陈新军

(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院， 北京 100083)

鄂尔多斯盆地内蕴藏着丰富的石油、天然气、煤炭和铀等矿产资源[1-2]，且砂岩型铀矿与油气在成因和空间分布上的密切联系，为“油- 铀”兼探提供了基础条件。近年来，在盆地东北油气富集区附近部先后发现了大营、皂火壕、纳岭沟等一系列大、超大型砂岩铀矿[3-4]，并且中国石化与中核集团合作在杭锦旗东胜气田附近基本落实了一个中型铀矿床，表明在鄂尔多斯盆地进行“油- 铀”兼探，具有良好的勘探前景。在盆地东南缘虽然也发现了双龙、建庄、焦坪、瑶曲、彬县等一批矿床或矿化点[5-8]，但整体勘查成果和研究程度都相对较弱。为加强“油- 铀”兼探，了解油气矿权区内砂岩型铀矿的资源潜力，中国石化油田勘探开发事业部设立了《中国石化砂岩型铀矿资源评价》专项基金。2016年中石化在盆地南缘X探区开展了以砂岩型铀矿为勘查对象的老井复查工作，共复查油气探井、开发井约400余口，并发现一批放射性高异常钻井，表明该区具有一定的铀资源潜力。笔者以该区放射性异常特征为出发点，在对其成矿地质条件研究的基础上，分析其成矿机理，希望对该地区的进一步勘查开发提供帮助。

1 地质背景

X探区构造位置属鄂尔多斯盆地南部的伊陕斜坡与渭北隆起的过渡区，整体呈西北低东南高的单斜构造(图1)。探区内直罗组主要分布于西北部和中部，东南部大部已被剥蚀殆尽，整体表现为南东高、北西低，地层厚度由西北向东南逐渐减薄，西北部厚度最大可达100 m。直罗组底部埋深西北部约为200～400 m，中部约0～200 m，东南部要比北西部高约350 m左右。

1—第四系- 古近系；2—下白垩统； 3—中侏罗统直罗组；4—中侏罗统延安组； 5—中上三叠统；6—下三叠统；7—古生界；8—地层界线；9—不整合界线；10—断层； 11—砂岩型铀矿(化)点。图1 研究区构造地质略图Fig.1 The tectonic geological sketch of the study area

2 放射性异常特征

X探区油气钻井主要集中在西北部和中部，分布极不均匀。老井复查显示，该区放射性高异常井多达几十口，主体赋存层位为中侏罗统直罗组，主要为灰黄色、黄绿色块状砂岩夹杂色粉砂质泥岩、泥质砂岩。本区没有进行相同井的石油自然伽马测井和核工业定量伽马测井对比试验，根据鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区相同井的石油自然伽马测井和核工业定量伽马测井对比试验，分析认为大约980 API对应于铀矿专业放射性测井U含量0.01%边界品位。因此，本探区暂用GR>490 API表示放射性异常段，GR>980 API表示放射性矿化段。

2.1 L地区

L地区位于X探区西北部，其北北东部和北东部是分别是两个已发现的铀矿床。区内GR放射性异常井共8口，埋藏深度约200～400 m，主要发育于直罗组下部砂体中，GR最大值达到2 213 API。该异常区主体呈南西- 北东向展布，长度约14 km，宽约12 km，面积约75 km2(图2)。异常区最南部位于A井区，向北东方向展布，在A4井处分为两支，一支向北东向断续展布至A1井区，另一支向北西断续展布至A3井区。南部A、A6井区铀矿化强度最大，矿化平均值一般不超过1 400 API，单峰最大值可达2 088 API，平均品位约0.017 1%。北部A3井区矿化平均值为1 433 API，单峰最大值为1 632 API，平均品位约0.014 6，面积4.0 km2；东北部A1井区铀矿化平均值仅1 088 API，单峰最大值为1 093 API，平均品位约0.011 1%，面积1.3 km2。

图2 X探区西北部L地区放射性异常等值线Fig.2 The contour of natral gamma intensity in L sector, northwest of X exploration area

图3 X探区中部T地区放射性异常等值线Fig.3 The contour of natral gamma intensity in T sector, central of X exploration area

本区钻井密度较小，控制程度低，找矿空间相对较大，直罗组主要发育有层间氧化带和潜水氧化带，初步研究认为具有形成中大型砂岩铀矿床的资源潜力。

2.2 T地区

T地区位于X探区中部，区内GR异常大于300 API有十几口钻井，埋藏深度约100～200 m，GR异常强度较强，大于490 API有11口钻井，大于980 API有7口钻井；单峰最大值达10 821 API。该GR放射性异常条带在区内分布并不连续，东西向长约13 km，南北向宽约2.5 km，面积约26 km2，平面上显示为东、中、西3个部分(图3)。东部区域GR放射性异常分布面积最大，主要分布在B井区及其周围，异常平均值一般不超过1 600 API，但B井GR异常平均值达到2 566 API，最高可达10 821 API，厚度达到4.63 m，平米铀量3.04 kg/m2，达到工业铀矿井标准。该井是X探区发现铀矿化显示最好的钻井；中部GR放射性异常主要分布在B1井区、和B3井区和B4井区，GR放射性异常平均值一般在1 500 API以下；西部GR放射性异常主要分布在B5井周围，面积非常小，异常强度平均值为556 API。

本区钻井密度较大，控制程度相对较高，但找矿空间有限，按照现有钻井资料推测出一条呈东西向展布的铀矿化带，初步研究具有形成小型砂岩铀矿床的资源潜力，但是最有希望突破的区域。

2.3 K地区

K地区位于X探区东北部，区内GR放射性异常井有5口，异常发育层位主要在上三叠统延长组，属于同沉积铀矿化，矿化有2层，第一层位于延长组长7油层组，第二层在延长组长6油层组，矿化平均值约为500 API，平均品位约为0.005 3%，展布范围有限，只分布在几个井区，总体而言铀资源潜力有限，意义不大。

3 成矿地质条件

整体而言，研究区内的铀源、构造、岩性岩相、古气候、水文地质、还原条件等铀成矿地质条件非常有利。分析认为，区内铀富集成矿(铀矿化)的主控制因素主要是层间氧化带制约作用、水动力控制作用和油气还原抑制作用。

3.1 铀源

鄂尔多斯盆地基底岩石为太古宇及下元古界变质岩、混合岩、花岗片麻岩等。盆地南缘的秦岭造山带自太古代以来就经历了多次构造热事件改造，加里东期、海西期、印支期及燕山期富铀花岗岩分布广泛，其原始铀含量最高可达10×10-6，形成了多个放射性高异常场[9-10]。探区位于华北板块鄂尔多斯盆地南缘中新生代相对稳定的构造斜坡带，盆地南部周缘出露大量的变质岩和花岗岩体，其酸性、中酸性岩石占有较大比例，铀丰度较高[9-12]，提供了丰富的铀源。

3.2 构造

鄂尔多斯盆地晚侏罗世后发生的多期构造运动，地层缓慢隆起抬升并遭受剥蚀改造。鄂南地区构造相对比较简单，总体是一个平缓的单斜构造，东南高、北西低，地层倾角一般小于10°，适宜于层间氧化带的发育。区内主要发育NE和NW向两组断裂，断裂带一方面是地下水的局部排泄区，利于层间氧化带的发育；另一方面也沟通了深部油气，利于油气逸散以及氧化- 还原作用的发育。研究表明，鄂南地区直罗组下段铀矿化多数与油气改造作用相关[13-15]。

3.3 岩性与古气候

X探区直罗组上段以泥岩为主，下段砂体十分发育。全区共发育两支规模巨大河流，呈南西- 北东向展布(图4)。西部河流发育规模巨大，可进一步细分为两个分支，两分支河流间沉积主要发育在A7井、A6井、A2井一带，砂体厚度一般为20～40 m。其中西部分支河流主河道沿A8井-A3井展布，分布在工区西北部，宽度一般6～7 km，砂体厚度可达50 m以上，顺河道方向砂体分布稳定；东部分支河流主河道沿A9井-A1井展布，河道宽度一般6～10 km，砂体厚度大于50 m。东部河流发育规模略小，主要沿东部沉积剥蚀边界展布，河道宽度9～10 km，砂体厚度一般不超过35 m，由于探区东南部抬升剥蚀严重，该河道南部和东部砂体已经被剥蚀殆尽。直罗组下段辫状河道砂岩分布稳定，连通性和成层性较好，砂体孔隙发育，渗透率一般大于100×10-3μm2[16]，物性远优于其下部的延长、延安组，有利于含铀流体的运移。直罗组下伏延安组顶部为一套煤系地层，直罗组下段河道砂岩稳定发育且具有良好的物性条件，直罗组上段河漫滩泥岩沉积相对较发育，这三者形成了“泥- 砂- 泥(煤)”结构组合，为层间氧化带型铀矿发育提供了良好的地质条件。

含矿层直罗组下段为辨状- 曲流河相灰色砂岩，其沉积建造期为较温湿的古气候，适宜形成富含植物碎屑、炭屑及黄铁矿等的还原性砂体。晚侏罗世的构造运动，造成地层的抬升，使得直罗组暴露地表并长期遭受风化剥蚀，此时温湿的古气候转变为干旱- 半干旱，这对层间氧化带的发育非常有利。

图4 X探区直罗组下段砂体厚度等值线图Fig.4 The thickness contour of sand body in the lower part of Zhiluo Formation in X exploration area

3.4 层间氧化带

研究表明，鄂尔多斯盆地南缘发育有3期后生蚀变作用，中侏罗世晚期- 晚侏罗世的氧化蚀变，是最主要的氧化蚀变期。区内层间氧化带主要发育于直罗组下段的辫状河- 曲流河沉积体系，是早期氧化蚀变作用形成的红色或黄色氧化砂体，古水流由东南古隆起向北西低洼区方向渗滤，形成南西- 北东向的层间氧化带，氧化带岩石一般呈棕红色、褐红色、褐黄色等，标志性矿物是褐铁矿和赤铁矿，后经还原性油气的后生还原作用形成大规模的绿色蚀变带。层间氧化带的前锋线位于氧化还原过渡带一侧，主要位于氧化砂体的尖灭端或其下翼，铀矿体在平面上主要分布于此，产于氧化还原过渡带砂体尖灭部位及其相临的砂体中(图4)。因此，层间氧化带舌状体制约着铀矿体的展布，而其前锋线就是寻找富集矿体的有利部位。

3.5 水动力条件

X探区中晚侏罗世和晚白垩世至今长期处于缓慢隆升剥蚀改造阶段，探区整体呈西北低东南高的单斜构造，东南部缺失安定组和芬芳河组，使直罗组上段顶部直接暴露地表，大面积被剥蚀。由于盆地持续性掀倾，非常有利于探区东南缘含氧含铀水体沿直罗组河道发育，并向盆地内渗入，具有完整的补- 径- 排古地理地下水系统，这对层间氧化带的发育和铀的富集非常有利。根据油气钻井资料统计，本区侏罗纪- 白垩纪沉积期古水流发现为自南向北，即东南蚀源区为地下水补给区，直罗组河道砂体为径流，盆内湖湘沉积区为排泄区。通过采集的地下水样品可知，探区内地下水呈弱碱性，pH值一般为7.2～8.0，铀含量一般在5～10 μg/L，矿化度一般在0.6～1.2 g/L。这表明蚀源区(铀含量一般在4×10-6～6×10-6)一定量的铀在大气水的氧化作用下进入水中，由地表渗入地下经砂体、不整合面等向盆地内渗流，并连同直罗组砂岩自身赋存的铀(铀含量一般在3×10-6～4×10-6)在适宜部位富集。

3.6 油气还原条件

三叠系延长组是鄂南中生界的主力烃源岩，在湖侵、缺氧和富有机质背景下发育有多套暗色泥页岩，尤以长7底部的张家滩页岩为最[17-19]。X探区长7烃源岩分布稳定、有机质丰度高、母质类型好、热演化程度高，具有很强的生烃潜力。鄂尔多斯盆地南部白垩世以来存在两期重要的构造事件，即早白垩世末燕山第5幕构造抬升和古近纪以来的差异断块升降运动，分别对应了盆地南部的两次生排烃高峰期[14]。本区长7层段普遍存在异常超压，最高可达20 MPa，说明其排烃动力较大，这使得烃源岩生成的油气沿垂向叠置的砂体向上覆和下伏地层运移[19-20]。向上运移的充沛的油气资源沿断裂、下切河谷、角度不整合等不断向上渗入侏罗系直罗组，这大大增强了氧化砂体的还原能力。油气还原改造主要发生在古近纪以来，且油气活动具有多期性和长期性。在氧化- 还原作用成矿阶段，随着油气等还原性流体的持续渗入，抑制了氧化作用的进一步发展，层间氧化带前锋遇到向浅部运移的油气，发生氧化- 还原作用，活化迁移的铀被固定下来富集成矿。

4 成矿机理

X地区铀矿成因与盆地东北部杭锦旗地区的铀矿床具有相似之处，但也有差别[16]。本区处于直罗组下段辫状河道砂体的中部，较靠近上游，成矿过程整体可分为沉积预富集阶段、古层间氧化作用成矿阶段、氧化- 还原作用成矿保矿阶段(图5)。

1—基底；2—还原性砂体；3—层间氧化带；4—氧化- 还原带；5—铀矿体；6—煤线；7—含氧含铀流体运移方向；8—还原性流体运移方向；9—炭屑吸附的铀。图5 X探区铀成矿示意图Fig.5 The schematic diagram of uranium mineralization in X exploration area

4.1 沉积预富集

中侏罗统直罗组辫状河道含铀灰色砂体是铀预富集的载体，砂体中含有大量的植物碎屑和腐植层，对铀具有吸附作用，形成富铀地层。样品分析表明，直罗组灰绿色砂岩的铀含量为(15×10-6～30×10-6)，远远高于渭北隆起蚀源区的背景值[21]，且低品位铀矿化砂体(铀含量<0.010%)的沉积时代为中侏罗世。含矿层直罗组灰色砂岩建造期为温湿的古气候，有利于含有植物碎屑和腐植层等有机质的砂体沉积，这对铀具有一定的吸附作用，容易形成相对的富铀砂体，即形成铀的预富集。这也为后期铀的搬运和富集提供了一定量的铀源。

4.2 古层间氧化作用成矿

4.3 氧化- 还原作用成矿

鄂尔多斯盆地晚侏罗世后的燕山晚期运动，使得渭北隆起形成了一系列的EW向复式背向斜，晚白垩世以来又经历了喜山运动，形成了部分断裂构造[22-23]，为后期的砂岩型铀矿、油气以及热液流体提供了有利的富集场所和重要的运移通道。另外，大量研究成果表明渭北隆起晚侏罗世- 早白垩世的岩浆活动是晚古生代以来最重要的岩浆热事件[24]，这对于本区油气源岩的生排烃具有决定性的意义。

由于晚期构造运动形成的部分断裂打破了原来的地下水动力系统，古层间氧化作用得到抑制。同时，后期地层沉积厚度逐渐增大，受地层压实作用的影响，降低了含氧水的补给与下渗能力，影响了层间氧化作用的发育。再者，古近纪以来，下层丰富的烃源岩大量生、排烃，大量的油气不断沿断裂、不整合等向上渗入直罗组砂体，大大增强了砂体的还原能力，并在古层间氧化带前部形成氧化- 还原带。在过渡带内，由于在早期层间氧化蚀变阶段黑云母蚀变形成水黑云母与水白云母，同时析出大量的K+和Fe3+，K+和流体中的CO2发生反应，形成一种K2CO3强碱性溶液，与大量地下水相融后，形成一种弱碱性地下水环境。在这种弱碱性环境中，SiO2活度增大，部分石英熔融，并析出SiO2，进入孔隙水中。同时，由于含氧水的补给相对减弱，而下部层位上升而来的还原性流体的作用相对增强，在蚀变云母解理间形成球状黄铁矿。一方面，在氧化- 还原带形成的酸性流体溶液，促使砂岩中的U6 +铀酰离子被还原为U4+，并与水中的SiO2发生反应，在黄铁矿边缘形成铀矿物(铀石)，其分布直接受蚀变黄铁矿、黑云母控制；另一方面，随着下层还原性气体的持续性渗入，赋矿砂体被深部上溢的还原性流体二次还原，在碱性地下水环境中SiO2活度大增，使早期阶段形成的沥青铀矿转变为铀石，并对整个矿床具有保护作用。

5 结 论

1)X探区放射性高异常主要赋存层位为中侏罗统直罗组下段，位于探区西北部的L地区和中部的T地区，放射性异常特征明显，分布范围较广，具有形成砂岩型铀矿床的潜力。

2)总体来说，X探区砂岩型铀成矿地质条件非常有利。盆地南部周缘出露大量的变质岩和花岗岩体，铀源丰富；位于构造斜坡带，地层平缓；含矿层直罗组下段为辨状- 曲流河相灰色砂岩，层间氧化带非常发育；适宜的古气候；具有完整的补- 径- 排地下水系统；并且具有良好的还原条件。

3)通过细致分析，认为探区铀成矿过程整体可分为沉积预富集阶段、古层间氧化作用成矿阶段、氧化- 还原作用成矿保矿阶段。在沉积预富集阶段，中侏罗世温湿的古气候带来了丰富的有机质，对铀元素具有一定的吸附作用，形成相对的富铀砂体。在古层间氧化作用成矿阶段，早白垩世晚期至古近纪长期抬升剥蚀和干旱- 半干旱古气候，非常有利于层间氧化带发育，预富集的铀叠合古层间氧化作用带来的铀，在层间氧化带前锋线附近的氧化- 还原过渡环境中部分被还原形成沥青铀矿沉淀下来。在氧化- 还原作用成矿保矿阶段，由于古近纪以来还原性气体持续渗入作用下，形成氧化- 还原过渡带，一方面在过渡带形成的酸性流体溶液，促使砂岩中的U6+铀酰离子被还原为U4+，并与水中的SiO2发生反应，在黄铁矿边缘形成铀矿物，即铀石；另一方面使早期阶段形成的沥青铀矿转变为铀石，并对整个矿床具有保护作用。