戴鵬飛，魯寶龍，王 剛，牛 霆，賀 鋒

(1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710100；2.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029)

甘肅北山地區(qū)分布大面積侏羅紀和白堊紀山前盆地，形成了總口子、扎格高腦、公婆泉、黑鷹山、石板井和駱駝泉等一系列小型盆地群。許多學者對本區(qū)區(qū)域構造、巖漿活動、成礦規(guī)律、盆地演化、沉積地層及成油潛力等方面進行了較為深入的研究(彭楠等，2013；韓小鋒等，2019；靳擁護等，2020；牛海青等，2021; Yang et al.,2001)。2000年以來，中國核工業(yè)地質局在本區(qū)開展了鈾礦調查評價工作，主要以層間氧化-還原砂巖型鈾成礦理論為核心(聶逢君等，2021)，提交了大量地質及物化探成果，顯示本區(qū)有大量放射性異常(聶鳳軍等，2006；王文青等，2019)。通過對本區(qū)地質勘查資料的總結分析，篩選鈾異常點(帶)，認為總口子盆地要以層間氧化帶型鈾礦找礦為突破口。2019—2021年經鉆探查證，在總口子盆地首次發(fā)現(xiàn)了鈾礦工業(yè)礦孔，顯示了本區(qū)具有良好的鈾找礦前景。為進一步擴大找礦成果，筆者對總口子盆地構造特征進行了分析，劃分找礦目的層，研究沉積類型及演化過程，選取成礦條件優(yōu)越地段，開展砂巖型鈾成礦條件評價。

1 區(qū)域地質背景

圖1 北山地區(qū)總口子盆地大地構造位置圖(1)陳祖伊,郭慶銀,2004.北山-走廊地區(qū)鈾資源勘查部署規(guī)劃研究報告[R].北京:核工業(yè)地質局.Fig.1 Geotectonic location map of the Zongkouzi basin in Beishan area1.沉積盆地；2.加里東期縫合線；3.華力西期縫合線；4.印支期縫合線；5.逆沖斷層；6.走滑斷層；7.蛇綠巖；8.研究區(qū)范圍

總口子盆地位于中國的西北部，嘉峪關市以北130 km，屬北山盆地群之一，大地構造位置位于構造演化復雜、巖漿活動繁多的北山造山帶(圖1)。北山造山帶位于塔里木-哈薩克斯坦-西伯利亞三大板塊銜接處(劉帥等，2012；祝民強等，2013；王紅杰等，2021；白榮龍等，2022；姜洪穎等，2022; Qian et al.,2001; Smith et al.,2006; Song et al.,2015)?？偪谧优璧厥苡≈А⒀嗌胶拖采竭\動影響，發(fā)育眾多中新生代陸相沉積，地層從老至新為三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、第四系。三疊系僅局部出露，發(fā)育湖相和河流相碎屑沉積巖。侏羅系為湖泊-沼澤-河流相碎屑巖沉積，常含煤系。白堊系為扇三角洲-湖相沉積，不整合于侏羅系之上，巖性為長石砂巖、雜砂巖、泥頁巖夾煤層。新近系主要為上新統(tǒng)苦泉組，由后期抬升剝蝕殘留地層，大多地區(qū)剝蝕殘留面積較小，總口子盆地出露于盆地內西北部。巖性以橘紅色粉砂質泥巖夾薄層細砂巖，深灰色、黃色泥巖夾薄層細砂巖，雜色砂巖、礫巖。厚度為10～278 m，區(qū)內巖性穩(wěn)定，產狀平緩。第四系在盆地內分布廣泛，發(fā)育較全，從早更新世至全新世均有各種成因的沉積物發(fā)育，下部為土黃色泥巖及黏土、砂巖、粉砂巖等，上部為沖積-洪積砂礫層。

圖2 北山地區(qū)總口子盆地鈾礦地質圖Fig.2 Uranium geological map of the Zongkouzi basin in Beishan area1.第四系；2.新近系苦泉組；3.白堊系新民堡群；4中侏羅統(tǒng)；5.下-中三疊統(tǒng)；6.中二疊統(tǒng)；7.下二疊統(tǒng)；8.上石炭統(tǒng)；9.中石炭統(tǒng)；10.下石炭統(tǒng)；11.寒武系；12.燕山早期花崗巖；13.燕山期花崗閃長巖；14.燕山晚期花崗巖；15.燕山期二長花崗巖；16.燕山期石英閃長巖；17.華力西晚期花崗巖；18.華力西中期花崗閃長巖；19.華力西中期閃長巖；20.華力西期石英閃長巖；21.實測與推測斷層及產狀；22.實測及推測地層界線；23.實測及推測地層不整合界線；24.花崗巖型鈾礦/礦化點

北山地區(qū)主要經歷了3次構造巖漿事件：早中古生代(460～370 Ma)、晚古生代(330～251 Ma)、早中生代(251～200 Ma)。在經歷了興凱運動、加里東運動和華力西運動之后，本區(qū)海相沉積演化階段結束，海水全部退出，形成了中-新生代盆地的基底。盆地基底及周緣蝕源區(qū)主要由太古界-元古界中深變質巖、寒武系-石炭系火山碎屑巖及加里東-燕山期花崗巖組成。盆地基底構造樣式以斷裂構造為主，總體構造比較穩(wěn)定(圖2)。

2 構造特征

北山地區(qū)的大地構造位置決定了盆地基底的差別，進而決定了總口子盆地在燕山運動和喜山運動中構造變形的差異。多期次構造作用造成盆地基底反復的抬升和沉降，把盆地分割為大盆套小盆的構造格局(李明杰等，2004；杜玉良等，2009；云龍等，2021)。

圖3 總口子盆地主要斷裂與地層關系示意圖Fig.3 Schematic diagram of relationship between main faults and strata in the Zongkouzi basin1.第四系；2.新近系；3.白堊系；4中侏羅統(tǒng)；5.早侏羅統(tǒng)；6.基底；7.主要斷裂構造

現(xiàn)今盆地基底形態(tài)總體特征是兩凹夾一隆(圖3)，兩凹指東部的紅柳大泉-黑帳房凹陷和西部老樹窩-南泉凹陷，一隆是指煤窯西山-沙婆泉隆起帶。紅柳大泉-黑帳房凹陷可分為8個次級凹陷與凸起，凸起內無侏羅系，基底埋深較淺，最大埋深為700 m，凹陷內普遍存在侏羅系，最大埋深為2 200 m。老樹窩-南泉斷陷可分為4個次級凹陷與凸起，凹陷一般埋深800～1 000 m，最大深度可達1 700 m，以白堊系為主要沉積蓋層，局部地段可能有侏羅系。侏羅系總體上呈北西西向展布，主要分布于相對隆起區(qū)內，斷裂構造發(fā)育，以北西西向和北東向斷裂構造為主，其中北西西向斷裂是早中侏羅世的控盆構造，褶皺構造表現(xiàn)為緊閉線性褶皺，地層傾角陡，而東部地層的產狀相對較緩(5°～30°)，常被北東向斷陷所切割。下白堊統(tǒng)主要出露于金廟溝凹陷、老樹窩凹陷、俞井子凹陷及紅柳大泉凹陷的中部。斷裂構造發(fā)育程度較早中侏羅系弱，主要為北東、北西西向的隱狀斷裂構造，這些斷裂構造往往是徑流區(qū)的排泄源。褶皺構造以平緩開闊的復式向斜為主，地層產狀平緩。新構造活動在該盆地內主要表現(xiàn)為斷裂構造復活，斷塊的差異升降，在其東南部有掀斜作用。

3 下白堊統(tǒng)新民堡群劃分、沉積相及砂體特征

3.1 下白堊統(tǒng)新民堡群劃分

下白堊統(tǒng)新民堡群下溝組為本區(qū)找礦目的層，厚度為100～1 600 m，巖層走向一般呈北東向、近東西向，局部為北北東向，傾角為5°～30°，連續(xù)性較好，多形成寬緩的短軸狀向斜、背斜構造。該套沉積物粒度從盆地邊緣至中心大多由粗變細，厚度也由薄增厚，自下而上表現(xiàn)為由粗到細，再由細到粗的沉積特點。從盆地早白堊世中期沉積演化史可以看出，盆地在早白堊世沉積過程中，均存在沉積巖相的分異性，不同時期的相帶互相疊置形成了良好的泥-砂-泥結構。通過層序分析，將下白堊統(tǒng)新民堡群由下至上劃分為赤金堡組、下溝組、中溝組。

(1)赤金堡組主要分布在紅柳大泉西側、黑帳房南部、總口子西，不整合于下侏羅統(tǒng)之上。以紫紅色砂質礫巖、砂巖、含礫泥巖和泥巖為主，礫石分選差，以棱角、次棱角為主。該層位為早白堊世初期，在地形地貌變化不穩(wěn)定的山間凹陷快速沉積了一套雜色沖洪積扇-辮狀河相粗粒碎屑巖，其中沖洪積扇發(fā)育泥石流沉積，礫石分選差，成熟度低，反映早期沉積有原地搬運，填平補齊的特點。該層的主要劃分標志為一套含礫泥巖，總體泥質碎屑含量大、透水性差，不利于砂巖型鈾礦形成。

(2)下溝組主要分布在總口子盆地南泉和紅柳大泉-黑帳房一帶，為紫紅、褐黃、灰、灰綠色碎屑巖夾泥灰?guī)r，厚度可達1 200 m(圖4)。頂部界線為灰綠、淺灰色泥質細砂巖、泥巖與中溝組底部厚層紫紅色礫巖，兩者整合接觸；底部為紫紅色、褐色、黃色礫巖或砂巖與赤金堡組頂部黑色頁巖為界，兩者整合接觸或不整合于侏羅系之上。

(3) 中溝組主要分布于總口子盆地南泉北和煤窯西山一帶，為一套棕紅色、褐黃色砂礫巖、含礫砂巖及砂巖等粗碎屑巖夾泥巖、粉砂巖，含礫泥巖夾薄層灰色砂巖。由于抬升剝蝕，在北山地區(qū)該層位殘留較少，殘留厚度為10～110 m。

3.2 沉積相特征

中侏羅世末期，受區(qū)域近東西向的擠壓，地表不均衡上升，盆地最低處的南泉-沙坡泉沉陷帶沿北北東向強烈隆起，并有花崗巖的侵入，使隆起帶上侏羅統(tǒng)有輕微變質，同時該地區(qū)地表抬升遭受剝蝕(黨犇等，1998)。這種不均衡的上升運動強烈破壞了盆地格局，將完整的盆地分為3個獨立的凹陷(總口子西、南泉、紅柳大泉)，如圖5所示。

總口子盆地受燕山運動影響，于早白堊世早期發(fā)生沉降，這次沉降活動基本繼承了晚侏羅世的格局。早白堊世早期屬于干旱氣候，沉積磚紅、灰色碎屑巖。煤窯西山-紅柳大泉隆起帶以東，地勢開闊，地形平坦，河流相發(fā)育。隆起帶以西，地形狹窄，以沖積扇相粗碎屑沉積為主。

早白堊世中期氣候由干旱轉為濕熱，北山總體進入泛湖階段，總口子盆地沉積物以湖相為主，為一套灰、灰黑色泥巖、砂巖、含煤建造。在南泉凹陷上部為薄層泥砂互層出現(xiàn)的沖積扇前緣亞相，下部為一套湖相含炭泥巖，后期沉積中心隨時間向北東遷移，由于抬升剝蝕，該期沉積體系不完善。

早白堊世末期，由于燕山運動的強烈上升活動，至新近紀中新世末盆地內沒有接受沉積，以剝蝕作用為主，氣候以干旱為主，氧化作用強烈，可能為鈾主成礦期。上新世，盆地北部局部下降接受了苦泉組陸相紅色碎屑巖沉積。第四紀初，地殼僅有微弱振蕩運動，盆地接受了極薄的第四系沉積物。盆地現(xiàn)今構造特征基本繼承了早白堊世的構造格局。

圖4 總口子盆地下溝組巖石序列組合特征Fig.4 Characteristics of rock sequences of the Xiagou Formation in the Zongkouzi basin1.含礫粗砂巖；2.粗砂巖；3.中粒砂巖；4.細砂巖；5.粉砂巖；6.泥巖；a,b.砂巖地表露頭照片；c.灰白色細砂巖富含有機質；d.氧化砂體發(fā)育赤鐵礦化；e.淺黃綠色砂體

總口子盆地下溝組主要分布于南泉斷陷、紅柳大泉-黑帳房一帶。在南泉斷陷下溝組上部以洪積扇沉積為主，南北兩側近蝕源區(qū)以厚大的砂礫巖、細砂巖、礫巖為主，近斷陷中心以粉砂質、泥質巖等湖相沉積為主，夾少量中厚層狀細砂巖層。紅柳大泉-黑帳房一帶下溝組主要為扇三角洲平原亞相，發(fā)育含礫砂巖、中粗砂巖和細砂巖，偶見粉砂巖、頁巖，具中、小型交錯層理，與蝕源區(qū)接合部位發(fā)育小面積淺湖相沉積和以泥石流、篩積物為標志的扇中亞相沉積。

圖5 總口子盆地下溝組沉積相圖Fig.5 Sedimentary facies diagram of Xiagou Formation in Zongkouzi Basin1.蝕源區(qū);2.扇端亞相;3.沖積扇根亞相;4.扇中亞相;5.扇三角洲平原亞相;6.扇三角洲前緣亞相;7.淺湖相;8.深湖相;9.蝕源區(qū)邊界;10.花崗巖型鈾礦化點

3.3 新民堡群下溝組主要砂體發(fā)育特征

總口子盆地下溝組以河流相韻律層極其發(fā)育為特點，砂泥呈4～20 cm不等厚互層。老樹窩向斜底部僅有約60 m的褐黃色砂巖與礫巖層，向上急劇相變?yōu)楹嗄鄮r、粉砂巖及泥灰?guī)r。通過地質調查及鉆探查證，南泉斷陷下溝組厚度為20～280 m，單層砂體厚度為2～7 m，具泥-砂-泥結構，砂體分選相對較好，富含有機質，潛水、層間氧化發(fā)育，發(fā)現(xiàn)多處砂巖型的鈾礦化點，深部存在較好砂巖型鈾礦化。紅柳大泉-黑帳房一帶下溝組總體砂體發(fā)育，單層砂體厚度為5～58 m，具泥-砂-泥結構，砂體分選相對較好，其次潛水、層間氧化發(fā)育，且地層中富含炭屑等有機質(圖6)。

圖6 總口子盆地砂巖巖芯照片F(xiàn)ig.6 Sandstone core photos of the Zongkouzi basina.ZK2-2孔深76 m處淺黃棕色細砂巖；b.ZK2-2孔深19 m處黃棕色細砂巖；c.ZK2-2孔深386 m處灰色油浸細砂巖；d.ZK2-2孔深147 m處砂體中炭屑

4 成礦條件及找礦潛力分析

4.1 成礦條件分析

下白堊統(tǒng)新民堡群下溝組為總口子盆地主要找礦目的層，在紅柳大泉地段出露面積較大，埋藏淺。其構造相對簡單，多表現(xiàn)為寬緩褶皺構造，地層傾角一般小于15°，發(fā)育扇三角洲沉積體系-扇三角洲平原亞相，泥-砂-泥結構發(fā)育，可見5～15層以上穩(wěn)定的砂體，單層砂體厚度可達5～58 m，泥砂比(3.5～1∶1)，砂巖中孔隙率為5%～30%。另外，盆地基底和蝕源區(qū)鈾源豐富，區(qū)內寒武系的炭質板巖、硅質巖是區(qū)域上的含鈾層，有大量的放射性異常點、帶出現(xiàn)。廣泛出露的志留系酸性、中酸性火山巖及火山碎屑巖，鈾含量平均值為4.6×10-6，鈾浸出率約13.6%，是一套相對富鈾的巖石。區(qū)內華力西期的酸性、中酸性侵入巖，廣泛分布，規(guī)模大，總面積達8 000 km2。巖體內發(fā)現(xiàn)有大量異常點、帶，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦點10個，鈾礦化點4個。該套巖體不僅是盆地沉積時期的主要物源，還能為成礦提供重要的鈾源(王剛等，2018)。對蝕源區(qū)的新鮮巖石、風化殼分別進行地面γ能譜測量，結果顯示風化殼中的鈾含量比新鮮巖石的鈾含量低，說明巖石中的鈾經過淋濾、遷移，最后匯集到盆地內。

早白堊世早期，該地段氣候干熱，產生了一些紅色沉積層夾石膏層的氧化環(huán)境下的沉積，形成了下白堊統(tǒng)下部的紫紅色礫巖，砂礫巖夾石膏及鈣質粉砂巖透鏡體。早白堊世中期，盆地沉降相對減緩，氣候由干熱變?yōu)闈駸幔瑒?、植物處于相對繁榮時期，沉積環(huán)境由早期的氧化→半氧化變?yōu)榘脒€原→還原環(huán)境，湖濱地帶及淺湖出現(xiàn)了沼澤或半沼澤化現(xiàn)象，在一些盆地里形成了含煤及油頁巖巖系。早白堊世晚期，盆地抬升縮小，氣候由潮濕轉變?yōu)楦珊?，沉積了厚度較大的紅色碎屑巖。

總口子盆地中已知的地表鈾異常點較多，下白堊統(tǒng)新民堡群鈾背景值較高，平均值為23.7×10-6，其中黑色、灰色泥巖中鈾含量最高(28.8×10-6)；淺灰、灰黑色砂巖稍低(21.1×10-6)。在下白堊統(tǒng)中已發(fā)現(xiàn)鈾異常(礦化)點9處。在總口子盆地索索井2 059個礦點中，個別細砂巖樣品鈾品位達到0.078%。以上鈾異常、礦化與中侏羅世和早白堊世沉積關系密切，既存在于河流相中心的異常，又有產于洪積扇相和湖相的異常，賦存巖性不僅有砂巖、礫巖，也有泥巖、泥灰?guī)r?？臻g上，鈾礦化不僅產于近蝕源區(qū)的盆緣，也產于盆地中心。

4.2 成礦潛力及找礦方向分析

通過鉆探查證，在總口子盆地南泉和紅柳大泉地段均發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦化孔。通過對區(qū)內水文地質條件分析，在紅柳大泉、索索井以南地段為氧化帶范圍，紅柳大泉、索索井以北到白沙窩以南為氧化還原過渡帶，白沙窩以北2～5 km范圍內為還原帶。該層間氧化帶呈近東西向展布。砂巖型鈾礦化體賦存于下溝組下部與赤金堡組接觸面之上，埋深為74.00～93.20 m，厚度為0.20～4.60 m，品位為0.010 8%～0.017 0%，平米鈾量為0.05～1.67 kg/m2，賦礦巖性為紫紅色中砂巖和灰色細礫巖(圖7)。

圖7 ZK7-1孔含礦段巖芯照片F(xiàn)ig.7 Photo of ore-bearing section of ZK7-1 holea.紫紅色中砂巖；b.灰色細礫巖

綜合分析認為，總口子盆地紅柳大泉凹陷具備相對穩(wěn)定的構造環(huán)境、豐富的鈾源條件以及扇三角洲平原亞相等有利條件。下白堊統(tǒng)找礦目的層在早白堊世經歷了由干旱到溫暖潮濕再到干旱的演化過程，古氣候的多次頻繁轉化，發(fā)育了一套灰、綠灰、暗灰色砂巖、粉砂巖、泥巖夾砂礫巖，夾煤層、煤線、油頁巖等，動植物化石豐富，具備還原條件。另外，在紅柳大泉首次發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦工業(yè)孔，證實了紅柳大泉凹陷為該盆地砂巖型鈾礦找礦潛力較大區(qū)域。

5 結論

(1)通過層序研究，將下白堊統(tǒng)新民堡群由下至上劃分為赤金堡組、下溝組、中溝組。該套沉積物粒度從盆地邊緣至中心由粗變細，厚度也由薄增厚，發(fā)育扇三角洲平原亞相，為鈾成礦有利的沉積相帶。

(2)通過對總口子盆地地質特征分析，認為在紅柳大泉、索索井以南地段為氧化帶范圍，紅柳大泉、索索井以北到白沙窩以南為氧化還原過渡帶，推測白沙窩以北2～5 km范圍內為還原帶，該層間氧化帶呈近東西方向展布。

(3)總口子盆地紅柳大泉凹陷構造環(huán)境穩(wěn)定、鈾源豐富、發(fā)育扇三角洲沉積體系有利相帶、有機質等還原劑充足，且在紅柳大泉首次發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦工業(yè)孔，指示該區(qū)砂巖型鈾成礦條件良好。