干旱沉积背景含铀岩系砂岩型铀矿成矿特殊性与找矿方向

Metallogenic Specificity and Prospecting Directions of Sandstone⁃Type Uranium Deposits in Uranium⁃Bearing Series in Arid Depositional Background

摘要

最近十多年来，我国砂岩型铀矿勘查的目标层位由早期的灰黑色含铀岩系逐渐转变为红杂色含铀岩系.由于两者形成发育的沉积古气候悬殊，从而造成了含铀岩系还原能力的极大差异，并进而从“基因”上影响了区域层间氧化带的发育规模，直接制约对远景区和找矿靶区的预测.鉴于此，笔者结合多个沉积盆地系列干旱沉积背景含铀岩系的研究，在含铀岩系类型划分的基础上，以温暖潮湿沉积背景含铀岩系作为参照物，系统总结了红杂色含铀岩系的基本特征和铀成矿规律，并提出了关键科学问题和勘查预测建议.研究认为，沉积古气候通过与古环境的耦合直接影响含铀岩系的有机还原介质丰度，并进而制约铀成矿，因此有必要依据深时古气候和古环境将含铀岩系划分为灰黑色和红杂色两种极端类型.研究发现，两种极端类型的含铀岩系具有本质区别，红杂色含铀岩系在制约铀成矿方面具有两个重要特征：一是总体缺少有机还原介质，TOC、S_全和FeO含量均较低；二是铀储层砂体的岩石地球化学类型更加复杂多样.由于缺少有机还原介质，铀储层中的无机还原介质充当了铀成矿的重要角色，它们在铀储层中的成因演化和分布规律均有章可循.另外，由沉积相变而形成的铀储层外部还原介质也可以弥补内部还原能力的不足，而且对区域层间氧化带和铀成矿的空间定位起到决定性作用——沉积相变优先控矿.红杂色含铀岩系的后生氧化蚀变看似“微弱”且不易识别，主要表现为条带状、斑点状和灰白色氧化，氧化带是后生氧化与原生氧化的叠加复合，其规模宏大，通常可以延伸至盆地腹地.红杂色含铀岩系隶属新类型含铀岩系，业界亟待探索无机还原介质成矿机理、建立无机还原介质评价的环境参数标准、总结原生与后生氧化作用的识别标志.在铀矿勘查预测中，不仅需要准确定位整装灰色还原地质体、正确识别“弱”氧化带，还要打破常规进入盆地腹地开展预测评价.

Abstract

Over the past decades, the target strata for sandstone-type uranium exploration in China have gradually shifted from early grayish-black uranium-bearing series to reddish-variegated uranium-bearing series. Due to the significant differences in the sedimentary paleoclimates in which these two types formed and developed, there is a substantial variation in the reducing capacity of the uranium-bearing series, which in turn fundamentally affects the scale of regional interlayer oxidation zones, directly restricting the prediction of prospective areas and prospecting targets. In light of this, in this paper, based on the study of uranium-bearing series in arid depositional backgrounds across multiple sedimentary basins, and using uranium-bearing series with warm and humid depositional background as a reference, it systematically summarizes the basic characteristics and uranium mineralization patterns of reddish-variegated uranium-bearing series, and proposes key scientific issues and exploration prediction suggestions. The study suggests that sedimentary paleoclimate, through its coupling with the paleoenvironment, directly affects the abundance of organic reducing media in uranium-bearing series, thus restricting uranium mineralization. Therefore, it is necessary to classify uranium-bearing rock series into two extreme types: grayish-black and reddish-variegated, based on sedimentary paleoclimate and paleoenvironment. The two extreme types of uranium-bearing series are fundamentally different. The reddish-variegated uranium-bearing series has two important characteristics that restrict uranium mineralization: firstly, an overall lack of organic reducing media, with low contents of TOC, S_total, and FeO; secondly, more complex and diverse lithogeochemical types of uranium reservoir sand bodies. Owing to the lack of organic reducing media, inorganic reducing media in uranium reservoirs play a significant role in uranium mineralization, and their genetic evolution and distribution patterns are well-documented. Furthermore, external reducing media formed by sedimentary facies changes can compensate for insufficient internal reducing capacity and play a decisive role in the spatial positioning of regional interlayer oxidation zones and uranium mineralization-sedimentary facies changes preferentially control mineralization. The epigenetic oxidation alteration of the reddish-variegated uranium-bearing series appears “weak”, mainly manifested as banded, spotted, and grayish-white oxidation. Being large in scale, the oxidation zones are a superposition of secondary and primary oxidation, and often extend into the hinterland of the basin. The reddish-variegated uranium-bearing series belongs to a new type of uranium-bearing series, and there is an urgent need to explore the ore-controlling mechanism of inorganic reducing media, establish environmental parameter standards for evaluating inorganic reducing media, and summarize the identification marks of primary and epigenetic oxidation. In uranium exploration and prediction, it is not only necessary to accurately locate the integral gray reducing geological body and correctly identify the “weak” oxidation zone, but also to break with convention and enter the hinterland of the basin to carry out prediction and evaluation.

Graphical abstract

关键词

储层 / 红杂色含铀岩系 / 沉积相变 / 无机还原介质 / 还原地质体 / 叠加复合氧化带 / 沉积物.

Key words

reservoir / reddish⁃variegated uranium⁃bearing series / sedimentary facies change / inorganic reducing media / gray reducing geological body / superimposed composite oxidation zone / deposit

0 引言

20世纪末，我国铀矿勘查的重点目标由硬岩型转移为砂岩型（郑大瑜，2001；陈肇博和赵凤民，2002；张金带，2024），短短的十多年间我国砂岩型铀矿勘查取得了有史以来的系列重大突破和快速发展（夏毓亮等，2003；郭庆银等，2004，2008；焦养泉等，2006，2023；聂逢君等，2010；郑纪伟，2010）.但是到了2010年前后，我国砂岩型铀矿勘查的目标层却发生了明显的转变，即由早期以侏罗系为重点的温暖潮湿沉积背景含煤‒含铀岩系为主，逐渐转变为现今以白垩系‒新近系为主的干旱炎热沉积背景含铀岩系.前者的重要代表有，1991年发现的伊犁盆地水西沟群系列铀矿床（王保群，2002；师志龙，2023），1997年发现的吐哈盆地水西沟群十红滩铀矿床（权志高和李占双，2002；焦养泉等，2006；权建平等，2006），以及2000年发现的鄂尔多斯盆地直罗组东胜铀矿田（Jiao et al.， 2005；焦养泉等，2005；郭庆银等，2010；李子颖，2019；彭云彪等，2019）；后者的典型代表有，鄂尔多斯盆地下白垩统的彭阳、泾川铀矿床‒2017年发现（金若时等，2020；苗培森等，2020；Zhao et al.， 2021，2022；Zhu et al.， 2021；程银行等，2025）、特拉敖包铀矿床⁃2019年发现（贺锋等，2023；王龙辉等，2023）、三湾铀矿床⁃2021年发现（权建平等，2023；武正乾等，2023；王奇辉等，2025；张良等，2025）和MB铀矿床⁃2022年发现（张涛等，2025；Zhang et al.， 2025），松辽盆地上白垩统的钱家店铀矿床钱Ⅳ块⁃2009年发现和钱Ⅴ块⁃2011年发现（荣辉，2012；荣辉等，2016；焦养泉等，2018a；雷安贵等，2020；曹民强等，2021；彭爽等，2022），以及海力锦铀矿床⁃2011年发现（宁君等，2023；臧亚辉等，2023），最近还在塔西南坳陷上新统的阿图什组发现了超大规模（矿化带最宽1 000 m、长度超过20 km）、超常富集（最高γ异常15 000×10^-6）、具有硅钾铀矿+石盐特殊矿物组合的玛扎塔格地表铀矿化带等（Wu et al.，2026）.系列铀矿床的发现，不仅掀开了干旱沉积背景含铀岩系找矿突破的序幕，而且还展示其铀成矿并非个例、资源潜力雄厚，有望成为我国未来20年盆地铀资源保障接替的新类型.

以伊犁盆地温暖潮湿含煤‒含铀岩系为代表总结的经典铀成矿模式，曾经在我国北方砂岩型铀矿的勘查预测中发挥了重要作用，但是由于沉积古气候导致的含铀岩系在还原能力上的悬殊差异，致使铀成矿也表现出了很强的特殊性，经典的铀成矿模式难以适用于干旱炎热沉积背景含铀岩系的铀矿勘查预测.比较而言，干旱炎热沉积背景含铀岩系的特殊性主要体现在：整体缺乏有机还原介质、岩石地球化学类型复杂多样、具有原生与后生叠加的复合氧化带且规模宏大、后生氧化蚀变作用表现较“弱”、铀成矿高度依赖于铀储层内部的无机还原介质和铀储层外部的还原地质体，这些共性特征值得高度关注和深入探索.为了打破了固有认识和常规思维方式，深刻揭示干旱炎热沉积背景含铀岩系的铀成矿机理，总结其与伊犁经典铀成矿模式的区别，笔者结合多个沉积盆地系列铀矿床的研究，在含铀岩系类型划分的基础上，以温暖潮湿沉积背景含铀岩系作为参照物，系统总结了干旱炎热沉积背景含铀岩系的基本特征和铀成矿规律，并提出了关键科学问题和勘查预测建议.

1 含铀岩系分类及其沉积学关键要素

含铀岩系特指能够提供铀沉淀富集成矿的一套沉积地层，它们是盆地铀资源形成富集的必要地质载体，其中的铀矿类型丰富多样，如砂岩型、泥岩型、钙结岩型、石英砾岩型、冰碛岩型、碳硅泥岩型、磷块岩型、鱼骨‒磷酸盐型、煤岩型、不整合型等（焦养泉等，2021a）.含铀岩系通常由砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等碎屑岩构成，沉积期的古气候通过与沉积环境的耦合制约着含铀岩系的物质成分，而物质成分又在很大程度上制约着砂岩型铀矿形成发育的氧化‒还原环境（焦养泉等，2006，2015a，2023）.

2010~2013年，对钱家店铀矿床的研究率先发现，沉积古气候差异在含铀岩系中的记录可以从“基因”上控制成矿期区域层间氧化带发育的规模（焦养泉等，2015a，2022）.随后的研究还发现，沉积古气候对砂岩型铀矿的影响远不止于层间氧化带，还在还原介质类型、后生氧化蚀变分带等方面具有显著影响.由此，先后提出并建立了干旱红层相控模式（焦养泉等，2015a，2023）、双重还原介质制矿模型（焦养泉等，2018a）和沉积相变优先控矿模式（焦养泉等，2023）.所以，针对砂岩型铀矿的勘查和研究，有必要对含铀岩系按照深时古气候和古环境进行分类，沉积期的古气候和古环境这两种关键要素在砂岩型铀矿形成发育之前就将“基因”置于不同类型的含铀岩系之中，它们的协同耦合形成了特征各异的两类极端的含铀岩系：灰黑色含铀岩系和红杂色含铀岩系（图1）.

红杂色含铀岩系，有人也称之为干旱红层，是干旱炎热古气候和古环境协同作用的结果（图1）.在干旱炎热的古气候背景条件下，暴露的沉积环境，如旱地冲积扇、河流体系、三角洲平原、滨浅湖、大部分的风成砂丘等，易于发生原生氧化作用，致使大量的以红色为主要特征的泥岩和砂岩形成；而在覆水的沉积环境中，如三角洲前缘、前三角洲、半深湖等，则由于相对贫氧而形成原生灰色沉积物.原生灰色沉积物含有大量分散有机质，既可以构成优质的烃源岩，其还原能力还有利于U⁶⁺变价成矿.在地质历史时期，一些干旱的盐湖通常产出含膏盐层的优质烃源岩（Jones， 1953），同沉积泥岩型努和廷铀矿床的矿石也是富含分散有机质和石膏的泥岩（彭云彪等，2015）.所以，红杂色含铀岩系是以红色沉积物为特色，同时也夹有灰（白）色、绿色或蓝色等杂色沉积物，其中红色纯泥岩是典型的干旱炎热古气候的沉积成因标志.但是，灰黑色含铀岩系却不同，在温暖潮湿的古气候条件下，无论是暴露环境还是覆水环境，水体充盈、还原通量较强，沉积物都呈现为灰黑色，最常见的、最典型的沉积物就是含煤岩系.

当然，自然界还有一些介于灰黑色与红杂色含铀岩系之间的过渡型含铀岩系，由于本文重点讨论红杂色含铀岩系，并将灰黑色含铀岩系作为参照物，所以忽略了过渡型的含铀岩系.

2 红杂色含铀岩系基本特征

通过对松辽盆地上白垩统姚家组、鄂尔多斯盆地下白垩统、十万大山盆地中侏罗统那荡组和上侏罗统岽力组、塔里木盆地上新统阿图什组/库车组、广西金鸡盆地下白垩统新隆组等以干旱炎热沉积背景为特色的红杂色含铀岩系的系统研究，发现两种极端类型含铀岩系具有本质的区别（图2）.与灰黑色含铀岩系相比，红杂色含铀岩系在制约砂岩型铀矿形成方面具有两个重要特征：一是缺少有机还原介质，如煤层、煤线、碳质泥岩、碳化木、碳质碎屑，等；二是铀储层砂体的岩石地球化学类型更加复杂多样.

2.1　红杂色含铀岩系普遍缺少有机还原介质

红杂色含铀岩系形成发育最为显著的控制因素就是干旱炎热的沉积古气候，它既影响有机质的生产力也影响有机质的保存，进而会影响黄铁矿的形成.有机质和黄铁矿被认为是铀储层砂体内部影响铀成矿最重要的还原介质.

在干旱沉积背景中，植被发育有限，这在很大程度上首先降低了沉积有机质的生产力和供给能力.其次是在含铀岩系的埋藏‒准成岩阶段，同样由于干旱炎热古气候的影响，已经埋藏的沉积有机质或多或少都会遭受原生氧化作用而分解.只有那些始终处于覆水环境或还原环境中的沉积有机质才能得以有限和有效保存.所以，红杂色含铀岩系缺乏有机质是在沉积期和准成岩期造成的，这个特点就是含铀岩系物质成分的“基因”，它与灰黑色含铀岩系具有显著区别（图2）.

长期的野外调查发现，沉积期死亡的植物遗体有幸被埋藏，往往在准成岩阶段才决定其发展的演化方向.如果早成岩环境为还原环境，植物有机质将向碳化方向发展，最终形成煤层、煤线、碳化木或碳质碎屑（图2a~2d）.而如果早成岩环境为氧化环境，则植物有机质将被逐渐氧化分解而丧失，但由于经历了初步的压实作用所以植物茎秆或根还保留了原始植物的几何空腔，这为随之而来的胶结物充填奠定了物理空间.显然，地层中硅化木、钙化木和膏化木等植物化石的形成都经历了早成岩原生氧化作用的强烈改造，这是埋藏‒早成岩阶段干旱炎热古气候的沉积‒成岩响应（图2e~2h）.

在含铀岩系中，宏观的沉积有机质通常以铀储层砂体为单位分为两大类，即铀储层的内部还原介质和外部还原介质，它们共同制约层间氧化带和砂岩型铀矿的形成发育（焦养泉，2015a，2018a）.铀储层外部还原介质，如煤层、煤线、碳质泥岩或碳化木（根）等，通常产出于铀储层砂体的顶底板或横向相变的环境中（图2a， 2b）；铀储层内部还原介质，如碳质碎屑、泥炭团块及碳化木（茎秆）等，通常产出于铀储层砂体内部（图2c， 2d）（焦养泉等，2018b，2021b；张帆，2018；陶振鹏，2020；Zhang et al.， 2021；钟伟辉，2025）.无论是哪一种沉积有机质，其周围通常伴生有各种类型的黄铁矿（图2d）（Yue et al.， 2021，2023；乐亮，2021；Peng et al.， 2022；彭虎，2023）.研究发现，铀储层砂体中的大部分黄铁矿是在成岩‒成矿期形成的（Yue et al.， 2020，2022， 2024a；乐亮，2021；Liu et al.， 2023，2025），黄铁矿的发育密度或强度与沉积有机质的丰度呈正相关，但两者的空间距离却呈现反相关（焦养泉等，2021b；Yue et al.， 2024b）.这充分说明，铀储层中的黄铁矿主要依赖于沉积有机质而形成，沉积有机质在热成熟演化过程中营造的还原环境为成岩‒成矿期的黄铁矿形成奠定了良好条件.专门针对铀储层中原生灰色还原砂体的地化环境参数统计发现，红杂色含铀岩系的TOC、S_全和FeO含量总体低于灰黑色含铀岩系（图3）.在塔里木盆地北部，日达里克铀矿床原生灰色还原砂体的TOC仅为0.12%（吴立群等，2022），它甚至不及伊犁盆地库捷尔太铀矿床强氧化带中的残留TOC丰度（0.17%）.红杂色含铀岩系的这些特征将直接左右表生成岩期的铀成矿.

在红杂色含铀岩系的原生灰色砂岩中，由于原生还原环境和成岩还原环境的存在，能够形成/保留一定数量的碳质碎屑.但与灰黑色含铀岩系相比，大部分碳质碎屑的惰质组含量高、结构镜质体和丝质体含量高、无机矿物含量高、有机质成熟度高、磨圆搬运特征清晰（Zhong et al.， 2025）.这意味着大部分碳质碎屑是从造山带的含煤岩系搬运来的，而少部分为同沉积期植物有机质演化而来（钟伟辉，2025）.

2.2　铀储层砂体的岩石地球化学类型更加复杂多样

对于铀储层的地球化学分带而言，由于红杂色含铀岩系在原生色系基础上叠加了后生氧化蚀变色系，所以其岩石地球化学类型更加复杂多样（表1），这在一定程度上增加了钻孔岩心编录的难度，特别是会影响对铀成矿空间的准确预测和判别.以特拉敖包铀矿床为例，在环河组上段铀储层砂体中识别出了10余种岩石地球化学类型，并将其归结为三类.氧化型砂岩：紫色砂岩、褐红色砂岩、褐色砂岩、黄色砂岩和黄绿色砂岩，矿段附近氧化型砂岩以褐色砂岩为主；过渡型砂岩：绿褐色砂岩、褐绿色砂岩、褐灰色砂岩，为矿床的主要赋矿岩性；还原型砂岩：绿色砂岩、灰色砂岩（少见且较薄）（王龙辉等，2023）.

在红杂色含铀岩系中，氧化色系砂岩和还原色系砂岩的岩石地球化学类型研究同等重要，两者共同约束氧化‒还原地球化学障.灰色沉积物并非是温暖潮湿沉积古气候的专属产物，在干旱沉积背景中如有覆水环境的存在，同样也可以形成灰色地层，甚至保留部分碳质碎屑.例如，博斯腾湖南岸的现代风成沙丘，它们直接推进于湖水中，这些风成沙丘在埋藏‒成岩以后不可能呈现为氧化色（红色），而应该为灰色.这就像鄂尔多斯盆地南缘下白垩统泾川组的灰色沙漠‒湖泊沉积物一样（图4a）.研究还发现，即便是大规模的风成砂丘，它们的原生色也能受沉积相变或/和潜水面的影响而呈现为原生灰色还原砂体.例如，在鄂尔多斯盆地，洛河组和罗汉洞组以原生红色的风成砂丘为显著特色，但是在盆缘一带与冲积扇或河流呈指状交互的相变部位，风成砂丘通常呈现为原生灰色（向尧，2022；Xiang et al.， 2022；朱强等，2023）.与洛河组相比，由于罗汉洞组沉积期具有普遍较高的潜水面，所以位于盆地腹地的风成砂丘大规模地呈现为原生灰色.因此，在盆地腹地的罗汉洞组风成砂丘中能够见到精彩的后生氧化蚀变舌（图4b， 4c）（焦养泉等，2023）.另一类原生还原灰色砂体，是干旱沉积古气候和快速沉降的古构造条件的绝佳耦合，快速沉降形成了半‒深水湖泊，为三角洲前缘砂体的还原环境奠定了有利基础.例如，新近的野外调查和钻探发现，塔西南坳陷上新统的阿图什组和金鸡盆地下白垩统的新隆组上段上亚段，前者是干旱沉积古气候与陆内前陆盆地的构造耦合，在盆地前渊形成了大规模的、倒韵律的扇三角洲前缘砂砾岩（灰色富铀沉积建造），经历后生层间氧化作用形成砂岩型铀矿化以及构造抬升后的大规模地表铀矿化（图5）；后者是干旱沉积古气候与断陷盆地快速沉降的构造耦合，在断陷盆地快速沉降阶段形成了上百米厚的辫状河三角洲前缘原生灰色砂砾岩（图6）（李小英，2022；赖传勇，2024）.

鉴于红杂色含铀岩系岩石地球化学类型复杂多样，所以有学者建议运用Miall（1996）的岩性相分类建立红杂色含铀岩系的岩石地球化学类型编码方案，即既考虑铀储层砂体的粒度和沉积构造等基本岩石信息，还将颜色以及后生蚀变/胶结作用等纳入其中，从而有效地区分原生氧化、原生还原（潜在还原介质）、后生层间氧化和后生酸碱环境变化等，如FSa⁃RGa代表风成的具有高角度休止角交错层理的红色钙质胶结细砂岩（向尧，2022；焦养泉等，2023）.

红杂色含铀岩系中的灰色砂体与铀成矿关系密切，作者曾提出将“灰色砂岩成因”作为揭示风成沉积体系铀成矿机理的关键科学问题（焦养泉等，2022），当然业界同样也颇为关注灰色砂岩的成因问题，此领域最早的研究成果当属《干旱条件下灰色还原砂体的形成与保存及其在砂岩型铀矿找矿中的意义》一文（师志龙，2003）.

3 红杂色含铀岩系铀成矿规律与特色

无论是哪一种含铀岩系，砂岩型铀矿的形成发育都严格遵循“氧化‒还原反应”的成矿机理，但是由于红杂色含铀岩系普遍缺少有机还原介质，所以铀成矿作用表现出了有异于传统经典模式的诸多特殊性.所以，我们需要从新型还原介质、外部还原介质、后生氧化蚀变特征、层间氧化带发育规模等方面，系统总结红杂色含铀岩系的铀成矿规律和特色.

3.1　无机还原介质充当了铀成矿的重要角色

尽管红杂色含铀岩系缺乏有机还原介质，但仍然形成了一系列铀矿床，那么是谁充当了促使铀变价成矿的还原介质？近几年的研究发现，当铀储层砂体中缺乏有机质时，一些无机矿物就发挥了重要作用，充当了铀成矿的还原介质，作者称之为无机还原介质（图7）.

定量‒半定量的研究发现，在铀储层砂体中无机还原介质种类繁多，而且不同地区的铀矿床具有不同的矿物组合（表2）.分析认为，无机还原介质或其母质应该来源于盆缘造山带，不同矿床间的差异可能取决于物源区的母岩性质.以鄂尔多斯盆地下白垩统环河组为例，与盆地北部特拉敖包铀矿床相比，盆地南部三湾铀矿床的无机还原介质种类更多、分布更广、丰度更高.进一步的区域地质调查发现，西秦岭造山带北缘金矿和铅锌矿等金属矿床发育的数量与储量明显多于阴山造山带，这为无机矿物的来源提供了佐证（孙钰函，2023；钟伟辉，2025）.

深入的研究还发现，无机还原介质在铀储层中的成因演化和分布规律均有章可循，总体可以分为沉积碎屑型、早期成岩型和铀成矿共生型三大类，它们在铀储层中具有明显的地球化学分带，以及由沉积、成岩到铀成矿的良好演化序列（图8）（据李金辉，2024；张成成，2025）.

当然，任何类型含铀岩系的铀成矿都离不开无机还原介质，也有个别铀矿床的形成与外来的含烃流体有关，但是对于缺少传统还原介质的红杂色含铀岩系而言，无机还原介质对铀成矿举足轻重，业界需要深入剖析无机还原介质的制矿机理并亟待建立适合无机还原介质评价的环境参数标准（焦养泉等，2022）.

3.2　沉积相变约束的覆水环境是对还原能力的重要补充

在干旱沉积背景下的铀储层砂体中，尽管无机还原介质对铀成矿具有重要作用，但普遍缺乏有机还原介质这一客观事实，仍构成了铀成矿的不利条件.此时，往往需要借助由沉积相变而形成的铀储层外部还原介质来弥补其内部还原能力的不足.

在已往的砂岩型铀矿勘查评价中，人们更多地关注了对铀储层内部还原介质的评价，然而笔者的研究却发现铀储层外部还原介质对铀成矿具有同等的重要性，特别是干旱沉积背景含铀岩系的铀储层外部还原介质甚至起到了决定性的作用（焦养泉等，2018a）.所以作者极力倡导要重视对铀储层外部还原介质的研究与评价，并提出了“砂岩型铀矿双重还原介质制矿模型”的概念.在现实的铀矿勘查中，干旱沉积背景含铀岩系系列铀矿床的铀储层外部还原介质在铀成矿过程中都发挥了重要作用.其中最具代表性的当属钱家店铀矿床（图9，图10）、特拉敖包铀矿床（图11）和大营铀矿床.

钱家店铀矿床的含铀岩系姚家组，是在松辽盆地晚白垩世干旱炎热背景中形成的典型红层.姚家组作为一个三级层序，自下而上可以划分出3个体系域和6个小层序.其中，低位体系域由1个小层序构成，系辫状河沉积体系成因；湖泊扩展体系域和高位体系域分别由3个和2个小层序构成，都为辫状河三角洲沉积体系成因.研究发现，在姚家组的湖泊扩展和高位体系域中，形成了一个稳定的且持续发育的分流间湾，暗色泥岩沉积物中富含充足的碳质碎屑和分散有机质.而恰恰就是由于辫状河三角洲分流间湾的暗色泥岩提供了充足的还原介质，导致铀储层砂体内部的高效铀成矿紧密围绕分流间湾而产出（图9）.分析认为，分流间湾暗色泥岩在成岩‒成矿过程中源源不断地向铀储层砂体（多孔介质）提供了还原流体，这使得相变部位的铀储层砂体还原能力大大加强，从而不仅制约了区域层间氧化带前锋线的发育空间，也为铀的变价、沉淀和成矿奠定了良好的环境地质基础（图9）.所以，钱家店铀矿床的铀矿体主要产出于分流河道与分流间湾的相变部位.从分流间湾的角度看，铀矿化位于大规模暗色泥岩的迎水面一侧，显示铀储层的外部还原介质对铀成矿起到了关键作用.基于此，笔者于2012年就总结了钱家店铀矿床的“干旱红层相控模式”（图10），这一模式指导了钱Ⅳ块和钱Ⅴ块铀矿床的快速找矿突破，被誉为“外协项目的典范”.

另一个典型代表则是特拉敖包铀矿床.在鄂尔多斯盆地北部，早白垩世具有干旱的沉积背景，铀矿床产出于环河组上段.研究发现，环河组上段辫状河三角洲平原与前缘的相变边界，控制了原生的还原砂体，因此相变边界既制约复合层间氧化带前锋线的发育位置，也制约铀富集成矿的物理空间（图11），作者将其称之为“沉积相变优先控矿模式”（焦养泉等，2022，2023）.新近的野外调查还发现，上覆的罗汉洞组风成砂也具有“相变”结构，盆缘以红色的风成砂丘夹水携沉积物为主，腹地则以原生灰绿色风成砂为主，丘间除少量植物根化石外，还产有大量的动物潜穴和龟化石，其沉积相变边界大致沿百眼井‒伊和乌素‒特拉敖包一带分布，灰绿色风成砂体东西向宽度超过60 km，其规模不及环河组上段.分析认为，风成砂的氧化‒还原环境“沉积相变”可能受沉积期的潜水面控制（向尧，2022；Xiang et al，2022）.

还有一个由温暖潮湿向干旱炎热转化的沉积相变实例，那就是产出于鄂尔多斯盆地北部中侏罗统直罗组中的东胜铀矿田.在2011年之前，人们一直认为直罗组下段的下亚段是主力含矿层，当时忽略了直罗组下段上、下亚段之间薄煤层和煤线的存在.直到大营铀矿发现之后，人们才惊讶地发现上、下亚段均是大营铀矿的主力含矿层，而且所有含矿层的顶部居然也都有薄煤层或煤线的产出.随后的区域平面编图发现，直罗组聚煤单元朝向盆缘一侧的相变尖灭边界制约了铀储层内部区域古层间氧化带发育的前锋线，从而造就了超大型的大营铀矿床.从盆缘到腹地，依次具有“铀储层古氧化砂体→铀储层含矿砂体+顶底板煤线与暗色泥岩组合→铀储层原生还原砂体+顶底板薄煤层”的特征沉积相变与蚀变矿化组合.从此，直罗组的薄煤层或煤线就作为该区重要的找矿标志，并总结了“微弱聚煤作用制约下的古层间氧化带型铀成矿模式”（程利伟等，2012；Jiao et al.， 2016；焦养泉等，2018a；彭云彪等，2019）.研究和分析认为，沉积期微弱的聚煤作用能够大大增强铀储层砂体的还原能力，进而制约古层间氧化和铀成矿.在沉积期，泥炭沼泽受冲刷作用的影响，在铀储层砂体内部高级别沉积界面上堆积和形成了大量的碳质碎屑，提高了铀储层砂体的还原能力；在成岩‒成矿期，铀储层砂体周缘的植物有机质通过泥炭化和煤化作用，为铀储层砂体提供了大量含烃流体，它们一方面直接充当了铀成矿的还原介质，另一方面还促进了黄铁矿的形成，从而大大提高了铀储层的还原能力，抑制了区域古层间氧化带的发育并导致了大规模的铀成矿（焦养泉等，2015b，2018a，2021b；张帆，2018；陶振鹏，2020；Tao et al.， 2020，2022；乐亮，2021）.

3.3　“微弱”的后生氧化蚀变与叠加复合氧化带

在经典的灰黑色含铀岩系铀成矿模式中，由于铀储层中有机质丰富并由此形成了大量的黄铁矿，所以后生氧化蚀变便能产生丰富的Fe³⁺，充足的Fe³⁺污染孔隙就会形成色彩浓厚的红色氧化带，块状氧化与铀矿体紧密相伴.

但是，在红杂色含铀岩系中，由于铀储层相对缺少TOC、S_全和FeO，所以即便是经历了强烈的后生氧化蚀变作用，其氧化带中仍缺少足量的Fe³⁺，从而表现为看似“较弱的”氧化带——条带状氧化砂岩、斑点状氧化砂岩、灰白色氧化砂岩，在铀矿体的上游通常缺乏块状氧化（完全氧化）砂岩（图12），这与经典的灰黑色含铀岩系铀成矿形成鲜明对照.

从铀成矿的角度看，红杂色含铀岩系中的层间氧化带实际上是原生氧化砂岩和后生氧化蚀变砂岩的叠加复合体.一般情况下，叠加复合层间氧化带较沉积期的原生氧化规模更大.但对砂岩型铀成矿而言，具有直接贡献的是后生的层间氧化蚀变作用及由其形成的氧化‒还原地球化学障，原生的氧化带仅为溶解铀质的迁移提供了输导通道.有迹象表明，一些紫红色和暗红色砂岩可能是沉积期氧化和后生氧化的叠加改造形成的，而一些黄色和灰白色砂岩则可能是后生氧化蚀变的结果，更多的铀矿化通常与黄色砂岩或灰白色砂岩关系密切，而非块状红色砂岩，如钱家店铀矿床、三湾铀矿床、MB铀矿床和日达里克铀矿床等.铀储层中最常见的岩石地球化学类型组合是“红色砂岩→黄色砂岩→灰白色砂岩→含矿灰色砂岩→原生灰色砂岩”.在实际生产中，人们通常笼统地将叠加复合层间氧化带的边界作为红杂色含铀岩系找矿的重要标志.但是，要深入总结和揭示红杂色含铀岩系的铀成矿作用过程与机理，亟待区分原生和后生两类氧化作用并建立识别标志，这是摆在广大铀矿地质学家面前的关键科学问题之一.

3.4　红杂色含铀岩系具有规模宏大的叠加复合层间氧化带

砂岩型铀矿主要形成于含铀岩系的暴露剥蚀阶段，是一种典型的表生铀成矿作用.统计发现，我国砂岩型铀矿的含铀岩系（赋矿地层）从上二叠统一直延续到了第四系，其中侏罗系和白垩系是主力含矿岩系；但是铀成矿时代却始于早侏罗世，在白垩纪至新近纪达到鼎盛，还有一些铀矿床至今还在成矿中.统计的铀成矿期距含铀岩系沉积期的年龄可以相差50 Ma之久.因此，人们在研究中更多地关注了成矿期有利要素的评判，却忽视了成矿前沉积‒埋藏准备阶段的研究.实际上，一些有利的矿化条件是在沉积期就已经形成了，从沉积、成岩到铀成矿是一个具有成因联系的地质过程.一些由沉积作用、沉积环境和沉积古气候造就的关键控矿要素，能够从“基因”上直接影响表生成岩阶段的铀成矿作用（焦养泉等，2022，2023）.

沉积期是铀储层成矿物质成分与物理空间结构的奠基期，沉积古气候和古环境直接影响有机还原介质的丰度（铀储层物质成分），并进而制约原生和后生氧化作用.针对砂岩型铀矿而言，目前人们更多地关注了后生氧化蚀变作用而忽略了原生氧化作用的机理探索.在经典的砂岩型铀成矿模式中，铀储层中的后生氧化蚀变作用被认为是铀质溶解和迁移最重要的驱动力.但是，在干旱炎热沉积背景的铀储层中却有很大的不同，首先是氧化带属于叠加复合成因，原生氧化带和后生氧化带的功能不同，两者对铀均有迁移驱动能力，但仅有后生氧化蚀变才能释放铀储层砂体本身的原始微量铀并最终形成氧化‒还原地球化学障.其次是后生氧化蚀变作用相对强劲，这主要是由于干旱古气候条件不利于有机质的形成和保存，如果再加上沉积期已有的原生氧化带，其叠加复合氧化带普遍具有较大的规模，叠加复合层间氧化带和铀矿化均可以长距离地向盆地腹地延伸.

以松辽盆地钱家店铀矿床为例，姚家组铀储层内部普遍缺乏碳质碎屑和黄铁矿，铀储层顶底板为暗色泥岩或灰色泥岩（分散有机质），其叠加复合层间氧化带的纵向延伸规模超过了250 km.类似的还有特拉敖包铀矿床、三湾和MB铀矿床、日达里克铀矿床等，氧化带纵向延伸规模均超过了50 km（焦养泉等，2015a；荣辉等，2016；Rong et al.，2019；曹民强等，2021；吴立群等，2022）.然而，以潮湿沉积背景的伊犁盆地铀矿田、吐哈盆地十红滩铀矿床等，由于铀储层内部碳质碎屑、黄铁矿异常发育，铀储层顶底板为煤层或者碳质泥岩，导致层间氧化带和铀矿化均紧贴盆地边缘发育，层间氧化带的纵向延伸规模不超过20 km.所以，由沉积古气候和古环境形成的两类截然不同的含铀岩系会从“基因”上影响氧化带和铀成矿的物理空间.

4 勘查预测的思考与要点

干旱炎热沉积背景含铀岩系（红杂色含铀岩系）具有多期氧化作用并普遍缺乏有机还原介质，从而表现出了特殊的后生氧化蚀变作用和规模宏大的叠加复合氧化带等铀成矿的特殊性，这提醒我们在进行此类砂岩型铀矿的勘查预测时，不仅需要准确定位预测整装灰色还原地质体、正确识别“弱”氧化带，还要打破常规进入盆地腹地预测区域层间氧化带的前锋线.

4.1　准确定位整装灰色还原地质体是预测有利成矿带的关键

红杂色含铀岩系中的铀成矿同样遵循氧化‒还原环境制矿的基本原理，由于缺乏有机还原介质，所以“红中找灰”、准确预测整装原生灰色还原地质体（砂岩+泥岩）极为重要.已有的勘查和研究发现，整装灰色还原地质体的迎水面，也就是整装还原地质体面向盆缘的一侧往往是铀储层中氧化‒还原地球化学障形成以及铀成矿的有利空间.

如前所述，制约整装灰色还原地质体形成发育的控制因素大致可以分为3类：

（1）构造盆地的快速沉降.例如，金鸡盆地新隆组上段上亚段（K₁x^2-2）沉积期干旱古气候与断陷盆地快速构造沉降的协同，形成了上百米厚的原生灰色砂砾岩（白文浩，2025）.统计发现，70%的铀矿化产出于灰色砂岩边界距氧化砂体0~3 m处，因此整装灰色砂岩的边界是最重要的找矿标志（图6），依据“整装灰色砂岩边界控矿模式”于近期在371矿床（盐沙口）邻区获得了可喜的找矿突破.塔西南上新世陆内前陆盆地，阿图什组（N₂a）沉积期干旱沉积背景中的大面积构造快速沉降，形成了覆盖塔西南坳陷的区域规模整装灰色砂砾岩体，这为沿和田河和叶尔羌河两大流域大规模后生氧化蚀变舌的发育及其铀成矿奠定了良好基础.

（2）大规模的沉积相变.例如，鄂尔多斯盆地北部环河组上段（K₁h²）沉积期，辫状河三角洲平原与前缘的沉积相变，在盆地腹地产出了大规模的灰绿色砂岩（图11）.松辽盆地姚家组（K₂y）沉积期，辫状河三角洲平原分流河道与分流间湾的沉积相变，在分流间湾形成了厚层富有机质的灰色泥岩（图9）.它们均构成了抑制区域层间氧化带发育的整装还原介质.

（3）深部含烃流体还原作用.例如，乌兹别克斯坦的萨贝尔萨伊铀矿床和美国得克萨斯南部海岸平原铀矿化（陈祖伊，2011）.鄂尔多斯盆地西南部洛河组、环河组下段，可能由于深部含烃流体的叠加还原作用导致了泾川铀矿床、三湾⁃MB特富铀矿床的形成（Si et al.， 2021；胡永兴等，2023；朱强等，2023；Zhang et al.， 2025a，2025b）.

4.2　特殊后生氧化蚀变，导致“弱”氧化带难以识别，容易误导勘查预测

红杂色含铀岩系铀储层的后生氧化蚀变特殊性，主要表现在铀矿体与经典氧化带（块状氧化）之间存在一个“空白带”或看似“较弱”的氧化带——条带状氧化、斑点状氧化和灰白色氧化，很少有块状氧化带直接与铀矿体相伴生（图13）.统计发现，这个“空白带”或“弱”氧化带视地质背景的不同而表现出了差异，有的宽达几千米或几百米，有的仅几十米或几米；较多地表现为沿成矿流场的纵向配置型（图12），少数表现为垂向配置型.

红杂色含铀岩系的这种后生蚀变特征不易识别，给铀成矿的空间预测和准确定位带来了极大的困难，需要引起铀矿勘查家和研究者的高度重视，认识不到位将会误导勘查和预测.这是红杂色含铀岩系与灰黑色含铀岩系的重要区别之一.

4.3　缺少有机还原介质，叠加复合氧化带规模宏大，向盆地腹地进军

红杂色含铀岩系由于普遍缺乏还原介质，铀储层砂体易于接受浅表含氧富铀流体的氧化蚀变，后生氧化带通常较为发育，再加上原生氧化带的叠加，复合氧化带规模宏大，其前锋线可以推进到盆地腹地，这与温暖潮湿沉积背景的含铀岩系完全不同.所以，针对干旱沉积背景含铀岩系的铀矿勘查，要彻底打破盆缘找矿的局限思维、向盆地腹地进军.

多年的勘查和研究也发现，并非所有红杂色含铀岩系都拥有上百公里的层间氧化带，这主要还受控于沉积盆地的性质和沉积体系的类型.例如，十万大山盆地的屯林铀矿床，尽管那荡组和岽力组沉积期古气候干旱炎热，但由于狭窄型前陆盆地铀储层砂体发育规模有限，再加之后期逆冲构造的破坏，现存的层间氧化带规模较小，铀矿床残存于剥蚀盆地的边缘（图14）.金鸡盆地的371（盐沙口）和370铀矿床，隶属于狭窄型的断陷产铀盆地，短轴的扇三角洲铀储层砂体也限制了氧化带的纵向发育

规模.类似的还有伊犁盆地的头屯河组，处于含煤岩系发育末期~炎热干旱期，尽管其层间氧化带已经推进到了盆地腹地，但发育规模仍然受限于山间盆地的性质而未超过40 km.

所以，红杂色含铀岩系叠加复合氧化带规模宏大是一个相对的概念，它们相较于灰黑色含铀岩系更为发育，但也受沉积盆地性质和沉积体系类型的不同而异.因此，在实际应用过程中，一定要结合实际的地质背景进行宏观规划和战略预测.

5 结论

（1）依据沉积期的古气候和古环境，将含铀岩系划分为灰黑色和红杂色两种具有本质区别的极端类型.红杂色含铀岩系相较于灰黑色含铀岩系，总体缺少有机还原介质，铀储层砂体的TOC、S_全和FeO含量均较低，同时铀储层砂体的岩石地球化学类型更加复杂多样.

（2）在红杂色含铀岩系中，铀储层内部的黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、磁铁矿、钛铁矿等无机还原介质充当了铀成矿的重要角色.由沉积相变而形成的铀储层外部还原介质可以弥补内部还原能力的不足，它们对区域层间氧化带和铀成矿的空间定位起到决定性作用.

（3）红杂色含铀岩系的后生氧化蚀变看似“微弱”，主要表现为条带状氧化、斑点状氧化和灰白色氧化，不易识别.氧化带是后生氧化与原生氧化的叠加复合，规模宏大，通常可以延伸至盆地腹地.

（4）针对红杂色含铀岩系，业界亟待探索无机还原介质的成矿机理、建立无机还原介质评价的环境参数标准、总结原生与后生氧化作用的识别标志.在勘查预测中，不仅需要准确定位预测整装灰色还原地质体、正确识别“弱”氧化带，还要打破常规进入盆地腹地开展勘查评价.

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基金资助

国家重点研发计划项目(2018YFC0604202)

国家自然科学基金项目(42172128)

国家自然科学基金项目(42202091)

国家自然科学基金项目(42302096)

中国核工业地质局生产中科研项目(20250260955)

中国核工业地质局生产中科研项目(20240260419)

中国核工业地质局生产中科研项目(2022026428)

中国核工业地质局生产中科研项目(2020026322)

核工业二一六大队协作项目(20250260710)

核工业二一六大队协作项目(2019026150)

辽河石油勘探局有限公司协作项目(2013026335)

辽河石油勘探局有限公司协作项目(2011026091)

广西壮族自治区地质矿产勘查开发局协作项目(20240260208)

广西壮族自治区地质矿产勘查开发局协作项目(2021026270)