郝朋，郭煦劼，童勤龙，叶发旺，刘波

（1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010；2.核工业北京地质研究院 遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029）

砂岩型铀矿床由于其经济可采、可地浸［1］、绿色环保，成为世界铀矿床开采的主要类型。近年，在中国北方盆地发现了一系列砂岩型铀矿床，铀矿床开采从以往的地下硬岩型铀矿床（南方地区）转为地浸开采（北方盆地）的砂岩型铀矿床［2］。砂岩型铀矿床赋存的沉积环境主要为河流相（如二连盆地巴赛齐铀矿田）［3-5］，辫状河三角洲相（如鄂尔多斯盆地、松辽盆地和伊犁盆地［6-7］）和扇三角洲相（如巴音戈壁盆地塔木素铀矿床［8-10］）。盆地内砂岩型铀矿床的形成主要受氧化还原过渡带控制，氧化流体携带铀从蚀源区运移，在盆地内还原介质的作用下沉淀［11］。

层序地层学和沉积学早期主要应用在美国和欧洲等国家对盆地内砂岩型、不整合面型铀、铅锌矿等成矿规律研究和找矿预测［12-13］，并建立了相关的成矿模型。近些年，层序地层学、沉积学等方法在中国北方盆地砂岩型铀矿典型矿床研究、勘查评价中起到研究铀成矿规律及找矿预测方面的重要作用。

巴音戈壁盆地为中国北方重要的产油页岩、油气和铀盆地之一。盆地内依次发现了测老庙铀矿床和塔木素铀矿床。塔木素铀矿床为扇三角洲沉积背景下的层间氧化带型铀矿床［14］，主要目的层为下白垩统巴音戈壁组上段。不同学者对塔木素铀矿床在氧化带特征、成矿流体、沉积相和元素地球化学等方面开展了研究［14］，但对其层序地层研究较少。本文通过对塔木素地区含矿层体系域的划分、层序界面的识别、沉积体系域的重建，分析扇三角洲-湖相沉积与铀成矿的时空关系，建立层序与沉积成矿模型，探讨铀成矿规律，为后续勘查与找矿预测提供支撑。

1 区域地质和矿床地质

巴音戈壁盆地位于内蒙古西部，盆地北部为蒙根隆起，南东部为狼山隆起，南部为北大山-诺日公隆起，西部为北山隆起［15］。盆地发育于古亚洲造山带古生代基底基础上［16］，对基底构造具有一定的继承性［17-18］，南部与阿拉善地块相邻［19］。宗乃山-沙拉扎山隆起沿北东东走向将盆地划分为南部坳陷带和北部坳陷带，塔木素铀矿床位于苏亥图坳陷因格井凹陷内，北部为宗乃山-沙拉扎山隆起。凹陷为双断型，基底埋深0～1 000 m，一般300～800 m。凹陷基底地层为下元古界北山群中深变质岩，上石炭统阿木山组中酸性火山岩、碎屑岩和侏罗系等（图1）。岩浆岩主要分布于因格井凹陷的北部宗乃山-沙拉扎山隆起，主要出露志留纪花岗岩、石炭纪闪长岩、二叠纪花岗岩、花岗闪长岩和三叠纪花岗岩、辉长岩等，铀含量（6.5～50.2）×10-6，Th/U 值为3.3～5.4，铀浸出率30%～77.78%，一般为30.00%～49.20%，为盆地砂岩型铀矿的富集提供丰富的铀源。

图1 巴音戈壁盆地及邻区大地构造位置（a）和塔木素地区下白垩统巴音戈壁组上段底界埋深等值线图（b）［14］Fig.1 Buried depth contour map of upper member bottom of Lower Cretaceous Bayingebi formation in Tamusu area［14］

巴音戈壁盆地基底为石炭—二叠纪海相盆地（恩格尔乌苏洋与查干楚鲁洋），主要地层以绿片岩相变质岩，变质砂砾岩和碳酸盐岩等组成，该层位在哈日凹陷、查干凹陷发现油气储层，油气勘探成果显著。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。巴音戈壁组上段为主要的找矿目的层，主要发育扇三角洲-湖相沉积，铀矿化主要产于古气候由温暖湿润-半湿润半干旱的转换期（图2）。

图2 塔木素铀矿床巴音戈壁组上段层序地层及铀矿化分布图Fig.2 Sequence stratigraphy and distribution of uranium mineralization in the upper member of Bayingebi formation of Tamusu uranium deposit

2 沉积相特征

大量钻孔编录、沉积构造、岩性组合、测井曲线等特征研究表明，受盆缘断陷作用的控制，巴音戈壁组上段在凹陷边缘主要发育扇三角洲相沉积，凹陷中心主要发育湖相沉积。

2.1 扇三角洲相

2.1.1扇三角洲平原亚相

塔木素铀矿床扇三角洲平原主要由分流河道、天然堤、分流间湾和决口扇等组成，垂向上多为正粒序。分流河道的发育受盆地的沉降、河流的供给、迁移等控制，由盆地边缘到盆地内河道规模逐渐变小，沉积物粒度变细，下部侧向加积，上部呈垂向加积。分流河道底部见冲刷面及叠瓦状砾石呈定向排列（图3a），平原分流河道呈多期垂向堆叠的特征，以砂砾岩和中-粗砂岩为主，见平行层理（图3b）、板状交错层理（图3c）、槽状交错层理及粒序层理（图3d，图3e）。天然堤主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩及局部含砾砂岩，局部发育天然堤沉积。分流间湾位于分流河道间，主要为暗色沼泽化泥岩、泥质粉砂岩和泥炭，局部见煤线等（图3f）。暗色泥岩、粉砂质泥岩中发育大量碳化植物碎屑，局部泥岩中见薄层细分散状黄铁矿。决口扇主要发育于河道边缘，呈倒粒序，主要由薄层的红棕色含砾泥质粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和细砂岩组成（图4）。

图3 塔木素铀矿床扇三角洲平原典型沉积构造Fig.3 Typical sedimentary structures of fan delta plain in the Tamusu uranium deposit

图4 扇三角洲平原沉积亚相划分、测井曲线及铀矿化特征Fig.4 Sedimentary subfacies，logging curve and uranium mineralization characteristics of fan delta plain

2.1.2扇三角洲前缘亚相

扇三角洲前缘主要由水下分流河道、水下分流间湾和局部发育的河口坝等组成，垂向上为倒粒序。水下分流河道为水上部分的延伸，与分流河道比较，粒度偏细（图5）。从上游搬运来的沉积物以河口为点向盆地一侧扩散形成河口坝。水下分流河道垂向呈多河道叠置，侧向迁移。水下分流河道以灰色、褐黄色和褐红色砂岩为主，分选磨圆均较好，河道底部见滞留沉积。河口坝砂体与三角洲前缘泥互层，可分为近端河口坝和远端河口坝。近端河口坝砂体成透镜状，底部冲刷现象明显。近端河口坝砂体比远端厚，呈不连续的席状分布。受水动力强弱影响，近端河口坝砂体的粒度比远端粗。水下分流间湾发育暗色泥岩、泥质粉砂岩，暗色泥岩发育水平层理，在暗色泥岩、泥质粉砂岩中见炭屑，局部发育动物潜穴。在河口坝、水下分流河道中见板状交错层理、槽状交错层理、水下滑塌构造和液化变形构造等。

2.1.3前三角洲亚相

前三角洲发育于三角洲前缘的更远端。以细粒的泥岩和粉砂岩沉积为主，局部见重力流沉积。沉积物以较细的砂泥互层为主，主要见薄层的粉砂岩、粉细砂岩与暗色泥岩的互层，发育水平层理，局部粉砂岩与泥岩的互层中见泄水构造（图5）。

图5 扇三角洲前缘、滨浅湖沉积亚相划分、测井曲线及铀矿化特征Fig.5 Sedimentary subfacies，logging curve and uranium mineralization characteristics of fan delta front and shore shallow lake

2.2 湖相

以滨浅湖亚相为主。发育于凹陷的中心，主要由深灰色、浅灰色泥岩、粉砂岩和薄层的细粒砂岩组成，发育水平层理。在湖相泥岩中可见粒度均匀的浊流砂体，磨圆度和分选性较好，为重力流沉积。在湖相泥岩、泥质粉砂岩中发育碳化植物化石，同时在暗色的泥岩中可见顺层发育的薄层草莓状黄铁矿。

3 层序地层特征

层序按照不同尺度和分辨率可划分地层叠置样式、体系域及层序界面等。笔者通过204 个孔的岩心观察和测井资料解释对塔木素铀矿床巴音戈壁组上段层序地层进行了划分。

3.1 地层叠置样式

地层叠置样式为层序的基本单元。地层叠置样式的变化是由湖盆基准面旋回（水深变化）引起的，通过可容纳空间（A）/沉积物供给（S）的变化，造成的地层垂向序列的变化。地层叠置样式在时空上具有尺度性，在不同尺度的地层中可以观察到相同的叠置样式，按照成因可划分为强制水退（进积＋侵蚀）、正常水退（进积＋加积）和湖侵（退积＋加积）序列。本次研究以组为3 级层序（102～103m），体系域为4 级层序（10～102m）、地层叠置样式为5 级层序（10-2～102m）来划分地层单元。本次研究地层叠置样式按照成因进行划分，通过岩心观察和测井曲线解释，不同地层叠置样式表现了三角洲不同部位的沉积环境。

巴音戈壁组上段扇三角洲地层叠置样式为正常水退基准面升高形成的分流河道、水下分流河道等堆积样式。地层叠置样式底部边界标志为河道底部冲刷面、底部滞留砂砾岩、粗砂岩等沉积。扇三角洲平原地层叠置样式由多个向上变细的旋回组成，主要为底部的分流河道和顶部的河道边缘组成，视电阻率曲线为指状渐变钟形（图5）。扇三角洲前缘地层叠置样式由多个向上变粗的旋回组成，底部为扇三角洲前缘泥，顶部为水下分流河道、河口坝沉积，视电阻率曲线为渐变漏斗形。滨浅湖主要为灰色泥岩，视电阻率曲线为指状平直形（图5）。

3.2 体系域

体系域由同时期相互联系的沉积体系组成，受其界面控制，相当于4 级层序地层单元［20］。体系域是由地层叠置样式组成，不同的体系域所处的沉积环境不同，界面划分标志不同。

根据标准层序地层的4 分法，将塔木素铀矿床内下白垩统巴音戈壁组上段3 级层序划分为4 个体系域，分别为低位体系域（LST），湖侵体系域（TST）、高位体系域（HST）和下降期体系域（FSST）（图6）。

低位体系域（LST）主要由进积型＋加积型（正常水退）的扇三角洲地层叠置样式组成，底部由盆地边缘的不整合和盆地内相对的整合与下降期体系域（FSST）接触，同时在扇三角洲分流河道底部见冲刷面。顶部界面为最小湖泛面（最大水退面），局部被湖侵侵蚀，表现为扇三角洲分流河道顶部泥岩局部缺失。视电阻率曲线呈渐变齿状钟形和齿状漏斗形（图5）。低位体系域由早期的前三角洲、扇三角洲前缘进积为扇三角洲平原。

湖侵体系域（TST）主要由扇三角洲、湖泊下降期地层叠置样式组成（图6），底部为最小湖泛面，顶部为最大湖泛面，该时期盆地的沉积物供给较少，主要为湖相泥岩沉积，同时由于基准面的升高，在盆地边缘伴随着河流相的加积作用，发育小型的扇三角洲沉积。视电阻率曲线呈齿状钟形，局部漏斗形，晚期转为齿状平直形。由于湖侵体系域的底部表现为上超面，局部对下覆低位体系域顶部侵蚀，同时在湖岸线边缘形成湖泊的侵蚀面。湖侵体系域的顶部为最大湖泛面，同时也为高位体系域的下超面。研究区巴音戈壁组上段局部湖侵体系域和高位体系域被剥蚀（局部缺失）。

图6 巴音戈壁组上段96 号线层序典型剖面图Fig.6 Typical sequence profile of Line 96 in upper member of Bayingebi formation

高位体系域（HST）主要由进积型（正常水退）地层叠置样式组成，底部为最大湖泛面，伴随着分流河道的侵蚀，顶部为强制水退形成的不整合界面（巴音戈壁组上段顶部被剥蚀与乌兰苏海组呈不整合接触）。视电阻率曲线呈齿状漏斗形，视电阻率幅值高于湖侵体系域，低于低位体系域。

下降期体系域（FSST）主要由进积型（强制水退）地层叠置样式组成，底部对高位体系域顶部进行侵蚀作用，顶部受正常水退影响，在盆地边缘形成侵蚀面，在盆地内为相对的整合。视电阻率曲线呈突变的漏斗形。

研究区内扇三角洲沉积主要位于低位体系域，位于层序的底部。在低位体系域时期（早白垩世早期），湖盆基准面快速下降，在大量沉积物供给情况下，下切下降期体系域形成可容纳空间，发育了大面积的扇三角洲沉积，形成大规模的扇三角洲平原分流河道、扇三角洲前缘水下分流河道和河口坝沉积。随着基准面的升高，扇三角洲前缘水下分流河道主要以侧向加积为主，呈倒粒序，随着正常水退（进积作用），垂向上叠加了扇三角洲平原分流河道沉积，呈正粒序。在湖侵体系域局部发育扇三角洲前缘水下分流河道沉积。高位体系域主要为早期发育的扇三角洲前缘沉积，呈倒粒序。下降期体系域主要发育于层序的底部和顶部，底部主要为突变的岩性接触（泥岩-砂岩），电阻率曲线为突变漏斗形，在层序顶部表现为巴音戈壁组上段顶部的缺失。

4 讨论

4.1 沉积与铀矿化的关系

4.1.1沉积体系

矿床内发现的工业铀矿体多位于扇三角洲平原、扇三角洲前缘，局部分布于湖相泥岩中。低位体系域（LST）主要发育大规模的扇三角洲平原分流河道和扇三角洲前缘水下分流河道，分流河道呈南北向、北北西—南南东向分布（图7）。扇三角洲平原和前缘分流河道形成垂向和侧向的大规模砂体，砂体侧向连通性好，为氧化流体的大规模发育提供了通道，控制着氧化带的规模和范围，是成矿的基础。铀矿体多分布于分流河道和分流间湾的结合部位（泥岩厚度为50～175 m，在100～150 m 之间矿体最多）及分流河道与前三角洲泥岩的叠置部位（泥岩厚度为175～375 m，在150～175 m 厚度处矿体最多），指示随着分流间湾和湖沼沉积的暗色泥岩层的增厚，砂体非均质性增强，氧化流体运移速度降低，分流间湾中富含的有机质为含铀含氧流体中铀的卸载提供了还原介质。

图7 巴音戈壁组上段低位体系域沉积体系图Fig.7 Sedimentary system map of lowstand system tract of the upper member of Bayingebi formation

4.1.2砂体的还原介质特征

铀矿物主要发育于砂岩中碎屑颗粒的边缘、胶结物及植物碎屑中。铀矿物的沉淀主要与砂体中的有机质（炭屑、植物碎屑等）、黄铁矿和黏土矿物等有关。扇三角洲沉积过程中带来的陆源植物碎屑为成矿提供了还原剂。同时砂岩中长石等矿物的黏土化和孔洞，使得铀吸附于长石等矿物的表面或孔洞中，为黄铁矿的发育、铀矿物的沉淀提供了空间（图8）。

图8 巴音戈壁组上段砂体中还原介质及其与铀矿化的关系Fig.8 Reductive matters and uranium in the sandstone of the upper member of Bayingebi formation

塔木素铀矿床中出现大量的黄铁矿，是铀矿化富集重要的还原剂。在分流河道砂体中可见细晶状和团块状的黄铁矿，也见到黄铁矿分布在长石的溶蚀孔洞、表面及微裂隙、植物碎屑裂纹和植物胞腔内（黄铁矿交代植物胞腔）。沥青铀矿、铀石和含钛铀矿物与黄铁矿和有机质关系密切。通过对分流河道内黄色氧化砂岩、灰色含矿砂岩和暗色泥岩进行取样，灰色含矿砂体、暗色泥岩中有机炭、S、CO2、ΔEh 和Fe2+平均含量均高于黄色氧化砂岩，表明暗色泥岩和灰色含矿砂岩具有更高的还原容量，有机质和S 为铀成矿提供了直接还原介质（表1）。

表1 塔木素矿床氧化还原环境参数统计Table 1 Statistics of redox environmental parameters of the Tamusu deposit

4.2 层序地层与铀矿化的关系

下白垩统巴音戈壁组与下覆基底石炭—二叠系呈角度不整合。下白垩统巴音戈壁组共可划分为2 个三级层序（Sq1，Sq2）。层序Sq1 顶部主要发育下降期体系域（FSST），强制水退使盆地边缘遭受侵蚀，蚀源区物质向盆地内大量搬运，形成湖沼沉积，发育暗色泥岩、泥质粉砂岩等，泥岩有机质含量高。层序Sq2 由低位体系域（LST）、湖侵体系域（TST）、高位体系域（HST）和下降期体系域（FSST）组成。底部低位体系域（LST）主要为进积型扇三角洲沉积，发育扇三角洲平原分流河道、扇三角洲前缘水下分流河道和滨浅湖泥岩。扇三角洲分流河道构成扇三角洲沉积的主体，相互连通的分流河道砂体构成良好的铀储层，为氧化流体的规模发育提供基础。工业铀矿体主要分布于低位体系域扇三角洲平原分流河道中，部分分布于扇三角洲前缘水下分流河道中，少量位于高位体系域中（表2）。

表2 工业铀矿化分布Table 2 Distribution of economical uranium mineralization

在低位体系域之上发育湖侵体系域（TST）。随着基准面的抬升，发育了滨浅湖相粉砂质泥岩、泥岩等细粒沉积物，构成了顶部有利的隔水层。湖侵体系域在一定程度上可形成透镜状的砂体，细粒沉积物限制了含铀含氧水的运移，使其顺局部扇三角洲分流河道进行运移，进行卸载，在一定的含铀含氧水和有机质的还原作用下，形成铀矿化。在湖侵体系域发育期，由于盆地北部宗乃山-沙拉扎山隆起铀源条件好，在盆地内暗色泥岩中发育沉积期铀矿化。

高位体系域主要由泥岩、泥质粉砂岩等细粒沉积物组成，局部发育高位正常水退的砂体，但砂体规模小，连通性较差，故氧化带不发育，难以形成规模化的砂岩型铀矿化。

5 结论

1）下白垩统巴音戈壁组上段主要发育扇三角洲-湖相（以滨浅湖亚相为主）沉积，扇三角洲相可划分为3 个亚相和一系列微相。铀矿体主要位于扇三角洲平原分流河道、扇三角洲前缘水下分流河道中，分流河道砂体构成有利的铀储层。

2）下白垩统巴音戈壁组可划分为2 个三级层序（Sq1 和Sq2）。层序Sq1 未揭穿，层序Sq2由低位体系域（LST）、湖侵体系域（TST）、高位体系域（HST）和下降期体系域（FSST）组成。低位体系域（LST）构成较好的铀储层，湖侵体系域（TST）形成隔挡层，有利于铀成矿。

3）有机质和黄铁矿对铀成矿起重要作用。扇三角洲平原分流河道和扇三角洲前缘水下分流河道带来的有机质和黄铁矿，为铀成矿提供了重要的还原介质。黄铁矿主要与分流河道砂体和分流间湾中暗色泥岩有关。矿石中铀石、沥青铀矿与黄铁矿关系密切。