林效賓，李西得，鄒耀林，謝惠麗，陶思遠

（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）

二連盆地鈾礦床放射性水文地球化學異常特征研究

林效賓，李西得，鄒耀林，謝惠麗，陶思遠

（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）

作為鈾礦勘查的一種有效方法， 20 世紀放射性水文地球化學找礦發(fā)展迅速并取得了良好的找礦效果。以二連盆地中東部地區(qū)放射性水化學資料為基礎，通過解析努和廷鈾礦床及賽漢高畢鈾礦床的地質、水文地質條件及放射性水化學異常特征，探討了二連盆地沉積成巖型及古河道砂巖型兩種不同成因類型鈾礦床的放射性水化學異常暈的形成機理。

二連盆地； 鈾礦床； 放射性水文地球化學找礦； 異常評價

水文地球化學找礦在 20 世紀 30—40 年代就已在尋找有色金屬礦中發(fā)揮作用，作為分支學科之一的鈾水文地球化學（放射性水文地球化學）找礦方法在 20 世紀 50—80 年代也得以快速發(fā)展，全國重點鈾成礦區(qū)帶大部分開展了 1∶20 萬放射性水化學調查工作， 并取得了良好的找礦效果［1-3］。

鈾水文地球化學找礦具有低成本、高效率、快速度和尋找隱伏礦體的特點，尤其是勘查初期對縮小找礦靶區(qū)具有重要的參考意義［1-2］。 二連盆 地 騰 格爾 坳 陷 被 渾 善 達克沙漠所覆蓋，工作條件較差，且石油、煤炭等行業(yè)地質資料較少，制約了鈾礦勘探進度，因此勘查前期需要一種快速、經(jīng)濟、大面積圈定鈾成礦有利區(qū)段的方法，而坳陷內星羅棋布的機井及水文孔決定了鈾水文地球化學調查無疑為首選的勘查手段之一。筆者近兩年在二連盆地騰格爾坳陷開展鈾水文地球化學調查工作，并圈定了多個異常片。但作為一種方法，其有自身的應用條件，圈定的遠景區(qū)受到各種質疑，比如說放射性水化學遠景片對指導找鈾礦有無意義？地表潛水異常與深層鈾礦體的關系？諸如此類的問題得不到釋疑，必然會阻礙放射性水文地球化學找礦成果的應用。

筆者主要從二連盆地已知礦床入手，通過解析重點鈾礦床的水文地質條件及放射性水化學異常特征，解釋二連盆地鈾礦床的放射性水文地球化學異常形成機理，從而指導異常片（暈）的評價及鈾礦水化學找礦。

1 二連盆地放射性水化學異常調查現(xiàn)狀

二連盆地由5個坳陷、1個隆起組成， 已探明的鈾礦床主要集中于中東部的烏蘭察布和馬尼特兩大坳陷內，主要包括努和廷、蘇崩、查干、巴彥烏拉、哈達圖、賽漢高畢等鈾礦床。

1983—1993 年核工業(yè)系統(tǒng)在二連盆地進行了大面積的 1:5 萬～1:10 萬的放射性水化學概查，其工作范圍包括川井、烏蘭察布、馬尼特 3 個坳陷及騰格爾坳陷西部， 并按 1:20萬標準圖幅編制了相應的圖件及報告。從二連盆地中東部放射性水化學異常與鈾礦體的位置可以看出，沉積成巖型鈾礦床與放射性水化學異常的對應關系較好，古河道型鈾礦床放射性水化學異常信息較弱（圖 1）， 主要是由于當時找礦重心為硬巖型鈾礦床，造成部分圖幅坳陷區(qū)內控制水點采集較少，并且將其與蝕源區(qū)高鈾含量的第四系潛水進行了合并統(tǒng)計， 造成了異常信息的弱化［4-8］。

圖 1 二連盆地中東部放射性水化學異常圖［4-8］（修改）Fig.1 Map of radioactive hydrogeochemicalanomaly in the middle and eastern parts of Erlian basin［4-8］（modified）

根據(jù)鈾礦床的成因及放射性水化學異常特征，初步可將二連盆地的鈾水文地球化學異常分為沉積成巖型及古河道砂巖型兩大類，按照礦床特征、水文地質條件又可細分為努和廷式、賽漢高畢式、巴彥烏拉式及哈拉圖式等四種類型。

2 沉積成巖型放射性水文地球化學異常

努和廷、蘇崩、查干等鈾礦床均屬沉積成巖型成因，這類鈾礦床產(chǎn)于區(qū)域的低洼排泄地帶，為面狀湖相、沼澤相沉積，礦體埋藏較淺，地下水放射性水化學異常顯示較好，多分布于發(fā)現(xiàn)的礦床、礦點的上方或周邊，其中努和廷鈾礦床已經(jīng)達到超大型規(guī)模，其放射性水化學異常也最具代表性。

2.1 努和廷鈾礦床地質及水文地質概況

努和廷鈾礦床位于額仁淖爾凹陷中央斷裂帶中段的鞍部，晚白堊世構造層處于努和廷次級凹陷的中心。礦床內出露地層主要有上白堊統(tǒng)二連組、古近系和第四系。主要含礦層位為二連組下段上亞層下部，多產(chǎn)在下細、上粗的反韻律層的中部泥巖、粉砂巖中。其屬典型的沉積成巖型鈾礦床，礦體受湖相沉積控制，在剖面上呈兩端向中心下凹的弧形薄板狀，北西端和南東端向礦體中心緩傾斜，總體近于水平。

礦床位于區(qū)域地下水徑流區(qū)靠近排泄區(qū)的一側，含水巖組主要有第四系松散巖類孔隙潛水含水巖組、上白堊統(tǒng)二連組下段碎屑巖類裂隙孔隙層間水含水巖組（劃分為上下兩個含水層）和下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組碎屑巖類裂隙孔隙層間水含水巖組。水文地球化學、同位素水文學及有機地球化學等數(shù)據(jù)表明，努和廷鈾礦床成礦作用具有明顯的同生沉積富集后生地下水改造的特征［9］。 礦床地下水一方面接受南東部鄰區(qū)同層地下水側向補給，另一方面接受北西部含水層組出露區(qū)的第四系潛水補給，礦床大部分地段因二連組上段厚層泥巖覆蓋而難以接受大氣降水補給；礦床地下水主要由南東向北西徑流，至烏蘭推饒木一帶地下水近地表出露；礦床西北部烏蘭推饒木一帶是上白堊統(tǒng)二連組層間水的局部排泄區(qū)，在雨季又是上白堊統(tǒng)二連組層間水的補給區(qū)［9-13］。

2.2 努和廷礦區(qū)放射性水文地球化學異常特征及形成機理

努和廷鈾礦區(qū)附近放射性水化學異常片產(chǎn)于第四系與古近系中，下伏上白堊統(tǒng)二連組， 面積 133 km2， 異常面積 6 km2， 呈 NE 向的橢圓形，由鈾水異常點1個，增高點1個，偏高點3個，氡水異常點1個，氡水增高點1個組成。鈾濃集中心比較明顯，水中鈾含量一 般 1.87 ×10-5～4.86 ×10-5g·L-1， 最 高3.83×10-4g·L-1， 最高異常系數(shù) 36.8。 異常片水 化 學 類 型 以 Cl·SO4-Na 型 水 為 主 ， 其 次 為Cl-Na 型 水 ， 礦 化 度 0.6～7.18 g·L-1，pH 值7.50～7.90。 水中放射性同位素比值234U/238U＝1.54±0.05、230Th/232Th＝13.4、226Ra/228Ra＝0.76與已知礦床相似，表明水異常片由礦區(qū)外圍放射性暈水引起［4］。 地下水中的 Fe、 Sr、 Mn、Ba、 Mo 等元素含量在鈾礦化部位明顯增高，其中 Fe、 Mn、 Sr 的含量增幅最大［9］。

圖2 努和廷鈾礦床放射性水文地球化學圖Fig.2 Map of radioactive hydrogeochemicalin Nuheting uranium deposit

地下水放射性異常片主要分布于努和廷鈾礦床的上部及地下水的排泄地帶（圖 2）， 雖然鈾礦體產(chǎn)于泥巖中，上部被二連組上段及古近系泥巖或粉砂質泥巖隔水層所覆蓋，但隔水層是個相對的概念，自然界中并不存在絕對不發(fā)生滲透的巖層，它還取決于時間尺度，當所研究的某些水文地質過程涉及的時間尺度相當長時，任何巖層都可視為可滲透的［14］。 所以， 在 成 礦 期 后， 以 數(shù) 十 百 萬 年計的水-巖作用過程中，僅有數(shù)十米厚的蓋層可被看作是弱透水層，上部礦體在地下水徑流方向上必然能形成放射性水異常暈，且水中鈾、 氡異常濃集的中心基本一致（圖 3）。

3 古河道砂巖型放射性水文地球化學異常

此類礦床位于巴彥烏拉—賽漢高畢—齊哈圖日格鈾成礦帶（以下簡稱巴—賽—齊鈾成礦帶）內， 現(xiàn)已落實巴彥烏拉大型鈾礦床、 賽漢高畢小型鈾礦床和哈達圖鈾礦床［15-16］。 鈾礦體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)賽漢組上段河流相沉積層中的微相變異部位，主要為河床滯留、心灘或邊灘砂體。

3.1 巴—賽—齊鈾成礦帶放射性異常特征

按成礦流體滲入作用方式不同，古河道砂巖型鈾礦床氧化作用分為垂向潛水氧化、側向（谷坡）層間氧化、順向（河道走向）層間氧化3種不同類型：賽漢高畢地段主要發(fā)育垂向古潛水氧化作用，鈾礦體主要產(chǎn)于河道中心和河道變緩、變寬部位殘留的富含還原介質的砂體中，呈透鏡狀、層狀；巴彥烏拉地段主要發(fā)育側向層間氧化作用，地下水自河道北側向南、南西徑流，發(fā)育的氧化砂體尖滅于河道中心，在氧化前鋒線附近形成復雜卷狀鈾礦體；哈達圖地段主要發(fā)育強烈的順向層間氧化作用，氧化砂體順河道自南向北發(fā)育，在河道兩側幫殘留富含有機質的灰色原生帶，并在兩側幫形成板狀、似層狀鈾礦體［15］。

自始新世晚期以來，二連盆地大面積覆蓋了一層紅色泥巖，阻隔了含礦含水層與上部含水層的水力聯(lián)系，使地下水運動變緩慢，承壓水頭增高，但含礦層水動力條件并非完全處于停滯狀態(tài)，其仍接受隆起區(qū)基巖裂隙水和大氣降水滲入并沿古河道砂體徑流，并能在斷層、裂隙發(fā)育部位或隔水層相對變薄部位以越流方式與上部含水層發(fā)生水力聯(lián)系。簡言之，古河道型鈾礦床仍受現(xiàn)代地貌、構造、水文地質條件的影響，在流經(jīng)礦體的地下水中往往會形成放射性水化學分散暈。

圖 3 努和廷鈾礦床放射性水化學異常形成示意圖 （據(jù)核工業(yè)二〇八大隊， 2008， 修改）Fig.3 Sketch of formation of radioactive hydrogeochemicalanomaly in Nuheting uranium deposit（Modified after Geological Party No.208， CNNC， 2008）

圖4 巴—賽—齊鈾成礦帶放射性水化學特征Fig.4 Radioactive hydrogeochemical characteristics of Ba-Sai-Qi uranium metallogenic belt

前已述及，因前期勘查重點不同，造成坳陷內放射性水化學異常信息被弱化，僅賽漢高畢地區(qū)異常暈較明顯，巴彥烏拉及哈達圖 地 區(qū) 只 見 有 水 中 鈾 高 值 區(qū) （圖 4）［4-8］， 另 外在巴彥烏拉鈾礦床勘探過程中發(fā)現(xiàn)地下水中氡濃度可達上千 Bq·L-1［17］。 下面以賽漢高畢鈾礦床為例，對其放射性水化學異常成因進行簡述。

3.2 賽漢高畢鈾礦床地質及水文地質概況

賽漢高畢鈾礦床位于塔木欽凸起北側的準寶力格與古托勒凹陷中，地層主要發(fā)育下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組、下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組、上白堊統(tǒng)二連組、古近系伊爾丁曼哈組、古近系呼爾井組、新近系通古爾組、新近系寶格達烏拉組和第四系等。礦體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)賽漢組上段古河道砂體中，受氧化-還原過渡帶控制，可劃分為曼德林和威仁兩個礦化地段。 晚白堊世-古新世長期的風化淋濾過程中是古潛水氧化作用的主要時期，在上覆地層沉積后大部分地段得到封存而氧化作用減弱或以層間氧化作用為主。氧化帶主體順河道從南向北發(fā)育，表現(xiàn)為氧化砂體由南向北逐漸變薄，另外也存在從河道邊幫向中心發(fā)生側向氧化作用［18］。

古河道水動力機制是含氧含鈾水得以成礦的必備條件，在齊哈圖日格-賽漢高畢地區(qū)河流相砂體作為地下水運移通道和富集場所，與盆地構造-沉積演化等條件一起決定著地下水的補-徑-排機制。 地下水接受蝕源區(qū)基巖裂隙水的側向補給和大氣降水的垂向補給，沿河道緩坡或側幫滲入，在河道中心或低洼匯水蒸發(fā)排泄。

3.3 賽漢高畢礦區(qū)放射性水文地球化學異常特征及形成機理

異常片位于賽漢高畢（本巴圖）南約 7 km處， 由兩個鈾異常點組成， 面積約 6 km2。 異常片東南部 6 km 處有單氡異常點一處。 在異常片的外圍分布著 7個鈾增高點， 10個鈾偏高點，2個鈾氡偏高點；在氡異常點外圍分布著 3個氡偏高點（其中一個鈾增高； 一個鈾偏高）。 水異常片長軸方向呈 NE 向， 與古河道走 向 一 致 。 水 中 同 位 素 比 值234U/238U＝1.07± 0.06、230Th/232Th ＝1.42 ～1.75、226Ra/228Ra ＝1.13～1.36 在與鈾礦化有關肯定值或接近肯定值范圍內［5］。

筆者曾利用 GMS地下水模擬軟件模擬了賽漢高畢地區(qū)的地下水水動力條件，并利用Modpath 模塊示蹤了賽漢高畢地段礦化段水質點滲流至排泄區(qū)的路徑，得出地下水在巖層滲流的過程中遇巖性變化可發(fā)生垂向流動，示蹤流線終點與潛水鈾異常片重合較好（圖 5）［19］。 古河 道 改 向 或 與 基 巖 接 觸 部 位或遇斷層等情況，均可造成異常水排泄于地表形成地下水異常暈，因氡氣的擴散能力高于水中鈾元素，地下水徑流方向上，鈾水的異常濃集中心要晚于鈾水異常濃集中心出現(xiàn)（圖 6）。

4結論

1） 從大的時間尺度上， 鈾礦體上部的泥巖蓋層可被看作是弱透水層，含礦含水層中的地下水在徑流過程中能在斷層、裂隙發(fā)育部位或隔水層相對變薄部位與上部含水層發(fā)生水力聯(lián)系；鈾礦體多受現(xiàn)代水文地質條件的影響。

2） 沉積成巖后期改造型鈾礦床， 受后生地下水改造作用，因埋藏較淺兼之泥巖的滲透能力較弱，地下水異常暈主要分布于礦體的上部及附近地下水的排泄區(qū)；水中鈾、氡異常濃集的中心基本一致， 并伴有 Fe、 Sr、Mn等元素的明顯增高。

圖5 賽漢高畢地區(qū)含礦砂層地下水正向示蹤流線平面示意圖Fig.5 Schematic diagram of the groundwater positive tracer flow line of ore bearing sand layer in Saihangaobi area

圖6 賽漢高畢鈾礦床放射性水化學異常形成示意圖Fig.3 Sketch showing formation of radioactive hydrogeochemicalanomaly in Saihangaobiuranium deposit

3） 古河道型鈾礦床產(chǎn)于河流相砂體中，水動力機制受盆地構造-沉積演化等條件控制，地下水接受蝕源區(qū)基巖裂隙水的側向補給和大氣降水的垂向補給，沿河道緩坡或側幫滲入，在河道中心或低洼匯水蒸發(fā)排泄；地下水異常暈主要分布于地下水徑流方向的中下游水動力條件發(fā)生改變的部位，古河道改向或與基巖接觸部位或遇斷層等情況均可造成淺層地下水異常暈的形成；因氡氣的擴散能力高于水中鈾元素，地下水徑流方向上，氡水的異常濃集中心要早于鈾水異常濃集中心出現(xiàn)。

4） 隨著分析儀器、 數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展和成熟，鈾水文地球化學找礦研究應兼顧地下水放射性元素 （U、 Rn、 Ra、 He 等）、 伴生元素 （Mo、 V 等）、 同位素 （鈾系、 釷系） 等信息的綜合提取，提高異常解釋、評價水平；應用成熟的成礦理論，將構造演化、沉積盆地分析、水文地質條件、水-巖作用研究與放射性水化學調查有機結合，建立自然地理-地質-水文地質環(huán)境的鈾水文地球化學模式， 能夠更好地指導找礦。

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Study on radioactive hydrogeochemical characteristics in uranium deposit of Erlian basin

LIN Xiaobin， LI Xide， ZOU Yaolin， XIE Huili， TAO Siyuan
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology， Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

As an effective method for uranium exploration， radioactive hydrogeochemical prospecting in the 20th century has developed rapidly and has obtained good prospecting effect.Based on the data of radioactive hydrochemistry in the middle and eastern parts of Erlian basin， The geological，hydrogeological conditions and the characteristics of radioactive hydrogeochemical of the Nuheting uranium deposit and the Saihangaobi uranium deposit was analyzed， the formation mechanism of radioactive hydrogeochemical halo was discussed for uranium deposits of sedimentary diagenesis and paleo-channel sandstone type in Erlian basin.

Erlian basin； uranium deposit； radioactive hydrogeochemical prospecting； abnormal evaluation

P619.14； P641.3

A

1672-0636（2017）02-0080-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.02.003

中國地質調查局地質調查子項目 “二連盆地騰格爾坳陷鈾礦資源遠景調查”（編號： 12120115018301） 資助。

2016-12-06

林效賓（1984— ）， 男， 山東菏澤人， 工程師， 主要從事鈾礦水文地質工作。E-mail： linbin58@126.com。