泊尔江海子断裂带在砂岩型铀矿成矿中的作用

张更信，　苗爱生，　李文辉，　郭虎科

(1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头　014010；2.核工业二〇三研究所，陕西 咸阳　712000)



泊尔江海子断裂带在砂岩型铀矿成矿中的作用

张更信1，苗爱生1，李文辉2，郭虎科1

(1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头014010；2.核工业二〇三研究所，陕西 咸阳712000)

摘要：鄂尔多斯盆地北东部是我国超大型砂岩型铀矿床聚集地，多年来发现铀矿与油气、煤层等空间上有关联，进行了多方面研究，但就构造与铀矿成矿关系研究匮乏。文章从研究泊尔江海子断裂性质、形态、活动性、封闭性来探讨断裂与砂岩型铀矿成矿关系。泊尔江海子断裂总体展布方向为近东西向断面北倾的逆断层，延伸长度自下而上逐渐变小，断面上陡下缓。断裂活动为先二次逆冲挤压后走滑撕裂。最强断裂活动为中晚侏罗纪走滑撕裂，本期活动导通了深部产油气太原组和山西组地层，使油气能够沿着断裂侧向开启的层间古地下水运移。东胜铀矿床形成于早、晚白垩纪，与烃源岩生油时期一致，间接地说明构造是油气等有机质在古地下水运移的导流通道。古近纪以后，鄂尔多斯盆地古地下水方向发生改变，泊尔江海子断裂带来的油气等有机质向上运移到直罗组层间砂岩地下水中，减弱了古地下水散矿作用，起到保矿作用。

关键词：泊尔江海子断裂；砂岩型铀矿；还原介质通道；铀矿保矿

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鄂尔多斯盆地已发现砂岩型铀矿床、矿产地及矿化点，矿产地及矿化点主要分布于盆地的西南部及北东部，赋矿层位中侏罗系直罗组为主，其次为下白垩统志丹群，矿化类型主要为层间氧化带型(张金带等，2013)。

鄂尔多斯盆地东北部铀矿找矿工作分成几个阶段。第一阶段是1990年代，引入并成功地运用水成铀成矿模式(黄世杰，1994；陈祖伊等，2004)。如伊犁盆地南缘砂岩型铀矿床和吐哈盆地南缘十红滩铀矿床。目前运用在天山造山带山间盆地铀矿找矿中(王果等，2000)。第二阶段，提出鄂尔多斯盆地“古层间氧化带”控矿的成矿模式，目前已提交鄂尔多斯盆地东北部超大型铀矿床一个，大型铀矿床多个。但随着鄂尔多斯盆地铀矿找矿工作的深入，逐渐发现了一系列难以解释的地质现象。

对于泊尔江海子断裂对油气成矿方面的影响作用(李潍莲等，2015；刘海燕，2014)，前人研究较多。就断裂构造发育规模和影响范围而言，区内断裂中最为重要的是泊尔江海子断裂。对这条断裂的研究，已经有二维&三维地震、测井、钻井等技术方法研究，取得了众多油气研究成果，包括断裂带两侧的岩性特征、封闭演化、活动性及油气圈闭对天然气运移的方向指向(孙晔等，2004)等方面。

鄂尔多斯盆地北东部砂岩型铀矿床主要赋存于中侏罗纪直罗组厚层砂体内，油-气-煤-铀等多种沉积能源矿产赋存于盆地的不同构造单元和不同地质层位，却在在空间分布和成矿时间上却表现出关联①陈安平，彭云彪，苗爱生，等.2004.鄂尔多斯盆地东胜地区砂岩铀矿成矿预测与成矿特征研究[R].核工业二〇八大队：1-171.。在前人通过布格重力异常、GIS、遥感数据解译等多源数据融合进行综合分析后，发现泊尔江海子发育附近有大、小两个环状构造，同时还有北西向、北东向、北北西向断裂(刘德长等，2007；颜蕊等，2008；卢燕，2009)对油藏气等形成有利。总体来说，关于研究区内铀矿的研究，对构造尤其对切穿产油层断裂构造对砂岩铀矿关系等方面资料的细致研究和分析比较匮乏。本文就泊尔江海子断裂与砂岩铀矿成矿作用进行探讨。

1铀矿成矿的区域地质背景

鄂尔多斯盆地是一个大型的克拉通盆地，地层沉积了石炭纪太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组地层以及侏罗纪延安组、直罗组、安定组等。气源岩主要为太原组和山西组的煤层、暗色泥岩和碳质泥岩(薛会等，2010)，其盖层为上石盒子组-石千峰组广泛发育的厚层泥岩。中生代中晚期，燕山运动对盆地产生了重要影响。在延安组-直罗组沉积时期，盆地周边的断陷构造还未形成，盆地北部是一个巨大的伊陕单斜构造。伊陕单斜构造在直罗组沉积时保持了北西高、南东低的古构造格局，形成大规模的北西-南东向连续展布的带状砂体。晚侏罗世-早白垩世伊陕单斜构造向南东方向适度的掀斜作用，在晚白垩世伊陕单斜构造出现由北向南发育的掀斜趋势，在东胜地区形成了由北向南发育的冲积扇沉积。在晚白垩世沉积时期基本没有改变沉积河道由北西到南东的层间氧化带及铀矿成矿作用。伊陕单斜构造掀斜作用造成了中侏罗世晚期东胜地区北西部的高头窑和罕台川一带直罗组被大面积剥蚀并出露地表，为含氧水的渗入并产生层间氧化带及铀矿成矿创造极为有利的条件。此后地质时期的构造格局由原来的北西向南东倾斜渐变为由北东向南西倾斜的构造格局，其由北向南倾斜的总体趋势没有改变，使含氧含铀水沿直罗组河道发育方向至盆地内渗入形成层间氧化作用。这一构造格局一直保持到了始新世。晚侏罗纪-早白垩纪(陈刚等，2005)形成了鄂尔多斯盆地北东部铀矿床主体。古近纪时期，鄂尔多斯盆地周边形成断陷构造，地下水的补给条件收到了限制，而且伊陕单斜构造开始向南西方向倾斜，使原有的由北西向南东的地下水成矿系统被打破，直罗组层间氧化带还原带成矿作用近于不存在，几乎为散矿作用。

2铀矿地质特征

2.1铀矿床及矿化点特征

鄂尔多斯盆地北东部地表可见大量的铀矿化点、伽玛异常点及航放高场点。砂岩型铀矿矿化点和矿床集中分布在泊尔江海子断裂两侧(图1)。铀矿体严格受古层间氧化带前锋线的控制，铀矿化产于直罗组下段灰色砂岩和红色砂岩的过渡部位。砂岩铀矿矿体厚度较稳定、品位变化不大，矿体形态以板状、似层状为主。氧化带前锋线的展布形态受氧化带活动方向、古河道砂体位置、砂体非均质性、砂体还原性及顶、底板厚度等综合因素的控制(王保群，2000；罗毅等,2012；张复新等，2006；樊爱萍等，2007；焦养泉等，2006；彭云彪等，2006 )。

2.2直罗组地层结构

直罗组下段下亚段(J2z1-1)：该亚段主要岩性为浅灰色、灰色、绿色、灰绿色中粗粒、中粒、中细粒砂岩。下部含大量煤屑，夹薄层泥岩，顶部为厚几米至十几米的浅绿色、灰色泥岩。具有较好的“泥-砂-泥”地层结构。

直罗组下段上亚段(J2z1-2)：该岩段岩性为绿色、浅绿色、浅灰色细砂岩、中细砂岩、中粗砂岩、泥岩、粉砂岩。北部纳岭沟一带处在主河道的核心部位，其上、下亚段砂体连为一体，厚度较大。砂岩胶结程度较差，结构较松散，可见平行层理和小型交错层理，局部(常见于底部)见泥砾呈叠瓦状排列，具冲刷痕迹。铀矿化主要分布于砂体的底部。该岩段具有较好的“泥-砂-泥”地层结构。

直罗组上段(J2z2)：该岩段岩性以砂岩与粉砂岩、泥岩互层为主，其中泥岩、粉砂岩呈紫红、灰紫色，内多含蓝色、蓝绿色砂质团块或巢状砂，而砂体呈紫色、灰绿色、灰白色，普遍发育褐铁矿化，并呈斑状或带状沿裂隙分布，砂岩以碎屑物为主，含量占80 %左右，碎屑成分以石英为主，次为长石，少量云母，砂岩粒度普遍偏细，以细粒、中细粒为主，分选性较好、次棱角状，并以泥质胶结为主，固结程度疏松，成岩度相对较低。

2.3直罗组沉积厚度特征

直罗组沉积厚度。沉积厚度变化较大，一般在52～260 m之间。东部遭受剥蚀，残留的地层厚度明显变薄，在剥蚀线附近厚度只有10～40 m，总体上呈近北西—南东向展布。

2.4古气候特征

直罗组沉积时期下段为以砂岩为主的粗碎屑岩建造潮湿气候环境的古气候。上段为褐色、红色沉积物条件下的干旱古气候。

2.5矿石矿物矿石成分

铀矿物以铀石为主，次为水硅铀矿(苗爱生等，2010；杨晓勇等，2009)。主要以微观吸附存在，部分呈较大铀石微粒集合体形式存在于黄铁矿、绿泥石、方解石及有机质的裂隙中：吸附态的铀主要被分散吸附于黄铁矿和有机质 (马晔，2013) 中。

东胜铀矿层包裹体中 H2O，CO2以及 H2S 含量较高，部分气相包裹体中含有CO较高(林潼等，2007)。这种包裹体富含 CO和 H2S、而不含 C6H6成分显示了油层气特征(陶士振等，2003)。

图1　鄂尔多斯盆地北部盖层断裂构造分布图(据张抗修改，1989)Fig.1　The fault structure distribution diagram of northern caprock in Ordos basin1.水系；2.铀矿床及矿化点；3.地名；4.大型断裂；5.小型断裂；6.三叠系；7.侏罗系；8.白垩系

2.6铀矿的形成时代

同位素年龄数据显示在东胜铀矿特点是卷状铀矿体翼部成矿年龄老，卷头部位成矿年龄新。矿体翼部的成矿年龄为(120±11) Ma和(80±5) Ma，卷头部位的成矿年龄为(20±2) Ma, (8±1) Ma;铀的主要成矿时代在早白垩纪和晚白垩纪。卷头(富矿)铀成矿作用发生在新近纪的中新世和上新世，应是对早期铀矿化的后期改造(夏毓亮等，2003；刘汉彬等，2007)。

3泊尔江海子断裂特征

3.1空间展布特征

鄂尔多斯盆地北东部沉积盖层内发育一条东西走向由三条断裂组成的断裂带(图1)，断裂名称分别是泊尔江海子断裂、三眼井断裂和乌兰吉林庙断裂，这三条断裂控制着早古生代地层展布，是伊盟北部隆起与伊陕斜坡的分界断裂。三眼井断裂和乌兰吉林庙断裂为断面南倾的正断层，它们除使断裂两侧构造线走向不同外，几乎没有形成局部构造。泊尔江海子断裂为断面北倾的逆断层，断裂两侧构造线走向明显不同。在断裂以北地区多发育以古地形凸起和差异压实作用共同结合的、呈局部隆起状的局部构造；而断裂以南很少见到隆起状的局部构造，而以一系列短鼻、鼻状构造为主。同时在沿断裂两侧地带、尤其是上盘还形成串珠状的背斜或半背斜局部构造。在断裂的北部发育了一些走向近北西向和北东向的次一级断裂(图2)。

图2　泊江海子断裂位置及平面展布图(李潍莲，2015；刘海燕，2014) Fig.2　Location map of Boerjianghaizi fault and plane distribution of the fault

3.2断裂的性质与形态

泊尔江海子断裂构造总体走向为近东西向、断面北倾的逆断层，延伸长度自下而上变小。自下而上，在上古生界底面(T9)为75 km，上石盒子组底面(T9f)和石千峰组底面(T8)为74 km，延安组底面(T7)为70 km，直罗组底面(T4)为68 km。泊尔江海子断裂倾角上陡下缓，下部的倾角为40°～50°，向上增大为70°～75°。地震剖面反射波组特征显示，泊尔江海子断裂错断了T3反射波(白垩系志丹群底界)之下的所有层位，断面倾角上陡下缓，下部T9c(山西组底界)部位的倾角为40°～50°，向上至T4(侏罗系直罗组底界)部位增大为70～75°，断距从下往上逐渐变小。

图3　99-HN640A测线三维地震剖面图Fig.3　3D seismic profile of line 99-HN640A

图3所示泊尔江海子断裂3D地震剖面大致垂直于断裂走向，显示出泊尔江海子断裂对附近地层产状的变形特征有明显的影响(李潍莲等，2015)。断裂附近，前中生界上下盘发生了明显的错断和位移，且地层上下盘地层厚度差异明显，而且地层产状有较显著的变化，靠近断层面的地层产生了不同程度的牵引变形，而且离断层越近的地方，地层变形程度越高。

3.3断裂的活动性

泊尔江海子断裂在地史时期多期持续活动，致使同期下降盘沉积厚度明显大于上升盘厚度，且断距下大上小。从图3可以简单看出存在3组断裂，分别是T9反射轴之下的早期基底断裂、T7(三叠系延长组底界)反射轴之下的中期逆冲小断裂、T3反射轴之下的晚期撕裂逆断层，3组断层反映了泊尔江海子断裂在持续发育过程中存在3次强烈活动期。前人计算了7条地震测线13个层位断层生长指数。计算结果表明二叠系太原组-山西组断层生长指数为0.52～0.60，反映了第一期古生代强烈逆冲形成泊尔江海子断裂雏形；二叠系石千峰组断层生长指数为0.97，泊尔江海子断裂活动处于短暂的平静期；第二期逆冲期三叠系刘家沟组-延长组断层生长指数为0.70～0.89，断裂再次挤压持续活动；第三期为拉张走滑撕裂期，本期侏罗系延安组-直罗组-安定组断层生长指数为1.3～1.8，断裂活动最强，泊尔江海子断裂基底发生走滑扭动引起上覆盖层的走滑撕裂(李潍莲等，2015)。

图4　03-HN660测线三维地震剖面图Fig.4　Seismic profile of line 03-HN660

3.4断裂的封闭性

泊尔江海子断裂属于长期活动断裂，是一条从加里东期、海西期、印支期到燕山期长期活动并最终定型于燕山期的断裂(赵国玺，2007)。前人通过计算泊尔江海子断裂启闭系数得出纵向上、垂向封闭性差异特征，在石千峰组和上石盒子组地层断裂启闭系数小于1.0，断裂垂向封闭性强；下石盒子组、山西组断裂启闭系数主要集中在4.0～10.0，断裂垂向输导性好(李潍莲等，2015)。这样自断裂形成以来断裂带始终是处于侧向开启状态的。

3.5泊尔江海子断裂与铀矿成矿的关系

泊尔江海子断裂呈现3次活动高峰期，即加里东期—早海西期的断裂形成期、印支期—早燕山期的挤压逆断裂活动期、中晚燕山期的走滑撕裂活动期，这其中中晚燕山期的走滑活动期活动最为强烈。断裂中晚燕山期活动控制天然气成藏期，根据前人流体包裹体均一化温度测定的结果(薛会等，2009)，结合埋藏史、热史分析认为，杭锦旗地区上古生界存在2期大规模天然气充注，分别对应于中—晚侏罗世和早白垩世(薛会等，2010)。如前所述，东胜地区铀的主要成矿时代在早白垩纪和晚白垩纪。应该是油气藏形成后期，断裂带南部生成的油层气完全可以通过断裂带运移到断裂带以北(图5)在直罗组厚层砂岩中向周边扩散，油层气中使古地下水中的游离状态的铀在氧化还原障部位沉淀下来。

4泊尔江海子断裂对成矿作用讨论

4.1断裂构造是还原性流体导流通道

在本区切割深度大能够延伸到油气储存部位的盖层构造只有泊尔江海子断裂构造，而泊尔江海子断裂是沟通深部汽、水、油气等还原性介质活动带，是层压水的减压带、排泄带(局部)透气带。泊尔江海子断裂在早侏罗纪油气开始生成以来断裂带始终是处于侧向开启状态的。这样，断裂带南部生成的油气完全可以通过断裂带运移到断裂带以北，直罗组厚层砂体是下覆石油、天然气和煤层产生烃源类流体运移通道；而直罗系顶部有稳定的洪泛沉积泥岩覆盖，有利于下部石炭系—二叠系烃源岩和延安组煤层形成的烃类流体沿断裂构造向上运移，并屏蔽于直罗组含矿砂岩的中上部(陈刚等，2005)。

图5　锦56—锦14泊尔江海子断裂形态图Fig.5　Profile of gas reservoir in well Jin56-Jin14(据李潍莲等，2015)

4.2油层气等还原介质在铀矿成矿的作用

东胜地区烃源岩从侏罗纪末进入大规模生烃阶段，生烃高峰为早白垩世(薛会等，2010)。中晚燕山期深部油层气的含烃类等还原介质流体沿泊尔江海子断裂构造运移形成油气藏，泊尔江海子断裂的走滑撕裂活动控制了天然气主要成藏区。油气藏油层气沿断裂溢出运移到直罗组砂岩古地下水中，使直罗组砂体古地下水中游离的铀沉积下来，在早白垩纪-晚白垩纪形成矿体。古近纪后期古地下水方向发生改变后渗入铀储层的油层气等还原性物质增强了砂体的还原能力，还原气体的持续渗入，抑制了层间氧化作用的进一步发展，最重要的是对铀储层的二次还原作用(欧光习等，2004)，导致古氧化带砂岩变为灰绿色砂岩，阻止了铀矿层中的铀元素的散失。

泊尔江海子断裂走滑撕裂期为中晚燕山期(即晚侏罗世-白垩纪)，烃源岩生烃高峰期及油层气主要成藏期为早白垩世，铀矿床形成期为早白垩世和晚白垩世。它们在时间上比较一致，说明成藏期断裂强烈活动有助与烃源岩的高效排烃，高效排烃有助于在直罗组厚层砂体古地下水地球化学氧化还原障形成，使砂岩型铀矿产于氧化还原前锋线附近，从而控制了铀矿床的分布，也就是说油气藏沿断裂侧向溢出形成层间还原带前锋线控制了铀矿体分布，间接地说明了泊尔江海子断裂控制了铀矿床产出位置。

4.3断裂构造提供的还原性介质在后期的保矿作用

在古近纪后，原有的北西向南东古地下水系统破坏后，成矿作用已不存在，甚至新的地下水系统使原有铀矿体发生散矿作用。泊尔江海子断裂的存在提供了还原介质，古近纪后改变了氧化还原前锋线并使得还原砂体变宽，使部分铀矿床隐伏于还原环境中(陈刚，2005)，因此，泊尔江海子断裂对铀矿床起到间接地保矿作用。

5结论

(1) 泊尔江海子断裂活动期最为剧烈的一期是侏罗纪延安组-直罗组-安定组时期。东胜地区存在2期大规模天然气充注，分别对应于中-晚侏罗纪和早白垩纪。东胜铀矿形成于晚侏罗世-早白垩纪和晚白垩纪。三者活动时期上的一致性表明泊尔江海子断裂活动形成为油气大规模运移创造条件，同时油气藏的形成对周边造成强还原的地下水动力环境。这些油气藏参与了砂岩型铀矿成矿，是有机还原性流体直接来源。

(2) 泊尔江海子断裂处于东胜地区铀矿成矿区域的中部，在燕山末期停止活动，古近纪以后断裂停止活动。直罗组厚层砂体上部沉积的泥岩及古近系、新近纪地层对油气形成封闭体系，使东胜铀矿床形成时期后期深部油层气滞于直罗组厚层砂体中。在新近纪以后地下水动力条件改变后，古地下水动力改变造成铀矿成矿作用停止或者说是起到了破坏作用，泊尔江海子断裂源源不断带来油层气等还原性物质阻止铀矿体不被氧化发散迁移带走，起到了铀成矿后期的保矿作用。

(3) 断裂(油气和油层气等还原物质上升通道)活动及断块活动，特别是中新生代构造活动的对铀矿成矿意义和地层砂体古地下水层间氧化带控矿同等重要，在砂岩型铀矿找矿中有必要对切穿产油气层构造及次级构造给予更多的注意。

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The Role of Boerjianghaizi Faults in Sandstone-type Uranium Mineralization

ZHANG Geng-xin1，MIAO Ai-sheng1，LI Wen-hui2，GUO Hu-ke1

(1.Geologic Party No.208，CNNC，Baotou，Inner Mongolia，014010，China；2. Geologic Institute No.203，CNNC，Xianyan Shanxi，712000，China)

Abstract:North east Ordos Basin is the large sandstone type uranium deposits gathered, over the years, and many were found to have associated with the research on uranium and oil and gas, coal seams and other space, but would study the relationship between fault and lack of uranium mineralization. Articles from Boerjianghaizi fault study nature, morphology, activity, closed fracture to explore and sandstone type uranium mineralization relationship. Boerjianghaizi fault distribution overall fracture direction EW cross section north-dipping reverse fault, extending the length of the bottom-up becomes smaller, slow down on the steep section. Faulting twice after the first tear slip thrust extrusion activities. Strongest faulting in the Late Jurassic to slip tear activity, the current activities of conducting the production of oil and gas in deep Taiyuan and Shanxi Formation, so between oil and gas can open fracture along the lateral layer of ancient groundwater migration. Dongsheng uranium deposit was formed in the early and late Cretaceous source rocks of oil generation in line with the period, indirectly describing the structure of hydrocarbon and other organic matter in ancient migration of groundwater diversion channel. After the Paleogene, the ancient Ordos Basin groundwater direction changes, Boerjianghaizi break up organic matter to bring oil and gas to migrate into Zhiluo Formation sandstone groundwater, weakening the role of the ancient underground scattered mining, played the role of protection.

Key Words：Boerjianghaizi fault; sandstone type uranium deposits; restore media thoroughfare; uranium mine be protected

中图分类号：P619.14

文献标识码：A

文章编号：1674-3504(2016)01-0015-08

doi:10.3969/j.issn.1674-3504.2016.01.003

作者简介：张更信(1968—)，男，硕士，高级工程师，从事区域矿产调查和多金属矿产勘查多年。E-mal： zgxnm@126.com

基金项目：全国铀矿资源调查评价计划项目内蒙古鄂尔多斯市呼斯梁-补连滩地区铀矿调查评价项目资助的成果 (1212011085514)

收稿日期：2015-06-07