佟術(shù)敏，封志兵，張婷婷，寧 君，姜 山，楊文達(dá)，柳東良，臧亞輝

（1 核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古赤峰 024006；2 東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330013；3 赤峰市紅山區(qū)教育教學(xué)指導(dǎo)中心，內(nèi)蒙古赤峰 024006)

松遼盆地是在前中生代海西褶皺帶基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中新生代內(nèi)陸斷、坳陷盆地（羅梅等，2002；夏毓亮等，2010；趙忠華等，2012），是中國石油、煤炭等能源礦產(chǎn)的重要產(chǎn)地（葛榮峰等，2010；羅毅等，2012；于洋等，2020）。前人對盆地中煤、石油和天然氣的研究程度較高，而對砂巖型鈾礦成礦條件與成礦潛力的研究程度比較低。目前，盆地鈾礦找礦工作主要集中在錢家店和寶龍山等地（蔡煜琦等2008；榮輝等，2010；張金帶等，2010；蔡建芳等，2018；焦養(yǎng)泉等，2018；丁波等，2021；趙龍等，2022），目標(biāo)層以晚白堊世姚家組為主（佟術(shù)敏等，2019；單芝波等，2022）。而對于盆地其他區(qū)域和層位的鈾成礦環(huán)境與成礦潛力研究相對較少，主要集中在中部，目標(biāo)層以晚白堊世四方臺組、姚家組及泉頭組為主（劉陽等，2020；郭強(qiáng)等，2021；李研等，2021；刑作昌等，2021；陳路路等，2022；張航等，2023）。

早期，石油和煤炭部門在陸家堡凹陷發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦化異常鉆孔（魏達(dá)，2018；吳兆劍等，2018）。隨著近年核工業(yè)系統(tǒng)對開魯坳陷西部鈾礦找礦工作的持續(xù)投入，在晚白堊世四方臺組和明水組等層位發(fā)現(xiàn)了多個(gè)工業(yè)孔和礦化孔（佟術(shù)敏等，2022），這表明該區(qū)具有良好的找礦前景。本文以陸家堡凹陷晚白堊世四方臺組為重點(diǎn)研究層位，大致查明區(qū)內(nèi)鈾源、構(gòu)造、巖性-巖相、砂體氧化-還原、水文地質(zhì)及鈾礦化等成礦條件，系統(tǒng)地分析該區(qū)鈾成礦環(huán)境，初步理清鈾成礦類型和找礦方向，以期為研究區(qū)乃至整個(gè)松遼盆地新地區(qū)、新層位鈾礦找礦突破及勘探部署提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬于內(nèi)蒙古赤峰市和通遼市境內(nèi)，面積約為4600 km2，位于松遼盆地西南部，是在晚古生代褶皺基底上發(fā)育起來的中、新生代斷坳型凹陷，基底構(gòu)造由近EW 向、NE 向及NW 向三組構(gòu)造構(gòu)成（圖1），其中EW 向構(gòu)造發(fā)育時(shí)期最早，NW 向構(gòu)造發(fā)育時(shí)期最晚?；诪橥砉派缡肯?、二疊系變質(zhì)巖及同期巖漿巖（裴家學(xué)等，2015；冷慶磊等，2020），出露的巖漿巖以二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)的酸性、中酸性侵入巖和火山巖為主，其次為侏羅紀(jì)中性火山巖以及古近紀(jì)基性超基性侵入巖及新近紀(jì)玄武巖等。

圖1 松遼盆地構(gòu)造單元簡圖（a）及區(qū)域地質(zhì)簡圖（b，修自佟術(shù)敏，2022）1—新近系泰康組；2—上白堊統(tǒng)明水組；3—上白堊統(tǒng)四方臺組；4—上白堊統(tǒng)嫩江組；5—上白堊統(tǒng)姚家組；6—下白堊統(tǒng)；7—上侏羅統(tǒng)；8—中侏羅統(tǒng)；9—古生界；10—元古界；11—侏羅紀(jì)花崗巖；12—二疊紀(jì)花崗巖；13—盆地界線；14—構(gòu)造單元界線；15—河流；16—地層界線；17—斷裂及編號；18—鈾工業(yè)孔/鈾礦化孔；19—鈾異?？?無礦孔；20—研究區(qū)；21—城鎮(zhèn)Fig.1 Brief map showing the tectonic units of the Songliao Basin(a)and regional geology(b,modified from Tong,2022)1—Neogene Taikang Formation;2—Late Cretaceous Mingshui Formation;3—Late Cretaceous Sifangtai Formation;4—Late Cretaceous Nenjiang Formation;5—Late Cretaceous Yaojia Formation;6—Early Cretaceous;7—Late Jurassic;8—Middle Jurassic;9—Paleozoic;10—Proterozoic;11—Jurassic granite;12—Permian granite;13—Basin boundary;14—Tectonic unit boundary;15—River;16—Stratigraphic boundary;17—Fault and numbering;18—Drill hole having uranium industrial grade interception/drill hole with low grade uranium mineralization;19—Uranium anomaly hole/barren hole;20—Research area;21—Town

研究區(qū)屬于遼河水文地質(zhì)單元，水系以西遼河為主，西拉木倫河、老哈河、教來河和新開河為主要河流。含水層主要包括第四系潛水含水層、新近系承壓水含水層、白堊系承壓水含水層及基巖裂隙水。區(qū)域隔水層為嫩江組，姚家組、四方臺組及明水組中不透水巖層為局部隔水層。地下水主要接受大氣降水垂直滲入補(bǔ)給，盆地周邊基巖裂隙水向盆地內(nèi)的側(cè)向徑流、地表水下滲、相鄰含水層承壓水之間的越流等也構(gòu)成了地下水的補(bǔ)給來源。地下水徑流主要表現(xiàn)為大范圍的由盆地周邊蝕源區(qū)向盆地中心徑流，即由北西向南東、由南西向北東兩個(gè)方向的徑流。蒸發(fā)作用是地下水的主要排泄方式。另外，還存在河流排泄，相鄰含水層之間地下水垂向越流補(bǔ)給以及人工開采地下水等排泄方式。地層主要由前中生代基底和中、新生代沉積蓋層組成。其中，早白堊世為斷陷階段，該時(shí)期發(fā)育義縣組、九佛堂組、沙海組及阜新組等，屬含油、含煤火山碎屑巖建造，富含還原性流體（雷安貴等，2016；魏達(dá)，2018）；晚白堊世為坳陷盆地發(fā)育期，該時(shí)期發(fā)育姚家組、嫩江組、四方臺組及明水組等。此外，第四系覆蓋整個(gè)研究區(qū)，第四系下伏主要為新近系泰康組，其次為明水組和四方臺組。垂向上，區(qū)內(nèi)蓋層包括斷陷和坳陷沉積，表現(xiàn)出“下斷、上坳”的沉積特征。目標(biāo)層四方臺組砂體厚度一般為30～60 m，巖性主要為褐紅色、灰色、淺灰色及灰綠色中砂巖、粗砂巖和砂質(zhì)礫巖、紫紅色泥巖；其具有穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)和完善的補(bǔ)-徑-排體系，有利于蝕源區(qū)含氧含鈾水的滲入改造，是層間氧化帶型鈾礦化形成的有利條件（佟術(shù)敏等，2022）。

2 鈾成礦條件分析

2.1 鈾源條件

一般而言，沉積盆地中鈾成礦所需鈾源主要來自2 個(gè)方面，一方面是盆地周緣的蝕源區(qū)，另一方面是盆地富（含）鈾的蓋層和含礦地層自身（陳祖伊等，2011；黃世杰，2018）。開魯坳陷鈾成礦同樣受外部鈾源和內(nèi)部鈾源的雙重影響。

研究區(qū)周邊海西期、燕山期的酸性、中酸性侵入巖可提供豐富的鈾源，是形成砂巖型鈾礦床的基礎(chǔ)保障。西部出露的燕山期花崗巖，分布范圍較廣，呈串珠帶狀分布，各條花崗巖帶長100～150 km，累計(jì)出露面積超過1000 km2。南部出露的侵入巖體主要為海西期花崗巖，其次為燕山期花崗巖。海西期花崗巖分布較為集中，出露面積近1500 km2。

研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)周邊花崗巖w(U)平均值為3.77×10-6，最大值達(dá)到14.85×10-6，鈾的析出率高達(dá)64%。具有較高的鈾含量和析出率（魏達(dá)，2018），廣泛分布的富鈾巖體可以為開魯坳陷提供較為充足的鈾源。研究區(qū)西部大興安嶺蝕源區(qū)的酸性火山碎屑巖w(U)最大值達(dá)到13.85×10-6，析出率在40%～45%（雷安貴等，2016），但是分布范圍較巖漿巖少，可以作為潛在的鈾源巖為開魯坳陷提供鈾源。

沉積地層本身鈾含量是鈾富集成礦最直接的證據(jù)之一（鄭紀(jì)偉，2010；趙岳等，2018；俞礽安等，2019），對于尋找鈾礦床意義重大。眾所周知，砂巖型鈾礦均產(chǎn)于灰色砂體中，故地層中微量鈾背景值的統(tǒng)計(jì)可以揭示原生鈾富集的直接證據(jù)（夏毓亮等，2005；佟術(shù)敏等，2019）。本研究選取四方臺組灰色砂體（非含礦段）進(jìn)行鈾含量分析（表1）。依據(jù)其背景值、偏高值、增高值及異常值的分布特征，為預(yù)測有利成礦區(qū)域提供依據(jù)。

表1 四方臺組鈾含量分析結(jié)果一覽表Table 1 Uranium content analysis results of sedimentary rocks in Sifangtai Formation

本文利用迭代法計(jì)算出微量鈾的自然底數(shù)為3.81×10-6，參考鈾礦水化學(xué)找礦規(guī)范（EJ/T276-1998）水中鈾含量劃分標(biāo)準(zhǔn)，將自然底數(shù)加一倍、二倍、三倍均方差（S）的含量值確定被統(tǒng)計(jì)元素的偏高值、增高值和異常值。經(jīng)計(jì)算得出偏高值的區(qū)間為6.36～8.91 mg/L，增高值區(qū)間為8.91～11.46 mg/L，異常值＞11.46 mg/L。研究區(qū)微量鈾最高值為41.70 mg/L，取自建華地區(qū)的T1-5孔灰色砂質(zhì)礫巖中，附近鉆探揭露了一批鈾礦化異?？?。筆者將鈾含量大于偏高值的區(qū)域劃為高值區(qū)，在研究區(qū)圈出3片高值區(qū)，依據(jù)鈾含量平均值由大到小依次命名為高值Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。鈾的富集受構(gòu)造控制明顯（圖2）。

圖2 四方臺組鈾含量分布圖1—鈾異常區(qū)；2—鈾增高區(qū)；3—鈾偏高區(qū)；4—鈾含量介于背景區(qū)與偏高區(qū)之間；5—鈾含量低于背景區(qū)；6—鈾工業(yè)孔；7—鈾礦化孔；8—鈾異?？?；9—無礦孔；10—鈾含量分區(qū)界線；11—斷裂及編號；12—成礦有利區(qū)；13—城鎮(zhèn)Fig.2 Contour map showing uranium content of sedimentary rocks in Sifangtai Formation1—Uranium anomaly;2—Uranium elevation region;3—Uranium enrichment region;4—The uranium content is between the background region and the high region;5—Uranium content is lower than the background area;6—Drill hole having uranium industrial grade interception;7—Drill hole with low grade uranium mineralization;8—Uranium anomaly hole;9—Barren hole;10—Uranium content contour;11—Fault and numbering;12—Favorable metallogenic area;13—Town

高值Ⅰ區(qū)位于建華北部，沿?cái)嗔袴1-2和F3分布，區(qū)內(nèi)有T1-5工業(yè)礦孔和多個(gè)礦化孔，鈾成礦潛力巨大；高值Ⅱ區(qū)位于紹根地區(qū)，夾持于斷裂F1和F5之間，受斷裂F2-1和F2-2控制明顯，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)礦化異?？?，屬于鈾成礦潛力較大的區(qū)域；高值Ⅲ區(qū)位于開魯?shù)貐^(qū)，有斷裂F1穿過，且與斷裂F3和F5相鄰。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鈾礦化孔T3-9及多個(gè)鈾異?？?，被視為鈾成礦的有利部位。由此可見，地層中鈾含量與該區(qū)水中鈾含量相關(guān)性密切，鈾含量高值區(qū)往往位于鈾礦產(chǎn)區(qū)。

研究表明，釷鈾比低值區(qū)可作為判斷富鈾區(qū)的重要標(biāo)志（徐浩等，2011；付錦等2013）。地殼不同類型巖石中鈾、釷絕對含量可能差異很大；但釷鈾比值比較恒定，大約在3～4 之間（張祖還等，1991），與地殼（Th/U≈3.4，黎彤，1976）接近，顯示巖漿作用過程中釷、鈾元素具有相似的地球化學(xué)行為。然而，鈾、釷元素的地球化學(xué)性質(zhì)卻差異大。鈾易受后期環(huán)境影響而發(fā)生活化、遷移流失，但釷則較穩(wěn)定而保存于原地。局部釷鈾比值的變化是后期構(gòu)造或者熱液活動中釷、鈾分離的結(jié)果。低釷鈾比值預(yù)示后期有二次鈾的富集，是成礦有利指示因素；高釷鈾比值則預(yù)示鈾有遷移流失，不利于鈾富集成礦。因而，釷鈾比值可作為反映鈾成礦地質(zhì)特征的重要指標(biāo)參數(shù)，能反映鈾的遷入、遷出狀態(tài)，快速判斷鈾成礦有利地段（趙磊等2017；胡鵬等，2020）。當(dāng)然，由于斷裂構(gòu)造引起的后生還原改造、熱液活動的影響，不同氧化、還原環(huán)境中的釷鈾比值就變得尤為復(fù)雜。

通過對研究區(qū)四方臺組砂體釷、鈾含量進(jìn)行分析（表2），完全氧化帶環(huán)境中w(Th)為4.66×10-6～8.82×10-6，平均值為5.86×10-6，w(U)為0.63×10-6～1.46×10-6，平均值為1.01×10-6。原生環(huán)境中w(Th)為3.22×10-6～6.98×10-6，平均值為5.92×10-6，w(U)為1.02×10-6～1.97×10-6，平均值為1.66×10-6。過渡帶環(huán)境中w(Th)為2.88×10-6～9.88×10-6，平均值為6.54×10-6，w(U)為2.40×10-6～41.71×10-6，平均值為9.59×10-6。鈾含量在不同的地化環(huán)境中變化較明顯，而釷含量基本保持不變。

表2 四方臺組砂體Th/U值一覽表Table 2 The Th/U ratio of sand body in Sifangtai Formation

大部分磚紅色和褐黃色氧化砂巖的Th/U 平均值為5.90，氧化砂體中鈾被溶解、遷移，說明研究區(qū)氧化砂體基本經(jīng)歷了后生氧化作用；遠(yuǎn)離礦化帶內(nèi)的灰色和灰綠色砂巖的Th/U 平均值為3.53，砂體處于原生環(huán)境，釷、鈾動態(tài)平衡系統(tǒng)未被破壞；礦化帶內(nèi)灰色砂巖和少量淺灰色砂巖的Th/U 平均值為1.07，還原砂體發(fā)生了鈾遷移、富集。鈾礦體均賦存于此類砂體中，其頂部和底部大多為后生氧化砂體。

鈾礦化相對集中在Th/U 值小于1.40 的氧化-還原過渡帶內(nèi)。鈾元素明顯從后生氧化砂巖中遷出，在過渡帶砂巖中富集，表明后生氧化作用為成礦提供鈾源和氧化-還原障，因此，Th/U 值是尋找鈾礦的有利指標(biāo)，區(qū)內(nèi)鈾源豐富，既有盆地基底及侵入巖的輸入，也有地層本身砂體微量鈾的貢獻(xiàn)。

2.2 巖性巖相條件

砂巖型鈾礦的成礦過程和礦體的分布受到目的層砂體物性特征和分布規(guī)律的控制，礦床的形成與沉積特征關(guān)系密切（Jaireth et al.，2015；Haoll et al.，2017）。綜合巖性巖相、砂體特征以及砂泥的空間配置關(guān)系等，總結(jié)出有利成礦砂體的識別標(biāo)志，包括有利的沉積環(huán)境、一定的規(guī)模和穩(wěn)定性、穩(wěn)定的頂?shù)装甯羲畬蛹爱a(chǎn)狀具有一定的傾角等：①產(chǎn)出于有利的沉積環(huán)境：河流、三角洲以及沖積扇均為鈾成礦的有利相帶（邱余波等，2015；劉杰等，2017；吳斌等，2018）。研究區(qū)四方臺組主要發(fā)育沖積扇和河流相砂體。研究區(qū)西緣和西南緣抬升強(qiáng)烈，盆地可容空間增加，物源補(bǔ)給能力增強(qiáng)，扇上河道在扇前溢散成的大規(guī)模辮狀河向建華—莫力廟一線匯聚。辮狀河道形成穩(wěn)定厚層的砂體，是有利容礦砂體；②具有一定的規(guī)模和穩(wěn)定性：砂體厚度與鈾的富集成礦密切相關(guān)，研究表明二連盆地芒來礦床鈾礦化多出現(xiàn)在砂體厚度45～65 m（劉國安等，2020），鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)西部成礦砂體最佳厚度為60～70 m（易超等，2013）。筆者統(tǒng)計(jì)了近10 年鉆孔資料，繪制了四方臺組砂體厚度等值線圖，發(fā)現(xiàn)紹根-建華一帶發(fā)育沖積扇砂體，大多鈾礦化位于砂體厚度40～60 m。開魯?shù)貐^(qū)發(fā)育辮狀河相砂體，砂體厚度60～80 m 更利于鈾的富集成礦（圖3）；③穩(wěn)定的頂?shù)装甯羲畬?、沉積砂體在后期構(gòu)造改造下形成一定的構(gòu)造斜坡，統(tǒng)計(jì)表明坡度5°～10°對鈾礦化的形成有利，傾角大于20°的砂體一般不利于鈾成礦作用的發(fā)生（易超等，2020）。

圖3 四方臺組砂體厚度與鈾成礦關(guān)系圖1—四方臺組砂體厚度；2—盆地邊界線；3—?jiǎng)兾g界線；4—鈾工業(yè)孔；5—鈾礦化孔；6—鈾異常孔；7—無礦孔；8—城鎮(zhèn)Fig.3 Relationship between sand body thickness and uranium mineralization in Sifangtai Formation1—Sand body thickness of Sifangtai Formation;2—Basin boundary;3—Denudation boundary;4—Drill hole having uranium industrial grade interception;5—Drill hole with low grade uranium mineralization;6—Uranium anomaly hole;7—Barren hole;8—Town

T1-5～T9-1 鉆孔剖面顯示（圖4），四方臺組含礦層下伏為嫩江組的濱淺湖相沉積，巖性為深灰-灰黑色泥巖，為區(qū)域穩(wěn)定泥巖隔水層。頂部沉積一層連續(xù)的薄層泥巖隔水層，巖性一般為紫紅色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，隔水效果良好，可作為含礦層隔水頂板。

圖4 T1-5～T9-1孔剖面圖（修自佟術(shù)敏，2022）1—明水組；2—四方臺組；3—嫩江組；4—完全氧化帶；5—過渡帶；6—還原帶；7—隔水層；8—工業(yè)礦體；9—礦化體；10—γ測井曲線/nC·(kg·h)-1Fig.4 Drill hole logging of T5-1～T9-1 section(modified from Tong，2022)1—Mingshui Formation;2—Sifangtai Formation;3—Nenjiang Formation;4—Completely oxidized zone;5—Transition zone;6—Reducing zone;7—Aquiclude;8—Industrial ore body;9—Low grade mineralized body;10—Logging curve for γlog/nC·(kg·h)-1

此外，T1-5孔工業(yè)礦體位于地層緩坡帶上，T7-1孔礦化位于局部隆起部位，可見，地層具有一定的坡度和局部隆起有利于鈾的富集成礦（封志兵等，2021；2022）。

2.3 砂體氧化-還原條件

巖石顏色對氧化-還原特征反應(yīng)最明顯（劉健等，2003；李盛富等，2004），研究區(qū)氧化砂體一般呈磚紅色和褐紅色，還原砂體一般呈灰色和淺灰色。鈾礦化一般產(chǎn)于氧化砂體與還原砂巖接觸界面。筆者認(rèn)為砂體的氧化-還原控礦，宏觀體現(xiàn)在完全氧化帶控制鈾礦化的展布，微觀上由砂體的Fe2+/Fe3+比值和有機(jī)碳含量決定，因?yàn)樗鼈兪呛饬可绑w氧化還原性的重要指標(biāo)（佟術(shù)敏等，2019）。本文從完全氧化帶、Fe2+/Fe3+比值及有機(jī)碳含量等方面闡述其與鈾成礦的關(guān)系。

由于四方臺組末期西部抬升明顯，在陸家堡凹陷西緣接受含鈾含氧水的持續(xù)補(bǔ)給，因此，整體上四方臺組由剝蝕邊緣的完全氧化環(huán)境過渡到盆地內(nèi)部的還原環(huán)境。

鉆孔揭露鈾礦化多位于完全氧化帶上方、下方或前鋒線附近的灰色砂體中，此灰色砂體被稱為過渡帶砂體，即鈾礦化大多產(chǎn)于完全氧化帶附近的過渡帶砂體中。T1-5工業(yè)鈾礦化產(chǎn)于四方臺組上部灰色砂質(zhì)礫巖中，礦體呈板狀產(chǎn)出，受其下部氧化砂體控制明顯。T7-1孔鈾礦化位于四方臺組底部灰色粗砂巖中，受其上部氧化帶控制明顯。T3-9 孔鈾礦化位于氧化帶前鋒線位置（圖5）。無論何種情形，鈾礦化受氧化帶控制明顯。

圖5 T5-9～T6-5孔剖面圖（修自佟術(shù)敏，2022）1—泰康組；2—明水組；3—四方臺組；4—嫩江組；5—完全氧化帶；6—過渡帶；7—還原帶；8—礦化體；9—γ測井曲線/nC·(kg·h)-1Fig.5 Drill hole logging of T5-9～T6-5 section(modified from Tong，2022)1—Taikang formation;2—Mingshui Formation;3—Sifangtai Formation;4—Nenjiang Formation;5—Completely oxidized zone;6—Transition zone;7—Reducing zone;8—Low grade mineralized body;9—Logging curve for γlog/nC·(kg·h)-1

Fe2+/Fe3+值和有機(jī)碳含量在一定程度上可以反映砂體還原容量，有學(xué)者甚至指出：還原作用是唯一滿足鈾成礦條件的因素，其他因素都是輔助性的（趙鳳民，2017），也許這種觀點(diǎn)有些片面，但足可看出還原作用對鈾成礦的巨大貢獻(xiàn)。

研究區(qū)目的層四方臺組Fe2+/Fe3+最小值為0.05，有機(jī)碳w(C)最小值為0.035%，均位于氧化環(huán)境中；Fe2+/Fe3+最高值為3.94，有機(jī)碳w(C)最大值為0.145%，均位于過渡帶（含礦層）環(huán)境，分析結(jié)果見表3。

表3 四方臺組砂體地球化學(xué)元素與鈾含量分析結(jié)果Table 3 Geochemical and uranium content analysis results of sedimentary rocks in Sifangtai Formation

通過對研究區(qū)內(nèi)四方臺組砂體Fe2+、Fe3+含量及有機(jī)碳含量分析，氧化環(huán)境中w(Fe2+)為0.09%～0.70%，平均值為0.31%；過渡環(huán)境（含礦層）中w(Fe2+)為0.27%～1.26%，平均值為0.75%；還原環(huán)境（無礦層）中w(Fe2+)為0.30%～0.61%，平均值為0.50%。Fe2+含量在過渡環(huán)境中含量明顯高于過渡環(huán)境和還原環(huán)境，還原環(huán)境中Fe2+含量略高于氧化環(huán)境，且變化不大（圖6a），氧化環(huán)境中w(Fe3+)為0.60%～1.89%，平均值為0.98%；過渡環(huán)境（含礦層）中w(Fe3+)為0.29%～0.70%，平均值為0.49%；還原環(huán)境（無礦層）中w(Fe3+)為0.40%～1.17%，平均值為0.58%。Fe3+含量在氧化環(huán)境中含量最高，且數(shù)值變化較大，而在過渡環(huán)境和還原環(huán)境中相差不大（圖6b），氧化環(huán)境中w(Fe2+/Fe3+)為0.26～1.39，平均值為0.36；過渡環(huán)境（含礦層）中w(Fe2+/Fe3+)為0.85～3.94，平均值為1.61；還原環(huán)境（無礦層）中w(Fe2+/Fe3+)為0.29～1.17，平均值為0.95。Fe2+/Fe3+值在過渡環(huán)境中普遍高于還原環(huán)境，還原環(huán)境中又普遍高于氧化環(huán)境，但數(shù)值相差不大（圖6c），氧化環(huán)境中有機(jī)碳w(C)為0.035%～0.088%，平均值為0.061%；過渡環(huán)境（含礦層）中有機(jī)碳w(C)為0.041%～0.145%，平均值為0.078%；還原環(huán)境（無礦層）中有機(jī)碳w(C)為0.048%～0.077%，平均值為0.063%。由于四方臺組沉積期為干旱-半干旱氣候，植被稀疏，有機(jī)碳含量普遍偏低，氧化環(huán)境和還原環(huán)境（無礦層）含量相差不大（圖6d）。

圖6 不同環(huán)境砂體中Fe2+、Fe3+及有機(jī)碳含量分布特征Fig.6 Content distribution characteristics of Fe2+,Fe3+and organic carbon in sand bodies with different environments

砂體中有機(jī)碳w(C)含量在0.1%～30%之間有利于層間氧化帶型鈾礦化的發(fā)育（郭慶銀等，2005）,有機(jī)碳含量太高，不利于氧化帶的發(fā)育，對鈾礦化的發(fā)育不太有利，因此，有機(jī)碳含量過高或者過低的環(huán)境并不利于鈾礦的形成，而是在一定范圍內(nèi)的氧化-還原過渡環(huán)境更利于鈾的富集沉淀，這也證實(shí)了鈾礦化的形成受氧化帶控制明顯。正如松遼盆地南部通遼-通榆地區(qū)鈾礦化大多處于Fe2+/Fe3+值在1～3 之間的氧化-還原區(qū)域，有機(jī)碳w(C)位于0.07%～0.23%的區(qū)域（佟術(shù)敏等，2019）。當(dāng)然，有學(xué)者也指出，在炭質(zhì)物含量極低，甚至巖石中完全沒有炭質(zhì)物的灰色含水層中，發(fā)育的區(qū)域性層間氧化帶受到后生還原作用（如烴儲構(gòu)造，還原熱液作用）的改造，也可形成具有相當(dāng)規(guī)模的礦床（王國榮，2002）?？傊?，研究區(qū)內(nèi)過渡帶砂體Fe2+/Fe3+值和有機(jī)碳含量適中，均有利于鈾的富集沉淀。

2.4 構(gòu)造條件

研究區(qū)主要包括西緣斜坡帶、陸家堡凹陷及舍伯吐凸起3 個(gè)二級構(gòu)造單元（圖7），由馬北斜坡帶、包日溫都斷裂構(gòu)造帶、中央構(gòu)造帶、交力格洼陷、三十方地洼陷和五十家子廟洼陷6 個(gè)三級構(gòu)造單元組成（吳兆劍等，2018）。晚白堊世四方臺—明水期處于構(gòu)造反轉(zhuǎn)褶皺階段，明水末期再次發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動，使盆地進(jìn)一步抬升剝蝕（黃福林等，1996）。這種持續(xù)的掀斜作用對于鈾的富集起到3 個(gè)積極作用：①目標(biāo)層具有一定的坡度，有利于含鈾含氧水從蝕源區(qū)向盆地內(nèi)流動，提供了持續(xù)的鈾源補(bǔ)給；②早期斷陷邊界斷裂再次活動，油氣、油田水等還原流體沿?cái)嗔堰\(yùn)移、擴(kuò)散，為坳陷期鈾儲層提供還原劑，控制著淺部目的層的還原作用和蝕變帶分布（于文斌等，2008）；③形成了蝕源區(qū)補(bǔ)給—滲透性砂體徑流—斷裂或向盆內(nèi)排泄的水動力系統(tǒng)，有利于鈾的活化遷移。這也與新疆地區(qū)乃至中亞地區(qū)中新生代砂巖型鈾礦成礦規(guī)律相吻合（劉紅旭等，2012）。

圖7 松遼盆地構(gòu)造單元簡圖（a）、構(gòu)造單元示意圖（b，修自宋海瑞，2021）1—盆地界線；2—二級構(gòu)造單元；3—三級構(gòu)造單元號；4—斷裂及編號；5—地震剖面線；6—鈾工業(yè)礦孔/鈾礦化孔；7—鈾異?？?無礦孔；8—研究區(qū)；9—城鎮(zhèn)Fig.7 Schematic map showing the tectonic units(a)and regional structure of the Songliao basin(b,modified from Song H R，2021)1—Basin boundary;2—Second-order tectonic unit;3—third-order tectonic unit;4—Fault and numbering;5—Seismic profile line;6—Drill hole having uranium industrial grade interception/drill hole with low grade uranium mineralization;7—Uranium anomaly hole/barren hole;8—Research area;9—Town

松遼盆地西部斜坡某工業(yè)油井，放射性測井資料顯示該井在四方臺組底部有較大放射性異常。地震剖面顯示該井位于1條NS向斷裂附近，斷裂從盆地基底上延300 m處被古近系覆蓋。攜鈾水沿四方臺組底不整合面運(yùn)移至斷裂處，被油氣等有機(jī)物還原并聚集，從而在該井四方臺組底部出現(xiàn)較大鈾異常（封志兵等，2013；陳路路等，2013）。研究區(qū)多數(shù)斷裂止于下白堊統(tǒng)，揭穿目的層的斷裂對鈾礦化的富集起著至關(guān)重要的作用，如陸西凹陷地震剖面D01線穿過2條主要斷裂F2-1和F2-2，斷裂距離西部剝蝕區(qū)約20 km（圖8），同時(shí)2條斷裂起到了控制凹陷發(fā)育，亦可導(dǎo)通早白

圖8 陸家堡凹陷F2-1和F2-2斷裂垂向分布特征(修自魏達(dá)，2018)Fig.8 Vertical distribution characteristics of F2-1 and F2-2 fractures in Lujiapu depression(modified from Wei,2018)

堊油氣及排泄地下水的作用，斷裂從盆地基底上延幾百米處被古近系覆蓋。

根據(jù)建華地區(qū)D02 線地震解釋綜合剖面圖（圖9），解譯斷裂F1-2穿過目標(biāo)層四方臺組，與上述斷裂F2-1和F2-2具有相似的作用，既導(dǎo)通早白堊世還原流體又起到排泄地下水的作用，在四方臺組氧化砂體中形成一定規(guī)模的氧化-還原過渡帶，使得鈾元素富集成礦。這種成礦與西部斜坡區(qū)的鈾富集模式十分相似。此外，斷裂F1-2和F1-3使之形成局部隆起區(qū)，而放射性異常多產(chǎn)于隆起區(qū)和隆起與凹陷過渡部位（趙忠華等，2003）。由此可知，該地區(qū)具有成礦有利的補(bǔ)—徑—排系統(tǒng)和找礦空間。

2.5 水文地質(zhì)條件

2.5.1 地下水補(bǔ)、徑、排特征

松遼盆地是一個(gè)大型的滲入型承壓水盆地，存在良好的地下水補(bǔ)-給-排水文地質(zhì)條件，為層間氧化帶的形成奠定了基礎(chǔ)（劉杰等，2017；吳斌等，2018）。

研究區(qū)南部和西部基巖區(qū)為主要補(bǔ)給區(qū)，以大氣降水為主，上部的潛水又通過滲透層下滲彈性補(bǔ)給。由南西向北東、由西向東徑流，沿后期復(fù)活切割含水層的斷裂如F2、F3及F2-1等作為局部排泄區(qū)，在地表以河流、水泡子等形式排出。

由于晚白堊世末期的反轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了蝕源區(qū)補(bǔ)給—滲透性砂體徑流—斷裂或向盆內(nèi)排泄完整的水動力循環(huán)體統(tǒng)，有利于鈾的遷移成礦。

2.5.2 地下水化學(xué)特征

陸家堡凹陷地下水水化學(xué)特征在水平方向上呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。

由徑流區(qū)上游至下游，沿徑流方向，水中氯離子、鈉離子含量逐漸增加，礦化度也相應(yīng)增高。由近補(bǔ)給區(qū)到徑流區(qū)中游，水化學(xué)類型以HCO3-Ca 型為主，局部見有HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3-Na·Mg 型，向東徑流漸變?yōu)镠CO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Mg 型。地下水礦化度一般介于0.5～1.0g/L，pH值一般在7.50～8.00 之間，至排泄區(qū)處，水化學(xué)類型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3·Cl-Ca·Na、HCO3·Cl-Na 型，礦化度增大，pH值亦呈現(xiàn)增高趨勢。

2.5.3 放射性水化學(xué)特征

據(jù)研究區(qū)開展的水化學(xué)調(diào)查得知，地下水中鈾含量普遍較高，水中p(U)一般8.41～25.10 μg/L，最高為65.10 μg/L，共發(fā)現(xiàn)5 片水中鈾異常暈。水中氡濃度平均值為6.08 Bq/L，最高為125.12 Bq/L，共發(fā)現(xiàn)2片水中氡異常暈。水中氡的分布規(guī)律基本與鈾分布相同，二者相關(guān)性較好。

水中鈾含量與HCO3-、Ca2+關(guān)系較其他元素更為密切，而陸家堡凹陷的主要水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水，這表明了在該區(qū)進(jìn)行水化學(xué)找礦具有有利的水文地球化學(xué)背景。

3 鈾礦化特征、主控因素及找礦標(biāo)志

3.1 鈾礦化發(fā)育情況

研究區(qū)鈾礦化受層間氧化帶控制明顯。核工業(yè)系統(tǒng)目前在該區(qū)鉆探查證發(fā)現(xiàn)1 個(gè)工業(yè)孔（T1-5）、多個(gè)鈾礦化孔和異?？?。T1-5孔的鈾礦化主要產(chǎn)于氧化-還原過渡帶的灰色砂質(zhì)礫巖中，累計(jì)厚度約47.00 m，滲透性良好，埋深310.50～357.50 m。其頂板為淺灰綠色泥巖，底板為黃綠色泥巖，“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。礦體厚度為1.50 m，品位0.0939%，w(U)3.03 kg/m2，膠結(jié)疏松（佟術(shù)敏等，2022）。

煤炭部門在陸家堡凹陷紹根地區(qū)發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的鈾礦化井。礦體主要發(fā)育于四方臺組底板灰綠色砂質(zhì)礫巖中，礦體形態(tài)以板狀為主（吳兆劍等，2018）。通過對紹根地區(qū)巖芯觀察和測井資料對比可知，四方臺組自下而上發(fā)育灰綠色砂質(zhì)礫巖、褐紅色砂質(zhì)礫巖、褐紅色含礫泥巖和紫紅色砂質(zhì)泥巖，而鈾礦化主要賦存于灰綠色砂質(zhì)礫巖。石油部門在陸家堡凹陷開魯?shù)貐^(qū)北部發(fā)現(xiàn)了1 個(gè)工業(yè)鈾礦井、在陸東和陸西凹陷各發(fā)現(xiàn)10 余個(gè)鈾礦化異常井（魏達(dá)，2018）。同時(shí)通過對石油探井和開發(fā)井的復(fù)查，發(fā)現(xiàn)有2 個(gè)井達(dá)到了鈾礦化標(biāo)準(zhǔn)（雷安貴等，2016），說明研究區(qū)鈾礦化發(fā)育情況良好。

3.2 主控因素

通過對開魯坳陷鈾源、巖性巖相、砂體氧化-還原及構(gòu)造特征的綜合分析，按照控礦因素重要性排序依次為鈾源、巖性巖相、砂體氧化-還原及構(gòu)造4個(gè)方面。

（1）鈾源條件：陸家堡凹陷蝕源區(qū)的外部鈾源和地層本身砂體的內(nèi)部鈾源，是控制該區(qū)砂巖型鈾礦化形成的決定因素。

（2）巖性巖相：扇上河道和辮狀河砂體是良好的儲礦空間，鈾礦化多賦存在具有一定厚度的砂體中，是鈾成礦的必要條件。

（3）砂體氧化-還原：鈾礦化異常受層間氧化帶控制明顯，主要位于層間氧化帶的上、下兩翼及氧化-還原過渡帶前鋒線附近，常呈板狀或薄層狀產(chǎn)出，是鈾成礦的關(guān)鍵因素。

（4）構(gòu)造特征：部分?jǐn)嗔褬?gòu)造導(dǎo)通深部還原流體，多期次沉降和擠壓抬升，導(dǎo)致研究區(qū)發(fā)育多個(gè)地層產(chǎn)狀較為平緩的背斜和向斜構(gòu)造，成為鈾元素富集成礦的助推劑。

3.3 找礦標(biāo)志

根據(jù)鈾礦化發(fā)育特征和主控因素，初步總結(jié)了以下4 條找礦標(biāo)志，以便進(jìn)一步指導(dǎo)陸家堡凹陷的鈾礦找礦工作。

（1）構(gòu)造標(biāo)志

揭穿目標(biāo)層的斷裂附近，導(dǎo)通的深部還原流體與地層氧化砂體形成氧化-還原過渡帶，或者構(gòu)造作用使地層形成局部斜坡或者隆起，均有利于鈾元素的富集成礦，也是目前已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)礦體的產(chǎn)出部位。

（2）巖性巖相標(biāo)志

四方臺組扇上河道和辮狀河道沉積的泛連通砂體是主要賦礦層位。四方臺組垂向上發(fā)育多個(gè)沉積旋回，具有穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)表明，砂體厚度在50～70 m的范圍是找礦的有利部位。

（3）砂體氧化-還原標(biāo)志

宏觀上鈾礦化產(chǎn)于氧化帶前鋒線或氧化帶附近灰色砂體中，是鈾成礦的直接控制因素之一，也是鈾礦找礦直接的巖石地球化學(xué)標(biāo)志。微觀上鈾多富集于微量鈾高于偏高值的區(qū)域，F(xiàn)e2+/Fe3+值和有機(jī)碳含量適中的過渡帶環(huán)境中。砂體中鈾含量是鈾富集成礦最直接的證據(jù)。

（4）水中鈾異常暈標(biāo)志

水中鈾異常暈大多沿?cái)嗔殉蚀闋罘植?，說明斷裂導(dǎo)通了目標(biāo)層地下水，是區(qū)域主要控礦因素。水中鈾異常暈及其附近的部位發(fā)現(xiàn)了較好的鈾礦化異?？?。由此可知，水中鈾異常暈是有效的找礦標(biāo)志之一。

4 鈾成礦潛力評價(jià)

上白堊統(tǒng)四方臺組已成為開魯坳陷西部重要找礦目標(biāo)層。通過對核工業(yè)、煤田和石油部門的有關(guān)資料進(jìn)行整理和分析，在建華和紹根地區(qū)發(fā)現(xiàn)工業(yè)孔2 個(gè)，礦化孔10 余個(gè)，鈾礦化均產(chǎn)于四方臺組。此外，多條斷裂揭穿目標(biāo)層，形成局部斜坡地帶和局部隆起區(qū)，導(dǎo)通深部還原流體，形成了一定規(guī)模的氧化-還原過渡帶砂體。發(fā)育扇上河道砂體，砂體厚度30～70 m，發(fā)現(xiàn)大面積微量鈾和水中鈾異常區(qū)。開魯?shù)貐^(qū)發(fā)現(xiàn)鈾礦化孔1 個(gè)和多個(gè)鈾異?？?。這些礦化孔和異常孔位于F1、F6及F10斷裂夾持部位，形成地層局部緩坡帶，形成有利于鈾成礦的氧化-還原障。發(fā)育辮狀河相砂體，砂體厚度50～80 m，發(fā)現(xiàn)大面積微量鈾增高區(qū)和水中鈾異常區(qū)。

綜上所述，研究區(qū)各種成礦要素和找礦標(biāo)志在空間上匹配性良好，具有較好的砂巖型鈾礦找礦前景。初步在建華、紹根及開魯圈定3 片成礦遠(yuǎn)景區(qū)（圖10），具備形成一定規(guī)模鈾礦床的潛力，值得進(jìn)一步開展鉆探查證工作。

5 結(jié) 論

（1）研究區(qū)具有鈾源、構(gòu)造、巖性巖相、砂體氧化-還原和水文地質(zhì)等有利鈾成礦的地質(zhì)條件，尤其是較高浸出率的蝕源區(qū)和地層砂體中豐富的鈾源構(gòu)成了內(nèi)外雙重鈾源供給的有利條件。

（2）研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)工業(yè)、礦化孔，較集中分布在建華、紹根和開魯?shù)貐^(qū)等地。鈾礦化受氧化帶和斷裂控制，宏觀上氧化帶控礦體現(xiàn)在氧化砂體分布特征，微觀上受控于Th/U值、Fe2+、Fe3+及有機(jī)碳含量分布等。

（3）結(jié)合鈾礦化發(fā)育特征和主控因素，梳理了研究區(qū)主控因素和找礦標(biāo)志包括鈾源、巖性巖相、砂體氧化-還原、構(gòu)造及水中鈾異常等方面。

（4）綜合成礦要素和找礦標(biāo)志在空間上的匹配性，初步在建華、紹根和開魯?shù)貐^(qū)圈定3 片成礦遠(yuǎn)景區(qū)，為陸家堡凹陷乃至松遼盆地的新地區(qū)、新層位找礦突破提供指示意義。