柴達(dá)木盆地西南區(qū)鈾礦地質(zhì)特征及成礦有利區(qū)預(yù)測(cè)

魏學(xué)斌，楊 梅，王 鐸，趙為永，李葉平，趙志猛

(中國(guó)石油 青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202)

我國(guó)砂巖型鈾礦勘查工作起始于20世紀(jì)50年代，目前已取得較多的地質(zhì)找礦成果，尤其是2013年鄂爾多斯發(fā)現(xiàn)的大營(yíng)超大型鈾礦更是為我國(guó)躋身核大國(guó)行列具有非常重大的意義。相比國(guó)內(nèi)其他大中型盆地，柴達(dá)木盆地也具備砂巖型鈾礦形成的地質(zhì)條件，目前在盆地內(nèi)尤其是北緣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)工業(yè)礦和礦化異常點(diǎn)。

自20世紀(jì)50年代至今，柴達(dá)木盆地一直在開展鈾資源調(diào)查工作，取得了一定的找礦成果。但總體勘查程度依然很低，特別是在地浸砂巖型鈾礦找礦方面一直未取得重大突破。隨著常規(guī)油氣勘探領(lǐng)域的逐漸減少和油價(jià)持續(xù)低迷，非常規(guī)油氣資源、油氣伴生資源勘探地位和作用日益突顯。

砂巖型鈾礦是指工業(yè)鈾礦化主要產(chǎn)于砂巖(包括含礫砂巖、粉砂巖、泥巖)中的鈾礦。該類鈾礦的工業(yè)意義在于礦石質(zhì)量好、品位中等，在0.1%～0.2%，易于開采和選冶，尤其是在礦石膠結(jié)程度較差的情況下，還可采用溶液采礦法(即地浸)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。由于地浸砂巖型鈾礦開采成本低、礦量大和有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)勢(shì)，目前已成為世界鈾礦找礦領(lǐng)域主攻方向。目前全球1 573個(gè)鈾礦床中，砂巖型鈾礦床652個(gè)，占41%，位居首位。

為促進(jìn)我國(guó)砂巖型鈾礦的勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)自主研發(fā)能力，降低勘探風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆探成功率，青海油田在柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)開展了兩輪的鈾礦地質(zhì)調(diào)查，通過創(chuàng)新“油鈾兼探”的找礦思路，發(fā)揮多行業(yè)聯(lián)合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在該區(qū)部署鉆探17個(gè)鈾礦探孔，均見到不同程度的鈾礦化異常顯示，展示了該區(qū)良好的鈾礦勘查前景。

1 鈾成礦地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，南界為昆侖山，北界為祁連山，西界為阿爾金山，總面積12.1萬km2(圖1)。盆地內(nèi)部由下而上發(fā)育古生界、中生界和新生界三套地層，盆地形成及演化與印度板塊俯沖、青藏高原隆升、阿爾金斷裂走滑密切相關(guān)。

圖1 柴達(dá)木盆地大地區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Location map of Qaidam Basin

柴西南區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造格局及展布直接受控于昆侖山逆沖推覆和阿爾金左行走滑雙重作用，形成了一系列向盆內(nèi)逆沖的大型逆斷層及同沉積背斜或鼻狀構(gòu)造[1]。在柴西南區(qū)出露的主要基底大斷裂為控制南邊界的昆北斷裂以及盆地西緣的阿爾金山南緣斷裂。以大斷裂為主要的減壓區(qū)，構(gòu)成了研究區(qū)地下水的局部排泄帶；含礦建造形成期的弱伸展構(gòu)造環(huán)境有利于含礦層沉積體系的發(fā)育；后生改造成礦期的弱擠壓構(gòu)造環(huán)境有利于地下水的長(zhǎng)期滲入。上新世—第四紀(jì)構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)作用，造成含礦目的層(油砂山組、獅子溝組及七個(gè)泉組)抬升剝蝕，局部形成構(gòu)造斜坡帶以及層間氧化帶，是該砂巖型鈾礦形成的有利構(gòu)造位置[2]。

1.2 沉積演化特征

柴達(dá)木盆地中、新生代以來，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景的影響，共經(jīng)歷了2次從斷陷—坳陷—擠壓隆升的完整演化階段。早中侏羅世形成了一套以含煤碎屑巖建造特征的砂巖鈾礦成礦目的層[3-4]；上新世—第四紀(jì)的擠壓反轉(zhuǎn)，進(jìn)入氧化疊加改造作用的時(shí)期，形成層間氧化和鈾礦化的疊加改造階段(圖2)。

柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)自中新世后期開始，隨著周邊老山隆升，盆地開始整體下沉，在漸新世—中新世沉積了巨厚湖相地層的基礎(chǔ)上，開始整體抬升，致使湖盆沉積中心逐漸向盆地中部遷移(圖3)，盆地中部發(fā)育范圍較大的寬淺湖泊。由于不同時(shí)期湖岸線的東遷，在湖相沉積之上河流三角洲沉積直接覆蓋，形成了下部為湖相生油巖系，上部為河流相優(yōu)質(zhì)砂體的有利成礦組合，后生油氣滲出形成了油氣水的還原障，為鈾在油氣還原障中沉淀富集起到重要作用，大規(guī)模油氣耗散作用是該區(qū)鈾礦超常富集的主要原因，形成 “油鈾同盆共存”的成礦機(jī)制。

圖2 柴達(dá)木盆地中新生代構(gòu)造演化示意Fig.2 Sketch map of Mesozoic and Cenozoic tectonic evolution of Qaidam Basin

圖3 柴達(dá)木盆地新生代沉積中心遷移示意Fig.3 Migration map of Cenozoic sedimentary center in Qaidam Basin

1.3 巖性巖相特征

(1)盆地基底特征。柴達(dá)木盆地基底具有古生代褶皺基底和元古代結(jié)晶基底構(gòu)成的雙重基底結(jié)構(gòu)。巖性主要為古生代淺變質(zhì)巖、元古代中深變質(zhì)巖和華力西期花崗巖，其變質(zhì)巖與酸性侵入巖為盆地提供了豐富的鈾源[5-10]。

結(jié)晶基底元古宇變質(zhì)巖分為上、下2部分。下部由一套中深變質(zhì)巖系組成，混合巖化作用十分強(qiáng)烈，最大厚度達(dá)11 100 m，U-Pb年齡為2 205 Ma(片麻巖中鋯石)[11-14]；上部為一套在濱海至淺海環(huán)境下形成的淺變質(zhì)大理巖、白云巖、石英巖夾千枚巖等，屬千枚巖相，總厚8 972～18 847 m。其中，達(dá)肯大坂群鈾含量4.3×10-6，黨河群鈾含量15.6×10-6，青白口群鈾含量12.3×10-6(表1)[15]。

褶皺基底主要由古生界組成，分為加里東期構(gòu)造層、海西期構(gòu)造層和印支期構(gòu)造層。其中海西期二長(zhǎng)花崗巖鈾含量3.9×10-6，花崗巖鈾含量4.3×10-6，鈾浸出率高達(dá)87%，已發(fā)現(xiàn)有3個(gè)鈾異常點(diǎn)賦存于海西期中酸性侵入巖中，是區(qū)內(nèi)主要的鈾源體[16-17]。

表1 柴達(dá)木盆地主要基底鈾含量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of uranium content in main basement of Qaidam Basin

(2)盆地蓋層特征柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)沉積儲(chǔ)層主要有侏羅系小煤溝組、大煤溝組、采石嶺組、紅水溝組，白堊系犬牙溝組和古近系路樂河組、下干柴溝組、上干柴溝組，新近系下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組。其中，含鈾地層主要為上新統(tǒng)油砂山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組[17]。①上新統(tǒng)油砂山組是上新世坳陷與擠壓轉(zhuǎn)換期形成的一套雜色碎屑巖建造，巖性為一套棕紅、棕黃色砂質(zhì)泥巖、泥巖及泥灰?guī)r。沉積環(huán)境主要為干旱環(huán)境下形成的辮狀河、扇三角洲、濱淺湖相相序組合。與下伏地層呈局部不整合接觸。②上新統(tǒng)獅子溝組是上新世晚期擠壓隆升期形成的一套雜色碎屑巖和膏鹽建造，巖性主要為暗紅色礫巖、砂礫巖、細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，含石膏層、芒硝層。沉積環(huán)境為干旱環(huán)境下形成的扇三角洲、辮狀河三角洲相相序組合。與下伏地層呈局部不整合接觸。③下—中更新統(tǒng)七個(gè)泉組是喜山晚期強(qiáng)烈活動(dòng)期形成的一套碎屑巖、黏土巖及化學(xué)巖建造，巖性主要為灰黃色含礫砂巖、砂礫巖，夾沙量砂巖、泥巖。沉積環(huán)境為干旱氣候條件下形成的沖(洪積扇)相。與下伏地層呈區(qū)域不整合接觸。④上新世油砂山組、獅子溝組及中下更新世七個(gè)泉組，鈾含量高達(dá)9.8×10-6，一般2.3×10-6～2.8×10-6，局部達(dá)5×10-6～7×10-6，反映了明顯的鈾預(yù)富集作用，具備良好的鈾源條件。同時(shí)沖(洪)積扇、扇三角洲、辮狀河、濱淺湖相沉積組合也有利于含鈾流體的運(yùn)移和鈾礦的形成。

1.4 水文地質(zhì)特征

柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)發(fā)育完整的地下水補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)。區(qū)內(nèi)氣候干旱、溫差大，降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水主要靠阿爾金山和昆侖山區(qū)的大氣降水和冰雪融化水滲入補(bǔ)給。從阿爾金山及昆侖山邊緣到戈壁礫石帶前緣為徑流區(qū)，地下水流向在區(qū)內(nèi)主要呈散射狀由山區(qū)向尕斯庫勒湖徑流，尕斯庫勒湖是本區(qū)的匯流中心，也是地下水排泄的集中點(diǎn)，排泄方式以湖面液態(tài)水蒸發(fā)以及人工開采為主[18]。

柴西南區(qū)新近系晚期—第四系地下水動(dòng)力系統(tǒng)具有明顯的分帶性。從山前斜坡帶到?jīng)_積鹽沼平原，含水層巖性顆粒由粗到細(xì)，富水性由強(qiáng)到弱，厚度由厚到薄，水位埋深從大于100 m，到湖沼平原的0.1～1.0 m，最終排泄于尕斯庫勒湖。由于蒸發(fā)作用逐漸增強(qiáng)，地層水礦化度由0.5～1.0 g/L逐漸增高至10 g/L以上，水化學(xué)類型由重碳酸鹽型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槁然镄停龅较虏坑蜌馍⒁菪纬裳趸€原過渡帶[19]。

根據(jù)含水巖層的儲(chǔ)水特征，柴西南區(qū)周邊蝕源區(qū)為含鈾含氧的基巖裂隙水，盆地內(nèi)主要為碎屑巖類孔隙—裂隙水。碎屑巖類孔隙—裂隙水主要賦存于新近系晚期—第四系碎屑巖沉積中，接受阿爾金山及昆侖山區(qū)大氣降水、冰雪融水以及基巖裂隙水滲入補(bǔ)給，攜蝕源區(qū)富鈾花崗巖、變質(zhì)巖中的活性鈾以潛水或承壓水方式沿疏松砂體、不整合面或斷層向盆地遷移，在潛水或?qū)娱g氧化—還原帶富集成礦。

1.5 鈾礦化特征

通過對(duì)柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)四千多口油氣井進(jìn)行自然伽馬異常篩查，發(fā)現(xiàn)放射性異常主要集中于阿爾金山前斜坡帶和昆侖山前昆北斷階帶，多成帶、成片分布，最高自然伽馬強(qiáng)度可達(dá)7 210 API，且多分布于500 m以淺范圍內(nèi)。鈾礦化主要賦存于上新世上油砂山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組3套地層中。其中上新世砂巖、粉砂巖鈾元素含量相對(duì)較高，一般大于或接近3.0×10-6，特別是部分獅子溝組灰色、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖中鈾元素含量達(dá)9.8×10-6，是尋找砂巖型鈾礦的有利層位。區(qū)內(nèi)各時(shí)代侵入巖中元古代斜長(zhǎng)花崗巖、華力西期斜長(zhǎng)花崗巖和印支期花崗巖中鈾元素含量也較高，一般大于3.4×10-6。目前發(fā)現(xiàn)的鈾礦化點(diǎn)均位于放射性異常區(qū)域內(nèi)，且呈現(xiàn)鈾高釷低的特點(diǎn)[20-22]。

1.6 鈾礦物賦存特征

柴西南鈾礦區(qū)的鈾元素主要以獨(dú)立鈾礦物(鈾石、瀝青鈾)、分散吸附狀態(tài)2種形式存在。鈾石是最主要的鈾礦物之一，主要以碎屑密切共生型鈾礦物(原生鈾礦物)和砂巖、粉砂巖中的后生鈾礦物(鈾石)2種形態(tài)產(chǎn)出(圖4)，賦存在礦物邊部、充填于砂巖巖屑、尤其是火山巖巖屑細(xì)小縫隙(裂隙)處和云母縫隙內(nèi)。該礦床中鈾的吸附劑主要是有機(jī)質(zhì)和黏土礦物[23]。

圖4 柴達(dá)木盆地躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)含礦砂巖電子探針照片F(xiàn)ig.4 Electron microprobe image of ore bearing sandstone in Qaidam Basin No.2 area

2 鈾成礦預(yù)測(cè)

根據(jù)以上區(qū)域地質(zhì)特征分析，筆者認(rèn)為柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)鈾源充足，有利相帶砂體發(fā)育，“補(bǔ)—徑—排”體系條件完善，具備形成規(guī)模鈾礦床的成礦要素(表2)。

表2 柴達(dá)木盆地砂巖型鈾礦成礦要素Tab.2 Metallogenic elements for Qaidam Basin type uranium deposits

結(jié)合油田鉆孔資料“二次解釋利用”和鈾驗(yàn)證孔鉆探成果，在柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)圈定了2個(gè)鈾成礦有利區(qū)，分別為七個(gè)泉—紅柳泉斜坡區(qū)和躍進(jìn)—扎哈泉斜坡區(qū)。

2.1 七個(gè)泉—紅柳泉斜坡區(qū)

七個(gè)泉—紅柳泉斜坡區(qū)沉積主要來自昆侖山和阿爾金山交界的阿拉爾物源。阿拉爾地區(qū)震旦紀(jì)至古生代地層發(fā)育，巖漿活動(dòng)及變質(zhì)作用強(qiáng)烈，形成了大量的花崗巖體和基性巖體，巖石中活性鈾發(fā)育，含量高，為該區(qū)提供了豐富的鈾源。受上新世—第四紀(jì)構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用影響，深部地層抬升，在阿爾金山前形成七個(gè)泉—紅柳泉構(gòu)造斜坡區(qū)，蝕源區(qū)巖(層)石中的含鈾礦物經(jīng)風(fēng)化水解后從U4+轉(zhuǎn)化為U6+，攜鈾(U6+)含氧承壓地下水沿斜坡透水砂巖沉積通道和不整合面向盆地運(yùn)移，在氧化還原過渡帶鈾被還原(從U6+轉(zhuǎn)化U4+)沉淀富集成礦。該區(qū)鈾成礦類型屬于層間氧化帶型砂巖鈾礦床。

通過自然伽馬異常篩查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)放射性異常層主要賦存于新近系上新統(tǒng)獅子溝組地層中，最大異常強(qiáng)度6 238 API，最大異常厚度25.4 m，埋深小于500 m，巖性以砂礫巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖為主。結(jié)合鈾礦孔驗(yàn)證鉆探，在該區(qū)發(fā)現(xiàn)5個(gè)工業(yè)鈾礦孔，1個(gè)礦化孔，3個(gè)異常孔，圈定出一個(gè)勘查靶區(qū)(Ⅰ號(hào)靶區(qū))，在獅子溝組落實(shí)2個(gè)鈾礦體，礦體面積約3.49 km2，鈾量最高達(dá)6.26 kg/m2，一般1.23～2.50 kg/m2，是該區(qū)重要的找礦目的層。

2.2 躍進(jìn)—扎哈泉斜坡區(qū)

躍進(jìn)—扎哈泉斜坡區(qū)沉積主要來自阿拉爾物源和祁漫塔格物源。受上新世—第四紀(jì)構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用影響，不僅在昆侖山前昆北斷階帶形成躍進(jìn)—扎哈泉斜坡區(qū)，還在該區(qū)局部形成了構(gòu)造天窗以及不整合面和斷層。①蝕源區(qū)鈾離子隨含氧水沿斜坡透水砂巖沉積通道和不整合面向盆地遷移；②第四系及新近系沉積巖石中具有較好的富鈾預(yù)富集，含氧水從構(gòu)造天窗向下滲濾，使上部砂巖層發(fā)生潛水氧化作用，鈾離子向下遷移到隔水層頂板。深部油氣沿?cái)鄬雍筒徽厦嫦蛏喜繚B透性較好的地層中擴(kuò)散，使所到之處形成還原環(huán)境，促使含氧水中攜帶的鈾被還原或吸附而沉淀富集成礦。該區(qū)鈾成礦類型屬于層間氧化帶—潛水氧化帶復(fù)合型砂巖鈾礦床。

通過自然伽馬異常篩查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)放射性異常主要賦存于上新統(tǒng)油沙山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組地層中，最大異常強(qiáng)度5 120 API，最大異常厚度13.5 m，埋深小于500 m，巖性以砂巖、泥質(zhì)砂巖為主。結(jié)合鈾礦孔驗(yàn)證鉆探，在該區(qū)發(fā)現(xiàn)6個(gè)工業(yè)鈾礦孔，1個(gè)礦化孔，1個(gè)異常孔，圈定一個(gè)勘查靶區(qū)(Ⅱ號(hào)靶區(qū))，在上油砂山組、獅子溝組和七個(gè)泉組落實(shí)3個(gè)鈾礦體，礦體面積約0.97 km2，鈾量最高達(dá)5.49 kg/m2，一般1.06～1.82 kg/m2，是該區(qū)重要的找礦目的層。

3 結(jié)論

(1)柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)鈾源豐富、斷裂和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，上油砂山組、獅子溝組、七個(gè)泉組地層膠結(jié)疏松，有利相帶砂體發(fā)育，“補(bǔ)—徑—排”體系條件完善，深部油氣沿不整合面和斷層散逸提供了良好的還原環(huán)境，潛水氧化或?qū)娱g氧化作用廣泛發(fā)育，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)鈾礦化異常點(diǎn)，證實(shí)柴西南區(qū)具備形成規(guī)模鈾礦床的優(yōu)越地質(zhì)條件。

(2)通過油鈾兼探放射性異常篩查和鈾驗(yàn)證孔鉆探，在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)11個(gè)工業(yè)鈾礦孔，2個(gè)礦化孔，4個(gè)異常孔，圈定出2個(gè)鈾成礦有利區(qū)，分別為七個(gè)泉—紅柳泉斜坡區(qū)和躍進(jìn)—扎哈泉斜坡區(qū)。前者落實(shí)2個(gè)鈾礦體，鈾成礦類型為層間氧化帶型砂巖鈾礦床；后者落實(shí)3個(gè)鈾礦體，鈾成礦類型為層間氧化帶—潛水氧化帶復(fù)合型砂巖鈾礦床。

(3)受鈾礦認(rèn)識(shí)程度和研究深度所限，嚴(yán)重制約了柴達(dá)木盆地柴西南區(qū)規(guī)模發(fā)現(xiàn)和鈾礦勘查工作的有效擴(kuò)展，還需要對(duì)該區(qū)鈾成礦理論、時(shí)空配置關(guān)系等開展進(jìn)一步研究。