論砂巖型鈾礦斷隆成礦的觀點

劉德長，崔煥敏，趙英俊

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京，100029）

摘要：本文專題論述了砂巖型鈾礦斷隆成礦的觀點：包括斷隆成礦的鈾礦地質(zhì)遙感證據(jù)，斷隆有利成礦的原因，斷隆成礦觀點與傳統(tǒng)觀點的不同，斷隆成礦受控于中國特殊的大地構(gòu)造背景等。通過上述研究指出，斷隆成礦是在中國這塊大地上尋找砂巖型鈾礦值的重視的區(qū)域模式。

關(guān)鍵詞：后遙感應(yīng)用技術(shù)；砂巖型鈾礦；斷隆成礦觀點

1 引言

在應(yīng)用遙感技術(shù)研究鄂爾多斯盆地砂巖型鈾礦過程中，開拓了“后遙感應(yīng)用技術(shù)”[1]。

后遙感應(yīng)用技術(shù)是作者對遙感應(yīng)用進(jìn)行新思維基礎(chǔ)上提出的新理念。其技術(shù)內(nèi)涵是指將遙感技術(shù)與傳統(tǒng)地學(xué)方法和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的遙感信息深化應(yīng)用技術(shù)。它強(qiáng)調(diào)了遙感技術(shù)的應(yīng)用不僅限于遙感技術(shù)本身的應(yīng)用，還應(yīng)該包括遙感技術(shù)的延伸應(yīng)用。

圍繞新理念，探討了后遙感應(yīng)用技術(shù)提出的理論依據(jù)、基本內(nèi)涵、技術(shù)構(gòu)成、研究內(nèi)容、應(yīng)用思路和工作程序等，使理念不斷完善與系統(tǒng)。同時，開發(fā)了5項具體技術(shù)：①鈾資源數(shù)字勘查區(qū)構(gòu)建技術(shù)；②遙感與其它地學(xué)信息集成技術(shù)；③地學(xué)信息三維可視化技術(shù)；④鈾成礦過程的計算機(jī)模擬技術(shù)；⑤虛擬找礦與虛擬勘探技術(shù)等。這些技術(shù)前后銜接，構(gòu)成一個整體。在后遙感應(yīng)用技術(shù)的支持下，通過對鄂爾多斯盆地鈾礦的研究，提出砂巖型鈾礦斷塊成礦的新理論。該理論包括：①斷隆成礦的觀點；②構(gòu)造—地球化學(xué)障的控礦模式；③與油氣有關(guān)的成因類型；④雙向思維的找礦判據(jù)。其中斷隆成礦的觀點是該理論的核心。

塔里木盆地與鄂爾多斯盆地相同，同屬我國克拉通上的大型盆地，均集鈾、煤、石油、天然氣多種能源礦產(chǎn)共存成藏。近年來作者等又對塔里木盆地北緣鈾成礦區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景進(jìn)行了研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)斷隆成礦的一些新證據(jù)。

在上述研究工作的基礎(chǔ)上，本文將從鈾礦地質(zhì)遙感研究的新發(fā)現(xiàn)，斷隆環(huán)境孕育著源—運(yùn)一聚的成礦條件，斷隆成礦強(qiáng)調(diào)砂巖鈾礦的深部成礦作用，斷隆成礦受控于中國特殊的大地構(gòu)造背景等幾個方面對斷隆成礦觀點進(jìn)行專題論述。

2 鈾礦地質(zhì)遙感研究的新發(fā)現(xiàn)

這里所謂的鈾礦地質(zhì)遙感，即上述后遙感應(yīng)用技術(shù)在鈾礦地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用。換句話說，它不只是遙感技術(shù)本身在鈾礦地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用，還包括了遙感技術(shù)與鈾礦地質(zhì)的其它方法（地質(zhì)、物化探、水文等）和現(xiàn)代信息技術(shù)（GIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)、仿真—虛擬技術(shù)等）相結(jié)合的深化應(yīng)用。

在應(yīng)用鈾礦地質(zhì)遙感研究鄂爾多斯盆地和塔里木盆地砂巖型鈾礦床和礦化集中區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景過程中，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的鈾礦床和礦化集中區(qū)均產(chǎn)于斷隆構(gòu)造及其邊緣地帶。

（1）東勝鈾礦床

通過對鄂爾多斯盆地北部東勝—杭錦旗地區(qū)的ETM彩色合成圖像（圖1）、MODIS圖像以及MSR集成圖像等多種遙感信息的深入解譯和分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)較大的線性構(gòu)造主要有F1、F2、F3，它們大致均呈NWW向平行展布，貫穿整個研究區(qū)。

圖1 東勝-石彎子斷隆構(gòu)造遙感影像及解譯圖

F1—本害敖包-準(zhǔn)格爾召斷裂； 　②　F2、F3—河套斷陷南緣斷裂；③　F4—格爾蓋-白音森布爾斷裂；　　④　F5—建設(shè)灣-榆樹壕斷裂。

其中F3線性構(gòu)造為河套斷陷南緣斷裂，是一條至今仍有明顯活動的斷裂，影像上明顯可見由南向北流入黃河的各大河流經(jīng)此斷裂處，受斷裂活動的影響，都發(fā)生了彎曲。F2為鄂爾多斯盆地北部烏蘭格爾隆起北緣斷裂，為一條被地震剖面和地表地層逆沖現(xiàn)象所證實的斷裂，在ETM753影像上表現(xiàn)為南北兩側(cè)色調(diào)、紋理明顯不同的分界。上述兩條區(qū)域斷裂，多見于該區(qū)前人研究的地質(zhì)和地球物理場特征研究報告，是兩條已知的區(qū)域性大斷裂。ETM遙感圖像客觀、形象地反映了這一地質(zhì)上的認(rèn)識成果。F1線性構(gòu)造展布呈NWW向，在泊江海子以西除表現(xiàn)為南北兩側(cè)色調(diào)、紋理的明顯分界外，還表現(xiàn)為同方向的山體直線性長距離延伸等影像特征。該條斷裂至今未見報導(dǎo)，是本文新發(fā)現(xiàn)的一條區(qū)域性斷裂。野外地質(zhì)檢驗表明，沿F1線性構(gòu)造，在東勝南部的念經(jīng)疙瘩處見有硅化，碳酸鹽構(gòu)造角礫巖；沙沙圪臺南面見有第三系與白堊系呈斷層接觸，斷面向南傾，傾角40°-50°，呈正斷層性質(zhì)；在泊江海子西側(cè)的格點爾蓋一帶地表發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂帶；在杭錦旗西北側(cè)的阿拉善地區(qū)，線性構(gòu)造表現(xiàn)為南北高差近40-50米，延伸5-6公里NWW向狹窄的地貌陡崖。在對F1斷裂厘定的基礎(chǔ)上,通過對F1與F2、F3限定地區(qū)的ETM圖像的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)的西部發(fā)育有NW和NE向兩組斷裂（F4和F5）。這兩組斷裂的東側(cè)和西側(cè)在遙感影像上色調(diào)和紋理明顯不同。這樣，由F1、F2（或F3）、F4、F5組成了一個東寬西窄的楔形體。該楔形體上的影像色調(diào)和與周圍不同，紋理比周圍明顯發(fā)育，反映輓近地質(zhì)時期，該楔形塊體的抬升，并遭受剝蝕，形成獨立的斷塊隆起。該斷隆呈NWW向，最寬處約60公里，長約150公里，在三維可視化圖上（圖2）其斷隆形態(tài)顯得更為形象和真切。

圖2 東勝-石灣子斷隆構(gòu)造遙感三維數(shù)據(jù)圖像

經(jīng)綜合地質(zhì)、物化探資料分析，該斷隆構(gòu)造是在烏蘭格爾隆起背景上發(fā)育起來的（圖3）；其上發(fā)育三疊—侏羅系的富鈾層，是一富鈾斷塊，為該區(qū)后期的疊加成礦提供了鈾源。

圖3 斷隆構(gòu)造遙感解譯與重力信息疊合圖

（紅色代表重力高值，為烏蘭格爾隆起；藍(lán)色代表重力低值）

（2）巴什布拉克鈾礦床

巴什布拉克鈾礦床位于前人所謂的蘇魯切列克地塊的南緣，與哈什坳陷北掾相鄰的地帶。蘇魯切列克地塊經(jīng)ETM遙感圖像解譯，實際上是南天山褶被帶中一個被3條大斷裂切割而成的隆起斷塊，即三角形的斷隆構(gòu)造（圖4）。斷隆的東側(cè)是NNW向的查爾干納右行走滑大斷裂；南側(cè)是近EW向的天山南緣區(qū)域大斷裂；西側(cè)是NE向的闊普坎塔什斷裂。在遙感圖像上這3條斷裂圍限范圍內(nèi)的影像色調(diào)與周圍明顯不同，且地層紋理發(fā)育，反映其為一隆升的塊體。斷隆上分布的地層主要是元古界結(jié)晶片巖系，其次是下古生界碳酸鹽系和中上石炭統(tǒng)碎屑巖系，局部發(fā)育白堊紀(jì)地層。從隆起坳陷的相符相成作用和斷隆東側(cè)侏羅系斷陷盆地的存在可大致判斷該斷隆構(gòu)造是從早侏羅紀(jì)開始逐漸隆升的。白堊紀(jì)沉積時元古界結(jié)晶片巖系已大面積剝露出地表，這從侏羅系底部礫巖礫石中結(jié)晶片巖礫石少，而白堊系底部礫巖中結(jié)晶片巖礫石的大量出現(xiàn)得以佐證。元古界結(jié)晶片巖系放射性底數(shù)高，一般為13—24γ，平均為20γ，說明該斷塊為一富鈾斷塊，為巴什布拉克地區(qū)的鈾礦形成提供鈾源或主要鈾源。

（3）日達(dá)里克鈾礦床

圖5 柯坪-庫車地區(qū)喜馬拉雅期斷塊構(gòu)造格局遙感解譯圖 ① 盆緣斷裂； ②亞南斷裂； ③輪臺-沙雅斷裂； ④阿克蘇河斷裂 Ⅰ 康村斷隆構(gòu)造； Ⅱ 沙雅斷陷構(gòu)造（紅色圓點示日達(dá)里克礦床位置）

圖5 柯坪-庫車地區(qū)喜馬拉雅期斷塊構(gòu)造格局遙感解譯圖 ① 盆緣斷裂； ②亞南斷裂； ③輪臺-沙雅斷裂； ④阿克蘇河斷裂 Ⅰ 康村斷隆構(gòu)造； Ⅱ 沙雅斷陷構(gòu)造（紅色圓點示日達(dá)里克礦床位置）日達(dá)里克鈾礦床位于康村斷隆構(gòu)造的南緣。康村斷隆是由EW向的塔里木盆地北側(cè)的盆緣斷裂和NEE向的亞南斷裂（二者向東相交）與NNW向的阿克蘇河斷裂圍限形成的隆起斷塊—長三角的斷隆構(gòu)造（圖5）。該斷隆構(gòu)造是在庫拜坳 陷 發(fā)生褶皺變形背景上形成的。上新世末的喜山運(yùn)動使該斷塊與其南鄰的沙雅斷塊發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)。構(gòu)造反轉(zhuǎn)的結(jié)果，使上新世以前的塔北隆起下降，其上沉淀了厚約30—100m的第四系沉淀物，而庫拜坳陷，除拜城向斜繼續(xù)下降外，整體在隆起。由于隆起，中—新生代的地層被剝露出來，遭受風(fēng)化剝蝕。所以，以往所指的庫拜坳陷只是指中生代到上新世（N2）以前意義上的坳陷，而上新世末的喜山運(yùn)動之后，它不再是一個坳陷，而是一個斷起的斷塊—斷隆。

此外，鄂爾多斯盆地的店頭礦床位于渭北斷隆的北緣，國家灣礦床位于固原—隴縣斷隆上，磁窯堡礦床位于吳山­—大羅山斷隆的西緣（圖6）；塔里木盆地北緣的柯坪鈾礦化集中區(qū)位于柯坪斷隆的東段等。實際上，松遼盆地的錢家店等礦床也是位于斷隆構(gòu)造的邊緣。

圖6 鄂爾多斯盆地斷隆構(gòu)造與鈾礦床（礦點）空間位置示意圖

紅色圓點為鈾礦床（大）和礦點（�。�

通過上述鈾礦床和礦化集中區(qū)的區(qū)域構(gòu)造背景與斷隆構(gòu)造關(guān)系的研究，取得如下幾點主要認(rèn)識：（1）中國克拉通盆地或構(gòu)造活化（大型）盆地的鈾礦床和礦化集中區(qū)大多分布在斷隆構(gòu)造及其邊緣，主要是邊緣地帶。因此，圍繞斷隆構(gòu)造及其邊緣是這類盆地區(qū)域找礦的主要方向。（2）不同斷隆構(gòu)造的形成背景、演化歷史、成礦潛力和成礦前景均不盡相同。當(dāng)然，斷隆有利于成礦，并不是說所有的斷隆構(gòu)造都能形成鈾礦。另外，同一成礦斷隆構(gòu)造的不同部位（如內(nèi)部和邊部）成礦環(huán)境和成礦條件也會不同。因此，找礦時要對不同的斷隆構(gòu)造和斷隆構(gòu)造的不同部位鈾成礦條件進(jìn)行具體地分析。（3）斷隆構(gòu)造上的鈾礦化，既可以是砂巖型的，也可以是碳硅泥巖型的和熱流體型的；既可以是新礦化，也可以是老的礦化。即使砂巖型鈾礦化，可以是氧化帶前鋒—地球化學(xué)障類型的，也可以是構(gòu)造—地球化學(xué)障類型的，或者是二者疊加復(fù)合型的。因此，圍繞斷隆構(gòu)造及其邊緣找礦，應(yīng)拓寬找礦的目標(biāo)類型，開展多目標(biāo)找礦。（4）根據(jù)斷隆成礦觀點，找礦既要重視盆地邊緣，但也不要拘泥于盆地邊緣，盆地內(nèi)部的斷隆區(qū)也是區(qū)域找礦的方向。

3 斷隆環(huán)境孕育著源—運(yùn)—聚的成礦條件

斷隆構(gòu)造之所以有利于鈾成礦，主要在于斷隆的隆升作用，斷隆邊部有利的沉積環(huán)境和斷隆邊緣貫穿性斷裂的構(gòu)造—地球化學(xué)障作用。這些成礦要素在斷隆構(gòu)造及其邊緣的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了砂巖型鈾礦成礦過程中源—運(yùn)—聚條件的統(tǒng)一，從而形成有利鈾成礦的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景。

(1)斷隆的隆升作用

①斷隆的隆升作用，會使深部鈾礦床和富鈾層被抬升到地表，或者使深部鈾礦床得以暴露，易于發(fā)現(xiàn)；或者遭受風(fēng)化剝蝕，為新的成礦過程提供鈾源；

②隆升會造成高的地勢環(huán)境，有利于形成地下水的補(bǔ)給區(qū)；

③隆升引起的高位，還會導(dǎo)致油氣向斷隆方向的運(yùn)移。

(2)斷隆邊緣的沉積環(huán)境

斷隆邊緣是最易形成粗碎屑堆積的沉積環(huán)境，粗碎屑的堆積有利于地下水滲透和深部油氣等還原性物質(zhì)的蝕變改造，是有利的賦礦空間，其地層是有利的含礦層。此外，斷隆邊緣既可能是發(fā)育不整合面的環(huán)境，又是使不整合面易剝露出地表的地段。不整合面也是有利于深部還原性物質(zhì)橫向遷移，并控礦的一種構(gòu)造面；由于斷隆的隆起和相鄰盆地的下陷，在斷隆邊緣還易形成斜坡帶，構(gòu)成隆起—斜坡帶的成礦格局，有利于層間氧化帶類型鈾礦的形成。

（3）斷隆邊緣斷裂的構(gòu)造—地球化學(xué)障作用

斷隆構(gòu)造的邊緣 被斷裂帶控制。當(dāng)邊緣斷裂為從地表深切盆基底的貫穿性斷裂時，在鈾成礦過程中會起到構(gòu)造—地球化學(xué)障的作用。 一是，這類斷裂切斷地表產(chǎn)生的減壓作用，可導(dǎo)致斷隆上補(bǔ)給區(qū)的含鈾、含氧地下水向斷裂帶定向驅(qū)動。二是，它溝通了深部，可以引導(dǎo)地下水、油、氣，甚至熱流體等還原性物質(zhì)沿斷裂向上運(yùn)移，在斷裂與有隔檔層的粗碎屑巖復(fù)合地段，與順該含礦層向斷裂定向流動的含鈾、含氧水發(fā)生還原和酸化作用，導(dǎo)致鈾的沉淀富集。三是，切穿地表的斷裂還是地下水的排泄帶，使“卸貨”（鈾沉淀）之后的地下水沿斷裂不斷地被排泄掉，從而保證了含鈾、含氧地下水能夠源源不斷地向斷裂與含礦層復(fù)合的地段遷移富集 。這樣便在斷隆邊緣形成有利成礦的地下水循環(huán)系統(tǒng)，控制了鈾礦床的形成。 鑒于這種地球化學(xué)障的形成是由于斷裂及其活動引起的，不同于從氧化帶進(jìn)入還原帶形成的地球化學(xué)障，故命名為構(gòu)造—地球化學(xué)障，其成礦作用成為構(gòu)造—地球化學(xué)障作用。

4 斷隆成礦強(qiáng)調(diào)構(gòu)造和深部物質(zhì)在鈾成礦中的重要作用

斷隆成礦觀點的核心是強(qiáng)調(diào)構(gòu)造（斷塊構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、環(huán)狀構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、層間構(gòu)造等），特別是深位貫穿性斷裂構(gòu)造和石油、天然氣，甚至熱流體等深部還原性物質(zhì)在砂巖型鈾礦成礦中的重要作用。因此，該類型鈾礦的形成不只是個淺部地質(zhì)作用成礦過程，而是深部與淺部成礦地質(zhì)作用整合。從鈾源來看，各種途徑鈾源中的鈾均是分散的，只有把各種途徑來源的鈾聚集起來才能成礦，這就需要地下水的作用。顯然，地下水是分散鈾遷移富集的載體。但是，只靠地下水的作用，并不能使分散在各種環(huán)境下的鈾更多的富集在一起，形成大礦。這是因為，地下水無法穿透隔水層，也就無法跨越隔水層，將分散在不同層位的鈾富集到一起。但是貫穿性斷裂的存在，溝通了深部與淺部各種地層，不僅使石油、天然氣等深部物質(zhì)對地層鈾的預(yù)富集作用更加有可能，而且使含礦層上下層位中的鈾可能進(jìn)入含礦層。從鈾的遷移來看，斷裂構(gòu)造是石油、天然氣等深部還原性物質(zhì)上升的通道，為堿性地下水的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，從而為鈾的更易遷移提供了載體；如前所述，斷裂構(gòu)造還是減壓帶（也是排泄帶），促進(jìn)了含鈾地下水向斷裂帶的定向流動。從鈾的沉淀富集機(jī)制來看，斷裂構(gòu)造及其上下盤附近，特別是斷裂與成礦有利砂體相切地段，是深部還原性氣體相對豐富的地段，從而成為鈾成礦富集的地球化學(xué)變異地帶（還原、酸化），造成向斷裂帶定向驅(qū)動來的含鈾、含氧地下水中鈾的沉淀富集。

傳統(tǒng)找礦理論重視沉積體系和鈾礦化特征的研究，但對構(gòu)造和深部物質(zhì)運(yùn)移跡象的研究重視不夠。這是因為在國外大地構(gòu)造背景上總結(jié)出的成礦模式（如傳統(tǒng)的層間氧化帶模式）不涉及斷裂和深部物質(zhì)。實際上，在中國大地構(gòu)造背景上尋找砂巖鈾礦床，要重視這兩方面條件的有利配合。所以，該類型砂巖鈾礦的找礦，不僅要重視沉積體系和鈾礦化特征的研究，而且要重視石油、天然氣，甚至熱流體等深部物質(zhì)的找礦信息研究，尋找有利砂體與貫穿性斷裂復(fù)合，并有油氣等還原物質(zhì)運(yùn)移跡象（主要是蝕變）和有鈾礦化顯示的地段。

5 斷隆成礦受控于中國特殊的大地構(gòu)造背景

鄂爾多斯盆地和塔里木盆地的鈾礦是產(chǎn)于克拉通（地臺）背景上的鈾礦。它與伊犁、吐哈等產(chǎn)生于造山帶山間盆地的鈾礦所處的大地構(gòu)造背景不同。另外，中國克拉通不同于國外克拉通是破碎、活化的地臺。

（1）中國的克拉通遠(yuǎn)比國外的克拉通（如北美地臺、俄羅斯地臺、西北利亞地臺等）規(guī)模小得多（圖7），實際上是一些小塊克拉通（準(zhǔn)地臺）[2]。

圖7 大西洋（陸）半球構(gòu)造簡圖（據(jù)任紀(jì)舜等）

（2）中國的地臺基底固結(jié)時間晚，活動性強(qiáng)。世界大型地臺地殼最早固結(jié)時間均在含氧大氣圈形成之前，構(gòu)造活動弱，如南非和澳大利亞地臺，那里的地殼分別在3000Ma或2500Ma固結(jié)以后即很穩(wěn)定。南非地臺甚至在3000Ma前的地層中的細(xì)菌、有機(jī)質(zhì)，以及波痕、干裂等保存完好，幾乎沒有褶皺、斷裂，更不要說巖漿活動。中國克拉通最早固結(jié)時間是在含氧大氣圈形成之后（含氧大氣圈的時限以距今22億年計），經(jīng)歷了多旋回發(fā)展，活動性大得多，交替褶皺、斷裂和局部巖漿活動[3]。

(3)中國的克拉通晚期又經(jīng)歷了構(gòu)造活化。自晚三疊世時期具有劃時代意義的印支運(yùn)動以來，先后東面受到太平洋板塊，西南面受到特提斯洋板塊和印度洋板塊的推擠，發(fā)生了構(gòu)造化。構(gòu)造活化的主要標(biāo)志是斷塊活動和深部物的上涌。有人形象的比喻“中國地臺是個破碎的盤子，又被踩了一腳（活化）”。在這種大地構(gòu)造背景上形成的砂巖型鈾礦不是受斷塊構(gòu)造控制，就是被斷塊構(gòu)造改造（如東勝鈾礦床），很難是國外的那種與斷裂和深部物質(zhì)無關(guān)的淺部成礦模式。因此，斷隆成礦是中國破碎、活化克拉通上合乎邏輯的必然產(chǎn)物，是值得重視的區(qū)域找礦模式。

結(jié)語

⒈在砂巖型鈾礦找礦中要引進(jìn)國外的成礦理論和模式，更要從中國砂巖鈾礦的實際出發(fā)，建立我們自己的成礦理論和模式。

⒉遙感技術(shù)往往能夠發(fā)現(xiàn)常規(guī)地質(zhì)方法不易發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象，從而有利于地質(zhì)人員進(jìn)行創(chuàng)新思維。如果能夠?qū)⑦@種思維與鈾礦地質(zhì)的其他信息，如地質(zhì)、物化探、水文等信息集成，將會把遙感的應(yīng)用“從技術(shù)層面提升到科學(xué)層面”[4]。

在成文過程中得到崔欣和張宏光的幫助，在此深表感謝！

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉德長，等。后遙感應(yīng)用技術(shù)研究[M]。北京：宇航出版社，2007。

[2] 任紀(jì)舜，王作勛，等。從全球看中國大地構(gòu)造[M]。北京：地質(zhì)出版社，2001。

[3] 劉德長，孫文鵬，等。中國鈾礦構(gòu)造與成礦演化[M]。北京：原子能出版社，1991。

[4] 陳述彭。礦產(chǎn)資源與遙感信息深度開發(fā)應(yīng)用[A]，2007遙感科技論壇文集[C]。北京：地震出版社，2007，373～375。