王海濤， 夏 菲， 李繼木， 寧 君， 張亮亮，嚴(yán)兆彬， 賀航航， 馬樹松

(1.核工業(yè)二四三大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點實驗室，江西 南昌 330013)

松遼盆地南部砂巖型鈾礦床的主要目的層為上白堊統(tǒng)姚家組。近年來，在開魯坳陷及其與西南隆起區(qū)過渡部位，發(fā)現(xiàn)了寶龍山及錢家店等一批中-大型砂巖型鈾礦床。本區(qū)鈾礦床呈帶狀展布于天窗兩翼，被認(rèn)為與反轉(zhuǎn)構(gòu)造形成的剝蝕天窗關(guān)系密切。前人對松遼盆地南部砂巖型鈾礦床的鈾成礦作用、成礦年齡以及鈾成礦模式等開展了廣泛的研究(陳曉林等，2008；于文斌等，2006；夏毓亮等，2010；羅毅等，2012；蔡建芳等，2013，2018；陳程等，2018；寧君等，2018)。對于本地區(qū)的鈾成礦模式總體有兩種觀點：一是參與鈾成礦作用的含鈾含氧流體，主要由構(gòu)造天窗提供補給，姚家組的辮狀河相砂體提供徑流通道，并最終在斷裂構(gòu)造處排泄。據(jù)此提出了錢家店鈾礦床的“三源復(fù)成因砂巖型鈾礦成礦模式”、松遼盆地南部鈾礦床的局部氧化帶成礦模式和錢家店鈾礦床的“預(yù)富集-構(gòu)造-油氣-層間氧化”成礦模式(于文斌，2009；夏毓亮等，2010；羅毅等，2012)。二是區(qū)內(nèi)的含鈾含氧流體，主要由盆地邊緣掀斜部位進(jìn)行補給，在姚家組的辮狀河相砂體中形成大規(guī)模層間氧化帶，而構(gòu)造天窗和斷裂構(gòu)造帶都是主要的排泄通道，并建立了“富鈾基底建造-烴源巖系-含礦主巖預(yù)富集-層間氧化-熱流體改造”五位一體的區(qū)域鈾成礦模式和“滲入-滲出雙混合疊加改造型”鈾成礦模式(蔡建芳等，2018；李建國等，2020；宋柏榮等，2020)。雖然這些代表性的鈾成礦模式在松遼盆地南部砂巖型鈾礦找礦工作中取得了較好的應(yīng)用效果，但仍存在爭議。本研究在進(jìn)一步深化礦體定位及構(gòu)造、沉積相帶、層間氧化、灰色砂體等主要控礦因素的認(rèn)識基礎(chǔ)上，重新梳理和建立松遼盆地南部的鈾成礦模式。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地南部位于華北板塊北緣、西伯利亞板塊東側(cè)、西太平洋新構(gòu)造域三者拼接部位(Deng et al.,2013；宋柏榮等, 2020)，呈現(xiàn)出兩凸、四凹的構(gòu)造格局。其內(nèi)部可劃分為西南隆起區(qū)及開魯坳陷2個二級構(gòu)造單元(圖1)，可進(jìn)一步劃分為哲中凹陷、錢家店凹陷、架瑪吐凸起等15個三級構(gòu)造單元?；子晒派冑|(zhì)巖以及加里東期、海西期、印支期和燕山期花崗巖組成(Christophe et al.,2017)。蓋層從下向上依次由下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組的斷陷湖盆沉積，上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組的坳陷期沖積扇-河流-湖泊相沉積，以及古近系泰康組和第四系構(gòu)成。姚家組可進(jìn)一步分為姚家組上段和下段，其中姚家組下段是本區(qū)找鈾礦的主要目標(biāo)層位。鈾礦床多定位于區(qū)內(nèi)F1與F2斷裂及F2與F3斷裂夾持部位(圖2)，與寶龍山構(gòu)造剝蝕天窗關(guān)系較為密切。

圖1 松遼盆地南部構(gòu)造分區(qū)圖(高瑞祺等，1997)

圖2 松遼盆地南部前第四紀(jì)地質(zhì)圖

通過對松遼盆地南部的大量鉆孔巖芯觀察與統(tǒng)計，姚家組下段沿開魯坳陷區(qū)及西南隆起區(qū)長軸方向發(fā)育大規(guī)模的辮狀河相砂體，長約150 km、寬15～35 km，單層砂體厚度為15～50 m，砂體累計厚度一般為80～140 m，含砂率一般大于60%，局部大于85%，泥巖呈透鏡狀不均勻發(fā)育在砂體之中。砂體主要由中粗粒-細(xì)粒長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖組成，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部發(fā)育鈣質(zhì)膠結(jié)，分選由開魯坳陷到西南隆起區(qū)逐漸變好，固結(jié)程度中等至差，滲透性好。

2 鈾礦化特征

松遼盆地南部姚家組下段的鈾礦化在平面上主要受NE向發(fā)育的層間氧化帶控制，定位于氧化帶兩翼的前鋒線附近，垂向上主要賦存于氧化砂體之間的灰色砂體中。鈾礦體多呈似層狀、板狀、透鏡狀分布，埋深受地層控制，在剝蝕天窗附近(錢家店鈾礦床、寶龍山礦床)埋深較淺，SW向埋深逐漸增大。依據(jù)氧化砂體和還原砂體及礦體的空間組合關(guān)系，將研究區(qū)內(nèi)的鈾礦床劃分為3種類型，分別為“上、下氧化，中間成礦”類型、“透鏡狀氧化、多層成礦”類型和“多層氧化，多層成礦”類型。這3種類型鈾礦床礦石均為賦礦的砂巖、砂質(zhì)礫巖及粉砂巖，無脈石礦物，蝕變分帶可劃分為氧化帶、過渡帶、還原帶，成礦流體主要為表生含鈾含氧流體，蝕變礦物多為長石高嶺土化，且高嶺土蝕變帶與鈾成礦密切相關(guān)。

2.1 “上、下氧化，中間成礦”類型

該類型鈾礦床在研究區(qū)內(nèi)以寶龍山鈾礦床最為典型。其平面上主要發(fā)育于區(qū)域?qū)娱g氧化帶的最前端，垂向上產(chǎn)于上、下氧化帶界面附近，一般只發(fā)育一層礦體。含礦目的層直接覆蓋于基底地層之上，頂部為區(qū)域紫紅色泥巖隔水層，成礦砂體厚度一般為60～100 m，上、下氧化帶之間的灰色砂體呈透鏡狀、楔狀“懸浮”于氧化砂體中間(圖3)，氧化砂體以褐黃色夾磚紅色中-細(xì)砂巖為主。

圖3 寶龍山地區(qū)A1號勘探線剖面圖

2.2 “透鏡狀氧化、多層成礦”類型

該類型鈾礦床在區(qū)內(nèi)以錢家店鈾礦床最為典型。其平面上主要發(fā)育于層間氧化帶左翼，成礦砂體厚度較大，以灰色砂體為主，層間氧化帶呈透鏡狀、楔狀“懸浮”于砂體中間(圖4)，氧化帶不連續(xù)發(fā)育，有多層工業(yè)鈾礦體。目的層覆蓋于早白堊世斷陷層序之上，夾持于F1、F2斷裂之間，可能受后期油氣及構(gòu)造熱液等流體改造使部分氧化帶砂體被還原，從而導(dǎo)致層間氧化帶呈不連續(xù)狀，起到了保礦的作用。

圖4 錢家店鈾礦床B1號勘探線剖面圖

2.3 “多層氧化，多層成礦”類型

該類型鈾礦床以外圍新發(fā)現(xiàn)的大林、雙寶鈾礦床較為典型。其平面上主要發(fā)育于層間氧化帶右翼，含礦目的層直接覆蓋于基底地層之上，成礦砂體厚度一般較厚，上、下氧化帶呈層狀，中間氧化帶呈舌狀，灰色砂體呈透鏡狀、鋸齒狀“懸浮”于氧化帶之間，有多層鈾礦體，礦體產(chǎn)出位置與上、下氧化帶及舌狀氧化關(guān)系密切(圖5)。

圖5 大林鈾礦床C1號勘探線地質(zhì)剖面圖

3 主要控礦因素分析

通過對松遼盆地南部不同類型礦體定位機制的對比研究，認(rèn)為鈾源、構(gòu)造、巖性-巖相、氧化及還原流體改造作用是本區(qū)鈾礦化的主要控制因素。

3.1 鈾源

松遼盆地南部鈾源主要包括外部鈾源和內(nèi)部鈾源。外部鈾源主要為蝕源區(qū)發(fā)育的中、新生代火山巖和海西期、燕山期花崗巖(徐增連等，2019)。根據(jù)伽馬能譜測量成果，松遼盆地南部周邊蝕源區(qū)各期次花崗巖的鈾豐度由早期到晚期逐漸升高，海西期及燕山早期花崗巖的含鈾豐度相對較高，燕山期花崗巖體風(fēng)化巖石的鈾含量為(1～3)×10-6，w(Th)/w(U)>3；新鮮巖石的鈾含量為(5～9)×10-6，w(Th)/w(U)<3；海西期花崗巖體風(fēng)化巖石鈾含量一般為3.5×10-6，w(Th)/w(U)為3.5～4.5，加里東期花崗巖體風(fēng)化巖石的鈾含量為2.36×10-6，w(Th)/w(U)為8.26，遠(yuǎn)大于3(于文斌，2009)，說明蝕源區(qū)各時期花崗巖體中的鈾元素在地質(zhì)演化過程中發(fā)生了丟失、浸出和遷移，鈾源充足(于文斌等，2006)。內(nèi)部鈾源主要為姚家組碎屑巖本身，氧化砂巖(包括磚紅色、淺褐黃色砂巖)中鈾含量普遍偏低，一般為(0.88～2.88)×10-6，平均為1.82×10-6，w(Th)/w(U)平均為5.45(表1)，其值大于3說明氧化砂巖中發(fā)生了鈾的浸出、遷移，為姚家組下段鈾成礦作用提供了內(nèi)部鈾源。還原性砂巖(包括灰色、淺灰色砂巖)中鈾含量普遍較高，一般為(3.04～13.31)×10-6，平均為6.01×10-6(表1)，是氧化砂巖的3.3倍，說明灰色砂巖中U的背景值較高，w(Th)/w(U)平均值為1.69，遠(yuǎn)小于氧化砂巖的平均值，鈾預(yù)富集作用明顯。因此盆地周邊的蝕源區(qū)、盆內(nèi)發(fā)育的古隆起以及地層本身都具備較好的供鈾能力。

表1 松遼盆地南部姚家組下段砂巖微量鈾、釷分析結(jié)果表

3.2 構(gòu)造

晚白堊世嫩江組沉積結(jié)束后，由于太平洋板塊向西俯沖，研究區(qū)內(nèi)形成擠壓構(gòu)造背景，區(qū)域構(gòu)造性質(zhì)由原來拉張性正斷層轉(zhuǎn)化為擠壓性逆斷層。在大型反轉(zhuǎn)斷裂的上盤，由于擠壓、牽引作用，形成了規(guī)模較大的背斜隆起(Feng et al., 2010；封志兵等，2014，2021；徐增連等，2019)。同時，由于隆升過程中的張應(yīng)力和風(fēng)化作用，造成地層剝蝕，以含礦層姚家組為代表的下部層位被長期剝露于地表，形成了構(gòu)造天窗。構(gòu)造天窗的出現(xiàn)改變了局部地下水的動力狀態(tài)，尤其是姚家組被剝露地表，形成了局部地下水減壓帶，構(gòu)成地下水的局部集中排泄區(qū)，促進(jìn)了研究區(qū)層間氧化帶的發(fā)育，控制了大規(guī)模鈾礦化的形成。因此，局部隆起及構(gòu)造天窗是松遼盆地南部鈾成礦的重要控制因素。此外，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有大量的反轉(zhuǎn)期形成的NE、NW及EW向斷裂構(gòu)造，這些斷裂構(gòu)造切穿了中、新生代沉積蓋層并貫通盆地基底，溝通了深部的還原性流體與中、新生代地層的聯(lián)系，為后生的砂巖型鈾成礦提供還原劑。

3.3 巖性-巖相

研究區(qū)內(nèi)的主要含礦層姚家組下段，在通遼-寶龍山一線主要發(fā)育大型辮狀河相沉積。該相帶具有展布寬、砂體規(guī)模大的特點，在主河道及低洼匯水河道內(nèi)發(fā)育穩(wěn)定的灰色砂體，表現(xiàn)出良好的連通性、穩(wěn)定性和滲透性。姚家組的上覆地層為上白堊統(tǒng)嫩江組湖相泥巖，下伏地層為上白堊統(tǒng)青山口組泥巖，局部地區(qū)為下白堊統(tǒng)義縣組的火山碎屑巖或石炭-二疊系淺變質(zhì)巖，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為后期層間氧化帶的發(fā)育及鈾礦賦存提供了良好的砂體條件。

3.4 氧化作用

通過對研究區(qū)內(nèi)氧化帶空間展布及發(fā)育特點的研究，認(rèn)為在發(fā)育較大規(guī)模的層間氧化帶之前，還發(fā)育了潛水氧化作用和壓實流體氧化作用。潛水氧化作用主要發(fā)育于姚家組沉積早期，古氣候環(huán)境干旱-溫濕交替，溫濕環(huán)境下形成的灰色砂體在干旱環(huán)境下被氧化為褐黃色、黃色，氧化厚度一般十幾米至幾十米，可使鈾元素在灰色砂體中形成初始富集。壓實流體的氧化作用，主要體現(xiàn)在姚家組下段頂部的洪泛泥巖內(nèi)的孔隙流體在成巖期垂向上或水平方向上的運移作用。因為洪泛泥巖以強氧化的紫紅色泥巖為主，所以在成巖作用過程中形成的壓實流體以氧化流體為主。因此，進(jìn)入姚家組下段辮狀河砂體中的流體具有較強的氧化作用，可使砂體中的鈾元素發(fā)生局部富集。沉積期的潛水氧化作用以及沉積期的壓實流體氧化作用是姚家組下段普遍發(fā)育大規(guī)模上氧化帶的主要原因。層間氧化作用是本區(qū)形成大規(guī)模鈾礦化的直接控制因素，構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動使本區(qū)形成了完善的補-徑-排體系后開始發(fā)育，包括區(qū)域?qū)娱g氧化和局部層間氧化作用。目前發(fā)現(xiàn)的鈾礦體主要受層間氧化帶前鋒線控制，且距離氧化帶前鋒線近的鈾礦體品位高、厚度大、平米鈾量大，距離氧化帶前鋒線較遠(yuǎn)的工業(yè)礦體品位降低，厚度變小、平米鈾量小。

3.5 流體改造

錢家店斷陷存在有機流體滲出，對其上的姚家組下段氧化砂體進(jìn)行了后期還原改造，特別是斷裂通道發(fā)育部位、下部斷陷層序中有充足還原流體的地區(qū)尤其明顯(林錦榮等，2009；司慶紅等，2020；李建國等，2020；宋柏榮等，2020)。還原性流體的滲出可導(dǎo)致砂體發(fā)育褪色蝕變，使砂巖中的還原容量增高，有利于鈾成礦。此外，基性巖漿的侵入，沿構(gòu)造形成一系列輝綠巖脈，沿地層薄弱面形成規(guī)模較大的輝綠巖床，一方面使本區(qū)地層的熱異常和地溫梯度增高，促進(jìn)了地層中的有機質(zhì)進(jìn)入成熟演化階段(林錦榮等，2009)；另一方面地層升溫作用促使鈾元素形成絡(luò)合物，再次活化、遷移、富集成礦(李建國等，2020)。

4 成礦模式

本研究建立了松遼盆地南部“四位一體”繼承性疊加改造的區(qū)域鈾成礦模式，3種類型鈾礦床具有相同的鈾成礦期次。該成礦模式主要經(jīng)歷了以下4個階段：晚白堊世姚家組下段沉積期鈾預(yù)富集階段、成巖期紅色泥巖壓實流體氧化疊加富集階段、古近紀(jì)始新世層間滲入氧化與斷陷層還原流體滲出主成礦階段、古近紀(jì)熱液活動鈾疊加及層間氧化與斷陷層滲出還原流體持續(xù)改造成礦階段(圖6)。

4.1 鈾預(yù)富集階段

晚白堊世姚家組沉積早期，松遼盆地南部由強烈的伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槿跎煺篃岢两档臉?gòu)造環(huán)境(封志兵等，2014；Christophe et al.,2017；徐增連等，2019)，并沉積形成了姚家組下段有利的成礦砂體，該套砂體的展布主要由辮狀河河道控制。姚家組下段沉積早期，沉積了一套以厚層灰色砂體夾薄層洪泛泥巖為主，局部發(fā)育磚紅色砂體的成礦有利砂體。在灰色辮狀河砂巖中發(fā)生了鈾的初始預(yù)富集，預(yù)富集作用主要體現(xiàn)在兩方面(圖6A)：一是沉積期灰色砂體中鈾元素的局部富集作用；二是沉積期干旱-溫濕交替的古氣候交替變化形成的多期次局部潛水氧化作用?；疑绑w中鈾含量普遍增高(表2)，預(yù)富集作用明顯，局部地段能達(dá)到鈾異?；虻V化。這一階段鈾礦化U-Pb等時線年齡為(89±11)Ma(夏毓亮，2015)，與上白堊統(tǒng)姚家組沉積年齡85 Ma相近(陳曉林等，2008)。

圖6 松遼盆地南部鈾成礦模式圖

4.2 鈾疊加富集階段

姚家組下段頂部以洪泛平原相紫紅色泥巖為主，厚度為5～150 m。在成巖作用過程中，由于受上部地層壓實作用的影響，形成了大量的壓實流體，由于紫紅色泥巖本身具有較強的氧化屬性，從而導(dǎo)致形成的壓實流體以氧化流體為主。這些氧化流體在空間上向其周圍滲透性較好的砂體中逸散(圖6B)。大量的壓實氧化流體滲入到姚家組下段較為發(fā)育的辮狀河砂體，使鈾在灰色砂體中進(jìn)一步富集，局部達(dá)到鈾礦化異常，但鈾品位及厚度規(guī)模有限。這一階段的鈾礦化U-Pb等時線年齡值為74 Ma(陳曉林等，2008)，與上白堊統(tǒng)嫩江組的沉積年齡相當(dāng)。

4.3 鈾主成礦階段

晚白堊世末期，松遼盆地南部發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動，在盆地南緣或東南緣形成掀斜地層，在盆地內(nèi)部形成姚家組剝蝕天窗。盆地內(nèi)部斷裂反轉(zhuǎn)構(gòu)造具有繼承性和長期活動的特點。斷陷期這些斷裂繼承了基底斷裂或深大斷裂，控制著斷陷盆地形成、發(fā)展。坳陷期后古近紀(jì)的構(gòu)造活動導(dǎo)致這些斷裂切穿了斷陷及坳陷期地層，成為深部營城組、沙河子組等產(chǎn)生的CO2、CH4、H2等還原性流體向上運移的通道(圖6C)。還原性流體沿斷裂向上運移、擴散，進(jìn)入姚家組下段砂巖形成了廣泛的還原性蝕變。原生灰色砂巖還原容量進(jìn)一步增加，高嶺石化明顯增強，部分氧化砂巖被還原為灰白色、灰色砂巖，鈾礦化帶主要發(fā)育在高嶺石變化的梯度帶上(李建國等，2020)。同時，盆地邊緣地層掀斜及剝蝕天窗的形成改變了本區(qū)水動力條件，形成了完整的地下水補-徑-排體系，促進(jìn)了含鈾含氧水沿盆地邊緣及古隆起部位發(fā)生滲入，并于剝蝕天窗附近或貫通斷裂附近排泄，導(dǎo)致氧化帶不斷向盆內(nèi)推進(jìn)。在氧化帶前鋒線與灰色砂體接觸的物理化學(xué)界面處富集、沉淀形成鈾礦體。因此在含鈾含氧流體的補給區(qū)，主要為氧化砂體；徑流區(qū)為多層氧化砂體和多層還原砂巖，在該區(qū)形成“多層氧化，多層成礦”型鈾礦床，如雙寶、大林鈾礦床。隨著含鈾含氧流體進(jìn)一步向排泄區(qū)運移，氧化作用響應(yīng)減弱，同時還原性流體由深部向上運移至姚家組砂體中，使部分氧化砂體經(jīng)歷還原-氧化-再還原的過程，導(dǎo)致未被還原的氧化砂體呈透鏡狀懸浮于還原砂體中，形成“透鏡狀氧化、多層成礦”類型鈾礦床，如錢家店鈾礦床。在排泄區(qū)及寶龍山隆起區(qū)，受隆起作用的控制，氧化作用加強，而排泄通道受排泄口影響，形成單一排泄通道，導(dǎo)致上下兩層氧化砂體，中間排泄通道為還原砂體，故形成“上、下氧化，中間成礦”類型鈾礦床，如寶龍山鈾礦床。該期鈾成礦作用為松遼盆地南部第一次主成礦期，鈾礦化的U-Pb等時線年齡值為(53±3)Ma(夏毓亮，2015)，這期鈾成礦作用可能一直持續(xù)至今。

4.4 鈾成礦改造階段

松遼盆地南部在古近紀(jì)不斷隆升，導(dǎo)致研究區(qū)缺失古近系，同時使盆地掀斜部位及構(gòu)造天窗的規(guī)模進(jìn)一步擴大。層間氧化流體在姚家組下段砂體中持續(xù)向盆地內(nèi)部推進(jìn)，早期形成的鈾礦體不斷被溶解遷移，并在有利地帶重新沉淀富集(圖6D)。含鈾含氧水在與深部還原流體相互作用達(dá)到平衡的部位停止向前推進(jìn)(錢家店鈾礦床)，在沒有深部還原流體的部位持續(xù)向排泄區(qū)推進(jìn)，并最終在氧化帶前鋒線部位(寶龍山鈾礦床)及側(cè)面(雙寶、大林鈾礦床)形成了品位更高、規(guī)模更大、工業(yè)意義更好的鈾礦體。同時，差異性升降運動伴隨有新的斷裂構(gòu)造活動，基性巖漿沿斷裂侵入姚家組，使姚家組下段砂巖的后期改造作用更趨強烈，并在個別礦體中形成具低溫?zé)嵋禾攸c的瀝青鈾礦與黃鐵礦共生的“瀝青鈾礦脈”。熱液疊加改造的鈾礦體在斷裂發(fā)育區(qū)具有增厚、變大的趨勢。這一階段鈾礦化的U-Pb等時線年齡值為(40±3)Ma(陳曉林等，2008)，與本區(qū)大量出露的輝綠巖脈年齡((38±2)Ma；Yang et al.，2020)基本一致，亦是松遼盆地南部的第二次主要成礦期。

5 結(jié)論

(1)氧化砂巖的鈾含量普遍較低，一般為(0.88～2.88)×10-6，平均為1.82×10-6，還原性砂巖的鈾含量普遍較高，一般為(3.04～13.31)×10-6，平均為6.01×10-6。氧化砂巖的w(Th)/w(U)平均值(5.45)大于還原砂巖w(Th)/w(U)平均值(1.69)，說明松遼盆地南緣鈾礦床物源除蝕源區(qū)花崗巖外，氧化砂巖也發(fā)生了鈾的浸出、遷移。

(2)本區(qū)鈾礦床劃分為“上、下氧化，中間成礦”型，“多層透鏡狀氧化、多層成礦”型和“多層氧化，多層成礦”型等3種類型，這3種類型鈾礦床與含鈾含氧水的“補-徑-排”位置密切相關(guān)。

(3)本研究建立了松遼盆地南部“四位一體”繼承性疊加改造區(qū)域鈾成礦模式，認(rèn)為松遼盆地鈾成礦經(jīng)歷了4個成礦階段，依次為晚白堊世姚家組下段沉積期預(yù)富集階段、晚白堊世姚家組下段成巖期紅色泥巖壓實流體氧化疊加富集階段、古近紀(jì)始新世層間滲入氧化與斷陷層還原流體滲出主成礦階段和古近紀(jì)熱液活動鈾疊加及層間氧化與斷陷層滲出還原流體持續(xù)改造成礦階段。