1. 引言
六盘山盆地矿产资源较丰富，已探明的矿产主要包括石油天然气、煤矿、铁矿、铜矿、磷矿、石膏矿、芒硝和金矿等。因此，不少学者对六盘山盆地基础地质和石油地质开展了大量的研究工作，尤其是2000年以来，取得的主要研究成果主要体现在烃源岩研究 [1] - [5] 、构造特征研究 [6] - [13] 、沉积特征研究 [14] - [20] 、油气地质研究 [21] - [29] 等方面，读者也较清楚地了解了六盘山盆地地质特征。但该盆地还产有一种重要的矿产资源——铀矿。1958~1963年，宁夏地质三队进行以沉积岩为主的铀矿勘查，发现了33个铀矿点和1700多处铀异常 [30]，可见该盆地铀矿化信息非常丰富。但该盆地到目前为止，缺少铀矿钻探找矿工作，投入的科研工作也非常有限，仅有少数学者开展过铀成矿地质条件评价 [30] [31] [32]，铀矿地质勘查程度和科研程度均很低。导致该盆地铀矿地质存在许多问题，如该盆地是否存在有利的铀成矿地质条件，有哪些铀矿化类型，是否可地浸，主要赋矿层位和主要找矿目标层是什么，深部铀矿化信息如何等等系列问题。该文通过野外地质调查、地面瞬时伽玛测量和伽玛能谱剖面测量，找到并采集有代表性的岩矿样品，通过岩矿鉴定、主微量分析、扫描电镜分析等研究手段，分析了铀矿化特征，在前人初步开展的铀成矿条件分析的基础上，分区段进一步分析了铀成矿地质条件，综合研究了六盘山盆地月亮山地区铀成矿地质特征，旨在为该盆地铀矿找矿工作提供找矿思路和主攻方向(图1)。
2. 区域地质概况
六盘山盆地，北接阿拉善地块，东部为鄂尔多斯盆地，西南为北祁连造山带，地跨宁夏、陕西和甘肃等地，北宽南窄，呈倒三角形(图2)。盆地是一个多期改造型盆地，构造活动较强烈、复杂。
研究区位于六盘山盆地中西部月亮山地区(图2)，隶属于固原市西吉县和中卫市海原县。出露的地层主要有下白垩统(K1)、古近系清水营组(E3q)、新近系红柳沟组(Nlh)和第四系(图3)。其中下白垩统在研究区内广泛分布，自下而上主要发育5个层位，分别是三桥组(K1s)、和尚铺组(Klh)、李洼峡组(K1l)、马东山组(Klm)、乃家河组(Kln) (图4)。
Figure 1. Flow chart of the research process
图1. 研究流程图
Figure 2. Map showing the location and accessibility of the study area. 1: Road; 2: Railway; 3: Border of provinces; 4: Limit of the basin; 5: Study area
图2. 研究区交通位置图。1：公路；2：铁路；3：省界；4：盆地边界；5：研究区
Figure 3. Sketch of uranium geology of the Mount Moon area, Liupanshan Basin. 1: Quaternary deposits; 2: Hongliugou Formation, Neocene; 3: Qingshuiying Formation, Paleocene; 4: Naijiahe Formation; 5: Madongshan Formation; 6: Liwaxia Formation; 7: Heshangpu Formation; 8: Sanqiao Formation; 9: Muscovite quartz schist of the Xihuashan Formation; 10: Silurian granitic diorite; 11: Geologic conformity contact; 12: Geologic disconformity contact; 13: Faults; 14: Cross section; 15: Uranium anomaly
图3. 六盘山盆地月亮山地区铀矿地质简图。1：第四系；2：红柳沟组；3：清水营组；4：乃家河组；5：马东山组；6：李洼峡组；7：和尚铺组；8：三桥组；9：西华山组白云母石英片岩；10：志留纪花岗闪长岩；11：整合界线；12：不整合界线；13：断层；14：地质剖面；15：铀异常点
Figure 4. Integrative graphic log of the Lower Cretaceous in Mount Moon area, Liupanshan Basin
图4. 六盘山盆地月亮山地区下白垩统综合柱状图
研究区内部及周边岩浆岩发育较少，仅在月亮山周边小面积出露有志留纪花岗闪长岩和花岗岩，其上部及周边常发育有上侏罗统西华山组白云母石英片岩。
研究区构造相对较简单，主体位于月亮山斜坡带，斜坡带以单斜构造为主，带内断裂构造基本不发育。海原–六盘山弧形断裂的分支断裂——寺口子断裂通过研究区东北部，为逆断层，断面倾向西，倾角63˚~70˚，走向300˚~310˚，向北东方向凸出，延伸长度约60 km [17]。
3. 样品采集与测试分析
研究所需的样品主要采自月亮山地区的铀矿化点及周边有代表性的岩矿样品，并对样品进行了详细观察和分析。赋矿样品采集过程中，利用HD-2000手持伽玛辐射仪(产自核工业北京地质研究院)进行筛选样品的含矿性，每件样品测量时间均为10秒，在矿段及其上下围岩连续采集岩(矿)样品。
3.1. 碎样
岩石切割去除表面风化面，在玛瑙研钵中研磨至200目以下常规碎样处理。
1) 主量元素分析
使用Philips PW2404型X荧光光谱仪(XRF)完成，分析精度优于1%；主微量元素具体分析方法见文献(Norrish and Hutton, 1969; Qu et al., 2004)。
2) 微量元素分析
使用Finnigan MAT ElementⅠ型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)完成，微量元素分析采用酸溶法溶样，分析结果包括Li、Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、U、Pb、Y和14个稀土元素REE和W、Re、Tl、Bi、Th、Zr和Hf。
3.2. 显微分析
首先挑选有代表性的含矿样品，刮掉岩矿样品的表层泥皮，用蒸馏水洗净，磨制成厚约0.03 mm的光薄片。利用德国产Axioskop40型Zeiss偏光显微镜观察岩矿石光薄片中物质成分、结构构造、矿物类型和组合特征、蚀变特征和种类及类型，遴选富含铀矿物的光薄片，并圈出待分析部位和区域。
3.3. 扫描电镜分析
使用Nova Nano SEM450型场发射扫描电子显微镜，依据JY/T 010-1996《分析型扫描电子显微镜方法通则》和GB/T17361-2013《微束分析沉积岩中自生粘土矿物鉴定扫描电子显微镜及能谱仪方法》进行矿物鉴定。
4. 铀矿化特征
通过本次调查和调研发现，已知和新发现的铀矿化信息均出露地表，所以研究的对象均为地表的铀矿化特征。
4.1. 赋矿层位及岩性
通过铀矿化信息统计发现，构成工业铀矿化、矿点、异常点的赋矿层位，均位于下白垩统李洼峡组底部，赋矿层位在地表呈现明显的“白色”线条，该白色线也是李洼峡组与和商铺组的分界线。该分界线是区域铀矿找矿的典型标志界线(图5(a))。赋矿岩性以灰白色砂屑灰岩(图5(b))、灰色含炭屑泥岩(图5(c))、细砂岩(图5(d))和粉砂岩(图5(e))为主，其次为浅红色富含钾长石中粗砂岩(图5(f))。
Figure 5. Main host rocks of uranium in Mount Moon area, Liupanshan Basin. a: Border of grayish white strata, indicating a uranium mineralization (in Guaiwa); b: Arenatic limestone (in Guaiwa); c: Grayish dark carbon-bearing mudstone (in Huoshizhai town); d: Grey fine sandstone (in Machang); e: Grey carbon fragment-bearing siltstone (in Machang); f: Light red coarse sandstone (in Machang), containing much K-felspar
图5. 六盘山盆地月亮山地区主要赋矿岩性组合。a：灰白色地层分界线–铀矿化标志线(拐屲)；b：赋矿砂屑灰岩(拐屲)；c：赋矿含炭灰黑色泥岩(火石寨乡)；d：赋矿灰色细砂岩(马场)；e：赋矿灰色含炭屑粉砂岩(马场)；f：浅红色含较多钾长石赋矿粗砂岩(马场)
4.2. 铀矿体特征
月亮山地区铀矿化体主要呈中薄层板状产出，矿化体连续性较差，区域上主要呈透镜状产出。单层铀矿化体厚度一般小于1 m，多呈0.n m厚的薄层状产出。区域出露最稳定、铀矿化体最长的是拐山铀异常点，矿化体长达120 m，其他地区出露的矿体长度多小于50 m。矿化体品位较低，一般为26.6 × 10−6~98 × 10−6，最高品位为147 × 10−6 (表1)。
Table 1. Statistics on uranium mineralization characteristics in central Liupanshan Basin
表1. 六盘山盆地中部铀矿化特征统计表
注：“/”样品缺少微量分析数据；测试单位：核工业北京地质研究院。
4.3. 铀的存在形式
通过对工业铀矿石铀矿化特征分析，铀主要呈吸附形式存在，其次是铀矿物形式，铀矿物主要是铀石和沥青铀矿(图6(a)~(b))。通过对采集的含矿样品进行电子探针和扫描电镜分析，发现少量微小的铀矿物颗粒，大小一般为1~2 μm，主要赋存于石英颗粒表面、方解石颗粒表面及裂隙中。与铀矿物共同沉积成矿的供伴生矿物有重晶石、锆石(图7(a)~(b))。
Figure 6. Uranium minerals and their spectrum under SEM analysis. a: Coffinite on surface of quartz; b: Pitchblende on surface of calcite
图6. 扫描电镜下的铀矿矿物及对应的能谱特征。a：石英颗粒表面的铀石；b：方解石颗粒表面沥青铀矿
Figure 7. Mineral assemblages associated with uranium mineralization. a: Zircons and barites in the fragments; b: Barites associated with uranium minerals
图7. 与铀矿供伴生的矿物组合。a：碎屑中的锆石与重晶石；b：碎屑中与铀伴生的重晶石
4.4. 铀地球化学特征
微量元素地球化学特征(图8)表明，下白垩统六盘山群与铀供伴生的元素主要是Pb。和商铺组砂岩富集Sb元素，亏损Mo元素；李洼峡组泥岩富集V、Ni、Zn、Sr、Mo、Sb、Pb和U元素；李洼峡组灰岩富集Ni、Zn、Sr、Pb和U元素；乃家河组砂岩富集V、Zn、Pb元素，亏损Mo元素。
Figure 8. Diagram of trace elements contained in various formations of the Liupanshan Group, standardized to China sedimentary rocks average
图8. 六盘山群各组微量元素中国沉积岩标准化蛛脚图
5. 铀成矿地质条件分析
5.1. 铀源条件
六盘山盆地西缘西华山–南华山–月亮山蚀源区由富铀的寒武系海原群变质岩及晋宁期花岗岩组成，伽玛总量为20~50 ur。另外由图3可知，研究区月亮山主大面积出露下白垩统三桥组与和商铺组，其中三桥组连续沉积巨厚层砾岩，砾石成分为钾长花岗岩(40%~50%) (图9)、花岗闪长岩(20%~30%)、黑云斜长片麻岩(20%~30%)，伽玛总量为40~60 ur。三桥组下伏上侏罗统西华山组白云母石英片岩、志留纪花岗闪长岩和花岗岩，其岩体中铀含量均较低，但Th/U值为4.64~12.14 (表2)，具有明显铀丢失现象。和尚铺组底部也发育有巨厚层砾岩，其成分90%为钾长花岗岩，砾石分选和磨圆均较差，说明蚀源区发育有较大规模的花岗岩，铀源条件较好。
另外，六盘山盆地发育有多个铀矿点和众多铀异常点，也能体现出其铀源条件的优越性。
Figure 9. Granite-clastic conglomerate from the Sanqiao Formation and its mineral assemblage under microscope. a: Granite-clastic conglomerate from the Sanqiao Formation; b: Granitic fragments composed of quartz and felspar
图9. 三桥组花岗质砾岩特征及镜下矿物组合特征。a：三桥组花岗岩质砾岩；b：由石英和长石组成花岗岩碎屑
Table 2. U and Th concentrations of granite from Mount Moon area
表2. 月亮山出露岩体U和Th分析结果表
5.2. 构造条件
六盘山盆地是一个多期改造型盆地，构造活动较强烈，对铀成矿不利。但盆地边缘局部发育有稳定的斜坡带，是构造带中“强中找弱”的有利构造区，月亮山地区就是稳定构造区。
月亮山构造带发育宽缓的构造斜坡带，斜坡沿北东向倾斜延伸大于15 km，沿走北西–南东向延伸大于30 km，地层倾角通常小于10˚ (图10)，斜坡带内断裂基本不发育。斜坡带末端发育较强的逆冲断裂带，月亮山为含铀含氧水补给区，区域发育完整的补–径–排体系。具备层间氧化带砂岩型铀成矿构造条件。
Figure 10. Structural geologic system of Mount Moon slope zone (cross section A-B in Figure 2). 1: Granitic diorite; 2: Conglomerate; 3: Mudstone; 4: Conglomeratic felspar quartz sandstone; 5: Loess; 6: Faults
图10. 月亮山斜坡带构造体系(图2中A-B剖面)。1：花岗闪长岩；2：砾岩；3：泥岩；4：含砾长石石英砂岩；5：黄土；6：断层
5.3. 沉积相与沉积建造条件
下白垩统自下而上发育有三桥组、和商铺组、李洼峡组、马东山组和乃家河组等5个层位(见图3)。其中三桥组为冲积扇或扇三角洲沉积体系，沉积厚度210~300 m。岩性以浅紫红色厚层块状砾岩、角砾岩为主，夹含砾砂岩、砂岩。砂体连续性和稳定性均较差。砂体中缺乏有机质，砂体上下无泥岩隔档层，该组不适合于作为砂岩型铀矿找矿的目标层。但该组可作为区域铀成矿有利的铀源层；和商铺组为冲积扇前大型辫状三角洲相沉积，其间发育薄而不稳定的漫滩泥和粉砂，沉积厚度为234~365 m。该组以巨厚层–厚层状砂体沉积为主，单层砂体一般4~6 m，砂体累计厚度巨大、连续、稳定，砂体较疏松，渗透性好(图11)；李洼峡组为河流–滨浅湖相沉积，该组下段总体为中厚层、薄层砂质灰岩、泥灰岩夹中薄层灰绿色泥岩、灰黑色泥页岩(有机质发育)。底部发育的灰岩、灰色粗砂岩(含钾长石)和所夹的含炭屑灰色泥岩中发育有铀异常。上段岩性总体为厚层紫红色泥岩夹薄层中细砂岩为主。在研究区西北部红羊乡–前进村发育有巨厚层砖红色、黄色粗砂岩，单层砂体厚大于10 m (图11)，该套砂体呈板状和透镜状产出，连续性和稳定性均较差，砂体规模有限；马东山组沉积相为湖沼相向咸化湖泊相过渡，岩性以灰色泥岩为主，仅局部夹中厚层黄色粗砂岩，呈透镜状，稳定性差；乃家河组为咸化滨浅湖相沉积，岩性以灰色砂质泥灰岩、灰白色薄层灰质泥岩、中层状青灰色石膏及灰黄色石膏质泥岩为主，砂体不发育。
Figure 11. Hongyang-Shixianzi cross section in central Liupanshan Basin (modified from Zhang Lei, 2009). 1: Conglomerate; 2: Coarse sandstone; 3: Fine sandstone; 4: Siltstone; 5: Silty mudstone; 6: Mudstone; 7: Marl
图11. 六盘山盆地中部红羊–石岘子剖面(据张磊，2009，修改)。1：砾岩；2：粗砂岩；3：细砂岩；4：粉砂岩；5：粉砂质泥岩；6：泥岩；7：泥灰岩
5.4. 后生蚀变条件
月亮山地区仅开展了地表调查工作，地表也发现多处灰绿色蚀变砂体和浅黄色蚀变砂体，但地表改造强烈，蚀变的砂体疏松，砂体中均未发现铀矿化信息，但至少说明该地区存在后生蚀变改造作用。
5.5. 水文地质条件
经实验测试分析，研究区地下水铀浓度本底值为7.68 μg/l，偏高值下限为16.65 μg/l，增高值下限为36.10 μg/l，异常值下限为78.25 μg/l。其中月亮补给区分布有较大面积、铀含量较高的花岗质砾岩，水中铀浓度一般5.5~39.7 μg/l，均值为18.52 μg/l，最高值位于月亮斜坡带中下部安家村，水中铀浓度为114 μg/l，说明地表和地下水可以从补给区携带铀为径流区有利成矿地段提供较多的铀质。
6. 讨论
6.1. 铀矿化类型
本次与前人 [30] [31] [32] 发现和研究的铀矿化点和异常点，赋矿岩性以砂屑灰岩、泥灰岩、含炭屑泥岩、粉砂岩为主，铀主要以吸附形式存在于方解石、炭屑和石英颗粒表面，少量呈微小铀矿物颗粒形式存在。这种铀矿化赋矿岩性致密，渗透性差，难以受后期氧化改造，为主成矿期为成岩期的沉积–成岩型铀矿化。也正是因为沉积–成岩型铀矿化，本次扫描电镜下才能发现铀矿物颗粒。以往在鄂尔多斯盆地、走廊盆地等地表出露的可地浸型铀矿化点，实验分析可达到工业品位的样品，在镜下也难以找到铀矿物。因为这些样品中的铀大部分被氧化改造，不再是以铀矿物的形式存在了。
另外，从广义上来说，位于鄂尔多斯盆地西南缘的国家湾–神峪河地区，其下白垩统构造–沉积环境应隶属于六盘山盆地，该地区发育有以国家湾铀矿床为代表的层间氧化带型铀矿 [33] [34] [35]。因此，六盘山盆地也发育有层间氧化带型铀矿。
目前六盘山盆地边缘，除了国家湾–神峪河地区以外，缺少铀矿钻探查证工作，发现的铀信息均为地表铀矿化，成矿类型均为沉积–成岩型，不利于地浸开采。还应该探寻深部可地浸的层间氧化带型铀矿化。
6.2. 主要找矿目标层
目前在下白垩统发育的5个层位中均发现有铀矿化信息，但构成工业铀矿化、矿点、异常点的赋矿层位，在六盘山盆地主要为李洼峡组与和商铺组，在国家湾–神峪河地区主要为马东山组和李洼峡组，其次为和商铺组。从赋矿层沉积建造条件来看，和尚铺组发育规模大、连续、稳定、渗透性较好的砂体，砂体间发育有中薄层泥岩隔档层，砂体顶部为上覆李洼峡组厚层灰岩、泥岩隔档层，具备“泥–砂–泥”建造组合，该组合在神峪河地区钻孔揭露有层间氧化带型铀矿化；李洼峡组发育的砂体规模有限，以中薄层板状、中厚层透镜状为主，上体上下均为厚层紫红色泥岩，该组局部也具备“泥–砂–泥”建造组合；马东山组仅在国家湾–神峪河地区发育有规模较大、连续、稳定的后生蚀变砂体，砂体中发育有层间氧化带型工业铀矿体。
综上所述，六盘山盆地内铀矿化主体位于下白垩统，其中发育的5个层位中马东山组、李洼峡组与和商铺组均具有成矿潜力，应充分结合六盘山盆地下白垩统各组沉积相研究成果，在盆地不同部位针对砂体发育的地区，主攻砂体发育的目标层，寻找可地浸的铀矿体。
6.3. 找矿方向
六盘山盆地发育沉积–成岩型和层间氧化带型两种铀矿化，下白垩统和商铺组、李洼峡组和马东山组均具有成矿潜力。因此应该以这三个层位为主攻目标层，寻找砂体较疏松的可地浸的层间氧化带型铀矿化，而不应该过多关注沉积成岩型的铀矿化。
六盘山盆地具有一定的铀成矿地质条件 [30] [36] [37]。六盘山盆地是一个多期改造的断陷盆地，构造活动较强烈、复杂。应以“强中找弱”里理念在盆地周边构造相对稳定的区域探索可地浸型铀矿化。通过前人对盆地下白垩统构造–沉积体研究可知，盆地东部小关山斜坡带、盆地中西部月亮山–红湾斜坡带、盆地北部梨花–兴仁斜坡带和盆地东南麓李家河向斜均是强构造带中相对较稳定的构造区域，这些区域均发育完整的“补–径–排”体系，铀源条件较好。其中盆地东部小关山斜坡带中可主攻和尚铺组；盆地北部相对较开阔，梨花–兴仁斜坡带中和尚铺组、李洼峡组和马东山组均发育有一定规模的砂体，三个层位均可作为重点找矿目标层；盆地中西部月亮山–红湾斜坡带和商铺组发育厚层、稳定、连续的砂体，是重点找矿目标层。李洼峡组上段在斜坡带西北部也发育有一定规模的砂体，可作为次要找矿目标层；盆地东南麓李家河向斜，马东山组发育规模稳定的后生蚀变砂体，砂体中已发现工业铀矿体，是重点找矿目标层，但由于构造抬升较强，部分砂体出露地表遭受剥蚀，仅在李家河向斜南翼保留较好的砂体。其下伏李洼峡组也发现有多个工业铀矿孔，但砂体规模有限，成矿潜力也受到制约。和尚铺组砂体厚大、连续、稳定，钻孔揭露发育层间氧化带，有弱的铀异常显示，可作为次要找矿目标层。
7. 结论
1) 六盘山盆地西部月亮山斜坡带，地表发现的铀矿化均为沉积–成岩型。但该斜坡带发育较好的铀源条件，构造稳定，“补–径–排”体系发育，下白垩统和商铺组与李洼峡组发育一定规模的砂体，具备层间氧化带型铀矿化发育的成矿地质背景和成矿条件。
2) 六盘山盆地目前发现有沉积–成岩型和层间氧化带型两种铀矿化类型，赋矿层以下白垩统为主，其中和商铺组、李洼峡组和马东山组均可作为主攻目标层，但在盆地不同部位主攻的目标层也不相同。沉积–成岩型不利于地浸开采，应以寻找层间氧化带型铀矿为主攻类型。
3) 在六盘山盆地应采用“强中找弱”的理念，在强构造带中找构造相对稳定的斜坡带。其中盆地东部小关山斜坡带、盆地中西部月亮山–红湾斜坡带、盆地北部梨花–兴仁斜坡带和盆地东南麓李家河向斜均发育较稳定的构造斜坡，铀源条件较好，“补–径–排”体系较完善，下白垩统发育一定规模的砂体，具有层间氧化带型铀矿较好的成矿潜力。
基金项目
该文为中国地质调查局铀矿地质调查项目(编号：津[2015]0563-5)和中核集团集中研发项目(编号：地LTD1601-3)共同资助的成果。
NOTES
*通讯作者。