0 引言

作为重要的国家战略资源和能源矿产，铀矿在国防建设和经济发展中起着重要作用（付勇等， 2016；朱鹏飞等，2018）。中国铀资源较为丰富，铀矿床类型多，主要为砂岩型、花岗岩型、火山岩型和碳硅泥岩型 4 类（蔡煜琦等，2015）。已探明的砂岩型铀矿床主要分布在北方大型沉积盆地，如新疆伊犁盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地西缘，内蒙古鄂尔多斯盆地北部、二连盆地、巴音戈壁盆地，东北松辽盆地等（张金带，2016）。随着勘查力度的加强，前人在松辽盆地西南部的平庄盆地进行了煤田资料“二次开发”，在五家、古山、六家、黑水等地区发现了铀异常线索，并施工了验证钻孔，发现铀异常赋存层位为白垩系阜新组和孙家湾组，铀异常类型主要为砂岩型（席海银等，2010；赵忠华等，2010；陈晓红等，2011；祁才吉等，2020），前人对古山、六家地区阜新组进行了研究（郑翠等，2020），但未对该区孙家湾组作细致剖析，同时对该区铀异常进行了筛查和统计，对铀异常的分布特征、规律及成矿地质条件的研究不够深入。本文基于大量钻孔资料，以六家和黑水地区为重点对平庄盆地铀异常分布特征及铀成矿地质条件进行深入研究，综合分析区内铀源、铀储层、氧化作用、还原介质等铀成矿条件，为该区铀矿找矿提供科学依据。

1 地质背景

平庄盆地位于辽宁省建平县及内蒙古自治区赤峰市境内，为晚中生代断陷盆地（王宇林等， 2007；闫剑飞等，2008；张呈彬等，2014）。盆地北缘赤峰—开原断裂的北部为天山—兴蒙褶皱区内蒙古中部褶皱系，南部属华北陆块北缘内蒙隆起带 （图1a）。主要控盆断裂为北侧的赤峰—开原断裂、西侧的美丽河—八里罕断裂和东侧的黑水—汐子断裂（图1b）三者皆为正断层。其中赤峰—开原断裂呈近东西向展布，倾向 180°左右，倾角 33°～40°； 美丽河—八里罕断裂呈北东向展布，倾向 120°～150°，倾角40°左右；黑水—汐子断裂呈北东向展布，倾向 300°左右，倾角 35°左右（赵博，2014）。盆地整体上呈北北东向展布的“厂”字形，南北长 100 km，东西宽 17～25 km，面积 2600 km²，其中沉积岩分布面积 1350 km²，最厚达 2016 m，是重要的含煤盆地 （陈德兵等，2009）。盆地内部可划分5个构造单元，包括上新井隆起、四楞子山隆起、建平隆起、马厂凹陷和平庄凹陷（田永庆等，2008）。盆地基底为长城系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系，岩性主要为海西期花岗岩和燕山期花岗岩；盆地盖层主要为下白垩统义县组、九佛堂组和阜新组，上白垩统孙家湾组，岩性自下而上主要有灰紫色安山岩、灰黑色玄武岩、灰绿色凝灰质砂砾岩、浅灰色泥岩、灰黑色泥岩、粉砂岩、棕红色及灰色砾岩和砂岩。本文的重点区域为平庄盆地北缘的六家和黑水地区，含铀矿目的层为阜新组和孙家湾组，其中阜新组为河流相和三角洲平原—湖滨沼泽相沉积，孙家湾组为冲积扇相沉积。构造主要为近东西向和北东向断裂构造。

1—上白垩统孙家湾组；2—下白垩统阜新组；3—下白垩统九佛堂组；4—下白垩统义县组；5—奥陶系—志留系；6—建平群；7—海西期花岗岩； 8—燕山期花岗岩；9—控盆断裂；10—断层；11—角度不整合界线；12—地层界线；13—地名；14—研究区

2 原始资料与研究方法

砂岩铀矿术往往以隐伏矿形式埋藏于地下，很难被发现。以往借助钻孔测井放射性的曲线异常是寻找此类矿产最直接有效的找矿方法。自 20 世纪60年代起，煤炭和核工业部门在平庄盆地周边开展了煤炭及放射性地质勘查，在钻孔测井工作中先后发现了一批放射性异常孔，形成了大量宝贵的原始资料，内容详实、质量可靠（郑翠等，2020）。本文对前人钻孔资料进行异常筛查，重点关注测井时异常钻孔（图2）。首先统计钻孔岩性及层位，绘制钻孔综合柱状图、钻孔剖面图；其次统计地层、砂体、泥岩厚度，绘制铀储层砂体等值线图；最后统计钻孔中异常厚度及层位，绘制铀异常分布规律图等图件。对研究区铀异常分布特征及砂岩型铀矿成矿地质条件进行研究。共分析钻孔804个（表1），其中五家地区142个、哈尔脑地区69个、水泉地区55个、古山地区 145 个、六家地区 237 个、红庙子地区 113 个、黑水地区 24 个及三家子地区 19 个。共发现异常钻孔165个，其中五家地区2个、哈尔脑地区1个、水泉地区 55 个、古山地区 16 个、六家地区 52 个、红庙子地区 5 个、黑水地区 20 个及三家子地区 14 个，异常发育层位为白垩系阜新组和孙家湾组（图3）。

注：本文将煤田综合测井自然伽马辐射强度＞40 γ、定量伽马测井解释铀品位＞0. 01%称为铀异常。

3 铀矿化分布特征

对盆地内钻孔综合柱状图及自然伽马、定量伽马测井曲线进行筛查后发现，平庄盆地北部铀异常发育广泛，六家和黑水地区异常厚度较大，稳定性较好。六家地区铀异常发育层位为白垩系阜新组上段及孙家湾组下段，赋矿岩性为灰黑色泥岩、细砂岩及灰色中粗砂岩，铀异常类型主要为砂岩型，其次为泥岩型，根据各钻孔内放射性异常数据，绘制六家地区阜新组异常厚度及强度等值线图，发现该地区北部和东部铀异常最为发育，自然伽马测井辐射强度最大为150.8 γ，厚度最大为9.4 m（图4）。黑水地区异常发育层位为白垩系孙家湾组上段，赋矿岩性为灰色中粗砂岩和砂砾岩，铀异常类型为砂岩型，铀异常主要发育在五十家子和三家子地段，根据各钻孔内放射性异常数据，绘制黑水地区孙家湾组上段异常厚度及强度等值线图，发现该地区定量伽马测井解释品位最大为 0. 099%，厚度最大为 16.8 m（图5）。

a—平庄盆地地区位置示意图；b—水泉、古山、六家地区钻孔分布图；c—五家地区钻孔分布图；d—红庙子地区钻孔分布图； e—黑水地区钻孔分布图；f—哈尔脑地区钻孔分布图；g—三家子地区钻孔分布图

1 —沉积盆地边界；2—断层；3—非异常孔；4—异常孔；5—地名

4 讨论

4.1 铀成矿条件分析

砂岩型铀矿化的产生主要受铀源条件、铀储层条件、古气候条件、氧化作用条件和还原剂条件等控制（周晓光等，2019；董方升等，2021），铀被地下水或地表水携带至透水性较好的砂岩层渗透运移时，在氧化还原过渡带聚集成矿（金若时和滕雪明， 2022）。平庄盆地北缘铀异常分布广泛，通过综合分析原始资料及钻探验证发现，该地区砂岩型铀矿成矿地质条件较好，主要表现在以下几方面。

（1）铀源条件。北方中新生代沉积盆地中特大型、大型砂岩型铀矿床的发育铀源大多为中酸性岩浆岩，铀本底值高，且易发生铀的迁移（金若时和滕雪明，2022）。研究发现，平庄盆地北缘碎屑岩物源主要来自西部四楞子山隆起，其次为北部上新井隆起，两个隆起主要发育燕山期—海西期中酸性岩浆岩，岩性以花岗岩、正长岩为主。部分岩体发生较强烈蚀变，盆地内部钻孔中砾石成分主要为石英、长石颗粒以及花岗岩砾石，与隆起区岩石组成相对应。前人对两个隆起岩浆岩进行化学分析，发现新鲜花岗岩铀含量高，平均含量可达 5.97×10^-6，风化严重的花岗岩铀含量出现明显降低，约为 1.40× 10^-6，说明这些花岗岩有大量的铀活化析出（崔家瑞和罗敏，2017）。同时盆地基底也能为砂岩型铀矿床提供铀源，太古宇建平群变质岩和混合花岗岩铀含量可达2×10^-6，中新元古界碎屑岩铀含量高达10× 10^-6（祁才吉等，2020）。综上认为平庄盆地北缘具有较好的铀源条件。

1—上白垩统孙家湾组；2—下白垩统九佛堂组；3—断层；4—上白垩统孙家湾组下段界线；5—钻孔； 6—异常钻孔；7—异常强度及厚度等值线；8—地名

1—上白垩统孙家湾组；2—下白垩统九佛堂组；3—断层；4—上白垩统孙家湾组下段界线；t5—钻孔；6—异常钻孔； 7—异常强度及厚度等值线；8—地名

（2）铀储层条件。铀矿床的形成与铀储层的厚度和含砂率具有一定的关系，铀异常信息均分布于砂体比较发育的位置（焦养泉等，2007；聂逢君等， 2021）。平庄盆地北缘白垩系阜新组和孙家湾组砂体较发育，铀储层中具有较明显的泥-砂-泥结构，该结构有利于活化铀的迁移沉淀。统计六家地区钻孔内阜新组砂体厚度，绘制砂体厚度及含砂率等值线图，发现砂体表现为北厚南薄、东厚西薄的分布状态，北部地区砂体发育，厚度一般为 250～450 m，含砂率一般在 90% 以上；砂体厚度 150～250 m，含砂率 70%～90% 部位铀异常强度较高（图6）。黑水地区砂体表现为北厚南薄、西厚东薄的分布状态，北缘、西缘较厚，厚度一般为 350～450 m，含砂率一般在60%以上，且含砂率高于80%的区域广泛发育；砂体厚度 200～350 m，含砂率 80%～90% 部位铀异常强度较高（图7）。铀储层内砂体及泥岩隔水层的发育情况制约着砂岩型铀矿床的形成，一般情况下，铀成矿在具备稳定连通砂体作为运移通道的前提下，还必须具备稳定的泥岩隔水层。结合盆地北缘铀储层特征与铀异常强度叠合关系来看，平庄盆地北缘铀储层条件有利于铀成矿。

a—砂体厚度等值线与铀异常叠合图；b—含砂率等值线与铀异常叠合图

1—上白垩统孙家湾组；2—下白垩统九佛堂组；3—断层；4—上白垩统孙家湾组下段界线；5—钻孔；6—异常钻孔； 7—异常强度及厚度等值线；8—铀异常界线；9—地名

（3）氧化作用条件。潜在铀储层内部的氧化作用与铀成矿作用同时进行而且密不可分，氧化带被认为是砂岩型铀矿的重要找矿标志（万汉平等， 2020）。前人研究表明，平庄盆地北缘的氧化作用可分为古潜水氧化作用和层间氧化作用，该区氧化作用强烈，发育广泛，可根据岩石宏观颜色和地化指标异同，可明显识别出氧化带、氧化还原过渡带和还原带（图8），过渡带是铀异常最为活跃的空间，铀异常主要分布于层间氧化带前锋线附近，且靠近还原带一侧。具体表现来看，六家地区氧化作用为层间氧化，铀异常信息主要发育于黄色砂体厚度在 0～200 m，黄色砂体比率在 0～80% 的范围内；黑水地区氧化作用为古潜水氧化和层间氧化叠加，铀异常信息主要发育于红色砂体厚度在 0～100 m，红色砂体比率主要发育在 0～40%范围内。结合盆地北缘氧化砂体分布与铀异常强度叠合关系来看，平庄盆地北缘具有良好的砂岩型铀矿床成矿必须的氧化条件。

a—砂体厚度等值线与铀异常叠合图；b—含砂率等值线与铀异常叠合图

1—上白垩统孙家湾组；；2—下白垩统九佛堂组3—断层；4—上白垩统孙家湾组下段界线；5—钻孔； 6—异常钻孔；7—异常强度及厚度等值线；8—铀异常界线；9—地名

（4）还原介质条件。由较弱泥炭化作用形成的薄煤线和暗色泥岩（图9a），可以增强铀储层的还原性。尤其是当薄煤线或暗色泥岩同时出现于铀储层的顶底板，或是在铀储层内部以隔挡层形式出现、或者是在铀储层中的碎屑出现时，它们能够提高含铀岩系本身的还原能力，对氧化带的发育起到明显的制约作用，从而使铀富集（焦养泉等，2018； 贾智勇等，2020）。勘查发现平庄盆地北缘六家地区阜新组上段及孙家湾组下段砂岩中见炭屑和黄铁矿发育（图9b、9c），同时，平庄盆地油气和煤炭储量巨大，阜新组等煤系地层和烃源岩由于砂体发育的不均一性以及盆内后期断裂构造的存在，煤层及生油层中的还原性流体能够发生较大规模的顶向运移，为铀的保存提供了良好条件；黑水地区孙家湾组上段砂质平原泥炭沼泽微相砂体中发育的大量炭屑，也大大提高了铀储层的还原能力。总之，平庄盆地北缘砂岩型铀矿成矿还原介质条件良好。

a—紫红色含砾粗砂岩（古潜水氧化）；b—黄色含砾粗砂岩（层间氧化）；c—灰色含砾粗砂岩（原生）

a—灰黑色泥岩；b—灰黑色含砾粗砂岩，可见岩屑；c—灰色粗砂岩，可见炭屑、黄铁矿

4.2 下一步找矿方向

依据查明的铀异常的层位和类型，梳理铀异常信息，总结铀异常的空间分布规律，分析铀成矿的制约因素，认为下一步勘查重点应在六家地区北部和黑水地区东北部。原因如下：六家地区北部异常主要赋存在白垩系孙家湾组下段，部分钻孔阜新组也见铀异常层发育；断层发育活跃、埋藏浅，且目的层砂体发育较好；应着重注意铀储层厚度突变处，砂体厚度在 200～300 m，含砂率 0~60% 地段（图10a）；另外灰色泥岩及阜新组顶部煤层等还原介质发育良好地段，铀储层还原能力较好，氧化还原过渡带发育位置为下一步找矿方向。黑水地区东北部发现大规模铀异常现象，发育异常层位为孙家湾组上段砂砾岩中；与盆缘以断层接触，南部与九佛堂组不整合接触，为地下水渗入和排泄提供了通道，有利于形成良好的补-径-排系统；铀储层埋深小于300 m，砂体厚，含砂率大于60%的地段应特别注意，同时还应注意还原介质发育良好，暗色泥岩厚度10 m左右的地段（图10b）。

5 结论

（1）平庄盆地北缘铀异常发育广泛，六家和黑水地区异常厚度较大，稳定性较好。铀异常发育层位为白垩系阜新组上段、孙家湾组下段以及孙家湾组上段，赋矿岩性为灰黑色泥岩、细砂岩及灰色中粗砂岩和砂砾岩，铀异常类型主要为砂岩型，其次为泥岩型。

1 —上白垩统孙家湾组边界；2—砂体厚度等值线/m；3—含砂率等值线/%；4—下一步找矿区域；5—地名

（2）平庄盆地北缘砂岩型铀矿成矿地质条件较好，其中铀源条件、铀储层条件、氧化作用条件及还原介质条件均有利于铀矿化作用的发生。

（3）下一步找矿方向为六家地区北部和黑水地区东北部，该地段铀异常活跃，埋藏浅，品位相对较高，且成矿地质条件良好，成矿潜力较大。

参考文献