鄂爾多斯盆地西緣寧東地區砂巖型鈾礦控礦因素分析

郭書勝

（寧夏回族自治區基礎地質調查院，銀川 750021）

隨著鄂爾多斯盆地東北部東勝、大營、納嶺溝等一系列砂巖型鈾礦床的發現，鄂爾多斯盆地鈾礦找礦工作得到了高度重視。在中國地質調查局天津地質調查中心的主導下，以“煤鈾兼探”為找礦思路，實施了“北方重要盆地砂巖型鈾礦調查與勘查示范”國家計劃項目，在鄂爾多斯盆地西緣寧東地區發現了4 個大中型規模的砂巖型鈾礦產地，從產出層位看，除了在直羅組底部粗砂巖中發現鈾礦體外，在直羅組下段上部、延安組頂部也發現鈾礦體存在，具有多層性特征，因此研究該區域砂巖型鈾礦控礦因素，對在鄂爾多斯盆地西緣總結鈾成礦規律和指導找礦具有現實意義。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地是中生代發育起來的大型內陸拗陷盆地，大地構造位于華北陸塊西部，是一個多旋回疊合型盆地，盆地面積約為25 萬km2。鄂爾多斯盆地中新生界為一大型向斜構造——天環向斜，軸部位于天池-環縣一帶，軸線走向為南北向，其為一西翼窄陡、東翼寬緩的不對稱向斜。天環向斜控制了侏羅系的沉積，同時充當了盆地西部后期地下水的排泄區，對鈾成礦作用有直接影響，是控制盆地及西緣鈾成礦的主要構造單元。西緣褶皺沖斷帶位于天環向斜西側，原為一由西向東傾斜的單斜構造，燕山運動使西緣帶形成一條南北走向的褶皺，喜馬拉雅山運動使銀川古隆起區發生地塹形成盆地，褶皺帶被南北向的沖斷作用切割成多個褶皺段，多呈向東傾斜的狀態。

1.1 構造

寧東地區位于鄂爾多斯盆地西緣褶皺沖斷帶的中北段，地質構造屬于磁窯堡-馬家灘-萌城復向斜，如圖1 所示。

圖1 寧東地區構造綱要圖

該褶皺帶北起磁窯堡，南經馬家灘至萌城，東以馬柳斷裂為界[1]，與鹽池拗陷帶相鄰，西至煙墩山斷裂，與石溝驛向斜毗鄰，為一狹長的斷褶帶，南北長約為110 km，東西寬為10～35 km，由一系列走向北北西或近南北向的寬緩褶皺群及與之相伴的斷層組成。北部以褶皺為主，斷層稀少，南部斷層發育破壞了褶曲的完整性。其中，煙墩山斷層、上臺子斷層和馬柳斷層為一級主干逆斷層，控制了構造的形成與發展，煙墩山斷層與馬柳斷層中間地帶為磁窯堡-大水坑斷陷，是寧東地區主要鈾成礦區域。

1.2 地層

區內中新生代為陸相沉積。三疊系為河湖碎屑巖建造，出露于石溝驛、古窯子一帶，并發育大量地表放射性異常。中侏羅統分布廣泛，從下到上可分為延安組（J2y）、直羅組（J2z）和安定組（J3a）。延安組以含煤細碎屑巖沉積為主，是含煤主要層位，也是該區次要鈾礦找礦目的層；直羅組平行不整合于延安組之上，在該區埋深適中，且以河流相沉積為主，是該區砂巖型鈾礦的主要找礦層位；安定組整合于直羅組之上，主要分布于向斜核部，大部分地區遭受剝蝕，巖性以棕褐、灰綠、紫紅、土黃色泥巖和沙質泥巖、粉砂巖、細粒砂巖為主，未見鈾礦化。古近系漸新統為紅色泥巖夾砂巖，分布局限；第四系主要為黃土、風成砂，在區內分布最廣。

2 鈾礦化特征

2.1 地表放射性異常特征

收集資料顯示，寧東地區各類地表放射性異常多達1 178個，其中，1 165 個為伽馬異常，13 個為射氣異常。伽馬異常主要分布于西北部基巖露頭區域，多賦存于三疊系深灰、褐紅色鐵質中細粒石英砂巖、粉砂巖中，強度一般為40～100 γ，最高為310 γ，異常與巖石中有機質和鐵質關系密切，一般來說，有機質和鐵質含量高，則異常強度高，反之則低。射氣異常分布于磁窯堡、碎石井地區，異常濃度為74～222 Bq/L，賦存巖性為侏羅系延安組灰黃色砂巖、砂質泥巖和白堊系灰黃色泥巖及紫紅色砂巖。

2.2 煤田鉆孔放射性異常特征

通過對寧東地區1 432 個煤田鉆孔資料的整理，依據鉆孔自然伽馬測井數據對鉆孔進行篩選，共發現放射性異常鉆孔300 多個。其中，直羅組放射性異常鉆孔共計195個，異常強度一般為7～40 pA/kg，最大為70.26 pA/kg；延安組放射性異常鉆孔共計142個，異常強度一般為7.00～36.00 pA/kg，最大為129 pA/kg，厚度為0.60～1.50 m；三疊系上田組有3 個放射性異常鉆孔，異常強度為3.50～7.17 pA/kg，最高達10.75 pA/kg。

2.3 礦體賦存層位及形態、規模

目前在寧東地區4 個礦產地已經發現鈾礦體26個，礦體形態以層狀或板狀為主，其均產于層間氧化帶巖石顏色由紅色、褐黃色向灰白色、灰色過渡的部位，賦存層位主要為侏羅系中統直羅組下段，其次為延安組頂部。在直羅組共圈定鈾礦體20個，其中，13 個礦體賦存于侏羅系中統直羅組下段下亞段底部粗砂巖中，長度為725～3 750 m，寬度為200～650 m，厚 度為1.12～7.62 m，埋深 為154～850 m；7 個礦體產于下段上亞段中-細砂巖中，長度為795～1 650 m，寬度為175～400 m，厚度為1.75～13.00 m，埋深為122～528 m。6 個礦體賦存于延安組頂部細砂巖中，長度為740～1 600 m，寬度為200 m 左右，厚度為2.10～11.94 m，埋深為203～803 m?？傮w來看，鈾礦體的產出與砂體及其氧化還原過渡帶發育程度關系密切。

2.4 鈾的存在形式

本研究收集礦體或礦化體中價態鈾分析樣品21件，分析結果表明，無論是偏還原環境還是偏氧化環境，U4+占比較多，平均占比約為77%，U6+平均占比為23%，個別偏氧化礦石中，U6+占比有升高現象，但不明顯，表明在氧化帶前鋒附近大多數鈾被還原為U4+。

根據核工業北京地質研究院分析測試研究中心分析資料，鈾主要以吸附狀態存在于砂巖膠結物中，尚有少量以鈾礦物形式存在。鈾主要由Fe-Ti 氧化物和黃鐵礦吸附，少量被云母、黏土質等吸附。Fe-Ti氧化物多為含鈾的白鈦石化碎屑，碎屑被溶蝕、分解，顆粒邊緣變得渾圓，大顆粒分解成細粒（細粒化），內部變得混濁不清（濁化）。鏡下顯隱晶質不透明或半透明，斜照單偏光下為棉絮狀或被鐵染成淺褐、淺紅色赤鐵礦、金紅石、銳鈦礦的混合物——白鈦石。部分蝕變Fe-Ti 氧化物被黃鐵礦交代，保留明顯的交代結構。在部分礦石中，火山巖屑長石保留良好的鈦鈾礦晶體，砂巖含有碎屑狀鈦鈾礦。放射性照相表明，Fe-Ti 氧化物多見疏密不一的α 徑跡，少量含有細小的瀝青鈾礦物，圖2 中由亮至暗的礦物依次為鈾礦物（中間小顆粒）、方解石、鉀長石和石英。這說明Fe-Ti 氧化物為主要的富鈾介質，因此Fe-Ti 氧化物為鈾的重要富集劑[2]。

圖2 鈾礦物在礦石中分布

3 控礦因素

3.1 鈾源條件

鈾源條件主要涉及兩個方面，一是基底鈾源，二是蓋層鈾源。

3.1.1 基底鈾源

鄂爾多斯盆地西緣中生代沉積的物源主要來自盆地的西北部、西部，大面積分布新元古界結晶巖系和古生界地層，鈾含量較高（見表1），其平均鈾含量達5.518×10-6g/g，遠高于地殼鈾豐度值（1.7×10-6g/g）[2]。西北部、西部蝕源區元古界、古生界出露地層中分布有眾多鈾礦（化）點，主要有產于賀蘭山北段元古界片麻巖的沙爾烏蘇鈾礦化點，古生界寒武系板巖的土窯鈾礦化點，石炭系古砂巖的沙巴臺鈾礦化點、頁巖的李家溝鈾礦點和尖山溝鈾礦化點；衛寧北山地區產于古生界的鞭桿梁鈾礦點和土窯、東園、駱駝山、堿溝山鈾礦化點；牛首山地區產于奧陶系硅質板巖的賈家梁子鈾礦點；香山地區產于二疊-石炭系頁巖的校育川、下沿河鈾礦化點。在漫長的地質歷史演化中，隨著區域構造運動、熱液活動及變質作用，基底地層出現分散現象，鈾發生了遷移和富集，說明蝕源區具豐富的鈾源，并具較強的遷移能力，是中新生代盆地后生成礦豐富的物源和鈾源。

3.1.2 蓋層鈾源

中新生代沉積物主要來自蝕源區的新元古界、古生界含鈾基底地層，預富集階段地表河流攜帶的含鈾碎屑在河、湖沉積，形成三疊系、侏羅系、白堊系等含鈾、富鈾蓋層，如表1 所示。三疊系、侏羅系及白堊系鈾含量高，其中寧東地區西部出露的三疊系已發現1 178 個放射性異常，侏羅系煤田勘查鉆孔中發現308 個放射性異常，表明中生界是富鈾地層，具備有利鈾源條件。在沉積時期，多期次的構造活動使寧東地區周邊富鈾的新元古界、古生界地層隆起遭受剝蝕，為盆地提供了物源和鈾源。找礦目的層成巖以后，燕山晚期和喜馬拉雅期等多期構造運動使盆地西緣目的層遭受強烈的構造變形，形成大規模的褶皺和斷裂，在目的層抬升過程中遭受剝蝕，地層中的鈾被含氧水淋濾遷出，隨地下水再次滲入找礦目的層，因此，蓋層及目的層本身是盆地西緣重要鈾源之一。

表1 基底及蓋層含鈾性分析結果

3.2 地層條件

寧東地區鈾礦（化）在垂向上呈層狀，已發現的鈾礦（化）主要有三大層，即侏羅系直羅組下段上亞段底部中粗-中細粒砂巖鈾礦（化）、下亞段下部粗砂巖鈾礦（化）及延安組二煤之上的細砂巖、泥巖鈾礦化[3]，其中以直羅組下亞段下部粗砂巖鈾礦化最為發育，總體上表現為厚度大，延伸穩定，具有由西向東、由南向北變薄的趨勢，由于褶皺和斷層的影響，局部也存在突然變薄或變厚現象。該砂巖層是鈾礦化賦存的主要層位，具有層控性。從目前發現的砂巖型鈾礦化產出的地層結構看，其具有泥巖-砂巖-泥巖的特征，如圖3所示，局部存在煤巖-砂巖-泥巖地層結構[2]。

圖3 侏羅系直羅組下段下亞段含礦砂體結構（泥巖-砂巖-泥巖）示意圖

3.3 巖相-古氣候條件

鈾礦化主要產于直羅組下亞段下部辮狀河沉積[4]的粗砂巖中，厚度大，透水性好，砂體膠結松散，具有很好的穩定性和連續性，有利于鈾礦體形成；直羅組下段上亞段底部中粗-中細粒砂巖屬于曲流河沉積，延安組二煤之上的細砂巖屬于沼湖相沉積，一般表現為砂體厚度小、連續性差、膠結較為致密、透水性弱等特征，根據鉆孔揭露，鈾礦化比較弱，說明巖相對鈾成礦具有較大的控制作用。中侏羅世，古氣候由溫濕氣候轉為半干旱氣候，沉積了河流相的砂巖，局部為河沼相和沖積平原相的細砂巖、粉砂巖、泥巖。原生沉積環境應屬半氧化半還原環境，而這個環境沉積的砂體富含有機質等還原物質，礦層形成的后期處在半干旱、干旱古氣候環境，氧化作用明顯，大量的地表含氧和活性鈾的水滲入其中，砂體中豐富的有機質等還原物質能夠促使層間氧化帶向深部發育并形成鈾礦體。

3.4 構造條件

礦化受構造控制明顯，鈾礦化呈西北向條帶狀展布，與總體構造線方向一致。褶皺構造的兩翼及轉折端是鈾成礦的有利部位，使鈾礦層的展布形態有所改變，地層斜坡帶（背向斜兩翼）的遞變部位是局部水動力條件改變部位，也是形成有利于鈾沉積的地球化學障；深大斷裂及次級構造是還原流體的有利通道，往往構成層間水的局部排泄源，形成地表湖沼，也是鈾沉淀富集的重要因素。

3.5 物理化學條件

砂體中富含有機質、黃鐵礦、炭質等還原物質。巖石結構較為疏松，連通性好，便于地下水、層間水的運移，含鈾含氧地下水在富含有機質、黃鐵礦、炭質和硫化物的砂體中滲透時，由于還原物質的作用，鈾易被吸附或還原而沉淀形成鈾礦化體[5]。分析結果表明，直羅組下段下亞段粗砂巖具有良好的透水性[2]，含礦粗砂巖多為泥質膠結、顆粒支撐，巖石疏松，滲透性好，有利于地下水的遷移，含鈾地下水在遷移過程中易在氧化-還原過渡帶富集形成鈾礦（化）體。富鈾層主要發育在氧化-還原過渡帶中。在水平方向上，鈾礦化呈不連續條帶狀；在垂向上，鈾礦化顯示多層性，品位和厚度變化較大，受層間氧化帶控制明顯。

4 結論

鄂爾多斯盆地西緣基底為目的層形成提供了良好物源和鈾源，使得目的層在沉積成巖階段形成第一次鈾的預富集；目的層在晚白堊世-漸新世早期受到強烈的構造擠壓，使西緣帶形成一條南北走向的褶皺，遭受剝蝕，目的層在地表形成“天窗”，富鈾砂體中鈾被氧化，隨地下水遷移，為目的層提供了二次鈾源。在基底和目的層長期遭受剝蝕的過程中，含鈾含氧水沿著有利的成礦砂體滲入，由隆起部位向背斜傾伏端兩翼運移，遇到有機質、黃鐵礦、炭質和硫化物等還原物質，鈾被還原而沉淀，并在背斜兩翼形成層間氧化帶型鈾礦。