青海省五道梁地區鈾異常特征與成因分析

李彥強， 白強， 戴佳文， 張彬， 郭寶*， 袁興民

(1.青海省核工業地質局， 西寧 810000； 2.中國冶金地質總局西北局， 西安 710000)

砂巖型鈾礦是當今鈾礦勘探的主要類型。目前，已在吐哈、伊犁、鄂爾多斯、松遼等盆地發現砂巖型鈾礦[1-2]。柴達木盆地是位于中國西北的重要資源基地。與其他沉積盆地相比，該盆地鈾資源勘查程度整體不高。近年來，勘探部門在盆地西緣鈾礦調查中取得了一定成果。陳擎等[3]在盆地西緣古-新近紀上干柴溝組中首次發現了工業鈾礦體,證實鈾礦化與油氣關系密切。張超等[4]通過柴西北緣油砂山組沉積特征、鈾源等分析，認為含鈾巖系為綠灰色碎屑巖沉積建造，鈾源具有多源性特點。然而，盆地東部尚未取得實質性的找礦突破，公開發表的文獻亦相對較少。為此，現以青海省核工業地質局承擔的青海省清潔能源礦產專項資金項目——青海省都蘭縣五道梁地區砂巖型鈾礦調查評價成果為基礎，綜合利用物探剖面、取樣分析、鉆孔等資料，對盆地東緣五道梁地區鈾異常特征與成因進行了分析和研究，期望為柴達木盆地東部砂巖鈾礦勘查提供啟示。

1 區域地質背景

1.1 大地構造背景

柴達木盆地是在元古代變質結晶基底和古生代褶皺變形基底發育起來的中、新生代山間地塊型陸相盆地。

1.1.1 盆地基底特征

元古代變質結晶基底由元古宇變質巖系及前加里東期閃長巖、石英閃長巖、斜長花崗巖和花崗巖組成。變質巖系巖性為片麻巖、片巖、大理巖、白云巖、石英巖夾千枚巖、綠泥片巖、絹云片巖等，屬在濱海至淺海環境下形成的碎屑巖建造和碳酸鹽巖建造；古生代褶皺變形基底主要由古生代碎屑巖系組成，分為加里東期構造層、海西期構造層。加里東期構造層屬海陸交互相沉積，巖性為淺變質碎屑巖、火山巖，夾碳酸鹽巖及加里東期閃長巖、二長花崗巖、花崗巖等。海西期構造層由晚古生代形成的一套海陸過渡相碎屑巖、火山巖及閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖等組成。

根據鉆井資料結合盆地重力及磁異常特征，柴西緣基底主要巖性為加里東運動期、海西運動期花崗巖及花崗閃長巖，柴東地區基底主要巖性為海西運動期花崗巖[5]，基底巖性特征相近。

1.1.2 盆地蓋層特征

盆地東西部蓋層均為巨厚的中、新生代陸相碎屑巖系，自下而上為侏羅紀小煤溝組、大煤溝組、采石嶺組、紅水溝組，白堊紀犬牙溝組和古近紀路樂河組、下干柴溝組，新近紀上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組及第四紀七個泉組。上新世末期，盆地西部大幅度抬升，沉積蓋層發生強烈褶皺，而東部保持著持續穩定的沉降狀態。蓋層條件基本相似。

1.2 構造單元劃分

參照油田對盆地構造單元劃分方案，將柴達木盆地劃分為北部塊斷帶、茫崖坳陷、三湖坳陷三個一級構造單元。研究區主體位于柴達木盆地東部的霍布遜坳陷、北跨埃姆尼克凸起(圖1)[6]。

1.3 研究區地質特征

研究區出露的地層主要為泥盆系、新近系和第四系(圖2)。

泥盆紀地層主要分布在研究區北部埃姆尼克山、達達肯烏拉山南側。出露地層為牦牛山組(D3m)，下部為一套陸相沉積夾中酸性火山巖組合，上部為中酸性火山巖和火山碎屑巖組合。巖性下部為灰紫-紫紅色礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、雜砂巖、長石砂巖；上部為灰紫-紫紅色安山巖、杏仁狀安山巖、輝石安山巖、玄武安山角礫巖、安山集塊巖、安山凝灰巖夾砂巖、板巖、凝灰巖。

新近紀地層分布在研究區的北東部，包括油砂山組和獅子溝組，主要出露于研究區北部埃姆尼克山及達達肯烏拉山南緣。

油砂山組(N2y)與下伏各地層呈角度不整合接觸，與上覆獅子溝組整合接觸。下部為磚紅色中層狀含礫粗砂巖、黃灰色厚層塊狀中細粒巖屑石英砂巖夾黃灰色復成分礫巖；中部為淺灰黃色厚層塊狀細中粒鈣質巖屑長石石英砂巖、橘紅色薄中層狀中細粒砂巖夾灰綠色薄層狀泥巖；上部為橘紅色塊狀復成分礫巖夾橘紅色薄層狀泥巖、淺肉紅色薄層狀含鈣泥質石英粉砂巖、灰綠色薄層狀細粒鈣質石英雜砂巖；頂部為橘紅色塊狀復成分礫巖。砂體厚度5.74～86.05 m。砂礫巖中礫石分選較差，磨圓度較差，屬于山前沖積相-湖積相的沉積環境。上油砂山組泥巖層中總有機碳(total organic carbon，TOC)含量在0.13%～12.89%[7]，平均為1.58%，為柴達木盆地西部地區主要含油氣巖系，厚2 064 m。

圖1 柴東地區構造單元劃分示意圖Fig.1 Diagram of structural unit division in Chaidong area

1為化學沉積物；2為風積物；3為洪沖積物；4為洪積物；5為湖積物；6為七個泉組；7為獅子溝組；8為油砂山組；9為牦牛山組；10為地層界線；11為角度不整合；12為逆斷層；13為推測隱伏斷裂；14為推測鈾成礦有利區；15為地質能譜剖面位置；16為活性炭剖面位置；17為異?？孜恢眉熬幪?；18為無礦孔位置及編號；19為產狀；20為航放異常位置及編號；21為泉點；22為潛水氧化帶型鈾異常點位置及編號；23為居民點；24為研究區引自青海省都蘭縣玉道梁地區砂巖型鈾礦調查評價報告圖2 研究區地質簡圖Fig.2 Geological map of the research area

獅子溝組(N2s)與下伏油砂山組(N2y)整合接觸，上部與七個泉組(Q1q)呈角度不整合接觸?？煞譃閮蓚€巖性段，一段巖性為灰黃色中厚層狀細砂巖、灰黃色中厚層狀細粒鈣質石英雜砂巖夾棕紅色、灰色薄中層狀鈣質泥巖、棕紅色砂礫巖、灰黃色含礫粗砂巖；獅子溝二段巖性為棕紅色、灰色薄中層狀泥巖與灰黃色薄中層狀細砂巖互層，局部夾灰黃色中厚層狀細砂巖?；疑幽鄮r中砂體厚度11.09～45.6 m。砂礫巖中礫石的分選性和磨圓度均較差，礫石不具定向性，屬于辮狀河沉積相。獅子溝組泥巖層中炭化植物碎屑發育，TOC含量在0.14%～23.56%[7]，平均為1.51%，為盆地目前新近系中唯一發育的一套生物氣源巖和生物氣儲集巖，厚880～1 067 m。

油氣顯示反映出盆地新近紀地層還原能力好。且砂體具有良好的泥-砂-泥結構，為層間氧化帶及油氣還原障的發育提供了較好的砂體條件，對鈾礦化形成有利[8-10]。

第四紀沉積廣泛分布于研究區，包括有洪泛平原相和鹽湖相2類沉積。洪泛平原相沉積稱為七個泉組(Q1q)，分布在山前至湖盆邊緣，以紅色、棕褐色泥巖和泥質粉砂巖為主，分選較好，具近水平層理。鉆孔中揭露到泥巖、粉-細砂及亞砂土。泥巖呈棕紅色、棕黃色、灰色等，見泥裂、蟲跡，總體為氧化環境中的洪泛平原沉積。湖積相大面積分布在研究區南部，可進一步劃分為洪積、沖積-洪積、風積和化學沉積四個亞相，沉積物以粉砂、黏土、鹽類沉積為主。鹽類沉積表層形成鹽殼且多發育龜裂紋。由于遭受反復水蝕、風蝕、風積和再沉積作用，表面不平整，呈狼牙狀、蜂巢狀。形成時間短者一般較平坦，較低洼處時有地下鹽鹵水出露成“泉”。

2 鈾異常及其特征

2.1 異常的出露特征

1997年，核工業703航測隊完成了1∶10萬航空放射性測量[11]，在埃姆尼克山南坡地區第四紀鹽泥坪中圈出7處航放異常點[12]，呈北西向展布，長達27 km、寬5～7 km，面積達140 km2，航放測得當量鈾含量一般1×10-6～3×10-6，最高24.1 ×10-6。其中HFU-01、HFU-02、HFU-03和HFU-04航放異常位于研究區內。

本次野外調查的四個航放異常均分布在第四紀鹽坪中。

HFU-01異常位于地勢低洼、終年積水的鹽池內，池內泉眼數量多，呈北西向群帶狀密集排列，泉眼及周邊均見大量黑色、棕黑色的鐵錳質松散砂層。

HFU-02異常位于地勢相對較高的干泉眼群地段，褐鐵礦化發育，泉群附近地表水面具油氣還原物質，地表呈褐紅色[圖3(a)]，揭露后呈灰色、灰黑色的砂層[圖3(b)]。HFU-03、HFU-04異常區內鹽池和泥坪地段規模小而多，呈北西向延伸，形成洼地，鹽池內見大量黑色、鐵銹色鐵錳質松散層。刨坑后細砂巖呈糖粒狀，局部固結巖石可見植物碎屑[圖3(c)]。ZK02鉆孔中局部灰色泥巖夾暗色炭化植物碎屑細層[圖3(d)]。

2.2 異常特征

對HFU-01～HFU-04號四個航放異常區及周邊開展了地質剖面測量、地面伽馬能譜剖面測量、活性炭剖面測量。

2.2.1 地面伽馬能譜查證

航放異常測量發現，四個異常的鈾含量具有不同的特征，HFU-01、HFU-03、HFU-04三處異常區當量鈾含量最高值分別為25.2 ×10-6、40.2 ×10-6、74.8 ×10-6，相對較低；而HFU-02異常區由兩個高值區段組成，當量鈾含量一般2.6×10-6～168.7 ×10-6，最高364.7 ×10-6[13]。經過實地查證，航放異常的范圍與泉群分布范圍基本一致。地面伽馬能譜測量發現，泉眼分布地段均有鈾異常存在。異常均由泉眼附近黑色淤泥層引起。經追索，在研究區北部新發現一鈾高值點，當量鈾含量(eU)高達500.20 ×10-6(圖4)。異常部位見灰黃色氧化砂體，地表異常見灰黃色、淺黃色的中粗粒氧化砂巖，厚度為0.5～2 m，膠結疏松，成巖性差，透水性好。總體顏色以黃色為主。

2.2.2 活性炭測氡查證

近年來活性炭測氡方法在鄂爾多斯、二連盆地指導砂巖型鈾礦找礦中不斷得到驗證[2,14]。該方法運用氡異常峰值形態，可預測深部鈾成礦有利區段，為剖面上確定礦體位置和范圍的重要標志。其原理基于砂巖型卷狀鈾礦體的頭、尾部鈾鐳平衡嚴重偏鐳，對氡及其子體測量非常有利，在卷狀礦體內部鈾鐳平衡嚴重偏鈾，由于鐳量不足，影響氡及其子體檢測效果，因此在鈾礦體頭尾部上方氡離子曲線反映為2個峰值，在礦體內部上方氡離子曲線為低值區，即“兩高夾一低”的氡異常形態[14-15](圖5)。通過在研究區北部開展活性炭剖面測量，發現的異常主要集中于研究區南部五道梁隱伏斷裂附近泉群密集發育地段及研究區東北部，根據8條活性炭剖面線性出現的氡異常峰值推測了5條斷裂構造，斷裂長大于5 km，走向為115°，為地下含鈾地質體氡離子的向上運移提供了良好的通道。HFU-02、HFU-03異常區北部氡異常峰值明顯，呈現“兩高夾一低”特征，整體上存在北高南低的趨勢。HP04及HP08線氡濃度最大值分別為16 224.9、47 986.9 Bq/m3，氡濃度梯度大，變異系數變化較大。分析認為深部存在含鈾地質體、斷裂構造，引起了氡異常。根據氡濃度變化特征及野外調查情況，推測該區域鈾成礦有利區長約5.8 km，寬1.3～2.5 km，走向北西(圖4)[13]。通過在HP08線“兩高夾一低”中間區段施工了ZK01、ZK02兩個鉆孔，孔深均為400 m，在兩個鉆孔中分別鉆遇41～48層砂體。砂體沉積厚度一般為0.18～6.91 m，最大厚度8.78 m，巖性以鈣質長石石英細砂巖，顏色主體為淺黃色、黃色，局部呈灰色，泥-砂-泥結構完整，砂體透水性好。

圖3 異常區巖石野外觀察特征Fig.3 The characteristics of rock through field observation in the anomaly area

1為洪沖積；2為湖積；3為風積；4為獅子溝組；5為油砂山組；6為地質界線；7為氡濃度曲線(Bq/m3)；8為推測鈾成礦有利區段；9為活性炭測氡剖面及編號；10為潛水氧化帶型鈾異常點位置及編號；11為完工異?？孜恢眉熬幪枺?2為完工無礦孔位置及編號引自青海省都蘭縣玉道梁地區砂巖型鈾礦調查評價報告圖4 研究區北部活性炭測氡剖面平面圖Fig.4 The plan of activated carbon radon profile in the northern part of the study area

圖5 水平鈾礦體氡異常形成機理[14]Fig.5 Formation mechanism of radon anomaly in horizontal uranium ore bodies[14]

2.2.3 地球化學特征

對南部泉群密集分布地段及伽馬能譜測量鈾含量高值點，采集了樣品進行化學樣分析。結果顯示，鈾品位為0.004%～0.006%，鐳含量為741～9 284 Bq/kg。經計算，鈾鐳平衡系數Kp為1.55～60.68(大于1.1)，最高為62.31。

結合地表調查及鉆探揭露情況，研究區北東獅子溝組經化學取樣分析鈾品位為0.007%，釷品位為0.001%，鐳含量為741 Bq/kg，鈾鐳平衡系數1.55?？傮w顯示為地表略偏鐳狀態，反應淺地表鈾元素存在一定的流失。目前發現的點源鈾異常主要由深部含鈾巖石引起。這一認識與地表活性炭測氡濃度值極高相一致，因此推測深部是可能存在富鈾地質體，值得進一步探索驗證。

3 鈾異常成因分析

3.1 鈾的來源

五道梁地區所屬柴東盆地實際上是位于活動帶內的中間地塊，其北是祁連山褶皺系，其南是昆侖山褶皺系，盆內為具有元古代基底的地塊。研究區北部為盆緣埃姆尼克山、達達肯烏拉山，不僅已發現多處鈾異常點，古鈾量計算表明[16]泥盆紀、石炭紀等活化鈾丟失量均大于1.0 ×10-6，鈾活化率17.5%～33.5%，侵入巖活化鈾含量大于2.0×10-6，個別高達4.5～5.1 ×10-6，鈾活化率25.9%～60.5%。通過路線地質調查和鉆孔資料整理，五道梁北發育潛水氧化帶型、同沉積泥巖型鈾礦化及異常。潛水氧化帶型鈾礦化主要見于活性炭測氡HP06、HP08剖面，賦存于獅子溝組灰黃色細粒鈣質長石石英細砂巖。在HP08剖面施工的ZK01和 ZK02鉆孔中也發現了鈾異常。其中ZK01孔中鈾品位最高為0.004%，Fe3+/Fe2+為0.7～0.97，有機質含量為0.26%～0.74%；ZK02孔中鈾品位最高為0.001%；Fe3+/Fe2+為1.37，有機質含量平均為0.48%。從Fe3+/Fe2+來看主體位于略偏氧化環境?？梢姡谘芯繀^北部蝕源區處于氧化剝蝕狀態(圖6)，且存在鈾的明顯遷出。

3.2 鈾的遷移富集

從盆地結構、蓋層沉積特征和產狀分析可以發現，雖然獅子溝組與上覆地層為連續沉積，但第四紀以來沉積范圍減小，表明構造運動在減弱。

盆地形成初期，形成了油砂山組和獅子溝組等沉積蓋層，并可能在局部水下沉積中造成鈾的同生富集。后期隨著構造運動造成基底斷裂活化，從基底斷裂影響到盆地蓋層。據巖相古地理等資料的綜合分析，不管是研究區南側諾木洪北斷裂，還是五道梁隱伏斷裂及北側可控源音頻大地電磁測量解譯出的小構造，在目的層沉積時皆具有同生性質，尤其是五道梁斷裂控制的泉還有油氣顯示，且斷裂深及基底。

圖6 獅子溝組氧化砂巖Fig.6 Oxidized sand of Shizigou Formation

通過前文的敘述可以發現，已知的鈾異常與泉群形態基本一致，形成線狀分布的異常群，這些異常在伽馬能譜、土壤氡都有表現，受五道梁隱伏斷裂控制明顯。更重要的是化學樣分析顯示，地表處于嚴重偏鐳狀態，存在鈾的流失。由于柴達木盆地氣候干燥、蒸發強烈，研究區處于柴達木盆地東部湖盆中心，鹽堿灘廣布、地表為強氧化環境，難以造成鈾的富集，故航放異常、能譜異常和氡氣異常為“間接異常”，很可能是地下水沿隱伏五道梁斷裂將鈾帶至地表擴散吸附所致(圖7)。

4 結論

(1)地面地質調查、伽馬能譜、活性炭測氡、取樣分析等多種方法綜合研究表明，五道梁地區第四系湖相沉積物的航放異常存在鈾的偏高，但鈾鐳不平衡，整體偏鐳，異常區分布的含鐵質、錳質砂體吸附地下水中鐳，形成高鐳異常特征。

(2)盆地北部基底巖石鈾的活化率較高，變化范圍為17.5%～60.5%。被抬升剝蝕的獅子溝中發育潛水氧化帶型、同沉積泥巖型鈾礦化。

1為獅子溝組；2為油砂山組；3為洪沖積物；4為層間氧化帶；5為還原帶；6為泥巖隔水層；7為鈾礦體；8為斷層；9為巖體；10為含鈾含氧水及運移方向；11為油氣還原物質及運移方向；12為鉆孔位置及編號圖7 柴東盆地北緣地質剖面及鈾異常形成模式示意圖Fig.7 Schematic diagram of geological profile and formation uranium anomalies in the northern margin of Chaidong Basin

(3)已知的鈾異常與泉群形態基本一致，形成線狀分布的異常群，與推測斷裂密切相關。推測盆地中心湖相沉積物中的鈾異常是地下水沿隱伏五道梁斷裂將鈾帶至地表擴散并吸附所致。

(4)五道梁地區具備鈾源、構造、油氣還原物質、異常顯示等鈾成礦有利條件，通過進一步工作有望找到深部厚大砂體、前鋒線及鈾礦化體。