中国北方兴蒙地区叠合盆地砂岩型铀成矿特征及勘查方法综述-凯发网址

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发布时间:2020-08-19 来源: 河北省自然资源厅 作者:佚名

  中国北方兴蒙地区叠合盆地砂岩型铀成矿特征

  及勘查方法综述

  0 引言

  近年来在中国北方二连盆地、松辽盆地、巴音戈壁盆地等中新生代盆地发现多个超大型、特大型和大型铀矿床。盆地类型主要为叠合型,盆地内矿床的类型按照赋矿建造可划分为砂岩型和同沉积泥岩型。盆地周缘造山带酸性岩体为盆地内铀成矿提供了成矿物质来源,沉积期构造古地貌控制了铀成矿有利的沉积充填序列。构造演化期形成大型剥蚀窗口,控制成矿流体在储层砂体内运移和深部油气的减压逸散,在内外部还原介质作用下,形成铀矿体(刘波等,2017a,2018)。因此盆地内铀成矿作用可归纳为“铀源体-成矿流场-流场通道-沉积建造-内外还原介质-铀矿化”等组成的成矿作用过程。盆地内铀矿床多为隐伏矿体,在铀储层“泥-砂-泥”结构的影响下,在多数铀矿床上方无明显物化探异常,也无明显找矿标志,通常基于工作区单独的地质、物化探方法难以取得明显找矿效果。由于盆地内铀成矿作用、勘查方法、战略选区等不同于其他矿种,具有其独特的方法组合特点。综观盆地内铀矿床的勘查发展,表现为早期的异常找矿、模式找矿到现在的基于多元信息的模式找矿。本文在中国北方盆地的勘查实践中,以盆地内铀成矿及勘查理论为基础,在综述盆地铀成矿作用基础上,总结出适合盆地内铀矿床勘查的地质及物化探组合方法,以期为北方盆地内铀矿勘查和战略选区提供参考。

  1 盆地地质特征

  沉积盆地为地壳的基本构造单元,一般由多阶段叠加,呈多阶段发展的特点(何登发等,2004)。叠合盆地为经历了多阶段运动体制(包括构造体制与热体制)的变革,不同阶段的原型盆地发生叠合而形成的具有叠加地质结构的盆地(何登发等,2004)。兴蒙地区盆地位于中亚造山带与华北板块的结合部位(巴尔喀什-天山-兴安岭晚古生代增生碰撞带)。盆地多为典型的叠合盆地,发育早期的断陷期和晚期的坳陷期,如二连盆地(焦养泉等,2015;刘波等,2015;漆家福等,2015;赵岳等,2018)、松辽盆地(罗毅等,2012;王璞珺等,2015)和巴音戈壁盆地(张万良和付湘,2002;吴仁贵等,2008;党犇等,2011;焦养泉等,2015;刘波等,2015,2016 ,2017a,2017b;聂逢君等,2010,2015;张成勇等,2015)。盆地内凹陷均属于双断型或单断箕状,具有多凸多凹的格局。盆地内的断层多为张性断裂,一般来说规模较大、发育较早的断层控制着凹陷和凸起,且不同构造演化阶段盆地类型控制盆地内沉积相的分布(籍增贤和韩长青,2006)。长英质岩石可构成铀成矿的主要铀源( cuney,2009,2010;maithani and srinivasan. 2011; jaireth. 2016)。岩浆岩主要沿宗乃山-阴山-大兴安岭分布,主要为晚泥盆世—早石炭世和晚石炭世—早二叠世、三叠纪 a型、i型花岗岩,k:0含量高(史兴俊等,2014;吴仁贵等,2011;李可等,2015;张建新和宫江华,2018:万天丰,2018;唐杰等,2018),花岗岩铀含量为(3.0~6. 4)×10-6,th/u比为3.3~6.4,构成了兴蒙盆地区盆地内铀成矿的主要铀源(聂逢君等,2010;申科峰等,2014;刘波等,2018;王浩锋等,2019)。盆地内盖层主要为中新生界。二连盆地盖层为下白垩统阿尔善组、腾格尔组、赛汉组,上白垩统二连组,古近系伊尔丁曼哈组和新近系;巴音戈壁盆地盖层主要为下白垩统巴音戈壁组、苏红图组和上白垩统乌兰苏海组。松辽盆地盖层发育较全,为下白垩统沙河子组、营城组、登楼库组、泉头组,上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组,古近系依安组、新近系大安组和泰康组(苗培森等,2017;王帆,2018)。盆地在断陷期,构造活动强烈,发育三角洲—湖泊沉积,形成含煤、油(气)建造,构成断陷盆地沉积的岩性—构造油气藏(刘春燕等,2006)。在断陷晚期断坳转换期,湖泊萎缩,形成湖沼沉积,发育含煤建造、暗色泥岩,有机质发育(刘波等,2017a)。在坳陷期形成一套含煤建造和铀建造(刘波等,2017a;刘武生等,2017;焦养泉等,2018)。二连盆地砂岩型铀矿多产于盆地的坳陷期发育的赛汉组稳定远流程砂体中,松辽盆地铀矿床产于坳陷期发育的姚家组辫状河沉积砂体中;巴音戈壁盆地铀矿床发育于断陷期发育的巴音戈壁组上段三角洲砂体中(张成勇等,2015;王凤岗等,2018;刘波等,2018)。盆地内均表现为下部含油(气)、煤建造,上部为含铀建造。盆地在坳陷期经历了构造反转,在反转构造的作用下,地层发生微角度掀斜,局部地段(构造古地貌高)形成剥蚀天窗,构成流体运移的有利通道。兴蒙盆地均经历了古气候的转换,二连盆地赛汉组沉积期古气候为半湿润-半干旱。巴音戈壁盆地巴音戈壁组沉积期、二连盆地赛汉组沉积期和松辽盆地姚家组下段、四方台组下段沉积期古气候为半湿润和半干旱(苗培森等,2017)。目的层沉积期后古气候均转为干旱,铀成矿产于半湿润向半干旱、干旱转换阶段。综上,盆地内铀成矿作用主要受盆地构造样式、构造演化、有利沉积相、还原介质和不同构造演化阶段流体作用等控制。

  2 铀成矿地质特征

  2.1 盆地构造及构造演化特征

  2.1.1 凹陷构造样式

  盆地内铀矿床均产于特定的构造样式及构造演化阶段(于文斌等,2008;刘波等,2018)。盆地内与铀成矿有关的凹陷的构造样式主要为单断箕状、单断箕状复合型、双断和双断复合型。各类型构造样式在兴蒙地区盆地内均发育,但不同盆地的主要类型不同。二连盆地在盆地中央主要为坳陷期发育的双断复合型,在盆地南北部主要为单断箕状凹陷。松辽盆地在盆地内主要为坳陷期发育的单断箕状凹陷,局部发育双断型。巴音戈壁盆地主要为断陷期发育的单断箕状凹陷,局部为双断型。凹陷的构造样式主要表现为对凹陷内沉积充填的控制作用和后期改造的约束作用。单断箕状凹陷易于发育稳定斜坡带,多发育河流沉积、三角洲-湖泊沉积,河道、三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道、前缘沙坝等构成有利的铀储层,发育有利的泥-砂-泥储层结构。松辽盆地南部发育大型斜坡带,发育稳定的辫状河沉积,形成了如钱家店超大型(于文斌等,2008;罗毅等,2012)矿床、宝龙山大型矿床等(于文斌等,2008;吴仁贵等,2011;王勇等,2013)典型矿床为代表的大规模铀成矿作用。单断箕状复合型主要在相邻凹陷及中间凸起间发育,在中央凸起二侧为斜坡带,在后期构造反转作用下,在中央凸起形成剥蚀窗口,在剥蚀窗口及二侧形成铀矿化。巴音戈壁盆地本巴图矿床(刘波等,2017b)和二连盆地赛汉高毕矿床,矿床产于单断复合箕状凹陷的凸起及二侧,受潜水及潜水—层间氧化作用的控制(聂逢君等,2010,2015;刘武生等,2013;刘波等,2015,2016,2017a,2017b;康世虎等,2017)。双断型凹陷,凹陷对称,在凹陷发育扇三角洲—湖沼沉积。巴音戈壁盆地塔木素特大型铀矿床,矿床位于因格井凹陷内,凹陷北东部发育扇三角洲沉积(张成勇等,2015;刘波等2018)。双断复合型,主要由一系列的双断陷凹陷组成的中央坳陷带,该类型主要发育于二连盆地巴赛齐古河谷内,沿古河谷发育360km河流相砂体,该带内发现了巴彦乌拉大型铀矿床、赛汉高毕中型和哈达图大型铀矿床(刘波等,2017a;康世虎等,2017)。

  2.1.2盆地构造沉积演化

   盆地内铀成矿作用发生于特定的构造演化期。断陷期,断裂活动性强,地貌高差大,地温梯度高,可容纳空间大,主要发育一套三角洲-湖泊沉积,多为含油(气)建造,构成盆地间接或直接的还原介质,局部地区形成含铀建造,如巴音戈壁盆地塔木素特大型铀矿床巴音戈壁组主要为扇三角洲-湖泊沉积(张成勇等,2015;刘波等,2018;王凤岗等,2018)。断坳转换期,盆地抬升,可容纳空间逐渐变小,同时地貌高差逐步变小,湖泊沼泽化,形成盆地内重要的含煤、油页岩建造,含煤、油页岩建造多在后期河道改造过程中被搬运至目的层内,构成铀成矿的直接还原介质,如二连盆地巴彦乌拉矿床铀矿体直接覆于煤层上(刘波等,2015,2016,2017a,2017b;焦养泉等,2018)。坳陷期,盆地断裂活动减弱,基本不发育断层,盆地内主要形成稳定的构造古地貌,地貌高差小,在湖泊沼泽化后,易于发育辫状河-辫状河三角洲-湖沼沉积,形成盆地内主要的铀储层砂体。热重力沉降期,随着盆地演化,盆地进入缓慢抬升和沉降阶段。该时期,盆地主要以重力沉降为主,形成一套曲流河-洪泛平原沉积,如在二连盆地上白垩统二连组沉积(聂逢君等,2015;刘波等,2017a,2017b;康世虎等,2017)。构造反转期(挤压抬升剥蚀期),该期为铀成矿作用的主要时期,受太平样板块和印度板块俯冲的远程效应影响,盆地先前断裂活化反转,盆地在坳陷结合处、凹陷结合处、盆地边缘等控凹断裂发育地段,发生反转抬升,造成目的层掀斜和上覆地层剥蚀,形成剥蚀窗口,有利于含铀含氧水向深部运移,如巴音戈壁盆地的塔木素矿床北部大型剥蚀窗口,二连盆地的赛汉高毕大型剥蚀窗口(刘波等,2018),钱家店钱i、钱ⅱ北西部剥蚀窗口,钱ⅲ、钱ⅳ和钱v北部剥蚀窗口(颜新林,2018),宝龙山矿床乌日吐大型剥蚀窗口(罗毅等,2017;颜新林,2018)。保矿期,在盆地挤压抬升后,受区域幕式构造运动影响,盆地进入稳定沉降阶段,主要形成区域上大面积洪泛平原沉积,形成了良好的区域盖层,易于矿体保存。中国北方叠合盆地由于所处大地构造位置不同,受区域构造应力场作用的效应不同,在盆地空间演化序列具有一致性,如盆地结构,但在盆地的时间演化序列具有差异性,如二连盆地主要目的层为下白垩统赛汉组上段,松辽盆地主要目的层为上白垩统姚家组,在坳陷期目的层沉积不同的时间演化序列,在成矿年龄上表现为由西向东逐渐变新的特点。2.2 目的层沉积相特征

  特大型有利相带的发育是大规模铀成矿的基础条件,我国特大型、超大型铀矿床均产于特大规模的辫状河和三角洲沉积中(黄世杰等,2018)。由此可见目的层发育有利沉积相带的重要性。兴蒙地区盆地内主要的控矿沉积相为河流相、辫状河三角洲相和扇三角洲相。盆地内主要的赋矿目的层由西到东为巴音戈壁盆地下白垩统巴音戈壁组上段(聂逢君等,2007;吴仁贵等,2008;张成勇等,2015;蔡煜琦等,2015;肖国贤等,2017;刘帅等,2017)、二连盆地下白垩统赛汉组上段(李洪军等,2012;刘武生等,2013;刘波等,2015,2016,2017a,2018)和松辽盆地上白垩统姚家组(蔡煜琦和李胜祥,2008;于文斌等,2008;吴仁贵等,2011)。盆地内铀成矿的目的层沉积主要为盆地断陷期、坳陷期沉积的河流相、扇三角洲相和辫状河三角洲相,其中河流相沉积主要发育于规模较大的单断箕状凹陷和双断复合型凹陷内。大规模的单断箕状凹陷发育的辫状河沉积主要发育于松辽盆地上白垩统姚家组,为大型辫状河沉积,发育明显的二元结构,下部为河床滞留沉积和心滩,上部为泛滥平原沉积,矿体受河道的心滩控制明显(蔡煜琦和李胜祥,2008)。双断复合型凹陷内发育的河流相以二连盆地古河谷型最为典型(聂逢君等,2007,2015;康世虎等,2017;刘波等,2017a,2017b.2018)。在二连盆地中东部巴赛齐古河谷内,主要找矿目的层为下白垩统赛汉组上段,主要发育河流沉积,受古河谷围限,河道主要呈垂向叠加,共发育四个旋回,铀矿体主要位于第一、二旋回中,矿体形态简单多为板状,在巴彦乌拉矿床局部见卷状(申科峰等,2014;刘波等,2016,2017a,2017b;康世虎等,2017;刘波等,2018)。三角洲沉积多受构造斜坡带控制,顺目的层基底斜坡发育大型三角洲,三角洲平原分流河道、三角洲前缘分流河道、前缘沙坝等发育,铀矿体主要受三角洲分流河道和前缘沙坝控制明显。扇三角洲由于横向和垂向相变快,储层非均质性明显,使得矿体形态复杂,矿石类型多样,矿体多呈板状,矿石类型可为砂岩型、砂泥混合型、后生泥岩型和同沉积泥岩型(刘波等,2018),巴音戈壁盆地塔木素铀矿床,矿体数量达200多个,矿石的类型较复杂(刘波等,2018)。辫状河三角洲相发育辫状河三角洲平原亚相和辫状河前缘亚相,矿体主要受辫状河三角洲平原分流河道和辫状河三角洲前缘水下分流河道及沙坝控制,如二连盆地的伊和乌苏地区和赛汉塔拉地区铀矿化。

  2.3还原介质特征

  一系列铀矿床的形成均与氧化还原过程密切相关(cuney,2009;李延河等,2016)。铀矿床按照时间演化可划分为5个世代,①2.8~2.2ga,在低氧逸度大气作用下,由于物理风化作用形成石英卵砾岩型铀矿床;②2.2~1.7ga,随着大气中氧逸度的增加,铀的溶解形成u6 ,形成一系列变质岩型和脉型铀矿床;③1.5~0. 9ga,主要形成不整合面型铀矿床和少量与侵入岩有关的铀矿床;④0.7~0.5ga,形成同造山型铀矿床;⑤0.5~0. 4ga,随着陆生植物的出现,在盆地内形成大量的砂岩型、表生型铀矿床和少量脉型和火山岩型铀矿床( cuney,2009)。由此可见铀成矿作用主要与大气中氧含量(氧逸度)和有机质等的还原作用密切相关。叠合盆地内参与铀成矿作用的还原介质,按照其与赋矿层位的关系,主要分为内部还原介质和外部还原介质(焦养泉等,2018)。内部还原介质主要为盆地在断陷期或坳陷期发育的还原建造(高还原容量)。外部还原介质主要为盆地与目的层砂体直接接触的煤层、暗色泥岩、油页岩,深部地层、断裂系统渗流、逸散的油气,盆地内硫酸盐卤水与深部油气生成的 h2s等还原性气体间接参与了铀成矿作用(刘武生等,2013;刘波等,2018)。叠合盆地内部还原介质主要有2种形式:①盆地内目的层储层砂体内炭屑、细粒黄铁矿(成岩及后生)、煤屑等有机质,直接参与铀成矿作用。该类型的还原介质在3个盆地内均较发育,炭屑的来源主要为碳化的植物茎秆、搬运来的煤屑(王帅等,2015)等。外部还原介质为主要为与成矿相关的目的层砂体直接接触的暗色泥岩、煤层、油页岩及深部地层油气、煤层气和h2s等。二连盆地的内部还原介质为目的层储层砂体内炭屑、细粒黄铁矿、煤屑;外部还原介质主要为目的层砂体直接接触的煤层、暗色泥岩、油页岩及深部逸散的油气和煤层气,如二连盆地巴彦乌拉矿床铀矿体直接形成于煤层上目的层砂体中(刘波等,2016)。松辽盆地内部还原介质主要为铀储层砂体中的炭屑、细粒黄铁矿;外部还原介质为三角洲分流间湾暗色泥岩、深部逸散的油气等(焦养泉等,2018);巴音戈壁盆地内部还原介质为扇三角洲砂体中碳化的植物茎秆、炭屑、沥青、细粒黄铁矿等;外部还原介质为扇三角洲分流间湾、湖相暗色泥岩、深部逸散的油气和h2s气体。据warren( 2000)研究,在温度小于 llo℃下,有机质及碳氢化合物在硫化细菌的作用下可与石膏反应生成h2s气体,h2s气体与溶解的金属发生反应生成草莓状黄铁矿和金属硫化物;在温度大于140℃下,石膏与有机质等碳氢化合物发生反应生成h2s气体,h2s气体与溶解的金属发生反应生成金属硫化物。巴音戈壁盆地内铀成矿的还原介质主要为黄铁矿,黄铁矿主要来源于石膏与有机质、碳氢化合物发生反应生成h2s气体,h2s气体与溶解的金属发生反应生成金属黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等。通过岩心观察在巴音戈壁组上段中石膏表面见细粒黄铁矿、在矿床矿石中可见黄铜矿、方铅矿等,在新施工水文孔中见大量h2s气体冒出,具有臭鸡蛋味(刘波等,2018)。由于油气的还原作用使盆地内经氧化的褐铁矿化砂岩,发生漂白现象或还原为绿色砂岩,横向上发育漂白带或绿色氧化带(刘武生等,2013;刘波等,2017b)。在二连盆地、巴音戈壁盆地、松辽盆地均可见到氧化砂岩的油气改造漂白现象,在巴音戈壁盆地局部可见到绿色氧化带(于文斌等,2008;刘波等,2017b,2018)。

  2.4层间氧化带及流体动力学特征

   流体运移及氧化带发育特征在砂岩型铀成矿及勘查中均具有重要的作用(欧光习等,2006;丁波等,2016)。garven(1995)建立了大陆尺度的流体动力学模型,包括前陆盆地重力和地形驱动流体运移模型、褶皱逆冲带流体运移模型、内克拉通盆地和裂谷盆地重力-热驱动流体运移模型、大陆边缘压实作用产生的过压带流体运移模型、地震泵流体运移模型等,这些模型对解释流体对铀成矿起到了积极的作用。盆地内铀成矿流体作用具有流体多来源、成因复杂、参与成矿作用复杂的特点,因此有些学者将盆地内铀矿床的成矿作用称为叠合复成因铀成矿作用(李子颖等,2007,2009;张金带,2016;刘波等,2017a,2018)。但不同的盆地、不同矿床在铀成矿流体作用方式上表现不同。盆地内铀成矿的流体主要为表生流体、深部流体和混合流体。盆地内与铀成矿有关的流体作用主要为潜水氧化作用、潜水-层间氧化作用、层间氧化作用和多种流体混合作用(潜水、层间水、油气和煤层气等)。

  潜水氧化作用流体的表生渗入和渗流主要顺构造反转、掀斜抬升形成的剥蚀窗口进行。潜水氧化作用在各个盆地内均有发育,主要呈面状分布。流体主要以垂向渗流为主,含铀含氧水与砂体中还原介质发生氧化还原反应形成矿体,矿体形态一般为板状。潜水氧化作用主要形成于剥蚀天窗处(刘波等,2018)。潜水-层间氧化作用的流体渗入,主要在目的层抬升掀斜处,含矿流体以剥蚀窗口的形式人渗,在受到地层隔水层的影响下,由潜水氧化转变为层间氧化作用,矿体的形态有受潜水氧化的板状和受层间氧化形成的板状,局部为卷状,如二连盆地的巴彦乌拉矿床(刘波等,2017a)。层间氧化作用主要为流体渗入过程中在围岩“泥-砂-泥”储层结构的影响下顺层发育,在内外部还原介质影响下,形成铀矿体。多种流体混合作用主要发生于表生含矿流体与有机质流(气)体、深部循环卤水等发生反应或不同盐度流体混合形成铀矿体,以该类型成矿作用为主的矿床主要表现为沉积建造发育大量石膏层和深部还原性油(气)体。二连盆地铀成矿的主要流体作用类型为潜水、潜水-层间氧化、层间氧化和多种流体混合。赛汉高毕矿床为潜水氧化,氧化带呈面状展布,矿体呈板状,与氧化带形态一致,受氧化还原过渡带控制。巴彦乌拉矿床主要为潜水-层间氧化和层间氧化流体,氧化带呈面状、带状展布,发育氧化带、氧化还原过渡带和还原带,矿体主要受氧化还原过渡带控制,矿体多呈板状,局部为卷状。哈达图矿床主要为多种流体混合,表生入渗的的含铀含氧水与深部循环卤水、油气等发生流体混合作用形成铀矿体,矿体形态为板状(刘波等,2018)。巴音戈壁盆地铀成矿的主要表现为构造热事件有关的层间氧化。矿床主要表现为与盆地内玄武岩事件有关的层间氧化,表现为晚期黄色褐铁矿化叠加早期砂岩中的赤铁矿化,矿体主要受面状氧化带前锋线控制,矿体呈板状。松辽盆地主要表现为层间氧化作用,氧化带主要为赤铁矿化的红色砂岩,氧化还原过渡带为红色、黄色、灰色砂岩,深灰色砂岩为还原带,铀矿化主要位于氧化还原过渡带内,矿体呈板状。

  3 铀矿化特征及成矿机理

  3.1铀矿化特征

  典型铀矿床主要为二连盆地的巴彦乌拉和哈达图,巴音戈壁盆地的塔木素、本巴图和测老庙,松辽盆地的钱家店和宝龙山等铀矿床。矿床内矿体的形态呈板状和卷状,其中以板状矿体为主。盆地内的铀成矿时代、赋矿建造、成矿机理等具有复杂性,同时具有明显的时空耦合性。铀矿体的形态主要受储层砂体、氧化带及还原介质的控制。二连盆地矿床的矿体形态主要为板状,少量为卷状。赋矿岩性主要为赛汉组上段灰色、绿灰色含砾中粗砂岩、砂质砾岩和细砂岩,赋矿砂岩中含炭屑、黄铁矿等还原介质。铀矿化的形成与赛汉组上段辫状河砂体中发育的潜水-层间氧化带有关,垂向上位于赛汉组上段潜水-层间氧化界面之下灰色辫状河砂体中,受氧化带、还原介质(细分散黄铁矿、炭屑等)和隔水底板形态控制。巴音戈壁铀矿体的形态主要为板状,矿体受层间氧化带二翼氧化带控制。巴音戈壁盆地铀矿化的类型主要为砂岩型、砂泥混合型、后生泥岩型和同沉积泥岩型,铀矿化受层间氧化带、储层结构和油气还原控制,受区域构造热事件约束。松辽盆地铀矿化主要受层间氧化带红色氧化控制,矿体位于氧化带间灰色建造中,发育于氧化带的上下翼、氧化带前锋线及氧化还原过渡带中,矿体多呈板状,局部卷状(庞雅庆等,2010)。

  3.2铀成矿机理

   盆地内铀矿床主要受不同的大地构造背景控制,在成矿作用上既体现砂岩型铀成矿作用的相似性,也体现了差异性。北方含铀盆地主要为以增生碰撞带为基底发育的中新生代叠合型盆地(万天丰等,2018),如二连盆地、松辽盆地、巴音戈壁盆地。北方叠合型盆地发育于古亚洲造山带和华北地台的结合部位,发育大规模的狼山-阴山-大兴安岭显生宙酸性侵入岩和喷出岩带。对比不同盆地的铀成矿物质来源,成矿物质铀主要来源亚洲造山带富铀的岩体(聂逢君等,2010)。由于盆地类型不同,使得盆地内赋铀层位由老到新主要为巴音戈壁盆地下白垩统巴音戈壁组上段,二连盆地下白垩统赛汉组上段、上白垩统二连组和松辽盆地上白垩统姚家组。赋矿层位在盆地内表现为由西到东,时代变新的特点。

   盆地内的铀成矿作用整体表现为“铀源体-成矿流场-流场通道-沉积建造-内外还原介质-铀矿体”。铀成矿作用的整个过程主要受源-汇系统、构造样式及构造演化、成矿流场、有机质等耦合。盆地内不同矿床受不同的因素影响明显,表现为不同的成矿作用特征。

   二连盆地铀成矿作用主要表现为三种形式,①潜水、潜水-层间和层间氧化作用成矿,矿体主要受氧化还原过渡带和氧化带前锋线控制;②流体混合作用成矿,矿体主要受表生含铀含氧水与深部卤水、油气混合,铀矿质卸载成矿,表现为铀矿体夹持于氧化带间;③同沉积作用,铀矿体主要受沉积期湖泛面控制,如努和廷矿床。矿床成矿前期沉积期目的层下白垩统赛汉组上段铀预富集或直接富集成矿;成矿期,蚀源区成矿物质和砂体中本身的铀运移至氧化带前锋线、氧化还原过渡带或流体混合界面,在物理化学作用下形成铀矿体。成矿后期,盆地内沉积了古近系和新近系,起到了保矿作用。

   巴音戈壁盆地铀成矿作用主要表现三个方面:①铀成矿作用受层间氧化作用控制,控制了矿床的空间产出;②三角洲独特的储层结构,影响了矿体的形态及空间分布;③构造热事件与铀成矿及深部油气逸散参与成矿关系密切,在新施工水文孔中可见 h2s气体的冒出。在矿床成矿前期目的层下白垩统巴音戈壁组上段三角洲平原、三角洲前缘砂体中铀预富集,同时在前三角洲和湖沼中形成同沉积泥岩型铀矿体;成矿期,伴随着盆地内玄武岩的间歇性喷发,盆地的差异性隆升,蚀源区成矿物质和三角洲砂体中的铀运移至氧化带前锋线,局部氧化还原过渡带,在氧化还原作用下形成铀矿体。受盆地热流体作用,盆地内深部来源的还原油气与盆地内石膏发生反应生成大量黄铁矿,黄铁矿构成盆地内铀成矿的主要还原介质。在油气的作用下部分氧化砂体漂白,发生褪色作用。

   松辽盆地铀成矿为深部油气直接或间接参与了铀成矿作用,表现为:①受盆地内反转构造控制,在反转背斜带形成剥蚀窗口,含铀含氧水顺剥蚀窗口向深部运移参与成矿;②反转背斜带切穿基底、上部嫩江组,使得沙河子组、营城组等含油层位形成的油气、煤层气等还原性流体向上运移,使得疏松的泉头组和姚家组红色砂体发生后生还原蚀变,形成有利于铀成矿的灰色砂岩目的层(于文斌等,2008);③在目的层还原改造后,深部油气以逸散的方式参与了铀成矿作用(夏毓亮等,2010)。在上白垩统姚家组沉积期,目的层中铀开始富集;盆地内铀成矿年龄为53.0±3.oma、44.0±4.oma、40.0±3.oma和38.0±6. oma。铀成矿年龄与盆地内辉绿岩事件密切相关(颜新林,2018),随着盆地反转抬升,辉绿岩上侵,盆地深部的ch4、h2s、h2和fe2 等还原性流体,构成铀成矿的外部还原介质。颜新林(2018)研究了钱家店矿床矿石中的脉状碳酸盐、石英、长石等矿物,含烃盐水包裹体测定温度为140℃~180℃,盐度为8. 8%~43.4%,包裹体中烃主要来源于下覆地层烃源岩。成矿后期,盆地内沉积大面积古近系,起到了保矿的作用。

  兴蒙地区盆地内铀矿体多为板状,局部为卷状,体现出几种或多种作用综合成矿的特点。潜水氧化作用和多种流体混合作用,在其氧化还原界面和流体混合界面形成物理化学障,形成板状矿体。当该区发育潜水-层间氧化和层间氧化作用时,氧化作用强烈(分带明显),且砂体中(内部)还原介质不足,铀矿质在砂体中表现为卸载慢,局部见拖尾状,矿质难以在砂体中完全卸载呈卷状。在内部还原介质不足,外部还原介质(下覆煤层、暗色泥岩、深部油气、煤层气等)由下而上的面状(砂体呈层状)逸散、渗流作用下,优先在砂体底部卸载,形成板状矿体。

  4勘查方法及其组合

  盆地内铀矿勘查均为隐伏找矿,由于其成矿的特殊性,深埋于盆地内,目的层露头少,且具有独特的泥-砂-泥储层结构,使得传统方法在盆地内勘查取得的效果较差。盆地内铀成矿作用发育“铀源体-成矿流场-流场通道-沉积建造-内外还原介质-铀矿化”完整成矿作用过程。盆地内砂岩型铀矿找矿勘查方法的选择和组合上具有共同的特点,但应根据不同盆地内各成矿要素的组合和目的层的出露情况进行优化选择。通过矿床的成矿作用过程总结发现,矿床在盆地内发育于铀源条件好,盆山耦合明显地带;盆地受构造反转、掀斜发育剥蚀窗口,同时剥蚀窗口构成含矿流体运移的窗口;盆地内坳陷具有叠合盆地特征,目的层具有泥-砂-泥储层结构,在盆地结构和物性上有明显差异。盆地内铀成矿作用过程中铀源体可通过源-汇系统进行厘定,成矿流场和成矿通道通过反转抬升剥蚀窗口和有利沉积相厘定,沉积建造、油气逸散场可利用其物性特征(电性、放射性等)进行厘定。在节约成本的条件下,依照盆地类型、工作程度在重点工作区盆山耦合部位进行不同比例尺铀矿地质填图,对造山带、基底铀源、盆地的构造样式及构造演化进行研究,建立其时空源-汇系统;对铀成矿有利部位进行相应比例尺编图研究,编制相应尺度的构造建造-后生蚀变等系列图件,厘定流体运移的方向和作用类型;在铀成矿有利部位选择垂直凹陷长轴方向进行可控源音频大地电磁测量等物探方法,识别盆地构造、可能的铀储层结构和厘定剥蚀窗口;在物探剖面施工基础上,同步进行土壤氡气剖面测量、伽玛总量测量和有机质化探等组合方法,识别深部铀异常和内外部还原介质,分析其与铀成矿的关系。通过以上方法的实施,可对整个成矿作用过程进行系统有效表征,且在二连盆地、巴音戈壁盆地等进行了应用,可有效圈定铀矿找矿靶区和铀成矿远景区,取得好的勘查效果。

  5 结论

   (1)叠合盆地主要的构造演化阶段可划分为断陷期、断坳转换期、坳陷期、热重力沉降期和挤压隆升剥蚀期,其中断陷期和坳陷期形成有利的铀储层,断坳转换期形成有利的还原介质,热重力沉降期形成区域性沉降盖层,挤压隆升剥蚀期构造反转形成剥蚀天窗。

   (2)盆地内目的层主要为下白垩统巴音戈壁组、赛汉组上段和上白垩统姚家组,有利的沉积相主要为辫状河三角洲沉积、扇三角洲沉积和河流沉积,储层具有有利的泥-砂-泥结构。盆地内铀储层砂体本身及下伏的煤层、暗色泥岩、深部的还原性油气等构成了铀成矿作用的内外还原介质。

   (3)盆地内铀成矿主要表现为潜水、潜水层间氧化作用,层间氧化作用,流体混合作用和构造热事件、深部还原性流体参与成矿。

   (4)通过铀矿地质调查和有利地段编图,建立其源-汇系统,划分沉积相,厘定流体运移的方向和作用类型;通过物化探方法,识别盆地构造、铀储层、还原介质和深部地质体放射性异常;通过综合评价,圈定铀成矿远景区和找矿靶区。

  摘自:《地质与勘探》2019年第6期


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