陳 擎， 王繼斌， 陳 斌， 康利剛， 葉雷剛，張勝龍， 時志浩， 魯寶龍

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

柴達木盆地是我國第三大內(nèi)陸盆地，盆地面積約12萬km2。近半個世紀(jì)以來，柴達木盆地北緣已發(fā)現(xiàn)數(shù)十處砂巖型鈾礦點、礦化點和眾多的異常點、帶，構(gòu)成了砂巖型鈾礦找礦的重點地區(qū)。這些鈾礦點、礦化點和異常點大部分位于下侏羅統(tǒng)小煤溝組(J1x)、中侏羅統(tǒng)大煤溝組(J1d)和石門溝組(J2s)含煤目的層內(nèi)。由于柴達木盆地北緣中下侏羅統(tǒng)目的層構(gòu)造復(fù)雜，部分中下侏羅統(tǒng)目的層埋藏深度較大(>2 000 m)，找礦難度較大。

古-新近系在柴達木盆地內(nèi)廣泛發(fā)育，由于古-新近系的還原能力不足，區(qū)內(nèi)鈾礦找礦工作進展緩慢。艾桂根(2001)提出柴達木盆地西北部冷湖、花海子和俄博梁地區(qū)獅子溝組具備層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦條件；邵飛等(2005)提出柴達木盆地東部清水河斜坡帶新近系目的層具備砂巖型鈾礦成礦條件；路耀祖(2007)從鈾源、砂體結(jié)構(gòu)、水文條件等方面預(yù)測了柴達木盆地古-新近系目的層找礦遠景；劉武生等(2018)探討了柴達木盆地油-鈾作用機理，預(yù)測了古-新近系鈾成礦潛力(1)劉武生，趙興齊，史清平，等，2018.柴達木盆地北緣鈾成礦地質(zhì)特征與遠景評價[R].核工業(yè)北京地質(zhì)研究院.。前人研究表明，柴達木盆地內(nèi)古-新近系上、下干柴溝組和上、下油砂山組砂巖也有可能是區(qū)內(nèi)鈾礦找礦有利的靶區(qū)之一。

近兩年，在中國核工業(yè)地質(zhì)局倡導(dǎo)“三新”(新區(qū)、新類型、新層系)鈾礦找礦工作思路的背景下，核工業(yè)二〇三研究所在柴西緣油氣區(qū)外圍通過鉆探查證發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦體，首次證實柴達木盆地古-新近紀(jì)“層間氧化滲入-油氣還原滲出”鈾成礦體系。鑒于此，筆者從成礦地質(zhì)背景、成礦條件和鈾礦化特征入手，分析了成礦地質(zhì)條件，初步探討了控礦因素及找礦潛力，為進一步認識和探討柴達木盆地砂巖型鈾礦的成礦作用、區(qū)域成礦規(guī)律及下一步找礦方向提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達木盆地位于歐亞大陸腹地，隸屬于塔里木-中朝板塊，可能是由塔里木-中朝古板塊分離出來的微型古陸，夾持在秦-祁-昆古生代地槽褶皺帶之間，是在前古生代基底上發(fā)育起來的中新生代內(nèi)陸山間盆地。其被昆侖山、阿爾金山和祁連山所環(huán)繞，盆地內(nèi)主要發(fā)育NW向和NE向深大斷裂。這些斷裂控制盆地構(gòu)造的分區(qū)性和分帶性，使得盆地在構(gòu)造上具有東西分區(qū)與南北分帶的特征。柴達木盆地可劃分出柴北緣隆塊斷帶、柴西緣坳陷和三湖坳陷3個一級構(gòu)造單元(圖1)。

柴達木盆地蝕源區(qū)大面積發(fā)育下元古界達肯坂群、中元古界全集群和加里東-印支期的中酸性侵入巖等，鈾含量普遍較高(4.3～39.0)×10-6，且地表已風(fēng)化的花崗巖中Th/U值大于3.5(權(quán)志高等，2014；王永剛等，2008；黃國龍等，2001)。

柴達木盆地主要發(fā)育有古生界、中生界和新生界3套地層，其中新生界地層發(fā)育有古近系的路樂河組(E1-2l)、下干柴溝組(E3g)，新近系的上干柴溝組(N1g)、下油砂山組(N1y)、上油砂山組(N2y)、獅子溝組(N2s)和第四系。

柴達木盆地古-新近系的沉積相演化經(jīng)歷了湖盆擴張-收縮-再擴張過程，在盆地周緣發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲沉積體系，形成了礫巖、含礫砂巖、中粗砂巖、細砂巖和粉砂巖等碎屑巖儲層，尤其在阿爾金山前形成的扇三角洲沉積體系平原和前緣相分流河道發(fā)育灰色砂體，形成有利的砂巖型鈾礦成礦目的層。

柴達木盆地古近紀(jì)弱伸展—中新世、上新世早期的坳陷作用，形成新的鈾礦成礦目的層，中新統(tǒng)與上新統(tǒng)間的不整合，在新目的層中發(fā)育潛水-層間氧化鈾成礦作用，上新世末期—第四紀(jì)擠壓反轉(zhuǎn)，盆地進入了近現(xiàn)代層間氧化的發(fā)育時期(邵雨萌等，2016；傅成銘，2009；劉林等，2008)。

古-新近系目的層中發(fā)育滲入氧化和油氣滲出還原蝕變，鉆探查證見褐鐵礦化氧化砂體和油氣還原砂體。氧化砂體呈褐黃色、黃色、淺黃色和灰白色，隨著顏色的降低，氧化程度變?nèi)酰挥蜌膺€原砂體呈灰綠色、灰褐色，在灰綠色油氣還原砂體中見鈾含量增高現(xiàn)象(圖2)。古-新近系目的層是在半干旱半溫濕的古氣候條件下形成，巖石本身還原容量較為有限(辛存林，2007)，但在大量油氣滲出參與作用下，增加了巖石的還原容量，同時，發(fā)育碳酸鹽化，使地層酸化，形成高嶺土化，增加了黏土含量。黏土的增加提升了砂體的吸附性，整體上有利于砂巖型鈾成礦。

2 含鈾層位地質(zhì)特征

新發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦體位于柴西緣茫崖凹陷咸水泉油田外圍，屬于阿爾金西段近源陡坡型扇三角洲沉積體系。礦化位于扇三角洲平原相分流河道砂體中，賦礦層位為新近系上干柴溝組(N1g)。

2.1 砂體特征

上干柴溝組整體巖性為灰色砂巖、細砂巖與棕灰色、灰色泥巖、粉砂巖互層，含砂率為45%，砂巖厚度大于25 m。扇三角洲平原相分流河道砂體，為一套厚層礫巖、含礫粗砂巖夾泥巖，分選較差，砂質(zhì)雜基及泥質(zhì)含量高，礫石定向排列，呈塊狀，為正粒序，未見層理；扇三角洲前緣相水下分流河道砂體以含礫粗砂巖、粗砂巖、細砂巖為主，夾薄層泥巖，分選中等，以正粒序為主，常見沖刷、河道滯留特征，泥巖以棕紅色、褐色、灰色為主，發(fā)育塊狀層理、平行層理，砂體呈長條狀分布，橫剖面呈透鏡狀且很快尖滅(姜美珠等，2018)。

2.2 巖性特征

上干柴溝組有利砂體中巖性主要為灰色粗粒含礫巖屑砂巖、淺灰色細粒長石石英砂巖和淺黃色中細粒長石石英砂巖。

灰色粗粒含礫巖屑砂巖，呈粗粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由砂質(zhì)碎屑顆粒、填隙物和礫石組成。礫石呈次棱角-次圓狀，礫徑為2.0～3.2 mm，成分為石英、長石和花崗巖；碎屑顆粒主要為石英、巖屑及少量長石、黑云母、黃鐵礦等，呈次棱角-次圓狀，分選較差，粒度為0.5～1.8 mm。石英多為單晶石英，見有少量多晶石英，波狀消光明顯；長石主要為斜長石、正長石和少量微斜長石，且部分表面發(fā)育高嶺土化；巖屑為泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖及花崗巖巖屑；巖石中還見有少量黑云母、黃鐵礦等。填隙物主要為黏土礦物，以高嶺石、伊利石和綠泥石為主，同時部分黏土礦物中混染有褐鐵礦膠結(jié)，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)(圖3a,b)，巖石固結(jié)程度較疏松。

淺灰色細粒長石石英砂巖，呈細粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由砂質(zhì)碎屑顆粒和填隙物組成。碎屑顆粒為石英、長石以及少量巖屑、黑云母、黃鐵礦等，呈次棱角-次圓狀，分選一般，粒度為0.02～0.10 mm。石英多為單晶石英，見有少量多晶石英，波狀消光明顯；長石主要為斜長石、正長石和少量微斜長石，且部分表面發(fā)育高嶺土化；巖屑有泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖；巖石中還有少量黑云母、黃鐵礦等。填隙物為有機質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)(圖3c)，巖石固結(jié)程度疏松。

淺黃色中細粒長石石英砂巖，呈細粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由砂質(zhì)碎屑顆粒和填隙物組成。碎屑顆粒為石英、長石以及少量有機質(zhì)、巖屑、黑云母、黃鐵礦等，呈次棱角-次圓狀，分選一般，粒度為0.02～0.10 mm。石英多為單晶石英，見有少量多晶石英，波狀消光明顯；長石主要為斜長石、正長石和少量微斜長石，且部分表面發(fā)育高嶺土化；巖屑為泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖；巖石中有機質(zhì)多呈黑色不規(guī)則粒狀分布，少數(shù)呈膠狀分布于碎屑顆粒之間；巖石中還有少量云母、黃鐵礦等。填隙物為有機質(zhì)和黏土礦物膠結(jié)物，其中黏土礦物主要為伊利石、高嶺石和綠泥石等，且部分黏土礦物中混染有有機質(zhì)，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)(圖3d)，巖石固結(jié)程度較疏松。

2.3 礦化特征

礦化賦存在新近系上干柴溝組(N1g)，埋深262.30～320.85 m，厚度0.50～4.20 m，品位為(1.03～2.15)×10-4，鈾量為1.15 kg/m2。賦礦巖性為灰色含礫粗砂巖、粗砂巖(圖4)。礦層上部發(fā)育大量油浸砂(圖5a,d)，巖心裂隙面發(fā)育瀝青質(zhì)(圖5b)，薄片中可以看到大量有機質(zhì)和膠狀黃鐵礦沿粒間裂隙分布(圖5e,f)。含礦巖石被油氣還原呈灰綠色，見有殘留的褐黃色氧化結(jié)核(圖5c)。 初步推測其成礦機理是含鈾含氧承壓水在含水層中遷移，底部的油田水或油氣沿斷裂或巖石裂隙上升，這些富含還原劑的油田水和油氣將承壓水中的氧還原，使黃色巖石變成灰色，水中鈾還原沉淀(尹金雙等, 2005)，形成層狀礦化。

3 分析方法及結(jié)果

3.1 分析方法

酸解烴分析按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29173—2012《油氣地球化學(xué)勘探試樣測定方法》進行測定。采集的樣品經(jīng)破碎后過0.419 mm篩網(wǎng)，稱取50 g樣品置于磨口燒瓶中，燒瓶接入脫氣系統(tǒng)，在40 ℃下緩慢滴加鹽酸溶液，同時搖動燒瓶進行脫氣，至不再產(chǎn)生氣泡后再平衡20 min，氣體經(jīng)過氫氧化鉀溶液洗滌后收集于集氣管，用玻璃注射器取出氣體并記錄體積，將取出的氣體利用氣相色譜儀(GC-2030，日本島津公司)測定其成分及含量。

放射性計量數(shù)據(jù)采用伽馬儀(FD3019，占核電子儀器有限公司)，結(jié)合數(shù)字測井儀(JHQ-2D，上海地學(xué)儀器研究所)進行自動化連續(xù)測井，儀器按要求定期在石家莊核工業(yè)放射性勘查計量站進行標(biāo)定。

3.2 分析結(jié)果

本次研究對鈾工業(yè)孔ZK0-2和礦化孔ZK0-1中上干柴溝組的礦化砂體進行了酸解烴分析，結(jié)果見表1。

表1 柴西緣茫崖凹陷鈾礦鉆孔中酸解烴分析結(jié)果

鉆孔中高放射段砂體及附近多見有明顯的油氣浸染或油氣沿裂隙充注的現(xiàn)象，通過對比用酸分解巖石樣品釋放出來的烴類氣體含量和放射性計量關(guān)系(圖6)，發(fā)現(xiàn)放射性高值異常與甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷之間成明顯正相關(guān)關(guān)系，在放射性較低的位置，烴類含量也相對較低。

4 討論

4.1 油氣還原與鈾成礦的關(guān)系

柴達木盆地古-新近系為一套陸相雜色碎屑巖建造(權(quán)志高等，2014)，形成于干旱-半干旱氣候環(huán)境，自身巖石地球化學(xué)特征以氧化、弱氧化為主，其還原容量無法使六價鈾離子沉淀富集。然而，古-新近系是柴達木盆地油氣的主要儲集層，已發(fā)現(xiàn)的油氣田大多賦存于古近系干柴溝組和新近系油砂山組(王丹等，2015)。酸解烴作為油氣運移耗散的直接證據(jù)，針對鉆孔樣品分析發(fā)現(xiàn)礦化段砂體中烷烴、環(huán)烷烴含量較高，甲烷含量平均在1 000 μL/kg以上。油氣作用使砂體還原容量顯著提升，利于形成化學(xué)還原障以阻擋六價鈾離子的流失(Cai et al.，2005；黃賢芳等，2005)，彌補了古-新近系自身還原容量較低不足使高價鈾還原沉淀的缺陷(杜善青等，2013)。采集鉆孔樣品分析發(fā)現(xiàn)，巖石放射性計量、酸解烴含量與深度之間具有較好的耦合(圖6)，即巖石的伽馬值與酸解烴含量成正相關(guān)性。因此，筆者認為油氣作用為研究區(qū)內(nèi)鈾的聚集成礦提供了有利的還原環(huán)境，與王飛飛(2018)的觀點一致。

柴達木盆地遭受了多期次、多旋回造山運動，盆地邊緣通常發(fā)育斷裂和正向構(gòu)造，造山作用有利于鈾的活化遷移和油氣的二次運移擴散(喬建學(xué)等，2010)。深部油氣在孔隙水和深部壓力的作用下沿裂縫、斷裂、次生孔洞等向淺部低壓區(qū)遷移(封志兵等，2014)，并向背斜等正向構(gòu)造匯聚，含高價鈾離子的層間滲入水和大氣降水，沿正向構(gòu)造的構(gòu)造高點向低點流動，與油氣相遇，轉(zhuǎn)化為具有較高烴類含量的油田水，高價活化鈾離子被烷烴等還原，形成穩(wěn)態(tài)的低價鈾并沉淀富集(王丹，2015；張玉龍等，2007)。在此過程中，油氣不僅提供了烴類、瀝青、硫化氫等還原介質(zhì)，形成了化學(xué)還原障。同時，油氣中的烴類、有機酸等與氧化水體混合，產(chǎn)生H+，使砂體等酸化，促進長石類礦物發(fā)生高嶺土化，產(chǎn)生的CO2增加了地層中的碳酸鹽含量，提高了目的層的吸附性能(湯超等，2017；Jaireth et al., 2008)，減緩了鈾離子流失速率，使其富集成礦。

柴達木盆地古-新近系已發(fā)現(xiàn)的與油氣相關(guān)的鈾礦化在平面上分布于油氣田的外圍，在垂向上位于油氣田的上方，并且圍繞盆緣的背斜等隆起的正向構(gòu)造分布，而這些正向構(gòu)造核部多為油氣田區(qū)，說明鈾礦化與油氣的空間關(guān)系密切。雖然造山運動對鈾的活化和油氣的二次運移擴散都較為有利，但二者之間具體的時間關(guān)系，還有待進一步確定。

4.2 區(qū)域找礦意義

4.2.1 擴大了柴達木盆地砂巖型鈾礦找礦空間

前人在柴達木盆地砂巖型鈾礦找礦目的層限于中下侏羅統(tǒng)，而中下侏羅統(tǒng)沉積僅限于柴北緣隆起帶，且受新構(gòu)造運動影響，大部分目的層埋深在2 000 m以下，盆緣淺埋區(qū)受構(gòu)造強烈擠壓發(fā)生倒轉(zhuǎn)，穩(wěn)定的單斜區(qū)塊較少，制約了砂巖型鈾礦找礦工作。

古-新近系目的層多為在干旱環(huán)境下形成的紅色碎屑巖建造，缺少植物碎屑，自身還原容量不足，對砂巖型鈾成礦不是很有利，但由于油氣的參與增加了砂體內(nèi)的還原容量，同樣可以成為砂巖型鈾礦找礦的目的層。

此次找礦新發(fā)現(xiàn)說明柴達木盆地古-新近系可以作為砂巖型鈾礦找礦目的層，拓寬了柴達木盆地的找礦空間。古-新近系目的層在柴達木盆地分布范圍非常廣，尤其在柴西緣隆起帶茫崖凹陷發(fā)育扇三角洲平原相分流河道砂體，砂體呈朵狀，在山前斷續(xù)分布，延伸100 km以上，受構(gòu)造作用影響，呈北西向背-向斜展布，背斜西北端抬升遭受剝蝕，形成構(gòu)造剝蝕天窗，含鈾含氧水沿天窗長期灌入，易于層間氧化帶的形成。大量油氣田發(fā)育，分布面積大、層位多，盆地新構(gòu)造運動復(fù)雜，深部油氣沿構(gòu)造逸散范圍廣，砂巖型鈾礦找礦空間大，具備形成大型鈾礦床的條件。

4.2.2 為多種能源同盆共存規(guī)律研究增添實例

油氣和鈾礦同盆共存的現(xiàn)象早已被國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，油氣-煤-鈾多種能源同盆共存規(guī)律與成藏(礦)機理相關(guān)科學(xué)問題逐漸成為一個前沿交叉課題和研究熱點，并已經(jīng)取得較多成果。目前研究較多的是鄂爾多斯盆地、松遼盆地和塔里木盆地，柴達木盆地也多次被學(xué)者關(guān)注，但由于研究程度很低，沒有發(fā)現(xiàn)與油氣有關(guān)的鈾工業(yè)礦體。此次在柴達木盆地西緣古-新近系中發(fā)現(xiàn)的鈾礦體與油氣關(guān)系密切，可為柴達木盆地多種能源共存規(guī)律研究提供實例，具有較大的研究意義。

5 結(jié)論

以“三新”找礦為指導(dǎo)，首次在柴達木盆地古-新近系中發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦體，證明古-新近系具有形成砂巖型鈾礦的潛力；通過鈾工業(yè)、礦化段巖石樣品放射性計量和油氣逸散形成的烴類含量對比，發(fā)現(xiàn)放射性計量與烴類含量成明顯正相關(guān)關(guān)系，說明古-新近系中的鈾礦化與油氣關(guān)系密切；在柴達木盆地油氣區(qū)外圍大面積展布的古-新近系中發(fā)現(xiàn)鈾工業(yè)礦體，擴大了柴達木盆地砂巖型鈾礦找礦空間，為在新區(qū)、新類型、新層位中尋找砂巖型鈾礦增添了實例，具有較大的找礦勘查和研究意義。