中国北西部地区新生代沉积盆地类型及铀矿产出盆地的成因

中国北西部地区新生代沉积盆地类型及铀矿产出盆地的成因

中国北方西部的中新世盆地是中国最重要的勘探对象。目前，在伊普拉、图哈和鄂尔多斯盆地发现了大量的大型锆矿田、秀雅滩的大型锆矿田和东胜的大型锆矿田。对这些矿床的成矿地质背景和控矿因素进行了深入研究（向伟东等，2000a、2000b；王玉等，2000；王宝群，2000；邵磊等，2001；《泉志》杂志，2002年；彭勇等，2003；乔海明等，2005年、2006年；陈友良等，2007）磺酰胺厂。中新生代盆地可地浸砂岩型铀矿主要赋存于盆地盖层中、下侏罗统、白垩系,少量见于古近系、新近系;铀成矿对沉积建造的形成环境、岩石类型和沉积体系具有明显的选择性。本文主要通过对中国北西部地区中新生代盆地形成的地质背景、盆地中砂岩型铀矿的分布规律和含矿建造分布特征的分析研究,指出中国北西部地区中新生代盆地可地浸砂岩型铀矿主要含矿层位和进一步的找矿方向。1构造-沉积演化盆地的类型中国北西部地区主要包括新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙、陕西、山西等7个省(区)。西自新疆伊犁盆地,东至内蒙二连盆地,东西长约3500km;南起青海柴达木盆地,北到新疆准噶尔盆地,南北宽约1500km。中国北西部地区大地构造位置上处于西伯利亚、塔里木-华北两个板块内,两个板块均进一步划分出8个二级构造单元(表1)。依据孕育中、新生代沉积盆地形成的基底构造性质,中国北西部地区中、新生代沉积盆地可划分为板内陆台型、板缘褶皱造山带型和板缘过渡带型3种类型(图1),板缘褶皱造山带型又进一步划分为洋侧造山带型和陆侧造山带型两个亚类。板内陆台型:前中生代漫长地质时期发育刚性结晶和变质基底,古生代海相地层为稳定型沉积,火山活动少,有时见中基性火山岩;海西构造旋回晚期或末期随着统一的塔里木-华北大陆板块形成,各沉积盆地在中新生代坳陷或断陷继续接受稳定型陆相沉积。板内陆台型盆地共有13个,其中包括塔里木、柴达木、鄂尔多斯3个著名的巨型盆地。板缘褶皱造山带型:在该类盆地中,靠大洋一侧基底为洋壳,沉积物以浊流和火山碎屑岩为主,时常伴有中酸性火山喷发,并发育蛇绿岩带;沉积基底为大陆架的陆壳,边缘海海相沉积物以陆缘碎屑岩和碳酸盐岩为主,很少见火山活动或火山岩。当陆缘增生褶皱造山成陆之后,其上坳陷或断陷形成中新生代陆相稳定地块沉积。中国北西部地区共有27个中新生代沉积盆地可归入该类,这类沉积盆地分别依基底沉积物质的具体性质划分为洋侧造山带型和陆侧造山带型两个亚类。如巨型的二连和准噶尔盆地为洋侧造山带型,伊犁、沙瓦布齐、博斯腾湖和库米什盆地为陆侧造山带型。板缘过渡带型:指板块边缘中新生代沉积盆地基底跨越两种不同性质的构造单元,如苏红图盆地由4个凹陷组成,其北部基底属洋壳造山带,而南部却座落在华北地台之上,巴丹吉林盆地亦如此。武腾盆地北部基底为华北地台的阿拉善台隆,南部却为祁连褶皱造山带基底;酒泉盆地北缘跨入阿拉善台隆,而主体位于祁连褶皱造山带基底之上。2中国北西部地区据不完全统计,中国北西部地区在中新生代盆地中共发现砂岩型铀矿床24个,这些矿床主要分布于区内的14个盆地中,具有以下主要分布特征。(1)铀矿床产出规模与盆地规模大小有关。区内已发现的中型以上铀矿床,均产于大型、特大型盆地中,如东胜、努和廷超大型铀矿床,分别产出于鄂尔多斯、二连特大型盆地中;十红滩和巴什布拉克大型铀矿床,分别产出于吐哈大型盆地和塔里木特大型盆地中;伊犁大型盆地产出了蒙其古尔大型铀矿床和库捷尔太、扎吉斯坦和乌库尔其3个中型铀矿床。(2)产铀矿盆地的构造类型主要为板缘造山带型(占56%),其次为板内陆台型(36%),其余为板缘过渡带(8%),这可能与板缘造山带型盆地基底构造热液及火山活动比较强烈,在此基础上形成的盆地基底铀含量较高有关。(3)中国北西部地区铀矿床的含铀层位主要为早、中侏罗世沉积地层,如吐哈盆地十红滩铀矿床,伊犁盆地库捷尔太、扎吉斯坦、蒙其古尔和乌库尔其铀矿床,塔里木盆地沙瓦布齐铀矿床,鄂尔多斯盆地东胜超大型铀矿床的主要含矿层,均为温湿气候条件下形成的中下侏罗统含煤碎屑岩建造;其次为晚白垩世地层,如二连盆地努和廷超大型铀矿床、苏崩铀矿床、鄂尔多斯盆地国家湾铀矿床含矿层位为上白垩统;其三为早白垩世地层,如塔里木盆地巴什布拉克大型铀矿床、二连盆地巴彦乌拉中型铀矿床、酒泉盆地红沟窑、潮水盆地唐家沟、喜集水盆地白水等小型铀矿床,含矿层位均为下白垩统。其他地质时期地层内铀矿床分布零星。上述成矿沉积建造的共同特点是其原始沉积均为一套温湿气候条件下形成的灰色层,其岩石原生地球化学类型为黑色或灰色。(4)产铀盆地内绝大部分产出煤、石油或天然气。如我国北西部地区目前所发现的东胜、伊犁、十红滩、巴彦乌拉等地浸砂岩型铀矿床,其产出盆地均为含煤、石油或天然气盆地。(5)在分布地域上,绝大部分铀矿床分布在北西部地区的中西段。如新疆地区有10个铀矿床,占统计矿床数量的40%;其中包括巴什布拉克、十红滩、蒙其古尔3个大型铀矿床和伊犁盆地库捷尔太、扎吉斯坦、乌库尔其3个中型铀矿床;河西走廊及其两侧有中小型铀矿床7个,占统计矿床数量的28%;中部地区的内蒙、宁夏、陕西有7个,也占统计矿床数量的28%,但矿床规模大,包括了二连盆地努和廷和鄂尔多斯东胜两个超大型铀矿床和二连盆地苏崩、巴彦乌拉两个中型铀矿床。3储层及地层建造中国北西部地区中新生代陆相盆地沉积盖层从三叠系至新近系在各盆地中均有不同程度的分布,但对某一个盆地而言,砂岩铀矿仅赋存在一定的层位内,对地层建造具有明显的选择性(表2)。下面将中国北西部地区中新生代陆相盆地沉积盖层基本特征概述如下。3.1叠纪对比分析三叠系分布局限,主要分布在鄂尔多斯盆地、北祁连的一些山前、山间小盆地及北天山的部分盆地中,东部地区大部分盆地缺失。区内三叠系具有以下总的特征:(1)三叠系分布的局限性,反映了晚海西造山运动所形成的南北古地形地貌的差异性,42°以北强烈隆起遭受剥蚀,以南相对低洼接受沉积。(2)整个北西部地区盆地的三叠系总体上为一套下红上黑色调的河湖相沉积碎屑岩系,古气候由早期的炎热干旱、氧化至弱氧化沉积环境逐渐演变为中晚期的温暖潮湿还原环境。晚三叠世在大盆地中发育了深湖相沉积,是区内重要生油气层之一,同时也是煤、油页岩、高岭石黏土及菱铁矿的生成层位。这种沉积体系特征,决定了铀成矿将与晚期沉积有时间或空间上的联系。(3)三叠系岩石的固结成岩度普遍较高,透水性能较差,不利于层间氧化带的发育。(4)下三叠统的和尚沟组、西大沟群及上三叠统的延长组有砂岩型铀矿产出,矿化与富含有机质的河流相砂岩有关。3.2区域地质环境北西部地区中新生代盆地广泛发育。侏罗纪陆相沉积随地质历史的发展纵向上表现出规律性的定向演化特点,即由下部含煤建造发展演变为上部的红色建造,相应地地球化学环境也由还原向氧化演变。由此我们将侏罗纪地层划分为下部含煤建造和上部红色建造两大沉积系统。下部含煤建造:包括了中、下侏罗统全部沉积,大体可分为4个岩组,每个岩组的岩石特征反映了沉积时特定的古气候和古地球化学环境。第一岩组(J1f)下侏罗统下段:相当于富县组、八道湾组、小煤沟组、芨芨沟组、刀楞山组、五当召组等。其特点为:①除八道湾组及石拐群下段夹可采煤及油页岩,个别(如小煤沟)含薄煤层外,其余各组仅见劣质煤或煤线,有的仅为含碳高的岩石;②岩石粒度普遍较粗,砾、粗砂级岩石发育,且多呈棱角状,分选差;③岩石色调多呈灰绿夹灰白、褐黄、灰黑及少量紫红的杂色层,上部黑色层增多,反映古气候由半干旱逐渐变温湿的地化环境,是成煤的前奏期;④除新疆地区外,绝大部分地区上、下地层间为不整合或假整合接触;⑤沉积环境以山麓河流相为主,亦有河沼相及部分湖沼相沉积,植物化石丰富;⑥分布有限,不少盆地缺失该层沉积,即使有J1沉积的盆地,超覆现象普遍,地表露头少见,铀矿化除在伊犁盆地八道湾组和柴达木盆地小煤沟组中发现外,其他盆地相应层位未发现明显铀矿化。第二岩组(J1y)下侏罗统上段:相当层位为康苏组、大西沟群、大同组、三工河组,其特点为:①是一套典型的湖沼相含煤岩组,普遍有工业煤层,是西北重要产煤层位,煤的变质程度较高;②岩性一般为灰绿、黄绿、灰白或灰黑等暗色色调的中细粒砂岩与黑色泥岩、页岩呈互层,夹多层煤及铝土岩、黄铁矿、菱铁矿,个别层中发育有厚层油页岩,动植物化石丰富,古气候温暖潮湿,属强还原-还原地球化学环境:③铀矿化异常少见,是主要成煤、油期。第三岩组(J2z)中侏罗统中下段:相当层位为直罗组、西山窑组、头屯河组、青土井群、石门沟组、窑街组、长汉沟组等,其特点为:①是一套河湖交替相或河流相为主的碎屑岩系(图2),地层中砾、砂级粗碎屑显著增多,而且分布最为广泛,其中除西山窑组(吐哈、准噶尔、伊犁盆地)含工业煤外,多为薄煤层或煤线,煤变质程度低;②岩石色调以灰色、黄绿、灰绿为主,有些盆地中夹有红层。古气候属温湿—半干旱的弱氧化—弱还原的地球化学环境;③有众多的铀矿床和铀矿点、异常点产出,是北西部地区最重要的地浸砂岩型铀矿产出层位,如伊犁盆地、吐哈盆地的西山窑组,鄂尔多斯盆地的直罗组(图3);④岩石成岩度除鄂尔多斯等部分盆地较高外,多数固结不好,渗透性良好。第四岩组(J2a)中侏罗统上段:相当层位为安定组、采石岭组、七克台组、塔尔尕组等,其特点为:①以河流平原冲积相及内陆深湖相为主,常夹油页岩及泥岩、泥灰岩以及菱铁矿层沉积;②岩石总体以红色为主,红绿相间局部夹黑色条带的杂色细碎屑岩层,其中红色砂岩层少见;③沉积属干旱—半干旱气候条件下的氧化至弱还原环境;④是一个局部生油层,铀矿化异常少见。上部红色建造:相当于齐古组、喀拉扎组、红水沟组、沙枣河组、芬芳河组、苦水峡组等。但不少盆地,特别是东部地区盆地该层缺失。该层主要为干旱气候条件下的冲洪积相类磨拉石建造,个别盆地有上红下绿,中间出现杂色层。底部常为砾岩并产有大型脊椎动物化石,植物稀少。岩性岩相变化很大。根据沉积建造,大体可分3种类型。一类包括苦水峡组、齐古组、红水沟组、铁冶沟组、大通河组及卡普沙浪组等,以紫红色泥岩、砂质泥岩为主的沉积体系。沉积物粒度细,泥质含量较高。二类包括芬芳河组、喀拉扎组、库孜贡苏组等,以山麓河流相的砂岩、砾岩等粗碎屑岩为主,具类磨拉石建造特点。三类包括沙枣河组、博罗群等,界于一、二类之间以砂泥岩为主夹砾岩沉积组合,顶部普遍含石膏及钙质结核,化石及有机质均很少。3.3敦煌盆地等北西部陆相盆地中白垩纪陆相沉积较之侏罗纪陆相沉积更为发育,分布面积更广,是北西部中生代盆地发育的鼎盛期。除鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、敦煌盆地等与侏罗纪盆地有继承外,其余中、小型山间或山前盆地均为新形成的盆地。它们不仅较侏罗纪的盆地沉积范围大,而且以明显的不协调关系叠置于侏罗纪盆地之上,二者为区域性不整合关系或不整合于整个侏罗纪以前的任何时代地层之上。白垩纪的沉积除新疆塔里木盆地的西南部有晚白垩世海相沉积外,其余均为陆相沉积。其中下白垩统最发育,厚达千米以上,最厚可达3000～4000m。晚白垩世沉积局限,厚度小,一般200～300m,最厚700～800m。(1)下白垩世盆地沉积特征①早白垩世沉积和生物群存在二个明显的沉积生物区。以中天山—中祁连—南秦岭为界,以北为温湿型沉积生物区,以南为干旱型沉积生物区。北方型盆地包括了准噶尔盆地、吐哈盆地、酒泉盆地、潮水盆地、北山盆地、鄂尔多斯盆地、北秦岭的徽成盆地、商县盆地以及东北的松辽盆地等,处于北方温湿—半潮湿亚热带古气候带。早白垩世地层发育较完善,分布广泛,各盆地沉积岩相、岩性相对稳定,地层的横向可比性较强,产煤与石油。南方干旱型盆地包括塔里木盆地、柴达木盆地等,下白垩统均为红层,有些小盆甚至是类磨拉石堆积,植物化石少,无煤产出。这些盆地由于所处地质构造背景、活动强度和方式的不同,造成不同盆地岩性岩相有较大差异,剖面上无明显岩性岩相标志层,地层对比较困难。从南北两种类型盆地的沉积特征对比来看,北方型盆地早白垩世沉积对形成层间氧化带型铀矿有利。②下白垩统一个完整的剖面就是一个完整的沉积旋回,岩性上具明显三分性。下段:相当层位是阿尔善特组、宜君组、洛河组、清水河组、呼图壁组、巴音戈壁组等。以红色粗碎屑沉积为特征,底部常有厚度较大,以红色为主的山麓相砾石层,如吐谷鲁群下段的呼图壁河组、巴彦花群的阿尔善特组等。之上为紫红或紫红与灰绿等杂色粗细相间的河流相或湖相沉积。总体表现为小盆地粒度较粗大、大盆地粒度相对较细的特点。中段:相当层位是腾格尔组、华池-环河组等。为以砂泥沉积为主的细碎屑岩沉积建造。岩石颜色以灰绿、灰黑等色调为主。许多小盆地中常出现碳质板岩、碳质页岩、纸片状页岩、煤线或劣煤、油页岩、灰岩、泥灰岩、黏土岩、菱铁矿结核层及薄石膏层等特征性岩性,是典型的湖相间夹有沼泽相沉积。该层的富碳泥岩、泥质粉砂岩、含有机碳的砂岩、碳质页岩中有大量铀矿化异常发现(河西走廊、北祁连、巴音戈壁、川井、鄂尔多斯盆地等)。上段:相当层位是赛汉他拉组、罗汉洞-泾川组、庙沟组等。沉积物较中段粗,以准平原化的河流相沉积为主,表现为以红、紫红色调为主夹紫红、灰黑相间分布的杂色层,且周期性频繁出现。该层河流相砂体发育,胶结疏松、透水性好、涌水量大,是形成砂岩型铀矿的重要层位之一(图4)。(2)下白垩统对比晚白垩世由于受早白垩世末燕山运动影响强烈抬升,北西部盆地大部分早期沉积遭受不同程度的剥蚀、改造,仅天山以北和内蒙中部盆地及部分小型盆地接受了厚度不大的晚白垩世沉积,其余大部分缺失。上白垩统总体上可分为两个岩性段。下岩性段为一套细砂、粉砂为主夹砾、砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥灰岩的多层半韵律砂体,顶部夹薄层石膏,局部夹基性火山岩;岩石颜色总体为灰、灰黑色,泥质含量普遍较高,是二连盆地苏崩和努和廷铀矿床的主要含矿层位。上岩性段为灰黑、灰绿、红色、杂色泥岩、粉砂质泥岩层,古气候属半干旱亚热带还原—氧化环境。3.4古新世—古近系西部除塔里木盆地西为海陆交互相沉积外,其余盆地为紫红色调为主夹灰、灰绿色的厚层砂砾岩、泥岩层,厚度各地不一,且多数盆地缺失古新世沉积。古新世—渐新世沉积发育齐全,其沉积西部总体以洪冲积相为主,局部为河沼洼地相沉积。在一些深断陷盆地(酒泉盆地、渭河盆地、柴达木盆地)中沉积了巨厚的深湖相沉积,是一个重要生