內蒙古二連盆地馬尼特坳陷砂巖型鈾礦成礦水 文地質條件分析

祝虎林

（中陜核工業集團二一四大隊有限公司，西安 710054）

1 盆地概況

馬尼特坳陷位于內蒙古中部阿巴噶旗境內二連盆地東北邊緣。坳陷呈不規則長帶狀NE 向展布，總面積約23 000 km2，屬中溫帶干旱-半干旱氣候區。水系均為內陸水系，流程較短，流量隨季節性變化明顯。湖泊較多，大部分為季節性，常年積水不干的湖泊主要分布于坳陷的中部或東北部，附近多為鹽堿地或沼澤地。

馬尼特坳陷屬二連盆地次級坳陷之一，是二連盆地的重要組成部分。其大地構造位置屬內蒙古地槽系大興安嶺中海西褶皺帶與內蒙古地槽晚海西褶皺帶兩個次級構造單元的交匯部位，主要受內蒙古弧形構造和新華夏系構造控制，主構造線方向為NE—SW向。盆地具二元結構。其蓋層由侏羅系、白堊系、第三系和第四系組成。根據鉆探和物探解譯資料，沉積厚度一般2 500 m，最厚為3 850 m。白堊系為平緩的單斜地層，傾角一般5°～9°。第三系一般為幾米至200 m?；子上鹿派纾≒z1）及上古生界（Pz2）組成，為一套變質巖系。

2 區域水文地質特征

2.1 地下水的賦存條件及分布規律

根據區內地下水的賦存條件、水力特征及含水介質，人們將其分為基巖裂隙水、白堊系碎屑巖類孔隙裂隙層間承壓水、第三系碎屑巖孔隙裂隙層間承壓水、第四系松散巖類孔隙潛水、玄武巖孔洞裂隙潛水等五種基本類型[1]。

2.1.1 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要分布于基巖隆起區，含水巖層（組）為前中生界碎屑巖及各期次的巖漿巖，地下水的主要補給來源為大氣降水。賦存條件與裂隙的發育程度有關，而裂隙的發育程度主要受斷裂構造控制，并受風化力影響。富水性受地層、巖性、地形地貌和氣候等因素的影響，在基巖與第三系泥巖含礫泥巖等隔水層阻擋而富集[2]。由于基巖隆起區所處的地形條件及其賦存的地下水自然位能，基巖裂隙水多為坳陷蓋層地下水的補給來源。

2.1.2 白堊系碎屑巖類孔隙裂隙層間承壓水

白堊系碎屑巖類孔隙裂隙層間承壓水廣泛分布在坳陷蓋層下部，地表出露零星。含水層巖性主要由陸源粗碎屑組成，近水平層狀展布，上下均由不透水的泥巖作隔水層，其間的地下水主要接受南北兩側基巖裂隙水補給及大氣降水補給，具有層間承壓性。

2.1.3 第三系碎屑巖裂隙孔隙層間承壓水

第三系碎屑巖裂隙孔隙層間承壓水只見于山間溝谷洼地和玄武巖臺地邊緣，賦存裂隙孔隙層間承壓水，其穩定性和連續性交差。

2.1.4 第四系松散巖類孔隙潛水

第四系松散巖類孔隙潛水主要分布于北西向發育的枝狀河流溝谷中，其次在一級高平原和二、三級臺間洼地有零星分布，均位于沉積蓋層的最上部。含水巖層（組）主要由沖洪積、湖積和坡積物等松散堆積層組成。在河流溝谷和一級高平原上的孔隙潛水呈連續狀態分布，而位于二、三級臺間洼地中的孔隙潛水多以不連續的狀態分布。其富水性因所處地貌位置不同而各異，潛水位埋深受季節性變化較明顯。

2.1.5 玄武巖孔洞裂隙潛水

玄武巖孔洞裂隙潛水含水巖層（組）主要由上新統、下更新統玄武巖組成，玄武巖的裂隙、柱狀節理、氣孔狀構造發育。其中的地下水主要由大氣降水及第四系松散層孔隙水補給。因受現代地貌和玄武巖噴發前古地形的影響，富水性有很大的差異，局部地帶通過裂隙與下伏含水層連通發生水力聯系。

2.2 水文地質單元劃分

區內水文地質單元依據地下水的賦存條件、地形地貌及水文地質特征劃分為以孔隙-裂隙層間承壓水為主的凹陷水文地質單元和以構造風化裂隙水為主的隆起水文地質單元。前者依據地表及地下分水嶺的存在分塔北凹陷、巴彥都蘭凹陷、阿南凹陷及超克烏拉凹陷等4 個次級單元，后者可分為巴音寶力格隆起區、布林隆起區、蘇尼特隆起區、錫林浩特隆起區水文地質單元，其位置如圖1所示。

2.3 構造-水文地質旋回劃分及其特征

根據地下水賦存條件、水動力及水文地球化學特征，該坳陷在垂向上可分為上中下3 個構造-水文地質旋回，下部旋回由古生代地層、侏羅系及華力西期巖漿巖組成，中部旋回為白堊系含水巖組、上部旋回為第四系、第三系含水巖組。其構造-水文地質旋回特征如表1所示。

表1 二連盆地馬尼特坳陷各構造-水文地質旋回特征

2.4 白堊系含水層、隔水層及其配套性

下白堊統巴彥花組和上白堊統達布蘇組是層間氧化帶發育并形成可地浸砂巖型鈾成礦的目的層位。其含水巖組特征、含水層隔水層的配套性及其水文地質參數如表2所示。

表2 二連盆地馬尼特坳陷白堊系各含水巖組及其水文地質參數

3 水動力特征

3.1 地下水補給、徑流與排泄條件

周邊隆起區地表水和地下水是坳陷內地下水的主要補給來源，坳陷東部及東北部是其地下水的徑流排泄區。查干諾爾、額吉諾爾及中部的上升泉、鹽堿地和沼澤地是坳陷地下水的局部排泄區，由此顯示該坳陷地下水具有一個完整的補、徑、排系統，屬滲入型自流水盆地。

塔北凹陷白堊系地下水主要由北部巴音寶力格隆起南端及南部阿巴嘎隆起區基巖裂隙水側向補給，兩個方向的地下水在中部匯合后向西徑流，水力坡度一般為3.0‰～6.0‰，在西部以層間越流和蒸發方式排泄，鹽堿地較發育；巴彥都蘭凹陷白堊系地下水主要由西北部巴音寶力格隆起北端及東部布林隆起區基巖裂隙水側向補給，兩個方向的地下水向中部徑流，水力坡度一般為2.0‰～5.0‰，主要以層間越流等方式排泄，中部地帶湖泊、沼澤地及植被較發育；朝克烏拉凹陷白堊系地下水主要由西北部巴音寶力格隆起北端及東部布林隆起區基巖裂隙水側向補給，兩個方向的地下水向中部徑流，水力坡度一般為2.0‰～5.0‰，主要以層間越流等方式排泄，中部地帶湖泊、沼澤地及植被較發育；額爾登高畢凹陷位于上述三個凹陷之間，屬馬尼特坳陷核心地帶，其白堊系地下水主要由西北部巴音寶力格隆起區中段及東南部蘇尼特隆起區基巖裂隙水側向補給，但主要補給來源為前者，兩個方向的地下水在額合寶力格牧場附近匯合后向東北方向的額吉諾爾徑流并排泄，水力坡度一般為1.0‰～6.0‰，主要以蒸發和上升泉等方式排泄，排泄區湖泊、鹽堿灘、沼澤地較發育。

坳陷內沿斷裂帶有多處線狀泉群（包括上升泉）和湖泊、沼澤灘分布，構成白堊系層間地下水的排泄窗。

3.2 地下水動力垂直分布與水平分帶

3.2.1 水動力垂直分帶及其特征

根據地下水的交替強度及水文地球化學環境特征，馬尼特拗陷在垂向上可分為上層水交替強烈帶、中層水交替緩慢帶和下層水交替阻滯帶3個垂直分帶。

上層地下水交替強烈帶位于當地侵蝕基準面（標高791 m）以上，具有開啟的地質構造特點，在基巖區，基巖裂隙發育；在坳陷中多被第三系、第四系松散層覆蓋，地下徑流主要靠大氣降水形成，儲水空間被滲入成因水占據，水的靜儲量有限，巖石的淋濾作用強烈。水化學類型以HCO3型水為主，而HCO3·CI 型、HCO3·SO4型及HCO3·SO4·CI 型次之，礦化度較低，一般小于3 g/L，γNa/γCI＞2。該帶氧化作用較強。

中層地下水交替緩慢帶位于當地侵蝕基準面（標高791 m）與巖層氧化下限界面（標高433 m±）之間。其屬于半開啟的地質構造，埋藏部位較深，沖刷作用較弱。所賦存的地下水多為孔隙裂隙層間承壓水，地下水的形成主要靠大氣降水的滲入作用，沉積成因水逐漸被滲入成因水所交替。水化學類型為HCO3·SO4型及HCO3·CI 型水，礦化度一般為3～5 g/L，γNa/γCI為1～2。該帶具氧化-還原過渡帶的水化學特征。

下層地下水交替阻滯帶位于巖層氧化下限界面（標高433 m±）之下，處于相對封閉的地質構造中，水的交替極為緩慢，水化學類型為較高礦化度（大于5 g/L）的CI 型水，γNa/γCI＜1，具有還原環境的水化學特征，有油氣儲藏。

3.2.2 水動力水平分區及其特征

根據地下水運動機制，馬尼特坳陷的水動力系統是以滲入作用為主的水動力系統，該系統可分為滲入水強烈動力區和滲入水承壓系統動力區2 種水動力區。

滲入水強烈動力區主要分布于地下水匯水面積范圍內的蝕源區及坳陷邊緣，地下水主要靠大氣降水補給，由于巖石長期裸露，水巖作用以淋濾作用為主。儲水空間中所賦含的地下水為滲入作用水，屬非承壓或弱承壓地下水，呈自由交替狀態[3]。水的靜儲量有限。地下水的運動靠地形的自然位能產生，運動方向由蝕源區向坳陷邊緣徑流，水力梯度較大，一般為9.0‰～24.4‰，徑流速度較快。

滲入水承壓系統水動力區是地下水以側向補給，由坳陷邊緣向中部及排泄區徑流。在平面上，其具有向心式的特點。從縱橫水文地質剖面圖上看出，地下水從上向下徑流，地下水的運動是由滲入作用所產生的靜水壓力所致，靜水壓力的分布自補給區向排泄區逐漸降低。從構造-古水文地質角度分析，該坳陷在水文地質沉積階段（晚白堊世前）所形成的沉積水逐漸被其以后水文地質剝蝕階段的滲入水所代替，在區域上反映該區為滲入水承壓系統水動力區。

3.2.3 地下水排泄窗及其與鈾礦的關系

馬尼特坳陷中的4 個凹陷均有地下水排泄窗分布，其分布狀況與斷裂帶等有關，在地表與湖泊、鹽堿灘和沼澤地相一致，如圖1所示。排泄窗的存在改變了地下水動力條件，加大了層間水循環交替強度，增大了成礦物質的補給量，改變了鈾水遷移水文地球化學環境[4]。其在空間上控制著區域層間氧化帶的形成與展布，對層間氧化帶有明顯的定位作用。

圖1 馬尼特凹陷水文地質單元劃分及白堊系水動力分化區

以額爾登高畢凹陷為例，白堊系層間水自兩側隆起區尤其是西北側巴音寶力格隆起區中段接受補給后，向東徑流，在伊和高勒南側斷裂交匯地段被阻隔，測壓水位抬升，層間地下水以上升泉和蒸發方式排泄，一方面使來源于補給區的含鈾含氧水不斷地補給白堊系砂體含水層，另一方面，排泄窗的減壓脫氣作用，改變了水文地球化學環境，鈾水遷移強度明顯減弱，鈾自水中還原析出，沉淀富集于砂體中，形成鈾礦化，并使排泄窗地下水中鈾濃度明顯減少。據水中鈾分析，隆起區及坳陷邊緣，水中鈾含量一般為n×10-6～n×10-5g/L，而上升泉水中鈾降至n×10-7～n×10-6g/L，比補給徑流區降低90%左右。油田鉆孔巖芯資料中發現有鈾異常顯示。

4 水文地球化學特征及地下水的含鈾性

4.1 水化學特征及其分布規律

受水動力條件等因素的影響，坳陷內各類地下水顯現出較為明顯的水化學水平分帶規律，即從補給區到徑流排泄區，沿徑流方向礦化度增高，水質類型由較單型向復雜型變化，具有正向滲入型盆地的水化學特征。各種地下水之間的水化學特征也呈規律變化，即由隆起區基巖裂隙水到坳陷平緩區第三系和第四系地下水，礦化度由0.n g/L 變化到n×1.0 g/L，水質類型以HCO3-Na 型為主，逐漸變為以HCO3·SO4·CI-Na 或Cl·SO4-Na 型為主；白堊系層間承壓水化學分帶規律性也較明顯，在靠近補給區的盆地邊緣分布著大面積的HCO 型水，礦化度為0.1～0.6 g/L，沿徑流方向至坳陷內部呈現HCO3·SO4→HCO3·Cl → HCO3·SO4·Cl →Cl·SO4型甚至Cl 型水的變化規律，礦化度增加，保持在1.0～10.0 g/L。

4.2 地下水的含鈾性

白堊系層間承壓水主要由坳陷邊緣隆起區的潛水補給。據統計，補給區水中鈾含量一般在2.6～ 24.7 μg/L，平均值為13.8 μg/L，最高為104.0 μg/L，最低為1.25 μg/L；徑流區含水層中水中鈾含量一般較低，比補給區潛水低一個數量級。據鉆孔水中鈾分析資料，白堊系層間承壓水中鈾含量為0.078～ 9.100 μg/L，其中80%的樣品水中鈾含量小于1.7 μg/L。排泄區部位，滲出的深層還原水及個別鉆孔水中鈾含量分析，水中鈾含量偏低，水中鈾含量一般為1.43～3.25 μg/L；坳陷內的3 個上升泉（推測為排泄窗）水中鈾含量分析值為0.12～0.65 μg/L，原因可能與深層還原水有較大關系。

由此可以看出，該區從補給區進入層間承壓含水層中的地下水，其水中鈾含量較高，經一段距離徑流后，進入還原地段，水中鈾含量降低，顯示出地下水自盆緣補給區→徑流區→排泄區（窗）存在鈾的卸荷作用。

5 結論

綜上所述，馬尼特坳陷具備有利的可地浸砂巖型鈾礦水文地質條件：具備滲入型承壓自流水盆地特征；地下水具備完整的補給、徑流、排泄系統，且具有局部排泄窗；下白堊系巴彥花組找礦目的層的含、隔水層配置完好；水動力垂直分帶與水平分區明顯；具備良好的水文地球化學水平分帶性；坳陷邊緣層間氧化帶發育。