陳斌，康利剛，李強

（核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 721000）

西寧盆地是一個中新生代陸相沉積盆地，盆地中富含多種能源礦產(chǎn)，其中煤炭、石油、天然氣尤為富集。前人在鈾礦區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和普查過程中發(fā)現(xiàn)了一批砂巖型鈾礦（化）點，通過研究和鉆探查證，獲得了一定的工業(yè)鈾儲量。前人在西寧-化隆盆地開展了砂巖型鈾資源調(diào)查評價，初步優(yōu)選了幾片砂巖型鈾成礦遠景區(qū)，但調(diào)查區(qū)范圍較大，通過地表調(diào)查及少量大間距的淺孔查證，對西寧盆地北部包馬莊等重點礦化區(qū)的控制程度十分有限［1］。目前對研究區(qū)砂巖型鈾成礦環(huán)境及成礦條件的研究較少，對盆地底部地層巖性組合特征及成礦條件認識不清，導(dǎo)致盆地砂巖型鈾礦找礦未能取得新的突破。鑒于此，本文以最新砂巖型鈾礦成礦理論和找礦思路為指導(dǎo)，在整理、分析前人已有鈾礦勘探成果和最新煤田鉆孔資料基礎(chǔ)上，結(jié)合鄰區(qū)找礦成功經(jīng)驗和新認識，在包馬莊-五峰鎮(zhèn)等重點礦化區(qū)及外圍開展了鉆探查證，在白堊系找礦目的層中發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的層間氧化帶和鈾礦化顯示［2-3］。本文擬通過對研究區(qū)白堊系砂巖型鈾成礦環(huán)境及成礦條件進行綜合分析，大致厘定該區(qū)砂巖型鈾成礦特征及控礦要素，指明找礦方向，初步評價該區(qū)砂巖型鈾成礦潛力及找礦前景，以期能為西寧盆地下一步砂巖型鈾礦找礦突破及勘探部署提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西寧盆地位于青海省東北部，達坂山南緣斷裂（F4）和拉脊山北緣斷裂（F3）夾持部位，西與日月山相臨，東南緣與民和盆地相接（圖1）。研究區(qū)位于西寧盆地北緣，距盆地北部蝕源區(qū)較近，主要處于山前構(gòu)造帶的隆起區(qū)、褶皺帶、階地的過渡部位，構(gòu)造環(huán)境極為復(fù)雜［1-3］。區(qū)內(nèi)發(fā)育北西與北東向兩組深大斷裂，地層為北部埋深淺、南部埋深較深的構(gòu)造斜坡帶。基底巖性主要由中-深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖和同期花崗巖及花崗閃長巖組成［4-5］，蓋層主要為白堊系、古近系、新近系，其次為侏羅系［2］。找礦目的層主要為下白堊統(tǒng)河口群上、下巖組（K1hk2、K1hk1），其中河口群上巖組砂體沉積厚度為5.0～58.0 m，巖性以灰色、淺灰色及灰白色含礫粗砂巖、中砂巖和細砂巖為主，夾多層褐黃色、黃色及淺黃色氧化和弱氧化中、細砂巖，在灰色砂體中常見植物炭屑及黃鐵礦結(jié)核發(fā)育，砂體中碎屑顆粒之間以泥質(zhì)膠結(jié)為主，砂體疏松；下巖組砂體厚度明顯較上巖組厚，但其粒度明顯較上巖組細，主要為棕紅色細砂巖和少量中砂巖，厚約28.0～63.0 m，砂體中局部發(fā)育炭化植物碎屑及褐鐵礦化［3］。綜合研究區(qū)構(gòu)造演化特征及盆山耦合關(guān)系分析認為，下白堊統(tǒng)河口群上巖組有利于發(fā)育潛水、層間氧化帶型鈾礦化，而下巖組有利于同生沉積型鈾礦化的發(fā)育［6-8］。

圖1 西寧盆地構(gòu)造單元劃分圖（據(jù)徐新文等，2020［3］修改）Fig.1 Division map of tectonic units in Xining Basin

2 成礦條件分析

2.1 鈾源條件

西寧盆地古元古界湟源群、薊縣系花石山群巖性為片巖、板巖、千枚巖夾石英巖、大理巖及英安質(zhì)凝灰?guī)r，其原巖為海相陸源細碎屑巖夾碳酸鹽巖、火山巖建造，平均鈾含量為6.5×10-6，釷含量為20.6×10-6，鉀含量為4.43%，釷鈾比為3.2，既是區(qū)內(nèi)的鈾源層，又是產(chǎn)鈾層。盆地周邊蝕源區(qū)或基底中發(fā)育的中酸性侵入巖以加里東中期花崗巖類為主，巖體中花崗偉晶巖脈、細晶巖脈發(fā)育，為鈾的活化遷移創(chuàng)造了有利條件［9］，花崗巖中鈾含量較高，且有1005 礦點、152 礦化點等一批鈾礦化。

盆地沉積蓋層中鈾含量普遍較高，中侏羅統(tǒng)灰色砂巖中鈾含量為（3.3～5.2）×10-6，泥巖層中鈾含量為（5.8～7.1）×10-6，局部在砂巖中富集，可達到工業(yè)品位或形成地表鈾礦體；下白堊統(tǒng)河口群紅色巖層鈾含量為（1.3～3.1）×10-6、灰色層為（6.7～9.3）×10-6，局部在灰色層中富集，可達到工業(yè)品位或形成礦體；古近系鈾含量為（1.1～3.0）×10-6，局部達到（10.0～12.4）×10-6。以上特征表明，研究區(qū)鈾源條件豐富，既有富鈾花崗巖體和元古宇-古生界火山巖蝕源區(qū)鈾源，同時盆內(nèi)多套富鈾地層也能為鈾成礦提供鈾源條件［10-12］。

2.2 構(gòu)造條件

中、新生代以來，西寧盆地經(jīng)歷了印支期-燕山期的伸展、燕山晚期的擠壓和喜山期擠壓等階段，其中燕山晚期和喜山期的擠壓作用使盆地邊部抬升，目的層被掀斜為地下水進入目的層提供了必要條件；晚白堊世末擠壓運動造成了西寧盆地北緣娘娘山凸起、扎板山-黑敦山凸起，在凸起帶邊緣發(fā)育有穩(wěn)定的構(gòu)造斜坡，如蘇家堡-上臺斜坡，這為蝕源區(qū)含鈾含氧水滲入奠定了基礎(chǔ)。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育北西向F4 和北東向F5 兩組斷裂（圖2）。其中F4 斷裂為一隱伏斷裂，呈北西向展布，地貌上表現(xiàn)為線性河谷，地表均為第四系覆蓋。該斷裂淺部控制了下白堊統(tǒng)河口群、古近系與第四系的分布，深部則控制了下白堊統(tǒng)河口群及基底的展布。F5 斷裂位于研究區(qū)中東部，為一隱伏斷裂，呈北東向展布，該斷裂控制了下白堊統(tǒng)河口群及基底的空間分布特征。F4與F5斷裂以南為深部凹陷區(qū)，中、新生代地層廣泛沉積，其厚度一般大于600 m；F4與F5斷裂以北為山前斜坡帶，受構(gòu)造擠壓抬升影響，中、新生代地層部分遭受剝蝕，其沉積殘余厚度一般為300～600 m［3，13］，是該區(qū)砂巖型鈾成礦有利構(gòu)造區(qū)。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.2 Structural outline map of the study area

2.3 含礦目的層沉積相及砂體特征

白堊系廣泛分布于西寧盆地各坳陷中，主要由下白堊統(tǒng)河口群（K1hk）和上白堊統(tǒng)民和組（K2m）組成。由盆緣向盆內(nèi)主要為沖積扇相—河流相—湖相沉積，為干旱炎熱古氣候環(huán)境下形成的紅色碎屑巖建造，主要由砂礫巖、砂巖及泥巖-砂巖組成，常見黃鐵礦、有機炭屑等還原性物質(zhì)，在F4、F5 斷裂附近的局部可見還原性油氣流體顯示，砂體總體具呈由盆緣向盆內(nèi)粒度由粗變細的環(huán)帶狀展布特征（圖3）。

圖3 西寧盆地早白堊世河口群巖相古地理圖（據(jù)徐新文等，2020［3］，修改）Fig.3 Lithofacies-paleogeography map of Early Cretaceous Hekou Group in Xining Basin

研究區(qū)包馬莊和五峰鎮(zhèn)地區(qū)早白堊世中期（K1hk）巖相類型為砂巖相扇前緣-辮狀河沉積，砂體發(fā)育，中間夾有20～200 m 左右的灰色層；自下而上具有粗—細—略粗、紅—黑—雜完整沉積旋回的剖面結(jié)構(gòu)，具備穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，在研究區(qū)鉆孔巖心中可見找礦目的層下白堊統(tǒng)河口群發(fā)育6～13 層厚度和粒度不等的砂體，其厚度一般為5～60 m，巖性以砂礫巖、粗砂巖、中-細砂巖為主，局部見褐鐵礦化發(fā)育。平面上從盆地（坳陷）邊緣向中心依次為沖積扇相—河流相—湖相沉積，巖石粒度由粗逐漸變細，具備砂巖型鈾成礦的有利相帶和灰色層，成礦有利部位為辮狀河三角洲前緣亞相發(fā)育地段，因此認為西寧盆地北緣包馬莊和五峰鎮(zhèn)下白堊統(tǒng)河口群是該區(qū)主攻找礦目的層和重點找礦地段［8-10，14-17］。

2.4 水文地質(zhì)特征

湟水河、黃河自西向東分別流出西寧盆地，其支流由盆地兩側(cè)向干流中徑流，因此，盆地表現(xiàn)出南北兩側(cè)高，中間低的侵蝕地貌特點，盆地周邊蝕源區(qū)賦存基巖裂隙水，盆地蓋層主要賦存孔隙和裂隙-孔隙水，總體以湟水河、黃河為匯流與排泄中心，形成南北高、中間低的區(qū)域地下水徑流場。綜合包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)古水文地質(zhì)特征分析認為，該區(qū)補-徑-排體系發(fā)育完善，靠近盆地北緣斜坡帶地下水徑流區(qū)是該區(qū)下白堊統(tǒng)最有利的鈾成礦地段［10，18-20］。

通過分析研究區(qū)地下水鈾含量、礦化度及水化學(xué)類型可知，該區(qū)地下水中鈾含量一般低值在0.76～4.92 μg/L之間，大部分值在8.26～28.7 μg/L之間，最高值高達41.2 μg/L；大部分pH值＞7的堿性水，極個別值＜7 的酸性水；地層水礦化度大部分在0.11～0.78 μg/L 之間，個別礦化度較高的值為1.00～1.41 μg/L；水化學(xué)類型以HCO3型弱堿性水為主［2-3］。統(tǒng)計分析認為，研究區(qū)水體中鈾含量背景值為3.49 μg/L，新發(fā)現(xiàn)鈾水化異常點17 個，其異常值在11.1～41.2 μg/L，為背景值3～11 倍之多，圈出包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)鈾水化異常區(qū)2 片（圖4），顯示研究區(qū)深部具有較好的鈾成礦前景。

圖4 研究區(qū)鈾水化學(xué)異常區(qū)劃分圖Fig.4 Division map of hydrochemical anomalies and uranium mineralization in study area

2.5 后生蝕變特征

研究區(qū)主要發(fā)育層間氧化和潛水氧化兩種后生蝕變作用［6，8，12，19］。層間氧化帶主要發(fā)育在西寧盆地北緣、南緣、東緣等不同地區(qū)的下白堊統(tǒng)河口群及上白堊統(tǒng)民和組中，巖石大多被氧化為褐黃、淺黃、灰黃等顏色（圖5a、b），在盆地北緣包馬莊地區(qū)圍繞扎板山隆起帶下白堊統(tǒng)河口群灰色層段中發(fā)育一條長約15 km 的層間氧化帶；而潛水氧化僅在研究區(qū)局部地段發(fā)育，在地表及鉆孔中均見潛水氧化作用發(fā)育（圖5c、d），發(fā)育層位主要為下白堊統(tǒng)河口群（K1hk），主要巖性為褐黃色、黃色及淺黃色粗砂巖及中、細砂巖，明顯區(qū)別于原生紅色氧化層；潛水氧化作用主要發(fā)育在盆地山前地帶及河道和溝谷兩側(cè)，埋深一般為0至十幾米。鉆探查證結(jié)果表明，研究區(qū)單個鉆孔中一般發(fā)育2～6 層層間氧化帶，單層氧化帶厚度為2.40～54.77 m，鈾礦化或鈾異常主要發(fā)育在層間氧化帶前鋒線附近或兩翼緩坡部位。

圖5 西寧盆地包馬莊地區(qū)砂巖后生蝕變特征Fig.5 Epigenetic alteration characteristics of sandstones in Baomazhuang area，Xining Basin

研究區(qū)內(nèi)層間氧化帶總體分帶不明顯，根據(jù)巖石顏色、變價元素的礦物（黃鐵礦、磁鐵礦、黑云母等暗色礦物）、巖石組合及其地球化學(xué)參數(shù)，初步劃分出了氧化帶、過渡帶及原生帶［6-7，13，17］。研究區(qū)巖石具有原生氧化帶（紅色帶）→后生氧化帶（黃-褐黃色帶）→還原帶（灰色帶）→過渡帶（褐黃色、黃色、淺黃色）鈾含量逐漸升高的特征，其各帶鈾含量平均為1.58×10-6、7.52×10-6、9.35×10-6、54.64×10-6，過渡帶砂巖中鈾含量明顯高于氧化砂巖；釷含量平均為5.66×10-6、9.78×10-6、9.86×10-6、8.69×10-6；鈾、釷在還原帶、過渡帶以及氧化帶砂巖中均有明顯的富集現(xiàn)象［2-3］；鈾與有機質(zhì)含量（C有）和全硫含量（∑S）呈明顯的正相關(guān)性；Fe3+/Fe2+在原生氧化帶及氧化帶中最高，其次為過渡帶，而在還原帶中最低，其平均為0.73（表1）。除去表1 中部分樣品為潛水氧化所致的極高值外，大部分樣品呈現(xiàn)出氧化程度較弱的特征，表明研究區(qū)含礦目的層中后生氧化蝕變作用不強，主要處于氧化-弱氧化階段。

表1 西寧盆地包馬莊地區(qū)下白堊統(tǒng)河口群砂巖地球化學(xué)特征表Table1 Geochemical characteristics of sandstones of Lower Cretaceous Hekou Group in Baomazhuang，Xining Basin

3 鈾礦化特征及控礦因素

3.1 鈾礦化特征

包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)鈾礦化類型主要為層間氧化帶型，受區(qū)域構(gòu)造特征影響，層間氧化帶型鈾礦化在該區(qū)發(fā)育較為局限。該區(qū)在白堊紀末期發(fā)生局部抬升，導(dǎo)致含礦目的層下白堊統(tǒng)河口群（K1hk）局部出露或接近地表，來自盆緣蝕源區(qū)含鈾含氧水沿下白堊統(tǒng)向下滲入到含礦建造層的承壓層間水中，發(fā)生區(qū)域性層間氧化作用，有利于層間氧化帶型鈾礦化的發(fā)育［6-8，11-14］。喜山晚期，研究區(qū)下白堊統(tǒng)河口群含礦目的層進一步抬升至地表或近地表，導(dǎo)致早期形成的層間氧化帶型鈾礦化大部分遭受了剝蝕，目前含礦目的層中鈾礦化多為殘留的古層間氧化帶型鈾礦（化）體［2-3］。這些殘留的層間氧化帶型鈾礦（化）體主要分布在西寧盆地北緣包馬莊地段，含礦目的層為下白堊統(tǒng)河口群，賦礦巖性為疏松灰色、淺黃色細砂巖、含礫粗砂巖，含有炭屑、黃鐵礦等還原物質(zhì)，目前發(fā)現(xiàn)鈾礦工業(yè)孔3 個，異?？?個，鈾礦化埋深14.20～260.90 m，品位0.005 2%～0.022 8%。

3.2 主要控礦因素

根據(jù)西寧盆地北緣鈾源條件、構(gòu)造環(huán)境、地層結(jié)構(gòu)、目的層的巖石地球化學(xué)環(huán)境、水文地質(zhì)特征及鈾礦化分析，認為控制區(qū)內(nèi)砂巖鈾礦化的主要因素有以下4個方面［6，10，19，21-23］。

1）鈾礦化集中區(qū)發(fā)育于盆地邊緣構(gòu)造凹陷-斜坡帶中

西寧盆地自中、新生代以來，經(jīng)歷了印支、燕山、喜山期等重要的構(gòu)造運動，使盆地形成了隆凹相間的構(gòu)造格局，在靠近山前或者山間凹陷部位的周緣形成斜坡，白堊系向凹陷中部傾斜，地下水運動以水平向中心運動為主，鈾礦化形成受水平地球化學(xué)界面和巖石透水性控制，鈾礦化主要發(fā)育在紅色細碎屑巖夾持的灰色相對較粗的碎屑物中，如包馬莊工業(yè)鈾礦化產(chǎn)于蘇家堡-上臺斜坡。

2）鈾礦化產(chǎn)于辮狀河三角洲前緣亞相或河湖交互相中，受灰色層控制

區(qū)內(nèi)白堊系主要以一套紅色碎屑巖建造為主，在凹陷帶中河湖交互相或斷裂帶一側(cè)的陡坡帶沖積扇、扇三角洲相中，沉積物以灰色、灰黑色泥巖、灰色砂巖為主，構(gòu)成了西寧盆地北緣的主要找礦層位，鈾礦化主要富集在灰色層與紅色層的氧化-還原過渡帶部位。

3）鈾礦化受層間氧化作用控制明顯

區(qū)內(nèi)鉆探評價表明鈾礦化與層間氧化作用有關(guān)，鈾礦體定位于層間氧化帶前鋒線附近，常呈板狀、卷狀或薄層狀產(chǎn)出。

4）鈾礦化的形成與有機碳、總硫含量關(guān)系密切

鈾礦化部位的巖石中有機碳、總硫含量相對較高，區(qū)內(nèi)含礦砂體主要發(fā)育于灰色層中，含有大量的炭屑及黃鐵礦。

4 鈾找礦方向及前景分析

根據(jù)西寧盆地北緣包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)構(gòu)造演化特征、沉積充填史、基底和蓋層特征、沉積相特征、鈾源條件、水文地質(zhì)特征、后生蝕變特征、鈾礦化發(fā)育情況綜合分析認為，西寧盆地北緣包馬莊-五峰鎮(zhèn)一帶下白堊統(tǒng)河口群（K1hk）發(fā)育地段是該區(qū)砂巖型鈾礦找礦的重點方向［8］。研究區(qū)具蝕源區(qū)及沉積蓋層雙重鈾源條件、斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育、北段地層剝蝕強烈且埋深較淺、構(gòu)造天窗發(fā)育、補-徑-排體系發(fā)育完善，有利于潛水氧化帶型和層間氧化帶型鈾礦化的發(fā)育，因此認為馬莊-五峰鎮(zhèn)一帶下白堊統(tǒng)河口群發(fā)育的斜坡部位是該區(qū)砂巖型鈾礦找礦的重點地段。

研究區(qū)下白堊統(tǒng)河口群（K1hk）沉積期主要發(fā)育沖積扇-河流-湖相沉積，河流相砂體發(fā)育，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，補-徑-排體系完善，潛水氧化帶及層間氧化帶發(fā)育，具水中放射性異常和土壤氡氣異常，其中土壤氡氣濃度分布在6 108.80～28 880.50 Bq/m3之間，與目前發(fā)現(xiàn)的礦化帶在空間位置上較為吻合，對深部鈾礦化具有較好的指示作用［21，24］。鉆探查證表明，含礦目的層下白堊統(tǒng)河口群發(fā)育3～6 層層間氧化帶，厚度為1.2～21.3 m，并在層間氧化帶前鋒線附近見鈾礦化顯示；目前區(qū)內(nèi)有3 個鈾礦工業(yè)孔、2 個異常孔，控制鈾礦化長度2.0 km，初步將研究區(qū)劃分為包馬莊Ⅰ級和五峰鎮(zhèn)Ⅲ級遠景區(qū)（圖6），遠景區(qū)內(nèi)各種成礦要素匹配性較好，具備形成中型及以上的鈾成礦潛力［6，11，19，22］。

圖6 研究區(qū)鈾成礦遠景預(yù)測圖Fig.6 Prognosis map of uranium metallogenetic prospects in the study area

5 結(jié)論

1）西寧盆地北緣具備較好的砂巖型鈾礦成礦所需的鈾源、構(gòu)造演化、古水文條件及后生氧化改造條件，具有較好的砂巖型鈾礦找礦潛力。

2）西寧盆地北緣包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)主要找礦層位為下白堊統(tǒng)河口群，目的層中廣泛發(fā)育河道相砂體，且垂向上具備良好的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，有利于承壓水的穩(wěn)定滲入及層間氧化作用的發(fā)育，砂體中富含有機質(zhì)、炭屑及黃鐵礦等還原物質(zhì)，為鈾元素的還原沉淀提供了豐富的還原物質(zhì)。

3）包馬莊-五峰鎮(zhèn)地區(qū)砂巖型鈾礦找礦應(yīng)以層間氧化帶型為主，次為潛水氧化帶型，具水中放射性異常和土壤氡氣異常找礦標志，靠近北緣山前斜坡構(gòu)造帶的辮狀河三角洲前緣水下分支河道微相發(fā)育部位是研究區(qū)砂巖型鈾礦找礦的重點地段。

4）西寧盆地砂巖型鈾礦找礦重點方向為盆地北緣包馬莊-五峰鎮(zhèn)一帶，結(jié)合研究區(qū)鈾成礦環(huán)境及成礦條件，分別優(yōu)選了包馬莊Ⅰ級遠景區(qū)1 片、五峰鎮(zhèn)Ⅲ級遠景區(qū)1 片，遠景區(qū)內(nèi)各種成礦要素匹配性良好，具備形成中型及以上的砂巖型鈾成礦潛力。