二连盆地哈达图铀矿床赛汉组上段物源分析

颜小波，李华明，康世虎，张锋，杜鹏飞，彭瑞强

（1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010；2.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024006）

二连盆地地处内蒙古中东部，为北方重要的石油、天然气、煤炭、铀等多能源矿产的产地［1-2］。20 世纪80 年代，内蒙古水文地质队利用电测深资料在乌兰察布坳陷及周边开展了找水工作，圈出了齐哈日格图-赛汉高毕富水带，确定该区古近系发育地下古河道，为区内居民生活用水提供了保障。20 世纪90 年代中后期，在中国核工业地质局的统一部署下，二连盆地找矿的主攻类型调整为重点寻找可地浸的砂岩型铀矿，核工业二〇八大队开展了一系列编图及专题研究工作，在二连盆地中东部圈定出一条长达100 多千米的早白垩世晚期古河谷砂带，创新性提出了古河谷型砂岩铀矿应为二连盆地重点找矿类型之一［3-5］。2008—2013 年在二连盆地中东部乌兰察布坳陷开展了铀资源调查评价阶段找矿工作，首次发现了一批铀工业矿孔，落实了哈达图铀矿产地，开启了二连盆地深部找矿的序幕。下白垩统赛汉组上段为哈达图铀矿床主要赋矿层位，铀矿化受古河谷砂体和层间氧化带的控制［6］。古河谷从南西向北东展布，氧化带沿古河谷中心纵向发育，铀矿体产在河谷侧邦氧化带前锋线附近的灰色砂体中，存在明显的铀成矿富集段。截止目前，哈达图铀矿床已实现了“特大型”的规模。但是，针对哈达图铀矿床主要物源位置、性质及沉积物搬运途径仅停留在初步推测阶段［3］。本文通过对赛汉组上段岩石特征及沉积体系研究，结合周边源区与赛汉组上段岩石地球化学特征的对比分析，初步确定了哈达图铀矿床赛汉上段主要物源位置、物源与铀源之间的关系。

1 地质背景

1.1 区域地质特征

二连盆地处于中亚-蒙古地槽褶皱区东部南缘的天山-内蒙-兴安华力西褶皱带内。盆地四周被古生代和早中生代隆起围限，西北以加里东-华力西期呈北东向展布的巴音宝力格隆起为界；南界为加里东期呈东西向展布的温都尔庙隆起；东界为燕山中期呈北东向展布的大兴安岭隆起［7］；西侧以狼山隆起为界与巴音戈壁盆地相隔。盆地总体走向为北东向，东西长约1 000 km，南北宽200～400 km，总面积约1 100 km2。二连盆地由川井坳陷、乌兰察布坳陷、马尼特坳陷、腾格尔坳陷、乌尼特坳陷和苏尼特中央隆起6 个二级构造单元组成［8-9］，其内部又分割为53 个次级凹陷和22 个次级凸起。基底由元古宇、古生界变质岩系及华力西-燕山期的基性-中酸性侵入岩构成，主体构造线为东西向；盖层由侏罗纪-早白垩世早中期裂谷型盆地和早白垩世晚期-新生代坳陷型盆地叠合而成（图1）。

图1 二连盆地（a）和乌兰察布坳陷（b）构造单元示意图［10］Fig.1 Schematic map showing the structure units of Erlian Basin（a）and Wulanqab depression（b）［10］

1.2 矿床地质特征

哈达图铀矿床位于二连盆地中东部乌兰察布坳陷的齐哈日格图凹陷内［11］。齐哈日格图凹陷具有双断特征，被北部的巴音宝力格隆起和塔木钦隐伏凸起、西部的东方红凸起、南部的苏尼特隆起所夹持。根据浅层地震解译及近年钻孔揭露得知，区内在基底之上依次沉积了白垩系（腾格尔组、赛汉组、二连组）和古近系。哈达图铀矿床赋矿层位主要为下白垩统赛汉组上段，发育3～5 个较大的沉积旋回，沉积厚度大，埋深在170～500 m。依据地层结构、沉积旋回和测井曲线特征对赛汉组上段进行精细化研究，由下至上可以划分出3 个亚层（图2），其中一亚层位于赛汉组上段底部，与赛汉组下段呈突变接触，砂体粒度下粗上细，具正旋回沉积韵律，岩性以黄色、灰色中砂岩、粗砂岩、砂质砾岩为主，为一套砾质辫状河沉积；二亚层与一亚层顶部泥岩呈突变接触，岩性以黄色、灰色细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂质砾岩为主，砂体厚度为30～80 m，砂体相对稳定，规模较大，顶部具有较厚的红色泥岩隔水层，为研究区主要的含矿层位，是一套砂质辫状河沉积；三亚层发育2～3个正韵律，每个韵律层的底部有河道滞留沉积的黄色砂质砾岩，整体砂体粒度以中、细粒为主，砂体厚度为10～50 m，河道宽度较窄，连续性相对较差，大部分呈透镜体分布，具有明显曲流河沉积特征。哈达图铀矿床矿体在剖面上主要以板状产出，主要分布在二亚层氧化还原过渡带内，含矿岩性以灰色中砂岩、粗砂岩为主，富含炭屑及黄铁矿等还原介质。

图2 哈达图铀矿床地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Hadatu uranium deposit

2 样品采集与分析方法

本次样品采自哈达图铀矿床钻孔岩心及其周边源区（图3），其中岩心样品采自钻孔FZK63-151、FZK63-79、FZK15-15、GSZK0-3、FZK47-23、WZK48-47，岩性为下白垩统赛汉组上段灰色砂岩；源区样品采自卫井、二连盐池、赛汉高毕、苏尼特隆起、赛汉塔拉等地的岩体或变质岩内部及边缘，避开可能有热液活动的断裂带或接触带，选取具有代表性且蚀变弱的样品，敲块并除去表面黏土等，保证样品的新鲜，按照岩石类型可分为侵入岩、火山岩、变质岩。微量元素分析工作在核工业北京地质研究院分析测试研究所开展，采用EMENT XR 等离子体质谱仪测试完成。

图3 乌兰察布西部铀矿地质图Fig.3 Uranium geological map of western Ulanqab

3 物源分析

3.1 岩石学特征

哈达图铀矿床赛汉组上段碎屑岩成分包括石英、长石（正长石、斜长石、微斜长石和条纹长石）、岩屑（花岗岩、火山岩、变质岩）、重矿物、云母等。其中，石英、长石和岩屑含量较多，重矿物、云母含量一般小于1%。根据碎屑岩岩屑成分统计显示，赛汉组上段由底部一亚层至三亚层岩屑含量递减，其中花岗岩岩屑占比最高，火山岩及变质岩次之（表1）。碎屑物中岩屑的成分直接指示母岩特征［12］，以上特征说明本区赛汉组上段沉积过程中古水动力逐渐减弱，河道经历了从幼年期、壮年期至老年期演化特征。碎屑物中高含量的花岗岩岩屑反映了源区有大面积花岗岩出露，另外碎屑物普遍分选性差，岩屑磨圆度低，反映出近物源的特点。花岗岩岩屑可能来自距离研究区最近的苏尼特隆起。

表1 哈达图铀矿床赛汉组上段碎屑岩岩屑成分统计表Table 1 Clastic rock debris composition in the upper member of Saihan Formation of Hadatu uranium deposit

3.2 沉积体系分析

哈达图铀矿床赛汉组上段3 个亚层各代表不同期次河道沉积，三期河道沉积体系差异反映出不同的物源特征（图4）。

图4 哈达图地区赛汉组上段各亚层沉积体系图Fig.4 Sedimentary system diagrams of the sub-layers in the upper member of Saihan Formation in Hadatu area

第一期河道位于赛汉组上段底部，主要在齐哈日格图凹陷西缘沿构造脆弱带向北东发育，受盆缘构造控制，河道形态受苏尼特隆起、赛乌苏及塔木钦凸起的影响，在隆起区周边发育大面积冲积扇。冲积扇前端及河道中央发育砂质砾岩，在河道东侧帮形成大面积洪泛平原沉积。河道由南向北沉积物粒度逐渐减小，分选性逐渐变好，长石含量递减，石英含量递增。初步判断物源主要来自于苏尼特隆起和赛乌苏凸起，具有多物源的特征。

第二期河道位于赛汉组上段中部，相对于第一期河道成熟度高，河道变宽变长，仅在南部苏尼特隆起边缘发育大面积的冲积扇，发育由南向北河流相沉积。河道中央为粒度较粗的砂质砾岩，碎屑物粒度由河道中央向两侧减小，在河道两侧形成大面积洪泛平原。河道由南向北沉积物粒度逐渐减小，长石含量递减，石英含量递增，说明物源主要来自于南部的苏尼特隆起区。

第三期河道水动力条件减弱，具有曲流河沉积特征，在南部苏尼特隆起、北部赛乌苏及塔木钦凸起一带有河流相砂质砾岩沉积。物源仍然主要来自南部苏尼特隆起，北部受后期塔木钦隆起构造影响，形成构造背斜，背斜轴部遭受长时间剥蚀，形成“剥蚀天窗”，部分物源反流哈达图地区北部，同时“剥蚀天窗”的形成将哈达图地区与赛罕高毕一带分割成两个相对独立的单元。

3.3 稀土元素特征

碎屑岩中稀土元素含量主要受控于它的物源区岩石成分，并反映于物源区的地球化学特征，而风化和成岩作用的效应是次要的，它们对沉积岩中稀土元素再分配影响不大［13］。因此，本文采用了稀土元素分配模式曲线初步判断哈达图矿床赛汉组上段物源。

从稀土元素分析数据（表2）及分配模式（图5a、b）可以看出，哈达图铀矿床赛汉组上段含矿灰色砂岩与无矿化显示的灰色砂岩稀土元素配分模式均呈“右倾型”，表现出轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，∑REE 变化范围为（105.00～112.69）×10-6，LREE/HREE 为4.97～4.99，δEu值为1.26～2.52（Eu负异常记录了沉积岩源岩中花岗岩的Eu 亏损）。矿化砂岩稀土元素总量略低于无矿化的砂岩，可能与矿化砂岩被后期氧化作用改造有关。

图5 哈达图铀矿床物源区岩石与砂岩球粒陨石标准化图Fig.5 Chondrite normalized REE pattern and trace element on source rocks and sandstones of Hadatu uranium deposit

源区中酸性侵入岩、火山岩与目的层赛汉组上段砂岩稀土配分模式对比显示（图5a），哈达图铀矿床南部的苏尼特隆起花岗岩、火山岩（SY2、SY3）与赛汉组上段稀土配分模式最为相似，西北部卫井地区花岗岩（WY1）相似程度次之，且其重稀土元素含量明显高于赛汉组上段。另外，从源区变质岩与赛汉组上段岩石稀土配分模式图中可见（图5b），卫井、赛汉塔拉地区变质岩（WB2、STB1）与赛汉组上段岩石稀土配分模式差别较大，而赛罕高毕、二连盐池上的变质岩（SB1、ERB1）与其具有一定的相似性，只是重稀土元素含量略高。

3.4 微量元素特征

本文采用球粒陨石平均值作为标准化数值［14-15］，对哈达图铀矿床赛汉组上段灰色砂岩及周边源区的变质岩、中酸性侵入岩及火山岩的微量元素进行了标准化对比。从微量元素蛛网图中可以看出（图5c），赛汉组上段灰色砂岩蜘蛛网图特征表现为“三峰三谷一平坦”型，Ba、La、Ce、Nd、Y、Tm、Yb 极富集，Rb、Nb、Sr、Ti亏损，尤其是Ti 严重亏损。而源区微量元素蛛网图表现差异较大，其中苏特隆起的花岗岩及火山岩（SY2、SY3）、盆地西北缘的卫井地区花岗岩（WY1）与赛汉组上段砂岩的蛛网图形状相似度较高，显示了一定的继承性。源区变质岩与赛汉组上段灰色砂岩微量元素蛛网图差别较大（图5d），几乎无可比性，尤其是卫井地区变质岩（WB2）蛛网图呈现出不规则状。

为了进一步研究哈达图铀矿床赛汉组上段砂岩的物源，本文通过钻孔岩心样品的微量元素数据进行了沉积岩源区判别（表3），在w（Hf）-w（La）/w（Th）图解中（图6a），样品主要投点在长英质、基性岩混合源区域内，部分样品有向安山岩岛弧源偏移的趋势；从w（La）/w（Sc）-w（Co）/w（Th）图解中可以看出（图6b），样品主要投入花岗岩区域，个别投入长英质火山岩范围内。综合以上特征，说明赛汉组上段物源主要来自花岗岩，并有少量火山岩的参与。

图6 哈达图铀矿床赛汉组上段砂岩源区判别图Fig.6 Discrimination diagram of source rocks of the upper member of Saihan Formation of Hadatu uranium deposit

3.5 锆石U-Pb 年龄分析

哈达图铀矿床赛汉组上段砂岩中锆石年龄以中侏罗世—早白垩世（170～120 Ma）和早二叠世—晚三叠世（290～220 Ma）为主，其次为晚石炭世（327～310 Ma）、晚志留世—早泥盆世（430～410 Ma）、中晚奥陶世（472～444 Ma）、寒武纪（500 Ma±5 Ma）［18］。大量的地质年代学研究显示，二连盆地巴音宝力格隆起与苏尼特隆起中发育有大量的早白垩世、中—晚侏罗世、晚石炭世、晚泥盆世、晚志留世—早泥盆世、中—晚奥陶世、寒武纪以及中—古元古代侵入岩、火山岩和变质岩［19-22］。这些岩石的年龄与哈达图铀矿床赛汉组上段碎屑锆石年龄分布具有相似性。因此，苏尼特隆起作为二连盆地古河谷上游物源区，紧邻哈达图铀矿床，隆起上广泛分布的早二叠世—晚三叠世和中侏罗世—早白垩世岩浆岩，易于风化剥蚀，这些岩体可能是哈达图地区赛汉组上段潜在的物源。

4 与铀成矿的关系

通过物源分析认为哈达图铀矿床赛汉组上段具有近物源特征，物源主要来自南部苏尼特隆起中花岗岩，火山岩及变质岩次之，也有赛乌苏凸起和塔木钦凸起侧向补给。从哈达图铀矿床22 个钻孔赛汉组上段氧化砂岩与灰色砂岩铀背景值统计发现，氧化砂岩中铀含量为（2.66～8.59）×10-6，平均为2.88×10-6，而在灰色、深灰色还原带砂岩中铀含量为（2.63～9.58）×10-6，平均为6.12×10-6，反映出哈达图地区赛汉组上段铀背景值高，说明同沉积期初始富集铀在层间氧化过程中被大量迁出，为哈达图铀矿床成矿提供了重要的铀源。哈达图铀矿床南部苏尼特隆起、北部赛乌苏及塔木钦凸起等源区不但提供了的主要物源，而且为后期铀成矿提供了重要的铀源。

5 结论

1）初步认为哈达图铀矿床赛汉组上段物源主要来自苏尼特隆起中早二叠纪-晚三叠纪的中酸性花岗岩，火山岩及变质岩次之，也有西北部赛乌苏及塔木钦凸起侧向补给。

2）苏尼特隆起为赛汉组上段沉积提供了碎屑物质，同时也提供了一定的成矿物质，这些成矿物质在同沉积期初始富集，后期在层间氧化过程中不断迁出构成了哈达图铀矿床重要铀源。