呂永華，康世虎，劉武生，苗愛生，杜鵬飛

（1.核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

進入21 世紀(jì)初，為了在二連盆地尋找可地浸砂巖型鈾礦，前人創(chuàng)新性提出古河谷找礦思路［1］。通過鉆探查證，在烏蘭察布-馬尼特坳陷初步劃分出長約350 km 的“巴-賽-齊”古河谷成礦帶，其可進一步劃分為巴彥烏拉、賽漢高畢和齊哈日格圖3 段［2］。古河谷內(nèi)礦床表現(xiàn)為“同河谷多礦床、同河谷多類型”的特點［3］。哈達(dá)圖鈾礦床位于齊哈日格圖段內(nèi)，且發(fā)現(xiàn)了高品位工業(yè)鈾礦體，落實為大型規(guī)模，礦體賦存于賽漢組上段殘留的灰色還原砂體內(nèi)，上下圍巖均被氧化，呈黃色或亮黃色，與同河谷內(nèi)的巴彥烏拉和賽漢高畢鈾礦床具有明顯的區(qū)別，研究其關(guān)鍵控礦要素和成礦模式，具有重要的理論和找礦意義。

1 地質(zhì)背景

二連盆地是巖石圈地殼拉張裂陷環(huán)境下形成的大型中、新生代陸相斷陷-坳陷型疊合沉積盆地［4］。進入中生代后，由于太平洋板塊向歐亞板塊強烈俯沖，地殼發(fā)生強烈的北東向斷裂活動，二連盆地進入陸相盆地發(fā)展階段［5］；三疊紀(jì)中朝板塊與西伯利亞板塊再次相向強烈擠壓，古生代地層進一步強烈褶皺、沖斷，并發(fā)生區(qū)域隆升，造成本區(qū)普遍缺失三疊系沉積，而以風(fēng)化、剝蝕作用為主，形成一定厚度的風(fēng)化殼［6］，為后期盆地蓋層沉積提供豐富的物源；在侏羅紀(jì)—早白堊世之間經(jīng)歷了兩期裂谷作用［7］，早—中侏羅世以伸展作用為主，晚侏羅世晚期由于反轉(zhuǎn)構(gòu)造，導(dǎo)致部分早侏羅世地層缺失和晚中侏羅世出現(xiàn)大量逆沖斷裂［8］，形成系列構(gòu)造活動邊緣；進入早白堊世，早期受斷陷活動的影響比較明顯，形成了阿爾善組、騰格爾組巨厚的含油碎屑巖建造，晚期斷陷活動逐漸減弱，形成賽漢組含煤層系，為鈾成礦提供了有利的還原介質(zhì)，賽漢組可進步劃分為下段和上段，賽漢組上段沉積時基本處于坳陷期，形成大規(guī)模建造間古河谷成礦砂體（圖1）。

圖1 哈達(dá)圖鈾礦床及周邊基底埋深等值線略圖Fig.1 Basement depth contour map of Hadatu uranium deposit and surrounding areas

2 鈾礦床特征

2.1 地質(zhì)特征

哈達(dá)圖鈾礦床位于齊哈日格圖-格日勒敖都次級凹陷內(nèi)，夾持于蘇尼特隆起、東方紅凸起、賽烏蘇凸起與塔木欽凸起巖體之間，鈾源條件好，基底由古生界變質(zhì)巖系及華力西-燕山期的基性-中酸性侵入巖構(gòu)成，埋深500～2 200 m；沉積蓋層主要由白堊系、古近系、新近系和第四系組成，找礦目標(biāo)層賽漢組上段發(fā)育辮狀河相，按照中長期沉積旋回劃分，自下而上可進一步劃分為一亞層、二亞層和三亞層。受晚白堊世以來構(gòu)造反轉(zhuǎn)與抬升作用，目標(biāo)層在南部和北部形成構(gòu)造斜坡帶，有利于發(fā)育多方位氧化作用。鈾礦體主要賦存于二亞層內(nèi)，其次為一亞層，三亞層基本被完全氧化，目前未發(fā)現(xiàn)鈾礦化。

2.2 礦體空間分布

依據(jù)礦體在灰色還原殘留體內(nèi)的空間分布特征，將哈達(dá)圖鈾礦床劃分為Ⅰ號富礦帶、Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號礦帶（圖2），Ⅰ號富礦帶位于①號還原殘留體內(nèi)，礦體呈板狀（圖3），略向南傾斜，傾角小于2°，礦帶長約4 km，寬0.2～1 km，平面分布近環(huán)狀，空間分布連續(xù)性好，礦體平均厚度為3.26 m，平均品位為0.100 8%，平均米鈾量為7.41 kg/m2。Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號礦帶目前控制程度較低，推測Ⅱ號礦帶呈近環(huán)狀，Ⅲ號和Ⅳ號礦帶呈帶狀分布。賦礦巖性主要為灰色含礫中細(xì)、中粗砂巖，在含氧層間孔隙承壓水與水巖作用下，上下圍巖均被氧化成黃色，其控礦作用比較明顯。

圖2 哈達(dá)圖鈾礦床礦帶分布示意圖Fig.2 Schematic map of mineralization zonation of Hadadu uranium deposit

2.3 礦石礦物

通過掃描電鏡和電子探針分析顯示，鈾礦物主要包括板狀磷鈣鈾礦和鮞粒狀瀝青鈾礦（圖4a）兩種不同形態(tài)，存在少量鈾石。鈾的存在形式主要表現(xiàn)為吸附態(tài)（圖4b、c、d）和充填于裂隙、孔隙兩種（圖4e、f）。其中，磷鈣鈾礦主要呈吸附態(tài)附著在黏土礦物表面，呈板狀或細(xì)小鱗片狀，被瀝青油礦包圍；瀝青鈾礦多呈鮞粒狀，主要充填于碎屑顆粒裂隙、孔隙內(nèi)或分布于黃鐵礦晶體周邊，部分附著于黏土礦物或磷鈣鈾礦表面，從而推測板狀磷鈣鈾礦早于鮞粒狀瀝青油礦；少量鈾石主要隨穩(wěn)定礦物被黑云母等吸附。礦石礦物組分中UO2的含量高達(dá)81.855%，CaO 的含量為3.76%～4.39%，SiO2的含量為1.05%～1.57%，其他氧化物的成分含量總體較小，不影響礦物的化學(xué)成分。

圖4 鈾礦物的賦存狀態(tài)Fig.4 Occurring state of uranous minerals

2.4 成礦年齡

通過U-Pb 同位素測定，哈達(dá)圖鈾礦床主要存在兩期鈾成礦［9］。第一期：晚白堊世—始新世主成礦期，成礦年齡為66～30 Ma；第二期：漸新世—中新世，成礦年齡為16～8 Ma。結(jié)合鈾礦化特征分析，推測板狀磷鈣鈾礦主要形成于第一期，鮞粒狀瀝青鈾礦主要形成于第二期，鈾石主要是母巖中的鈾隨穩(wěn)定礦物搬運到沉積盆地被吸附而形成。

3 關(guān)鍵控礦要素分析

通過對哈達(dá)圖鈾礦床特征研究，筆者認(rèn)為哈達(dá)圖鈾礦床的形成主要受構(gòu)造、鈾源、巖性-巖相、氧化帶和灰色還原殘留體的控制，具體分析如下。

3.1 構(gòu)造對沉積、成礦的控制

由于早白堊世晚期西太平洋板塊向歐亞大陸俯沖作用有所加強，受北北西-南東方向的擠壓作用影響，下白堊統(tǒng)及侏羅系出現(xiàn)逆沖和隆升剝蝕，盆地收縮封閉，基本結(jié)束了早期阿爾善組-騰格爾組斷陷沖積扇-三角洲-湖泊相沉積［10-11］，轉(zhuǎn)向坳陷河流相沉積，發(fā)育沿坳陷長軸方向由南向北的賽漢組上段古河谷砂體，為鈾成礦提供了理想的存儲空間。晚白堊世由于擠壓力的作用加強［12-13］，在哈達(dá)圖北部出現(xiàn)構(gòu)造反轉(zhuǎn)［14］，目標(biāo)層產(chǎn)狀發(fā)生改變，向南傾斜，同時遭受不同程度剝蝕，有利于發(fā)育由北向南的氧化帶作用，形成鈾礦化。古新世以來，太平洋板塊運動方向由北北西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽魑飨?，與此同時，印度板塊與歐亞板塊陸殼碰撞［12］，在這種雙重應(yīng)力作用下，該區(qū)整體抬升，據(jù)磷灰石裂變徑跡顯示，南部抬升幅度最大，目標(biāo)層產(chǎn)狀再次發(fā)生改變，形成有利于鈾成礦的構(gòu)造斜坡帶。

3.2 鈾源對鈾礦化的控制

鈾源可進一步分為外源和內(nèi)源。其中，外源主要指蝕源區(qū)鈾源。哈達(dá)圖鈾礦床周邊巖體鈾含量為（8.1～13）×10-6［15］，鉆孔揭遇較厚的花崗巖風(fēng)化殼，釷鈾比為3.2～7.2，現(xiàn)地下水中鈾含量高達(dá)7.92×10-5g/L，鈾遷出明顯，為哈達(dá)圖鈾成礦提供了較為豐富的鈾源。內(nèi)源是指含礦層本身提供的鈾源。通過對礦床內(nèi)143個典型鉆孔賽漢組上段一亞層與二亞層之間紅色泥巖統(tǒng)計與研究，泥巖中鈾含量為（6～16）×10-6，平均含量為11.6×10-6，遠(yuǎn)高于背景含量（據(jù)J.J.W.羅杰斯和J.A.S.亞當(dāng)斯，1969，沉積巖中泥巖背景值為4×10-6），代表在沉積過程中蝕源區(qū)大量的鈾隨穩(wěn)定礦物搬運到地層當(dāng)中，形成鈾的預(yù)富集，從而認(rèn)為砂巖原始鈾含量也與其相當(dāng)。結(jié)合鉆孔參數(shù)統(tǒng)計與化學(xué)分析測試結(jié)果，后生蝕變黃色砂體平均厚度為87 m，鈾含量為（6～11）×10-6，平均含量為8×10-6，計算得出哈達(dá)圖鈾礦床蝕變砂體中鈾丟失量約13.7 萬t（表1），充分說明在后期氧化作用下，砂巖地層中大量的鈾丟失，進行了再活化、遷移和富集。

表1 哈達(dá)圖鈾礦床地層蝕變砂體鈾丟失量估算結(jié)果表Table 1 Estimation results of uranium loss amount of alteration sand body in Hadatu uranium deposit

3.3 巖性-巖相對鈾礦化的控制

哈達(dá)圖鈾礦床所在的古河谷寬深比值為78.5，彎曲度指數(shù)為1.14，河道沙壩（心灘）較為發(fā)育，河道分岔參數(shù)約等于2，是典型的辮狀河道。河道寬而淺，彎曲度小，具有多旋回、多物源的碎屑巖建造特征［16-17］。其由于河道變遷，形成多個縱向沙壩，呈不規(guī)則橢球體南北向展布，砂體平均厚度約80 m，泛連通性較好，為鈾成礦提供了有利的存儲空間，鈾礦化主要位于沙壩與沙壩之間或沙壩邊側(cè)部位。由于沉積時水動力條件在時空上的差異性，從而產(chǎn)生了賽漢組上段砂體中局部泥巖隔水層（各亞層間泥巖隔水層較為穩(wěn)定）。泥巖隔水層在一定程度上可以減弱地層中氧化流體的勢能，甚至改變流體的方向，從而使流體中U6+與有機質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)充分反應(yīng)，不斷生成U4+，形成鈾礦體。

通過巖石學(xué)研究，哈達(dá)圖鈾礦床圍巖粒度普遍偏粗，分選性中等偏差，孔隙度相對偏大（18.1%～24.5%），而礦石以中細(xì)粒砂巖為主，相對偏細(xì)，填隙物中黏土含量大于圍巖近5 倍，分選性大多數(shù)較差，孔隙度相對較?。ū?）。氧化流體進入地層當(dāng)中，對于孔隙度偏大、分選性較好、黏土含量偏低的巖石極易先被氧化，這是哈達(dá)圖形成上下黃色氧化中間為灰色殘留體的重要原因之一。同時，在氧化過程中，孔隙度偏小、黏土含量較高、分選性差的巖石，在一定程度上可以減緩流體滲入，從而使流體中U6+與還原介質(zhì)充分反應(yīng)［18］，不斷富集，形成鈾礦體。

表2 哈達(dá)圖鈾礦床巖石參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of rock parameters of Hadatu uranium deposit

3.4 氧化帶對鈾礦化的控制

哈達(dá)圖鈾礦床目標(biāo)層賽漢組上段受構(gòu)造活動和沉積建造的影響，發(fā)育多方向潛水-層間、層間氧化作用［19］，主要包括南西-北東向?qū)娱g氧化、北-南和南-北向潛水-層間氧化（圖5）。氧化巖石主要表現(xiàn)為黃色（圖6）。經(jīng)過多向氧化作用，礦床內(nèi)氧化砂體的體積約占古河谷砂體體積的72.08%，單孔砂體氧化率為10%～100%，保存了4 片面積較大的還原殘留體，鈾礦化主要分布于氧化率10%～60%區(qū)間內(nèi)。強烈的氧化作用一方面攜帶蝕源區(qū)中的鈾滲入地層，另一方面使早期預(yù)富集的鈾滲出，再活化、遷移和富集。

圖5 哈達(dá)圖鈾礦床砂體氧化率等值線圖Fig.5 Oxidation rate contour map of sand body in Hadatu uranium deposit

圖6 哈達(dá)圖鈾礦床A-B 地質(zhì)剖面圖Fig.6 Geological section A-B of Hadatu uranium deposit

3.5 還原殘留體對鈾礦化的控制

地下含氧流體在徑流過程中必然會與地層中的還原介質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，地層能否被氧化，一方面取決于碎屑巖的孔隙度，另一方面則更取決于氧化流體與還原介質(zhì)的對比強度。據(jù)化學(xué)分析測試，哈達(dá)圖鈾礦床還原殘留體中有機質(zhì)（含量約0.7%）、黃鐵礦（含量約2%）的含量高于圍巖5～20 倍，反映局部地層還原強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氧化強度；在含鈾含氧流體運移過程中，遇到還原強度高的灰色殘留體，大量的鈾被還原卸載，形成鈾礦體。

4 成礦模式

哈達(dá)圖鈾礦床為一典型建造間古河谷砂巖型鈾礦床，鈾礦體賦存于賽漢組上段辮狀河砂體中，底板主要為賽漢組下段湖相泥巖，頂板為賽漢組上段頂部泛濫平原相紅色泥巖；其成礦模式與構(gòu)成要素主要包括：豐富的鈾源（內(nèi)源、外源）、有利的巖性-巖相組合、構(gòu)造反轉(zhuǎn)與抬升、強烈的氧化作用和富含有機質(zhì)的還原殘留砂體。其形成過程是沉積時蝕源區(qū)大量的鈾隨穩(wěn)定礦物進入盆地（圖7），形成富鈾的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)（鈾的預(yù)富集），在晚白堊世構(gòu)造反轉(zhuǎn)和古新世以來差異性抬升作用下，地層被掀斜改造，便于發(fā)育多方向氧化作用，氧化流體中的鈾遇到強還原介質(zhì)被卸載，形成鈾礦體。富集條件為氧化強度大，蝕源區(qū)的鈾滲入與目標(biāo)層中的鈾滲出疊加富集，成礦砂體（還原殘留體）孔隙度偏低、還原劑含量高，成礦作用反應(yīng)充分。

圖7 哈達(dá)圖鈾礦床成礦模式圖Fig.7 Metallogenic model of Hadadu uranium deposit

5 結(jié)論

1）哈達(dá)圖鈾礦床與已發(fā)現(xiàn)的巴彥烏拉、賽漢高畢古河谷砂巖型鈾礦床相比較，具有獨特的特征，鈾礦化賦存于賽漢組上段灰色還原殘留體內(nèi)，上下圍巖均被氧化，礦體厚度相對薄、品位高、平米鈾量大，富礦帶在平面上呈環(huán)狀分布。

2）控制該礦床形成的關(guān)鍵要素主要包括鈾源（內(nèi)源、外源）、巖性-巖相條件、構(gòu)造反轉(zhuǎn)與抬升、強烈的氧化作用和灰色還原殘留砂體。

3）在構(gòu)造活動對成礦建造的改造下，形成多方向強烈的潛水、潛水-層間氧化作用，氧化流體攜帶了蝕源區(qū)和地層中被活化的鈾，在富含還原介質(zhì)的灰色殘留體內(nèi)富集，所以該礦床具有滲入與滲出疊加形成的特征，后期找礦應(yīng)特別注重還原殘留體的空間分布規(guī)律。同時，從成礦年齡看出，成礦期范圍較大，鈾礦化具有“預(yù)富集—富集—遷移—再富集”的滾動富集特征。