李洪軍， 申科峰， 聶逢君， 曠文戰(zhàn)， 何大兔

(1.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.核工業(yè)地質(zhì)局二〇八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010;3.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

經(jīng)過20多年鈾礦勘查工作，核工業(yè)二〇八大隊在二連盆地先后發(fā)現(xiàn)了多個鈾礦床、礦點和礦化點。在二連盆地已確定的受沉積演化控制的鈾礦找礦目的層有下白堊統(tǒng)騰格爾組、賽漢組、上白堊統(tǒng)二連組和古近系腦木根組、伊爾丁曼哈組。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

二連盆地是在內(nèi)蒙古—大興安嶺褶皺帶基底上和燕山期拉張翹斷構(gòu)造應(yīng)力場作用下發(fā)育起來的中新生代沉積盆地。盆內(nèi)劃分為“五坳一隆”六大構(gòu)造單元，總面積約11萬km2。由馬尼特坳陷、烏蘭察布坳陷和川井坳陷組成的北部坳陷帶，與騰格爾坳陷和烏尼特坳陷構(gòu)成的南部坳陷帶，以及蘇尼特隆起形成了南北隆坳分帶的構(gòu)造格局(趙澄林等，1996;祝玉衡等，2000)。凹凸相間共有53個凹陷(劉武生等，2005)，22個凸起(圖1)。

盆地的基底由元古界、古生界變質(zhì)巖系及華力西-燕山早期的基性-中酸性侵入巖構(gòu)成，出露在盆地的周邊隆起區(qū)及中部蘇尼特隆起帶①核工業(yè)二〇八大隊.2005.內(nèi)蒙古二連盆地地浸砂巖型鈾資源調(diào)查評價工作總結(jié)報告[R].。

盆地沉積蓋層有侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系。侏羅系自下而上分為中下侏羅統(tǒng)阿拉坦合力群，上侏羅統(tǒng)道特諾爾組和布拉根哈達(dá)組。白堊系分為下白堊統(tǒng)巴彥花群和上白堊統(tǒng)二連組(表1)。

2 中新生代演化簡史

二連盆地形成于早侏羅世(表1)。早、中侏羅世，發(fā)育了一些彼此孤立的山間盆地，接受了厚達(dá)3 000 m的中、下侏羅統(tǒng)河湖相含煤粗碎屑巖沉積。晚侏羅世，受太平洋板塊向亞洲板塊的俯沖作用影響，改變了古亞洲構(gòu)造域南北向擠壓的態(tài)勢，產(chǎn)生了北西—南東向擠壓力，使本區(qū)抬升、褶皺，中、下侏羅統(tǒng)廣遭剝蝕，塑造了厚達(dá)萬米的陸相火山噴發(fā)巖系—大興安嶺褶皺帶(劉武生等，2005)。

② 東華理工學(xué)院.2005.二連盆地中西部中新生代地層對比研究科研報告[R].

早白堊世初期，擠壓構(gòu)造作用減緩，區(qū)域應(yīng)力松馳，產(chǎn)生了北西—南東向拉張應(yīng)力，海西線性褶皺基底進(jìn)一步張裂、翹斷，多凸多凹的構(gòu)造特征開始形成，形態(tài)各異的小型斷陷應(yīng)運(yùn)而生，接受了早白堊世阿爾善組-騰格爾組厚達(dá)4 000 m以湖相泥巖為主的碎屑巖沉積，形成二連盆地主要含油層系。早白堊世晚期，由于太平洋板塊向北西俯沖、消減加劇，二連盆地整體抬升，早期湖盆收縮甚至消亡，湖水淤淺，河流沼澤發(fā)育，接受了賽漢組厚約200～1 300 m的河流相、湖沼相含煤粗碎屑巖沉積，該時期大興安嶺隆起抬升幅度較大，造成北部斷陷帶沉積厚度和湖沼發(fā)育范圍明顯大于南部斷陷帶。

晚白堊世，隨著太平洋板塊俯沖帶的向東遷移，盆地沉降與發(fā)育隨之遷移，二連盆地地殼整體隆升，僅有蘇尼特隆起以北的馬尼特、烏蘭察布和川井坳陷等局部地區(qū)相對沉降，但沉降幅度不大，晚白堊世二連組沉積厚度一般50～150 m，在川井坳陷南部和馬尼特坳陷南、北緣厚度達(dá)300～600 m?？傮w為一套干旱氣候條件下的沖積扇、扇前沖積平原、河流相及湖泊相沉積的含石膏結(jié)核夾泥灰?guī)r透鏡體的雜色碎屑巖建造③核工業(yè)二〇八大隊.2005.二連盆地烏蘭察布坳陷找礦目的層特征研究工作總結(jié)報告[R].。

晚白堊世末或古近紀(jì)初，太平洋板塊運(yùn)動方向由原來的北西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽魑飨?，同時，印度板塊與歐亞板塊陸殼碰撞，并向北北東推進(jìn)，二連盆地區(qū)域應(yīng)力場呈現(xiàn)右旋張扭性質(zhì)，經(jīng)歷了一次北西-南東向輕微拉張，形成一系列張扭性構(gòu)造。同時，二連盆地整體抬升，侏羅-白堊紀(jì)地層遭受剝蝕，沉積范圍分布在北部斷陷帶。烏蘭察布坳陷古近系發(fā)育齊全，分布廣泛，川井坳陷和馬尼特坳陷主要發(fā)育始新統(tǒng)，分布局限。總體以一套干旱古氣候條件下的河流、洪泛相沉積為主，為含石膏、天青石的紅色碎屑巖建造(籍增賢，2006)，厚300 m，局部發(fā)育的湖泊相沉積分布在各坳陷的北部或北東部。

中新世以來，在印度板塊對歐亞板塊俯沖碰撞及太平洋板塊俯沖位置向洋后退，大陸向東伸展的背景上，二連盆地全區(qū)抬升剝蝕，直到中新世晚期—上新世中東部地區(qū)才繼續(xù)沉降，在半干旱氣候條件下接受了一套以河流相為主沉積的雜色碎屑巖建造，厚幾十米。總體上新近紀(jì)與古近紀(jì)相比，二連盆地沉積范圍和沉積中心逐漸向南東遷移。

更新世-全新世，全區(qū)處于隆升狀態(tài)，除廣泛接受風(fēng)成砂沉積外，在旱谷等低洼處形成松散的砂、泥沉積，騰格爾坳陷風(fēng)成砂分布廣泛，形成現(xiàn)今的渾善達(dá)克沙漠，并在盆地東部分布有大面積橄欖玄武巖，從而塑造成了現(xiàn)今內(nèi)蒙古高原的地貌景觀。

縱觀蓋層沉積時二連盆地的古氣候存在溫濕(K1a，K1t)→溫濕半干旱(K1s)→半干旱、干旱(K2e)→干旱(E1n)→半干旱、干旱(E2y)→半干旱(E3)→干旱(E3以后)演化(表2)。其中:騰格爾組(K1t)晚期、賽漢組(K1s)中晚期、二連組(K2e)晚期、腦木根組(E1n)和伊爾丁曼哈組(E2y)的早期為古氣候變遷的轉(zhuǎn)折期，對鈾的富集和成礦極為有利(馬漢峰等，2009)。

3 鈾礦找礦目的層特征

3.1 沉積分布特征

(1)下白堊統(tǒng)騰格爾組。騰格爾組沉積時受凹陷控制，一些凹陷長軸方向上形成了辮狀河三角洲相區(qū)-湖泊相區(qū)-扇三角洲相區(qū)的分布特點，短軸方向表現(xiàn)為近岸水下扇相區(qū)-較深湖亞相區(qū)-扇三角洲相區(qū)的三分特征(如烏蘭察布坳陷額仁淖爾凹陷)，還有一些凹陷表現(xiàn)為沖洪積-河流-湖泊相的分區(qū)特征(祝玉衡等，2000)。

在深湖相區(qū)，騰格爾組是在湖水?dāng)U張的水進(jìn)體系域背景下，沉積了大段湖相環(huán)境下的灰、深灰和黑灰色泥巖，泥巖質(zhì)純且脆，成巖性好。在濱淺湖相以細(xì)砂巖和泥巖為主;扇三角洲相以塊狀礫巖和砂質(zhì)礫巖為主的粗碎屑沉積為特點，巖性、巖相變化很快，在短距離內(nèi)(幾公里)，表現(xiàn)為由多粒級礫巖相→含礫砂巖相→泥巖相的快速變化的規(guī)律。

目前有鈾礦化顯示的沉積相帶主要為扇三角洲相(騰格爾坳陷和巴音寶力格隆起中局部地區(qū))，其巖性特征主要表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正旋回序列。自下而上，礫巖由粗變細(xì)，單層厚度變薄，湖相泥巖厚度增大。礫石主要為棱角狀和棱角-次棱角狀，分選差，各礫級均有，其成分以花崗巖礫和火山巖礫為主，砂巖中巖屑、長石和石英均可見;在礫巖中，常見砂、泥和礫未經(jīng)分選而堆積在一起。

(2)下白堊統(tǒng)賽漢組。賽漢組沉積時，斷陷作用基本停止，二連盆地進(jìn)入以坳陷作用為主的沉積階段。在早期沉積不平坦的地貌基礎(chǔ)上，接受了三角洲、河流、沼澤相沉積(圖2)。與騰格爾組相比，賽漢期沉積時湖盆收縮，沉積面積變小。在烏尼特坳陷、馬尼特坳陷及烏蘭察布坳陷東部(集二線以東)賽漢組為河流相、湖相沉積，巖性為灰色、灰綠色、雜色等塊狀砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖和砂巖與淺灰、紫紅、灰綠色塊狀泥巖、含礫泥巖、薄煤層和碳質(zhì)泥巖組成。河流相地層在垂向上為灰色砂巖、砂質(zhì)礫巖與泥巖構(gòu)成下粗上細(xì)的正韻律層，具典型的二元結(jié)構(gòu)特征。

烏蘭察布坳陷西部、騰格爾坳陷的局部凹陷以河流相沉積為主。在烏蘭察布坳陷西部巖性為紅色泥巖、砂巖和砂質(zhì)礫巖。騰格爾坳陷巖性為灰色、蘭灰色砂巖、砂質(zhì)礫巖與灰色、紅色塊狀泥巖組成。

川井坳陷的賽漢組為一套辮狀河三角洲和湖相沉積。巖性為黃色、雜色、灰色砂質(zhì)礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及褐煤等。平原相帶的巖石組合中正向韻律特征明顯，以粗粒碎屑為主體;前緣相帶中為多個正向和反向韻律的疊置層，以中細(xì)粒碎屑為主體。

(3)上白堊統(tǒng)二連組。白堊世晚期，二連盆地整體隆升，據(jù)現(xiàn)有資料和鉆孔揭遇情況可知，上白堊統(tǒng)二連組在川井坳陷和馬尼特坳陷分布較局限且以湖相和洪泛平原相沉積為主，僅在烏蘭察布坳陷額仁淖爾地區(qū)分布范圍較大，主要以沖洪積相礫巖、河流相砂巖、湖相泥巖產(chǎn)出于該區(qū)。

(4)古近系。在古近系沉積時，二連盆地仍整體隆升，僅在烏蘭察布坳陷發(fā)育較好。在該坳陷北高南低、西高東低的地形背景上，在半干旱的古氣候環(huán)境下，接受了一套以紅色為主的粗碎屑巖和泥巖沉積。

3.2 原生地球化學(xué)特征

在二連盆地各目的層巖石原生地球化學(xué)類型共有三種表現(xiàn)形式:灰色、黑色和雜色類。灰色類原生地球化學(xué)巖石:主要產(chǎn)出于賽漢組和伊爾丁曼哈組河流相、騰格爾組扇三角洲相砂體和二連組、腦木根組湖相泥巖、粉砂巖中，其形成時為溫濕或溫濕半干旱的古氣候。巖性以灰色、淺灰色中砂-砂礫為主，局部為綠灰色、灰色泥巖。沉積環(huán)境為還原環(huán)境，巖石中可見炭化植物、細(xì)小炭屑和細(xì)晶黃鐵礦。

圖2 二連盆地賽漢組柱狀對比圖Fig.2 Comparable histogram of Saihan formation in Erlian basin

黑色類原生地球化學(xué)巖石:發(fā)育于賽漢組河漫沼澤亞相和騰格爾組湖相中，形成時主要為潮濕濕潤氣候。巖性以深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，富含有機(jī)質(zhì)，可見晶形良好的黃鐵礦和結(jié)核狀黃鐵礦，沉積環(huán)境為還原環(huán)境。

雜色類原生地球化學(xué)巖石:發(fā)育于賽漢組和古近系的洪泛平原相地層中。巖石顏色以紅色為基本色，摻雜有灰色、白色和綠色等顏色，巖性以礫質(zhì)砂巖、含礫泥巖和含礫泥質(zhì)砂巖為主。

3.3 后生改造特征

目的層中后生氧化改造表現(xiàn)為黃色巖類的形成。在二連組沉積后，二連盆地的古氣候以干旱為主，非常有利于氧化作用的產(chǎn)生，其結(jié)果是使原來灰色、淺灰色砂巖變?yōu)闇\黃色(稻草黃)、黃色、亮黃色(色重而亮，似桔黃)和褐黃色(似鐵銹黃)等，成分上主要是由Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+的結(jié)果。并使炭屑被氧化發(fā)白或完全“燃燒”、黃鐵礦被氧化后以黃色斑點狀存在砂巖中。在泥巖中以黃色點狀、斑狀和條帶狀形式產(chǎn)出。

目的層中后生還原蝕變表現(xiàn)為綠色類和白色類出現(xiàn)。綠色類后生地球化學(xué)巖石分布在賽漢組和伊爾丁曼哈組中下部，巖性為灰綠色、綠灰色砂巖，在局部可產(chǎn)生還原環(huán)境;白色類后生地球化學(xué)巖石有三種方式，一種為厭氧漂白作用產(chǎn)生，漂白帶中的白色巖石具有二次還原巖石特點;油氣還原作用結(jié)果是使巖石色調(diào)變淺發(fā)白或發(fā)蘭，局部有粘土化、黃鐵礦化等蝕變，在二連組和伊爾丁曼哈組中表現(xiàn)明顯;潛育褪色產(chǎn)出于各目的層上部砂巖和洪泛泥巖中，靠含有氫和二氧化碳的還原水對氧化的巖石進(jìn)行的還原作用，結(jié)果使巖石褪色(丁萬烈等，2001)。

3.4 鈾礦化特征

騰格爾組鈾礦化主要產(chǎn)于扇三角洲灰色砂體中，礦化類型為潛水型、潛水-層間氧化型和層間氧化型。其中在騰格爾坳陷和巴音寶力格隆起局部地區(qū)中已發(fā)現(xiàn)潛水、潛水-層間氧化型工業(yè)鈾礦化(張金帶等，2005)。

賽漢組和伊爾丁曼哈組中鈾礦化主要產(chǎn)于河流相砂體中，礦化類型為潛水-層間氧化型和層間氧化型。在川井坳陷、騰格爾坳陷和烏蘭察布坳陷賽漢組中已發(fā)現(xiàn)潛水-層間氧化型工業(yè)礦化，在馬尼特坳陷中已發(fā)現(xiàn)層間氧化型工業(yè)礦化(圖3)，鈾礦體以卷狀為主(吳仁貴等，2006;李洪軍等，2010a);在烏蘭察布坳陷伊爾丁曼哈組中已發(fā)現(xiàn)潛水-層間氧化型工業(yè)礦化。

在烏蘭察布坳陷二連組(圖4)和腦木根組中已發(fā)現(xiàn)同沉積泥巖型工業(yè)礦化，礦體多呈板狀及透鏡體(李洪軍等，2010b)。

圖3 二連盆地馬尼特坳陷巴彥烏拉地區(qū)B319號地質(zhì)剖面圖Fig.3 No.B319 geologic section of Bayanwula area of Manite depression，Erlian basin

4 中新生代沉積演化與鈾成礦關(guān)系

中新生代的沉積演化影響了各鈾礦找礦層位的空間分布范圍。騰格爾期為斷陷盆地發(fā)育階段。騰格爾早期為盆地穩(wěn)定下陷階段，形成湖侵體系域階段發(fā)育的退積型層序，以湖相泥巖沉積為主，同時接受近岸水下扇、濁積扇等成因的碎屑巖類沉積，規(guī)模較小，分選差;騰格爾晚期盆地振蕩抬升，在盆緣發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲等碎屑巖沉積，為潮濕氣候條件下形成的灰色建造，部分地段具有利的“泥—砂—泥”互層的地層結(jié)構(gòu)，因此騰格爾組二段是本區(qū)找礦目的層之一。

賽漢期為坳陷盆地發(fā)育階段。賽漢期研究區(qū)大面積接受河流、洪泛、湖泊和沼澤等亞相沉積，僅在川井坳陷盆地尚處在斷坳轉(zhuǎn)換階段，接受一套辮狀河三角洲、扇三角洲和湖泊沉積。沉積地層碎屑巖類發(fā)育，具有良好的地層結(jié)構(gòu)。賽漢組沉積結(jié)束后，普遍經(jīng)歷了賽漢期與二連期之間的沉積間斷，相當(dāng)一部分地區(qū)沉積間斷時間延續(xù)至古近紀(jì)甚至新近紀(jì)，長期的間斷剝蝕和淋濾作用，有利于在賽漢組內(nèi)形成潛水氧化、潛水—層間氧化和層間氧化作用，因此賽漢組是本區(qū)主要找礦目的層。

圖4 二連盆地烏蘭察布坳陷努和廷礦床E320號勘探線地質(zhì)剖面示意圖Fig.4 No.E320 geologic section of the Nuheting uranium deposit in Wulanchabu depression，Erlian basin

二連期-古近系由于盆地整體隆升，沉積范圍進(jìn)一步萎縮，主要分布在烏蘭察布坳陷，受干旱的古氣候影響，以原生雜色、紅色建造為主，為一套沖積扇、河流、洪泛平原及局部鹽湖等亞相沉積，在額仁淖爾凹陷局部地段存在河流相的灰色砂巖可作為局部找礦目的層。古近系以原生雜色類地球化學(xué)類型為主，在齊哈日格圖—賽漢高畢地區(qū)存在原生灰色的河流相砂體，可作為局部找礦目的層。

沉積時的古氣候影響了各鈾礦找礦層位巖石原生地球化學(xué)類型和后生改造特征。騰格爾組和賽漢組沉積時為溫濕和半溫濕古氣候，沉積的巖石以灰色類和黑色類為主;二連組和古近系沉積時為干旱和半干旱古氣候，沉積的巖石以雜色類和灰色類為主。賽漢組沉積后古氣候轉(zhuǎn)為半干旱和干旱，有利于后生氧化作用在各層位中的發(fā)育。受古氣候的影響，從騰格爾組→賽漢組→二連組→古近系巖石的還原能力逐漸減弱(巖心編錄中，各層位巖石中有機(jī)質(zhì)含量變少，形狀變小的趨勢)，這種現(xiàn)象導(dǎo)致目的層位自身還原劑含量減少，成礦時“巖性障”作用越來越大，也就使賦礦巖性有變細(xì)的趨勢;如在巴彥塔拉和紅格爾礦點(均為隆起上凹陷)的騰格爾組賦礦巖性以砂質(zhì)礫巖為主，巴彥烏拉和賽漢高畢礦床(分別位于馬尼特坳陷和烏蘭察布坳陷)的賽漢組賦礦巖性以砂巖為主，努和廷礦床(烏蘭察布坳陷)的二連組賦礦巖性以泥巖、粉砂巖為主，腦木根礦床(烏蘭察布坳陷)的古近系賦礦巖性為泥巖。

5 結(jié)論

(1)二連盆地的鈾源豐富且形式多樣(盆緣出露巨大的易風(fēng)化剝蝕花崗巖體，以及盆內(nèi)隱伏花崗巖體等);各時期形成的蓋層中發(fā)育有灰色或黑色類原生地球化學(xué)巖石;沉積期后構(gòu)造及演化有利于鈾成礦作用的進(jìn)行。這些是產(chǎn)生鈾礦找礦目的層位較多的原因。

(2)下白堊統(tǒng)賽漢組是溫濕向半干旱轉(zhuǎn)化的古氣候條件下形成的河流相沉積，是鈾礦化富集和鈾成礦作用最有利層位。所以把該層確定為二連盆地的主要找礦目的層，找礦類型以潛水-層間氧化或?qū)娱g氧化型為主。

(3)下白堊統(tǒng)騰格爾組為湖相和三角洲相沉積地層，巖石類型為灰、黑色類原生地球化學(xué)類型;鈾礦化主要產(chǎn)出于扇三角洲相砂巖內(nèi)，是二連盆地盆內(nèi)次要找礦目的層(主攻部位應(yīng)為各凹陷短軸方向的扇三角洲相砂體)，也是各隆起帶上的主要找礦目的層。找礦類型以潛水氧化或潛水-層間氧化型為主。

(4)上白堊統(tǒng)二連組和古近系主要分布在烏蘭察布坳陷，可作為該區(qū)主要找礦目的層位，找礦類型以同生沉積型為主。

(5)受沉積環(huán)境和古氣候等影響，下白堊統(tǒng)騰格爾組和賽漢組應(yīng)側(cè)重尋找氧化作用發(fā)育的區(qū)域，上白堊統(tǒng)二連組和古近系應(yīng)側(cè)重在油氣還原發(fā)育的區(qū)域。

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