一种基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法

摘要

本发明公开了种基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法，包括成矿属性定位、成矿模型建立、靶区预测、钻孔验证四步：步骤一、成矿属性定位：根据控矿因素分别进行成矿属性定位；步骤二、成矿模型建立：建立“双阶段双模式”成矿模型，建立表生氧化流体成矿模型和热流体叠加改造成矿模型；步骤三、靶区预测：根据“双阶段双模式”成矿模型进行靶区预测；步骤四、钻孔验证：钻孔采用验证矿相成分。本发明提出了“双阶段双模式”铀成矿理论，研发集成了适用于砂岩型铀矿的找矿组合关键技术，建立了不同类型砂岩型铀矿床成矿模型，并创建了对应的找矿模式。在我国二连、开鲁、巴音戈壁等盆地和尼日尔阿泽里克铀资源勘查中推广应用，取得了巨大经济、社会效益，节约了勘查成本，缩短了找矿周期。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿探测技术领域，具体为一种基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法。

背景技术

砂岩型铀矿是我国的四大铀矿类型之一。自20世纪90年代以来，我国的铀矿勘查由主攻南方硬岩型铀矿转为北方砂岩型铀矿。北方沉积盆地砂岩型铀矿找矿与勘探工作一直方兴未艾，并取得令人瞩目的成就。我国砂岩型铀矿资源量在四大铀矿类型中的占比已从之前的第三位跃居为第一位。此类铀矿床已成为我国铀矿勘探的重点。产于我国北方中东部的盆地的砂岩型铀矿床具有相似特征但明显区别于产于我国西北地区铀矿床。因此，有必要对我国北方中东部的盆地开展铀成矿作用与找矿方法研究。此外，走出国门在海外开展此类铀矿的找矿与研究工作可为我国铀资源提供重要补充。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法，提出了“双阶段双模式”铀成矿理论，研发集成了适用于砂岩型铀矿的找矿组合关键技术，建立了不同类型砂岩型铀矿床成矿模型，并创建了对应的找矿模式。在我国二连、开鲁、巴音戈壁等盆地和尼日尔阿泽里克铀资源勘查中推广应用，取得了巨大经济、社会效益，节约了勘查成本，缩短了找矿周期。

本发明通过下述技术方案来实现：一种基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法，包括成矿属性定位、成矿模型建立、靶区预测、钻孔验证四步：

步骤一、成矿属性定位：根据控矿因素分别进行成矿属性定位；

步骤二、成矿模型建立：建立“双阶段双模式”成矿模型，建立表生氧化流体成矿模型和热流体叠加改造成矿模型；

步骤三、靶区预测：根据“双阶段双模式”成矿模型进行靶区预测；

步骤四、钻孔验证：钻孔采用验证矿相成分。

进一步优选，步骤一中，控矿因素包括赋矿砂体、氧化带、铀源、还原剂、热流体改造，步骤一包括如下过程：

(1)赋矿砂体——赋矿砂体通过地球物理方法(重、磁、电、震)，测井曲线分析，以及目的层砂体的沉积相、微相研究，评价砂体储集空间的时空分布特征，实现储集空间定位；

(2)氧化带——通过岩心观察分析，分析砂岩的颜色变化、统计各种与砂体有关数据，绘制岩相古地理图，研究含铀含氧流体发育的古水动力条件，结合砂体发育规律，预测氧化前锋线发育位置，实现迁移方向定位；

(3)铀源——铀源是砂岩型铀矿床形成的基础条件，通过蚀源区野外地质调查取样进行蚀源区含铀性，隐伏蚀源区(被后期地层覆盖)，及砂体自身含铀性分析研究，判断铀源丰富程度，从而评价成矿潜力，实现物质条件定位；

(4)还原剂——铀的成矿作用是U

(5)热流体改造——研究热流体发育的条件，如深大断裂与基性岩浆活动，热流体-岩石相互作用留下的标记，地壳伸展裂陷作用与大区域和盆地范围内的热流值增高，为热流体对早期矿化的叠加改造创造条件，实现加改造定位。

本发明步骤二中，提出了“先氧化后改造”双重成矿理论：打破盆地砂岩型铀矿单一表生氧化流体致矿，建立了表生氧化成矿叠加后期热流体成矿模型；铀成矿作用与后期热流体改造相关，盆地沉积后反转抬升形成表生氧化流体成矿之后，盆地再次伸展导致断裂岩浆活动，深部热流体上升对表生成矿叠加改造成矿，即“先氧化后改造”双重成矿作用，扩大了矿体规模，改变了矿体形态和空间位置。

本发明步骤二中，提出了“先挤压后伸展”双重控矿认识：打破了盆地砂岩型铀矿单一“次造山”掀斜控矿作用，提出了多期“挤压-伸展”构造叠合控矿新认识；盆地在伸展背景下形成含矿目的层，为后期铀聚集成矿提供容矿空间；晚白垩世晚期 -古近纪早期的挤压作用，导致目的层“掀斜”，表生含铀含氧流体渗入成矿；古近纪晚期以来，盆地再次伸展，热构造事件导致热流体上涌叠合致矿；在此基础上，建立了挤压背景下形成储矿目的层，伸展背景下氧化作用成矿和热流体叠加成矿“双阶段”新模型。

本发明步骤二中，创立了“双阶段双模式”成矿理论，建立了区域挤压背景下氧化作用成矿和大规模伸展背景下热流体叠加的“双阶段双模式”成矿新模型；盆地铀矿床“双阶段双模式”成矿模型：盆地在早白垩世-晚白垩世伸展背景下，形成以辫状河、辫状三角洲砂体为主的含矿目的层；

第一阶段—层间渗入氧化成矿阶段：晚白垩世晚期-古近纪早期的挤压作用伴随着强烈的构造反转，造成了目的层抬升剥蚀，在盆地边缘出露地表，并接受含铀含氧流体的渗入。来源于铀源区的含铀含氧流体在透水层持续径流、排泄，在氧化还原过渡带，铀被还原、吸附富集，形成卷状铀矿体；

第二阶段—热流体叠加改造成矿阶段：古近纪晚期以来，盆地再次伸展，构造活动强烈，各盆地均有大规模基性岩浆活动，伴随热流体沿断裂上升，流体与含矿层相互作用，导致大量热液蚀变矿物出现，同时原有的铀矿体被强烈叠加改造，矿体形态由“卷状”改造为“板状”或“透镜状”等。

步骤三中采用了放射性物探找矿技术、地面高精度重力找矿技术、CSAMT找矿技术；不同类型砂岩型铀矿找矿模式，包括：辫状河砂岩型铀矿找矿模式为“模型+”+ CSAMT+沉积微相+地面高精度重力+土壤热释光；浅埋藏滨浅湖砂岩型铀矿找矿模式为“模型+”+车载伽马能谱+构造解译+沉积微相；辫状三角洲砂岩型铀矿找矿模式为“模型+”+铀源+沉积微相+地面高精度重力。

本发明的有益效果：提出了“先氧化后改造”双重成矿理论：打破盆地砂岩型铀矿单一表生氧化流体致矿，建立了表生氧化成矿叠加后期热流体成矿新理论；提出了“先挤压后伸展”双重控矿认识：打破了盆地砂岩型铀矿单一“次造山”掀斜控矿作用，提出了多期“挤压-伸展”构造叠合控矿新认识；创立了“双阶段双模式”成矿理论，建立了区域挤压背景下氧化作用成矿和大规模伸展背景下热流体叠加的“双阶段双模式”成矿新模型。以沉积盆地时空演化为背景，在多种找矿方法实践验证的基础上，建立了砂岩型铀矿深部盲矿体的浅表识别技术。建立了伸展、走滑构造背景下，不同沉积体系、沉积相中多类型铀矿床深埋矿体的浅表微弱信息的识别标志；建立了二连盆地、巴音戈壁盆地铀成矿模型，并在模型的基础上，结合具体的找矿方法，建立了与不同类型铀矿相适应的找矿模式，预测了成矿远景区，并得到了成功的验证。本发明在我国二连、开鲁、巴音戈壁等盆地和尼日尔阿泽里克铀资源勘查中推广应用，取得了巨大经济、社会效益，节约了勘查成本，缩短了找矿周期。

附图说明

图1是本发明的总体流程示意图。

图2是511铀矿床48号剖面土壤天然热释光测量结果。

图3是二连盆地巴彦塔拉砂岩铀矿体上最为典型土壤热释光(TL)和自然电位(Eh)测量结果。

图4是512矿床32线土壤热释光(TL)及自然电位(Eh)测量剖面。

图5是地面重力及CSAMT测线布置示意图。

图6是巴音戈壁盆地塔木素矿床形成过程和模式。

图7是二连盆地巴彦乌拉矿床成矿模型。

图8是开鲁盆地钱家店-宝龙山矿床成矿模型。

图9是巴音戈壁盆地塔木素地区铀成矿模式图。

图10是二连盆地哈达图矿床成矿模型。

图11是开鲁盆地始新世热流体改造成矿模型图。

图12是尼日尔阿加德兹盆地阿泽里克铀成矿模型图。

图13表生氧化成矿叠加后期热流体成矿案例图。

图14是北方中东部伸展-挤压-伸展构造演化与铀成矿模式图。

图15是我国北方中东部沉积盆地“双阶段双模式”成矿模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

中国北方砂岩型铀矿成矿环境的复杂多变性决定了我们的找矿思路必须在中亚层间氧化带理论和美国卷状砂岩型铀矿理论基础上有创新。在中亚地区的找矿方法主要是“次造山”理论指导下，利用钻探技术，加上部分后生蚀变地球化学分带方法。由于海陆过渡相环境下形成的砂体分布规律容易掌握，利用钻孔的成功率比较高。

1980年代末至1990年代初，中国主要是引进中亚的成矿理论与找矿方法，曾经在中国西北和东北许多地区部署过大量的钻探工作，但收效甚微，主要原因是未能充分考虑中国成矿背景条件特征。1990年末至2000年代初，我们加强了成矿地质条件的研究，尤其是目的层沉积体系和砂体分布规律的研究，配合钻孔技术，在二连盆地、开鲁盆地和巴音戈壁盆地收到了很好的效果。为了更好地掌握砂岩型铀矿成矿规律和找矿方法，加强了成矿地球化学和矿床成因的研究，建立了多个矿床模型，利用这些模型，再配合地球物理勘探技术，对不同类型的矿床进行了找矿技术方法的集成创新。本发明创新思路见图1。在找矿过程中主要考虑以下五个控制因素：赋矿砂体条件、氧化带发育条件、铀源供给条件、地层中还原剂条件、热流体叠加改造条件。从图1 中可知，本发明所述基于“双阶段双模式”成矿模型的砂岩型铀矿找矿方法，包括成矿属性定位、成矿模型建立、靶区预测、钻孔验证四步：

步骤一、成矿属性定位：根据控矿因素分别进行成矿属性定位；

步骤二、成矿模型建立：建立“双阶段双模式”成矿模型，包括建立表生氧化流体成矿模型和热流体叠加改造成矿模型；

步骤三、靶区预测：根据“双阶段双模式”成矿模型进行靶区预测；

步骤四、钻孔验证：钻孔采用验证矿相成分。

如图1所示，步骤一中，控矿因素包括赋矿砂体、氧化带、铀源、还原剂、热流体改造，步骤一包括如下过程：

(1)赋矿砂体——赋矿砂体通过地球物理方法(重、磁、电、震)，测井曲线分析，以及目的层砂体的沉积相、微相研究，评价砂体储集空间的时空分布特征，实现储集空间定位；

(2)氧化带——通过岩心观察分析，分析砂岩的颜色变化、统计各种与砂体有关数据，绘制岩相古地理图，研究含铀含氧流体发育的古水动力条件，结合砂体发育规律，预测氧化前锋线发育位置，实现迁移方向定位；

(3)铀源——铀源是砂岩型铀矿床形成的基础条件，通过蚀源区野外地质调查取样进行蚀源区含铀性，隐伏蚀源区(被后期地层覆盖)，及砂体自身含铀性分析研究，判断铀源丰富程度，从而评价成矿潜力，实现物质条件定位；

(4)还原剂——铀的成矿作用是U

(5)热流体改造——研究热流体发育的条件，如深大断裂与基性岩浆活动，热流体-岩石相互作用留下的标记，地壳伸展裂陷作用与大区域和盆地范围内的热流值增高，为热流体对早期矿化的叠加改造创造条件，实现加改造定位。

步骤二中，首先建立了表生氧化流体成矿模型

砂岩型铀矿床(简为SUD)由于它的低成本地浸采矿法和巨大的资源潜力而成为当前国内外找矿的主攻方向之一。层间-渗入砂岩型铀矿(简为ISSUD)是地浸砂岩型铀矿的最重要类型，系指含铀含氧流体(简为UOF)在上、下由泥岩隔水层限制的透水性好的砂岩/含砾砂岩/砾岩中迁移时，岩石中的还原物质(炭屑、油气、黄铁矿等) 把U6+变成U4+而沉淀、富集所形成的铀矿床。铀成矿作用主要是由于构造挤压抬升/ 掀斜形成向盆地中心渗入的水动力斜坡，在干旱-半干旱气候条件下，大气降雨的含氧水淋滤补给区铀源岩石或渗透地层本身，形成可在渗透岩石中迁移的含铀含氧流体 (UOF)，当UOF遇到还原性物质时，铀从U6+还原为U4+而富集成铀矿床。

因此，建立成矿模型有助于理解成矿要素和成矿过程，同时，在模型的基础上建立找矿模型，最后达到找矿的目的。

中国北方的砂岩型铀矿在表生条件下形成的铀矿过程和控制因素与国外矿床没有本质的区别，尤其我国西北的天山地区，局部的条件与中亚相似。但是，天山山脉主体在中国境内，目前的地形地貌条件来看，天山一方面隆升很高，大多数地区远远超出了“次造山”范围，对成矿不太有利；另一方面，天山隆升速度很快，含铀含氧流体迅速进入盆地，没有足够的时间“萃取”蚀源区和地层中的铀，也没有足够的时间在氧化还原过渡带沉淀积累，也对成矿不利。

而东部地区与西部地区完全不同，本项目的研究区域属于中国北方中东部地区，造山作用多由伸展引起，即使在伸展之后的弱挤压下，山体隆升的高度和隆升的速度也都不如天山。研究区中，砂岩型铀矿密切相关的隆起区，如大兴安岭，巴音宝力格隆起，宗乃山-沙拉扎山隆起，高差均不大，在“次造山”范围内，对成矿时有利的。当然，中东部的伸展作用导致的整个大区域范围内热流值增高，岩浆作用，尤其是基性岩浆作用是氧化带成矿之后的热流体叠加成矿阶段。通过多年的研究，研究组建立了巴音戈壁、二连、开鲁盆地等砂岩型铀矿氧化带成矿模型。

1.巴音戈壁盆地塔木素矿床成矿模型

巴音戈壁盆地塔木素矿床形成过程和模式见图6。从图中可以，塔木素矿床的NW方向是宗乃山-沙拉扎山隆起区，大量的花岗岩的风化既为巴音戈壁组沉积提供沉积物源，也为层间氧化带提供U源。巴音戈壁组下段由于冲积扇和扇三角洲沉积，大量的泥石流沉积使得岩石的孔渗性不好，含铀含氧流体难以在其中流动。巴音戈壁组上段的沉积体系主要为辫状三角洲，靠近物源区为平原相，为辫状平原分流河道沉积，物质粒度粗，孔渗性好。较远处为辫状三角洲前缘相，主要沉积物为水下分流河道、河口坝等孔渗性好的中粗粒沉积与分流河道间湾、或三角洲朵体间湾泥岩互层。远源处为前三角洲，即湖相泥岩、泥灰岩沉积。氧化带成矿的过程为，来源蚀源区的含铀含氧流体首先流过高渗透性的平原相，然后沿着前缘相的砂砾岩层继续向前快速流动，但自由氧在流动过程中完全消耗殆尽时，发生U的还原作用，最终富集成矿。

2.二连盆地巴彦乌拉矿床成矿模型

根据对二连盆地巴彦乌拉地区所做的大地构造环境、沉积环境、目的层砂体特征及铀的迁移、沉淀形式和机理等成矿作用方面的研究，认为巴彦乌拉地区的成矿属于层间氧化带作用下的铀成矿。

巴彦乌拉地区赋矿岩层为赛汉组上段兰灰色、灰色、浅灰色及亮黄色含砾-砾质松散中粗砂岩中，其上下分别为伊尔丁曼哈组和赛汉组下段的泥岩隔挡层。根据全岩 U-Pb等时线法计算出其成矿年龄为44±5Ma，成矿时代为新生代古近纪始新世(E2)。二连盆地在赛汉期气候具有分带性，其中巴彦乌拉地区表现为温暖潮湿气候，灰色系砂—砂砾岩中可见有炭化植物根茎和碎片，这为铀沉淀提供了还原剂。进入第三纪以来，盆地一直处于干旱、半干旱状态，形成的颜色均为黄色、褐黄色、红色等，极少数为灰绿色。

从区域构造上看，盆地东南侧为苏尼特隆起，西北侧为巴音宝力格隆起。两侧隆起带上发育大量的花岗岩，基底地层中见有大量的火山岩屑，这些岩石都是古河道型砂岩铀矿的重要铀来源体。盆地在第三纪以来，太平洋板块由NW转为NWW运动，同时，印度板块与欧亚板块发生强烈陆壳碰撞作用，产生一系列NW向断层。下部腾格尔组的油气沿断层上升至赛汉组的可能性很大，在巴彦乌拉地区的部分样品中发现了一些砂岩胶结物发蓝色荧光的现象，显示了铀矿化地段有油气存在。由于目前隆起区比盆地区高出400～500m，始新世时可能高差更大，古地表含铀含氧流体沿地层中的可渗透的砂体下渗，即含铀含氧层间流体向盆地中心运移，由于赛汉组含矿砂体上下泥岩隔挡作用，使层间流体得以较长距离迁移。在遇到合适的还原障(有机碳、黄铁矿或油气)后，则沉淀富集成矿。巴彦乌拉地区矿体整体表现为卷状，反映为侧向层间氧化成矿作用(图7)。

3.开鲁盆地钱家店-宝龙山矿床成矿模型

近年的勘查证实，钱家店-宝龙山成矿模型与前人的认识有很大的差距。夏毓亮等(2003)认为，钱家店矿床是含铀含氧流体沿着钱家店天窗向下入渗到姚家组砂岩中形成的，可后来的勘探钻孔证实，钱家店天窗附近不大可能形成层间-渗入作用，原因是1)天窗周围的姚家组砂岩呈还原色灰色，而不是氧化色红色、黄色，靠近天窗颜色还原色越强，越远离天窗氧化色越强；2)天窗本身的面积不大，据不完全统计，姚家组在天窗出露(剥掉第四系)仅17km

勘探还证实，宝龙山-钱Ⅳ矿带向南西方向延伸较远，而且氧化发育强度向西南方向越来越好，目前众多证据表明，氧化带发育自西南向东北方向推进，钱家店-宝龙山地区为氧化-还原过渡地区，天窗可能是重要的排泄源。因此，开鲁盆地钱家店- 宝龙山矿床砂岩型铀矿成矿过程可以用图8描绘，即来自西南蚀源区的含铀含氧流体，在姚家组砂岩中渗入，并通过承压水作用向天窗附近流动，在姚家组砂岩中炭化植物碎屑，或深部上升的油气还原下，被还原并逐渐富集成矿。

步骤二中，构建了热流体叠加改造成矿模型

内生铀矿床(中国很多时候叫“硬岩型”铀矿)由含铀热液，或热流体在适当的条件下形成，这在国内外均有大量的事例，如中国华南花岗岩型、火山岩型、甚至西南的碳硅泥岩型等。但是，砂岩型铀矿由热流体改造而形成，国内外均鲜见报道。

本研究组在长期的北方盆地砂岩型铀矿中发现，中国的中东部和西部铀矿化是不一样的，西部的伊犁盆地和吐哈盆地铀矿化是典型的层间渗入氧化带型，中亚的成矿模式可以应用。而中国的中东部情况完全不同，矿床既有较为明显的氧化带特征，但氧化带发育的规律又不是典型的中亚式的层间-渗入型，同时，矿体中存在大量的热流体活动现象，如热液围岩蚀变，矿体在一定程度上受断层控制，矿床中，或矿床附近有明显的基性岩浆活动。

1.巴音戈壁盆地塔木素地区铀成矿模式图

巴音戈壁盆地砂岩型铀矿化可以分为两个阶段：第一阶段氧化流体成矿：走滑拉分之后，盆地出现弱挤压环境，成矿流体为表生含铀含氧流体。具体的形成过程为，塔木素矿床的NW方向是宗乃山-沙拉扎山隆起区，大量的花岗岩的风化既为巴音戈壁组沉积提供沉积物源，也为层间氧化带提供U源。巴音戈壁组下段由于冲积扇和扇三角洲沉积，大量的泥石流沉积使得岩石的孔渗性不好，含铀含氧流体难以在其中流动。巴音戈壁组上段的沉积体系主要为辫状三角洲，靠近物源区为平原相，为辫状平原分流河道沉积，物质粒度粗，孔渗性好。较远处为辫状三角洲前缘相，主要沉积物为水下分流河道、河口坝等孔渗性好的中粗粒沉积与分流河道间湾、或三角洲朵体间湾泥岩互层。远源处为前三角洲，即湖相泥岩、泥灰岩沉积。氧化带成矿的过程为，来源蚀源区的含铀含氧流体首先流过高渗透性的平原相，然后沿着前缘相的砂砾岩层继续向前快速流动，但自由氧在流动过程中完全消耗殆尽时，发生U的还原作用，见图9。

第二阶段热流体叠加改造成矿：走滑挤压之后，盆地又出现走滑伸展，同时出现大规模的基性岩浆喷发作用，形成广泛出露的玄武岩。紧接着岩浆活动之后是热流体作用，氧化带成矿之后，叠加了热流体改造，先期的矿化进一步遭受改造、富集，同时出现大量的金属硫化物。区域背景条件研究显示，巴音戈壁盆地早白垩世时期，区域上具备构造-岩浆活动条件，因为巴音戈壁组沉积后不久便是苏红图的形成，该时期大量的岩浆喷发，使得整个盆地范围内的温度升高，成岩、成矿物质活动频繁，岩石在层间氧化成矿之后立即被后来的热流体改造，这可以从大量的金属硫化物、碳酸盐胶结物的形成及成矿物质的脉状充填中不难找到证据。

2二连盆地哈达图矿床成矿模型

二连盆地哈达图地区的成矿作用也可以分为两个阶段、两种方式。研究表明，一方面，哈达图矿床的形成与含铀含氧流体由古河道中心向两边迁移氧化，流体的迁移速度受两侧废弃河道沉积物的阻滞变慢，铀被粘土、炭屑吸附、还原而富集；另一方面，由于新生代以来，二连盆地NW向断裂构造和岩浆活动的强烈，造成了阿巴嘎玄武岩浆的强烈喷发，带来深部热流体对浅部地质体的改造。沿着集宁-二连铁路线的 NW向构造活动时，深部热流体等物质很可能上升至浅部，对哈达图地区的铀矿化进行叠加改造，巨型晶黄铁矿的形成和大量的热液蚀变矿物的出现完全有可能跟后期的热流体叠加改造有关，而且哈达图铀矿化体沿NW向分布的特征也印证了矿化与构造的关系。砂岩型铀矿成因：宏观上，铀矿化范围被被大量的碳酸盐脉体、铁质脉体穿插；微观上，矿石中见砂岩格架颗粒溶解，方解石、绢云母等蚀变矿物以及黄铜矿、自然铜等低温金属矿物与沥青铀矿、铀石密切共生，它们是热流体叠加改造作用的产物。

综合起来，哈达图地区的铀成矿作用很特别，见图10。铀矿化除了“悬浮”在氧化带中，平面上呈带状分布，而且叠加改造以后形成的矿化品位特富，储量也较大，暂称为“哈达图式”矿化作用。

3.开鲁盆地始新世热流体改造成矿模型图

开鲁盆地钱家店-宝龙山铀矿床的形成同样可以分成两个阶段：即表生含铀含氧流体成矿阶段和热流体改造成矿阶段。

第一阶段——层间渗入氧化成矿。姚家组沉积时期，总体在干旱—半干旱环境下，局部出现相对潮湿环境下，形成姚家组原生灰色砂岩。沉积过程中局部所含的大量植物碎屑及泥岩夹层在沉积-成岩期可以吸附一定量的铀而造成局部的铀的预富集，为后期渗入的含铀含氧流体打下了成矿基础。真正的氧化带成矿是晚白垩世中晚期的嫩江运动期中伴随着强烈的构造反转，造成了姚家组抬升剥蚀，在盆地边缘出露地表，并接受含铀含氧流体的渗入。与此同时，钱家店附近，出现局部隆升，姚家组也遭受剥蚀出露，形成天窗。该天窗可能作为西南隆起区渗入流体的最终排泄源，因此，来源盆地西南隆起区的含铀含氧流体源源不断地流向钱家店天窗，因此，在西南隆起区和钱家店天窗之间形成了巨型的层间氧化带。在钱家店-宝龙山以南不远地区，或沿着盆地姚家期辫状道的两侧出现氧化-还原过渡带，形成大规模的铀矿化，见图11。

第二阶段——热流体叠加改造成矿。大量研究结果表明，开鲁盆地大规模的基性岩浆活动对早期的铀成矿作用产生很大的影响，其中古近纪始新世Bartonian期(约40±Ma)区内岩浆热液活动与铀成矿作用可能有关。①宝龙山、钱家店等地大量钻孔岩心内可见到一层稳定的辉绿岩层，穿插于姚家组上段和嫩江组中，该辉绿岩侵入作用烘烤了其边缘的砂岩，在热作用下紫红色砂岩变为暗紫色，岩石致密坚硬，被钙质胶结，见大量的方解石和含铁白云石，方解石中可见气液包体，反映一种低温热流体环境；②对岩石的常量元素、微量元素和稀土元素分析结果也显示，含U岩石与低温元素和轻稀土富集等均具有一定的相关性，说明研究区含矿目的层受后期热活动改造的影响较普遍；③利用电子探针开展的铀赋存状态结果显示，白兴吐矿区可见沥青铀矿脉体，而沥青铀矿的产生也多数为低温成矿的产物，且受分布规律与改期辉绿岩脉体具有一定的相关性。综合分析，受F2、F3断裂夹持的辉绿岩脉的形成，使得局部地段形成具低温热液特点的沥青铀矿与黄铁矿共沉淀的“沥青铀矿脉”，改期热事件，即是一次区域内的一次铀成矿作用，也是对前期氧化带成矿作用的二次叠加富集成矿，且改造叠加的铀矿体在断裂发育区也有增厚、变大的趋势，模式图如图11。

4.尼日尔阿加德兹盆地阿泽里克铀成矿模型图

尼日尔阿加德兹盆地特吉达阿泽里克地区在晚侏罗世时期处于长期的风化剥露状态，同时，到晚侏罗世晚期区内发生NW-SE向的拉张伸展作用，形成阿泽里克区总体的隆-凹格局，控制着白垩系及以后的各个时期的沉积作用。早白垩世早期(阿萨乌阿期)，湖侵由西向东逐渐扩展，于阿泽里克背斜一带形成滨浅湖相环境，沉积一套分选、磨圆好的含砾砂岩、粗砂岩，即阿萨乌阿组含矿目的层。随后在伊腊泽尔期，湖侵作用向西部的阿尔利特地区继续扩展，于特吉达地区形成厚层深湖-半深湖相的泥岩夹薄层细砂岩。阿萨乌阿组砂砾岩在下，伊腊泽尔组厚层泥岩在上，这种空间组合关系就构成了研究区含矿空间和保存条件的完美组合。至晚白垩世时期，区域经受一次压扭性构造活动，形成了戴加玛组内的舒缓的层内褶曲，伴随这次活动的是局部较大规模的流体活动，来自深部的热流体，沿着断裂构造上升，在上升的过程中，流体萃取了侏罗系及其以前地层中的铀，当到达阿萨乌阿组顶部的伊腊泽尔组厚层泥岩时，由于断层在泥岩中闭合，流体的垂向运移通道中断，此时，流体只能沿着阿萨乌阿组孔渗性好的砂体侧向运移。含铀热流体在油气和低价铁的作用下，于流体经过的地段发生还原作用。在碱性的条件下，铀酰络合物发生沉淀，并伴随有方沸石和碳酸盐矿物及绢云母的生成。在此过程中，长石和石英发生溶解。长石中游离出来的 Na-Al-Si进入方沸石，部分K进入绢云母，石英溶解出来的Si一部分形成次生加大，另一部分进入铀石中。碳酸铀酰络合物在形成沥青铀矿和铀石时，碳酸根离子与Ca

本发明步骤二中，提出了“先氧化后改造”双重成矿理论：打破盆地砂岩型铀矿单一表生氧化流体致矿，建立了表生氧化成矿叠加后期热流体成矿模型。

传统上，砂岩型铀又叫水成铀矿，是表生氧化流体在透水层渗透过程中，遇还原障沉淀所致，无热液矿物。项目组在我国北方中东部盆地开展砂岩型铀矿研究中发现，矿床中铀矿物伴生有大量低温热液矿物，图13中，A-二连盆地哈达图矿床沥青铀矿 (Pitch)充填在石英(Qz)颗粒网脉状碎裂裂隙中；B-二连盆地哈达图矿床沥青铀矿 (Pitch)、闪锌矿(Sphalerite)、黄铁矿(Py)共生在孔隙、裂隙中；C-开鲁盆地白兴吐矿床方解石(Cal)强烈交代石英(Qz)颗粒；D-开鲁盆地白兴吐矿床钛铀矿(Bra) 与闪锌矿(Sphalerite)脉状充填；E-巴音戈壁盆地塔木素矿床泥岩裂隙中黄铁矿(Py) 和斑铜矿(Bor)，石膏(Gp)；F-巴音戈壁盆地塔木素矿床砂岩中硒铜镍矿(Pen)、硒铜篮(Klo)、硒铅矿(Cla)共生。研究表明铀成矿作用与后期热流体改造相关，盆地沉积后反转抬升形成表生氧化流体成矿之后，盆地再次伸展导致断裂岩浆活动，深部热流体上升对表生成矿叠加改造成矿，即“先氧化后改造”双重成矿作用，扩大了矿体规模，改变了矿体形态和空间位置。

本发明步骤二中，提出了“先挤压后伸展”双重控矿认识：打破了盆地砂岩型铀矿单一“次造山”掀斜控矿作用，提出了多期“挤压-伸展”构造叠合控矿新认识。

学者认为“次造山”作用导致含矿目的层掀斜剥蚀，含氧含铀流体渗入目的层，在氧化还原过渡带(即前锋线)成矿。然而，我国北方中东部盆地在伸展背景下形成含矿目的层(图14A)，为后期铀聚集成矿提供容矿空间；晚白垩世晚期-古近纪早期的挤压作用，导致目的层“掀斜”，表生含铀含氧流体渗入成矿(图14B)；古近纪晚期以来，盆地再次伸展，热构造事件导致热流体上涌叠合致矿(图14C)。在此基础上，建立了挤压背景下形成储矿目的层，伸展背景下氧化作用成矿和热流体叠加成矿“双阶段”新模型。

本发明步骤二中，本发明创立了“双阶段双模式”成矿理论，建立了区域挤压背景下氧化作用成矿和大规模伸展背景下热流体叠加的“双阶段双模式”成矿模型。

我国北方中东部盆地铀矿床“双阶段双模式”成矿模型：二连、开鲁、巴音戈壁等盆地在早白垩世-晚白垩世伸展背景下，形成以辫状河、辫状三角洲砂体为主的含矿目的层。

第一阶段—层间渗入氧化成矿阶段。晚白垩世晚期-古近纪早期的挤压作用伴随着强烈的构造反转，造成了目的层抬升剥蚀，在盆地边缘出露地表，并接受含铀含氧流体的渗入。来源于铀源区的含铀含氧流体在透水层持续径流、排泄，在氧化还原过渡带，铀被还原、吸附富集，形成卷状铀矿体(图15A)。

第二阶段—热流体叠加改造成矿阶段。古近纪晚期以来，盆地再次伸展，构造活动强烈，各盆地均有大规模基性岩浆活动，伴随热流体沿断裂上升，流体与含矿层相互作用，导致大量热液蚀变矿物出现，同时原有的铀矿体被强烈叠加改造，矿体形态由“卷状”改造为“板状”或“透镜状”等(图15B)。

步骤三中采用了放射性物探找矿技术、地面高精度重力找矿技术、CSAMT找矿技术。放射性物探方法可用于直接找铀矿、也可以找断裂构造。其中，车载伽马能谱能够较快速地实现找矿区域的放射性异常和断裂，而土壤热释光在局部查找具有一定深度的放射性异常具有优势。地面高精度重力找矿技术可以用于探测基底埋藏深度、识别断裂。可控源音频电磁测深(CSAMT)可用于识别基底埋藏深度、断裂、初步追踪地层和划分沉积相。

不同类型砂岩型铀矿找矿模式，包括：辫状河砂岩型铀矿找矿模式(“模型+”+CSAMT+沉积微相+地面高精度重力+土壤热释光)，该模式的铀矿赋存在辫状河相砂岩中。因此，追踪辫状河砂岩的空间展布显得比较重要。辫状河受基底凹凸地形控制明显，所以用地面高精度重力找矿技术；结合CSAMT来解译辫状河沉积相和相关微相，并追踪其空间展布；利用土壤热释光在辫状河砂体中查找放射性异常，进而定位铀矿。 CSAMT确定河道及砂体分布范围，沉积微相解析圈定含矿砂体范围，地面高精度重力解译断裂及砂体，判断热流体通道，土壤热释光的“双峰夹一低”形态直接判定矿体。

浅埋藏滨浅湖砂岩型铀矿找矿模式(“模型+”+车载伽马能谱+构造解译+沉积微相)，该模式的铀矿赋存在埋藏较浅的泥岩中，滨浅湖相泥岩一般是大范围区域出现。另外，该模式的铀成矿与断裂构造有关。因此，在该模型指导下，利用钻孔岩心研究沉积微相，利用车载伽马能谱解译断裂构造和定位铀矿。车载伽马能谱圈定区域铀异常范围，沉积微相识别控矿砂体，隆凹构造格局判断铀矿体的区域分布范围，遥感断裂解译厘定控矿构造及流体通道，综合判定矿体分布范围。

辫状三角洲砂岩型铀矿找矿模式(“模型+”+铀源+沉积微相+地面高精度重力)，该模式的铀矿赋存在辫状河三角洲相砂岩中，且埋藏深度比较浅，受斜坡地形控制明显。辫状河三角洲相砂岩一般距离铀源较近。所以需要通过地质取样分析的方法研究铀源。该模式铀矿赋存在的辫状三角洲相沉积变化大，需要通过钻孔岩心分析沉积微相，另外，通过地面高精度重力测量来查明斜坡地形。辫状三角洲毗邻蚀源区，丰富的蚀源区铀源是找矿的前提，浅成地震解译判断含矿目的层砂体，沉积微相解译圈定“指状”交错砂泥部位，地面高精度重力解译辫状三角洲前缘断裂，判断热流体通道，确定矿体分布范围。

利用辫状河砂岩型铀矿找矿模式在二连盆地哈达图地区开展了找矿效果验证，目前初步控制了一个大型矿床；利用辫状河砂岩型铀矿找矿模式在开鲁盆地的大林-双宝地区开展了铀资源勘查，目前已经控制了一条超大型成矿带；利用浅埋藏滨浅湖砂岩型铀矿找矿模式在尼日尔阿加德兹盆地阿泽里克地区预测了一级成矿远景区，并在远景区内开展钻孔验证，效果显著。

放射性物探找矿技术

氡是气态放射性核素，由铀矿体直接放出，具有很强的迁移能力，因此，氡及其子体测量方法是攻深找盲矿的有效方法，其测量方法很多。在北方干旱盆地地区，地表介质比较疏松，保气条件不好，传统地面放射性物探方法难以捕捉到矿体异常。项目组通过室内模拟和矿区试验结果表明灵敏度高，抗干扰强的土壤天然热释光法和

研究组在北方多个盆地中进行了砂岩型铀矿床放射性方法找矿的探索。新疆511、512矿床产在伊犁盆地的河流-三角洲体系砂岩内，属卷状或层间氧化带类型。一般认为，成矿物质来自盆地周围铀地球化学丰度相对较高的花岗岩或其他岩石，经风化剥蚀，其中U

图2是511铀矿床48号剖面土壤天然热释光测量结果。从该图中可以看出，土壤天然热释光高异常跳变位于矿体的两端，而矿体所在位置对应于测量的低值区。这种特征是不同于花岗岩铀矿的异常分布格局的，这与它受制于砂岩型铀矿特定的产出环境和形成方式有关，如矿体产于上下均有比较致密隔水层的缓倾砂岩中；在成矿过程中，氧化还原锋面是沿砂层的倾向往前推进，并留下痕迹；成矿时间晚(中-上新世)，直至现今还在缓慢进行中。再者，该类矿床由于矿体的上方都有一层致密的隔水层存在，不利于氡气向上运移，从而形成了可地浸砂岩型铀矿床上的这类特殊的“矿体上方测量值低，其外围测量值高”的热释光异常特征。从中可以看出氡及其子体的浓度N

图3是二连盆地巴彦塔拉砂岩铀矿体上最为典型土壤热释光(TL)和自然电位(Eh)测量结果。从图中看到，在矿体所在部位TL测量曲线有明显的“双峰”异常，Eh测量曲线呈明显的梯度陡变段。这种特征是地下铀矿体产状水平、平缓、连续时的测量结果。当地下铀矿体的产状水平，但矿体不连续时，由于铀矿体不连续且部分地段出现上下两层铀矿体，因此其实测曲线的形态相对复杂，但对应于每一段铀矿体，仍然满足“双峰”异常的特征，只是部分测点由于上下两层铀矿体的影响叠加在一起使得测量曲线在矿体上方会出现次极值现象，对异常解释不会产生较大影响。

此外，在研究过程中发现，除上述情况外，有些剖面TL测量曲线虽具有“两高夹一低”异常特征，但高值异常和低值异常的位置会有所偏移，甚至出现工业孔对应高值异常的现象(如图4)。从图中可以看到，这些剖面上的地下铀矿体的产状是倾斜的，而且倾角越大，异常位置偏移越历害。同时，剖面上Eh测量曲线的梯度陡变带也会随之偏移。砂岩铀矿体上这种异常特征现象，和项目组在自然电场的正演研究中发现的地下铀矿体产状会影响Eh异常曲线一致，说明氡及其子体的运移与砂岩铀矿体自然电场之间存在某种联系，其原因是由于氡及其子体带正电荷，它们在受到砂岩铀矿体地下氧化—还原电场的影响下，使它们分布发生了变化。

地面高精度重力找矿技术

古河道砂岩型是二连盆地最为重要的类型，针对铀矿化发育在古河道砂体中，研究组开创性的利用地面高精度重力测量(图5)与反演方法，准备定位河道的位置与深度，同时反演出砂体及附近的断层发育情况，为在河道中找寻铀矿体及解释铀矿化的形成提供依据。

工作包括多条重力剖面的数据处理和解释，解释方法涵盖波数域导数迭代法、场分离的迭代滤波法，以及基于剩余异常的互相关成像技术应用于重力数据中，取得了较好的处理结果。同时，依据重力异常导数分析、TASD和欧拉反褶积反演结果，对重力剖面的断裂位置和产状进行了反演，获得了NL剖面上5条断裂、MD剖面上6条断裂、E400线9条断裂和SH线4条断裂。另外，以重力资料为依据，结合研究区的地质资料、钻孔资料和电性资料，建立了多条剖面的地质-地球物理模型；并进行了次一级构造单元的划分，指出了NL剖面和MD剖面的格日勒敖都凹陷东部次级凹陷均呈现出明显的河道沉积特征，这为古河道的存在提供了地球物理证据。

CSAMT找矿技术

二连盆地盖层构造是在基底构造基础上通过拉张断陷和差异升降两大不同应力场环境逐渐继承发展和改造变化而来的，分为早白垩纪断陷湖盆沉积时的成盆构造和早白垩世晚期以来的较为明显的三次抬升事件。在垂向上，盆地主要由三个不同结构特征的构造层次叠置而成：1)前中生代形成的盆地基底岩系；2)早白垩世巴彦花群阿尔善组和腾格尔组为主体构成的断陷湖盆沉积盖层；3)下白垩统巴彦花群赛汉组的河流沉积盖层。原岩经过褶皱活动的应力改造，及后期地质作用影响，向斜往往具有较高的电阻率，背斜相对较低；断裂构造由于岩石较破碎，含水量较高，主要表现为低阻。

二连盆地的基底由元古界和古生界的变质岩及以华力西期、加里东期为主的岩浆岩组成。主要岩性有花岗岩、安山岩、霏细斑岩脉等，广泛分布的火成岩是二连砂岩型铀矿的重要物源。基底表现为较高的电阻率，火成岩可达4000Ω·m、沉积岩n×10

中部充填序列为早白垩统中下部阿尔善组、腾格尔组。其中阿尔善组为一套灰绿，棕红色砾岩、含砾砂岩、夹灰绿、灰、深灰色泥岩及碳酸盐岩和凝灰质砂砾岩、玄武岩。腾格尔组，岩性和化石组合自下而上分为腾一段和腾二段。腾一段为暗色深湖泥岩和浊积岩。上部变粗，以砂岩、砂砾岩和较薄的泥岩为主为全区主要的生油含油层系。腾二段，主要由砂岩、砂砾岩、深灰色泥岩三层所组成，下部相对较粗，向上变细，并含有白云质泥岩。以扇三角洲、辫状河三角洲和湖相泥质沉积为主，底界为局部不整合所限，顶为赛汉塔拉组上覆为次要含油层系，且为稠油。由测井资料分析可知，阿尔善组电阻率n×10

上部充填序列为赛汉组、二连组及新生代沉积。下白垩统赛汉组，为一套粗碎屑含煤岩系。下部为灰色粉砂岩、砂砾岩夹泥岩，中部绿灰色泥岩夹深灰、灰黑色炭质泥岩和可采褐煤层；上部为灰绿，灰色砂岩夹灰绿、紫红、棕红色泥岩。该组主要是一套河流、沼泽相沉积，普遍含煤线，是巴彦花群重要的成煤期。上白垩统的二连组为一套河湖、冲积扇沉积的杂色碎屑岩建造，岩性上为砖红色、灰绿色、土黄色的含铁锰的粉砂岩、砂岩、砂砾岩夹泥岩、粉砂质泥岩。第三系地层发育比较齐全，为一套河流和局部湖泊沉积体系充填物。第四系主要有风成沙、湖积层以及玄武岩。赛汉组n×10

由上述分析可知，研究区各地质单元与构造存在明显电阻率差异，应用可控源音频大地电磁法可以进行盆地基底、构造、地层划分。CSAMT反演结果可以较好地反映出研究区的隆升与凹陷关系，并在一定程度上可分辨沉积层中的沙泥含量比例。