鄂爾多斯盆地南部建莊地區直羅組鈾礦化定位研究

劉坤鵬，劉凱鵬，王曉鵬，李衛，龔斌利，韓迪

（核工業二〇三研究所，陜西 西安 710086）

鄂爾多斯盆地具有豐富的鈾礦資源（朱強等，2022；張云等，2022）。20 世紀50 至80 年代，核工業系統在盆地東北部、西緣、西南緣、東南緣發現5 個找礦遠景區。2000 年以來，鈾礦找礦工作蓬勃發展，核工業208大隊在盆地北部發現皂火壕特大型、納嶺溝特大型、柴登壕大型、大營超大型、巴音青格利大型鈾礦床；核工業203 研究所、核工業地質研究院、中陜核核工業地質調查院、中陜核二一一大隊、中國地質調查局天津地質調查中心、西北大學、中國地質大學（武漢）在盆地南部開展了一系列鈾礦勘查和科研工作（邢秀娟，2006；文思博等，2023），店頭小型鈾礦床擴大至中型規模（胡俊華，2017，2019），彬州發現高平米鈾量工業礦體。前人對盆地南部基礎地質、控礦因素進行總結：鈾礦化與直羅組沉積古地貌關系密切（賀鋒，2017）；直羅組下段辮狀河主河道相或第三沉積旋回對鈾礦有重要的控制作用（彭小華，2018；彭勝龍等，2023）；區域上受NEE 向氧化-還原過渡帶宏觀控制（陳宏斌，2006；曹惠鋒，2018），垂向分帶明顯。煤田資料二次開發對鈾礦選區有重要指示意義（王軍禮，2018），黃隴侏羅紀煤田存在至少8 片天然伽瑪異常區（楊帆，2019），彬州-店頭一帶鈾礦化分布廣泛，具有較大的成礦潛力。楊合群等（2023）對該盆地鈾礦成礦作用進行總結：白堊紀—新近紀期間富氧溶液作用對中侏羅統、下白堊統砂巖淋濾下滲再沉淀形成內蒙鄂爾多斯市東勝鈾礦田、陜西黃陵縣雙龍、店頭鈾礦床以及內蒙鄂托克旗紅井鈾礦點。白堊紀—新近紀期間富氧溶液作用對下白堊統砂巖淋濾下滲再沉淀形成內蒙鄂托克旗紅井鈾礦床。目前，在建莊隆起北側發現店頭鈾礦、雙龍鈾礦和一批鈾礦點，但同樣面臨工業礦體連續性差、富集規律復雜的問題（賀鋒，2017），鈾礦找礦成果進展未能持續擴大。近些年，煤田、油田系統在黃隴侏羅紀煤田開展新一輪勘查工作，對構造沉積演化有深一步認識，以與店頭礦區相鄰的建莊地區為研究對象，開展綜合研究與編圖，將構造、目的層沉積相、后生氧化展布有機結合，總結鈾礦化定位規律，為鈾礦勘查提供找礦新思路。

1 研究區概況

研究區位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡和渭北隆起兩個二級構造單元過渡部位（圖1）（蘇中堂等，2022；唐瑋瑋等，2022）。

1.1 構造

晚三疊世受NNE-SSW 構造應力擠壓、剪切作用下（馬曉軍，2019；王國強，2022），發育NWW 向古隆起（建莊古隆起）和斷裂（建莊SN 斷裂），大華北盆地全區抬升剝蝕，形成起伏不平、相間分布的高地、河谷（賀丹，2011）。富縣期在此構造基底上沉積，基本保持背向斜相間分布的古地貌，延安期、直羅期繼承性填平補齊（郭正權等，2008），延安組、直羅組在富縣組沉積基礎上呈超覆式加積（趙俊興，2007），沉積厚度、巖相分帶、煤層特征均有所體現（王雙明，2017），煤田系統精細刻劃為Ⅰ～Ⅳ級控煤構造（趙德政，1987；賀丹，2011；史利燕，2013）。此次研究收集整理區內煤田鉆孔資料，編制直羅組頂底板及延安組4-2 煤底板標高等值線圖（梁少劍，2015），晚三疊世形成的建莊古隆起和NWW 向F1、F2斷裂延伸規模大，長達15～30 km，對侏羅系沉積有重要的控制作用，斷裂具有同沉積特點；NWW 向建莊向斜沉積厚度大，兩側建莊隆起、狼牙溝背斜沉積厚度小。隨著燕山運動作用增強，以NW-SE 擠壓為主，形成NE 向為主的褶皺構造，主要包括窯上背斜、王家溝背斜、老林溝背斜、瞭望臺向斜和新村向斜（圖2），構造規模較NWW 向小，延伸長5～11 km，NWW 向斷裂具有長期活動性，對NE 向褶皺構造有分隔作用。

圖2 侏羅系地層厚度圖Fig.2 Jurassic strata thickness map

1.2 地層

研究區地層自下而上依次為上三疊統延長組（T3y）、下侏羅統富縣組（J1f）、中侏羅統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、下白堊統宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、環河組（K1h）及第四系（Q）。下侏羅統富縣組（J1f）、中侏羅統延安組（J2y）（含煤層）、中侏羅統直羅組（J2z），沿建莊向斜、瞭望臺向斜地層厚度大，向隆起部位厚度變薄或無沉積。下白堊統宜君組（K1y），厚度由南東向北西遞減，與直羅組呈角度不整合接觸，中侏羅統安定組剝蝕殆盡。

中侏羅統直羅組（J2z）分上、下2 段：下段（J2z1）為灰、灰白色粗砂巖、含礫粗砂巖，富含碳屑、黃鐵礦，局部夾紫灰色、褐紅色砂巖；上段（J2z2）為灰雜、紫雜色含肉紅色鉀長石粗砂巖及紫紅色泥巖（圖3）。

圖3 地層綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic histogram

2 目的層沉積相、砂體及氧化-還原過渡帶特征

2.1 沉積相

直羅組上段主要為曲流河沉積體系，為砂壩和泛濫平原沉積，“二元”結構明顯（圖4），巖性為厚層狀泥巖、粉砂巖，作為區域隔水層。

圖4 直羅組單井相圖Fig.4 Single well phase diagram of Zhiluo Formation

直羅組下段主要為辮狀河，由2～3 個正韻律層組成，巖性主要為中粗砂巖、砂質礫巖，含碳屑、粒狀黃鐵礦等，為河道滯留沉積和心灘沉積，發育沖刷構造、槽狀、板狀交錯層理，砂地比為0.70～0.97，砂體厚40～62 m（圖5），與延安期主河道表現出繼承性遷移的特點，與南部秦嶺物源供給一致（雷開宇，2017）。其余為泛濫平原，水平層理、小型板狀交錯層理為主，砂地比為0.29～0.50，砂體厚為17～40 m。

2.2 主砂體展布

直羅組下段砂體厚度為30～55 m，最厚達62 m，主砂體（厚度≥40 m）展布受沉積相控制，主河道由南西、正南、南東向北西匯聚呈辮狀分布，寬度為2～3 km，區內延伸長12～15 km。

主砂體受沉積期古地貌控制明顯，位于建莊古隆起、窯上背斜、狼牙溝背斜砂巖粒度略粗，沉積厚度小，建莊向斜、瞭望臺向斜軸部為局部匯水區，巖性粒度變細，泥巖、粉砂巖厚度增大。

2.3 氧化-還原過渡帶特征

受燕山運動影響，晚白堊世渭北隆起由SE 向盆內抬升或掀斜，中侏羅統直羅組發育大規模層間氧化作用，沿彬州-店頭一帶發育北東向氧化-還原過渡帶，寬度為5～25 km（圖1）（胡俊華，2019）。直羅組下段主砂體巖性地球化學具有垂向分帶特征，上部砂巖以氧化為主，呈紫紅色、灰紫色，發育褐鐵礦化、赤鐵礦化，厚度為1～24 m，下部砂巖以還原為主，呈灰色、灰白色，富含黃鐵礦、碳屑等。

氧化砂巖受構造和沉積相控制：古隆起和背斜核部氧化砂巖厚度大，向洼陷部位厚度變??；氧化砂巖厚度與沉積相有相關性，主河道氧化砂巖厚度大，一般為10～24 m，泛濫平原氧化砂巖厚度變薄，一般為1～8 m，表明主河道砂體連通性要好于泛濫平原相。根據目的層巖性地球化學特征，針對直羅組下段主砂體頂部、中部、底部預測了A、B、C 等3 條層間氧化帶前鋒線，大致呈NEE 向展布，受巖性巖相控制，局部呈蛇曲狀。

3 鈾礦化定位研究

3.1 天然伽瑪異常特征

統計煤田孔天然伽瑪測井資料，直羅組下段（J2z1）粗砂巖天然伽瑪背景值為8～20 γ，粉砂巖伽瑪值為10～30 γ，直羅組下段（J2z1）砂巖發育3 條NEE 向異常帶，分別受A、B、C 等3 條氧化帶前鋒線控制。其中，A 異常帶斷續延伸長達11 km，產在直羅組下段（J2z1）頂部砂巖，由a1、a2、a3、a4 和a5 異常暈組成，單個異常暈面積為0.8～2.5 km2，連續性好，極值一般20～512 γ，厚度一般為2～5 m；B 異常帶延伸長達9 km，由b1和b2 異常暈組成，產在直羅組下段（J2z1）中部砂巖，單個異常暈面積為2.0～3.0 km2，連續性好，極值一般為150～500 γ，厚度一般為3～8 m，具有多峰的特點；C異常帶由c1、c2 和c3 異常暈組成，產在直羅組下段（J2z1）底部砂巖，單個異常暈面積為0.5～1 km2，連續性差，極值一般為60～190 γ，厚度一般不大于1 m。自C 異常帶向A 異常帶天然伽瑪值有增高趨勢，由南東向北西遷移，與區域氧化改造方向一致。

3.2 鈾礦化定位

伽瑪異常暈分布與構造、沉積相、層間氧化帶有關（圖6）。異常大多分布在次一級背斜軸部兩側，位于背斜和向斜之間的構造斜坡帶上，如a1、a2、b1 和b2 異常暈位于狼牙溝背斜的兩側，a3 與a5 異常暈位于老林溝背斜的兩側，并且與斷裂交互部位異常強度大，厚度大。這是因為構造與含氧含鈾水的滲入、礦化元素富集關系極為密切，構造復合部位往往地下水水動力、地球化學環境發生變異的部位，有利與鈾元素富集沉淀。

伽瑪異常分布在辮狀河主河道展布關系密切，大多異常分布于主河道邊緣或心灘部位，a1、a2 和b2 異常暈位于河道兩側，a3、a4 和a5 異常暈位于主河道邊緣，與泛濫平原相過渡部位或心灘相。一般說來主河道水動力過強，泥質膠結物含量低，一般含碳化植物莖桿和自形-半自形粗粒黃鐵礦或結核；相過渡部位或心灘相，砂巖中泥質膠結物含量高或夾薄層狀泥巖，炭屑和黃鐵礦含量高，碳屑呈絲狀、碎片狀，黃鐵礦呈細粒狀、浸染狀，圍繞碳屑邊緣分布，還原吸附能力較主河道更強，對鈾成礦更為有利。

伽瑪異常分布整體位于氧化-還原過渡帶內，局域定位在氧化砂巖厚度變異部位，主河道內氧化砂巖厚度在15 m 對成礦有利，泛濫平原相內氧化砂巖厚度在6～10 m 較為有利，總體產在層間氧化帶前鋒部位及靠近氧化一側，b1 與b2 異常暈幾乎分布在NEE向層間氧化帶前鋒部位，A 異常帶總體分布在層間氧化帶前鋒及氧化一側。

根據異常分布與構造（褶皺、斷裂）、沉積相、氧化帶展布密切關系，筆者建立了“三過渡”定位模式。在篩選異常區或找礦靶區時，應厘清區內褶皺、斷裂展布特征，一方面構造奠定目的層展布特征，另一方面對氧化帶和水中鈾的富集影響極大，背斜、向斜之間斜坡帶與活動性斷裂過渡部位往往是成礦最集中的部位；尋找辮狀河主河道與泛濫平原過渡部位或心灘部位，不僅具有有利的泥-砂-泥結構，而且富含絲狀、碎片狀碳屑、有機質等，還原條件有利；在氧化-還原過渡帶內選擇氧化砂巖厚度6～15 m 的區域，在氧化帶前鋒及氧化一側，是成礦最有利的部位；綜合構造、沉積相、氧化帶有利區復合部位，對煤田伽瑪異常進行優選排序，遞進式精準定位伽瑪異常，可將目標范圍從原來的10～100 km2，縮小至1～2 km2。2019 年，核工業203 所優選直羅組下段a3、b1 和b2異常，首孔對a3 探索發現工業礦體，填補建莊地區鈾礦勘查的空白。

鑒于盆地南部構造、主河道、氧化帶的發育規模，大多“三過渡”復合區連續性差，也是已發現的礦體連續性差的主要原因，而雙龍鈾礦處于建莊古隆起北翼、NEE 向主河道、厚大氧化帶復合部位規模大，面積達300 km2，礦化帶長度達4.5～7.0 km，并且連續性好?！叭^渡”模式大大提升找礦效率和成果，對鈾礦找礦和綜合研究具有很好的借鑒意義。

4 結論

（1）建莊地區NE、NWW 向背斜和向斜構造，為侏羅紀前構造，燕山期繼承性發展，控制中下侏羅統富縣組、延安組、直羅組沉積特征，也對氧化帶和鈾的沉淀富集影響很大。

（2）建莊地區直羅組下段辮狀河主河道大致由南向北，辮狀河河道與泛濫平原相過渡部位或心灘相，砂體厚度30～40 m 對鈾成礦最為有利。

（3）建莊地區古隆起、背斜以及主河道部位氧化砂巖厚，一般為10～24 m，向斜、泛濫平原相部位厚度1～8 m。氧化砂巖厚度變異部位（如主河道內約15 m或泛濫平原相內氧化砂巖厚度6～10 m）對鈾成礦有利，層間氧化帶前鋒及氧化一側常為鈾礦賦存部位。

（4）“三過渡”定位模式綜合構造、沉積相、氧化帶有利區復合部位，遞進式精準定位伽瑪異常，縮小目標靶區，指導建莊地區鈾礦找礦工作，大大提升找礦效率和成果；三過渡復合區規模是礦體連續性好或差的主要原因，對鈾礦找礦和綜合研究具有很好的借鑒意義。