童波林+唐大伟+刘波
摘 要： 目前我国已发现的古河谷砂岩型铀矿主要位于二连盆地，最典型的当属古河谷中东段的巴彦乌拉、赛汉高毕和哈达图铀矿床。目前对古河谷西段（脑木根西南侧）的研究和控制程度较差，通过对乌兰察布凹陷西部脑木根次级凹陷新乌苏地区地面地质调查、土壤氡气测量、音频大地电磁测深工作，同时对整个二连盆地中西部进行资料综合整理研究，对乌兰察布凹陷西部古河谷构造、建造特征、地面物化探异常进行了系统的分析，将前人圈定的含铀古河谷向西侧扩展至新乌苏一带，并依据古河谷构造、建造特征、地面物化探异常特征总结了古河谷砂岩型铀矿成矿远景预测模型，用以优选古河谷成矿有利地区并确定含矿异常区和砂体位置。
关键词： 二连盆地； 乌兰察布凹陷； 含铀古河谷； 新乌苏地区； 构造、建造； 预测模型
1. 区域地质特征及盆地沉积构造演化
二连盆地位于西伯利亚板块与华北板块缝合线的构造部位，是在兴—蒙海西期褶皱基底上发育起来的大型中新生代断—坳复合型断陷盆地。二级构造单元划分为“五坳一隆”六个构造单元，分别为北部的川井凹陷、乌兰察布凹陷、马尼特凹陷和南部的腾格尔凹陷、乌尼特凹陷，之间为北东向展布的苏尼特隆起。乌兰察布凹陷的构造形式和类型具有典型的拉张特征，其内部凹陷主要为单断式箕状凹陷（半地堑）和双断式凹陷（地堑）。一般靠近隆起的凹陷呈单断式向隆起上超覆，内部的凹陷则呈双断式（图1）。凹陷周边广泛发育的中生代中酸性岩浆岩，铀含量较高，平均铀含量3.6～8.3×10-6，为凹陷铀成矿作用提供了主要的铀源。
2. 古河谷构造、建造特征
古河谷位于二连盆地中东部，整体走向北东—南西向，夹持于巴音宝力格隆起和苏尼特隆起间，横跨乌兰察布凹陷和马尼特凹陷。古河谷整体沿塔北凹陷、古托勒凹陷、齐哈日格图凹陷、脑木根凹陷等中央凹陷地带发育，目前控制长约350km，宽5km～20km。已发现的矿床、矿产地、铀矿化主要位于古河谷中东段，其中古河谷东段巴彦乌拉矿床位于马尼特凹陷西部，中段赛汉高毕矿床、哈达图矿产地位于乌兰察布凹陷东部。西段乔尔古矿产地位于乌兰察布凹陷西部脑木根次级凹陷中。
2.1 古河谷构造特征及其与铀矿化的关系
2.1.1古河谷构造演化阶段划分
前人研究成果笼统的将古河谷的构造演化划分为3个阶段，分别为断陷期、断坳转换期、凹陷期（核工业二〇八大队，2012）。本次沿用该划分方案，根据乌兰察布凹陷构造演化特征、地震剖面及沉积充填序列，结合已发现含铀层位分布特征，将与古河谷构造演化关系密切的凹陷期细分为5个阶段：①赛汉组下段沉积后期凹陷发育阶段；②赛汉组上段凹陷发育阶段；③二连组凹陷发育阶段；④构造反转发育阶段；⑤新生代凹陷盆地发育阶段。（表1）
早白垩世早中期（阿尔善期、腾格尔期）断陷发育阶段：该期在NW-SE张应力作用下，形成了众多NE向凹陷和小型断槽①。凹陷内主要发育冲（洪）积扇—扇三角洲—湖泊沉积体系，为区域上重要的含油、含煤层位（王帅等，2015），局部凹陷边缘发育规模较大的辫状河三角洲砂体和泥炭沼化层。该期形成了古河谷建造沉积的带状谷地。
早白垩世晚期（赛汉早期）断坳转换发育阶段：断坳转换期盆地回返、萎缩，断裂活动和构造沉降强度减弱，地层受凹陷边界断裂控制不明显，断裂构造基本上没有穿透赛汉组下段，但是沉积格局还是受到以前的构造格局控制（卫三元等，2006）。沉降速率稍大于沉积速率，水体流动性较差，发育一套富含有机质沉积的暗色泥岩②。
凹陷期—裂后热沉降阶段：①赛汉组下段凹陷发育阶段，形成了一套河流—三角洲—河沼—湖沼相灰色含煤碎屑岩建造，有机质发育，是盆内最主要的产煤层，也为后期铀成矿提供了有机还原物质。该组局部发育辫状河三角洲、扇三角洲砂体，也是盆地砂岩型铀矿找矿重要的目的层。②赛汉组上段凹陷发育阶段，拉张断陷活动基本停止，本区整体抬升沿各次级凹陷中央部位发育辫状河、曲流河砂体，局部辫状河三角洲砂体，该套砂体因埋藏浅，富含还原物质，具“泥—砂—泥”结构，是盆地砂岩型铀矿找矿最重要的目的层。③二连组凹陷发育阶段：晚白垩世，随着太平洋板块俯冲带的向东迁移，二连盆地沉降与发育随之迁移，马尼特凹陷大部分地区缺失晚白垩世地层，乌兰察布凹陷二连组沉积相对其他凹陷发育更完备，主要表现为沉积范围更广，部分地区二连组直接覆盖于沉积基底之上；具完整的粗—细—粗三级沉积旋回②。该时期气候由潮湿转向半干旱、干旱，次级凹陷边缘接受冲积平原沉积，中央接受封闭、半封闭的湖泊沉积，铀在湖泊沉积层中聚集、吸附，该层位是寻找沉积成岩型泥岩铀矿最重要的目的层位。④构造反转发育阶段：晚白垩世末至古近纪初，二连盆地受后期滨西太平洋的影响，区域应力场呈现右旋张扭性质，经历了一次北西—南东向轻微拉张，形成一系列张扭性构造。同时，构造反转强烈，工作区整体抬升，整体抬升和强烈的构造反转导致的差异抬升导致白垩纪地层遭受剥蚀，特别是下白垩统赛汉组遭受剥蚀，局部小角度掀斜，形成大面积的构造天窗和潜水—层间氧化带，这一阶段为主要的铀成矿阶段。⑤新生代凹陷发育阶段：古近纪—新近纪，乌兰察布凹陷发生间歇性整体沉降，在干旱的气候条件和准平原化的地貌背景下，凹陷边部为冲积扇沉积，中部为河流—三角洲、泛滥平原沉积。第四纪凹陷整体抬升，局部接受下切河谷沉积，塑造了乌兰察布凹陷平台地貌景观。
断陷期和断坳转换期于单断凹陷或双断凹陷的中部低凹区形成了赛汉晚期古河谷发育的有利沉积空间；凹陷期的第一、二、三阶段形成了古河谷区域上有利的含矿建造“泥—砂—泥”结构；凹陷发育阶段后期（K2-E）拗—隆交替发育的性质控制着盆地后生改造成矿条件的优劣，构造反转、掀斜形成巴音宝力格隆起南或南东侧斜坡带，有利于层间氧化带的发育；沉积间断，有利于后生渗入改造成矿。古近系后期—新近系，凹陷整体沉降，成矿作用停止，进入保矿阶段。
通过乌兰察布凹陷西部古河谷构造特征研究可以看出，古河谷的形成需要特殊的地质环境和条件，主要包括：①盆地已进入较稳定的拗陷发育阶段；②次级凹陷的局部地区或单个凹陷沿纵向方向存在明显的坡降度，多方提供充足物源；③坳（凹）陷内部沿走向方向存在长条状展布的侵蚀低地，或存在与走向近于平行的同生正断层。
二连盆地特殊的构造演化环境有利于此类古河谷的形成发育，除乌兰察布凹陷西部古河谷和盆地中东部的赛汉高毕—巴彦乌拉—那仁宝力格古河谷外，其它凹陷中均有可能均存在纵向古河谷，应加强对该盆地内古河谷的产出环境及含铀性等方面的研究。
2.1.2构造对古河谷形成的控制作用
脑木根凹陷面积2900km2，基底埋深3700m，呈北东向展布，古河谷主要沿凹陷中央展布。通过地震资料的收集和解译，该凹陷主体为双断式凹陷，西侧靠近盆地边缘表现出单断式箕状凹陷特征。凹陷特点小而深，从西到东凹陷变宽和变深。古河谷由西向东也表现为变宽、变深、对称性增强的特点，凹陷西侧靠近盆地边缘古河谷具小幅掀斜。
河谷两侧发育北东向同生断层，断层控制了河谷沉积和隐伏岩体隆起。但越向凹陷中心，断层对赛汉组及其后沉积地层控制作用越不明显，凹陷西缘赛汉期早期阶段仍有一些NE向断裂构造发生继承性活动，具体表现为，阿尔善组、腾格尔组受断裂控制明显，赛汉组下段局部被断裂控制，赛汉组上段不受断裂控制，符合赛汉组断拗转换期的构造背景。
2.1.3构造反转对古河谷铀成矿的影响
目前，构造反转作用对二连盆地古河谷铀成矿的控制作用越来越引起人们的重视。在盆地各大凹陷的多数地震剖面上都可识别出反转断层存在。构造反转的强弱控制了后生蚀变类型，也控制了铀成矿规模。乌兰察布凹陷中部的额仁淖尔、哈达图等地区，构造变形发生时间一般在66Ma～42Ma，且构造变形强度中等，抬升幅度700m～1200m，处于适中构造变形区，有利于赛汉组上段古河谷型铀成矿作用③。
古河谷南西端靠近盆地边缘地段，识别出反转构造特征，早期为逆断层（压扭性），晚期正断层，具有多期活动的特征。古河谷乔尔古地段铀矿化与反转构造有关，赛汉组上段由于受到构造反转作用的影响，形成河道北东高，南西低的格局，铀矿化就位于目的层砂体“陡坡”与“缓坡”变异的部位。
2.2 古河谷建造特征
赛汉期乌兰察布凹陷内部古隆起发育，对基底和腾格尔期的构造面貌继承性较强，其内河流相发育并不充分，单从沉积建造来讲其成矿有利度较之马尼特凹陷东部赛汉期古河谷稍差。“近物源、多物源、粗碎屑、相带窄、相变快”是二连盆地赛汉期古河谷的基本沉积特点（图2）。
2.2.1古河谷沉积体系特征
不同构造演化阶段对应于不同类型的沉积体系，古河谷沉积阶段对应盆地构造演化凹陷期的第一、第二阶段，即赛汉组下段沉积后期和赛汉组上段，赛汉组下段沉积后期主要发育浅水辫状河三角洲—湖沼沉积体系，岩性为灰、灰黑色（炭质、粉砂质）泥岩夹砂岩，含煤层，构成古河谷砂体的区域性隔水底板。赛汉组上段主要沿古河谷发育广泛河流沉积体系砂体，局部浅辫状河三角洲—浅水湖泊沉积体系，构成古河谷主要的铀储集层。凹陷期第三、第五阶段构成古河谷砂体的区域性隔水顶板。
古河谷内主要找矿目的层为赛汉组上段，赛汉组上段沉积时，盆地的性质以凹陷为主，赛汉组下段发育的湖泊萎缩乃至消失，逐渐向河流体系转变，主要发育冲积扇沉积体系和长流程的河流沉积体系。冲积扇沉积主要发育于古隆起的边缘，可识别出扇根、扇中和扇端亚相，河流相主要发育辫状河沉积和曲流河沉积。
新乌苏地区古河谷赛汉组上段主要发育冲积扇—辫状河沉积体系。冲积扇沉积主要为扇中亚相，发育泥石流沉积和泥流沉积，下部砾质辫状河道沉积。辫状河沉积主要发育辫状河道亚相和河漫滩亚相。由多个正粒序旋回组成，垂向上发育2个～4个完整或不完整的旋回组合。垂向上河道亚相可识别出河床滞留沉积和心滩、边滩沉积和局部洪泛沉积等沉积微相。河道沉积以巨大箱形、钟形曲线为主，主要反映了含砾砂岩组成辫状河道砂坝，砂多泥少，颗粒较粗，沉积厚度较大，具有下粗上细的正粒序特征④（图2）。
乔尔古地区古河谷赛汉组上段由下至上为辫状河—冲积扇—曲流河沉积体系，以曲流河沉积体系最为发育，厚度最大，可识别出泛滥平原和点砂坝亚相，单层砂体较薄，连通性差。辫状河沉积主要发育辫状河道亚相。由多个向上变细的正（半）粒序旋回组成，垂向上河道亚相可识别出心滩沉积和薄层洪泛沉积等沉积微相。河道沉积以巨大箱形曲线为主，厚度较大，连续性好。
哈达图古河谷赛汉组上段主要为河流沉积体系及局部冲积扇沉积体系。河流沉积体系早期以辫状河沉积为主、晚期以曲流河为主。对哈达图地区赛汉组上段沉积体系进行了精细研究，赛汉组上段古河道由三期河道叠加而成：第一期河道（K1s2-1）位于赛汉组上段底部，具有多物源的特征。沉积物以粗粒为主，底部见滞留沉积的卵砾岩，其上为充填沉积的含卵石的砂质砾岩，砂体厚度大，连续性好，具有砾质辫状河沉积特征。第二期河道（K1s2-2）位于赛汉组上段中部，河道充填沉积以砂质砾岩、粗砂岩为主，连通性较好，具有砂质辫状河沉积特征；第三期河道（K1s2-3），砂体以中粗、细砂岩为主，砂体连通性较差，大部分呈透镜体分布，规模最小，具有典型的曲流河沉积特征。总之，哈达图地区赛汉组上段古河道是由多物源、多期次河道叠加而成的复合型河道，河道发育具早期砾质辫状河—中期砂质辫状河—晚期曲流河的沉积演化过程。
乌兰察布凹陷西部古河谷赛汉组上段沉积物整体以红色为主，夹黄、绿等杂色沉积，且向东部杂色沉积越多（图3），表明：①古河谷赛汉早期为偏干旱、氧化的沉积环境，且由西向东表现出沉积环境变湿润，由氧化向还原过渡的趋势；②沉积物中有机物含量少，还原能力欠缺，成矿过程中依赖外部提供还原物质，如哈达图铀矿床成矿与油气流体的还原作用密切相关。
从古河谷沉积体系特征及差异对比可以看出：新乌苏—乔尔古—哈达图一线古河谷底板埋深变深、沉积厚度加厚、河流相沉积体系尤其是易赋矿的辫状河沉积体系更发育，表明在古河谷沉积过程中，沉积、沉降中心由西向东迁移。
整个古河谷沉积体系并非由单一河流相沉积体系组成，靠近物源区的古河谷中常有冲积扇沉积体系充填，凹陷边缘部位冲积扇沉积厚度大于河流相沉积。河流相沉积体系也不是单一河道形成的，是多物源、多期次、多种类河道叠加而成的复合型河道。
曲流河沉积体系中河道砂体被泛滥平原细粒沉积物分隔，横向上砂体具一定规模和连通性，垂向上连通性较差，不利于成矿。辫状河沉积体系中河道砂体彼此切割及河漫滩沉积不发育，垂向和横向上规模大、连通性好，构成古河谷内铀成矿的良好储层，目前哈达图、乔尔古地区已发现的铀矿化大多位于辫状河道砂体中。
3. 古河谷砂岩型铀矿成矿远景预测模型
通过对二连盆地乌兰察布凹陷西部古河谷构造建造特征分析，总结了与古河谷砂岩型铀矿有关的构造、建造及其他成矿相关要素（表2），可据此判断古河谷成矿有利区带，进行古河谷分布区含矿异常及砂体定位预测。
4. 结论
（1）将古河谷区域构造演化划分三个阶段，即断陷期、断坳转换期和凹陷期。并将与古河谷沉积建造、后期成矿密切相关的凹陷期细分为五个阶段。断陷期、断坳转换期形成了古河谷就位空间，凹陷期的第一、二、三阶段形成了古河谷有利的“泥—砂—泥”含矿建造，K2-E沉积间断，有利于后生渗入改造成矿，新生代沉积形成区域盖层，具保矿作用。
（2）构造控制了古河谷形态、展布和沉积充填特征；古河谷中识别出多处反转构造，其与成矿密切相关，影响了成矿作用的类型及规模。
（3）对古河谷不同地段沉积体系、砂体特征进行研究，赛汉组上段发育河流和冲积扇沉积体系，以河流沉积体系为主，其中辫状河道亚相砂体规模大、连通性好，是有利的沉积相带。
（4）对于钻孔控制程度不足地区，可在古河谷成矿有利地区采用地面物化探方法如结合土壤氡气测量、音频大地电磁测深等，进一步缩小范围，从而确定含矿异常区和砂体位置。
（5）总结了古河谷砂岩型铀矿成矿远景预测模型，基于铀源丰富区、成矿构造、构造反转发育区、有利相带及部位、有利含矿砂体厚度、土壤氡气异常区、音频大地电磁测深推断砂体等要素，预测成矿远景区。
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