童波林+唐大偉+劉波

摘 要： 目前我國已發(fā)現(xiàn)的古河谷砂巖型鈾礦主要位于二連盆地，最典型的當屬古河谷中東段的巴彥烏拉、賽漢高畢和哈達圖鈾礦床。目前對古河谷西段（腦木根西南側）的研究和控制程度較差，通過對烏蘭察布凹陷西部腦木根次級凹陷新烏蘇地區(qū)地面地質調查、土壤氡氣測量、音頻大地電磁測深工作，同時對整個二連盆地中西部進行資料綜合整理研究，對烏蘭察布凹陷西部古河谷構造、建造特征、地面物化探異常進行了系統(tǒng)的分析，將前人圈定的含鈾古河谷向西側擴展至新烏蘇一帶，并依據古河谷構造、建造特征、地面物化探異常特征總結了古河谷砂巖型鈾礦成礦遠景預測模型，用以優(yōu)選古河谷成礦有利地區(qū)并確定含礦異常區(qū)和砂體位置。

關鍵詞： 二連盆地； 烏蘭察布凹陷； 含鈾古河谷； 新烏蘇地區(qū)； 構造、建造； 預測模型

1. 區(qū)域地質特征及盆地沉積構造演化

二連盆地位于西伯利亞板塊與華北板塊縫合線的構造部位，是在興—蒙海西期褶皺基底上發(fā)育起來的大型中新生代斷—坳復合型斷陷盆地。二級構造單元劃分為“五坳一隆”六個構造單元，分別為北部的川井凹陷、烏蘭察布凹陷、馬尼特凹陷和南部的騰格爾凹陷、烏尼特凹陷，之間為北東向展布的蘇尼特隆起。烏蘭察布凹陷的構造形式和類型具有典型的拉張?zhí)卣?，其內部凹陷主要為單斷式箕狀凹陷（半地塹）和雙斷式凹陷（地塹）。一般靠近隆起的凹陷呈單斷式向隆起上超覆，內部的凹陷則呈雙斷式（圖1）。凹陷周邊廣泛發(fā)育的中生代中酸性巖漿巖，鈾含量較高，平均鈾含量3.6～8.3×10-6，為凹陷鈾成礦作用提供了主要的鈾源。

2. 古河谷構造、建造特征

古河谷位于二連盆地中東部，整體走向北東—南西向，夾持于巴音寶力格隆起和蘇尼特隆起間，橫跨烏蘭察布凹陷和馬尼特凹陷。古河谷整體沿塔北凹陷、古托勒凹陷、齊哈日格圖凹陷、腦木根凹陷等中央凹陷地帶發(fā)育，目前控制長約350km，寬5km～20km。已發(fā)現(xiàn)的礦床、礦產地、鈾礦化主要位于古河谷中東段，其中古河谷東段巴彥烏拉礦床位于馬尼特凹陷西部，中段賽漢高畢礦床、哈達圖礦產地位于烏蘭察布凹陷東部。西段喬爾古礦產地位于烏蘭察布凹陷西部腦木根次級凹陷中。

2.1 古河谷構造特征及其與鈾礦化的關系

2.1.1古河谷構造演化階段劃分

前人研究成果籠統(tǒng)的將古河谷的構造演化劃分為3個階段，分別為斷陷期、斷坳轉換期、凹陷期（核工業(yè)二〇八大隊，2012）。本次沿用該劃分方案，根據烏蘭察布凹陷構造演化特征、地震剖面及沉積充填序列，結合已發(fā)現(xiàn)含鈾層位分布特征，將與古河谷構造演化關系密切的凹陷期細分為5個階段：①賽漢組下段沉積后期凹陷發(fā)育階段；②賽漢組上段凹陷發(fā)育階段；③二連組凹陷發(fā)育階段；④構造反轉發(fā)育階段；⑤新生代凹陷盆地發(fā)育階段。（表1）

早白堊世早中期（阿爾善期、騰格爾期）斷陷發(fā)育階段：該期在NW-SE張應力作用下，形成了眾多NE向凹陷和小型斷槽①。凹陷內主要發(fā)育沖（洪）積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系，為區(qū)域上重要的含油、含煤層位（王帥等，2015），局部凹陷邊緣發(fā)育規(guī)模較大的辮狀河三角洲砂體和泥炭沼化層。該期形成了古河谷建造沉積的帶狀谷地。

早白堊世晚期（賽漢早期）斷坳轉換發(fā)育階段：斷坳轉換期盆地回返、萎縮，斷裂活動和構造沉降強度減弱，地層受凹陷邊界斷裂控制不明顯，斷裂構造基本上沒有穿透賽漢組下段，但是沉積格局還是受到以前的構造格局控制（衛(wèi)三元等，2006）。沉降速率稍大于沉積速率，水體流動性較差，發(fā)育一套富含有機質沉積的暗色泥巖②。

凹陷期—裂后熱沉降階段：①賽漢組下段凹陷發(fā)育階段，形成了一套河流—三角洲—河沼—湖沼相灰色含煤碎屑巖建造，有機質發(fā)育，是盆內最主要的產煤層，也為后期鈾成礦提供了有機還原物質。該組局部發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲砂體，也是盆地砂巖型鈾礦找礦重要的目的層。②賽漢組上段凹陷發(fā)育階段，拉張斷陷活動基本停止，本區(qū)整體抬升沿各次級凹陷中央部位發(fā)育辮狀河、曲流河砂體，局部辮狀河三角洲砂體，該套砂體因埋藏淺，富含還原物質，具“泥—砂—泥”結構，是盆地砂巖型鈾礦找礦最重要的目的層。③二連組凹陷發(fā)育階段：晚白堊世，隨著太平洋板塊俯沖帶的向東遷移，二連盆地沉降與發(fā)育隨之遷移，馬尼特凹陷大部分地區(qū)缺失晚白堊世地層，烏蘭察布凹陷二連組沉積相對其他凹陷發(fā)育更完備，主要表現(xiàn)為沉積范圍更廣，部分地區(qū)二連組直接覆蓋于沉積基底之上；具完整的粗—細—粗三級沉積旋回②。該時期氣候由潮濕轉向半干旱、干旱，次級凹陷邊緣接受沖積平原沉積，中央接受封閉、半封閉的湖泊沉積，鈾在湖泊沉積層中聚集、吸附，該層位是尋找沉積成巖型泥巖鈾礦最重要的目的層位。④構造反轉發(fā)育階段：晚白堊世末至古近紀初，二連盆地受后期濱西太平洋的影響，區(qū)域應力場呈現(xiàn)右旋張扭性質，經歷了一次北西—南東向輕微拉張，形成一系列張扭性構造。同時，構造反轉強烈，工作區(qū)整體抬升，整體抬升和強烈的構造反轉導致的差異抬升導致白堊紀地層遭受剝蝕，特別是下白堊統(tǒng)賽漢組遭受剝蝕，局部小角度掀斜，形成大面積的構造天窗和潛水—層間氧化帶，這一階段為主要的鈾成礦階段。⑤新生代凹陷發(fā)育階段：古近紀—新近紀，烏蘭察布凹陷發(fā)生間歇性整體沉降，在干旱的氣候條件和準平原化的地貌背景下，凹陷邊部為沖積扇沉積，中部為河流—三角洲、泛濫平原沉積。第四紀凹陷整體抬升，局部接受下切河谷沉積，塑造了烏蘭察布凹陷平臺地貌景觀。

斷陷期和斷坳轉換期于單斷凹陷或雙斷凹陷的中部低凹區(qū)形成了賽漢晚期古河谷發(fā)育的有利沉積空間；凹陷期的第一、二、三階段形成了古河谷區(qū)域上有利的含礦建造“泥—砂—泥”結構；凹陷發(fā)育階段后期（K2-E）拗—隆交替發(fā)育的性質控制著盆地后生改造成礦條件的優(yōu)劣，構造反轉、掀斜形成巴音寶力格隆起南或南東側斜坡帶，有利于層間氧化帶的發(fā)育；沉積間斷，有利于后生滲入改造成礦。古近系后期—新近系，凹陷整體沉降，成礦作用停止，進入保礦階段。

通過烏蘭察布凹陷西部古河谷構造特征研究可以看出，古河谷的形成需要特殊的地質環(huán)境和條件，主要包括：①盆地已進入較穩(wěn)定的拗陷發(fā)育階段；②次級凹陷的局部地區(qū)或單個凹陷沿縱向方向存在明顯的坡降度，多方提供充足物源；③坳（凹）陷內部沿走向方向存在長條狀展布的侵蝕低地，或存在與走向近于平行的同生正斷層。

二連盆地特殊的構造演化環(huán)境有利于此類古河谷的形成發(fā)育，除烏蘭察布凹陷西部古河谷和盆地中東部的賽漢高畢—巴彥烏拉—那仁寶力格古河谷外，其它凹陷中均有可能均存在縱向古河谷，應加強對該盆地內古河谷的產出環(huán)境及含鈾性等方面的研究。

2.1.2構造對古河谷形成的控制作用

腦木根凹陷面積2900km2，基底埋深3700m，呈北東向展布，古河谷主要沿凹陷中央展布。通過地震資料的收集和解譯，該凹陷主體為雙斷式凹陷，西側靠近盆地邊緣表現(xiàn)出單斷式箕狀凹陷特征。凹陷特點小而深，從西到東凹陷變寬和變深。古河谷由西向東也表現(xiàn)為變寬、變深、對稱性增強的特點，凹陷西側靠近盆地邊緣古河谷具小幅掀斜。

河谷兩側發(fā)育北東向同生斷層，斷層控制了河谷沉積和隱伏巖體隆起。但越向凹陷中心，斷層對賽漢組及其后沉積地層控制作用越不明顯，凹陷西緣賽漢期早期階段仍有一些NE向斷裂構造發(fā)生繼承性活動，具體表現(xiàn)為，阿爾善組、騰格爾組受斷裂控制明顯，賽漢組下段局部被斷裂控制，賽漢組上段不受斷裂控制，符合賽漢組斷拗轉換期的構造背景。

2.1.3構造反轉對古河谷鈾成礦的影響

目前，構造反轉作用對二連盆地古河谷鈾成礦的控制作用越來越引起人們的重視。在盆地各大凹陷的多數地震剖面上都可識別出反轉斷層存在。構造反轉的強弱控制了后生蝕變類型，也控制了鈾成礦規(guī)模。烏蘭察布凹陷中部的額仁淖爾、哈達圖等地區(qū)，構造變形發(fā)生時間一般在66Ma～42Ma，且構造變形強度中等，抬升幅度700m～1200m，處于適中構造變形區(qū)，有利于賽漢組上段古河谷型鈾成礦作用③。

古河谷南西端靠近盆地邊緣地段，識別出反轉構造特征，早期為逆斷層（壓扭性），晚期正斷層，具有多期活動的特征。古河谷喬爾古地段鈾礦化與反轉構造有關，賽漢組上段由于受到構造反轉作用的影響，形成河道北東高，南西低的格局，鈾礦化就位于目的層砂體“陡坡”與“緩坡”變異的部位。

2.2 古河谷建造特征

賽漢期烏蘭察布凹陷內部古隆起發(fā)育，對基底和騰格爾期的構造面貌繼承性較強，其內河流相發(fā)育并不充分，單從沉積建造來講其成礦有利度較之馬尼特凹陷東部賽漢期古河谷稍差?！敖镌?、多物源、粗碎屑、相帶窄、相變快”是二連盆地賽漢期古河谷的基本沉積特點（圖2）。

2.2.1古河谷沉積體系特征

不同構造演化階段對應于不同類型的沉積體系，古河谷沉積階段對應盆地構造演化凹陷期的第一、第二階段，即賽漢組下段沉積后期和賽漢組上段，賽漢組下段沉積后期主要發(fā)育淺水辮狀河三角洲—湖沼沉積體系，巖性為灰、灰黑色（炭質、粉砂質）泥巖夾砂巖，含煤層，構成古河谷砂體的區(qū)域性隔水底板。賽漢組上段主要沿古河谷發(fā)育廣泛河流沉積體系砂體，局部淺辮狀河三角洲—淺水湖泊沉積體系，構成古河谷主要的鈾儲集層。凹陷期第三、第五階段構成古河谷砂體的區(qū)域性隔水頂板。

古河谷內主要找礦目的層為賽漢組上段，賽漢組上段沉積時，盆地的性質以凹陷為主，賽漢組下段發(fā)育的湖泊萎縮乃至消失，逐漸向河流體系轉變，主要發(fā)育沖積扇沉積體系和長流程的河流沉積體系。沖積扇沉積主要發(fā)育于古隆起的邊緣，可識別出扇根、扇中和扇端亞相，河流相主要發(fā)育辮狀河沉積和曲流河沉積。

新烏蘇地區(qū)古河谷賽漢組上段主要發(fā)育沖積扇—辮狀河沉積體系。沖積扇沉積主要為扇中亞相，發(fā)育泥石流沉積和泥流沉積，下部礫質辮狀河道沉積。辮狀河沉積主要發(fā)育辮狀河道亞相和河漫灘亞相。由多個正粒序旋回組成，垂向上發(fā)育2個～4個完整或不完整的旋回組合。垂向上河道亞相可識別出河床滯留沉積和心灘、邊灘沉積和局部洪泛沉積等沉積微相。河道沉積以巨大箱形、鐘形曲線為主，主要反映了含礫砂巖組成辮狀河道砂壩，砂多泥少，顆粒較粗，沉積厚度較大，具有下粗上細的正粒序特征④（圖2）。

喬爾古地區(qū)古河谷賽漢組上段由下至上為辮狀河—沖積扇—曲流河沉積體系，以曲流河沉積體系最為發(fā)育，厚度最大，可識別出泛濫平原和點砂壩亞相，單層砂體較薄，連通性差。辮狀河沉積主要發(fā)育辮狀河道亞相。由多個向上變細的正（半）粒序旋回組成，垂向上河道亞相可識別出心灘沉積和薄層洪泛沉積等沉積微相。河道沉積以巨大箱形曲線為主，厚度較大，連續(xù)性好。

哈達圖古河谷賽漢組上段主要為河流沉積體系及局部沖積扇沉積體系。河流沉積體系早期以辮狀河沉積為主、晚期以曲流河為主。對哈達圖地區(qū)賽漢組上段沉積體系進行了精細研究，賽漢組上段古河道由三期河道疊加而成：第一期河道（K1s2-1）位于賽漢組上段底部，具有多物源的特征。沉積物以粗粒為主，底部見滯留沉積的卵礫巖，其上為充填沉積的含卵石的砂質礫巖，砂體厚度大，連續(xù)性好，具有礫質辮狀河沉積特征。第二期河道（K1s2-2）位于賽漢組上段中部，河道充填沉積以砂質礫巖、粗砂巖為主，連通性較好，具有砂質辮狀河沉積特征；第三期河道（K1s2-3），砂體以中粗、細砂巖為主，砂體連通性較差，大部分呈透鏡體分布，規(guī)模最小，具有典型的曲流河沉積特征。總之，哈達圖地區(qū)賽漢組上段古河道是由多物源、多期次河道疊加而成的復合型河道，河道發(fā)育具早期礫質辮狀河—中期砂質辮狀河—晚期曲流河的沉積演化過程。

烏蘭察布凹陷西部古河谷賽漢組上段沉積物整體以紅色為主，夾黃、綠等雜色沉積，且向東部雜色沉積越多（圖3），表明：①古河谷賽漢早期為偏干旱、氧化的沉積環(huán)境，且由西向東表現(xiàn)出沉積環(huán)境變濕潤，由氧化向還原過渡的趨勢；②沉積物中有機物含量少，還原能力欠缺，成礦過程中依賴外部提供還原物質，如哈達圖鈾礦床成礦與油氣流體的還原作用密切相關。

從古河谷沉積體系特征及差異對比可以看出：新烏蘇—喬爾古—哈達圖一線古河谷底板埋深變深、沉積厚度加厚、河流相沉積體系尤其是易賦礦的辮狀河沉積體系更發(fā)育，表明在古河谷沉積過程中，沉積、沉降中心由西向東遷移。

整個古河谷沉積體系并非由單一河流相沉積體系組成，靠近物源區(qū)的古河谷中常有沖積扇沉積體系充填，凹陷邊緣部位沖積扇沉積厚度大于河流相沉積。河流相沉積體系也不是單一河道形成的，是多物源、多期次、多種類河道疊加而成的復合型河道。

曲流河沉積體系中河道砂體被泛濫平原細粒沉積物分隔，橫向上砂體具一定規(guī)模和連通性，垂向上連通性較差，不利于成礦。辮狀河沉積體系中河道砂體彼此切割及河漫灘沉積不發(fā)育，垂向和橫向上規(guī)模大、連通性好，構成古河谷內鈾成礦的良好儲層，目前哈達圖、喬爾古地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化大多位于辮狀河道砂體中。

3. 古河谷砂巖型鈾礦成礦遠景預測模型

通過對二連盆地烏蘭察布凹陷西部古河谷構造建造特征分析，總結了與古河谷砂巖型鈾礦有關的構造、建造及其他成礦相關要素（表2），可據此判斷古河谷成礦有利區(qū)帶，進行古河谷分布區(qū)含礦異常及砂體定位預測。

4. 結論

（1）將古河谷區(qū)域構造演化劃分三個階段，即斷陷期、斷坳轉換期和凹陷期。并將與古河谷沉積建造、后期成礦密切相關的凹陷期細分為五個階段。斷陷期、斷坳轉換期形成了古河谷就位空間，凹陷期的第一、二、三階段形成了古河谷有利的“泥—砂—泥”含礦建造，K2-E沉積間斷，有利于后生滲入改造成礦，新生代沉積形成區(qū)域蓋層，具保礦作用。

（2）構造控制了古河谷形態(tài)、展布和沉積充填特征；古河谷中識別出多處反轉構造，其與成礦密切相關，影響了成礦作用的類型及規(guī)模。

（3）對古河谷不同地段沉積體系、砂體特征進行研究，賽漢組上段發(fā)育河流和沖積扇沉積體系，以河流沉積體系為主，其中辮狀河道亞相砂體規(guī)模大、連通性好，是有利的沉積相帶。

（4）對于鉆孔控制程度不足地區(qū)，可在古河谷成礦有利地區(qū)采用地面物化探方法如結合土壤氡氣測量、音頻大地電磁測深等，進一步縮小范圍，從而確定含礦異常區(qū)和砂體位置。

（5）總結了古河谷砂巖型鈾礦成礦遠景預測模型，基于鈾源豐富區(qū)、成礦構造、構造反轉發(fā)育區(qū)、有利相帶及部位、有利含礦砂體厚度、土壤氡氣異常區(qū)、音頻大地電磁測深推斷砂體等要素，預測成礦遠景區(qū)。

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