鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿成矿条件及其找矿意义.pdf

能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)收稿日期：2023-02-20基金项目：煤田勘查区砂岩型铀矿调查与勘查示范项目（1212011501601）第一作者：田家鹏（1988），工程师，硕士，主要研究方向为矿床地球化学、铀矿地质学及煤田地质勘查。E-mail：*通信作者：彭胜龙（1983），高级工程师，硕士，主要研究方向为铀矿地质及煤田地质勘查。E-mail：引用格式：田家鹏,彭胜龙,郝静,等.鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿成矿条件及其找矿意义J.能源研究与管理,2023,15(2):60-65.摘要：在中国北方砂岩型铀矿地质调查工作中，煤田钻孔中自然伽玛异常是寻找砂岩型铀矿的主要找矿信息及地质线索，鄂尔多斯盆地成矿条件及找矿方向突破一直是盆地内砂岩型铀矿勘查的难点，以煤田钻孔资料的“二次开发”作为铀矿勘查新思路，对研究区钻孔测井成果进行综合性研究，开展勘查选区研究，选择重点铀矿（化）体异常孔进行钻探查证。结果显示，研究区自然伽玛值2 000 nC/(kgh)的范围为105 km2；自然伽玛值3 000 nC/(kgh)的范围约为35 km2，局部异常厚度超过3 m。经过煤田钻孔的“二次开发”，在鄂尔多斯盆地北缘发现铀矿工业孔11个，铀矿化孔8个，见矿率高达95%，有望提交具有大型规模铀矿产地1处。煤田资料铀矿点的“二次开发”技术进一步指出了勘查地浸砂岩型铀矿的工作方向，提高了铀矿找矿效率，为鄂尔多斯盆地北缘寻找可地浸砂岩型铀矿提供了指示意义。关键词：鄂尔多斯盆地北缘；砂岩型铀矿床；成矿条件分析；铀源条件；找矿靶区；成矿方向中图分类号：P619.14文献标志码：A文章编号：20967705（2023）02006006TIAN Jiapeng1,PENG Shenglong1,*,HAO Jing1,HU Yinglian1,CHEN Lin1,SUN Bo1,ZHANG Fan1,XU Wei1,DOU Hongxin1,GUO Xiaoyu1,TONG Ye1,WANG Hao1,ZHANG Hongzhe1,2,ZHANG Jiaxin1,2（1.Coalfield Geological Bureau of Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010010,China;2.Scientific Research Institute of Coalfield Geology Bureau of Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010010,China）In the geological survey of sandstone type uranium deposits in northern China,natural gamma anomalies in coalfield boreholes are the main prospecting information and geological clues for sandstone type uranium deposits.Thebreakthrough in the ore-forming conditions and prospecting direction in the Ordos basin has always been a challenge for theexploration of sandstone type uranium deposits in the basin.Using the secondary development of coal field drilling data as aDOI：10.16056/j.2096-7705.2023.02.009鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿成矿条件及其找矿意义田家鹏1，彭胜龙1,*，郝静1，胡英莲1，陈琳1，孙波1，张帆1，许伟1，窦洪鑫1，郭晓宇1，佟野1，王豪1，张洪喆1,2，张佳鑫1,2（1.内蒙古自治区煤田地质局，呼和浩特010010；2.内蒙古自治区煤田地质局科研所，呼和浩特010010）综合论述60窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)引言近十多年来的地质勘查及实践证明，内蒙古自治区是我国最重要的砂岩型铀成矿带之一1-2。煤田自然伽玛异常为寻找砂岩型铀矿的主要矿化信息及其找矿线索，为一系列铀矿床的快速发现奠定了坚实基础。2015年，内蒙古自治区煤田地质局依托天津地质调查中心的地质调查项目“北方重要盆地砂岩型铀矿调查与勘查示范项目”，在鄂尔多斯盆地北缘以跨越式勘查理念，在鄂尔多斯盆地北缘开展了含煤盆地铀矿资源区域评价。含煤盆地铀矿资源区域评价主要以煤田资料铀矿点的“二次开发”技术为地质勘查基础，本次地质调查以“异常筛选、选区分析与原位验证、地质环境判别及综合分析、靶区定位”四位一体的煤矿区铀矿地质调查模式进行了铀矿（化）体靶区圈定。煤田资料主要包括煤田测井资料及钻孔岩心资料。钻孔岩心资料则主要用于选区、沉积体系分析等，将两者有机结合应用用于“靶区精确定位”3，这充分表明煤田资料的“二次开发”技术是高效经济可行的。另多家地质勘查单位在鄂尔多斯盆地进行了大量的煤田地质勘探工作，为煤田资料铀矿点的“二次开发”技术提供了先天性条件。再次地质工作者在鄂尔多斯盆地北缘并没有进行过煤田资料铀矿点的“二次开发”技术，为本次铀矿靶区的圈定提供了决定性条件。内蒙古自治区煤田地质局以寻找北方型砂岩型铀矿找矿靶区为目的，对鄂尔多斯盆地北缘的129个煤田钻孔资料进行了勘查选区研究4。在鄂尔多斯盆地北缘筛选了具有自然伽玛异常的煤田钻孔，重新进行了钻探验证及砂体厚度异常圈定5。目前，在圈定的优选找矿靶区范围内使砂岩型铀矿在鄂尔多斯盆地北缘取得了新的进展6。利用钻孔验证揭示了该区具有巨大的铀资源找矿潜力。本文研究以钻探验证为区域勘查的切入点，利用钻探验证及测井异常圈定了砂体中的铀矿（化）体异常，结合区域内钻探、物探、化探、重砂和遥感等地质异常圈定了鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿找矿靶区。同时，利用煤田资料铀矿点的“二次开发”技术对鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿进行了选区分析。通过选区分析及钻探、物探、化探、重砂和遥感等综合地质工作，对鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿（化）体的探寻提供了新的找矿思路和技术路线。为鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿的地质勘探工作提供了科学理论指导。1区域地质背景1.1区域地质特征鄂尔多斯盆地所处大地构造位置位于华北地台的西部，是中生代发育起来的大型内陆坳陷盆地7（图1）。鄂尔多斯盆地发育的盖层由老至新包括中生界的三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系下统（K1）和新生界的古近系（E）、新近系（N）、第四系（Q）8。侏罗系在鄂尔多斯盆地东部呈南北向出露，向西及南西多倾伏于下白垩统之下，同时，侏罗系为盆地内的主要的含煤地层。下白垩统在鄂尔多斯盆地北部广泛分布，是盆地西部主要铀矿（化）体的含矿目的层9，古近系及新近系在盆地内零星出露，第四系主要出露在盆地中部及南部。1.2区域构造特征鄂尔多斯盆地在晚三叠世从华北地块分化出来，开始了中新生代盆地的沉积序幕10，新生代盆地整体隆升。伊陕单斜区占据了鄂尔多斯盆地北部的绝new approach for uranium exploration,a comprehensive study was conducted on the drilling and logging results in the studyarea,and a study was conducted on the selection of exploration areas.Key uranium ore(chemical)body abnormal holes wereselected for drilling verification.The results show that the range of natural gamma values2 000 nC/(kgh)in the study areais 105 km2.The range of natural gamma values3 000 nC/(kgh)is approximately 35 km2,with local anomalous thicknessexceeding 3 m.After the secondary development of coal field drilling,11 industrial uranium ore holes and 8 uraniummineralization holes were discovered in the northern edge of the Ordos basin,with a high ore occurrence rate of 95%.It isexpected to submit one large-scale uranium mineral site.The secondary development technology of uranium deposits incoal field data further points out the direction of exploration for in-situ leachable sandstone type uranium deposits,improvesthe efficiency of uranium ore exploration,and provides indicative significance for searching for in-situ leachable sandstonetype uranium deposits in the northern edge of the Ordos basin.northern margin of Ordos basin;sandstone type uranium deposit;analysis of metallogenic conditions;uraniumsource conditions;prospecting target area;metallogenic direction综合论述61窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)大部分区域，经过加里东和早海西运动形成隆起区，上古生界由东向西超覆，隆起区高位缺失下古生界11。印支运动早期，主要表现为隆起区背景上的北高南低12，造成三叠系北粗南细及北薄南厚的沉积特征。印支运动晚期，伊陕单斜区继续隆升10，造成延长组顶部遭受剥蚀和侏罗系富县组沉积间断。从侏罗纪延安期开始进入稳定沉积阶段，并总体上向SW倾斜，形成平缓斜坡。伊陕单斜区这种长期稳定性为侏罗系延安组、直罗组河流相砂体发育及稳定展布创造了有利的构造条件7，为含铀流体的运移和砂岩型铀矿的富集提供了广阔的空间。2成矿地质条件分析2.1岩性-岩相条件研究区含矿目的层为中侏罗统直罗组（J2z）13，直罗组下段主要以河流相沉积为主。河流相沉积在鄂尔多斯盆地北缘可划分为下段下亚段的辫状河沉积（J2z1-1），上亚段的辫状河-曲流河沉（J2z1-2）及上段的洪泛沉积14。直罗组下段上、下亚段辫状河砂体具有发育稳定、成岩固结程度低、孔隙度较好的地质特征，构成研究区内主要的铀矿（化）体储矿空间。鄂尔多斯盆地北缘各岩段均有较稳定的泥岩盖层，与延安组上部泥岩盖层形成相对稳定的“泥-砂-泥”结构层11，该地层的形成结构有利研究区砂岩型铀矿（化）体的形成。2.2铀源条件鄂尔多斯盆地北缘的物源及碎屑物主要由前中生代的地层和岩浆岩组成。中生代沉积物源及碎屑物多来自于盆地北部及西部15。盆地西部及北部大面积分布的太古代、早元古代结晶岩系和不同时代的花岗岩岩体铀含量较高，为铀矿（化）体的先期富集提供了铀源，也是后生铀矿（化）体主要铀的来源。延安组、直罗组及志丹群组物源沉积时，铀矿（化）体就进行了先期预富集，同时，地层本身也为铀矿（化）体的预富集提供了先天性条件。由于延安组、直罗组及志丹群气候温暖潮湿，且沉积物中含有腐殖质、炭质或煤屑可吸附铀。表明延安组、直罗组及志丹群组是一套富铀地层，同时，为铀矿的预富集提供了存储空间，可作为后生铀成矿及成矿流体中铀的重要来源16。2.3古气候条件鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿在预富集形成阶段，古气候条件从温暖潮湿环境向半干旱、干旱条件转变是铀矿（化）体形成的有利条件17-18。直罗组沉积后早白垩世的华池-环河期古气候短时期内以温暖湿润的气候条件为主，其它时期则以干旱、半干旱气候条件为主19。结合以上古气候条件，鄂尔多斯盆地北缘及周边蚀源区长时期处于风化剥蚀状态，又由于岩石受到剥蚀及熔融，蚀源区的含铀含氧水不断向盆地中间及周边进行运移，在古气候条件的加持下，含矿目的层容易发生氧化还原作用20，有利于铀矿（化）体的形成。2.4古水文地质条件鄂尔多斯盆地北缘地下水补、迳、排水文地质条件总体表现为补给贫乏、排泄不畅21，北缘水化学类型多以低矿化度的碳酸盐型水为主，氧化还原环境为辅。鄂尔多斯盆地北缘的东部及西部中生代地层出露处，由于大气降水的不断补给，容易发生氧化还原作用，并形成一定规模的层间氧化带22。层间氧化带的形成，为砂岩铀矿的预富集提供了物质基础。新近纪之前，盆地北缘又具有特殊的水文地质环境23，在中侏罗世、早白垩世无物源补给的沉积时期，盆地北缘则形成了延安组、直罗组及华池-环河组等多层河流-三角洲相含矿目的层砂体，砂体同时具有相对稳定的隔水-含水-隔水的水文地图 1鄂尔多斯盆地地质构造简图Fig.1Geological structure diagram of Ordos basin综合论述62窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)3找矿靶区的圈定及找矿方向3.1选区的内容找矿靶区的筛选和圈定是成矿预测工作及其方法深化发展的主要内容，也是煤田资料铀矿点的“二次开发”技术前期必须进行的基础工作。鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿在时空展布上具有丛聚性，在空间展布上则形成条带状，在空间上总体呈北西向展布。根据鄂尔多斯北缘砂岩型铀矿的分布特点，工作面积需由大到小，逐步划分远景区。从远景区至靶区逐步缩小工作面积，运用煤田成矿模式和典型煤田式的找矿来求同存异。筛选过程中尤其要注重布置野外实物工作量，以综合信息为地质依据来筛选找矿靶区，以提高靶区见矿率27。通过收集鄂尔多斯北部129个煤田钻孔放射性测井资料，对其钻孔自然伽玛异常进行筛选，研究异常范围按0350、350700、700 nC/(kgh)3个数值段分别进行统计。开展铀矿勘查选区研究工作28，选择具有相对稳定的构造斜坡带、铀源地质体、自然伽玛异常、岩相古地理环境、稳定的泥岩-砂岩-泥岩层结构、有利的补给区、径流区、排泄区地下水动力机制进行找矿靶区圈定。依据煤田钻孔放射性测井资料及钻孔工程数据，得到了鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿放射性异常厚度等值线图（图3）。根据地质、测井综合异常信息，优选成矿重点区段对已发现的铀矿地质体进行检查，推测砂岩型铀矿的分布形态、规模、产状及含矿性等特征，查明了鄂尔多斯北缘砂岩型铀矿的成矿地质背景、矿产分布规律29。3.2选区分析选区分析是寻找砂岩型铀矿地质调查的综合信息，选区的合理与否直接关系到该区的资源评价与后续工作的部署安排3。前人在鄂尔多斯盆地远景区预测方面已有大量研究，多注重对铀源条件、古气候与古构造、古地下水条件、砂体发育特征等方面的研究。但对鄂尔多斯盆地北缘则缺少直接的铀矿化研究信息，基于煤田资料的收集及铀矿体的选区分析则正好弥补了这一不足。本次依据钻孔测井自然伽玛曲线对鄂尔多斯盆地北缘铀矿化进行分析，发现区内104个钻孔均存在不同程度的放射性异常，而且层位主要分布于侏罗系中统直罗组（J2z）地层，岩性主要为粗、中、细粒砂岩。对鄂尔多斯北缘部分钻孔进行重新验证及测井，发现研究区确实发育较连续的河流相砂体30，而且具有一定规模的放射性异常，并且局部异常厚度超过3 m（图4），通过测井发现该研究区自然伽玛值2 000 nC/(kgh)的范围约为105 km2；自然伽玛值3 000 nC/(kgh)的范围约为35 km2，图 2鄂尔多斯盆地北缘古水文地质条件简图26Fig.2Sketch map of paleohydrogeological conditions in the Northern margin of Ordos basin（a）（b）质结构，利于层间氧化带的发育（见图2）。晚侏罗世后，北部及西部古隆起带上的含氧含铀水直接渗入到含矿目的层，这对铀的迁移、层间氧化带发育及铀在氧化带前锋线富集成矿带来了有利条件24-25。综合论述63窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)图 3鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿放射性异常厚度等值线图Fig.3Contour map of radioactive anomaly thickness for aandstone type uranium deposits in the Northern margin of the Ordos basin说明研究区存在较好砂岩型铀矿。依据以上地质现象，对鄂尔多斯盆地北缘的铀矿（化）体找矿靶区进行了重新圈定。3.3找矿靶区成果验证根据圈定的铀矿找矿靶区及优选成矿有利地段，对异常强度高、异常厚度大的钻孔开展钻探工程验证31。研究区内共施工验证铀矿钻孔20个，其中铀矿工业孔（1 kg/m2）11个，铀矿化孔（铀品位10 000，平米铀量1 kg/m2）8个，见矿率高达95%，有望提交具有大型规模铀矿产地1处，显示了该区具有巨大的砂岩型铀矿成矿潜力30。在区域上扩大了鄂尔多斯盆地北缘铀矿产资源的储量。4结论1）对鄂尔多斯盆地北缘的岩相-岩性条件、铀源条件、古气候条件、古水文地质条件等综合分析，铀矿层位主要分布于侏罗系中统直罗组（J2z）地层，岩性主要为粗、中、细粒砂岩。依据测井发现研究区自然伽玛值2 000 nC/(kgh)的范围为105 km2；自然伽玛值3 000 nC/(kgh)的范围约为35 km2，图 4鄂尔多斯盆地北缘砂岩型铀矿放射性异常等值线图Fig.4Contour map of radioactive anomalies of sandstone type uranium deposits in the Northern margin of the Ordos basin/综合论述64窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)局部异常厚度超过3 m。2）依据煤田地质勘查工作、圈定的找矿靶区及优选成矿有利地段，在鄂尔多斯盆地北缘发现铀矿工业孔（1 kg/m2）11个，铀矿化孔（铀品位10 000，平米铀量1 kg/m2）8个，见矿率高达95%，有望提交具有大型规模铀矿产地1处，为指导研究区下一步找矿方向及利用自然伽玛高值异常来指导勘探工程的布置提供了理论依据。参考文献1王登红,代鸿章,刘善宝,等.中国锂矿十年来勘查实践和理论研究的十个方面新进展新趋势J.地质力学学报,2022,28(5):743-764.2胡航,蒋喆,李世龙.土壤氡气测量在二连盆地马尼特坳陷南缘EG地区的应用J.中国煤炭地质,2018,30(12):67-70.3吴兆剑,韩效忠.煤田资料的铀矿二次开发技术及其找矿意义:以二连盆地ZS煤田铀矿点的发现为例J.中国地质,2016,43(2):617-627.4任文秀,刘子锐,王怀涛,等.甘肃三道明水盆地白垩系砂岩型铀矿成矿模式与找矿方向J.地质调查与研究,2018,41(1):60-66.5赵岳,徐强,梁叶萍,等.内蒙古二连盆地呼仁布其凹陷白垩系铀矿化特征与找矿远景J.中国地质,2018,45(1):168-177.6张治波,黄敬,李丽荣,等.油田水分类方法及应用的研究进展J.能源研究与管理,2017(2):21-23.7李振成,胡立飞,李强,等.鄂尔多斯盆地巴音青格利地段砂岩型铀矿成矿条件及找矿前景分析J.西部资源,2017(6):43-44.8李亚,姚建新,王思恩,等.鄂尔多斯盆地中-晚三叠世陆相地层与建阶J.地球学报,2016,37(3):267-276.9杨龙.鄂尔多斯盆地北部杭锦地区直罗组下段沉积相特征分析J.西部资源,2016(4):75-76.10彭云彪,陈安平,方锡珩,等.东胜砂岩型铀矿床中烃类流体与成矿关系研究J.地球化学,2007(3):267-274.11彭胜龙,田家鹏,郭晓宇,等.鄂尔多斯盆地塔然高勒地区砂岩型铀矿含矿层砂岩特征及成矿作用J.中国地质,2023,50(1):264-276.12刘璐,彭云彪,戴明建.鄂尔多斯盆地北东部区域大规模叠合氧化形成条件与铀成矿作用J.世界核地质科学,2018,35(1):16-23.13荆国强,李保侠,贾恒.宁夏惠安堡铀矿床矿物特征及成矿阶段探讨J.地质论评,2015,61(S1):493-494.14朱强,俞礽安,李建国,等.鄂尔多斯盆地东北部塔然高勒地区还原介质对砂岩型铀矿的控制J.煤田地质与勘探,2018,46(6):11-18.15李子颖,方锡珩,陈安平,等.鄂尔多斯盆地东北部砂岩型铀矿叠合成矿模式J.铀矿地质,2009,25(2):65-70.16付锦,赵宁博,裴承凯,等.中国四大类型铀矿化指示元素组合特征及其成因J.物探与化探,2015,39(2):217-221.17高龙,杨胜富,石岳.鄂尔多斯盆地巴音布拉格地区铀成矿远景评价J.西部资源,2016(4):39-40.18刘正义,李西得,黄钢,等.鄂尔多斯盆地东北缘纳岭沟东皂火壕成矿区铀成矿特征和成矿机理分析J.东华理工大学学报(自然科学版),2020,43(5):417-429.19王谦.中国干旱、半干旱地区的分布及其主要气候特征J.陕西气象,1983(2):11-24.20陈戴生,刘武生,贾立城.我国中新生代古气候演化及其对盆地砂岩型铀矿的控制作用J.铀矿地质,2011,27(6):321-326.21王德潜,刘祖植,尹立河.鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析J.第四纪研究,2005(1):6-14.22李书海.塔里木盆地北缘日达里克地区库车组下段砂岩岩石学及地球化学特征J.新疆地质,2021,39(1):124-128.23王永君,张兆林.呼斯梁地区铀成矿条件分析及成矿规模预测J.河南理工大学学报(自然科学版),2010,29(S1):54-60.24王军宁,王谋.层间氧化带发育型式与铀矿化关系J.西部探矿工程,2006(12):118-120.25刘正邦.呼斯梁地区宝贝沟地段铀成矿条件分析J.河南理工大学学报(自然科学版),2010,29(S1):92-97.26焦养泉,吴立群,杨琴.铀储层-砂岩型铀矿地质学的新概念J.地质科技情报,2007(4):1-7.27钱叶照.找矿靶区圈定和筛选原则及其方法研究J.科技资讯,2011(27):2.28李宝华.煤田测井在砂岩型铀矿勘查选区中的应用J.中国煤炭地质,2014,26(9):81-84.29田家鹏,宁强强,周堂波,等.内蒙古巴林右旗上卧尔图铜多金属矿成矿条件简析J.能源研究与管理,2017(4):38-40.30李有民,门宏,狄颜宁.鄂尔多斯盆地西缘北段银东地区层间氧化带型铀矿地质特征研究J.西部资源,2016(5):15-20.31刘宗斌.黄陵地区煤、铀矿开采水文地质条件及影响因素分析J.地下水,2018,40(3):126-128.综合论述65窑窑