后遙感應用技術支持下斷隆成礦觀點的提出

劉德長 葉發(fā)旺 張靜波

后遙感應用技術是將遙感技術與傳統(tǒng)地學方法相結合，與其它現代信息技術相結合的遙感信息深化應用技術[1]。它比單一的遙感技術更能發(fā)揮遙感技術的優(yōu)勢，具有更好的應用效果。本文將闡述作者在后遙感應用技術支持下提出的斷隆成礦觀點，以及其地質意義。

1 東勝鈾礦床所處于的區(qū)域地質構造背景是斷隆構造環(huán)境

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集成圖像等的解譯和分析，發(fā)現東勝鈾礦床所處的區(qū)域地質構造背景為斷隆構造環(huán)境。

圖1 東勝-杭錦旗地區(qū)ETM753假彩色合成圖像

該斷隆構造為一近NW向的楔形斷塊，東西長約150公，南北寬約60公里。楔形的尖端指向西（圖2）。斷塊內大面積出露三疊紀延長組，侏羅紀延安組、直羅組，局部地方還出露古生代地層，其時代顯然比斷塊周圍的地層時代老（斷塊周圍主要出露為白堊紀和第三紀地層），表明該斷塊為一隆起的斷塊，作者將其命名為東勝-石灣子斷隆構造。斷隆構造的北緣受獨貴特拉鎮(zhèn)—恩格貝斷裂（F3）和哥可沙拉—響沙灣斷裂（F2）兩條平行的區(qū)域性大斷裂控制。獨貴特拉鎮(zhèn)—恩格貝斷裂，位置偏北，為河套斷陷南緣斷裂，是一條自今仍有明顯活動的區(qū)域性大斷裂；哥可沙拉—響沙灣斷裂，位置偏南，為烏蘭格爾隆起北緣斷裂，是一條被地震剖面和地表逆沖正斷層證實的區(qū)域性大斷裂。斷隆構造的南緣受本害敖包-準格爾召（F1）區(qū)域性大斷裂控制。該斷裂是作者通過遙感圖像的解譯首先發(fā)現的，并進行了野外追索，在不同地段其地表構造特征表現不同：在東勝南部的念經疙瘩處見有硅化、碳酸鹽構造角礫巖；在沙沙培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（黃賢芳 2002）；在泊江海子西側的格點爾蓋一帶地表發(fā)現明顯的斷裂面（圖3）；

圖2東勝-杭錦旗地區(qū)構造解譯圖

1—一級線性構造；2—二級線性構造；3—三級線性構造；四—環(huán)狀構造；5—東勝鈾礦床在杭錦旗西北側的阿拉善地區(qū)，線性構造表現為南北高差近40-50米，延伸5-6公里NWW向狹窄的地貌陡崖。斷隆構造的西端受NE向的建設灣-榆林壕斷裂（F4）和NW向的格點爾蓋-白音森布爾斷裂（F5）控制，這兩組斷裂的東側和西側明顯不同，東側出露白堊紀地層，西側則被沙漠覆蓋。

圖3 格莫爾蓋的斷層剖面

該斷隆構造的輪廓在DEM支持下的三維圖（圖4）上，其地貌隆起顯示得更為形象和真切，也反映其近期仍處于隆起狀態(tài)。

圖4 東勝-杭錦旗地區(qū)斷隆構造遙感資料三維可視化圖像

作者根據后遙感應用技術理念，將遙感信息與傳統(tǒng)地學信息（地質、物化探等）結合，利用GIS分析功能，對上述東勝-石灣子斷隆構造進行了深化研究，包括：斷隆構造的深部結構，地層構成和剝蝕程度，含鈾性及鈾的遷移趨勢，斷隆內部的斷裂構造，斷隆構造發(fā)生與發(fā)展、構造熱事件等6個方面。研究表明，東勝-石灣子斷隆構造是在烏蘭格爾隆起背景上發(fā)展起來的長期隆起的富鈾斷塊，其上發(fā)育延長組，延安組等富鈾地層，以及直羅組下段辮狀河沉積的有利含礦層；斷隆構造內部活動性小，整體性強；隆起具不平衡性，表現為東北高，而西南低；斷隆在早白堊世或之后發(fā)生了構造熱事件，表現為玄武巖的噴溢；斷隆內部的鈾有明顯的活化遷移現象，方向有從斷隆內部向邊緣遷移的趨勢，并形成了一個較為穩(wěn)定的水動力循環(huán)系統(tǒng)。

斷隆構造是在該區(qū)早期的蝕源區(qū)-斜坡帶成礦環(huán)境背景上形成的，其形成經歷了一個發(fā)生、發(fā)展的過程，最早是南緣斷裂的形成，南緣斷裂經歷了一個從東向西的發(fā)展過程。安定組沉積時，由于該斷裂的活動，東勝地區(qū)缺失了安定組地層。早白堊世后期斷隆南緣斷裂全線貫通。新生代由于河套斷陷下降，該區(qū)進一步隆起，斷隆構造形成。它的整個發(fā)生、發(fā)展過程對該區(qū)大型鈾礦床的形成起了重要作用。

2 鈾礦床除受含礦層控制外，還受斷隆構造南緣斷裂控制

東勝鈾床礦體受一定層位元控制，賦存在中侏統(tǒng)直羅組下段的辮狀河砂巖地層里。該含礦層產于延安組暗色巖系的古風化面之上，為砂質辨狀河砂巖，具良好的滲透性和連通性，含有較多的有機質、炭質、植物殘骸、黃鐵礦等還原性物質，并具有良好的泥-砂-泥結構。

雖然鈾礦賦存在一定的層位里，但工業(yè)鈾礦卻呈近EW向帶狀分布（圖5），與斷隆南緣斷裂——本害敖包-準格爾召斷裂在東段的展布方向大體一致，顯示出東勝鈾礦床的形成與斷裂構造在空間分布上的密切關系。

圖5 斷隆南部邊緣斷裂與鈾礦床空間分布關系示意圖

（1—水系，2—1號斷裂，3—鈾礦段）

經對該斷裂進行了后遙感應用技術研究，發(fā)現其為從地表切入盆地基底的貫通性斷裂，深度穿過了鄂爾多斯盆地上古代生油層，部分甚至切入結晶基底(圖6)；斷裂的活動次數多，時限長貫穿于整個鈾成礦過程；斷裂的力學性質發(fā)生過壓-張反轉，斷裂的壓-張反轉，有利于深部物質沿斷裂向上運移；從斷裂與油氣的關系看，該斷裂曾是油、氣等深部物質向上運移的信道。

圖6 斷裂構造與航磁疊合圖 (斷裂的西段在航磁上有明顯反映)

斷裂的貫通性在鈾成礦過程中起到了關鍵作用。正是由于它切穿地表，又溝通深部，既可導致含鈾、含氧地下水向斷裂帶的不斷流動，又可導致深部油氣等還原性物質的向上運移，造成地球化學場的改變，形成有利于鈾沈淀富集的屏障，控制鈾礦的形成與分布。同時，貫通性控礦斷裂的多次活動導致了鈾成礦的多期性。

3 鈾成礦與油氣關系密切

東勝鈾礦床不同于傳統(tǒng)的層間氧化帶類型的鈾礦床，與油氣關系密切，主要證據有：（1）在礦床的西部從遙感圖像上發(fā)現一反映油氣噴出中心的大型環(huán)狀構造。該環(huán)狀構造地表巖石普遍含甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戍烷、正戍烷等氣體，且含量很高，甲烷、乙烷一般為數十到數千微升，最高可達6041微升/千克。斷隆構造的南緣斷裂正好切過該環(huán)狀構造，成為噴出中心油氣向東西兩側運移的道通。據祝民強和張杰林等研究，沿該斷裂有明顯的油氣滲漏現象[3]。

（2）經鉆孔巖芯觀察和礦石的顯微研究，發(fā)現礦石中含大量瀝青脈（圖7）。據杜樂天，歐光習等研究，礦石中可見許多油氣包裹體和油珠[4]（圖8）。

圖7 礦化巖石的瀝青脈

圖8 含礦砂巖中的油氣包裹體（據歐光習，2004）

（3）核工業(yè)208大隊對富礦巖石、貧礦巖石和無礦巖石酸解烴類進行的化學分析表明，烴類含量在富礦巖石中比非含礦巖層明顯增高[5]。

（4）對各種顏色巖石的地球化學特點及空間分布特征研究表明，綠色砂巖主要是由Fe2+引起的，而藍色砂巖可能是由Mo元素引起的，它們均是油氣二次還原作用的結果。

從鈾礦床的鈾礦物特征來看，鈾礦物不是由四價鈾和六價鈾組成的瀝青鈾礦，而是由四價鈾組成的鈾石（USiO4•nH2O），表明該鈾礦床形成于強還原環(huán)境條件下，否則四價鈾便會氧化成六價鈾，不再成為鈾礦物的主體；研究還發(fā)現與鈾礦物共生的礦物有硒鉛礦（PbSe），Se2－負二價是典型的強還原產物，從而進一步表明了該鈾礦床形成于強還原環(huán)境，作者認為這個強還原環(huán)境的存在與深部油氣等還原性物質沿斷裂帶上升到含礦層位密切相關。

4 鈾礦化的復雜性與復合性

東勝鈾礦床具有明顯的復雜性與復合性。

據肖新建對東勝鈾礦床南北向勘探線的10個鉆孔的直羅組含礦砂巖與非含礦砂巖的鈾和主要伴生元素（釩、鉬、硒等）的含量及分布規(guī)律進行研究，認為與傳統(tǒng)層間氧化帶卷鋒構造的元素分布區(qū)段十分相似，表明早期具有層間氧化帶類型的特征，后期疊加了油氣和低溫流體的成礦作用[6]。夏毓亮等對東勝鈾礦床進行了同位素年齡測定，鈾礦體卷頭部位U-Pb等時線年齡為8±1Ma、20±2Ma，翼部的U-Pb等時線年齡為120±11Ma，85±2Ma，77±6Ma[7]。不僅說明了該區(qū)鈾成礦具多期性，而且經歷了一個逐漸發(fā)展增長的過程。

東勝地區(qū)目前發(fā)現的工業(yè)鈾礦，既具有層間氧化帶型鈾礦的某些特征，又具有非層間氧化帶型鈾礦的某些特點（表），表現出明顯的復雜性和復合性。

鄂爾多斯盆地某鈾礦床的鈾礦化特征表

值得一提的是，經對東勝地區(qū)地表觀察200多個鉆孔資料分析，發(fā)現神山溝一帶的鈾礦化，從東北向西南，巖石顏色由黃色變?yōu)榛疑�，處于黃色區(qū)域與原生色的灰色區(qū)域的氧化-還原過渡帶，它控制了神山溝等地區(qū)的鈾礦化（彩圖A）。礦帶呈NW-SE方向展布，與斷層無關，而是受東北高西南低地形的控制，屬典型的層間氧化帶型鈾礦化。這與斷隆新生代東北部隆起，西南部下降的活動方式相一致，可能是新生代以來形成的鈾礦化，進一步表明了斷隆構造上鈾成礦的復雜性。

5 斷隆構造的發(fā)生發(fā)展與鈾成礦過程息息相關

東勝-石灣子斷隆構造的形成經歷了一個發(fā)生，發(fā)展的過程，這一過程與該區(qū)鈾的成礦過程息息相關。

（1）斷隆構造發(fā)育初期，南緣斷裂整體未形成前（即白堊世后期前），斷隆構造所在地區(qū)仍與北部大青山隆起區(qū)相連，構成大青山-河套蝕源區(qū)與南部斜坡帶的格局，鈾源主要來自蝕源區(qū)古老地層的花崗巖和含礦層（沉積時的預富集），形成了早期的（約120Ma）層間氧化帶型鈾礦床（彩圖B）。

（2）早白堊世后期，斷隆南緣斷裂整體形成，由于區(qū)域構造應力處于擠壓后的松馳狀態(tài)，斷裂力學性質發(fā)生了壓張轉換。據楊華等（2001）分析，認為盆地中部晚侏羅至早白堊世為上古生界天然氣的生成高峰期，同時也是天然氣的主要運移時期。天然氣的主要運移向北和北東方向[8]。斷裂的活動導致深部油氣（以氣為主）上升，沿控礦斷裂上升的油氣一方面改造了早期形成的層間氧化帶型鈾礦；另一方面造成了有深部物質參與新的成礦環(huán)境和作用，形成了80Ma左右的鈾礦化（彩圖C）。

（3）新生代，由于河套斷陷的發(fā)生，斷隆構造形成，并與蝕源區(qū)隔開。由于干旱氣候條件下斷隆的不斷隆升，使延長、延安和直羅組富鈾層、含礦層遭受剝蝕，并暴露地表，為成礦提供了新的鈾源，使成礦作用得以進繼續(xù)進行，形成20Ma和8Ma的鈾礦化（彩圖D）。

多次鈾成礦作用的疊加形成了該區(qū)大型鈾礦床。

6 斷隆成礦觀點提出的地質意義

（1）東勝地區(qū)由于斷隆構造及其活動導致了繼外流型盆地后的成礦作用，導致了早期鈾礦化的改造，導致了鈾的多期成礦和多期鈾礦化的疊加，形成了該區(qū)大型鈾礦床。并使鈾礦化具復雜性和復合性。總之，沒有斷隆構造就沒有該區(qū)鈾礦成礦的種種特殊性。

（2）東勝地區(qū)的鈾礦是產于中國的地臺背景上的鈾礦床。它既不同于次造山帶的鈾礦床，也不同于國外典型地臺上的鈾礦床。因為中國的地臺不同于國外巨大而穩(wěn)定的地臺，是破碎、活化的地臺，斷隆成礦是這一特殊大地構造背景上合乎邏輯的產物，而斷隆成礦的觀點是從其出發(fā)總結的觀點。

（3）斷隆成礦觀點的核心是強調構造（特別是深位貫通性斷裂）和地下流體（主要是油、氣等）在砂巖型鈾成礦中的重要作用。因此，砂巖鈾礦的找礦不僅要重視沉積體系和鈾礦化、物質成分的研究，而且要重視構造和地下流體，主要是油氣沿構造運移跡象的研究。砂巖斷隆成礦觀點的提出，突破了傳統(tǒng)觀點認為的砂巖型鈾礦是淺部成礦作用，與深部物質無關的觀點。

（4）強調斷隆構造是中國地臺型盆地值得重視的鈾礦找礦的區(qū)域模式，指出鄂爾多斯盆地進一步找礦的重點應圍繞斷隆構造及其邊緣。為鄂爾多斯盆地的進一步找礦提供了新思路。

彩圖A 東勝地區(qū)原生色氧化色氣還原色和鈾礦化分布圖	彩圖B  東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之一
彩圖C  東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之二	彩圖D  東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之三

參考文獻

[1] Liu Dechang, Ye Fawang, et.al. A new concept and practice of remote sensing information application——post remote sensing application technology and application case to geology. Remote Sensing of the Environment: 15th National Symposium on Remote Sensing China, edited by Qingxi Tong, Wei Gao, Huadong Guo, Proc.of SPIE Vol.6200,620002, (2006)

[2] 劉德長等 .基于遙感信息延伸研究的東勝鈾礦床區(qū)域地質背景分析[D].世界核地質科學，2006，04

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[5] 208隊．內蒙古東勝地區(qū)1:25萬鈾礦帶鉆區(qū)調2002年總結報告．核工業(yè)地質局鈾礦區(qū)調項目報告,2002

[6] 肖新建, 李子穎,方錫珩,等. 東勝砂巖鈾礦床低溫熱液體的證據及意義[J].礦物巖石地球化學通報,2004,23(4):301-304

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[8] 楊華.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣生成及運聚特征.見:傅誠德等編《鄂爾多斯深盆氣》石油工業(yè)出版社,2001,P.88-103.