巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床地質特征及鈾成礦模式研究*

劉 波，時志強，彭云彪，李 鵬，王 強，張鵬飛，王浩鋒

（1成都理工大學沉積地質研究院，四川成都 610059；2核工業二〇八大隊，內蒙古包頭 014010）

巴音戈壁盆地為中國北方重要的中新生代煤-油（氣）-鈾疊合盆地（呂錫敏等，2006；劉春燕等，2006，黨犇等，2011；盧進才等，2017）。盆地內發現了塔木素特大型鈾礦床、本巴圖中型鈾礦床和測老廟小型鈾礦床（核工業二〇八大隊，2015）。許多學者對塔木素鈾礦床形成的區域構造演化（張成勇等，2015）、巖性、巖相（張萬良等，2002；張成勇等，2015），礦床的礦物共（伴）生組合（潘家永等，2009；管偉村等，2014）、礦床形成的年齡（核工業二〇八大隊，2015）、水巖作用（王鳳崗等，2018）、流體改造（劉帥等，2017）、礦床成因（肖國賢等，2017）、成礦模式（張成勇等，2015）、成礦預測（吳仁貴等，2008；李曉翠等，2014）等開展了相關研究。也有學者依據其與一般的砂巖型鈾礦床在“巖石硬度”上不同，定義該礦床的類型為硬砂巖型（王鳳崗等，2018）。巴音戈壁盆地塔木素砂巖型鈾礦床主要的賦礦建造為巴音戈壁組上段二巖段，主要為扇三角洲-湖泊沉積，賦礦的扇三角洲具沉積相變快，礦體產出、形態、類型受層間氧化帶和沉積相約束明顯，具有礦體數量多，成因復雜的特點。鄂爾多斯盆地、二連盆地（劉波等，2016；2017a；2017b；2018）、伊犁盆地（丁波等，2016；黃世杰，2018）和松遼盆地（于文斌等，2008；夏毓亮等，2010；吳仁貴等，2011）礦床成因簡單，礦體類型較單一。以往對塔木素砂巖型鈾礦床的研究多側重于層間氧化帶對礦床的控制作用，形成了一系列的成因模式。筆者團隊在礦床勘查研究中發現，鈾礦床受層間氧化帶作用控制的機制，難以“以一概全”的解釋塔木素礦體復雜成因問題，難以總結其礦體成因和找礦標志。塔木素砂巖型鈾礦床共有主要礦體56個，類型有砂巖型、同沉積泥巖型、砂泥混合型和后生泥巖型。礦床礦體的成因類型表達為由層間氧化帶和沉積相控制。本文在礦床地質特征研究的基礎上，總結礦床的成礦模式和礦體模型，以指導礦床勘查和盆地內砂巖型鈾礦的戰略選區工作。

1 區域地質概況

巴音戈壁盆地位于內蒙古西部，盆地基底由古亞洲造山帶和阿拉善地塊組成（張建新等，2018；圖1a），中新生代盆地對基底構造具有一定的繼承性（鄭孟林等，2003）。研究區以宗乃山-沙拉扎山為界可劃分為南部坳陷帶和北部坳陷帶，鈾礦床主要分布于南部坳陷帶。盆地基底主要為阿拉善陸塊，石炭系—二疊系為盆地內主要的油-氣儲層（盧進才等，2017），油氣的研究成果顯著。白堊系為盆地內主要的含鈾層（張成勇等，2015；劉波等，2017a）。塔木素鈾礦床位于因格井凹陷內，基底埋深0～1000 m，一般300～800 m，凹陷基底地層為下元古界北山群中深變質巖，上石炭統阿木山組中酸性火山巖、碎屑巖和侏羅系等（圖1b）。盆地中生代地層主要為下白堊統巴音戈壁組和上白堊統烏蘭蘇海組，其中，巴音戈壁組上段二巖段為盆地內主要的找礦目的層。巖漿巖主要分布于因格井凹陷的北部宗乃山隆起，巖性主要為志留紀花崗巖、石炭紀閃長巖、二疊紀花崗巖、花崗閃長巖和三疊紀花崗巖、輝長巖等（圖1b）。志留紀—石炭紀酸性侵入巖的w（U）平均為2.3×10-6～3.3×10-6，Th/U 比值為 3.9～4.5，活化鈾遷移量為-0.7×10-6～-0.2×10-6。二疊紀酸性侵入巖w（U）平均為3.0×10-6～4.5×10-6，Th/U比值為3.5～6.4，活化鈾遷移量為-0.4×10-6～-2.3×10-6，鈾遷出明顯。三疊紀酸性侵入巖w（U）平均為3.3×10-6～5.5×10-6，Th/U比值為1.9～4.8，活化鈾遷移量為-1.0×10-6～-2.6×10-6。另外，元古代地層也具有較高的w（U）和Th/U比值，也有不同程度鈾的遷出。巖漿巖來自于虧損地幔，高Sr、低Y，為埃達克巖，可能與俯沖環境有關（史興俊等，2014；史興俊，2015；張建新等，2018）?；◢弾r類為準鋁質-過鋁質，鈣堿性-高鉀鈣堿性系列，為I型花崗巖，富大離子親石元素，虧損高場強元素（史興俊，2015），Th/U比值3.3～6.4，鈾源條件較好。

圖1 巴音戈壁盆地及鄰區大地構造位置（a）和塔木素地區下白堊統巴音戈壁組上段底界埋深等值線圖（b）1—巴音戈壁組上段剝蝕區；2—中侏羅統碎屑巖；3—中-下侏羅統碎屑巖；4—上石炭統阿木山組中酸性火山巖、碎屑巖；5—古元古界北山群變質巖；6—三疊紀花崗巖；7—三疊紀輝長巖；8—二疊紀花崗巖；9—二疊紀花崗閃長巖；10—石炭紀閃長巖；11—志留紀花崗巖；12—蝕源區邊界；13—地質界線；14—逆斷層/推測斷層；15—走滑斷層；16—巴音戈壁盆地范圍；17—塔木素鈾礦床；18—鈾工業礦孔；19—鈾礦化孔；20—鈾異?？?；21—無礦孔；22—地名Ⅰ—哈薩克斯坦板塊；Ⅱ—塔里木板塊東北端；Ⅲ—西伯利亞板塊；Ⅳ—華北板塊；Ⅳ1—阿拉善陸塊；Ⅳ11—阿北陸緣區；Ⅳ21—阿拉善陸隆區；Ⅳ31—阿拉善斷陷；Ⅳ41—河西走廊陸緣區；Ⅳ2—晉陜陸塊Fig.1 Tectonic location of Bayin Gobi basin and adjacent areas（a）and contour map of buried depth of the Upper Bayin Gobi Formation of Lower Cretaceous in Tamusu area（b）1—Source area;2—Middle Jurassic clasolite;3—Middle and Lower Jurassic clasolite;4—Amushan Formation of Upper Carboniferous volcanics,clasolite;5—Proterozoic Beishan Group of metamorphic rocks;6—Triassic granite;7—Triassic gabbro;8—Permian granite;9—Permian granodiorite;10—Carboniferous diorite;11—Silurian granitic granite;12—Etch boundary;1—Geological boundary;14—Reverse fault/inferred fault;15—Strike-slip fault;16—Range of the Bayin Gobi basin;17—Tamusu uranium deposit;18—Uranium industrial ore hole;19—Uranium mineralized hole;20—Uranium anomaly hole;21—Barren hole;22—Place nameⅠ—Kazakhstan plate;Ⅱ—Northeastern margin of Tarim plate;Ⅲ—Siberia plate;Ⅳ—North China plate;Ⅳ1—Alashan block;Ⅳ11—North Alxa continental margin;Ⅳ21—Alxa continental rise;Ⅳ31—Alxa depression;Ⅳ41—Hexi Corridor continental margin;Ⅳ2—Shanxi-Shaanxi block

2 礦床地質特征

2.1 礦床構造特征

塔木素鈾礦床位于因格井雙斷型凹陷中，賦存于凹陷北部下白堊統巴音戈壁組底界面微斜坡上。下白堊統巴音戈壁組與上白堊統烏蘭蘇海組呈微角度不整合接觸，缺失下白堊統蘇紅圖組。下白堊統巴音戈壁組沉積后，受北東方向應力場作用，盆地構造反轉，地層由北東向南西抬升掀斜，形成微向斜（圖2）。在下白堊統巴音戈壁組沉積后到上白堊統烏蘭蘇海組沉積前，盆地遭受了大量的抬升剝蝕，表現為巴音戈壁組缺失頂部褐色泥巖。

晚白堊世烏蘭蘇海組沉積后，北部蝕源區持續隆升，使得盆地北部上白堊統烏蘭蘇海組大部被剝蝕，形成晚白堊世剝蝕窗口，有利于含鈾含氧水向盆地內運移（圖2）。在古近紀，凹陷受喜山運動影響，凹陷南部早期斷裂發生活化，盆地由南西向北東抬升，地層剝蝕，形成古近紀剝蝕窗口。

2.2 目的層巖石學及沉積體系特征

圖2 塔木素鈾礦床淺層地震剖面圖（a）和塔木素鈾礦床淺層地震剖面解譯圖（b）1—下白堊統巴音戈壁組上段；2—下白堊統巴音戈壁組下段；3—侏羅系及古生界；4—地震解譯追蹤界面及編號；5—解譯斷層及編號Fig.2Shallow seismic profile of the Tamusu uranium deposi（ta）and interpretation of shallow seismic profile of Tamusu uranium deposi（tb）1—Bayingobi Formation of Upper Cretaceous;2—Bayingobi Formation of Lower Cretaceous;3—Jurassic and Paleozoic;4—Seismic interpretation tracking interface and its serial number;5—Interpretation of fault and its serial number

礦床的主要含礦層下白堊統巴音戈壁組上段二巖段，巖性主要為褐黃色、黃色、紫紅色、褐紅色、灰色、灰黑色含礫砂巖、砂巖、泥巖和粉砂巖，局部可見薄層泥灰巖?；疑鄮r、粉砂巖和砂巖中見植物碎片、炭屑和黃鐵礦等還原介質。通過巴音戈壁組上段二巖段鉆孔取樣，采取薄片樣品54件（圖3），經鑒定砂巖主要為長石砂巖，其次為巖屑長石砂巖和長石石英砂巖，顆粒支撐結構，少部分為雜基支撐結構。砂巖碎屑成分以石英、長石為主，巖屑（主要為花崗巖屑，少量火山巖巖屑和變質巖巖屑）次之，含少量云母及重礦物。其中，重礦物主要為磁鐵礦、榍石、電氣石、綠簾石、石榴子石、鋯石等，母巖主要為蝕源區的花崗巖或變質巖。巴音戈壁組上段二巖段碎屑顆粒形態以次棱角狀為主，占65%，棱角狀次之，占19%，磨圓度較好的樣品數所占比例小，僅為16%。巴音戈壁組上段二巖段砂巖成分成熟度和結構成熟度均較低，碎屑物搬運距離短，為近源、快速沉積的產物。

塔木素鈾礦床巴音戈壁組上段劃分為3個巖段，分別為巴音戈壁組上段一巖段、巴音戈壁組上段二巖段和巴音戈壁組上段三巖段。其中，巴音戈壁組上段一巖段主要為扇三角洲-湖泊沉積，主要為暗色、黑色砂礫巖、泥巖，泥巖中大量發育炭屑、同沉積黃鐵礦；巴音戈壁組上段二巖段主要為扇三角洲-湖泊沉積（圖4，圖5）。巴音戈壁組上段三巖段主要為扇三角洲-湖沼沉積，湖沼分布于整個礦床范圍，主要為灰色、灰白色砂礫巖、泥巖，泥巖中含少量炭屑、黃鐵礦等。巴音戈壁組上段二巖段扇三角洲主要由扇三角洲平原和扇三角洲前緣組成（圖5）。扇三角洲平原主要發育水上分流河道、分流間灣及決口扇等。扇三角洲平原分流河道砂體具有粒度粗的特點，以砂質礫巖或礫巖沉積為主，發育疊瓦狀構造和槽狀交錯層理，底界面為沖刷面，見滯留沉積的泥礫和植物莖干。分流間灣，以細粒沉積物充填為主，見植物莖干、根化石、動物潛穴，動物潛穴以粗大的垂直潛穴為特征（圖6），代表了極淺水或周期覆水的沉積環境。扇三角洲前緣是扇三角洲的水下部分，以河口壩砂體或水下分流河道砂體與扇三角洲前緣泥構成的互層沉積，垂向上為倒粒序（圖4）。扇三角洲前緣主要的微相為水下分流河道、河口壩。水下分流河道以灰色、褐黃色和褐紅色砂巖為主，分選磨圓均較好，發育槽狀交錯層理，河道底部見滯留沉積。水下分流河道以中細粒沉積物為主，概率曲線以跳躍總體和懸浮總體為主，滾動總體較少；跳躍總體斜率為45°，分選中等。平均值（Mz）為1.24，粒度中等；分選系數（Σ）為 0.90，分選中等；偏度（SK）為0.03，主峰偏于細；峰度（KG）為0.99，中等（近正態）。河口壩砂體與三角洲前緣泥互層（圖7），可分為近端河口壩和遠端河口壩。近端河口壩砂體成透鏡狀，底部沖刷現象明顯，前緣泥所占比例較少。遠端砂體比近端河口壩砂體薄，呈不連續的席狀分布，前緣泥比例大。由于水動力強弱不同，近端河口壩的粒度比遠端壩要粗。另外，由于河口壩或水下分流河道砂體在沉積時飽含孔隙水，所以在上覆沉積物荷載下容易形成水下滑塌構造，發育液化變形構造。三角洲前緣泥沉積與三角洲前緣河口壩呈互層（圖7）。扇三角洲前緣泥實為扇三角洲沉積間歇期的湖侵沉積，在遠端河口壩發育的層段，單層的扇三角洲前緣泥普遍較厚，而在近端河口壩發育的層段，扇三角洲前緣泥較薄。扇三角洲前緣泥具有與湖泊沉積成因相似，淡水動物化石發育。前扇三角洲分布在礦床南東部，整體呈東西向展布。濱淺湖沉積主要由深灰色、淺灰色泥巖、粉砂巖和薄層的砂巖組成，炭化植物碎屑較發育。礦床內的鈾礦體主要賦存于扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相中，在扇三角洲前緣泥中見有少量鈾礦體（圖5）。

圖3 巴音戈壁組上段砂巖三角圖分類（?？松皫r分類）Ⅰ—石英砂巖；Ⅱ—長石石英砂巖；Ⅲ—長石砂巖；Ⅳ—巖屑長石砂巖；Ⅴ—長石巖屑砂巖；Ⅵ—巖屑砂巖；Ⅶ—巖屑石英砂巖Fig.3 Triangular classification of sandstone in the Upper Bayin Gobi Formation(Folk sandstone classification)Ⅰ—Quartz sandstone;Ⅱ—Feldspar quartz sandstone;Ⅲ—Feldspathic sandstone;Ⅳ—Lithic-feldspathic sandstone;Ⅴ—Feldspar lithic sandstone;Ⅵ—Lithic-sandstone;Ⅶ—Lithic-quartz sandstone

2.3 層間氧化帶特征

圖4 巴音戈壁組上段二巖段扇三角洲平原及前緣沉積序列圖a.扇三角洲平原沉積序列（ZKH80-32）；b.扇三角洲平原及前緣沉積序列圖（ZKH64-40）；c.扇三角洲前緣沉積序列圖（ZKH64-40）1—水下泥石流；2—含礫粗砂巖；3—含礫中砂巖；4—含礫細砂巖；5—粉砂巖；6—泥巖；7—正粒序；8—倒粒序；9—槽狀交錯層理；10—滑塌層理；11—疊瓦構造；12—沖刷面；13—動物潛穴；14—泥礫；15—植物莖稈；16—沉積微相Fig.4 Sequence diagram of fan delta plain and fan delta front in the 2nd member of Upper Bayin Gobi Formationa.Sedimentary sequence of fan delta plain(ZKH80-32);b.Sedimentary sequence of fan delta plain and front(ZKH64-40);c.Sedimentary sequence of fan delta front(ZKH64-40)1—Underwater debris flow;2—Gravel-bearing coarse sandstone;3—Gravel-bearing medium sandstone;4—Gravel-bearing fine sandstone;5—Siltstone;6—Mudstone;7—Normal grain sequence;8—Down grain sequence;9—Trough cross bedding;10—Collapse bedding;11—Imbricate structure;12—Scour surface;13—Animalburrow;14—Mud gravel;15—Plant stalk;16—Sedimentary microfacies

塔木素鈾礦床巴音戈壁組上段3個巖段垂向上構成穩定的“泥-砂-泥”地層結構（圖8）。

層間氧化帶發育在2個隔水巖層之間的含水層中。巴音戈壁組上段一巖段和三巖段以湖泊沉積為主，層間氧化作用較弱，層間氧化帶主要發育于巴音戈壁組上段二巖段。剖面上，層間氧化帶形態多為層帶狀。氧化帶的發育程度受巴音戈壁組上段二巖段砂體滲透性控制。氧化帶沿河道呈多層帶狀發育，以褐黃色、褐紅色粗砂巖、中砂巖、細砂巖為主，見染狀褐鐵礦化或褐鐵礦化斑點。

圖5 巴音戈壁組上段二巖段沉積體系及巖石地球化學圖1—辮狀分流河道；2—水下分流河道+河口壩；3—分流間灣；4—決口扇和決口河道；5—水下泥石流；6—前緣泥；7—淺湖；8—主流線；9—巖相界線；10—完全氧化帶/氧化還原過渡帶/還原帶界線；11—二巖段工業鈾礦孔；12—二巖段鈾礦化孔；13—二巖段鈾異?？?；14—物探參數孔；15—水文地質孔；16—勘探線及編號Fig.5 Deposition system and petrogeochemical map of the 2nd member of Upper Bayin Gobi Formation1—Braided distributary channel;2—Underwater distributary channel+estuary dam;3—Diverting bay;4—Mouth fan and crevasse river;5—Underwater debris flow;6—Front mud;7—Shallow lake;8—Mainstream line;9—Lithofacies boundary;10—Complete oxidation zone/redox transition zone/reduction zone;11—2nd member industrial uranium ore hole;12—2nd member uranium mineralized hole;13—2nd member uranium mineralized hole;14—Geophysical parameter hole;15—Hydrogeological hole;16—Exploration line and number

從剖面來看，層間氧化帶由北向南，厚度逐漸變小，埋深逐漸變淺。在北部，氧化砂體的厚度與含水層的厚度基本一致，向南氧化砂體的厚度變薄，小于含水層的厚度，逐步尖滅，氧化砂體厚度在75～150 m內鈾礦化較好。還原砂體厚度展布趨勢與氧化砂體厚度展布趨勢相反，在氧化砂體厚度大的地方還原砂體厚度小，還原砂體厚度在40～100 m時礦化較好。在礦床南部主要為前三角洲泥巖、粉砂巖，氧化不發育。氧化砂體比率展布與氧化砂體厚度展布具有一定的相似性，比率在40%～70%時鈾礦化相對較好。鈾礦化主要產于氧化砂巖與灰色砂巖和灰色泥巖接觸部位（界面控礦），在砂巖和泥巖中均有工業鈾礦體的產出。平面上，層間氧化帶水平分帶明顯，北部靠近盆緣一側砂體完全氧化，發育完全氧化帶，向湖盆方向逐漸過渡為氧化還原過渡帶和還原帶（圖5）。氧化還原過渡帶寬度大于2.0 km，氧化帶前鋒線近東西向展布，呈不規則蛇曲狀，延伸大于7.0 km。巴音戈壁組上段鈾礦化受層間氧化帶控制，鈾礦化位于氧化還原過渡帶內，在氧化砂體厚度中等偏薄的地區最為有利。

3 鈾礦化特征、流體動力學及成礦模式

礦床內鈾礦化主要與層間氧化作用和扇三角洲沉積有關。鈾礦體類型有砂巖型、砂泥混合型、后生泥巖型和同沉積泥巖型，主要為砂巖型和砂泥混合型（圖9）。

在扇三角洲砂體和層間氧化作用發育情況下，多發育砂巖型鈾礦體；在扇三角洲砂體發育，同時由橫向相變泥巖隔層較多時，多發育砂泥混合型鈾礦體；在扇三角洲平原分流間灣泥巖、粉砂巖發育較多時，在其裂隙和溶蝕孔洞中（水巖作用）發育后生泥巖型鈾礦體；在三角洲前緣或前三角洲，由于泥巖沉積成巖過程中鈾含量達工業鈾礦化時，形成同沉積泥巖型鈾礦體。礦床的礦體主要受礦床層間氧化作用和沉積相相變制約。

圖6 巴音戈壁組上段二巖段扇三角洲平原沉積典型現象a.扇三角洲平原分流河道槽狀交錯層理；b.扇三角洲平原分流河道疊瓦狀構造；c.河道沖刷面；d.分流間灣碳化的植物莖干；e.分流間灣發育的垂直動物潛穴；f.分流間灣發育的植物根化石Fig.6 Typical sedimentary phenomena of fan delta plain in the 2nd member of Upper Bayin Gobi Formationa.Crisscross bedding of the fan delta plain distributary channel;b.Imbricate structure of the fan delta plain distributary channel;c.Scour surface of the channel;d.The carbonized plant stem of the distributary bay;e.Vertical animal burrows of the distributary bend;f.Plant root fossils of the distributary bend

3.1 礦體分布及鈾礦化蝕變特征

礦床內的礦體主要分布于扇三角洲平原和扇三角洲前緣，零星分布于前三角洲泥巖中。礦床共發現礦體56個，這在同類型砂巖型鈾礦中屬于特例，如二連盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地和伊犁盆地等鈾礦床均為簡單板狀、卷狀，礦體較穩定（聶逢君等，2015；劉波等，2016；2017a；2017b；2018；丁波等，2017）。塔木素鈾礦床礦體為砂巖型和砂泥混合型，其次為后生泥巖型和同沉積泥巖型。其中，砂巖型、砂泥混合型和后生泥巖型為后生成因，與沉積后期流體作用關系密切；同沉積泥巖型，為同沉積成因。

圖7 巴音戈壁組上段二巖段扇三角洲前緣沉積典型現象a.扇三角洲前緣泥與河口壩沉積；b.扇三角洲前緣泥與粉砂巖互層Fig.7 Typical sedimentary phenomena of fan delta front in the 2nd member of Upper Bayin Gobi Formationa.Mud and mouth bar deposits of fan delta front;b.Mud and siltstone interlayer of fan delta front

礦床主要的蝕變有赤鐵礦化/褐鐵礦化、白云石化、方解石化、石膏化、黃鐵礦化、綠泥石化、螢石化等。赤鐵礦化、褐鐵礦化主要發育于層間氧化帶內，在氧化帶和氧化還原過渡帶發育，主要表現為砂巖氧化呈黃色、褐紅色，發育于成礦作用的整個階段（圖10）；白云石化、方解石化和石膏化，主要發生于沉積后期（成礦前期），在高熱流的盆地內，含鈣鎂的熱鹵水交代先成的碳酸鹽礦物和碎屑巖，主要表現為白云石交代方解石、交代碎屑物和方解石交代碎屑物，使得交代后，孔隙度增大，有利于后期鈾礦物的充填。石膏主要發育在碎屑物間隙內，特別是在石膏很發育的地段，碎屑物粒間幾乎全部為石膏，同時見石膏交代石英、斜長石及碳酸鹽等。

成礦期主要的鈾礦物為瀝青鈾礦、鈾石和鈦鈾礦，共生的主要礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦等。礦床內的鈾礦物主要以獨立礦物的形式存在，見少量吸附態鈾；礦床內的鈾礦化主要的分布形式有3種：①主要分布于礦物的解理內、礦物表面孔洞、礦物的周邊、礦物的裂隙；②分布于膠結物中；③分布于植物碎屑內。礦床內的黃鐵礦主要為膠狀、草莓狀、花朵狀和球粒狀等，與鈾礦化的關系密切。礦床內可見少量方鉛礦，與鈾礦化同期生成。成礦后期的蝕變礦物主要有螢石、石膏和鐵氧化物。螢石主要發育于砂巖的膠結物中，可能與蝕源區花崗巖中含F礦物與砂巖中的鈣質發生反應，在砂巖孔隙中沉淀，與成礦作用關系不明顯；石膏的形態有3種，即順層產出的石膏（沉積成因）、穿切層理呈脈狀產出的石膏和較均勻地分布在砂巖膠結物中的石膏。石膏發育于成礦晚期，主要發育于巖石裂隙、層間軟弱面和碎屑物間隙。石膏充填的裂隙系統為后生泥巖型鈾礦化提供了通道和發育場所。

3.2 流體動力學及鈾成礦模式

因格井凹陷為雙斷型，凹陷北部和南部均遭受了剝蝕，為殘留盆地。下白堊統巴音戈壁組沉積后，盆地出現長時間沉積間斷，與晚白堊世烏蘭蘇海組呈微角度不整合。在早白堊世巴音戈壁組上段沉積期，因格井凹陷比較開闊，巴音戈壁組上段地層呈水平沉積。巴音戈壁組沉積后，盆地受古亞洲造山帶和濱西太平洋的雙向擠壓，凹陷北部宗乃山-沙拉扎山隆起抬升明顯，使得北部下白堊統巴音戈壁組上段抬升剝蝕，形成早白堊世巴音戈壁期—晚白堊世長期的沉積間斷，形成大型的剝蝕窗口。盆地內的含鈾含氧水順剝蝕窗口向盆地內運移，在巴音戈壁上段二巖段“泥-砂-泥”地層結構的約束下，與外部還原介質、砂體內本身的還原介質、還原（流）氣體發生作用，形成鈾礦體（圖11）。

圖8 塔木素鈾32號線典型地質剖面圖1—巴音戈壁組上段三巖段；2—巴音戈壁組上段二巖段；3—巴音戈壁組上段一巖段；4—灰色砂巖；5—黃色氧化砂巖；6—泥巖；7—氧化邊界線；8—段界線；9—氧化帶前鋒線；10—鈾礦體及編號；11—鈾礦化體；12—鉆孔孔號、標高及深度；13—伽瑪曲線Fig.8 Typical geological section along No.32 line of the Ttamusu uranium ore deposit1—The 3rd member of the Upper Bayin Gobi Formation;2—The 2nd member of the Upper Bayin Gobi Formation;3—The 1st member of the Upper Bayin Gobi Formation;4—Gray sandstone;5—Yellow oxide sandstone;6—Mudstone;7—Themember boundary;8—Sandstone boundary;9—Oxidation front;10—Uranium orebody and its serial number;11—Uranium mineralized body;12—Serial number,elevation and depth of the drill hole;13—Gamma curve

圖9 塔木素鈾礦床礦體類型平面分布圖1—工業鈾礦孔；2—鈾礦化孔；3—鈾異?？?；4—砂巖型鈾礦體；5—混合型鈾礦體；6—后生泥巖型鈾礦體；7—同沉積泥巖型礦體；8—勘探線及編號Fig.9 Distribution of the types of orebodies in the Tamusu uranium deposit1—Industrial uranium ore hole;2—Uranium mineralization hole;3—Uranium anomaly hole;4—Sandstone type uranium orebody;5—Mixed uranium orebody;6—Epigenetic mudstone type uranium orebody;7—Synsedimentary mudstone type orebody;8—Exploration line and its serial number

在晚白堊世烏蘭蘇海期，盆地進入坳陷期，在凹陷內沉積了烏蘭蘇海組，主要為一套曲流河-沖積平原沉積，形成了區域蓋層；在古近紀，受喜山運動的影響，盆地由南西-北東發生抬升，凹陷南部地層整個抬升翹起，巴音戈壁組形成微向斜，在礦床東部缺失烏蘭蘇海組。通過對盆地內鈾礦石礦物瀝青鈾礦進行年齡測定，鈾成礦作用表現為3期：第一期早白堊世中晚（（109.7±1.5）Ma～（115.5±1.5）Ma）；第二期為晚白堊世晚期—古近紀（（45.4±0.6）Ma～（70.9±1.0）Ma）；第三期為新近紀（（2.5±0.0）Ma～（12.3±0.2）Ma）（核工業二〇八大隊，2015）。盆地內鈾成礦作用表現為多期、多階段，與區域構造熱事件密切相關。在早白堊世中-晚期，盆地內伴隨著恩格爾烏蘇斷裂的活動，同時有蘇紅圖組火山巖的大面積噴發。據鐘福平等（2011）對盆地內蘇紅圖坳陷火山巖的39Ar-40Ar同位素測年可知，其火山巖的噴發年齡為（105.55±4.03）Ma～（112.71±2.06）Ma，為早白堊世噴發。伴隨著火山噴發，宗乃山隆起發生抬升，使得含鈾含氧水向盆地內運移，發育層間氧化作用，該期氧化作用，伴隨著后期氧化作用的改造，主要為赤鐵礦化或在褐鐵礦化中可見赤鐵礦化斑點。從礦床的赤鐵礦化發育情況看，該期氧化作用強烈，可能為主要成礦期。

圖10 塔木素鈾礦床造巖礦物、蝕變礦物及鈾礦物生成順序示意圖Fig.10 Schematic diagram of rock-forming minerals,altered minerals and uranium minerals in the Tamusu uranium deposit

晚白堊世晚期（80～65 Ma左右，韓偉等，2015；劉溪等，2017），盆地經歷了由北向南強烈的推覆作用（韓偉等，2015；劉溪等，2017），與盆地內典型礦床的第二期成礦年齡相對應。伴隨著盆地晚白堊世晚期—古近紀盆地由北向南的推覆抬升，盆地內在原有基礎上發育有疊加的黃色褐鐵礦化層間氧化作用，該期盆地抬升較第一期弱，層間氧化帶的規模也較上期小，表現為盆地內褐鐵礦化分布較赤鐵礦化分布范圍小。該時期盆地古氣候炎熱干旱，盆地蒸發量增強，使得表生鹽度高鹵水向盆地內滲入，在盆地內巴音戈壁組上段二巖段層間破碎、裂陷、微孔隙充填發育了大量石膏和碳酸鹽（圖11）。在盆地擠壓抬升過程中，深部有機流體（還原氣體）向上運移（張成勇等，2015），還原氣體與發生反應生成黃鐵礦，該期主要特點為發育了大量的自形-半自形和分散浸染狀黃鐵礦。黃鐵礦和植物炭屑的還原作用導致礦質沉淀，該期形成的鈾礦體主要為砂巖型、砂泥混合型和后生泥巖型，其中后生泥巖型主要與微裂隙、層間軟弱面發育的黃鐵礦還原作用有關。在新近紀，受喜山運動影響，盆地受南西到北東的整體劇烈抬升，使得古近系、上白堊統在盆地南部遭受剝蝕，宗乃山隆起被大量剝蝕改造，造山帶和盆地的高差減小。由于剝蝕抬升，使得含鈾含氧水向盆地內繼續運移，由于受紅格爾-諾日公隆起的影響，盆地內地下水由徑流-弱徑流，轉為滯水。從礦床現有水化學特征看，盆地內水為古水和現代水的混合水，為-Cl-Na型水。該時期由于氣候持續干旱炎熱，在較封閉滯留水的環境下，盆地內水巖作用強烈，盆地內NaCl型高礦化度地下水中的Na+替換了斜長石中的Ca2+，使得斜長石由更長石轉變為鈉長石，被替換出的鈣離子與地下水中的、和Mg2+形成白云石等碳酸鹽礦物，同時交代了原有的方解石，在巖石中形成孔洞（王鳳崗等，2018）。該過程中發生的脫碳作用，促使地下水中以[UO2(CO3)3]4-、[UO2(CO3)3]2-等碳酸鈾酰絡合離子及MgCO3·NaUO2(CO3)2復鹽發生分離而形成了鈾的沉淀。在受擴散作用影響，水中的鈾趨向于向水巖作用相對強烈地段遷移，從而促使鈾在特定的層位集中、富集。同時，斜長石因水巖作用（溶解、溶蝕等），在解理面及表面形成了次生的縫隙及孔洞等，為鈾沉淀提供了空間。成巖后，含、等的酸性地表水沿層間下滲，溶解了砂巖中碳酸鹽膠結物而形成了溶洞，為后期再次遷移的鈾提供了沉淀空間，并形成了鈾的進一步疊加、富集（王鳳崗等，2018）。

4 礦體成因模型

礦床內鈾礦體主要受層間氧化作用、地層結構、有機質控制。礦床內礦體個數多，成因復雜。礦體主要有砂巖型、砂泥混合型、后生泥巖型和同沉積泥巖型。砂巖型、砂泥混合型和后生泥巖型鈾礦體主要受層間氧化作用和有機質、深部流（氣）體控制。砂巖型鈾礦體發育于砂體比較好的扇三角洲平原分流河道、扇三角洲前緣水下分流河道中，鈾礦體主要位于氧化砂巖與灰色砂巖界面、氧化還原過渡帶中（圖8，圖12）。砂泥混合型鈾礦體發育于扇三角洲分流河道與分流間灣、河道間泥巖結合的部位，礦化發育于砂巖和泥巖中，泥巖中發育微弱氧化作用（圖12）；后生泥巖型鈾礦化發育于垂向河道之間的分流間灣、河道間、晚期洪泛平原泥質粉砂巖中，泥巖中見裂隙和溶蝕的孔洞，鈾礦化主要發育于裂隙帶附近黃鐵礦化發育的泥巖孔洞中，泥巖裂隙中多見褐鐵礦化。后生泥巖型鈾礦化與層間氧化作用的關系密切，主要發育于扇三角洲平原分流間灣、分流河道間泥巖中。同沉積泥巖型鈾礦化受早白堊世巴音戈壁組上段二巖段沉積作用的控制，泥巖的吸附作用較強，鈾富集明顯，形成泥巖型鈾礦體。

圖11 巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床鈾成礦模式示意圖a.鈾沉淀富集示意圖；b.黃色氧化砂巖；c.氧化還原過渡帶砂巖（砂泥混合型礦石）；d.后生泥巖型礦石；e.裂隙中充填的碳酸鹽化1—氧化帶；2—頂底板深灰色泥巖及灰色建造；3—辮狀河三角洲砂體；4—泥巖；5—碳酸鹽化；6—黃鐵礦化；7—碳屑；8—鈾礦體；9—含鈾含氧水Fig.11 Schematic uranium metallogenic model of the Tamusu uranium deposit,Bayin Gobi basina.Diagram of uranium precipitation and enrichment;b.Yellow oxidized sandstone;c.Redox transition zone sandstone(sand mud mixed ore);d.Epigenetic mudstone type ore;e.Carbonate carbonation filled in fissure 1—Oxide zone;2—Deep gray mudstone and gray formation of top and bottom;3—Braided river delta sand body;4—Mudstone;5—Carbonation;6—Pyrite mineralization;7—Carbon chip;8—Uranium orebody;9—Uraniferous water

5 結 論

（1）塔木素鈾礦床主要位于因格井凹陷內，凹陷為雙斷型。凹陷在早白堊世巴音戈壁組沉積后—晚白堊世烏蘭蘇海組沉積前，受宗乃山隆起間歇性抬升影響，地層掀斜抬升，遭受剝蝕，同時使得巴音戈壁組形成微向斜。晚白堊世烏蘭蘇海組沉積后，北部蝕源區持續隆升，上白堊統烏蘭蘇海組大部分被剝蝕，形成晚白堊世剝蝕窗口。古近紀，受喜山運動影響，凹陷南西部抬升，晚白堊世烏蘭蘇海組在礦床南西部遭受嚴重剝蝕，在礦床南西形成古近紀剝蝕窗口。剝蝕窗口的發育有利于后生含鈾含氧水向盆地內運移成礦。

（2）盆地內主要的目的層為下白堊統巴音戈壁組上段二巖段，為扇三角洲-湖沼沉積，其與巴音戈壁組上段一巖段、三巖段構成穩定的“泥-砂-泥”結構。內外部還原介質在一定程度上控制了層間氧化作用和鈾成礦。巴音戈壁組上段一巖段、三巖段湖相暗色泥巖，深部的還原性流（氣）體等，為鈾成礦提供了間接還原介質。巴音戈壁組上段二巖段內發育的有機質、黃鐵礦等為鈾成礦提供了直接的還原介質。

（3）層間氧化作用為盆地內鈾礦床的主要鈾成礦作用。鈾成礦作用主要表現為多期多階段性，與區域構造熱事件密切相關。礦床蝕變礦物組合復雜，成礦前期蝕變礦物組合為白云石、方解石和石膏；成礦期主要的蝕變礦物組合為褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦物、吸附態鈾和方鉛礦；成礦后期主要蝕變礦物組合為螢石、石膏和鐵氧化物。礦床內礦體為砂巖型、砂泥混合型、后生泥巖型和同沉積泥巖型，不同的氧化帶和沉積相變控制礦體的產出。

（4）礦床整體成因復雜、礦體類型多樣，礦床的形成是層間氧化作用、地層結構、有機質和還原流（氣）體等多因素耦合的結果。通過鈾成礦模式和礦體模型的總結，為礦床成礦作用標志總結和盆地內其他地區勘查和戰略選區提供借鑒。

致 謝野外期間得到核工業二〇八大隊地勘三處同事的全力支持和幫助。匿名審稿人給予了好的意見及建議，使文章在原有基礎上認識進一步提高，特此謝忱。