劉鑫揚，賀鋒，剡鵬兵，張字龍，魯超，任志勇，駱效能，張艷

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029；2.中國核工業(yè)地質(zhì)局，北京 100013；3.核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

21 世紀(jì)以來，鄂爾多斯盆地東北部取得了鈾礦找礦重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了皂火壕、納嶺溝、大營和巴音青格利等大型和特大型鈾礦床，落實了庫計溝、罕臺廟和泊太溝等一批鈾礦產(chǎn)地，已成為我國最大的天然鈾勘查基地。這些鈾礦床均產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)直羅組，與典型的層間氧化帶控制的砂巖型鈾礦床不同，礦體受控于灰綠色與灰色砂巖的過渡界面。國內(nèi)外學(xué)者針對這些鈾礦床開展了沉積相、沉積體系與鈾成礦關(guān)系［1-6］、巖石地球化學(xué)特征與鈾成礦關(guān)系［7-14］、成礦流體特征與鈾成礦關(guān)系［15-17］、氧化-還原蝕變特征與鈾成礦關(guān)系［18-24］、鈾礦化特征、鈾成礦作用與鈾成礦機制［25-34］等系列研究，構(gòu)建了各研究階段的鈾成礦模式［30，35-38］，取得了豐碩的科研成果，建立了具有中國特色的“疊合復(fù)成因”砂巖型鈾成礦理論。本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)之上，闡述了鄂爾多斯盆地東北部鈾成礦地質(zhì)特征和區(qū)域鈾礦化特征，總結(jié)了區(qū)域鈾成礦規(guī)律，指出了與鈾成礦相關(guān)的構(gòu)造、沉積建造、后生蝕變等地質(zhì)因素，建議今后在鈾礦地質(zhì)勘查和科研工作中應(yīng)重點關(guān)注這些與鈾成礦相關(guān)的因素。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是發(fā)育在華北克拉通中西部的古生代-中生代多旋回沉積疊合大型內(nèi)陸坳陷型盆地［39］。盆地可進一步劃分為渭北隆起、天環(huán)坳陷、陜北斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起、西緣構(gòu)造帶6 個一級構(gòu)造單元。研究區(qū)主要位于伊盟隆起構(gòu)造單元。

鄂爾多斯盆地基底由前中生代沉積-變質(zhì)巖組成，并具有“雙重”基底的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)晶基底為太古宇及古元古界變質(zhì)巖系。直接基底由中元古界和古生界的寒武系（?）、奧陶系（O）、上石炭統(tǒng)（C2）、二疊系（P）組成，之間缺失志留系（S）、泥盆系（D）、下石炭統(tǒng)（C1）［40］。巖石固結(jié)程度較高，并發(fā)生過一定程度的變質(zhì)作用，主要分布在盆地北部的陰山隆起及東部的呂梁山上，有不同程度的出露，為盆地蓋層的沉積提供了豐富的物源和鈾源。

鄂爾多斯盆地東北部發(fā)育一系列相互交織的基底斷裂，主要以北東向為主，其次是東西向、南北向和北西向?；讛嗔训陌l(fā)育以及它們的相互切割和交叉，構(gòu)成了盆地東北部結(jié)晶基底格子狀或棱塊狀的構(gòu)造格局［41-42］，并形成大小不等的斷塊，反映區(qū)內(nèi)結(jié)晶基底具有破碎、復(fù)雜和凹凸不平的構(gòu)造特點。盆地基底斷裂構(gòu)造主要發(fā)育于盆地的周邊地帶，盆地內(nèi)部斷裂構(gòu)造并不發(fā)育，仍保持了盆地內(nèi)部的整體性。

鄂爾多斯盆地東北部沉積地層自下而上主要發(fā)育有三疊系、侏羅系、下白堊統(tǒng)、古近系、新近系和第四系（圖1）。其中，三疊系在盆地東部、東北部準(zhǔn)格爾旗呈三角形狀大面積出露，向西、南西傾伏于侏羅系之下；侏羅系在盆地東部鄂爾多斯—榆林一帶呈南北向帶狀大面積出露，向西傾伏于白堊系之下，延安組為盆地重要的含煤地層之一［43］，直羅組下段（J2z1）為區(qū)內(nèi)鈾礦找礦的主要目的層；下白堊統(tǒng)在盆地中部大部分地區(qū)分布，是盆地北部出露最廣泛的地層；古近系和新近系極不發(fā)育，只分布于盆地北部邊緣。

圖1 鄂爾多斯盆地北部鈾礦地質(zhì)簡圖Fig.1 Sketch uranium geology map of northern Ordos Basin

2 鈾成礦地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造特征

早中侏羅世，陰山造山帶處于逆沖間歇期，鄂爾多斯盆地為繼承性坳陷，這為大規(guī)模的、穩(wěn)定的潛在鈾儲層的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)［33］。晚侏羅世以大規(guī)模逆沖推覆為特征的早燕山運動為鈾成礦作用奠定了基礎(chǔ)。從中侏羅世晚期到早白堊世沉積后，盆地東部受呂梁隆起的影響，長期處于翹起狀態(tài)，中生界在盆地內(nèi)由東到西、由老到新依次出露。這種掀斜構(gòu)造運動一直持續(xù)到古近紀(jì)末，所以從侏羅紀(jì)至古近紀(jì)，盆地含氧含鈾水的總體流向是由東向西、由北東向南西運移。早燕山運動將直羅組鈾儲層剝露地表，使源于陰山造山帶的溶解鈾隨著含鈾含氧水的運移被帶入直羅組，形成區(qū)域?qū)娱g氧化帶并使鈾富集成礦。另一方面，早燕山運動的逆沖推覆體系影響到了盆地東北部，泊爾江海子逆沖斷層有可能隸屬于陰山逆沖推覆體系［44-45］，它可以充當(dāng)區(qū)域泄水通道。這樣以來，就構(gòu)成了完整的、大規(guī)模的補-徑-排成礦流體系統(tǒng)，于是主要鈾成礦作用開始發(fā)生（圖2）。

圖2 早燕山運動大規(guī)模鈾成礦作用模式圖［46］Fig.2 Model of large-scale uranium metallization during the Early Yanshan Movement［46］

新構(gòu)造運動導(dǎo)致河套斷陷的形成，切斷了陰山造山帶的鈾源向鄂爾多斯盆地輸送的途徑，導(dǎo)致大規(guī)模鈾成礦作用被終止。源于造山帶的充氧富鈾流體缺失必將導(dǎo)致盆地還原流場的增強，而不同時期不同性質(zhì)的斷層可能為流場的重大轉(zhuǎn)換提供了重要輸導(dǎo)通道［46］。這些正斷層以及少數(shù)長期活動的，諸如泊爾江海子逆斷層，可能為盆地還原介質(zhì)向鈾儲層和鈾礦體中運移提供了輸導(dǎo)通道，從而導(dǎo)致大規(guī)模的二次還原作用發(fā)生，使東勝鈾礦田得以完整保存。

2.2 鈾源特征

鄂爾多斯盆地東北部中侏羅統(tǒng)直羅組及延安組的物源主要來自于盆地的北部及西北部的陰山和狼山一線的蝕源區(qū)。蝕源區(qū)內(nèi)分布有大面積的太古宙、早元古代結(jié)晶巖系和不同時代的花崗巖類巖體，鈾含量較高，一般為（4.1～12）×10-6，可為直羅組和延安組等地層的鈾初始富集提供充足的鈾源，也為后期鈾成礦作用提供重要鈾源［43］。

盆地內(nèi)部中新生代地層也具有豐富的鈾源。劉漢彬等人［47］對皂火壕礦床附近處于氧化帶的巖石中原始鈾含量及其變化研究表明，原始鈾含量平均為24.64×10-6，現(xiàn)測鈾含量為4.44×10-6，鈾丟失平均為－72.2 %，認(rèn)為非礦化巖石以帶出鈾為主，是鈾成礦的重要鈾源；馬曄［48］對杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖中的鈾含量背景值進行統(tǒng)計，鈾含量可高達(dá)15.0×10-6；張龍等人［49］對大營和納嶺溝鈾礦床直羅組35 個非礦化原生灰色砂巖鈾含量統(tǒng)計得出，鈾含量平均可達(dá)到6.55×10-6。這些數(shù)據(jù)均揭示了直羅組砂巖應(yīng)是鈾成礦的直接鈾源之一。

2.3 古氣候特征

綜合前人［50-53］對鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)以來的古氣候演化特征研究成果得知，早侏羅世（富縣期）為亞熱帶半濕潤氣候；中侏羅世早期（延安期）為濕潤的亞熱帶-暖溫帶氣候；中侏羅世中期（直羅期）呈半濕潤到半干旱的氣候；中侏羅世晚期（安定期）呈亞熱帶半干旱或干旱氣候；晚侏羅世為半干旱-干旱氣候；早白堊世基本上為干旱氣候；晚白堊世—古近紀(jì)地層沉積缺失，推測古氣候為半干旱-干旱性質(zhì)；新近紀(jì)—今為半干旱-干旱性氣候。

中侏羅世，在潮濕的古氣候環(huán)境下，延安組和直羅組沉積了厚大的河湖相碎屑巖建造［53］。其中直羅組下段下亞段發(fā)育的辮狀河-辮狀河三角洲砂體，為區(qū)域鈾成礦提供了良好的容礦空間。在晚侏羅世—早白堊世及晚白堊世—古近紀(jì)，古氣候為干旱-半干旱，該時期的構(gòu)造抬升和掀斜運動，使盆地北部直羅組和延安組長期暴露地表并遭受風(fēng)化剝蝕，使源于陰山和狼山造山帶的溶解鈾能長期持續(xù)滲入到直羅組中，為區(qū)域大規(guī)模鈾成礦提供了有利的古氣候-構(gòu)造條件。

2.4 沉積特征

通過對砂體展布特征與沉積相分布特征分析以及結(jié)合前人的研究成果表明，鄂爾多斯盆地東北部鈾礦化主要受辮狀河-辮狀河三角洲亞相、曲流河-曲流河三角洲亞相控制［1，3，6］，并且辮狀河-辮狀河三角洲亞相是整個鄂爾多斯盆地東北部最有利的沉積相帶。工業(yè)鈾礦體主要位于中部厚度大、延伸相對穩(wěn)定具有良好的孔隙度和滲透率的砂體中，并且順著砂體厚度變小的方向延伸。這些砂體的頂板和底板均發(fā)育有泥巖隔擋層，在空間上組成了層間氧化帶型鈾成礦所需的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，在垂向上為鈾成礦的形成賦存提供了一個良好的層位和地球化學(xué)屏障，從而有利于鈾的富集成礦。鈾礦化多分布于砂體厚度減薄地帶和砂體邊緣相變地區(qū)，主要是由于該地區(qū)沉積環(huán)境的改變，導(dǎo)致水流速度變慢，泥質(zhì)含量在此堆積增加并且隨著有機質(zhì)的增多使鈾礦易于在此沉淀富集成礦。

在鄂爾多斯盆地北部直羅組下段為主要找礦目的層，根據(jù)古氣候和巖性組合特征，直羅組下段又分為下亞段（J2z1-1）和上亞段（J2z1-2）（圖3）。

圖3 鄂爾多斯盆地北東部侏羅紀(jì)地層結(jié)構(gòu)圖（據(jù)文獻(xiàn)［54］修改）Fig.3 Stratigraphic structure of the Jurassic in northeastern Ordos Basin（modified after reference［54］）

直羅組下段下亞段（J2z1-1）為在潮濕氣候環(huán)境下的一套辮狀河-辮狀河三角洲沉積體系。砂體厚度最顯著的分布特征是北東厚南西薄，中間厚兩側(cè)薄（圖4），全區(qū)砂體平均厚度為48 m，砂體厚大部位（厚度＞50 m）主要集中在蘇臺廟—大營—新街—康巴什以北，整體呈北西-南東向展布，分布范圍大，向南東方向有多個較大的分支，該線南西一側(cè)砂體厚度多低于30 m，僅在大成梁—勝利鄉(xiāng)一帶發(fā)育一條北東-南西向?qū)挾燃s40 km 的砂帶。

圖4 鄂爾多斯盆地北部直羅組下段下亞段砂體厚度圖Fig.4 Conutor map of sand body thickness of lower sub-member of lower member of Zhiluo Formation，northern Ordos Basin

直羅組下段上亞段（J2z1-2）為在半潮濕-半干旱氣候環(huán)境下的一套曲流河-曲流河三角洲沉積體系。沉積展布很大程度上繼承了下亞段發(fā)育特點，砂體厚度分布與下亞段分布具有相同的規(guī)律性：總體呈北厚南薄，中間厚兩側(cè)薄的趨勢，砂體厚大部位（厚度＞50 m）集中分布于蘇臺廟—大營—泊江海子—公泥召—罕臺廟一帶以北、以西的區(qū)域，靠近北部剝蝕線的地區(qū)最厚，砂帶由北西向東南方向展布，平均厚度為50 m，尤其在納嶺溝—大成梁一線發(fā)育較厚，最大厚度可達(dá)120 m，其向南西、南和南東方向分岔延伸，厚度逐漸變薄，平均厚度為35 m。上亞段砂體呈條帶狀，相變大，分布較局限，具有泛濫平原較發(fā)育、“二元結(jié)構(gòu)”明顯等特點，垂向上形成多個“泥-砂-泥”地層結(jié)構(gòu)。平面上，直羅組下段上亞段的沉積展布很大程度上繼承了下亞段發(fā)育特點，同樣是由北向南偏東發(fā)育，主河道發(fā)育方向、位置以及規(guī)模均與下亞段辮狀河主河道重疊。

2.5 古水文地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地古水動力條件與現(xiàn)代水動力條件截然不同，地下水的形成分布在各個不同的地質(zhì)發(fā)展時期具有與其構(gòu)造特征、沉積環(huán)境、建造類型相適應(yīng)的自身特征。地下水作為鈾的載體對鈾的分散富集有著至關(guān)重要的作用，對客觀評價該盆地的鈾成礦條件及成礦前景具有重要的意義。

晚三疊世沉積間斷期，盆地上升，湖相區(qū)域面積縮小，使沉積成因水和壓榨承壓水動力系統(tǒng)作用區(qū)間減小，滲入成因水的淋濾作用區(qū)間增大，地下水動力體系主要為潛水類型，在延長組中形成潛水氧化帶。地下水流向受古地形的控制，由地形較高的盆地邊緣向侵蝕河谷及湖區(qū)運動，最終排泄于地表水流。

中侏羅世地層沉積期間，沉積中心位于盆地的中南部（靖邊—吳旗一帶），在盆地北部分布著大面積的洪泛平原-三角洲相沉積，其中廣泛發(fā)育著滲透性較好的河道砂體，為地下水在其中的賦存運移提供了條件。晚侏羅世，盆地整體抬升，缺失上侏羅統(tǒng)沉積，但在盆地東北部伊金霍洛旗—泊爾江海子一線的北東側(cè)發(fā)育著由北東至南西、由北向南的支流河道。在這一區(qū)域地下水流由北向南、由北東向南西運動匯聚于主干河道后由北西向南東運移。在中侏羅統(tǒng)沉積期間，滲入成因水難以克服壓實作用產(chǎn)生的靜壓力向深部運移。對鈾成礦意義在于為鈾的富集成礦提供了賦存空間，有利于將蝕源區(qū)的鈾帶入盆內(nèi)。而在其間斷期，在盆地的北部，滲入水作用區(qū)間較大，滲入水由北西向南東運移。由北東向南西運移的驅(qū)動力由于盆地該時期東部抬升幅度較大而得以加強，有利于鈾的大量聚集成礦。

侏羅紀(jì)末期鄂爾多斯盆地整體抬升，形成由東向西緩傾斜的大型單斜構(gòu)造。白堊紀(jì)時期，盆地東部由于山西臺隆的上升，西緣受強烈逆沖構(gòu)造帶的影響，從而形成西深東淺的古地形特征。下白堊統(tǒng)含水巖組沉積結(jié)束，盆地緩慢抬升，發(fā)生沉積間斷，滲入作用占據(jù)主導(dǎo)地位。早白堊世—更新世，盆地整體抬升，東部、東北部抬升幅度較大，滲入作用得以加強。這樣長期定向流動的地下水為盆地東北部中侏羅統(tǒng)含水巖組中形成較大規(guī)模的層間氧化帶型鈾礦奠定了基礎(chǔ)。

2.6 古層間氧化帶特征

鄂爾多斯盆地北部直羅組下段發(fā)育的灰綠色氧化帶為經(jīng)后生還原作用改造的古氧化帶。由于廣泛發(fā)育的后生還原作用，古氧化砂巖已幾乎全部被還原為綠色，其內(nèi)仍見紅色、黃色古氧化殘留體，且綠色巖石保留了早期層間氧化帶的形態(tài)，故稱之為“古層間氧化帶”。另外在新街地區(qū)還見有黃色、紅色氧化。層間氧化帶在平面上一般可分為完全氧化亞帶（即整個含水層完全被氧化的區(qū)域，古層間氧化帶以綠色砂巖為標(biāo)志）、氧化-還原疊置帶（即含水層內(nèi)砂體不完全氧化的區(qū)域）、還原帶（原生灰色砂巖）。因古層間氧化帶經(jīng)二次還原作用改造后，疊置帶綠色砂巖與完全氧化亞帶從砂體顏色、地球化學(xué)環(huán)境指標(biāo)等特征方面無明顯區(qū)別，古層間氧化帶在剖面上只表現(xiàn)出古氧化亞帶與還原帶特征，即含水層內(nèi)氧化砂體與還原砂體相互疊置分布。

鄂爾多斯盆地北部直羅組下段發(fā)育綠色古層間氧化帶，并見紅色、黃色氧化帶（表1）。綠色古層間氧化帶發(fā)育規(guī)模大，是主要的控礦氧化帶，其向西部擴展了近70 km，向南部擴展了約100 km；紅色氧化在新街地區(qū)可見到，規(guī)模小，見有工業(yè)鈾礦化；黃色氧化在新街地區(qū)的瑤鎮(zhèn)地段可見，見鈾異常（圖5）。

表1 直羅組下段各類氧化帶前鋒線長度統(tǒng)計表Table 1 Front line length of various oxidation zones in the lower member of Zhiluo Formation

圖5 鄂爾多斯盆地北部直羅組下段下亞段后生蝕變圖Fig.5 Epigenetic alteration map of the lower sub-member of lower member of Zhiluo Formation，northern Ordos Basin

直羅組下段下亞段砂體中綠色古層間氧化帶發(fā)育寬度較大，從河套古隆起到區(qū)域?qū)娱g氧化帶前鋒線位置距離大于100 km，直羅組剝蝕界線以北層間氧化砂體已被剝蝕，保留的氧化帶寬度為7～35 km。區(qū)域古層間氧化帶前鋒線位于蘇臺廟—巴音青格利—納嶺溝—大成梁—合同廟—布爾臺—新街—瑤鎮(zhèn)一線，整體上呈北西-南東向蛇曲狀展布。在皂火壕—康巴什地區(qū)發(fā)育一條開口向東的“U”型氧化帶前鋒線。古層間氧化帶前鋒線總長度約770 km，在皂火壕及大營鈾礦床（含大營及巴音青格利鈾礦產(chǎn)地）分別控制長度為40 km 及65 km。沿區(qū)域古層間氧化帶前鋒線在大成梁與代杜梅等地均有工業(yè)礦孔產(chǎn)出。巴音青格利鈾礦產(chǎn)地和蘇臺廟鈾礦產(chǎn)地（礦體受控于氧化帶前鋒線）的發(fā)現(xiàn)，表明氧化帶前鋒線有進一步向北西延伸的趨勢。前鋒線以北直羅組下段下亞段砂體呈綠色或綠色與灰色交互出現(xiàn)，以南砂體基本呈灰色。區(qū)內(nèi)古層間氧化帶的形態(tài)主要受辮狀河道砂體空間展布形態(tài)和砂體中含氧水徑流方向、砂體滲透性、砂體非均質(zhì)性及砂體中還原介質(zhì)的含量等因素控制。

直羅組下段上亞段古層間氧化帶與下亞段具有類似的特征，其識別標(biāo)志、巖石地球化學(xué)環(huán)境特征、古層間氧化帶分帶依據(jù)基本相同。氧化帶總體由北向南、由北東向南西方向發(fā)育，寬度在5～50 km 之間，氧化深度達(dá)700 m。區(qū)域古層間氧化帶前鋒線位于蘇臺廟—巴音青格利—新勝—敏蓋—公尼召—新街—瑤鎮(zhèn)一線，整體上呈北西-南東向蛇曲狀展布（圖6）。

圖6 鄂爾多斯盆地北部直羅組下段上亞段后生蝕變圖Fig.6 Epigenetic alteration map of the upper sub-member of lower member of Zhiluo Formation，northern Ordos Basin

受河道及砂體非均質(zhì)性的控制，氧化帶前鋒線多分布于河道側(cè)面轉(zhuǎn)彎部位，多為河道交叉處，長度大于400 km，僅在大營鈾礦床、巴音青格利鈾礦產(chǎn)地控制70 km，在大成梁及公尼召等地有工業(yè)鈾礦孔及鈾礦化孔控制。另外，皂火壕地區(qū)直羅組下段上亞段砂體已全部被氧化，處于完全氧化環(huán)境，不存在氧化帶前鋒線。區(qū)域古層間氧化帶前鋒線西南部含水層砂體呈灰色，富含有機質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)；前鋒線東北部含水層砂體呈綠色與灰色互層，向東北部綠色砂體厚度增加而灰色砂體厚度變薄至尖滅。含氧水主要來自東北部，氧化方向由北東向南西。

3 鈾礦化特征

鄂爾多斯盆地東北部，已先后發(fā)現(xiàn)有皂火壕（大型）、納嶺溝（特大型）、大營（特大型）、巴音青格利（大型）等鈾礦床并落實了庫計溝、罕臺廟、泊太溝等一批鈾礦產(chǎn)地，已成為我國最大的天然鈾勘查基地。鈾礦化類型以復(fù)成因型為主，主要賦礦層為中侏羅統(tǒng)直羅組下段下亞段，其次為直羅組下段上亞段。

3.1 賦礦巖性特征

鄂爾多斯盆地東北部各鈾礦床直羅組賦礦巖性以灰色、綠色中粗-中細(xì)砂巖為主，有少量（含礫）粗砂巖，砂巖中夾的薄層透鏡狀泥巖也常見鈾礦化。含礦砂巖成分復(fù)雜，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低（表2）。巖石結(jié)構(gòu)組分中碎屑顆粒中石英占38%～50%、長石占21%～40%、巖屑占15%～41%，黏土礦物和泥質(zhì)雜基占2%～34%，碳酸鹽膠結(jié)物（方解石和（鐵）白云石）占1%～35%；碎屑顆粒分選中等，磨圓中等—偏差，顆粒間呈點、線接觸。成礦砂巖按礦物成分和化學(xué)成分分類均屬于低成熟的巖屑砂巖和（長石）巖屑砂巖類（圖7），符合河道亞相砂巖的一般特征，灰色砂體中富含有機質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)，原生還原能力較強（圖8），對鈾成礦十分有利。

圖8 富含炭屑和黃鐵礦的灰色賦礦砂巖（ZKB135-8）Fig.8 Gray ore bearing sandstone rich in carbon chips and pyrite（ZKB135-8）

表2 直羅組賦礦砂巖巖石學(xué)特征Table 2 Petrological characteristics of ore boaring sandstone of Zhiluo Formation

圖7 鄂爾多斯盆地東北部直羅組下段砂巖化學(xué)成分分類圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)［55］）Fig.7 Chemical composition classification diagram of sandstone in the lower member of Zhiluo Formation，northeastern Ordos Basin（base map after reference［55］）

3.2 鈾礦化特征

3.2.1 鈾礦體特征

鄂爾多斯盆地東北部鈾礦體主要賦存在皂火壕、納嶺溝、大營和巴音青格利等大型和特大型鈾礦床中，賦礦層位主要是直羅組下段下亞段，其次是直羅組下段上亞段。礦體埋深自西向東由最淺的138 m 過渡到713 m，賦礦層位也由東部的下亞段過渡到西部的上亞段（圖9）。礦體形態(tài)主要為板狀，其次為透鏡狀，局部為卷狀（圖10）。礦體厚度一般為0.8～15.6 m，最厚為26.4 m，平均厚度為7.17 m；礦石品位一般為0.016 2%～0.385 7%，平均值為0.054 1%；平米鈾含量一般為1.0～13.38 kg/m2，最高值為27.11 kg/m2，平均值為6.67 kg/m2（表3）。

表3 鄂爾多斯盆地北部典型鈾礦床鈾礦化特征對比一覽表Table 3 Comparison of uranium mineralization characteristics of typical uranium deposits，northern Ordos Basin

圖9 大營鈾礦床大營地段D95 號勘探線剖面圖Fig.9 Profile of exploration line D95 in Daying section of Daying uranium deposit

圖10 皂火壕礦床孫家梁地段A7 號勘探線剖面示意圖［30］Fig.10 Profile of exploration line A7 in Sunjialiang section of Zaohuohao deposit［30］

3.2.2 主要鈾礦物類型及其賦存形式

通過掃描電鏡及電子探針分析，基本查明各鈾礦床鈾的主要存在形式以鈾礦物和吸附態(tài)鈾為主。鈾礦物主要為鈾石，少量為瀝青鈾礦和鈾釷石。鈾礦物呈冰花狀、條帶狀或條粒狀存在于碎屑顆粒表面及孔隙中，其中鈾石以四方雙錐狀、短柱狀或長柱狀、米粒狀、球狀等集合體狀產(chǎn)出（圖11）。鈾石與綠泥石等黏土礦物、黃鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦、方解石或者白云母、黑云母等礦物共生，瀝青鈾礦呈面狀分布在碎屑顆粒的孔隙當(dāng)中，鈾釷石則疑似分布在巖屑中，可能為源區(qū)搬運而來。

圖11 鈾石產(chǎn)出形態(tài)Fig.11 Morphology of coffinite

3.2.3 鈾成礦時代

前人通過賦礦砂巖全巖U-Pb 等時線法、fs-LA-ICP-MS 鈾礦物U-Pb 年齡法和SIMS 鈾礦物U-Pb 年齡法分別對皂火壕、納嶺溝、大營和巴音青格利鈾礦床成礦年齡進行了測定，所得結(jié)果表明鄂爾多斯盆地東北部的鈾成礦具有明顯的多階段疊合成礦的特點（表4）。從鈾成礦年齡的連續(xù)性來看，鈾成礦大體可分為4個階段：中侏羅世、早白堊世中期、晚白堊世—始新世中期、中新世。其中，晚白堊世的成礦年齡數(shù)據(jù)最多，占到總數(shù)據(jù)的48%，是主成礦期，其次是早白堊世，占總數(shù)據(jù)的14%。從數(shù)據(jù)不難看出，在直羅組沉積階段（中侏羅世）存在鈾的同沉積富集。

表4 鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦年齡統(tǒng)計表Table 4 Age of sandstone-type uranium deposits in northern Ordos Basin

4 鈾成礦規(guī)律

4.1 沉積體系與鈾成礦

鄂爾多斯盆地北部直羅組下段下亞段時期發(fā)育辮狀河沉積體系和辮狀河三角洲沉積體系，直羅組下段上亞段時期發(fā)育曲流河沉積體系和（曲流河）三角洲沉積體系。下亞段鈾礦化主要發(fā)育于三角洲平原，其中工業(yè)礦體主要發(fā)育于辮狀河三角洲平原的分流河道和分流間灣中，部分工業(yè)礦體發(fā)育于辮狀河沉積體系中（圖12）。上亞段鈾礦化主要發(fā)育于三角洲平原和前緣，其中工業(yè)礦體主要發(fā)育于（曲流河）三角洲平原的分流河道、分流間灣和（曲流河）三角洲前緣中，僅有小規(guī)模的工業(yè)礦體發(fā)育于曲流河中。

圖12 鄂爾多斯盆地東北部直羅組下段下亞段沉積相圖Fig.12 Sedimentary facies of the lower sub-member of lower member of Zhiluo Formation，northeastern Ordos Basin

4.2 古層間氧化帶與鈾成礦

直羅組下段古層間氧化帶的發(fā)育特征具有垂直與水平分帶性，工業(yè)鈾礦體嚴(yán)格受氧化-還原過渡帶控制。在剖面上，下翼板狀礦體受垂向過渡帶控制，產(chǎn)于綠色古氧化砂巖與灰色砂巖過渡部位的灰色砂巖中；沿傾向由北向南、由東向西礦體層數(shù)變多，古氧化砂體呈多層“舌狀”產(chǎn)出，鈾礦體呈板狀、透鏡狀產(chǎn)出，受古層間氧化-還原過渡帶控制。在平面上，古氧化-還原過渡帶是鈾礦化最活躍的空間，礦體大部分產(chǎn)于層間氧化-還原過渡帶內(nèi)，鈾礦化主要分布于氧化砂體比率在0～80%之間的范圍內(nèi)，僅有少部分發(fā)育于其他范圍內(nèi)。

4.3 灰色殘留體與鈾成礦

盆地東北部直羅組灰色殘留體主要分布于罕臺廟—皂火壕一帶，該區(qū)鈾礦體均分布于灰色殘留體邊界附近的氧化-還原疊置帶內(nèi)，受灰色殘留體邊界控制（圖13），均位于迎水面的一側(cè)。

圖13 罕臺廟地區(qū)灰色殘留體與鈾礦化關(guān)系示意圖Fig.13 Schematic diagram showing the relationship between grey residue and uranium mineralization in Hantaimiao area

灰色殘留體砂巖為未被氧化的砂巖，具有較強的還原性，含氧含鈾水流經(jīng)灰色殘留體的邊部時，受其還原性介質(zhì)的影響，鈾由正六價轉(zhuǎn)變?yōu)檎膬r而發(fā)生沉淀，隨著鈾的不斷的富集，逐漸形成規(guī)模較大的鈾礦體。

4.4 還原介質(zhì)與鈾成礦

還原介質(zhì)主要包括有機碳、煤屑、烴類、低價硫和黃鐵礦等，與鈾礦化有著密切的關(guān)系，在鈾成礦中起絡(luò)合作用、還原作用及吸附作用等。

在古層間氧化帶的演化過程中，目的層河流-三角洲相砂體中的黃鐵礦、炭化植物碎屑、黑云母等礦物發(fā)生蝕變，其中黃鐵礦被氧化形成SO42-離子，使完全氧化帶巖石地球化學(xué)環(huán)境呈酸性，有利于鈾的活化遷移；黑云母蝕變?yōu)樗谠颇富蛩自颇?，同時析出大量K2O，與砂巖孔隙溶液的CO2形成K2CO3。K2CO3溶液是一種強堿性溶液，在氧化-還原過渡帶內(nèi)pH 值增高，形成堿性環(huán)境，有利于鈾的吸附沉淀和石英等硅質(zhì)礦物發(fā)生溶解。與此同時，鈾酰離子（UO22＋）被還原（U6+→U4+）與溶液中的SiO2作用，發(fā)生沉淀，形成鈾石［U（SiO4）1-X（OH）4X］［43］。

地層中有礦與無礦、富礦與貧礦主要與砂巖中各種還原介質(zhì)的含量有關(guān)。其中灰色、深灰色砂巖中有機碳、黃鐵礦等含量高，含礦（或富礦）的機率相對較大；灰白色、淺灰色砂巖中還原介質(zhì)含量相對較少，不含礦（或貧礦）的機率相對較大；而紅色、黃色、灰綠色等砂巖中不存在或含極少量的還原介質(zhì)，一般不含礦。通過對皂火壕鈾礦床和納嶺溝鈾礦床的礦段和非礦段灰色砂巖地球化學(xué)環(huán)境指標(biāo)對比，礦石中有機碳平均含量為0.54%，低價硫平均含量為0.35%，明顯高于非礦段中灰色砂巖有機碳（0.38%）和低價硫（0.12%）的含量，說明鈾的富集與還原介質(zhì)關(guān)系密切。

4.5 砂體非均質(zhì)性與鈾成礦

砂體平面上非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在3 個方面：一是砂體厚度與含砂率的變化；二是砂體形態(tài)和走向的變化；三是砂體性質(zhì)（成因）的變化。最佳成礦區(qū)則位于辮狀分流河道砂體的頻繁分岔處和從無隔擋層到隔擋層突發(fā)區(qū)的河道砂體邊緣［58］。古層間氧化帶的發(fā)育受骨架砂體形態(tài)及其相變等因素控制。研究區(qū)直羅組下段下亞段辮狀河砂體厚度最顯著的分布特征是北東厚南西薄，中間厚兩側(cè)薄，而砂體厚度以及含砂率變化部位，是地下水水動力條件發(fā)生變異的部位，為鈾礦化在該部位的富集提供了有利的水動力條件。研究區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鈾礦孔，大多位于砂體厚度及含砂率變化部位。

砂體垂向非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為砂體沉積韻律的變化，泥巖的隔檔層層數(shù)和厚度與含砂率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，鈾礦化出現(xiàn)在隔檔層層數(shù)少、厚度變薄的地區(qū)，隨著隔檔層厚度的增加，鈾礦化逐漸降低［59］。沉積物粒度在垂向上的組合特征決定了流體在其內(nèi)部的運移能力，進而控制鈾成礦。礦體主要位于直羅組下段頂板泥巖相對較厚的部位，其原因主要有兩個，一是直羅組下段頂板泥巖的穩(wěn)定發(fā)育對深部還原氣體具有良好的屏蔽作用，造成目的層砂巖在局部地段還原能力增強，有利于鈾的卸載和富集；二是目的層細(xì)粒物質(zhì)增多，既改變了成礦流體的運移速度，也增加了目的層的吸附能力，為鈾的富集成礦提供了有利的巖性條件。

5 討論

鄂爾多斯盆地東北部發(fā)現(xiàn)有多個大型、特大型鈾礦床，已成為我國最大的天然鈾勘查基地。這些鈾礦床的賦礦層位均為直羅組下段，但礦體的產(chǎn)出位置、規(guī)模、形態(tài)、品位等均具有不同的特征。通過上述鈾成礦地質(zhì)特征、鈾礦化特征和鈾成礦規(guī)律的歸納與總結(jié)，認(rèn)為在具備豐富的鈾源條件和穩(wěn)定成礦構(gòu)造環(huán)境條件下，鈾成礦主要與賦礦層沉積體系類型、砂體及其空間分布、砂體后生蝕變分帶（古層間氧化-還原分帶）、砂體中的還原性介質(zhì)、水動力條件、地層結(jié)構(gòu)及砂體的非均質(zhì)性、巖石地球化學(xué)環(huán)境等因素息息相關(guān)，但不同礦區(qū)成礦地質(zhì)環(huán)境的差異會導(dǎo)致關(guān)鍵控礦因素不同，這是非常值得我們進一步關(guān)注和探討的。

研究區(qū)西部巴音青格利和大營鈾礦床主要賦礦層位是直羅組下段上亞段，中部及東部納嶺溝和皂火壕鈾礦床及罕臺廟鈾礦產(chǎn)地賦礦層為直羅組下段下亞段，即由東向西，賦礦層位由老變新，越向盆地內(nèi)部延伸，賦礦層越新，這與區(qū)域水動力條件密切相關(guān)。

鄂爾多斯盆地東北部鈾礦體主要賦存在直羅組下段灰綠色與灰色砂體過渡部位，古層間氧化帶前鋒線即為灰綠色與灰色砂體分界線，是區(qū)域最重要的找礦標(biāo)志。但在找礦工作中還要區(qū)分古氧化帶前鋒線和灰色殘留體分界線，如皂火壕、納嶺溝和大營鈾礦床均分布在區(qū)域古氧化帶前鋒線上，發(fā)育的鈾礦體連續(xù)、穩(wěn)定，鈾礦化規(guī)模大；而罕臺廟鈾礦產(chǎn)地分布在氧化-還原過渡帶偏氧化帶一側(cè)，鈾礦化受直羅組灰色殘留體控制，發(fā)育的鈾礦化不連續(xù)，規(guī)模小。另外，目前鄂爾多斯盆地東北部控制和推測的古層間氧化帶前鋒線總長度已達(dá)770 km，在皂火壕礦區(qū)控制的長度達(dá)40 km，在大營-巴音青格利礦區(qū)控制的長度達(dá)65 km。但皂火壕礦床鈾礦體總長約11 km，大營鈾礦床礦體總長約15 km，也就是說鈾礦化一定在氧化帶前鋒線上，但大部分氧化帶前鋒線為非鈾礦化區(qū)，并非單純的是氧化帶前鋒線控礦，還要考慮地層結(jié)構(gòu)、沉積環(huán)境和砂體性質(zhì)等因素。

直羅組下段砂體呈現(xiàn)灰綠色，主要是由覆蓋于砂巖顆粒表面的針葉狀綠泥石引起［60］；綠色砂巖有機碳含量很低，但酸解烴含量較高，主要經(jīng)歷了早期氧化和晚期還原作用［30］；灰綠色蝕變砂巖不僅僅代表了古氧化環(huán)境，在古氧化帶、氧化還原過渡帶、原生帶中均可出現(xiàn)不同色調(diào)的灰綠色砂巖［61］；灰綠色砂巖具有較強還原性是形成鈾礦的最重要因素［62］。富油氣的熱流體活動對鈾沉淀的化學(xué)反應(yīng)有著積極的促進作用，是鈾成礦的重要條件［63］。通過對比前人研究成果可提出以下問題：1）找礦過程中如何區(qū)分原生灰綠色砂體和油氣還原改造灰綠色砂體？不同成因灰綠色砂體空間分布如何？2）油氣改造的灰綠色砂體是否與鈾成礦相關(guān)？3）油氣還原導(dǎo)致砂體呈灰綠色的機理？是否還可以還原改造灰白色、灰色砂體？灰綠色砂體的成因及其與鈾成礦的關(guān)系仍是今后值得深入研究的內(nèi)容。

通過鈾成礦地質(zhì)條件分析，鄂爾多斯盆地東北部直羅組下段具備層間氧化帶型鈾礦形成條件，但鈾礦體主要呈現(xiàn)板狀。板狀鈾礦是在含氧含鈾水和深部還原性流體雙重作用下形成的［64］；板狀礦體的形成是偏堿性含鈾含氧大氣降水與有機酸性流體長期穩(wěn)定相互作用的結(jié)果［65］。通過對比前人研究成果可知，板狀礦體為層間氧化作用與還原流體作用雙重作用結(jié)果，油氣流體參與了鈾成礦，并非僅僅是后期還原改造保礦作用。這與古層間氧化作用成礦的觀點又存在一定矛盾，所以區(qū)域鈾成礦的機制還需要進一步開展深入研究。

總之，前人已經(jīng)針對鄂爾多斯盆地東北部鈾成礦開展了大量的研究，總結(jié)了與鈾成礦相關(guān)的因素，取得了豐碩找礦和研究成果，建立了疊合復(fù)成因鈾成礦模式。但如何進一步擴大找礦成果，還需要解決目前面臨的基礎(chǔ)問題，如研究綠色砂體成因機制及其與鈾成礦關(guān)系，研究油氣作用、古層間氧化作用、熱液作用等鈾成礦作用的相互關(guān)系，進而深入研究鈾成礦機制，建立可視化的找礦識別標(biāo)志，厘定不同成礦環(huán)境下的關(guān)鍵控礦要素組合，達(dá)到預(yù)測并優(yōu)選鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)的目的。

6 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地東北部發(fā)育的伊盟隆起為鈾成礦提供了大型穩(wěn)定的構(gòu)造斜坡帶，蝕源區(qū)和沉積蓋層為鈾成礦提供了豐富的雙重鈾源，直羅組下段沉積厚層穩(wěn)定的砂體為鈾成礦提供了充足的容礦空間，這些因素再結(jié)合晚侏羅世和晚白堊世-古近紀(jì)干旱古氣候和古水動力條件聯(lián)合為區(qū)域鈾成礦提供了大規(guī)模層間氧化作用，最終形成系列大型、特大型鈾礦床。

2）鄂爾多斯盆地東北部鈾礦化主體受辮狀河-辮狀河三角洲砂體中發(fā)育的氧化帶前鋒線控制，灰綠色與灰色砂體分界線是最重要的找礦識別標(biāo)志。鈾礦化主要富集在前鋒線附近發(fā)育的砂體厚度及含砂率變化部位且富含有機質(zhì)的砂體中。

3）鄂爾多斯盆地東北部具備大規(guī)模鈾成礦條件，今后應(yīng)加強鈾礦地質(zhì)勘查和科研工作。鈾成礦與直羅組沉積體系類型、古層間氧化帶的規(guī)模和分帶性、砂體的規(guī)模、非均質(zhì)性及砂體中還原介質(zhì)含量等因素息息相關(guān)，但不同成礦區(qū)域關(guān)鍵控礦因素不同，今后找礦勘查與研究過程中應(yīng)加以區(qū)別。另外，建議進一步加強研究還原性流體作用、古層間氧化作用與鈾成礦關(guān)系，深入研究綠色砂巖成因與鈾成礦關(guān)系。