0 引言

前人对二连盆地类型、主要盖层沉积相及区域铀矿化等进行过相关研究（卫三元等，2006；聂逢君等，2010，2015a，2015b；张金带等，2010；李洪军等， 2012；鲁超等，2013；焦养泉等，2015），综合认为其成矿环境较好，成矿潜力巨大，已在盆地西部发现一批大、中型铀矿床。二连盆地东部经过多年铀矿勘查工作，仅在乌里雅斯太凹陷发现较好的找矿线索，但是未取得铀矿找矿突破，。

乌里雅斯太凹陷位于二连盆地乌尼特坳陷北部，随着研究深入，发现其与二连盆地西部在地层、构造和铀源等方面具有一定相似性，但在成矿过程中还存在很多差异。研究区内具有独立铀成矿系统，但针对铀成矿地质条件尚未系统研究，进一步限制了找矿成果。为了进一步推进二连盆地东部找矿成果，本文首先运用层序地层学和岩石学原理及方法，对研究区下白垩统赛汉组地层特征、分布特征、含矿岩石特征及隔水层特征开展详细研究工作；再以砂岩型成矿理论为指导，对区内铀源、构造、岩性-岩相、气候与地貌和水文地质条件进一步论述研究区成矿远景，初步建立了铀矿找矿模式，旨在为下一步找矿提供理论指导。

1 研究区地质背景

乌里雅斯太凹陷位于二连盆地北东部（图1a），构造类型为北陡南缓单断式箕状型凹陷（李先军， 2015）。研究区总体呈北东向长条形展布，长约220 km，宽10~20 km，面积近3000 km²，自南西向北东依次可分为东乌次级凹陷和巴彦霍布尔次级凹陷，铀矿化范围位于北东部巴彦霍布尔次级凹陷（图1b），长约 60 km，宽 9~20 km，面积 800 km²。中生代地层主要为下白垩统赛汉组、腾格尔组及阿尔善组（徐强，2018），其中赛汉组为主要研究目的层。近些年在研究区北部新发现铀矿化孔 5 个，为下一步铀矿找矿提供了有利线索。

2 含矿层位地质特征

2.1 地层特征

研究区基底由元古界、古生界变质岩、岩浆岩和中生代含煤碎屑岩及中酸性火山岩组成。侵入岩为华力西期和海西期花岗岩，岩性主要为黑云母正长花岗岩、黑云母二长花岗岩。该时期花岗岩 （铀含量为3.5×10^-6~11.6×10^-6，钍含量为12.8×10^-6~32. 0×10^-6 ）铀丰度相对较高（李国新等，2003）。沉积盖层为中新生代沉积岩，断裂较发育，通过与二连盆地西部地层对比，研究区盖层主要为阿尔善组 （K₁a）、腾格尔组（K₁t）、赛汉组下段（K₁s ¹），其中赛汉组上段（K₁s ²）受燕山晚期构造抬升并剥蚀作用影响，只在凹陷北部局部有残留；上白垩统不发育，新近系局部呈残留红色泥岩（图2）。

下白垩统赛汉组上段（K₁s ²）为研究区主要的含铀矿目的层，岩性主要为灰白色—褐黄色砂砾岩、粗砂岩、细砂岩及深灰色泥岩（图3a、e）。赋存铀矿化的岩性主要为深灰色泥岩及细砂岩，见炭化植物碎屑发育（图3c、e），在铀矿化体上、下砂体中均发育高岭土化、褐铁矿化蚀变（图3d、f），个别钻孔可见厚层褐黄色中粗砂岩（图3b），为典型的层间氧化带控矿。

1 —第四系；2—上泥盆统；3—海西期花岗岩；4—蚀源区边界；5—铀矿化孔；6—无矿孔；7—国界线

2.2 含矿层分布特征

下白垩统赛汉组可分为上段（K₁s ²）和下段 （K₁s ¹）。铀矿化主要赋存于赛汉组上段，该层位受燕山晚期构造抬升影响较大，主要分布在 F₂及 F₄断裂以北，以南受抬升剥蚀已完全缺失，整体呈北西— 南东向展布，埋深也随之逐渐变深，最深处达285 m （图4a），砂体较为发育，最厚达275 m，连续性较好，横向上砂体长达到30 km，延伸稳定，氧化带发育厚度较大，以潜水-层间和层间氧化带为主，砂体呈褐黄色及亮黄色（图3b、d），残留灰色砂体中偶见炭化植物碎屑（图3e），岩性以中粗砂为主，局部夹花岗岩砾石及薄层泥岩，碎屑颗粒磨圆呈棱角—次棱角状。赛汉组下段分布于整个凹陷，构造影响相对较小，由盆地边缘向内部逐渐变深增厚为特点，最深处达800 m（图4b），砂体主要发育于盆地边缘附近，砂体最厚达450 m，向盆地延伸逐渐变薄，氧化带主要发育在盆地边缘附近砂质砾岩中，以潜水氧化为主，岩性以灰白色中粗砂岩、砂砾岩为主，盆地内部以灰色、深灰色泥岩为主，还原性较强，常见花岗岩、凝灰岩及安山岩砾石，属于多物源沉积。

2.3 隔水层特征

研究区赛汉组上段具有典型泥-砂-泥结构，顶、底板泥岩具有不透水或弱透水特点，而在成矿部位具有一套稳定中细砂岩，具强透水（图5）。顶、底板及含矿层岩性具有明显物性差异，为含铀含氧水提供了有利流通通道。产铀沉积盆地应为大型的自流水盆地，具有丰富的水源补给区，有岩层产状平缓的长距离径流区及明显的排泄区（金若时等，2014）。研究区受周边隆起控制明显，为渗入型自流盆地（岳淑娟，2011）。乌里雅斯太凹陷具有相对独立和相对完善的地下水补-径-排水动力系统，含矿层位稳定的砂体为流体提供了有利通道，稳定的顶底板泥岩隔水层保证流体动力充足，形成大规模氧化还原过渡带，为流体改造成矿形成巨大成矿空间提供必要因素。

3 含矿岩石特征

地层不同岩性铀钍富集规律指示出该地区含氧含铀水流动规律（尹永朋等，2021）。研究区赛汉组含铀矿岩石中铀、钍含量变化较大，铀含量在含泥细砂岩中含量最高（表1）。赛汉组下段（K₁s ¹）以灰白色中粗砂岩为主，局部见砂质砾岩，氧化砂体不发育；赛汉组上段（K₁s ²）主要为褐黄色中粗砂岩、灰白色砂质砾岩及粗砂岩，局部见薄层泥岩等，其中含矿层岩性以灰色含泥细砂岩、砂质泥岩为主。碎屑为次棱角状—棱角状、分选中等偏差、以泥质胶结为主，局部为孔隙式胶结，矿层顶底见褐铁矿化、高岭土化后生蚀变。研究区已见铀矿化孔5个，说明该地区具有一定成矿潜力。由表1 可知，各钻孔中钍、铀含量分布不均，变化相对较大。其中，第一层铀矿化特征，解释品位变化范围 0. 0120%~0. 0187%，厚度 0.20~1.70 m，平米铀量 0.18~0.55 kg/m²，为低品级矿化，矿化顶板埋深 69.35~80.65 m，含矿岩性以灰色、灰黑色细砂岩为主，少量为灰色砂质泥岩，多含炭屑等有机质，具有较强的还原能力。第二层铀矿化特征（图6），铀量为 0.21 kg/m²，见矿深度为 180.75~181.45 m，品位 0. 0151%，厚度 0.70 m，以泥质细砂岩为主。垂向上，各层位铀矿化位于氧化带底界面的含泥细砂、细砂岩中，铀矿化的形态与地层产状基本保持一致，呈板状。研究区铀矿化孔距离蚀源区较近，靠近蚀源区赛汉组砂体发育，岩性疏松，具有强渗透性，为蚀源区含铀含氧水提供了有利通道，含铀含氧水进入地层后，遇到下部富含有机质的灰色砂体，发生铀的富集，为后期铀矿成矿提供了有利地质条件。

a—赛汉组上部灰白色中、细砂岩；b—赛汉组褐黄色中粗砂岩；c—深灰色泥岩（含铀样品）；d—褐黄色粗砂岩（氧化带样品）；e—赛汉组含炭化植物碎屑细砂岩；f—浸染状褐铁矿化；g—赛汉组砂岩中炭化植物碎屑；h—灰色泥质细砂岩（铀矿化孔）

1—下白垩统赛汉组上段；2—下白垩统赛汉组下段；3—上泥盆统；4—海西期花岗岩；5—正断层及编号；6—逆断层及编号；7—蚀源区边界； 8—铀矿化孔；9—无矿孔；10—国界线

1—下白垩统赛汉组上段；2—下白垩统赛汉组下段；3—下白垩统腾格尔组；4—泥岩；5—砂岩；6—砂质砾岩；7—铀矿化体；8—铀异常体； 9—氧化带；10—过渡带；11—氧化带前锋线

注：测试单位为核工业二四三大队分析测试中心（2022年11月）。

4 成矿条件分析

4.1 构造条件

二连盆地在古生代褶皱系的基础上，经燕山期拉张翘断构造应力场作用而发育起来的以裂陷为主的中新生代沉积盆地（Meng et al.，2003）。沉积盖层经历了早白垩世断陷湖盆沉积的成盆构造和新近系以后的新构造运动（刘武生等，2004）。研究区基底主要由两大构造层组成，即海西构造层及燕山构造层，泥盆系和二叠系火山岩、中酸性侵入岩和中浅变质岩组成。燕山构造层主要由侏罗系构成，广泛分布于各凹陷基底中，形成一系列海西期 （γ₄ ³）、燕山早期花岗岩类（γ₅ ²）及晚侏罗世中酸性火山岩。早白垩世，研究区构造演化经历了 4 个发育时期，即断陷初期、断陷稳定期、断陷萎缩期和回返抬升期4个阶段（图7）（李先军，2015）。其中有利成矿位于回返抬升期，赛汉组沉积后，凹陷整体缓慢抬升，长期遭受剥烛，湖区消亡，结束了断陷的演化，缺失整个上白垩统及盆地内部缺失赛汉组上段 （K₁s ²）最后被新生界覆盖，形成了赛汉组与新生界之间的区域不整合与沉积间断，并与控盆断裂形成一条有利铀成矿反转构造带，在该条构造带残留长 50 km，厚 50~300 m 赛汉组上段，并且已发现 5个铀矿化孔。该条断裂当断裂构造沟通深部油气储层时，强还原气体（如CH₄、H₂S等）可沿断裂向上迁移，遇到含铀含氧地下水时，形成地球化学还原障，促使铀还原富集（权建平等，2007；金若时和覃志安， 2013）。

4.2 铀源条件

蚀源区是供给盆地沉积地层铀主要来源之一。研究区赛汉组物源主要来自巴音宝力格隆起海西期花岗岩，其铀含量为 4.13×10^-6，钍含量为 18. 0×10^-6，铀丢失率为80%~93%（金若时等，2014）。研究区花岗岩大量铀通过含铀含氧水运移到盆地中，为研究区铀成矿提供了充足的铀源。含矿层位以灰色泥岩及含炭化植物碎屑细砂岩为主，赛汉组灰色砂岩、灰色含泥细砂岩铀含量为30×10^-6~70×10^-6，远高于同类沉积岩的平均铀含量 0.45×10^-6~13. 00× 10^-6，表明研究区赛汉组沉积层自身也是铀次生富集成矿的铀源之一。

4.3 岩性-岩相条件

4.3.1 沉积相特征

有利的岩相条件为铀成矿提供了有利成矿空间（何中波等，2023）。研究区赛汉组沉积时期，发育一套冲积扇—三角洲—滨浅湖相沉积（图8）。靠近凹陷西缘和南缘蚀源区发育扇三角洲相沉积，单个扇体平面上呈楔形、扇形展布，侧向相连构成三角洲群，处于凹陷陡坡带，水上部分主要为辫状河分流河道沉积，水下部分以水下重力流为主；凹陷东缘为凹陷缓坡带发育辫状河三角洲相沉积，平面上呈楔状、席状，平原组合以辫状分流河道充填为骨架，越岸沉积和决口扇比例小，前缘主要为牵引流所形成的河口坝；湖泊相沉积在凹陷中。河道砂体发育，走向与凹陷空间展布一致；局部山间发育规模较小的冲积扇，平原上多呈单个扇状的扇体垂向上总体出现冲积扇相、扇三角洲相（辫状河三角洲相）、湖泊相结构的相序列。

4.3.2 沉积模式对铀成矿控制作用

研究区主要经历了阿尔善组到赛汉组完整的沉积过程（图9）。阿尔善期为断陷盆地张裂初期，可容纳空间较小，物源供给充足，沉积物较粗，沉积体系以冲积扇为主。腾格尔组初期构造活动继续加剧，湖盆进入快速沉降时期，湖平面快速上涨。腾格尔组中期盆地的快速沉降而发生大规模湖侵，出现了广泛的湖泊相沉积，且深湖为主要的沉积相带。腾格尔组晚期基底的快速沉降使盆地可容纳空间增大且速率大于沉积物供给速率，湖盆中大部分地区处于欠补偿状态。赛汉期河流携带大量粗粒沉积物的水流从山区进入较宽阔地之后，形成冲积扇且很快进入高湖平面的湖盆中，形成扇三角洲。扇三角洲的形成在一定程度上反映了盆地构造情况，即大量的扇三角洲沉积体系对应于盆地构造相对剧烈时期。

1—下白垩统赛汉组上段；2—下白垩统赛汉组下段；3—下白垩统腾格尔组二段；4—下白垩统腾格尔组一段；5—下白垩统阿尔善组二段； 6—下白垩统阿尔善组一段；7—断裂

研究区位于盆地的北侧受主断裂控制，出现差异性沉降，呈现出“箕状断超”的局面（董方升等， 2021）。陡侧发育主断裂坡折带控制的扇三角洲，由于主断裂活动时间长且规模和落差大，物源供给充分，因而形成的陡坡带往往具有横向延伸距离远、继承性好等特点。研究区铀矿化孔主要位于扇三角洲平原砂体中，个别位于扇三角洲前缘亚相中，本地区扇三角洲砂体呈厚层状沉积为主，并且由多个朵体相互叠置形成，具有发育面积广、厚度大等特点。综上所述，赛汉组扇三角洲砂体连通性较好，为铀成矿提供了有利储矿空间。

1—上泥盆统；2—海西期花岗岩；3—冲积扇；4—扇上河道；5—三角洲平原；6—三角洲前缘；7—席状砂；8—前三角洲；9—滨浅湖；10— 蚀源区边界；11—铀矿化孔；12—无矿孔；13—国界线

4.4 气候与地貌条件

下白垩统赛汉组为一套灰色含煤粗碎屑岩沉积建造，有机质较为发育，反映当时为还原性的古气候环境。目的层沉积后，古气候转为干旱、炎热，延续时间较长，这种成岩期潮湿、成矿期干旱的古气候条件，有利于含铀、含氧水以及近地表潜水氧化带和层间氧化带的形成。研究区内部主要为半沙漠、半草原地貌特征，确保了含铀、含氧水的下渗。蚀源区主要为低山丘陵、构造剥蚀地貌类型，由含铀较高的海西期、燕山期花岗岩和上侏罗统中酸性火山岩组成，基岩大面积裸露，风化壳及构造裂隙发育，植被稀疏，长期处于风化剥蚀状态，利于大气降水的渗入，赋存较丰富的基岩裂隙水，促进含铀成矿物质的迁移和再富集。

4.5 水文地质条件

研究区水系具有周边河流多，向心式径流、水系短、水动力强—中等特点。地下水划分 3 种主要类型：基岩裂隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水和松散岩类孔隙水，具有相对独立和完善的地下水补-径-排水动力系统。区域性地下水补给主要有大气降水、地表水、潜水及基岩裂隙水；排泄主要通过张性断裂、湖泊、盐沼或沼泽地。据潜水和承压水的等水压线分析，凹陷潜水和承压水的径流方向基本一致 （图10）。径流方向总体上为由南西、南南西往北西、北北西方向，中部存在北北东或北东向的局部性排泄带。地下水铀含量普遍较高，基岩裂隙水 U 平均含量达 68.65 µg/L，潜水平均 U 含量为 77.45 µg/L，K₁～N₂ 层间水 U 平均含量高达 33.94 µg/L。地下水中 U 的异常下限为 28.35 µg/L，Rn的异常下限为49.95 Bq/L。

1—下白垩统赛汉组；2—下白垩统腾格尔组；3—下白垩统阿尔善组；4—海西期花岗岩；5—蚀源区；6—冲积扇；7—扇三角洲平原；8—扇三角洲前缘；9—前三角洲；10—滨浅湖；11—铀矿化孔

1—第四系；2—下白垩统赛汉组；3—下白垩统腾格尔组；4—下白垩统阿尔善组；5—海西期花岗岩；6—冲积扇；7—扇三角洲；8—砾质辫状河； 9—辫状河三角洲；10—湖泊；11—地层不整合界线；12—地层整合界线；13—正断层；14—逆断层；15—含铀含氧水；16—还原流体；17—最大湖泛面；18—铀矿体

5 铀成矿潜力分析

乌里雅斯太凹陷位于巴音宝力格隆起东部，属于单断箕状型山间盆地，物源及铀源主要来自周边海西期花岗岩。近年来在研究区北部发现铀矿化孔 5 个，为下一步施工提供了有利找矿线索。下一步工作方向：（1）赛汉组上段为二连盆地主要含矿层位，通过地层对比及构造分析，在乌兰察布地段初步圈定残留赛汉组上段范围，面积约350 km²；（2） 山间盆地具有多物源、多铀源等特点，通过对盆地周边富铀岩体开展地质调查及取样分析，认为研究区北部蚀源区海西期花岗岩体具有高铀及铀高丢失率等特点；（3）研究区构造控制了相带展布，主要发育扇三角洲相，并在研究区北部形成一套稳定砂带，为铀成矿提供了有利空间；（4）研究区氧化带分布被砂体空间形态控制，并且属于渗入型，乌兰察布地段砂体渗透性强、连续性好；（5）在研究区北部发育一条构造反转带，该条构造带为下一步工作的主要方向。综上成矿条件所述，初步建立乌里雅斯太凹陷成矿模式图（图11），该地区具有很大铀成矿潜力。

6 结论

（1）研究区赛汉组扇三角洲体系中砂体渗透性高，横向上连续好，分布稳定，为铀成矿提供了有利空间。

（2）赛汉组上段发育典型层间氧化带，砂体呈褐黄色、亮黄色，并且灰白色砂体中高岭土化发育，含矿砂体中见炭化植物碎屑，具备有利成矿后生改造条件。

（3）凹陷北部赛汉组上段由两组断裂控制，形成一条构造反转带，南部断裂为还原性气体提供通道，北部断裂为含铀含氧水进入地层提供了有利通道。

（4）研究区具有独立地下水补径排水动力系统，地下水径流区横向宽度较大，为该地区铀成矿提供了有利水文地质条件。

参考文献