内蒙古塔木素特大型铀矿床
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发布时间：2022-05-07 23:22
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时间：2022-07-01 20:40
侯树仁 彭云彪
（核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010）
[摘要]塔木素铀矿床的落实经过了编图预测研究、调查评价、区域评价、预查和普查等勘查阶段，历经10年发展成为特大型铀矿床，取得了巴音戈壁盆地铀矿找矿的重大突破。矿床赋矿层位为下白垩统巴音戈壁组上段，受扇三角洲前缘与层间氧化带的控制，矿体具有规模大、局部较富集的特点，属“同生沉积－层间氧化－热液叠加改造”复成因铀矿床。
[关键词]塔木素；特大型；复成因；铀矿床
塔木素铀矿床行政区划属内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善右旗管辖，位于塔木素苏木境内，交通便利。矿床为处于巴丹吉林沙漠的东部边缘地带，为内蒙古高原西部沙漠地貌景观，地形平坦。
1 发现和勘查过程
巴音戈壁盆地铀矿地质工作始于1959年，主要工作集中分布于盆地东部（东经104°以东）。内蒙古三队、原二机部西北一八二大队五分队、核工业航测遥感中心和地矿部102队、901航测队在盆地东部开展了第一轮地面伽马和航空放射性测量工作。20世纪80年代，核工业二〇八大队、核工业西北地质局二一七大队、核工业西北地质局二一三大队、核工业二〇三研究所、核工业航测遥感中心及北京铀矿地质研究院先后在盆地东部开展了地面伽马、伽马能谱、活性炭、钋法、航空放射性测量及放射性水化学测量等工作。在苏红图地区发现了3160、3098和3025等热液型铀矿化点，迈马乌苏地区发现了159、160、161砂岩型铀矿化点，恩格尔乌苏地区发现了T77-1等砂岩型铀矿化点，本巴图地区发现了604、5-101、5-382、5-453、5-460砂岩型铀矿化点，银根地区发现了601、602泥岩型铀矿化点。核工业西北地质局二一七大队在测老庙地区落实了1个小型泥岩型铀矿床。
盆地西部塔木素地区因位于巴丹吉林沙漠东部边缘，铀矿地质工作为空白。其铀成矿的铀源条件、目的层岩性岩相条件、后生蚀变条件、水动力条件、盆地开阔背景等方面均要优于盆地东部。基于上述条件的对比分析，2000年开始核工业二〇八大队对盆地宗乃山至沙拉扎山*隆起以南进行了小比例尺铀成矿综合编图预测研究，历经10年的调查评价、区域评价、预查和普查等几个勘查阶段，发展成为塔木素特大型铀矿床。
1.1 综合编图与研究
2000～2001年，核工业二〇八大队承担了中国核工业地质局下达的《内蒙古阿拉善右旗塔木素地区—阿拉善左旗银根地区1∶25万铀矿区调》项目，按照寻找层间氧化带型砂岩铀矿的找矿思路，对巴音戈壁盆地阿拉善右旗塔木素地区—阿拉善左旗银根地区开展综合编图与研究。通过编图研究，认为塔木素蚀源区宗乃山隆起花岗岩铀迁出明显，盆地巴音戈壁组上段砂体较为发育，泥—砂—泥结构良好，发育北东向延伸的长约70km的层间氧化带前锋线，并在层间氧化带前锋线附近存在3处伽马异常、大面积210 Po偏高带、5个210 Po异常点及较多铀水异常晕，为后期铀矿勘查的提供了很好的找矿线索。
1.2 调查评价
2003年，核工业二〇八大队承担了中国地质调查局下达的《内蒙古巴音戈壁盆地地浸砂岩型铀资源调查评价》项目（2003～2007年），找矿思路为层间氧化带砂岩型，共施工了29个钻孔，完成了11000m钻探工作量。2004年首次发现1个工业铀矿孔，2005年发现了3个工业铀矿孔，落实了塔木素铀矿产地。对找矿目的层沉积相重新进行了定位，认为巴音戈壁组上段为扇三角洲沉积体系，初步控制到3层对成矿有利的砂体，砂体单层厚度一般在15～30m之间，砂体延伸稳定，扇三角洲平原亚相和前缘亚相是铀成矿的主要空间场所。铀矿化受层间氧化作用明显，大致控制层间氧化带3条，长10～15km，铀矿带长3.2km，预示塔木素地区具良好的铀成矿前景。
1.3 区域评价
2006～2007年，核工业二〇八大队承担了中国核工业地质局下达的《内蒙古巴音戈壁盆地塔木素—银根地区1∶25万铀资源区域评价》项目，完成钻探工作量13300m，施工了28个钻孔。发现有两种铀矿化类型，即砂岩型和泥岩型，由于矿化砂岩胶结较致密，密度较大，因此按常规开采的思路，泥岩和砂岩均按边界品位0.0300%、边界米百分值0.021 m%、最低工业品位0.0500%的一般工业指标估算铀资量，有工业铀矿孔5个、铀矿化孔11个，显示了好的找矿前景。巴音戈壁组上段层间氧化带前锋线的含矿性得到进一步扩大，矿带长度扩大到4.8km，矿带连续性较好，334？铀资源量达中型铀矿床规模。
1.4 铀矿预查
2008～2009年核工业二〇八大队承担了中国核工业地质局下达的《内蒙古巴音戈壁盆地塔木素地区铀矿预查》项目，完成钻探工作量9500m，施工了20个钻孔，新发现工业铀矿孔 9个、铀矿化孔3个。进一步查清了巴音戈壁组上段发育红色和*两种层间氧化带，也是主要的岩石地球化学找矿标志，砂岩型铀矿化受两种层间氧化带前锋线控制明显。铀矿化主要以层间氧化带型成矿为主，少量同生沉积型。泥岩型铀矿化具有面积大、层位稳定的特点。铀矿带长度扩大到5.6km，宽100～400m，矿带连续性较好，334？铀资源量已达大型铀矿床规模。矿化砂岩中发现了硒铅矿、硒铜镍矿等硒矿物和方铅矿、闪锌矿等金属硫化物，它们常形成于中—低温物理化学条件，特别是已经发现的硒铅矿均形成于中—低温热液矿床[1]，也就意味着铀矿形成可能经历了中—低温热液作用。
1.5 铀矿普查
2010～2013年核工业二〇八大队承担了中国核工业地质局下达的《内蒙古阿拉善右旗塔木素铀矿床普查》项目，完成钻探工作量86800m，施工了129个钻孔，新发现工业铀矿孔95个，累计见112个工业铀矿孔、铀矿化孔19个。铀矿带总长约5.8km，宽约1.3km。向盆地中心厚度大、品位高的矿体逐渐增多，单工程矿段最大厚度为8.96m，品位最高为0.7075%。按常规砂岩型铀矿一般工业指标估算333铀资源量已达特大型规模。
2 矿床基本特征
2.1 构造特征
浅层地震解译见有3条断裂，均呈北东向展布。F1断裂倾向北西，表现为压性逆冲断层特点。F2断裂距F1断裂1～3.5km，倾向北西，表现为正断层特点。F3断裂倾向南东，表现为正断层特点。3条断裂延伸均在40km以上。北东向断裂孕育于燕山早期，在燕山中、晚期达到鼎盛，喜马拉雅早期仍有一定的继承活动。早期表现为挤压特点，中期发生大规模的伸张走滑，后期构造性质反转，表现为斜压走滑性质[2]。铀矿化主要集中分布于F1和F2断裂组成的夹持区域（图1）。
2.2 地层特征
蚀源区由志留纪至三叠纪岩浆岩组成，二叠纪花岗岩分布最为广泛。沉积盖层由中下侏罗统、下白垩统巴音戈壁组下段和上段、上白垩统及第四系组成。下白垩统是盆地盖层的沉积主体，巴音戈壁组上段为含矿层位，厚度大于911m。矿床内巴音戈壁组上段出露地表，缺失上白垩统，第四系风成沙土沉积很薄。
巴音戈壁组上段可以分为上、中、下3个岩石地层结构，下部岩性以深灰色、灰色泥岩为主，为一区域性一级标志层。中部岩性以浅红色、紫红色、褐*、*、灰色砂岩、粉砂岩为主，夹薄层泥岩和泥灰岩，整体粒度较粗，砂岩厚度大，内部可识别出4个较为明显的湖泛事件。上部以灰色、深灰色、灰绿色泥岩、粉砂岩为主，夹砂岩薄层，整体以细粒沉积物为特征，为一区域性一级标志层。各湖泛事件岩性主要为灰色、浅灰色泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩及粉砂岩，湖盆区湖泛事件形成灰色、深灰色泥岩，厚度大；湖盆边缘由于相变，湖泛事件时主要发育粉砂岩、细砂岩。根据区域性2个标志层以及4个湖泛面，将巴音戈壁组上段分为6个小层序组，即6个岩段（图2）。
2.3 水文地质特征
矿床地下水主要受地质构造、地貌、岩性、气候和古地理等条件控制和影响。巴音戈壁组上段含水岩组为矿床内主要的含水层，上部有稳定的隔水层，平均厚度为428.20m，以粉砂岩和泥岩为主。含水层受岩相控制明显，北部厚度大，南部厚度逐渐变薄并尖灭，为含水层的边界，含水层平均厚127.90m，钻孔单位涌水量平均为0.295L/s·m。地下水水化学类型以Cl·SO4-Na型为主，水文地球化学类型属氯型水，矿化度平均为26.05g/L。地下水埋深较深，但承压水头高，水文地质条件较为复杂。
图1 塔木素铀矿床断裂构造平面展布图
1—压扭性逆断层及编号；2—压扭性正断层及编号；3—勘探线编号及钻孔编号；4—工业铀矿孔；5—铀矿化孔；6—铀异常孔；7—无矿孔
图2 塔木素铀矿床巴音戈壁组上段综合柱状图
2.4 层间氧化带发育特征
层间氧化带的发育程度受岩石渗透性控制，不同岩段不同砂体中，氧化带的厚度、埋深差异较大。氧化带多沿河道呈多层带状发育，早期主要发育红色氧化带，晚期发育*氧化带，红色氧化岩石部分进一步被氧化成*。总体上，层间氧化带在剖面上具有由北西向南东厚度由大变小、埋深由深变浅的特征（图3）。铀矿（化）体主要产于氧化砂岩与灰色砂岩或灰色泥岩相邻部位，部分产于还原带的灰色砂岩中。平面上层间氧化带前锋线多呈蛇曲状展布，氧化还原过渡带离蚀源区的距离大约12～14km，铀矿（化）体基本上分布于过渡带内（图4）。个别铀矿（化）体位于完全氧化带靠近过渡带位置，其矿化与氧化砂岩所夹的灰色细碎屑岩关系密切，矿化位于砂岩与泥岩的界面附近。
图3 塔木素铀矿床H32号线剖面图
1—地形线；2—巴音戈壁组上段岩段编号；3—岩段界线；4—岩性界线；5—深灰色、灰色泥岩；6—灰色砂体；7—氧化砂体；8—铀矿体；9—铀矿化体；10—钻孔、孔号、孔深（m）
图4 塔木素铀矿床巴音戈壁组上段第三岩段岩相及岩石地球化学图
1—辫状分流河道；2—分流间湾；3—水下分流河道＋河口坝；4—决口扇及决口河道；5—水下泥石流；6—前缘泥；7—滨浅湖；8—主流线；9—岩相界线；10—氧化带/还原带界线；11—勘探线编号及钻孔编号；12—工业铀矿孔；13—铀矿化孔；14—铀异常孔；15—无矿孔
2.5 矿体特征
铀矿带总长约5.8km，最大宽度为1.3km。矿体形态呈层状、板状或透镜状，矿体层数多，共划分了52个矿体。333资源量≥100t的共有19个矿体、22个块段，≥200t的共有9个矿体（图5），≥500t的共有5个矿体。矿体产状平缓，一般3°～5°，扇三角洲前缘靠近前扇三角洲一带地层坡度较大，产状在10°左右。33号主要矿体长约2300m，宽50～750m（长宽均未封边）。
图5 塔木素铀矿床主要矿体叠合图
1—工业铀矿孔；2—铀矿化孔；3—铀异常孔；4—勘探线编号及钻孔编号；5—13-1号矿体及范围；6—14-1号矿体及范围；7—28-1号矿体及范围；8—33-1号矿体及范围；9—37-1号矿体及范围
矿床平均厚1.54m，平均品位0.0997%。其他参数见表1、表2。
表1 单工程矿体埋深、厚度及品位特征一览表
表2 主要矿体厚度、品位特征一览表
2.6 矿石特征
砂岩矿石物质成分见表3，泥岩矿石黏土矿物主要为伊利石，次为高岭石，泥灰岩矿石中碳酸盐主要为方解石。
表3 砂岩矿石与围岩主要物质成分统计
硅酸盐化学全分析含矿岩石中的烧失量、TFe2O3、FeO、CaO、P2O5、K2O 含量略高于无矿岩石，SiO2、Al2P3、MgO、Na2O含量则低于无矿岩石（表4）。
表4 硅酸盐化学全分析（平均值）一览表
砂岩矿石多为块状构造，局部可见斜层理构造、砂状结构。大多为颗粒支撑类型，孔隙式胶结，部分基底式胶结。泥岩类矿石可见水平纹层理构造、泥状结构、炭质泥状结构等。
矿石主要蚀变有赤铁矿化/褐铁矿化/针铁矿化/黄钾铁矾化、碳酸盐化、石膏化、黄铁矿化、沥青化、绿泥石化和萤石化。*岩石为黄钾铁矾所致，碳酸盐矿物有方解石、白云石和铁白云石[3]等成岩改造的产物，石膏呈顺层、穿层均匀分布在砂岩胶结物中。此外，矿石中还见到方铅矿、闪锌矿等铅、锌硫化物和硒矿物，硒矿物有硒铜镍矿、斜方硒铁矿、含硒黄铜矿、硒铅矿、硒铜蓝及未知的Se-Cu-Pb矿物。
矿石中铀的存在形式有两种，即独立铀矿物和吸附态。独立铀矿物主要为沥青铀矿，其次为铀石和含钛铀矿物[4]。大部分独立铀矿物分布在黄铁矿和有机碳屑的边缘或中间，有时也分布在碎屑矿物石英和长石的裂隙或溶蚀的空洞中。吸附形式的铀吸附剂为黏土化长石、褐铁矿及杂基中黏土矿物（图6）。
图6 铀的存在形式
A—沥青铀矿分布在钠长石（Ab）空洞内，且与片状黄铁矿（Py）共生；B—钠长石（Ab）“溶蚀”空洞发育，黄铁矿（Py）和铀石发育在钠长石的空洞中；C—含钛铀矿物以颗粒形式与碱性长石（Kfs）、钠长石（Ab）共生，边缘黑色部分为砂岩孔隙，含钛铀矿物与含钛金属矿物或氧化钛交替生长；D—杂色不等粒长石砂岩放射性照相铀主要以吸附形式存在，吸附剂为黏土化长石、褐铁矿及杂基中黏土矿物。4U、6U、10U代表电子探针测量点号
3 主要成果和创新点
3.1 主要成果
1）在巴音戈壁盆地西部的大面积空白区发现了第一个特大型铀矿床，并且具有进一步扩大的前景。
2）大致查明了目的层沉积体系特征及后生蚀变发育特征。巴音戈壁组上段为扇三角洲沉积体系，早期发育红色层间氧化带，晚期发育*层间氧化带。扇三角洲前缘亚相水下分流河道砂岩及分流间湾泥岩和层间氧化－还原过渡带常联合控矿。
3）大致了解了矿床开采技术条件，对矿床开展了5个水文孔单孔抽水试验，巴音戈壁组上段含水岩组的单位涌水量为0.013～0.830L/s·m，水文地质条件较为复杂。地下水水化学类型以Cl·SO4-Na型为主，矿化度6.76～45.30g/L，水质较差。岩体普遍较完整，岩体多为块状，致密坚硬，抗压强度高，抗风化能力强，岩体多属Ⅱ、Ⅲ类，稳定性中等—较好，工程地质条件属较简单类型。矿区地震烈度区划为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15g，地震活动较弱，发震次数少，震级小，发生大规模地震的可能性很小，矿区稳定性较好。
4）基本查明了矿床矿体特征，矿体呈多层产出，呈层状、板状或透镜状，产状近于水平，受扇三角洲前缘与层间氧化带的控制，矿体具有规模大、局部较富集的特点。
5）基本查明了砂岩矿石和泥岩矿石的物质成分，铀的存在形式有沥青铀矿、铀石、含钛铀矿等独立铀矿物和吸附态两种，并见方铅矿、闪锌矿等铅、锌硫化物和硒矿物等中—低温热液矿物组合。
3.2 主要创新点
1）提出了塔木素铀矿床为热液参与的层间氧化作用铀成矿模式，即“同生沉积—层间氧化—热液叠加改造”复成因铀成矿模式。层间氧化作用贯穿了铀成矿的全过程，局部热流体的参与可能使铀进一步得到富集，也生成了一些新的矿物，同时后期油气的参与增强了地层的还原能力。该模式的建立对巴音戈壁盆地其他地区的找矿具有积极的借鉴意义。塔木素铀矿床铀成矿作用包括早期铀预富集和同生沉积型铀成矿、中期层间氧化作用铀成矿和晚期热流体叠加改造作用铀成矿3个阶段。
早期铀预富集和同生沉积型铀矿形成阶段：巴音戈壁组上段扇三角洲平原间湾沼化洼地及前缘湖沼洼地富含的有机碳、黄铁矿等还原性物质是铀成矿的必要物质条件。在沉积的同时砂体也逐渐接受来自于蚀源区的含氧含铀地下水的渗入，在氧化－还原界面（潜水氧化还原和层间氧化－还原界面）附近铀初始富集，形成铀异常晕（图7A）。巴音戈壁组上段在整个沉积过程中存在多期次的沉积间断，盆地间歇性的蒸发浓缩使水中铀不断聚集浓度加大，岩石中的植物碎片、炭屑、黄铁矿等同时对铀进行吸附，最终在细碎屑岩中形成同生沉积型铀异常或铀矿化。薄层泥灰岩的出现说明当时水体很浅，而沉积作用的时间相对较长，这样有利于铀进一步富集成矿，形成不同深度、不同规模的面状成矿带。当早期沉积物被晚期沉积物完全覆盖时，早期所形成的深部铀异常或铀矿化在地层压实过程中随着压榨水的不断排出，泥岩、粉砂岩再次对水中所含的铀进行吸附使铀不断聚集。随着物源的不断供给，这一沉积过程和铀富集过程不断重复进行。
中期层间氧化作用铀成矿阶段：巴音戈壁组上段沉积之后处于长期抬升剥蚀阶段，含氧含铀地下水沿层间砂体源源不断渗入，随着氧的不断消耗，铀在氧化－还原界面附近不断聚集，最终形成工业铀矿化或铀矿化体（图7B）。
晚期热流体叠加改造作用铀成矿阶段：早白垩世晚期即苏红图期热流体具备区域上的构造－岩浆活动条件，热流体活动在时间上与断层和区域构造活动相一致。此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。铀矿石中发现的硒铅矿、硒铜镍矿等硒矿物均形成于中—低温物理化学条件。方铅矿与闪锌矿等金属硫化物的出现也可能是中—低温热液作用形成的[1]。石膏－黄铁矿S同位素温度测量获取的温度也属于低温热液范围[4]。热流体改造可能使铀矿化进一步得到富集，同时来自于深部层位的还原剂如沥青增强了地层的还原能力。在此过程中层间渗入成矿作用一直在持续进行，这可以从早白垩世和新近纪两期成矿年龄得到验证。
图7 塔木素铀矿床铀成矿模式
1—砂质砾岩、含砾砂岩；2—砂岩；3—泥岩；4—灰色岩石；5—红色岩石；6—*岩石；7—地层界线；8—岩性岩相界线；9—黄铁矿、有机质等还原介质；10—铀异常晕；11—控制及推测矿体；12—层间氧化带前锋线；13—断层（逆断层和正断层）；14—基底岩石；15—含氧含铀水及运移方向；16—油气运移方向；17—中低温热液运移方向；18—巴音戈壁组下段；19—巴音戈壁组上段；20—第四系
取的温度也属于低温热液范围[4]。热流体改造可能使铀矿化进一步得到富集，同时来自于深部层位的还原剂如沥青增强了地层的还原能力。在此过程中层间渗入成矿作用一直在持续进行，这可以从早白垩世和新近纪两期成矿年龄得到验证。
2）运用层序地层学原理建立了目的层等时层序地层格架，将巴音戈壁组上段从下到上划分了6个岩段[4] ，第二至第五岩段为砂岩段，也是主要的含矿段，下部的第一岩段和上部的第六岩段为泥岩段，见有少量同生沉积型铀矿体。巴音戈壁组上段主要为扇三角洲沉积体系，铀矿化主要分布于前缘亚相的水下分流河道和分流间湾泥岩中，同时与层间氧化－还原过渡带关系密切。
4 开发利用状况
矿床还处于普查阶段，目前对矿床仅仅进行了开采水文地质条件初步研究和矿石加工技术工艺的室内条件试验研究。
矿床水文地质条件较为复杂，工程地质条件属较简单类型，矿床稳定性较好。根据矿石加工技术实验结果，无论是砂岩矿样、泥岩矿样还是混合矿样，采用酸法搅拌浸出工艺实验，铀渣计浸出率均大于90%[5]，矿石工业利用性能良好。
5 结束语
矿床目前局部达到普查工程网度，矿体大多没有封边。矿体多集中在300～530m深度范围，垂向上矿体具有多层性，且厚度适宜，品位较好。向盆地中心矿体厚度有明显增大、品位明显增高的趋势，如盆地中心的ZK H 32-19号钻孔中的6层矿体品位均在0.1%以上，最高0.6770%，最大厚度6.53m。矿床资源潜力巨大。
塔木素西部为一大型斜坡带，长度达70km。由于地表沙化强烈未开展铀矿工作。蚀源区主要为志留纪至三叠纪花岗岩体，受印支期、燕山期等构造运动强烈影响，岩体内部及边缘断裂纵横交织，断裂带附近片理、片麻理颇为发育，岩体风化，对铀后期淋滤及迁移非常有利。矿床一带盆地宽度不超过30km，而西部地域开阔，形成了宽缓向斜。卫星图像显示巴音戈壁组上段由多个冲积扇组成，扇中和扇端往往是铀成矿的良好空间场所。湖盆中心的湖泊、沼泽、泉水及盐渍化主要受断裂构造控制，进而控制了地下水的径流和排泄。特别是目的层形成后地下水一直保持了原来的径流状态，利于形成一定规模的层间氧化带。因此西部具备形成层间氧化带型铀矿的条件，前景广阔。
前面所述铀矿化主要集中分布于地震解译的两条北东向断裂所夹持的区域。由于沉积岩特别是砂岩在钻进过程中结构构造极易破坏，即使存在构造在岩心中也很难观察到这些现象。这些构造是否存在？构造对铀成矿起什么作用？构造是否使上下地层存在一种水力联系？这是目前所面临的需要攻关的科技问题。
参考文献
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[2]王利民，等．内蒙古阿拉善右旗塔木素地区浅层地震勘探报告[R]．核工业航测遥感中心，2003:12-56.
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[4]焦养泉，等．巴音戈壁盆地塔木素地区含铀岩系层序地层与沉积体系分析[C]．中国地质大学，2011:11-187.
[5]塔木素铀矿搅拌浸出试验报告[C]．核工业北京化工冶金研究院，2012:1-126.
我国铀矿勘查的重大进展和突破进-—入新世纪以来新发现和探明的铀矿床实例
[作者简介]侯树仁，男，1968年生，研究员级高级工程师。1992年开始在核工业二〇八大队从事铀矿地质勘查工作，2012年8月任中核集团地矿事业部重大项目总地质师。先后获国土资源科学技术奖一等奖、中核集团公司铀矿找矿二等奖、中核集团公司科技进步三等奖、中国核工业地质局铀矿地质成果一等奖、中国地质学会“中国青年地质科技奖银锤奖”。
