苗爱生 彭云彪 乔鹏 王贵
（核工业二八大队，内蒙古 包头 01410）
[摘要]大营铀矿床是鄂尔多斯盆地继皂火壕和纳岭沟铀矿床发现之后落实的又一个特大型砂岩型铀矿床，该矿床的发现经历了放射性矿产调查评价阶段和普查阶段。矿床赋矿层位仍为中侏罗统直罗组，与皂火壕和纳岭沟两个铀矿床不同的是首凯大营矿床主含矿层位为直罗组下段的上亚段，其次为下亚段。矿体均受古层间氧化带控制，具有与皂火壕、纳岭沟铀矿床类似的铀成矿特征与控矿因素。
[关键词]大营；特大型；古层间氧化带；砂岩铀矿床
大营铀矿床位于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗的东部，行政区划上隶属于鄂尔多斯市杭锦旗塔然高勒乡管辖，面积约237km2，距杭锦旗约25km，矿区距109国道约5km，交通便利。为高原丘陵区的剥蚀堆积、堆积及河成地形组成的地貌景观，地形切割强烈。
1 发现和勘查过程
2002～2007年，核工业北京地质研究院、核工业二八大队等单位在2000年圈定的孙家梁―沙沙圪台―皂火壕―大成梁―纳岭沟―杭东直罗组区域型层间氧化带前锋线的基础上[1]，完成了《鄂尔多斯盆地北部地浸砂岩型铀矿时空定位与成矿机理研究》、《地浸砂岩型铀矿快速评价技术及应用研究》等重大科研项目，在氧化带前锋线西端进一步圈定了乌力桂庙远景区（大营地区），但因在鄂尔多斯盆地北部投入工作量所限，未对层间氧化带前锋线含矿性进行探索。2009～2011年，由国土资源部中央地质勘查基金管理中心投入，在东胜煤田杭东、车家渠―五连寨子地区开展煤炭勘查工作，中国核工业地质局提出建议，希望在勘查煤炭的同时由核地勘单位同步进行放射性测井和地质编录，中央地质勘查基金者携唤管理中心同意由核工业二八大队承担该项工作，并给予了工作经费支持。接着，2011年9月至2012年12月经过普查落实了大营特大型砂岩型铀矿床。
1.1 调查评价
2009～2011年，中央地勘基金管理中心在东胜煤田杭东、车家渠―五连寨子勘查区开展煤炭勘查时，由核工业二八大队承担了《内蒙古东胜煤田杭东、车家渠―五连寨子勘查区放射性矿产调查评价》项目，对勘查区内66个煤田钻孔进行了放射性γ测井及相应的地质、物探、水文地质编录等工作，完成工作量57700m，在直罗组中发现了隐没16个工业铀矿孔、铀矿化孔22个，圈定了长约20km、宽1～4km的铀成矿带，并进一步总结了大营地区岩性岩相、岩石地球化学和铀矿化等特征及控矿因素[2] 。
1.2 普查
2011年9月至2012年12月，由国土资源部中央地质勘查基金管理中心出资，核工业二八大队等5家单位共同承担了《内蒙古杭锦旗大营矿区铀矿预查、普查》项目，核工业二八大队主持项目的技术工作。按照“区域评价，总体控制，局部解剖”的技术思路，结合核工业二八大队多年来在鄂尔多斯盆地北部铀矿勘查工作中积累的地质资料和宝贵的找矿经验，对大营地区铀成矿环境进行总体评价，对中侏罗统直罗组下段上、下亚段砂体中古层间氧化带前锋线及其含矿性进行评价，对上、下亚段砂体中铀矿带的空间展布特征、规模及连续性进行总体控制，对铀成矿局部富集地段进行解剖，开展大营铀矿床的预查、普查工作。完成钻探工作量近13×104 m，施工钻孔186个，发现工业铀矿孔112个，矿床达到了特大型规模，核工业二八大队又一次在鄂尔多斯盆地北部取得了找矿的重大突破[2]。
2 矿床基本特征
2.1 构造特征
大营铀矿床位于鄂尔多斯盆地三级构造单元伊盟隆起的中北部（见本书《内蒙古皂火壕特大型铀矿床》一文图1），其沉积盖层构造简单，总体上受近东西向分布的大型褶皱和局部小型正断层控制，褶皱发育于早白垩世之前，而断层形成于早白垩世或者早白垩世之后，直罗组沉积之后盆地整体抬升缺失上侏罗统，在矿床北东部遭到一定程度的剥蚀[3] 。
2.2 地层特征
大营铀矿床钻孔揭遇地层与皂火壕、纳岭沟矿床类似，其赋矿层位同样为中侏罗统直罗组下段[4]，亦可分为上亚段（J2z1-2）和下亚段（J2z1-1）。与皂火壕、纳岭沟矿床不同之处在于该矿床不仅直罗组下段下亚段为含矿层[5]，而且直罗组下段上亚段为矿床的主要赋矿层位（图1）。
2.2.1 直罗组下段下亚段（J2z1-1）
该岩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。砂体总体上呈北西－南东方向展布，呈多条厚―薄―厚交替出现的砂带。厚度一般在40～80m，最小厚度为31.10m，最大厚度为94.70m，平均厚度为63.46m，厚度变化小，稳定性较好。在砂体顶部发育厚几米至十几米的浅绿色、灰色泥岩以及厚度不一的薄煤层、煤线或炭质泥岩，可作为与上亚段的分层标志及区域隔水顶板（图2，图3）。砂岩固结程度低，较松散，是区内铀矿找矿的骨架砂体，发育大型槽状交错层理、平行层理，顶部的泥岩中偶见水平层理。砂体底部埋深大，一般在570～660m之间，最大可达875.80m，最小418.00m，平均埋深637.72m。
图1 大营铀矿床侏罗纪地层结构
（据焦养泉等，2012）
2.2.2 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，砂体主要呈北东－南西向带状展布，向南西方向出现分叉，转为北西－南东向弧形展布，呈现出厚―薄―厚相互交织的分布格局，由砂体展布形态与分布格局表明：一是矿床内上亚段砂体非均质性增强，二是矿床区内上亚段为一种特殊、近源的大型曲流河―曲流河三角洲沉积体系成因。砂岩厚度一般在30～70m之间，最小为18.50m，最大为91.40m，平均为52.35m，砂体内部的泥岩夹层数量增多，厚度变化相对较大。砂岩胶结程度较差，结构较松散，见平行层理和小型交错层理。总体而言，该岩段砂体连续性好，为又一重要找矿目的层（图2，图3）。
图2 大营铀矿床D95号勘探线剖面图
1―直罗组上段；2―直罗组下段下亚段；3―直罗组下段上亚段；4―延安组；5―泥岩；6―伽马曲线；7―地层及岩性界线；8―层间氧化带及前锋线；9―灰色砂岩；10―工业铀矿体；11―铀矿化体；12―地层省略符号
2.3 水文地质特征
中侏罗统直罗组下段下亚段和下段上亚段为流河相沉积，河道砂体发育，形成了利于铀成矿的隔水―含水―隔水的水文地质结构，根据直罗组下段的沉积作用特点、沉积环境和规模、含水岩组的垂向和水平方向变化规律，自下而上可分为2个含矿含水层：直罗组下段下亚段（J2z1-1）含矿含水层和直罗组下段上亚段（J2z1-2）含矿含水层。
直罗组下段下亚段含矿含水层厚度变化小，稳定性较好。岩性以粗砂岩、中粗砂岩、中砂岩为主，碎屑间孔隙较发育，连通性较好。含矿含水层顶板为同组泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、薄煤层等，受地形、构造影响，由北东向南西缓倾。隔水底板为延安组顶部的灰色粉砂岩、泥岩、致密高岭土化细砂岩等，连续性、稳定性较好。
直罗组下段上亚段含矿含水层赋存层间承压水，据矿床两个水文地质孔取得的成果，地下水位埋深较大，分别为119.48m、123.51m，承压水头分别为462.42m、484.49m，对地浸开采较为有利。单孔涌水量分别为33.27m3/d、100.96m3/d，单位涌水量分别为0.0026L/s・m、0.026L/s・m，渗透系数分别为0.0119m/d、0.083m/d，导水系数分别为0.53m2/d、4.39m2/d。通过钻孔岩心水文地质编录认为直罗组下段下亚段含水层的富水性和渗透性比直罗组下段上亚段含水层的富水性和渗透性相对较好。
图3 大营铀矿床上亚段主矿体纵Ⅰ剖面图
1―下白垩统；2―直罗组上段；3―直罗组下段上亚段；4―直罗组下段下亚段；5―泥岩；6―伽马测井曲线；7―地层及岩性界线；8―层间氧化带及前锋线；9―灰色砂体；10―工业铀矿体；11―铀矿化体；12―地层缩略符号
2.4 层间氧化带发育特征
2.4.1 直罗组下段下亚段层间氧化带发育特征
平面上直罗组下段下亚段古层间氧化带发育距离在5～15km之间，总体氧化方向由北东向南西。前锋线位于乌力桂庙―大营东部一线，长约20km，呈不规则的蛇曲状展布（图4）。前锋线南西部还原带，砂体呈灰色，富含有机质、黄铁矿等还原介质；过渡带呈北东―南西―南东向带状展布，宽1.3～5km，最宽达12km，在唐公梁西部一直到大营东部，总体呈弧形分布，局部向北东部呈指状突出。
图4 大营铀矿床直罗组下段下亚段岩石地球化学略图
剖面上直罗组下段下亚段氧化带为绿色古氧化砂岩，受地层倾向及砂体展布控制，过渡带中砂岩多呈“上绿下灰”或“灰、绿”相间产出（图2），呈层状，砂体氧化深度多在575～730m之间，由北东向南西，绿色古氧化砂岩厚度逐渐变薄，变化趋势与地层产状大致相同。局部受河道砂体分叉及砂岩非均质性的影响，形成多层氧化现象。
2.4.2 直罗组下段上亚段层间氧化带发育特征
平面上直罗组下段上亚段古层间氧化带发育距离在4～20km之间，总体氧化方向由北东向南西。前锋线位于乌力桂庙东部―大营东部一线（图5），长约25km，呈不规则状沿近南北―南东蛇曲状展布，较下亚段氧化带前锋线形态复杂，且局部呈锯齿、舌状突出。前锋线西部、南西部还原带砂体呈灰色；过渡带沿地下水运移方向发育宽度为2.0～5.0km，呈向西突出的弯月状，北部呈北东向展布，中间呈近南北向展布，南部呈北西向展布。
图5 大营铀矿床直罗组下段上亚段岩石地球化学略图
剖面上上亚段与下亚段氧化带在形态上具类似的特征，同样由北东向南西，绿色古氧化砂岩厚度逐渐变薄，埋深加大，变化趋势与地层产状大致相同，砂体氧化深度多在515～700m之间（图2，图3）。
2.5 矿体特征
2.5.1 直罗组下段下亚段矿体特征
平面上，直罗组下段下亚段铀矿带总体呈北西－南东向展布，长15～20km，宽800～2000m不等，向两端处于开放状态，呈条带状，严格受层间氧化－还原过渡带控制（图4）。
剖面上，直罗组下段下亚段矿体在矿床北部多产于古层间氧化带的上翼（图2），发育于含矿砂体的中上部，矿体产状与目的层砂体的产状一致，向南西缓倾斜。在矿床南部直罗组下亚段矿体多产于古层间氧化带下翼，发育于含矿砂体的中下部，呈近水平产出，与顶、底板的产状基本一致。矿体以平整的板状为主，少见卷状矿体的卷头部分，矿化体主要沿工业矿体周边分布。矿体标高由北东向南西逐渐降低，矿体埋深受地形控制明显，总体上显示出由北东向南西逐渐增大的趋势（表1）。
表1 大营铀矿床矿体产出特征统计
下亚段矿体厚度较稳定，在层间氧化带前锋线形态突变部位厚度大，翼部矿体厚度相对较薄，即厚度较大矿体主要集中于层间氧化带前锋线附近；矿体矿化分布总体较均匀，品位变化较小（表2）；矿体平米铀量总体变化较均匀，高平米铀量主要分布于层间氧化带前锋线附近。
表2 大营铀矿床直罗组下段矿体厚度、品位、平米铀量变化特征一览表
2.5.2 直罗组下段上亚段矿体特征
平面上，直罗组下段上亚段铀矿带总体呈北东―南西―南东向展布，大致上呈向北东开口的U形，长约20km，宽400～2000m，矿体沿走向、倾向的连续性较差，矿体呈带状、透镜状，远离层间氧化带前锋线分布或与前锋线斜交，矿床北西部砂体中沉积韵律增多，砂体的非均质性增强，砂体中层间氧化带呈多层指状由北东向南西延伸，在不同韵律层中均有小型层间氧化带控制的铀矿体。而位于矿床东南部的主矿体Ⅲ－12总体上沿北西－南东向展布，呈宽缓带状，长6.40km，宽550～1350m，且向南东方向还未进行加密控制，有进一步扩大的空间，矿体沿走向、倾向连续性好（图5）。
剖面上，直罗组上亚段矿体整体上较下亚段矿体连续且富集，以层间氧化带控制的翼部矿体为主，下翼矿体较上翼矿体连续性好且规模大，远离氧化带前锋线矿体富集减弱，连续性逐渐变差，且上、下翼矿体之间的距离加大（图2，图3）；矿体以平整的板状为主，在层间氧化带前锋线附近有见卷头矿的迹象。上亚段矿体矿层埋深受地层倾向与地形控制明显，总体上显示出由北东向南西逐渐增大的趋势。上亚段主矿体Ⅲ－12埋深、标高变化均较整个矿层小（表1），反映了矿体产状变化稳定，受地层、地形影响不大，矿体标高变化不大，局部呈起伏的波状分布。上亚段矿体及Ⅲ－12主矿体厚度变化具有规律性，在靠近层间氧化带前锋线部位厚度大，在层间氧化带呈舌状突出的两侧厚度大，翼部矿体厚度相对较小（图3）。上亚段矿体品位较大，但主矿体较均匀，变化不大（表2）。上亚段矿体平米铀量变化较大，局部地段出现高平米铀量矿体，主要分布于古层间氧化带前锋线附近。
2.6 矿石特征
矿床内直罗组下段上、下亚段矿石均为砂岩，以浅灰色、深灰色长石砂岩和石英长石砂岩为主。岩石成岩程度不高，胶结疏松，一般具有粒序层理。矿石中碎屑含量高，占全岩总量的85%～90%，碎屑成分比较杂，以石英为主。填隙物由杂基和胶结物组成，杂基据黏土矿物X 射线衍射分析，成分主要为蒙脱石，相对含量在60%左右，其次为高岭石、绿泥石、伊利石。胶结物以水云母为主。矿石中铀的存在形式有分散吸附形式、铀矿物及含铀矿物（图6至图9）。
图6 吸附铀与钾长石、黏土矿物共生
图7 吸附铀与绿泥石共生
图8 钛铁矿（Ⅱm）、金红石（Ru）、石英（Q）边缘的铀石（Coff）
图9 与方解石（Cc）、绿泥石（Chl）共生的沥青铀矿（Pit）
3 主要成果和创新点
3.1 主要成果
1）大营铀矿床是在鄂尔多斯盆地北部发现皂火壕特大型和纳岭沟大型砂岩铀矿床之后，又发现和探明的一个特大型砂岩铀矿床。
2）大致了解了矿床直罗组下段上亚段水文地质参数特征，直罗组下段上亚段含矿含水层的地下水位埋深较大，承压水头高，含矿含水层渗透性较差；水文地质孔单孔涌水量在不同地段差异较大；水化学类型为Cl・SO4-Na或Cl-Na型，但矿化度较小，在0.9～1.6g/L之间。
3）大致查明了矿床古层间氧化带发育特征。直罗组下段下亚段古层间氧化带总体呈北西－南东向展布，发育规模较大，古氧化距离为40km左右，最大埋深达830m，一般在575～730m之间；古层间氧化带前锋线呈北西－南东向展布。直罗组下段上亚段古层间氧化带呈北西－南东向展布，发育规模大，古氧化距离为45km左右，古层间氧化带前锋线呈向西突出的弧形展布。
4）大致查明了矿体的空间展布形态、规模、厚度、品位及变化特征。下亚段矿（层）体形态简单，平面上呈北西－南东向带状展布，矿体控制程度低，连续性差，矿体厚度、品位变化相对较小。上亚段铀矿带总体呈北东－南西－南东向展布，大致上呈向北东开口的U形，长约20km，宽400～2000m不等。主矿体Ⅲ－12总体上沿北西－南东向展布，呈宽缓带状，长6.40km，宽550～1350m，展布稳定。
5）大致查明了矿石类型、物质组分、化学成分、铀存在形式等。大营矿床矿石均以中粒、中粗粒砂岩为主。矿石工业类型以特征矿物含量低的含铀碎屑岩矿石为主；矿石矿物成分基本保持了围岩的主要成分；铀具有3种存在形式，以吸附态为主，铀矿物以铀石为主，另外，还有少量的含铀矿物。
3.2 主要创新点
1）首次在鄂尔多斯盆地东北部直罗组下段上亚段中发现了规模巨大的铀矿体，进一步拓展了盆地北部铀矿找矿层位，对盆地北部找矿具有很好的指示意义。
2）进一步丰富了鄂尔多斯盆地北部的铀矿找矿标志。经对直罗组下段上、下亚段砂体顶板中薄煤层、煤线、炭质泥岩的分布范围与氧化－还原过渡带空间分布及矿体展布形态对比，认为砂体顶底板中煤系及目的层中炭屑在变质过程中形成烃类流体，可能直接为成矿提供了还原剂，对层间氧化及铀成矿具有控制作用[6] ，因此，目的层砂体顶板中薄煤层、煤线、炭质泥岩的空间分布范围可作为找矿标志。
4 开发利用状况
对矿床直罗组下段上亚段矿石开展了初步的实验室静态浸泡试验、渗透试验和柱浸试验研究，其可利用性和经济性有待进一步研究和评价。
5 结束语
大营铀矿床在普查阶段虽然取得了一些成果，但仍有如下一些问题亟需要解决：
1）矿床铀矿体埋深大，相应的钻探费用、地浸孔成建井费用将大幅度增大，在矿床详查阶段应开展地浸现场条件试验与开发预可行性研究，并论证相应的工业指标。
2）在矿床施工了1个专门水文地质孔，含矿层渗透系数小，但1个专门水文地质孔代表性不强，在详查阶段应加强矿床水文地质条件的研究。
3）矿床勘查类型需要进一步做对比研究和钻探工程验证。
参考文献
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[2]苗爱生，彭云彪，等．内蒙古杭锦旗大营铀矿床普查地质报告[R]．核工业二八大队，2008:26-87.
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[4]李思田，等．大型陆相盆地层序地层学研究――以鄂尔多斯中生代盆地为例[M]．北京：地质出版社，1995:21-43.
[5]苗爱生，王佩华，等．内蒙古达拉特旗纳岭沟铀矿床（N21―N88号线）详查地质报告[R]．核工业二八大队，2013:46-10.
[6]焦养泉，等．鄂尔多斯盆地北东部直罗组底部砂体分部规律及铀成矿信息调查[R]．核工业一八大队，2013:56-85.
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]苗爱生，男，1967年生，博士，研究员级高级工程师。1993年参加工作，长期从事铀矿地质勘查，现任核工业二八大队地勘二处处长。承担的重大项目曾获国家科学技术进步二等奖，国防科学技术进步一等奖、二等奖，中国核工业集团公司铀矿找矿一等奖、二等奖，2007年度“十大地质找矿成果”，2013年度“十大地质找矿成果”。第十届中国青年科技奖和第十届青年地质科技奖金锤奖获得者。