羅森森，牛霆，孟龍，王剛，劉武生，紀(jì)宏偉，孟秋熠

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710086；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037）

巴丹吉林盆地近年作為核工業(yè)系統(tǒng)北方中大型盆地砂巖型鈾礦找礦的重點(diǎn)區(qū)之一［1-3］，前人將鈾礦資源研究的重點(diǎn)主要集中在巴丹吉林盆地南緣，發(fā)現(xiàn)了沙棗泉中型鈾礦床，圈定了葦坑泉、卡休他他成礦遠(yuǎn)景區(qū)，盆地外圍發(fā)現(xiàn)了塔木素特大型鈾礦床，具有良好的鈾資源前景。而巴丹吉林盆地西北緣（特別是居延海坳陷）等地，20 世紀(jì)以來，相繼開展了石油、煤田的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作，隨著對(duì)鈾礦資源需求增加及近年來中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局提出的“三新”（新地區(qū)、新層位、新類型）找礦方針，該地區(qū)與鈾成礦相關(guān)的地質(zhì)特征尚未開展過系統(tǒng)研究，制約了評(píng)價(jià)該地區(qū)鈾成礦潛力。近兩年，經(jīng)過核工業(yè)二〇三研究所與核工業(yè)北京地質(zhì)研究院持續(xù)找礦勘查工作，地表發(fā)現(xiàn)較好的鈾礦化線索，鉆孔中揭露到較厚的層間氧化帶，鈾礦化、鈾異常范圍大，明確了該區(qū)主攻找礦層位及找礦類型，圈定了找礦有利遠(yuǎn)景區(qū)，找礦前景好。本文緊密結(jié)合近兩年的鉆探查證情況，通過分析巴丹吉林盆地路井凹陷鈾源、構(gòu)造演化、古氣候條件、水文地質(zhì)、后生蝕變及鈾礦化特征等，系統(tǒng)總結(jié)了該凹陷的鈾成礦條件，明確下一步找礦方向，為巴丹吉林盆地找礦部署提供參考。

1 地質(zhì)概況

巴丹吉林盆地位于華北板塊與西伯利亞板塊所夾持的中亞造山帶東段（興蒙造山帶），處于古亞洲構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域的交匯部位，與塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊和華北板塊相毗鄰［4-6］。中生代時(shí)期，由于印度板塊的向北擠壓，使阿拉善地塊發(fā)生擠壓作用，形成大規(guī)模的走滑拉分?jǐn)嗔褞?，同時(shí)沿走滑斷裂帶出現(xiàn)大規(guī)模的玄武巖漿活動(dòng)，形成大型走滑拉分盆地［7-8］（圖1）。

圖1 巴丹吉林盆地北部居延海坳陷構(gòu)造分區(qū)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural zoning diagram of Juyan Lake Depression in the north of Badan Jaran Basin

巴丹吉林盆地可進(jìn)一步劃分出3 個(gè)隆起、4 個(gè)坳陷，其中居延海坳陷位于盆地北部，面積約19 370 km2，凹凸相間呈北東-南西向展布。居延海坳陷進(jìn)一步劃分為6 個(gè)凸起和6 個(gè)凹陷帶［3-4］（圖1）。居延海坳陷基底為晚太古界-中生界，發(fā)育大量華力西中晚期花崗質(zhì)侵入巖，總體表現(xiàn)為南高北低，坳陷邊緣高、中心低等趨勢(shì)，埋深為200～4 500 m。在坳陷西北邊緣基底呈斜坡帶，埋深小于800 m，有利于層間氧化成礦作用發(fā)育。在內(nèi)部凸起區(qū)，基底埋深小于1 000 m，亦較有利于滲入氧化成礦作用發(fā)育。居延海坳陷內(nèi)發(fā)育有三疊系、中-下侏羅統(tǒng)、白堊系及新生界［9］。

路井凹陷是居延海陷中規(guī)模較大的凹陷之一，呈北東向展布，凹陷長(zhǎng)約80 km，寬11～35 km，面積約1 180 km2。凹陷平面形態(tài)在南部走向?yàn)楸睎|東向，向北逐漸過渡為北東走向的長(zhǎng)條形，剖面上總體呈南東斷、北西超雙斷不對(duì)稱箕狀凹陷。凹陷南部為斷距很大的同生基底控凹斷裂，與基巖呈斷層接觸，北部為平緩斜坡，與周圍基巖逐層超覆接觸，整個(gè)凹陷呈明顯的不對(duì)稱狀，沉降中心在靠近南部同生大斷裂一側(cè)［8，10-11］（圖2）。沉積蓋層自下而上有三疊系、侏羅系、白堊系、新近系和第四系，其中下白堊統(tǒng)是區(qū)內(nèi)主要蓋層，下白堊統(tǒng)蘇紅圖組和巴音戈壁組發(fā)育灰色、黃色砂巖層，砂體疏松透水，是區(qū)內(nèi)主要找礦目的層。

圖2 路井凹陷斷裂系統(tǒng)及構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.2 Fracture system and structural unit division of Lujing Sag

2 鈾礦化發(fā)育特征

路井凹陷鈾礦化受層間氧化帶控制明顯，在該區(qū)鉆探查證已發(fā)現(xiàn)鈾異常孔（ZK33、ZK53、ZKL10 和ZKL20）和鈾礦化孔（ZK82），且相鄰的ZKL30、ZK18、ZK43、ZK13、ZK110 均在氧化砂巖與灰色層界面有伽馬測(cè)井增高跡象（圖3），顯示后生鈾成礦富集作用明顯。賦礦巖性為灰色、深灰色泥質(zhì)細(xì)砂巖、細(xì)砂巖，砂巖中見褐黃色斑團(tuán)，屬于氧化帶邊部與泥巖接觸部位或氧化帶翼部鈾礦化、鈾異常，頂?shù)装鍨榛疑?、灰黑色及棕紅色泥巖，具有完整的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步對(duì)比路井凹陷南段施工的鉆孔，初步在該地段圈定了長(zhǎng)度約15 km，寬度約5 km 的鈾異常帶，圈定了長(zhǎng)度約40 km，寬度約7 km 的鈾增高帶（圖4），充分表明該地段找礦潛力大。

圖4 路井凹陷南段地球化學(xué)及鈾異常帶圖Fig.4 Map of geochemical and uranium anomaly zones in the southern section of Lujing Sag

3 鈾成礦條件分析

3.1 鈾源條件

路井凹陷蝕源區(qū)主要分布在北西側(cè)，由華力西期花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和上二疊統(tǒng)火山巖組成，占蝕源區(qū)面積95%以上，鈾含量在（3.15～15）×10-6之間，Th/U普遍大于4，構(gòu)造裂隙較發(fā)育，有利于鈾的溶濾遷出。

下白堊統(tǒng)蘇紅圖組原生帶鈾含量明顯高于氧化帶中的鈾含量，大部分Th/U 值低于氧化帶（表1），表明蝕源區(qū)巖石中的鈾元素被基巖裂隙水溶解帶入含礦含水層，并隨氧化流體向凹陷蓋層補(bǔ)給［12］。進(jìn)入地層中的氧化流體，使地層中部分鈾被活化融入氧化流體，并隨之向前運(yùn)移，在富含還原介質(zhì)附近發(fā)生還原沉淀。

表1 路井凹陷下白堊統(tǒng)蘇紅圖組地球化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Geochemical characteristics of Lower Cretaceous Suhongtu Formation in Lujing Sag

3.2 構(gòu)造演化特征

巴丹吉林盆地在印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，區(qū)域整體處于南北強(qiáng)烈擠壓的構(gòu)造背景，燕山運(yùn)動(dòng)晚期（早白堊世早期），受西伯利亞板塊向南推擠，南部阿爾金斷裂的左行走滑，使巴丹吉林地區(qū)產(chǎn)生了一系列北東東-北東向的走滑拉張斷陷，即凹陷形成時(shí)期。通過地震和鉆孔資料對(duì)比研究，路井凹陷共經(jīng)歷了3 個(gè)主要階段，分別為早白堊世斷陷發(fā)生、發(fā)展階段，晚白堊世-中新世擠壓抬升階段和上新世坳陷階段（圖5）。

圖5 路井凹陷構(gòu)造演化示意圖Fig.5 Structural evolution of Lujing Sag

1）早白堊世斷陷發(fā)生、發(fā)展階段

①早期斷陷的發(fā)生時(shí)期

早白堊世早期，為初始裂谷期。伴隨區(qū)域拉張松弛環(huán)境，南北兩側(cè)北東向斷裂出現(xiàn)張裂，路井凹陷初見雛形，呈不對(duì)稱南斷北超雙斷箕狀結(jié)構(gòu)。沉積盆地受斷裂控制，疊置在早中侏羅世盆地之上或超覆在基底之上，此時(shí)，侏羅系受構(gòu)造影響呈斷塊化。這一時(shí)期凹陷以多側(cè)向近源快速堆積為主，在以干旱為主的古氣候環(huán)境下，沉積了一套雜色-暗紫紅色為主的粗碎屑巖建造。由于東西兩側(cè)陡坡帶和緩坡帶的地形存在較大差異，沉積中心位于凹陷南東一側(cè)（圖5a）。

②中期斷陷全面擴(kuò)張時(shí)期

隨著斷裂活動(dòng)的加劇，早白堊世中期凹陷進(jìn)一步沉降，深度變大，從凹陷演化初期的初級(jí)階段進(jìn)入到較為穩(wěn)定沉積階段，古氣候環(huán)境由干旱逐漸轉(zhuǎn)換為半潮濕環(huán)境，湖盆經(jīng)歷多次擴(kuò)張，水體加深，沉積中心向北西一側(cè)遷移。受所處凹陷不同構(gòu)造位置影響，沉積差異較大，凹陷陡坡一側(cè)多以近岸水下沖積扇為主，坡距相對(duì)較大的緩坡一側(cè)則以沖積扇-扇三角洲沉積為主。這一時(shí)期沉積了以灰色為主的碎屑巖建造（圖5b）。

③晚期斷陷收縮階段

早白堊世晚期，凹陷邊界斷層活動(dòng)減弱，路井凹陷逐步由斷陷向斷坳演化，水體變淺，湖盆范圍縮小，古氣候由半干旱轉(zhuǎn)換為干旱環(huán)境，沉積了一套以紅色層為主的碎屑巖建造。隨著斷陷作用的消亡和凹陷的填平補(bǔ)齊，晚期沉積作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉麄€(gè)凹陷大范圍沉積作用為主（圖5c）。

2）晚白堊世-中新世擠壓抬升階段

進(jìn)入晚白堊世，隨著印度板塊與歐亞大陸的碰撞俯沖，區(qū)域上巴丹吉林及北山地區(qū)全面隆升，下白堊統(tǒng)隆升地表遭受剝蝕，缺失上白堊統(tǒng)沉積。研究區(qū)構(gòu)造反轉(zhuǎn)，凹陷上部地層同樣遭受一定程度的剝蝕，在古新世—中新世時(shí)期，繼承了晚白堊世的構(gòu)造特點(diǎn)，研究區(qū)仍處于構(gòu)造抬升剝蝕區(qū)，未接受沉積，且下白堊統(tǒng)長(zhǎng)期以來處于剝蝕狀態(tài)（圖5d）。

3）上新世坳陷階段

上新世，區(qū)域上整體繼續(xù)處于擠壓應(yīng)力環(huán)境，此時(shí)區(qū)域近東西向構(gòu)造再次活躍，在南東、北西向擠壓應(yīng)力作用下，形成近東西向、北西西向坳陷，小范圍沉積了一套紅色河湖相粗碎屑巖。從上新統(tǒng)分布情況來看，上新世巴丹吉林與北山之間應(yīng)當(dāng)為同一平臺(tái)。受擠壓作用影響，下白堊統(tǒng)遭受變形，上新統(tǒng)與下白堊統(tǒng)形成區(qū)域性角度不整合接觸。

第四紀(jì)（喜山運(yùn)動(dòng)晚期），青藏地塊向北推擠并快速隆起，北山地區(qū)繼續(xù)持續(xù)上升，而巴丹吉林盆地相對(duì)下降，不僅使得下白堊統(tǒng)及上新統(tǒng)得以保存，且接受了第四系沉積（圖5e）。

3.3 古氣候特征

路井凹陷從早侏羅世到早白堊世為暖溫帶潮濕氣候-亞熱帶干濕交替過渡性氣候，該期沉積了一套富含黃鐵礦及炭屑等還原性指示礦物的大套雜色碎屑巖，有利于鈾成礦期還原障的形成［2］。

晚白堊世，氣候轉(zhuǎn)化為亞熱帶-熱帶半干旱-干旱氣候，此時(shí)研究區(qū)整體轉(zhuǎn)化為氧化環(huán)境，有利地表水及大氣降水等氧化流體對(duì)蝕源區(qū)及地層中預(yù)富集的鈾元素淋濾出，并攜帶至地下含水層，在還原障附近沉積富集。古氣候由溫暖潮濕向半干旱-干旱的轉(zhuǎn)變，有利于還原障的形成和砂巖型鈾礦后生改造作用的形成［13］。

3.4 水文地質(zhì)特征

路井凹陷地下水主要來自基巖裂隙水和大氣降水等補(bǔ)給?；鶐r裂隙水主要來自北部洪果爾山地區(qū)和西部北山地區(qū)的基巖裂隙水，少量來自凹陷內(nèi)隆起區(qū)和凸起地段的裂隙水。地下水徑流方向總體由南西向北東，局部為側(cè)向補(bǔ)給，除局部以斷裂帶上分布的泉水、湖泊等溢出帶為排泄區(qū)外，大部分最終排泄至北部的居延海。水中鈾含量局部為1×10-7～2.32×10-2g/L，一般為1.1×10-6～2.8×10-4g/L［14］，呈完整的補(bǔ)-徑-排體系，且水中鈾含量較高，具備砂巖型鈾成礦的水文地質(zhì)條件。

3.5 目的層巖性-巖相特征

路井凹陷目的層為下白堊統(tǒng)蘇紅圖組和下白堊統(tǒng)巴音戈壁組。

下白堊統(tǒng)蘇紅圖組上部為濱-淺湖相沉積，且發(fā)育厚層淺黃色泥巖，含大量石膏，具有長(zhǎng)期暴露地表的特征，中部為河漫灘沼澤相沉積，且發(fā)育含大量雜質(zhì)的灰黑色泥巖，在其上下兩側(cè)砂巖均呈灰色，并富含碳質(zhì)粉末，有利于活化鈾的卸載和富集；下部為河流相沉積，巖性以灰色細(xì)砂巖、中砂巖為主，夾棕紅色細(xì)砂巖、泥巖薄層。單層砂體厚度為10～30 m，局部可達(dá)到50 m，該層砂體在路井凹陷連續(xù)性較好，發(fā)育一定規(guī)模層間氧化帶（圖6）。因此，在下白堊統(tǒng)蘇紅圖組中部與下部的巖性轉(zhuǎn)化界面處有利于鈾富集成礦。

圖6 路井凹陷蘇紅圖組巖性巖相特征Fig.6 Lithology and lithofacies characteristics of Suhongtu Formation of Lujing Sag

下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段頂界面以褐色泥巖為界（圖7a），底界面以灰色、褐色泥巖與厚層礫巖為界（圖7b、c、d）。該巖性段受凹陷控制，在凹陷邊部主要發(fā)育扇三角洲平原、前緣等有利相帶，凹陷中心則以湖相為主，二者之間過渡部位通常發(fā)育褐色層（圖7e、f）。該巖性段由上至下，巖石成巖度有逐漸增高的趨勢(shì)。巴音戈壁組下段頂界面為褐色泥巖、礫巖，底部超覆在基底之上，或不整合于侏羅系之上。該巖性段受早期的斷陷作用控制，沉積范圍更局限，且埋藏厚度相對(duì)較大，目前已施工的鉆孔中多未揭露至該層位。根據(jù)區(qū)域石油、煤田鉆孔等資料顯示，整體以厚層雜色礫巖為主［8］。

圖7 路井凹陷巴音戈壁組巖性特征Fig.7 Lithological characteristics of Bayingebi Formation of Lujing Sag

3.6 層間氧化帶發(fā)育特征

路井凹陷蘇紅圖組氧化作用強(qiáng)烈，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，規(guī)模大，在平面上存在明顯分帶（圖8），從凹陷邊部到凹陷中心，氧化率呈逐漸減弱的趨勢(shì)，對(duì)該層位，推測(cè)地下水主要來自南西側(cè)（即長(zhǎng)軸方向），凹陷兩側(cè)同樣有一定的補(bǔ)給滲入作用，邊部發(fā)育灰色砂體。在剖面上也存在明顯分帶（圖9、10），頂部主要為淺部的泥巖及細(xì)砂巖發(fā)生潛水氧化，向下轉(zhuǎn)為層間氧化（表2）。巖石中見少量完全氧化的黃色砂巖，疏松，分選性好，發(fā)育褐鐵礦化，呈星點(diǎn)狀，多處為未完全氧化的淺灰色砂巖，發(fā)育大量淺黃色氧化團(tuán)塊。鏡下鑒定蝕變特征以黃鐵礦化、毒砂化及碳酸鹽化為主（圖11a、b、c、d），同時(shí)見大量后生褐鐵礦化及炭化植物碎屑胞腔（圖11e、f）。從連井剖面圖中可見（圖9、10），在氧化砂巖與深灰色泥巖界面處見伽馬曲線增高跡象，反映強(qiáng)還原帶附近鈾元素富集作用。據(jù)表1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，原生帶巖石中的全硫、有機(jī)碳、Fe2+的含量遠(yuǎn)高于氧化帶巖石中的含量，二者構(gòu)成較大的地球化學(xué)反差度，有利于形成有效的地球化學(xué)障，有利于鈾元素在氧化-還原過渡帶富集。

表2 路井凹陷南段下白堊統(tǒng)蘇紅圖組氧化特征統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of oxidation characteristics of Lower Cretaceous Suhongtu Formation in the south section of Lujing Sag

圖8 路井凹陷南段蘇紅圖組氧化率等值線圖Fig.8 Contour map of oxidation rate of Suhongtu Formation in the southern section of Lujing Sag

圖11 路井凹陷后生蝕變顯微鏡下照片F(xiàn)ig.11 Microscopic photos of epigenetic alteration of Lujing Sag

通過對(duì)路井凹陷鉆孔樣品分析（表1），氧化帶中的鈾含量為3.54×10-6～5.54×10-6，原生帶中的鈾含量為7.90×10-6～34.06×10-6，表明在氧化作用過程中發(fā)生了鈾元素析出和遷移作用，具有“鈾在氧化帶中遷移及在還原帶富集”這一層間氧化帶砂巖型鈾的典型特征［15］。

路井凹陷巴音戈壁組，沉積期受斷陷控制，地層埋深大，氧化作用弱，在凹陷中心部分鉆孔中揭露到該層后生氧化，主要以褐鐵礦化為主，見少量赤鐵礦化。針對(duì)該層位，推測(cè)地下水主要來自南西側(cè)（即長(zhǎng)軸方向）。

4 找礦方向探討

根據(jù)鉆探揭露情況，表明在路井凹陷下白堊統(tǒng)蘇紅圖組大面積沉積，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征，反映了在巴音戈壁組沉積后，存在構(gòu)造事件，使蘇紅圖組為轉(zhuǎn)坳過程中的沉積產(chǎn)物。該層組發(fā)育厚層的灰色砂體，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)發(fā)育，炭屑等還原物質(zhì)較發(fā)育，具備砂巖型鈾成礦的先決條件。同時(shí)在該層已經(jīng)發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的層間氧化帶，鈾在氧化帶中遷移并在氧化帶上下翼的還原帶附近明顯富集。根據(jù)目前在路井凹陷蘇紅圖組發(fā)現(xiàn)的鈾礦化線索，初步在該地段圈定了長(zhǎng)度約15 km，寬度約5 km 的鈾異常帶，圈定了長(zhǎng)度約40 km，寬度約7 km 的鈾增高帶（圖4），充分表明該地段找礦潛力大。該層組整體為一套干旱環(huán)境下沉積的紅色碎屑巖建造，其巖性組合特征垂向表現(xiàn)為上、下棕紅色砂巖、含礫砂巖、泥巖，中部灰黑色、灰色泥巖、細(xì)砂巖；平面上，由凹陷邊部向中部，巖石顏色由棕紅色向灰色、灰黑色過渡（圖12）。根據(jù)國(guó)內(nèi)白堊系“紅中找灰、灰中找礦”的找礦經(jīng)驗(yàn)，下一步應(yīng)主攻在路井凹陷圈定的灰色體外圍探索，找礦部位以河道翼部為主，以尋找潛水-層間氧化帶型鈾礦為主。

圖12 路井凹陷南段蘇紅圖組灰砂率等值線圖Fig.12 Contour map of grey sand percent of Suhongtu Formation in the southern section of Lujing Sag

下白堊統(tǒng)巴音戈壁組中揭露到少量鈾礦化孔或異常孔，且該組地層中，既存在層間氧化帶型鈾礦，也存在同生沉積型鈾礦，但由于該組地層受凹陷控制顯著，砂體連通性較差，相對(duì)蘇紅圖組，巴音戈壁組砂體規(guī)模較小，透水性較差，巴音戈壁組找礦部位應(yīng)以尋找扇三角洲前緣主砂體為主。

5 結(jié)論

1）路井凹陷發(fā)育穩(wěn)定斜坡帶，下白堊統(tǒng)沉積了一套富含還原介質(zhì)的河流相砂體，垂向上發(fā)育泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，地層中補(bǔ)-徑-排體系完整，蝕源區(qū)及地層中的鈾含量較高，經(jīng)氧化流體活化運(yùn)移到還原介質(zhì)附近富集成礦，具備砂巖型鈾成礦條件。

2）下白堊統(tǒng)蘇紅圖組為斷坳轉(zhuǎn)換期的泛盆沉積物，發(fā)育厚大砂體，膠結(jié)疏松，透水性好，且層間氧化發(fā)育，下一步可作為主攻找礦層位，同時(shí)兼顧巴音戈壁組層間氧化帶型和同生沉積型鈾礦。蘇紅圖組重點(diǎn)在灰色體外圍探索，找礦部位以河道翼部為主，尋找潛水-層間氧化帶型鈾礦；巴音戈壁組找礦部位以扇三角洲前緣主砂體為主，尋找潛水氧化-同沉積型鈾礦。