賈立城，蔡建芳，黃笑，李真真

（1.核工業(yè)北京地質研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029；2.核工業(yè)二四三大隊，內蒙古 赤峰 024000）

［關建詞］松遼盆地；寶龍山鈾礦床；砂巖型鈾礦；控礦要素；成礦年齡；成礦模式

松遼盆地為我國東北地區(qū)最大的中-新生代陸相沉積盆地，具有豐富的油、氣資源。21世紀以來，砂巖型鈾礦勘查工作持續(xù)取得突破，已在盆地西南部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個可地浸砂巖型鈾礦床，奠定了松遼盆地成為我國北方鈾礦勘查、開發(fā)基地的基礎。寶龍山鈾礦床為該區(qū)代表性礦床之一，是繼錢家店鈾礦床之后利用“天窗模式”找礦的成功范例。前人對該礦床的成礦條件研究較多，并初步總結了礦床控礦要素［1-3］，對礦床成因與成礦機理也有較深入的探討，特別是在熱液成礦作用方面取得了許多新認識［4-7］，可以說是豐富了我國砂巖型鈾礦成礦理論。本文在前人工作的基礎上，以指導區(qū)域找礦為目的，通過成礦地質背景與礦化特征深入研究，從構造、建造、改造三方面系統(tǒng)總結了礦床控礦要素，在獲得成礦年齡數(shù)據(jù)的基礎上深化了成礦機理研究，將礦床成礦過程劃為4 個階段，并分階段建立了成礦模式，不僅對松遼盆地區(qū)域上鈾礦找礦工作具借鑒作用，而且有利于盆地鈾礦勘查持續(xù)突破。

1 礦區(qū)地質背景

1.1 基底和蓋層

寶龍山鈾礦床位于松遼盆地西南部錢家凹陷東北部，白興吐構造剝蝕天窗的東側。白興吐天窗是區(qū)域重要的控礦構造，環(huán)天窗周邊發(fā)育了一系的大中型的可地浸砂巖型鈾礦床。經(jīng)鉆探揭露，礦區(qū)基底主要為石炭系-二疊系淺變質的（碳質）板巖、結晶灰?guī)r，向東、東南逐漸過渡為花崗巖和侏羅系的（蝕變）火山碎屑巖，埋深一般在500 m以淺。蓋層主要發(fā)育上白堊統(tǒng)姚家組（K2y）、嫩江組（K2n）及第四系（Q）（圖1）。含礦層姚家組為一套干旱-半干旱古氣候條件下形成的辮狀河相雜色碎屑巖建造，總體表現(xiàn)為紅色層夾灰色層的結構，厚一般為200～300 m，其中灰色層的厚度在區(qū)域上變化較大，鈾礦體的產出與灰砂的分布密切相關。姚家組可細劃為上、下兩段，其中姚家組下段砂體單層厚度大，分布穩(wěn)定，連續(xù)性好，所夾泥巖多為透鏡體，為主要含礦層，工業(yè)鈾礦化主要發(fā)育于姚家組下段中下部的灰色砂體中；姚家組上段由于泥巖夾層相對較多，分隔砂體，而使姚家組上段單層砂體厚度較小，僅局部見鈾礦化。

圖1 寶龍山礦床前第四紀地質圖（據(jù)文獻［8］修改）Fig.1 Geological map of Pre-Quaternary of Baolongshan deposit（modified after reference［8］）

1.2 沉積相和砂體特征

礦區(qū)含礦層姚家組下段為典型的辮狀河相沉積，可分為辮狀河道亞相和泛濫平原亞相（圖2a），在礦區(qū)外圍的架馬吐基底隆起周邊發(fā)育小規(guī)模的沖積扇相。平面上多條分支河道在礦區(qū)一帶交匯形成北北東-南南西走向的辮狀主河道。據(jù)區(qū)域沉積體系空間展布特征判斷，控礦主河道內水流由南南西向北北東流經(jīng)礦區(qū)，該河道規(guī)模大，寬一般為30～60 km，最寬可達90 km 以上，在河道內部常見規(guī)模較大的橫向和側向砂壩（心灘）。鈾礦化受辮狀河道控制，工業(yè)鈾礦體多產于心灘邊部或河道分叉、交匯的部位，因為在心灘及河口部位水流變化大，砂體規(guī)模、粒度、成分等多變，非均質性強，有利于鈾的沉淀富集。

礦區(qū)姚家組下段砂體主要受大規(guī)模辮狀河道控制。在平面上由于辮狀河橫向頻繁擺動沿河道沉積形成北北東-南南西向寬闊的砂帶；在剖面上多旋回辮狀河在垂向上加積形成厚大砂體，砂體厚一般為60～120 m，在心灘處最厚可達180 m（圖2b）。礦區(qū)姚家組下段底板埋深淺，一般小于450 m，多在240～400 m 之間。受天窗控制，在天窗周邊姚家組下段底板埋深小，向南西迅速增大，勘查難度明顯增大（圖2c）。

圖2 寶龍山礦區(qū)姚下段巖性-巖相特征圖Fig.2 Characteristics of lithe-lithofacies of Lower Yaojia Formation in Baolongshan deposit

1.3 構造體系

1.3.1 褶皺構造

晚白堊世嫩江運動使區(qū)域上的構造背景由伸展變?yōu)閴盒?、壓扭性，礦區(qū)西側F1斷裂作為錢家店斷陷控盆斷裂在強烈的擠壓應力作用下再次活動，性質由正轉逆，開始反轉逆沖，最終發(fā)育為上（坳陷層）逆下（斷陷層）正的典型反轉斷層。在錯斷過程中，斷層上盤地層由于構造牽引作用發(fā)育反轉背斜構造。礦區(qū)反轉構造實質為區(qū)域上龍虎泡-通遼大型反轉構造帶的南部傾沒端，構造線走向總體呈北東-南西向。背斜轉折端在沉積間斷期長期暴露，遭受剝蝕，形成白興吐構造天窗（圖1）。姚家組下段天窗長約17 km，寬約10 km，面積約170 km2［3］。隆升剝蝕階段，天窗處姚家組與地表溝通，成為構造減壓帶，具備地下水集中滲出的條件。

1.3.2 斷裂

礦區(qū)內主要發(fā)育F1、F2和F3三條北東向斷裂［2，8］。其中F1斷裂切穿基底，呈上陡下緩的犁狀，是本區(qū)的主干斷裂，形成于早白堊世，為錢家店斷陷的控盆斷裂，晚白堊世早期坳陷階段活動減弱，晚期構造反轉階段重新活動并由正轉逆，控制了反轉背斜和剝蝕天窗的發(fā)育；F2、F3斷裂為擠壓反轉期派生的調整斷層，其對成礦期流體的遷移改造成礦具一定控制作用。可以說F1斷裂多期活動控制了礦區(qū)構造體系的形成和演化，也控制了控礦構造的發(fā)育。

2 礦床地質特征

礦床鈾礦化主要產于姚家組下段中下部的辮狀河灰色砂體中，共圈出5個鈾礦體，主要分布于F2與F3斷裂的夾持部位［8］。礦體平面呈舌狀、紡錘狀、不規(guī)則狀，分布于層間氧化帶前鋒線附近靠近還原帶一側，展布形態(tài)受前鋒線控制；剖面上礦體受上、下氧化帶控制，呈板狀、似層狀，產狀平緩，與地層產狀基本一致，產于上、下氧化帶之間的殘留灰色砂體中。

礦石以灰色中粗砂巖、細砂巖型為主，見少量砂質礫巖和泥巖型礦石。砂巖型礦石主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖型。礦石中的鈾主要以3 種形式存在：最主要的是吸附鈾，其次是獨立鈾礦物，第三種為源區(qū)搬運而來直接沉積下來的含鈾礦物、巖屑中的鈾（圖3a）。吸附鈾主要存在于炭屑、鐵質和黏土礦物中，礦石品位越低，吸附鈾所占比重越大（圖3b）。在較低品位礦石中鈾極少以獨立礦物的形式出現(xiàn)，但可見鈾與鈦的氧化物共生，形成交代成因含鈾或富鈾金紅石；在中高品位礦石中獨立鈾礦物比較常見，且以瀝青鈾礦為主，其產出與有機質、黃鐵礦、鈦鐵礦等還原介質關系密切（圖3b、c、d、e，表1）。此外，還見小顆粒的鈦鈾礦和鈾石（圖3f）。

表1 礦石中鈾礦物電子探針分析結果列表w（B）/%Table 1 Electron microprobe analysis（%）of uranium minerals in ores

圖3 寶龍山鈾礦床鈾礦石中鈾礦物發(fā)育特征Fig.3 Characteristics of uranium mineral in the ores of Baolongshan uranium deposit

3 礦化成因與控礦要素

寶龍山鈾礦床形成主要受含氧含鈾水的滲入氧化作用控制，并存在深部油氣流體的滲入還原疊加改造作用以及熱液流體的輔助成礦作用，礦床類型應為復合成因型鈾礦床。

從主要礦化特征分析，寶龍山鈾礦床的形成主要受辮狀河灰色砂體、構造剝蝕天窗和后生改造三要素控制。

3.1 灰色砂體與沉積成巖預富集作用控礦

辮狀河道亞相沉積形成的灰色砂體是鈾礦化發(fā)育的先決條件。這種灰色砂體富含有機質和黃鐵礦等還原介質，是鈾礦化發(fā)育的良好還原劑和吸附劑。錢家店-寶龍山地區(qū)姚家組下段發(fā)育大規(guī)?；疑绑w，是鈾礦化在此集中發(fā)育的主要原因之一，灰色砂體也是區(qū)域上重要的找礦標志。同時，姚家組下段的灰色砂體沉積成巖預富集作用顯著，一般鈾含量可達（13～14）×10-6，灰色砂體中的深灰色泥巖透鏡體鈾預富集作用更強，一般鈾含量為（17～18）×10-6，最高可達（50～60）×10-6，甚至可直接形成板狀工業(yè)鈾礦化［9］。鉆孔統(tǒng)計表明，工業(yè)鈾礦化主要產于灰色砂體中等厚度（30～80 m之間）部位，且定位于灰色砂體厚度變化的梯度帶（圖2d）。

3.2 構造剝蝕天窗控礦

通過對寶龍山鈾礦床后生蝕變帶發(fā)育形態(tài)及鈾礦體空間定位分析，構造剝蝕天窗作為鈾成礦的必要要素控礦作用有二：其一是作為區(qū)域地下水排泄帶完善了補-徑-排體系。與盆地南緣蝕源區(qū)及礦區(qū)東側的架馬吐古隆起相比，白興吐構造天窗海拔較低，因而構成水位差，使白興吐地區(qū)成為區(qū)域地下水低位排泄區(qū)，現(xiàn)今錢家店礦區(qū)仍有部分鉆孔發(fā)生涌水現(xiàn)象，足以證明這一點。因此，白興吐構造天窗作為局部排泄區(qū)溝通了盆地南緣蝕源區(qū)或盆地內部架瑪吐古隆起等補給區(qū)的水動力聯(lián)系，促進了層間氧化帶的發(fā)育。其二是造成區(qū)域地層抬升剝蝕，降低含礦層埋深，減弱區(qū)域成巖作用，改善了巖石物性條件，使砂體變?yōu)槭杷?、淺埋而易于改造，促進了層間氧化帶的發(fā)育。

礦區(qū)姚家組下段底板埋深以構造剝蝕天窗為中心，圍繞天窗向外圍明顯增厚，在F1反轉斷層西北側埋深出現(xiàn)突變。鈾礦化主要發(fā)育于姚組家下段底板深280～400 m 之間的區(qū)域。工業(yè)鈾礦化主要定位于底板埋深變化部位，可能是底面起伏對含氧含鈾水的遷移速度、流量和方向有一定影響，在以上要素變化的部位容易發(fā)育較大規(guī)模的鈾礦化。

3.3 后生改造控礦

層間氧化改造：工業(yè)鈾礦化在平面上主要產于北東向層間氧化帶的前鋒部位，呈向北東方向凸出的舌狀斷續(xù)產出。層間氧化帶在剖面上也不規(guī)則，造成后生蝕變分帶獨具特色，主要表現(xiàn)為在姚家組下段的上部和底部保留厚度不等的黃色、褐黃色砂體，為完全氧化帶，其間夾50～100 m 厚的灰色-灰白色過渡帶-還原帶，總體表現(xiàn)出垂向對稱分帶的特征，構成上氧化帶＋還原帶（礦化帶）＋下氧化帶的分帶結構，且上、下氧化帶均具有控礦性，鈾礦體呈板狀、透鏡狀產于中間灰色帶中。工業(yè)鈾礦體產于褐黃色氧化帶與灰（白）色帶的接觸帶上，呈板狀、透鏡狀產出。

油氣滲出還原改造：區(qū)內深部油氣滲出還原作用比較強烈，形成灰白色褪色蝕變作用，烴類被氧化發(fā)育碳酸鹽化蝕變，以半自形白云石交代作用為主［4-5，10］。工業(yè)鈾礦化多產于灰白色褪色帶與灰色帶之間。油氣褪色蝕變的控礦作用還缺少直接的證據(jù)，推測其可能作用有三：其一為深部油氣滲出使紅色或黃色氧化砂巖發(fā)育褪色，提高還原容量，使其重新變?yōu)榱己玫牟兜V層，為后續(xù)氧化改造成礦提供還原障，這種作用主要發(fā)生在四方臺期-明水期滲出改造為主的階段；其二是油氣流體滲出與氧化流體相遇直接反應，發(fā)育改造作用和鈾礦化，主要發(fā)生在古新統(tǒng)-始新統(tǒng)氧化作用為主、還原作用為輔的階段；其三是油氣流體持續(xù)滲出延緩層間氧化帶的推進，起到保礦作用，主要發(fā)生在漸新統(tǒng)以來主礦體形成之后的階段，此時層間氧化帶已推進至天窗附近，剝蝕天窗既是地下水的排泄區(qū)，又是油氣滲出逸散的通道。

3.4 巖漿熱液流體輔助成礦作用

典型蝕變礦物組合、微量元素相關性和同位素分餾特征等證據(jù)表明還原、熱（液）流體的蝕變作用確實存在，如多期次白云石交代作用，特別是最晚一期高鐵白云石的形成極有可能為熱液成因［4-5，10］。此外，含礦砂巖中碳酸鹽膠結物和石英加大邊中的流體包裹體均一溫度平均值為118.7 ℃［7］，可作為低溫熱液流體活動的直接證據(jù)。熱液流體應為基性巖漿活動加熱深部油氣流體后滲出，形成低溫熱油氣流體，可作為特殊的流體還原障，再加上灰色砂巖本身富有的還原劑，構成復合還原障，控制成礦作用，因而存在一期與基性巖脈侵入基本同期的后生改造成礦年齡［9］。

4 成礦作用與成礦模式

4.1 成礦年齡

通過礦床鈾礦石U-Pb同位素分析和等時線擬合，共獲得了（81.2±2.6）Ma、（74.5±4.8）Ma、（52.27±0.11）Ma、（46.6±1.8）Ma等年齡數(shù)據(jù)（表2、圖4）。

表2 寶龍山鈾礦床礦石U-Pb 同位素分析結果Table 2 U-Pb isotopic analysis and dating of uranium ore of Baolongshan uranium deposit

圖4 寶龍山鈾礦床鈾礦石U-Pb 等時線圖解Fig.4 U-Pb isochron diagram of uranium ore in Baolongshan uranium deposit

結合礦區(qū)構造演化和成礦作用分析，以上成礦年齡可劃分為3 個階段，其中81 Ma 大致為嫩江期末，為嫩江組超覆沉積使含礦層姚家組發(fā)育埋深成巖作用，代表成巖預富集年齡；74 Ma 為四方臺期-明水期，代表反轉構造發(fā)育期油氣滲出改造成礦年齡；52 Ma、46 Ma 正處于古近紀始新統(tǒng)，本區(qū)全面抬升、地層剝蝕，為以氧化為主、還原為輔的流體混合疊加改造主成礦階段，同時該階段還存在一期區(qū)域基性巖漿強烈活動，在礦區(qū)及其外圍地區(qū)發(fā)育輝綠巖脈多點侵入，時間和空間上的耦合表明大規(guī)模鈾成礦作用還可能與巖漿熱（液）活動有一定關。

4.2 成礦模式

對比分析發(fā)現(xiàn)，寶龍山鈾礦床年齡數(shù)據(jù)與錢家店鈾礦床的成礦年齡基本一致，表明成礦作用和成礦階段可對比（表3）。

表3 錢家店、寶龍山鈾礦床鈾成礦年齡與成礦階段劃分簡表Table 3 Uranium metallogenic age and stage division of Qianjiadian and Baolongshan uranium deposit

結合松遼盆地成盆構造演化特征綜合分析，錢家店和寶龍山鈾礦床為一次區(qū)域大規(guī)模鈾成礦作用形成，成礦過程具有多階段、多流體和多成因的特征，為地表含氧含鈾水與深部油氣（熱）流體多期次改造耦合作用形成，不同成礦階段不同性質的流體作用有混合、有疊加。其中，油氣（熱）流體對含礦層的滲出改造作用長期發(fā)育，但強弱變化呈脈動式；氧化流體自南緣滲入推進至本區(qū)稍晚，呈突發(fā)式強烈作用，并逐漸減弱。錢家店-寶龍山鈾礦床成礦作用可大致劃分為4 個主要成礦階段（圖5）。

沉積成巖鈾預富集成礦階段（K2y-K2n晚期）：姚家期，礦區(qū)發(fā)育大規(guī)模辮狀河沉積，在河道內部形成高含砂率的賦礦建造。大規(guī)模控礦灰砂的形成得益于隆凹相間的古地貌格局，即礦區(qū)表現(xiàn)為舍伯吐凸起和架馬吐古隆起夾持的帶狀凹陷區(qū)，分支河道進入凹陷區(qū)受地貌所限交匯形成大規(guī)模辮狀河匯水河道，河道匯聚造成水流狀態(tài)的變化，使攜帶的泥、砂載荷大量卸載發(fā)育大規(guī)模富含還原介質的控礦灰色砂體。嫩江末期，在上覆嫩江組及地表水體的壓力作用下，含礦層姚家組發(fā)生埋深成巖作用，同時鈾及其他礦質元素遷移再分配，在富含還原介質的灰色層（砂體）中形成鈾預集（體），表征成礦年齡為89 Ma［9］、87 Ma［14］和81.2 Ma 等（圖5a）。

區(qū)域層間氧化、礦區(qū)油氣滲出改造為主成礦階段（K2n晚期-K2m末）：該階段為松遼盆地全面構造反轉期，在統(tǒng)一的大構造背景下，礦區(qū)西側的F1斷裂性質發(fā)生轉換，開始逆沖，并在斷裂上盤發(fā)育反轉背斜。礦區(qū)所在的背斜部位為構造高點，屬于有利于油氣儲集的構造圈閉，錢家店凹（斷）陷油氣資源相對豐富，加之油氣運移高峰的到來，深部油氣沿貫通斷裂和區(qū)域不整合面滲出進入含礦層，并沿砂層遷移、聚集、改造。油氣作用使原生紅色氧化砂體發(fā)育灰綠色-灰白色油氣褪色蝕變，從而轉變?yōu)橛欣牟垛櫳绑w［15］，并伴生鈾成礦作用，而對于原生灰色砂體油氣流體浸染可增加它生還原介質［16］，攜帶的鈾及其他礦質元素在成巖預富集的基礎上提高了礦化品位，擴大了礦化規(guī)模，表征成礦年齡為74.5 Ma、67 Ma［14］等。此階段在盆地西南部區(qū)域層間氧化帶已發(fā)育具一定規(guī)模。嫩江晚期盆地西南緣開始隆升，盆緣地層掀斜剝露，盆山相接，含氧含鈾水沿盆緣砂層滲入，順層向北-北東遷移氧化，發(fā)育區(qū)域層間氧化帶并伴生鈾礦化（圖5b）。

氧化為主、滲出為輔的耦合成礦階段（E1-E2）：古近紀早中期松遼盆地全盆隆升缺失超30 Ma 的沉積，礦區(qū)所在的西南隆起區(qū)隆升強烈，特別是反轉背斜軸部隆升幅度大、張力破壞強，地層剝蝕形成白興吐天窗構造，使姚家組長期暴露地表，砂層（體）與地表連通形成構造減壓帶，成為區(qū)域地下水的集中排泄區(qū)。天窗排泄造成的地下水拉力使區(qū)域層間氧化帶不斷向北東推進，最終形成環(huán)天窗東、南、西三面的層間氧化帶前鋒線及受其控制的大規(guī)模鈾礦化。持續(xù)的油氣滲出耦合作用減緩了層間氧化帶前鋒線向天窗的推進速度，使前鋒線在一定時期、一定范圍前后擺動或蛇狀遷移，形成相對較寬的鈾礦化帶，在前鋒線舌狀凸出或凹進的部位一般鈾礦化的規(guī)模更大，表征成礦年齡為53 Ma［14］、52.2 Ma、46.6 Ma、41 Ma［14］、40 Ma［13］等；同期礦區(qū)及其外圍地區(qū)發(fā)育基性巖漿強烈活動誘發(fā)基性脈巖多點侵入，巖、礦石中雖未見典型的熱液蝕變礦物組合，但流體包裹體測溫顯示出中低溫的特征［6，8］，表明巖漿活動對區(qū)域地下水有明顯的加熱作用，促進地下水的對流、循環(huán)，加快成礦反映速度，擴大鈾成礦規(guī)模（圖5c）。

油氣滲出為主保礦、疊加改造成礦階段（E3-Q）：古近紀晚期以來，松遼盆地古氣候轉為潮濕，地下水中的含氧量和含鈾量降低，不利于大規(guī)模層間氧化帶的繼續(xù)發(fā)育，加之油氣持續(xù)滲出作用，前鋒線基本保持穩(wěn)定，僅局部存在疊加改造成礦作用，使鈾礦體得以保存至今，表征成礦年齡為7 Ma［12］（圖5b）。

5 結論

1）寶龍山鈾礦床礦石中鈾主要呈吸附鈾、鈾礦物和原生鈾3 種形式存在，并且以吸附鈾為主，在高品位礦石中常見獨立鈾礦物，主要為瀝青鈾礦，偶見鈾石和鈦鈾礦。

2）寶龍山鈾礦床屬于后生滲入氧化為主、油氣（熱液）流體滲出改造為輔的復合成因型鈾礦床，其控礦要素主要包括辮狀河道亞相灰色砂體、反轉背斜剝蝕天窗和流體滲入-滲出改造作用。

3）礦床成礦作用可劃分為4 個階段，即沉積成巖鈾預富集成礦階段（K2y-K2n晚期）、區(qū)域層間氧化、礦區(qū)油氣滲出改造為主成礦階段（K2n晚期-K2m末）、氧化為主、滲出為輔的耦合成礦階段（E1-E2）、油氣滲出為主保礦階段（E3-Q），其中古近紀古新統(tǒng)－始新統(tǒng)區(qū)域不整合時期的流體混合疊加改造成礦階段是礦床主礦體形成期。