鄂爾多斯惠安堡逆沖斷褶帶式砂巖型鈾礦礦化特征及成礦模式

李保俠，劉坤鵬

(1.核工業二○三研究所，陜西咸陽 712000;2.鄂爾多斯市中核石化鈾業有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017000)

1 地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部。北臨內蒙—大興安嶺褶皺帶，南臨秦嶺—祁連山褶皺帶，東與山西地塊相接，西與阿拉善地塊毗鄰，是一個在古生代地臺基礎上發展起來，具有雙重基底結構的大型疊合盆地。區域構造位置處于我國東部濱太平洋與西部特提斯—喜馬拉雅兩大構造域之間，實際上處于我國東、西部不同地球動力學背景的一個調整帶上，是一個不穩定的克拉通內部疊合盆地。這種產出構造背景的特殊性，使得呈南北向的鄂爾多斯盆地與我國西部東西向的盆地和東部呈北東向的盆地有明顯的差異①核工業二○三研究所.2010.鄂爾多斯盆地西南緣斷褶帶鈾礦控礦因素及找礦方向研究［R］.。

鄂爾多斯盆地具有雙重基底，盆地中新生代蓋層發育齊全，中生界除缺失上白堊統外，其余地層均有分布。其中侏羅系延安組、直羅組上、下段及下白堊統華池—環河組、羅漢洞組和涇川組是尋找砂巖型鈾礦化的主要目的層位。

鄂爾多斯盆地及其周緣按其演化、構造特點，可劃分為陜甘寧盆地、西緣逆沖推覆構造帶、山西斷隆以及周圍四個新生代斷陷系等一級構造單元。鄂爾多斯盆地主要二級構造單元有“一拗一坡一隆”，即天環拗陷、伊陜斜坡、伊盟隆起，以及周邊的渭北隆起帶，晉西撓褶帶①。

2 西緣褶斷帶基本特征

2.1 西緣褶斷帶

鄂爾多斯盆地西部跨越“華北地臺”和“秦祁地槽褶皺帶”兩個不同的大地構造單元，經歷了多期、多階段的地質演化，構造復雜、巖相多變，不同地段構造特征、演化歷史及古盆地的邊界不盡相同。其中青銅峽—固原大斷裂是早古生代分割華北地臺型沉積和秦祁地槽型沉積的重要邊界，也是兩個不同大地構造單元的重要界線;大致起于青銅峽和吳忠一線，向東南延伸，北段走向北西，在石溝驛轉為近南北向，傾向南西為主，是一條壓扭性斷裂，南西盤向北東盤逆沖上升的同時，還有左旋走滑運動①。

西緣褶斷帶是一條南北向展布的長約600 km的巨型構造帶，具有非常明顯的分段性。構造屬性從北到南依次劃分為桌子山段、橫山堡段、馬家灘段、沙井子段和六盤山段。它最初形成于晚侏羅世，由十余條西傾沖斷層及一些東西向的大型平移斷層組成。局部構造主要為背、向斜、斷塊和各類斷層等。在燕山運動第Ⅲ幕強烈的擠壓作用下，塑造了以擠壓和壓扭為特征的基本構造形式，形成了褶斷帶的基本面貌。早白堊世末燕山運動第Ⅳ幕、第Ⅴ幕以來，西緣褶斷帶進一步活動向盆內逆沖，沖斷帶上及盆緣地層遭到強烈剝蝕。喜山期西緣褶斷帶表現為保持斷裂、褶皺構造形態不變的條件下的差異抬升剝蝕作用①。

圖1 西緣褶斷帶馬家灘段推覆體結構形態地質解釋剖面Fig.1 Interpretative geological section of thrusting nappe structure at Majiatan section

馬家灘段北起牛首山斷裂，南至海原—甜水堡斷裂，長約110 km，由規模較大的南北走向的青銅峽—固原斷裂、韋州—安國斷裂、青龍山—平涼斷裂、惠安堡—沙井子斷裂和馬兒莊斷裂等五條主干逆沖斷裂分隔開的羅山、韋州、石溝驛、煙墩山等四個沖斷席組成，具有典型的逆沖推覆構造特征，斷面均向西傾斜，向東逆沖，上陡下緩，最后向下歸并于接近水平的主拆離面(滑脫面)上，主拆離面主要由石炭系—二疊系煤層構成，主滑脫面以上變形強烈，主滑脫面以下的下古生界變形較弱，構造相對簡單(郭慶銀等，2010)。四個沖斷席再向東分別為前緣帶(推覆前緣帶+反沖帶)和前緣外帶(盆地本部)(圖1)①②中山大學.2007.鄂爾多斯盆地西部中、新生代構造演化及其與砂巖型鈾礦化關系［R］.。

前緣帶由推覆前緣帶和反沖帶構成，常常發育向東傾伏的疊瓦狀反沖斷層(后沖斷層)，在反沖斷層與分支逆沖斷層組成的“三角帶”內，構造變形更加強烈。在前緣帶，還發育數條與區域構造走向垂直和近于垂直的橫向斷層，這些橫向斷層規模小，傾角陡，下切至滑脫面，在斷層縮短過程中起調節作用(圖1)。

馬家灘斷褶帶西起老鹽池斷層和煙墩山斷層，東至馬柳斷層，由煙墩山沖斷席和前緣帶組成，南北長近110 km，呈北寬(30 km)、南窄(5 km)的楔形體。受構造運動影響，地層褶曲比較發育。以核部走向近南北、北北西的復向斜、復背斜為主。斷褶帶北部以褶皺為主，斷層較少，褶皺寬緩、完整，軸向近南北，軸面東傾，向南傾伏，構造比較簡單;中南部褶皺、斷層均較發育，褶皺較緊密，軸向北北西，一般向南傾伏。走向斷層有斷面西傾的主干斷層和斷面東傾的次級斷層，主干斷層切割背向斜，顯示出構造的多期活動性。褶皺構造自西向東有煙墩山向斜、沈家莊—楊莊背斜、葉莊子—小沙灣子向斜、積家井—甜水堡背斜、海子湖—賀家窯向斜、周家溝—于家梁背斜、長梁山—馬家灘向斜、鴛鴦湖—馮記溝背斜、尖兒莊背斜等。斷裂構造多為逆斷層，自西向東有老鹽池斷層、煙墩山斷層、于家臺斷層、雷雞圈斷層、北梁斷層、金家渠西側斷層、上臺子斷層、于家梁斷層、F9、李新莊斷層、杜窯溝斷層、F1、金家渠斷層(F3)、馬柳斷層。橫向斷層從北到南有馬家灘北斷層、老莊子橫斷層、鳳凰梁橫斷層、古城臺橫斷層和馬兒莊橫斷層(圖2)。

圖2 惠安堡地區鈾礦地質略圖Fig.2 Uranium geological map of Huianbu region

卷入馬家灘逆沖推覆構造帶的最新地層為中侏羅統，推覆構造帶山前堆積了晚侏羅世芬芳河組礫巖，說明推覆構造帶形成于晚侏羅世。然而，各沖斷席下白堊統的厚度突變或缺失，與下伏地層不整合接觸，說明逆沖推覆構造在早白堊世后還有活動。

馮記溝背斜總長60 km。北段呈北北西向延伸，馬家灘以南轉為近南北向，由延長群、延安組及直羅組組成核部地層，兩翼地層為延安組、直羅組和安定組。

尖兒莊背斜長22 km，軸向呈北北西向延伸，軸面微向西傾，西翼傾角15°～25°，東翼傾角5°～25°。

馬柳斷層南北向延伸，局部為北北西走向，沿走向呈波狀彎曲，斷面西傾，傾角約60°～70°，為逆斷層，斷距可達千余米，總長達600 km，它是西緣褶斷帶和天環坳陷(前緣外帶)的分界斷裂，區域上稱車道—阿色浪斷裂。李新莊斷層和馬柳斷層之間構成前緣帶。

2.2 六盤山弧形構造帶

鄂爾多斯盆地西南緣(青藏高原東北緣)平面上4列山地與斷裂帶大致呈弧形展布，組成了著名的六盤山弧形構造帶。從某種意義上說，這四個帶構成了內部帶，而韋州—安國斷裂帶、青龍山—平涼斷裂帶、惠安堡—沙井子斷裂帶和馬兒莊(擺宴井)斷裂帶構成了外部帶。

鄂爾多斯盆地西南緣(青藏高原東北緣)發育了一系列巨大的強烈活動的斷層和褶皺，地貌上展示出山地與盆地相間排列的格局，平面上4列山地與斷裂帶大致呈弧形展布，組成了著名的六盤山弧形構造帶。從某種意義上說，這四個帶構成了內部帶，而韋州—安國斷裂帶、青龍山—平涼斷裂帶、惠安堡—沙井子斷裂帶和馬兒莊(擺宴井)斷裂帶構成了外部帶。早期在晚侏羅世形成了外部帶，晚期在晚白堊世和喜山期形成了內部帶，并對外部帶有疊加改造。

3 鈾成礦地質特征

惠安堡地區圍繞較大背斜(楊莊、甜水堡和馮記溝背斜)的軸部及東、西兩翼，直羅組上、下段發育大規模層間氧化現象，延安組發育規模適中的層間氧化現象。氧化砂巖大多為淺黃色、淡黃色、褐黃色，局部為淺紅色，以褐鐵礦化為主，次為赤鐵礦化?；莅脖さ貐^金家渠地段尖兒莊背斜東翼直羅組下段Ⅰ號層間氧化帶長度5.4 km，走向近南北，向東發育，傾向延伸500～880 m;Ⅱ號層間氧化帶長度10 km，走向北東—南西，向東發育，傾向延伸400～775 m;背斜東翼延安組Ⅲ號層間氧化帶長度2.4 km，走向北西—東南—南北，向東發育。背斜南端西翼氧化帶長度1.4 km，走向北西—東南，向西發育(圖2，3)。

馮記溝地段馮記溝背斜東翼直羅組下段氧化帶長度5 km，走向近南北，向東發育，傾向延伸500～530 m;4條直羅組上段氧化帶長度1.4 km，走向近南北，向東發育，傾向延伸500 m;背斜西翼直羅組下段氧化帶長度3 km，走向近南北，向西發育，傾向延伸960 m(圖2，4)。

斷褶帶后生鈾成礦既有典型層間氧化帶砂巖型鈾礦的一些特點，如主要受層間氧化帶控制、前鋒成礦、氧化帶存在宏觀、微觀及微量元素分帶性等等，但也有自己的特殊性，如構造起主要作用、雙向氧化和成礦等等。斷褶帶鈾礦化具有期次多、品位較低、厚度較小、平米鈾量較小、礦化分散、層數較多、深度較大、翼部成礦較強、前鋒成礦較弱、板狀礦較多、卷狀礦較少、礦化縱橫連續較差等特點(李保俠等，2010;劉杰等，2013;張成勇等，2012)。

礦體在傾向上延伸范圍較小，鈾礦化多產于疏松、較疏松灰色、褐黃色中粗、細砂巖中，部分產于致密鈣質巖石、灰色粉砂巖中，位于層間氧化帶的上、下翼或氧化帶和過渡帶及前緣還原帶中，礦化明顯受到層間氧化帶和構造的雙重控制。

4 鈾成礦模式

惠安堡地區鈾礦化特征及空間分布特點表明，該區鈾礦化是獨具特色的、受斷褶帶構造背景控制的局部性層間氧化帶砂巖型鈾礦(黃凈白等，2007)。鈾礦的形成經歷了早中侏羅世沉積預富集階段;晚侏羅世含礦層構造格局形成與潛水氧化鈾礦化富集階段;晚白堊世—漸新世、中新世層間氧化成礦階段及上新世局部油氣—熱液改造階段等成礦演化過程。其成礦模式總結如下(圖5)。

(1)早中侏羅世燕山運動Ⅰ、Ⅱ幕階段，太平洋板塊向北西方向俯沖導致阿拉善古陸隆起，使富鈾變質巖、花崗巖、中酸性火山巖出露地表，并遭受風化剝蝕。鄂爾多斯盆地大范圍發生拗陷，氣候溫暖潮濕，形成一套中下侏羅統延安組、直羅組上、下段灰色河流相含煤碎屑巖沉積建造，其原始沉積物中本身富鈾。同時，富含腐殖質、植物碎屑和碳質泥巖等還原介質，在沉積過程中對鈾有較強的還原和吸附作用，有利于鈾的沉積預富集，形成鈾富集層(砂巖鈾背景豐度達到4.11×10－6～4.50×10－6)，為后期鈾成礦奠定了鈾源基礎(圖5A)。

圖3 金家渠地段A號勘探線地質剖面圖Fig.3 Geological section of line A in Jinjiaqu

圖4 馮記溝地段A號勘探線地質剖面圖Fig.4 The geological section of line A in Fengjigou

(2)晚侏羅世第Ⅲ幕燕山運動階段(J2末—J3)，在太平洋構造域強烈擠壓作用下，盆地西緣形成逆沖、逆掩構造帶，使該區含礦層及其下伏地層發生褶皺、斷裂和上升，形成近南北向褶斷帶雛形，奠定了含礦層呈寬緩褶曲狀分布的空間格局，同時，氣候轉為半干旱—干旱，褶斷帶上的含礦層也遭受到初次剝蝕和地表水及潛水淋濾改造，在含礦層砂體中形成潛水氧化帶鈾礦化或異常(圖5B)。

圖5 鄂爾多斯盆地西南緣斷褶帶式砂巖鈾礦成礦模式Fig.5 Fault fold zone type sandstone uranium metallogenic model in west margin of Ordos basin

(3)早白堊世，在伸展構造背景下，本區發生斷陷和拗陷，形成了下白堊統志丹群，角度不整合上覆于延安組、直羅組和安定組上(圖5C)。這一時期，蝕源區富鈾巖石出露地表，干旱的古氣候條件使其中的鈾發生活化、遷移到盆地內部，在砂巖中發生預富集，形成品位較低的鈾礦化;在富含有機質的泥巖中富集，品位較低。

(4)晚白堊世—漸新世第Ⅳ、Ⅴ幕燕山運動和第Ⅰ幕喜山運動階段，太平洋板塊向北西方向俯沖，構造應力處于擠壓狀態，該區全面抬升隆起，并伴有微弱的沖斷構造活動，侏羅系、白堊系剝露于地表，遭受到長時期(60 Ma)剝蝕改造。該階段氣候干旱，來自西北部蝕源區(阿拉善古陸、古銀川隆起)含氧含鈾地下水和大氣降水，沿直羅組(延安組)透水層出露區(背斜核部)或地表斷裂構造向下入滲，鈾以UO2(CO3)32－，UO2(CO3)34－絡合物形式遷移，在滲流過程中不斷氧化圍巖、并溶解其中的鈾元素，向盆內推進、形成層間氧化帶，在背斜翼部隨著含礦溶液中氧的耗盡，鈾在富集還原劑地段(層間氧化帶翼部、前鋒)被卸載、吸附、還原沉淀富集成礦(圖5c)。所獲得77 Ma，59.2 Ma的鈾礦物年齡就代表了該階段鈾成礦作用的發生期。這一階段是該區層間氧化帶砂巖型鈾礦形成的主要時期。

(5)漸新世末期，構造應力場轉換為北東向剪切構造應力場，盆地周邊發生伸展斷陷，發育斷陷盆地。盆地內部發生沉降，沉積了清水營組(E3q)一套紅色湖相沉積。這時期蝕源區的鈾源被斷陷盆地所切斷，地下水滲入作用明顯減弱，目的層的氧化和成礦作用一度中斷。

(6)中新世階段，盆地西緣總體以較弱的差異升降運動為特點。在該區發生了兩次明顯地抬升運動，一次是中新世早期(23 Ma左右)，另一次是中新世中晚期(8～5 Ma)，這兩次構造作用使斷褶帶受到一定程度的抬升和剝蝕，含礦層侏羅系砂體再次遭受盆地內部大氣降水和地下水的氧化淋濾改造，使早期的層間氧化帶進一步向前推進，形成層間氧化帶砂巖型鈾礦的疊加改造成礦作用(圖5D)，所測得的21.9～18.6 Ma，6.2～6.8 Ma兩組鈾礦物形成年齡代表了這兩期鈾成礦作用的發生時間。

(7)上新世以來，隨著盆地西北邊緣引張斷裂的進一步活動，銀川盆地開始了強烈斷陷，并向南發展，賀蘭山進一步隆升崛起，銀川盆地的形成就基本阻隔了蝕源區(賀蘭山—衛寧北山)與該區地下水動力的聯系，層間滲入砂巖型鈾成作用基本停止。同時，上新世以來的構造運動使區內斷裂構造進一步活化，盆地深部油氣和熱液沿斷裂構造和砂巖層向上部運移、逸散，在局部地段對早期形成的層間氧化帶發生“二次”還原蝕變(黃褐色砂巖轉變為灰綠色砂巖)，早期砂巖型鈾礦受到一定的疊加改造。同時，深部熱液沿斷裂破碎帶運移、貫入，并萃取、淋濾圍巖中的鈾元素，形成受構造破碎帶控制的熱液改造型鈾礦化(圖5E)。

5 結論

(1)斷褶帶式砂巖鈾成礦既有典型層間氧化帶砂巖型鈾礦的一些特點，如主要受層間氧化帶控制、前鋒成礦、氧化帶存在宏觀、微觀及微量元素分帶性特征等等，但也有自己的特殊性，如構造對成礦起主要作用、雙向氧化和雙向成礦等等。

(2)斷褶帶鈾礦化具有期次多、品位較低、厚度較小、礦化分散、層數較多、深度較大、翼部成礦較強、前鋒成礦較弱、礦化縱橫連續較差等特點。

(3)推覆構造帶中反沖斷層的上、下盤是鈾礦化集中的地方。正是這些反沖斷層使找礦目的層上升，接近地表與含氧含鈾地下水發生水力聯系，地下水得以對目的層進行更深入、更徹底的改造，形成層間氧化和鈾礦化。

(4)惠安堡地區鈾礦的形成經歷了早中侏羅世沉積預富集階段;晚侏羅世含礦層構造格局形成與潛水氧化鈾礦化富集階段;晚白堊世—漸新世、中新世層間氧化成礦階段及上新世局部油氣—熱液改造階段等成礦演化過程。

郭慶銀，李子穎，于金水，等.2010.鄂爾多斯盆地西緣中新生代構造演化與鈾成礦作用［J］.鈾礦地質，26(3):137-143.

黃凈白，李勝祥.2007.試論我國古層間氧化帶砂巖型鈾礦床成礦特點、成礦模式及找礦前景［J］.鈾礦地質，23(1):7-16.

李保俠，賈恒，于宏偉，等.2010.鄂爾多斯盆地西緣惠安堡地區鈾成礦特點［J］.鈾礦地質，26(4):201-207.

劉杰，聶逢君，侯樹仁，等.2013.中新生代盆地試論砂巖型鈾礦床鈾礦物類型及賦存狀態［J］.東華理工大學學報:自然科學版，36 (2):107-112.

張成勇，聶逢君，權建平，等.2012.山間盆地砂巖型鈾礦成礦物質來源研究——以吐哈盆地和二連盆地為例［J］.東華理工大學學報:自然科學版，35(3):230-237.