金若時(shí)，滕雪明

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津300170;3.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300170）

鈾是核能資源的主要原料。世界上主要產(chǎn)鈾大國為哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、加拿大、澳大利亞、尼日爾、納米比亞、俄羅斯、烏克蘭、美國、中國等。鈾礦類型很多，主要工業(yè)類型有角度不整合型、砂巖型、爆破角礫巖型、花（白）崗巖型、火山巖型、碳硅泥巖型等[1-2]。1850年捷克首先把鈾礦石作為礦產(chǎn)品開采，1880年美國在科羅拉多發(fā)現(xiàn)了砂巖型鈾礦，1945年美國試爆了第一顆原子彈，1952年前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)了烏奇庫杜克砂巖鈾礦，1954年前蘇聯(lián)在奧布寧斯克建了第一座核電站，1967年前蘇聯(lián)布金納依砂巖鈾礦地浸成功[3]。

砂巖型鈾礦由于具有可利用資源品位低、礦床規(guī)模大、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、易采等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為全球利用率最高的鈾礦類型（圖1）。近些年來，世界多國加強(qiáng)鈾礦資源的勘查投入和理論研究。2007—2011年，澳大利亞政府實(shí)施了“陸上能源安全計(jì)劃”的“鈾礦系統(tǒng)研究”項(xiàng)目，旨在厘清控制鈾成礦系統(tǒng)的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程，為評(píng)價(jià)澳大利亞鈾礦資源潛力和發(fā)現(xiàn)與勘探新的資源降低風(fēng)險(xiǎn)。加拿大地質(zhì)調(diào)查局正在實(shí)施“針對(duì)性科學(xué)計(jì)劃”中的“鈾成礦系統(tǒng)”項(xiàng)目，目的是厘清控制鈾礦體礦化作用和成礦作用的關(guān)鍵因素。美國自1980年以來鈾礦調(diào)查與研究工作長期處于停滯狀態(tài)，鈾礦資源高度依賴進(jìn)口。2016年美國重新啟動(dòng)新一輪鈾礦調(diào)查和研究工作，并進(jìn)行新的鈾成因模型研究及鈾礦開采的環(huán)境評(píng)價(jià)工作。2019年，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)經(jīng)過多年大討論，明確提出鈾礦資源將是人類可持續(xù)發(fā)展高度依賴的清潔能源，并將其列為歐洲（至2035年）戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)[4]。

圖1 不同類型鈾礦資源與開采占比圖（據(jù)IAEA2019數(shù)據(jù)）Fig.1 The pie graph showing the percent age of dif ferent global uranium resources and different kinds of uranium production worldwide in 2019

我國的相關(guān)鈾礦勘查工作始于上世紀(jì)50年代。1955—1961年中蘇聯(lián)合在我國新疆伊犁盆地發(fā)現(xiàn)了煤巖型達(dá)拉地、蒙其古爾和湖南衡陽汪家沖等礦床。1998年中國核工業(yè)地質(zhì)局取得真正意義上的砂巖型鈾礦找礦突破，在新疆伊犁盆地評(píng)價(jià)了第一個(gè)可供地浸開采的庫捷爾太礦床。此后，核工業(yè)地質(zhì)隊(duì)伍相繼發(fā)現(xiàn)了蒙其古爾、十紅灘、皂火壕、納嶺溝、巴彥烏拉砂巖型鈾礦床。中石油隊(duì)伍評(píng)價(jià)了錢家店礦床。2011年中央地勘基金中心發(fā)現(xiàn)了大營鈾礦，同時(shí)中國地質(zhì)調(diào)查局組織了“全國鈾礦資源評(píng)價(jià)”，中核地質(zhì)局編寫了“中國鈾礦床研究評(píng)價(jià)”系列叢書，整合了建國以來鈾礦勘查和研究資料。

2012—2014年，中國地質(zhì)調(diào)查局啟動(dòng)“我國主要盆地煤鈾等多礦種綜合調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目，新發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)地10余處。2015—2021年，“北方砂巖型鈾礦調(diào)查工程”進(jìn)一步實(shí)施。累計(jì)發(fā)現(xiàn)砂巖鈾礦產(chǎn)地20余處，其中超大型2個(gè)，大型5個(gè)。2015—2019年，科技部組織開展了973計(jì)劃“中國北方巨型砂巖鈾成礦帶陸相盆地沉積環(huán)境與大規(guī)模成礦作用”基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。2018—2021年，科技部“北方砂巖型鈾礦能源礦產(chǎn)深部探測技術(shù)示范”重大專項(xiàng)實(shí)施。2019年國際地球科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目“砂巖型鈾礦表生流體成礦作用”（IGCP675）開始運(yùn)轉(zhuǎn)。至此，初步形成了科技部側(cè)重科研、中國地質(zhì)調(diào)查局側(cè)重調(diào)查、核工業(yè)局側(cè)重勘查的良性鈾礦地質(zhì)工作局面。

幾十年的砂巖型鈾礦勘查和科研工作發(fā)現(xiàn)的一系列成熟的鈾礦床以及一大批鈾礦產(chǎn)地均位于北方系列中新生代盆地內(nèi)，揭示出中國北方曾發(fā)生過大規(guī)模砂巖鈾礦成礦作用。

1 砂巖型鈾礦的時(shí)空分布及研究現(xiàn)狀

世界上砂巖型鈾資源主要產(chǎn)在兩條巨型成礦帶和幾個(gè)古老的克拉通及其周緣地帶[5-7]（圖2）。兩條巨型成礦帶，一條為近南北向延伸的科迪勒拉帶，由美國的科羅拉多高原、南得克薩斯海岸平原，延伸至巴西、阿根廷、智利等國；另一條為近東西向延伸的歐亞鈾成礦帶，由大西洋東岸的法國北部巴伐利亞高原，經(jīng)烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、俄羅斯、蒙古、中國北方，至太平洋西岸俄羅斯阿穆爾河畔地區(qū)。目前世界上已發(fā)現(xiàn)的砂巖鈾礦最集中產(chǎn)出的地區(qū)位于東西向展布的歐亞帶內(nèi)，包括中亞哈薩克斯坦國楚-薩雷蘇、錫爾河和烏茲別克斯坦中央克茲爾庫姆地區(qū)。中國北方砂巖鈾成礦帶位于歐亞成礦帶最東部[5-9]。

圖2 世界上砂巖型鈾礦分布略圖及兩條巨型鈾成礦帶（據(jù)參考文獻(xiàn)[7]）Fig.2 Digital elevation model map showing the global two giant metallogenic belts of sandstone-type uranium deposit s

中國已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦主要產(chǎn)在中國北方的系列中新生代陸相沉積盆地內(nèi)（圖3）。這些砂巖鈾礦產(chǎn)在各盆地較穩(wěn)定的賦礦層位內(nèi)（表1），具備明顯的成礦時(shí)空規(guī)律[10]。

表1 中國北方中新生代典型盆地地層與賦含砂巖型鈾礦對(duì)比表(據(jù)參考文獻(xiàn)[10]）Table 1 Comparison of correlation between typical Mesozoic-Cenozoic basin format ion and uranium-bearing horizon in nort hern China

圖3 中國主要賦砂巖型鈾礦盆地分布圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[10]）Fig.3 Distribut ion of major sandstone-type uranium bearing basins and uranium ore deposits/occurrences in China(modified after Jin et al.,2019a)

砂巖型鈾礦可產(chǎn)于盆地內(nèi)多種沉積環(huán)境的砂體中，眾多學(xué)者就賦礦砂體的巖石學(xué)、形態(tài)、規(guī)模、空間展布、成因等問題開展過大量的研究，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為賦礦砂體形成于辮狀河及辮狀河三角洲沉積環(huán)境中[11-25]。風(fēng)成砂體系中砂巖型鈾礦在上世紀(jì)也有報(bào)道。近年來，天津地質(zhì)調(diào)查中心鈾礦研究團(tuán)隊(duì)在鄂爾多斯盆地西南緣風(fēng)成砂中亦取得風(fēng)成砂沉積體系砂巖型鈾礦勘探和研究重大突破[26]。

盆地的形成與盆地周緣造山帶的隆升關(guān)系密切，成礦物質(zhì)的來源、盆地內(nèi)沉積物質(zhì)充填序列、沉積體系類型及展布、成礦流體遷移補(bǔ)－徑－排水動(dòng)力系統(tǒng)的形成均與造山－成盆作用相關(guān)。焦養(yǎng)泉等（2007）[27]提出鈾儲(chǔ)層的概念，并將沉積盆地分析和層序地層學(xué)的理論方法應(yīng)用到中國北方陸相含鈾盆地的研究中。盆緣造山作用與盆內(nèi)鈾成礦的耦合關(guān)系也得到廣泛研究[28-32]。

前蘇聯(lián)學(xué)者提出了水成鈾礦理論[33]。經(jīng)典的水成鈾礦理論，以層間氧化帶或潛水氧化帶為重點(diǎn)研究對(duì)象，提出鈾被地下水或地表水?dāng)y帶至透水性較好的砂巖層滲透運(yùn)移時(shí)，在氧化還原過渡帶聚集成礦。李勝祥等[34]根據(jù)盆地流體類型與鈾成礦作用方式，將盆地流體的鈾成礦作用分為盆地表生滲入流體鈾成礦作用、盆地自生流體鈾成礦作用、盆地深源外來流體鈾成礦作用、盆地自生流體與盆地滲入流體的混合鈾成礦作用及盆地自生流體與深源外來流體的疊加鈾成礦作用。金若時(shí)等[35]認(rèn)為不同來源、不同性狀的流體混合作用能引起成礦流體物理化學(xué)條件的改變（溫度、壓力、pH、Eh），影響絡(luò)合物的種類和濃度，導(dǎo)致流體化學(xué)平衡被破壞，引起卸載成礦。當(dāng)前追蹤流體－巖石相互作用并劃分氧化帶、過渡帶、還原帶的方法主要為鈾系不平衡技術(shù)和鈾天然同位素比值法[36]，也有部分學(xué)者利用總有機(jī)碳、低價(jià)硫、Eh-pH體系等研究成礦分帶性[37-38]。具體用來研究流體作用的方法和手段包括水-巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M[39-40],鈾沉淀定位的地球化學(xué)界面及粘土礦物的研究[41-45]，流體包裹體[46-51]以及成礦過程的計(jì)算機(jī)模擬等[52-54]。

前人針對(duì)砂巖型鈾礦的成礦模型大致形成了以下幾派觀點(diǎn)。1956年，美國學(xué)者在研究懷俄明盆地內(nèi)的砂巖型鈾礦時(shí)，首次提出了“卷狀”礦體概念，后來建立了懷俄明式“卷狀”鈾成礦模式，認(rèn)為含鈾含氧流體順層灌入，遇到還原環(huán)境性物質(zhì)時(shí)，流體順層向前“滾動(dòng)成礦”，并依氧化還原前鋒線，形成卷頭。相關(guān)成礦理論在得克薩斯州南部的砂巖型鈾礦中得到了證實(shí)[55-56]。1993年，前蘇聯(lián)學(xué)者在研究中亞的砂巖型鈾礦床成因的過程中，提出了“潛水滲透型”和“層間滲透型”兩種成礦模型[57]。2015年，澳大利亞鈾礦研究者針對(duì)費(fèi)羅姆礦床的研究中強(qiáng)調(diào)了“油氣等有機(jī)質(zhì)”對(duì)砂巖型鈾成礦的影響[58]。中國學(xué)者主要引進(jìn)了前蘇聯(lián)學(xué)者的思想，提出了“層間氧化帶”成礦模型[59-63]。天津地質(zhì)調(diào)查中心鈾礦研究團(tuán)隊(duì)以鄂爾多斯盆地北部已發(fā)現(xiàn)的砂巖鈾礦為例，詳細(xì)討論了構(gòu)造-沉積演化與砂巖型鈾礦的成礦關(guān)系，并提出了“跌宕”控礦模型[64]（圖4）。

圖4 世界上已建立的經(jīng)典砂巖型鈾成礦模式圖Fig.4 Established genetic models of the world's classical sandstone-type uranium mineralization

盆地形成演化與成礦關(guān)系研究取得了重要進(jìn)展。隨著勘查鉆孔數(shù)據(jù)的積累和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)沉積盆地、沉積相、控礦要素等方面，已采用三維可視化圖等工具，來刻畫成礦過程的細(xì)節(jié)和全貌，突破了僅以描述模型認(rèn)知成礦作用的局限性，建立了更客觀的統(tǒng)計(jì)概念砂巖鈾礦成礦模型[9，65-66]。砂巖型鈾礦研究的理論體系逐漸被完善。找礦方法組合系統(tǒng)也正在不斷地豐富[67]。

2 中國北方砂巖型鈾礦成礦背景

多數(shù)研究者認(rèn)為控制砂巖鈾礦成礦背景有兩個(gè)主要地質(zhì)要素：一是沉積相，二是沉積物的氧化還原條件。通常認(rèn)為最有利于砂巖鈾礦形成的沉積相為低水位體系下形成的河流相、三角洲相、湖濱相等,亦有風(fēng)成砂沉積體系中發(fā)現(xiàn)了砂巖型鈾礦[11-26]，有利成礦部位為氧化還原過渡環(huán)境[5，68-69]。

中國北方砂巖型鈾礦主要產(chǎn)于富油、煤、氣盆地系列陸相沉積盆地內(nèi)，具有多種能源資源同盆共存的富集特征[70-71]。近年來，天津中心鈾礦研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)10萬余米巖心的綜合對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)北方系列陸相沉積盆地內(nèi)的砂巖型鈾礦的產(chǎn)出與“紅-黑巖系”耦合產(chǎn)出關(guān)系密切?！凹t-黑巖系”耦合產(chǎn)出與世界范圍內(nèi)的砂巖型鈾礦產(chǎn)出同樣具有高度相似性，認(rèn)為其是砂巖型鈾礦形成的有利地質(zhì)背景[5，64，68-69]（圖5）?！凹t-黑巖系”是指同一構(gòu)造層內(nèi)，一套黃色-褐色-紅色陸相沉積碎屑巖層組合與綠色-灰色-黑色陸相碎屑巖層及含煤、含油系巖系組合，分別代表了地層的氧化和還原條件。中國北方盆地“紅-黑巖系”共同產(chǎn)出，而南方各盆地內(nèi)有大套紅色巖系，但缺乏黑色巖系，因此南方盆地不發(fā)育大規(guī)模鈾成礦作用（圖6）。沉積盆地內(nèi)的“紅-黑巖系”分布往往是大尺度的，“紅-黑巖系”的產(chǎn)出受盆地的構(gòu)造-沉積演化控制，具備垂向展布的特征（圖7）?！凹t色巖系”主要源于盆緣等較遠(yuǎn)源的中酸性巖體等富鈾物質(zhì)?！凹t色巖系”是“場”?！昂谏珟r系”富含近源腐殖物質(zhì)等還原性物質(zhì)，“黑色巖系”是“障”，砂巖型鈾礦則產(chǎn)在紅黑巖系過渡的河流相、三角洲相、湖濱相等灰色砂體中[5，68]。

圖5 世界上沉積盆地內(nèi)紅中新生界黑巖系分布特征略圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[5]）Fig.5 Dist ribution of global red strata,organic matters bearing strata and sandstone-type uranium deposit s

圖6 中國沉積盆地內(nèi)中新生界紅黑巖系分布略圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[5]）Fig.6 Distribut ion of red strata,organic matt ers bearing strata and sandstone-type uranium deposits in China

圖7 北方侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)典型陸相產(chǎn)鈾盆地“紅-黑巖系”橫向?qū)Ρ葓D（據(jù)參考文獻(xiàn)[5]）Fig.7 Transversal comparison of the sandstone-type uranium bearing basins illustrating the"red-black series"in the Jurassic-Cretaceous period

3 中國北方砂巖型鈾礦成礦作用

砂巖型鈾礦要成為具有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的礦床，必須是可利用地浸方法開采的[2]。這類砂巖鈾礦的主要載礦沉積砂體按成因可分為水成和風(fēng)成兩類，其中水成類型又可分為陸相和海相兩類。本文所討論的中國北方砂巖型鈾礦成礦作用是基于水成陸相砂體內(nèi)的礦床。下面將從成礦作用的源、運(yùn)、儲(chǔ)過程進(jìn)行論述。

3.1 成礦物質(zhì)來源

對(duì)鈾礦物質(zhì)的來源和成礦過程主要有三種認(rèn)識(shí)。一是認(rèn)為成礦物質(zhì)直接源于周緣造山帶富鈾的花崗質(zhì)巖石，經(jīng)淋濾富集成礦；二是周緣造山帶的富鈾花崗質(zhì)巖石經(jīng)剝蝕后，呈富鈾碎屑搬運(yùn)至盆地內(nèi)部成為地層的一部分，后經(jīng)流體的萃取，遷移，沉淀成礦；三是認(rèn)為深部流體帶來了深部含鈾物質(zhì)，在具備條件的地質(zhì)體內(nèi)富集成礦[72-75]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)可砂巖型鈾礦兩種或三種復(fù)合來源的成礦特征[34]。中國鈾元素分布呈現(xiàn)明顯的“北低南高”的特征，砂巖型鈾礦區(qū)塊除云南小盆地外，均分布在北方，南方多花崗巖型以及碳硅泥巖型鈾礦[76]。以鄂爾多斯盆地為例，其周緣鈾元素地球化學(xué)分布圖顯示，相對(duì)于盆地北緣，盆地南緣具有更高的鈾元素總量（圖8）。但是，大量的砂巖型鈾礦床卻分布在盆地北部，比如已發(fā)現(xiàn)的大營、納嶺溝、皂火壕、塔然高勒等鈾礦床或鈾礦產(chǎn)地。這一現(xiàn)象表明盆地內(nèi)砂巖型鈾礦床的產(chǎn)出與盆緣鈾元素地球化學(xué)元素高低不是正比關(guān)系。盆緣豐富的鈾元素能夠?yàn)樯皫r型鈾礦床的形成提供基本的物質(zhì)保障，但這些豐富的鈾元素若不能順利遷移到盆地內(nèi)，或者只遷移到盆地內(nèi)，未經(jīng)淋濾富集或者二次萃取-遷移-沉淀成礦，則難以形成砂巖型鈾礦床。通常認(rèn)為潮濕-干旱氣候的交替變化造就了富鈾地質(zhì)體中的鈾元素在表生地球化學(xué)過程中發(fā)生遷移并沉淀的過程，故認(rèn)為鄂爾多斯盆地北部更加突出的氣候交替變化控制了砂巖型鈾礦集區(qū)的形成[77]。中國北方伊犁、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、鄂爾多斯、二連、松遼等陸相沉積盆地內(nèi)均有砂巖型鈾礦的大規(guī)模產(chǎn)出，與古氣候關(guān)系密切。北方系列盆地內(nèi)部砂巖型鈾礦大規(guī)模成帶產(chǎn)出的現(xiàn)象表明鈾成礦作用不是簡單的源于周緣造山帶富鈾的花崗質(zhì)巖石經(jīng)淋濾富集成礦，更有可能是源于地層內(nèi)富鈾碎屑物質(zhì)的二次富集。

圖8 鄂爾多斯盆地周緣稀有稀土與鈾元素高背景區(qū)分布圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[77]）Fig.8 Geochemical distribut ion map of Uranium elements around Ordos Basin

3.2 成礦流體及運(yùn)移方式

無論是無機(jī)流體、有機(jī)還原流體，還是跟巖漿活動(dòng)緊密相關(guān)的后期熱流體，都能在鈾成礦作用中充當(dāng)媒介，萃取鈾，并在合適的地球化學(xué)環(huán)境中富集成礦。其中，眾多學(xué)者認(rèn)為表生流體（大氣降水、地下潛水等）是最重要的流體來源[35，64]。

砂巖型鈾礦是后生流體成礦，與一般巖漿-熱液型內(nèi)生金屬鈾礦床相比，其形成的鈾礦體不能簡單的區(qū)分礦石礦物和脈石礦物，這給研究其流體行為帶來了極大困難。國際原子能機(jī)構(gòu)基于砂巖型鈾礦礦體形態(tài)，將其分為“卷狀”、“條帶狀”、“板狀”和“堆狀”四類。筆者認(rèn)為這四類形態(tài)是成礦部位在不同地下水分層帶內(nèi)及是否受斷裂構(gòu)造影響等因素的直接反映。一般認(rèn)為，在包氣帶水的砂體內(nèi)，含鈾流體順砂體層流動(dòng)，形成“卷狀”礦體。條帶狀和板狀礦體往往形成于潛水帶底部適宜砂體中，前者的適宜砂體不均一分布，后者的適宜性砂體在一定空間范圍內(nèi)均勻分布?！岸褷睢钡V體往往產(chǎn)在承壓水帶內(nèi)，且與斷裂關(guān)系密切（圖9）。

圖9 地下水動(dòng)力模式與砂巖型鈾礦體形態(tài)圖Fig.9 Dynamic models of groundwater layers and t heir control on the shape of sandstone-type uranium ore body

天津中心鈾礦研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)含礦砂巖硅質(zhì)交結(jié)物中的包裹體開展了相關(guān)研究，認(rèn)為這類包裹體與鈾成礦作用具有較大關(guān)系。以松遼盆地錢家店鈾礦床此類包裹體的研究為例，包裹體類型主要為含烴鹽水和氣態(tài)烴二相包裹體。針對(duì)與成礦有關(guān)的流體包裹體測溫顯示其均一溫度為102.5～169.5℃，鹽度為1.7～6.1 wt%NaCleq，成礦流體主要為地下潛水[78]。表生條件下形成的砂巖型鈾礦，由于成礦溫度低，成礦過程能形成多種蝕變礦物。針對(duì)鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)的蝕變礦物巖心光譜在一定程度上反映了流體的性質(zhì)與運(yùn)移方向。研究區(qū)N-S向鉆孔剖面的Fe3+含量呈現(xiàn)南部含量較高，北部含量較低的“反分帶”特征，顯示靠盆緣的北部為還原帶，遠(yuǎn)離盆緣的南部為氧化帶，這與傳統(tǒng)層間氧化帶認(rèn)為盆緣-盆內(nèi)為氧化帶-還原帶過渡的現(xiàn)象相反，說明流體成礦時(shí)的運(yùn)移方向由盆內(nèi)向盆緣（圖10）。

圖10 鄂爾多斯盆地東勝研究區(qū)某NE-SW向鉆孔氧化鐵含量聯(lián)井剖面圖（據(jù)973報(bào)告，未發(fā)表）Fig.10 A NE-SW well-tie profile to illustrate the ferric iron(Fe 3+)variat ions in Dongsheng area,Ordos Basin

3.3 鈾礦賦存狀態(tài)

砂巖型鈾礦中的鈾多呈礦物態(tài)及吸附態(tài)產(chǎn)出。鈾礦物主要為鈾石和瀝青鈾礦。以塔然高勒地區(qū)為例，鈾礦物的共（伴）生礦物常見組合主要有6種，分別為黃鐵礦+鈾石/瀝青鈾礦、銳鈦礦+鈾石/瀝青鈾礦/含鈦鈾礦物、綠泥石/蒙脫石+鈾石/瀝青鈾礦、石英/長石+鈾石/瀝青鈾礦、炭屑+鈾石/瀝青鈾礦、黑云母+鈾石/瀝青鈾礦等[79]。

4 盆地演化與鈾成礦的關(guān)系

鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦的綜合研究認(rèn)為盆地的構(gòu)造旋回控制了盆地地層的接觸關(guān)系，控制了盆地不同時(shí)期的水位高低，控制了盆地內(nèi)“紅-黑”巖系沉積序列以及干濕環(huán)境（圖11）。

對(duì)比研究中亞地區(qū)與中國北方典型砂巖型鈾礦田的空間產(chǎn)出特征，包括伊犁盆地南緣蒙其古爾、鄂爾多斯盆地納嶺溝、寧東、松遼盆地錢家店以及大慶新發(fā)現(xiàn)鈾礦產(chǎn)地，含鈾巖系在中新生代盆地內(nèi)產(chǎn)出部位明顯受盆地構(gòu)造控制，基本上可以歸納為三種構(gòu)造樣式（類型）：河谷式、盆緣式、盆內(nèi)隆緣式[80]（圖12）。河谷式和盆緣式構(gòu)造樣式砂巖型鈾礦普遍發(fā)育，前人對(duì)這兩類砂巖型鈾礦形成的構(gòu)造條件都做過深入研究，也主要關(guān)注的是這兩個(gè)類型?！芭鑳?nèi)隆緣式”構(gòu)造樣式，即盆地內(nèi)部構(gòu)造隆起區(qū)邊緣緩坡地段產(chǎn)出鈾礦床的構(gòu)造樣式，是大型盆地內(nèi)部鈾成礦的重要控礦因素，錢家店鈾礦最為典型。該模式打破了傳統(tǒng)以盆緣地區(qū)找礦為主的思路，打開了盆地內(nèi)部隆起區(qū)砂巖型鈾礦找礦的新空間，實(shí)現(xiàn)了鈾礦找礦三個(gè)轉(zhuǎn)變：由傳統(tǒng)盆緣向盆地內(nèi)部的轉(zhuǎn)變，由淺部向深部的轉(zhuǎn)變，由煤田區(qū)向油田區(qū)的轉(zhuǎn)變。這一成果的找礦應(yīng)用價(jià)值巨大，利用該成果，目前已在松遼盆地大慶、鄂爾多斯盆地涇川、柴達(dá)木盆地花土溝、準(zhǔn)噶爾盆地克拉瑪依等系列盆地內(nèi)部油田區(qū)取得了鈾礦找礦重大進(jìn)展，得到了油田、煤田、核工業(yè)等行業(yè)相關(guān)專家的高度認(rèn)可和推廣應(yīng)用。

圖12 砂巖型鈾礦產(chǎn)出的有利構(gòu)造樣式圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[80]）Fig.12 Favorable structure st yles for the occurrence of sandst one-type uranium deposits

針對(duì)松遼盆地錢家店鈾礦床的年齡研究表明，其成礦年齡主要集中在40 Ma以來，與松遼盆地的油氣成藏期具有高度的一致性。錢家店漸新世-中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)、油氣成藏、砂巖型鈾礦成礦在時(shí)間上較為一致，說明漸新世-中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)引起的松遼盆地內(nèi)部大規(guī)模褶皺隆升和逆沖斷裂制約了錢家店礦床的形成[81]。鄂爾多斯盆地總體上看發(fā)育六次大的不整合面，表明北方盆地由老至新經(jīng)歷了230 Ma、190 Ma、145 Ma、95 Ma、65 Ma、23 Ma六次大的構(gòu)造事件。這六次構(gòu)造事件不僅控制了盆地內(nèi)沉積建造和沉積相，還控制了砂巖鈾礦的形成[64]（圖11）。

圖11 鄂爾多斯盆地中生代地層柱狀圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[64]）Fig.11 Comprehensive Mesozoic-Cenozoic stratigraphic columns in the nort heast Ordos Basin

5 中國北方砂巖鈾成礦模型

砂巖型鈾礦的成礦模型前人做過許多研究。但建立的標(biāo)準(zhǔn)不一致，差異很大。筆者團(tuán)隊(duì)提出應(yīng)當(dāng)遵循“盆地類型→礦體形態(tài)→形成機(jī)理”的原則來建立砂巖型鈾礦的成礦模型。

依照盆地內(nèi)單一或多個(gè)含鈾巖系賦層構(gòu)造層的時(shí)代，將我國含鈾盆地劃分為三類，即“復(fù)合類”、“簡單類”、“疊合類”。復(fù)合類盆地中的砂巖型鈾礦僅產(chǎn)在一個(gè)構(gòu)造層內(nèi)，發(fā)育多套“紅-黑巖系”耦合沉積建造，可發(fā)育多層砂巖型鈾礦體。簡單類盆地中的砂巖型鈾礦也只產(chǎn)在一個(gè)構(gòu)造層內(nèi)，僅發(fā)育地層砂巖型鈾礦體。疊合類盆地往往具備兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)造層發(fā)育砂巖型鈾礦體。以含鈾盆地與構(gòu)造巖漿巖帶的空間關(guān)系，將之分為兩型，即兩個(gè)構(gòu)造帶之間的“克拉通型”，構(gòu)造帶之內(nèi)的局部狹長的“山間型”[10]。砂巖型鈾礦模型的建立應(yīng)當(dāng)充分考慮構(gòu)造層時(shí)代及周緣巖漿帶分布空間關(guān)系，建立不同類型盆地的成礦模型。如前所述，砂巖型鈾礦的礦體形態(tài)還受控于產(chǎn)出的水文環(huán)境，因此，模型的建立還應(yīng)當(dāng)充分依據(jù)礦體的形態(tài)開展。

依托天津地質(zhì)調(diào)查中心鈾礦團(tuán)隊(duì)實(shí)施的一系列項(xiàng)目，以鄂爾多斯盆地北緣發(fā)現(xiàn)的板狀砂巖型鈾礦體為例，建立了適用于“復(fù)合類、克拉通型”盆地中板狀鈾礦體的跌宕成礦模型。該跌宕成礦模型從區(qū)域構(gòu)造的角度出發(fā)，論述了構(gòu)造-沉積演化對(duì)砂巖型鈾成礦地質(zhì)背景的控制[67]（圖13）。

圖13 基于鄂爾多斯盆地北緣砂巖型鈾礦建立的跌宕控礦過程示意圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[67]）Fig.13 Cartoons showing the metallogenic process of the sandstone-type uranium based on special studies among those deposits in northern Ordos Basin

中國北方盆地具有相似的大區(qū)域構(gòu)造背景。近年來，依托砂巖型鈾礦工程新發(fā)現(xiàn)的多個(gè)鈾礦產(chǎn)地，證實(shí)了中國北方中新生代陸相盆地發(fā)生過大規(guī)模成礦作用，找礦資源潛力巨大。天津中心鈾礦研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)了中國北方砂巖型鈾成礦理論體系，包含區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、成礦背景、成礦作用、鈾成礦機(jī)制及綜合找礦預(yù)測工作等方面，為今后進(jìn)一步的科學(xué)理論研究和找礦勘查提供重要參考[67]（圖14）。

圖14 中國北方中新生代陸相盆地砂巖鈾研究的理論體系框圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[67])Fig.14 The systematic diagram to illustrate the theoretical studies for sandst one-type uranium deposits in Mesozoic-Cenozoic continent al basins in northern China

6 結(jié)論

（1）中國北方系列陸相沉積盆地中紅色、黑色巖系耦合出現(xiàn)與砂巖型鈾礦空間關(guān)系密切，礦體多產(chǎn)在紅黑巖系過渡的河流相、三角洲相、湖濱相等灰色砂體中?？傮w認(rèn)為顏色的垂向分帶是對(duì)古沉積環(huán)境的直接響應(yīng)，垂向“紅黑巖系耦合”代表的環(huán)境變化制約北方陸相盆地大規(guī)模成礦作用，前者為鈾礦物質(zhì)沉淀提供了“障”，后者為表生流體溶解鈾提供了“場”。

（2）北方系列盆地內(nèi)砂巖型鈾礦大規(guī)模成帶產(chǎn)出的現(xiàn)象表明鈾成礦作用不是簡單的源于周緣造山帶富鈾的花崗質(zhì)巖石經(jīng)歷淋濾富集成礦的過程，而是源于地層內(nèi)富鈾碎屑物質(zhì)的二次富集。這一成礦過程與盆地構(gòu)造演化密切相關(guān)。以鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦的綜合研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地的構(gòu)造旋回控制了盆地地層的接觸關(guān)系，控制了盆地不同時(shí)期的水位高低，控制了盆地內(nèi)“紅-黑”巖系沉積序列以及干濕環(huán)境，以及大規(guī)模鈾成礦作用。

（3）中國北方不同陸相盆地在成礦地質(zhì)背景、構(gòu)造控礦等方面具有相似性和共同性，但各盆地在盆地類型、構(gòu)造演化階段等存在差異。盆地內(nèi)地下水包氣帶水、潛水、承壓水“垂向”分帶控制了砂巖型鈾礦體的不同產(chǎn)出形態(tài)。成礦模型的建立應(yīng)當(dāng)基于不同類型盆地，以盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)的典型鈾礦床為例，結(jié)合水文地質(zhì)條件及礦體形態(tài)，各自建立跌宕成礦模型。

（4）砂巖鈾礦往往以隱伏礦埋藏于地下，很難被發(fā)現(xiàn)。以往鉆孔測井放射性的曲線異常是尋找此類礦產(chǎn)最直接有效的找礦方法。傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)的點(diǎn)、線、面地質(zhì)調(diào)查是普惠的找礦方法，逐漸地建立和不斷地完善物探與地質(zhì)相結(jié)合的有效找礦方法組合，是鈾礦地質(zhì)找礦工作的長期任務(wù)。

（5）從各盆地的構(gòu)造-沉積演化角度出發(fā)，掌握砂巖型鈾礦的形成演化過程，進(jìn)一步深化中國北方陸相盆地砂巖型鈾礦區(qū)域產(chǎn)出規(guī)律，科學(xué)地預(yù)測資源量和資源地。砂巖型鈾礦的找礦勘查工作應(yīng)該在科學(xué)理論和方法創(chuàng)新的指導(dǎo)下持續(xù)地開展。同時(shí)要做到利用好國內(nèi)外資源和市場，保障我國核能資源供給的健康發(fā)展。

致謝：此文綜合了中國地質(zhì)調(diào)查局“中國北方砂巖型鈾礦工程”、科技部973計(jì)劃“中國北方巨型砂巖鈾礦成礦帶大規(guī)模成礦作用”、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“北方砂巖型鈾能源礦產(chǎn)基地深部探測技術(shù)示范”、國際地球科學(xué)計(jì)劃“砂巖鈾礦成礦作用（IGCP675）”四個(gè)項(xiàng)目的研究成果。在此我謹(jǐn)向參加這些項(xiàng)目的各位同事和對(duì)項(xiàng)目給與指導(dǎo)與關(guān)心的各位專家學(xué)者表示崇高的敬意和衷心的感謝！