松遼盆地錢家店地區(qū)上白堊統(tǒng)輝綠巖特征及鈾成礦作用

顏新林

( 中國(guó)石油遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

近年來(lái)，松遼盆地錢家店地區(qū)鈾礦勘探取得重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)多個(gè)砂巖型鈾礦床，儲(chǔ)量規(guī)模逐年遞增，鈾資源量達(dá)到國(guó)家超大型砂巖型鈾礦床規(guī)模[1-10]。錢家店鈾礦的成功勘探與開發(fā)開辟陸相盆地砂巖型鈾礦勘查的新局面。

隨著鈾礦勘探開發(fā)的深入，錢家店地區(qū)北部多口鉆孔有一定規(guī)模的輝綠巖侵入，且在輝綠巖侵入周邊發(fā)現(xiàn)多個(gè)工業(yè)鈾礦床和鈾礦孔?；鹕綆r在金、銅、錫、稀土、油氣[11-12]，以及鈾成礦中具有重要作用。人們對(duì)錢家店砂巖型礦床成因開展研究。陳曉林等[1]認(rèn)為，錢家店地區(qū)姚家組巖相特征和砂體的非均質(zhì)性對(duì)氧化帶及鈾礦化的分布、形態(tài)有明顯控制作用。龐雅慶等[2]分析巖心和剖面系統(tǒng)，認(rèn)為辮狀河道層間氧化帶、泛濫平原與辮狀河道間泥巖層控制氧化帶前鋒線的形態(tài)與分布，進(jìn)而控制鈾成礦作用的發(fā)生與鈾礦體的形態(tài)和分布。羅毅等[3-4]提出三位一體控礦理論，即錢家店鈾礦鈾富集成礦受“晚白堊世辮狀河道洼地、嫩江期末反轉(zhuǎn)隆升剝蝕構(gòu)造天窗及貫通性基底斷裂”的控制，完善錢家店礦床成礦理論。焦養(yǎng)泉等[5]認(rèn)為，砂巖型鈾礦不僅需要同沉積期的穩(wěn)定構(gòu)造背景，以及成礦期和適當(dāng)掀斜作用的構(gòu)造背景，有些礦床還需要成礦期后的構(gòu)造環(huán)境。田時(shí)豐[6]、李宏濤等[7]、湯超等[8]認(rèn)為，油氣與砂巖型鈾礦具有密切的時(shí)空聯(lián)系，油氣吸附作用和還原作用參與砂巖型鈾礦成礦過(guò)程。錢家店砂巖型鈾礦具體成因存在爭(zhēng)議，缺少輝綠巖分布、識(shí)別標(biāo)志及其在鈾成礦中所起作用研究。

筆者利用巖心、測(cè)井和地震資料，識(shí)別松遼盆地錢家店地區(qū)輝綠巖侵入特征；應(yīng)用鏡下薄片、包裹體測(cè)溫、U-Pb同位素定年、背散射電子成像和電子探針?lè)治龅?，探討輝綠巖侵入與鈾成礦作用之間的關(guān)系，為輝綠巖識(shí)別、砂巖型鈾礦成因研究及砂巖型鈾礦勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市境內(nèi)，構(gòu)造上位于松遼盆地南部開魯坳陷的東北部錢家店凹陷[13]。該凹陷呈NNE-NE向狹窄條帶狀展布，長(zhǎng)約為100 km，寬為9～20 km，面積約為1 280 km2，是開魯坳陷的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元(見圖1)。構(gòu)造演化表明，錢家店凹陷的形成經(jīng)歷早白堊世斷陷和末期抬升剝蝕、晚白堊世坳陷及末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)和抬升剝蝕4個(gè)階段[14-15]。鉆井揭示，上白堊統(tǒng)主要包括青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)及嫰江組(K2n)，屬于河流相—湖泊相沉積，其中含礦層姚家組為辮狀河流相沉積，地層產(chǎn)狀平緩，具有良好的泥—砂—泥結(jié)構(gòu)，單層砂體厚度為10.0～45.0 m，橫向分布穩(wěn)定。孢粉資料及巖石學(xué)分析表明，含礦層姚家組砂體屬于干旱—半干旱古氣候條件，巖性以紅色為主，間夾淺灰色中細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，巖石分選性較好，膠結(jié)物較少，泥質(zhì)含量較低(體積分?jǐn)?shù)一般小于15%)，孔隙度較高(多為25%～35%)，透水性好。礦區(qū)構(gòu)造主要由北東向、近東西向和北西向幾組斷裂組成，斷裂的多期活動(dòng)為深部流體向淺部氧化層運(yùn)移有利通道提供便利條件。研究區(qū)多期構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致大規(guī)模的基性巖漿活動(dòng)，基性巖漿沿地層或斷裂上涌，在礦床內(nèi)和周邊形成大面積的輝綠巖巖體及巖蓋。

圖1 松遼盆地錢家店地區(qū)姚家組上段構(gòu)造分區(qū)及鈾礦帶與輝綠巖疊合Fig.1 Tectonic zoning and overlap of uranium deposits and diabasefrom the upper member of Yaojia formation in Qianjiadian area, Songliao basin

2 輝綠巖識(shí)別特征

2.1 巖石學(xué)特征

錢家店地區(qū)輝綠巖由古近紀(jì)侵入，在姚家組和嫩江組發(fā)育，在青山口組個(gè)別井中有鉆遇。姚家組輝綠巖巖心主要呈灰綠色(見圖2(a))或灰黑色，致密堅(jiān)硬，呈塊狀，局部角礫化，構(gòu)造裂縫和溶蝕縫發(fā)育，厚度從幾米到幾十米不等，最厚可達(dá)82 m。鏡下觀察輝綠巖具全晶質(zhì)似斑狀結(jié)構(gòu)(見圖2(b))，主要礦物有基性斜長(zhǎng)石、輝石等，輝石呈他行，斜長(zhǎng)石自形程度較好，呈長(zhǎng)條狀，斜長(zhǎng)石和輝石大小相近，或輝石略大于斜長(zhǎng)石；次要礦物為黑云母、堿性長(zhǎng)石、角閃石和石英等。在輝綠巖冷凝過(guò)程中有易揮發(fā)物質(zhì)溢出，氣孔被方解石、石英和玉髓等礦物質(zhì)充填。巖心水平和高角度構(gòu)造縫、蛇曲形溶蝕縫發(fā)育，裂縫被方解石完全充填(見圖2(c))。

圖2 松遼盆地錢家店地區(qū)上白堊統(tǒng)輝綠巖巖石學(xué)特征

2.2 測(cè)井響應(yīng)特征

根據(jù)研究區(qū)礦床中輝綠巖較發(fā)育的11口典型鉆井資料，輝綠巖厚度為35.8～82.0 m。在測(cè)井曲線上，輝綠巖自然伽馬、聲波時(shí)差和深、淺側(cè)向電阻率測(cè)井，與圍巖砂巖、鈣質(zhì)砂巖、泥巖和凝灰?guī)r沉積地層差異明顯(見表1和圖3)，具有“兩低一高”的測(cè)井響應(yīng)特征。自然伽馬呈低值，為23.8～45.5 API(見表1)，曲線表現(xiàn)為高幅箱型。Th和U測(cè)井值較低，平均分別為2.7×10-6和2.3×10-6，顯示輝綠巖具有較低的放射性強(qiáng)度，輝綠巖的侵入難以提供成礦的鈾源。聲波時(shí)差也呈低值，曲線基本呈中高幅箱型，為48.0～65.0 μs·ft-1，表明輝綠巖巖性具有比較均勻致密特征。深、淺側(cè)向電阻率測(cè)井呈齒狀箱型，為500～1 080 Ω·m，較高的電阻率也表明研究區(qū)輝綠巖巖性具有致密特征。

表1 松遼盆地錢家店地區(qū)上白堊統(tǒng)輝綠巖測(cè)井響應(yīng)參數(shù)

圖3 松遼盆地錢家店地區(qū)姚家組上段輝綠巖測(cè)井響應(yīng)特征Fig.3 Logging response of diabase for the upper member of Yaojia formation in Qianjiadian area, Songliao basin

2.3 地震反射特征

輝綠巖巖性致密堅(jiān)硬，孔滲低，密度大，聲波速度為4 869～6 350 m/s，侵入體與圍巖波阻抗差異明顯。地震剖面上，輝綠巖巖株侵入體刺穿巖層(見圖4(a))，向左右溢流順層分布(見圖4(b))，或穿層以指狀尖滅；穿層巖漿又重新順層溢流，或穿層尖滅，構(gòu)成樹枝狀的輝綠巖侵入體結(jié)構(gòu)。巖株在空間上被兩側(cè)地層夾于中間，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)雜亂，與圍巖反射特征差異明顯，呈中—低頻、中弱振幅，連續(xù)性差。順層的輝綠巖呈平行—亞平行反射結(jié)構(gòu)，呈中—低頻、強(qiáng)振幅，同相軸連續(xù)性好，巖體與圍巖產(chǎn)狀一致，侵入過(guò)程是供給巖株熔漿擠入地層而冷凝固結(jié)的結(jié)果。穿層的輝綠巖同相軸連續(xù)性變差，呈粘連狀，以強(qiáng)振幅與弱振幅或強(qiáng)振幅粘連，巖體與圍巖存在明顯的角度不整合，侵入過(guò)程是巖漿穿切地層而冷凝固結(jié)的結(jié)果。

3 鈾成礦作用

3.1 輝綠巖侵入

成礦年齡是成礦機(jī)制研究的重要依據(jù)[3-4,15-16]。鉆探表明，錢家店地區(qū)鈾礦化較好的區(qū)塊一般淺部發(fā)育輝綠巖，輝綠巖從下部侵入到上白堊世地層。測(cè)定輝綠巖的侵入年齡與礦床的形成年代，能夠推測(cè)輝綠巖侵入與鈾成礦的聯(lián)系。采用Ar-Ar同位素測(cè)年法和U-Pb同位素定年法，分別測(cè)試輝綠巖和鈾礦石同位素年齡。Ar-Ar同位素測(cè)年選取礦化很好的Q1-02-02孔淺部新鮮輝綠巖樣品，兩次測(cè)定結(jié)果分別為(53.0±2.3)Ma和(45.8±8.0)Ma(誤差為1σ)，平均為(49.4±5.0)Ma(誤差為1σ)，與羅毅等[4]報(bào)導(dǎo)的輝綠巖脈K-Ar年齡(51.0 Ma)十分接近。

圖4 松遼盆地錢家店地區(qū)輝綠巖地震響應(yīng)特征Fig.4 Seismic response of diabase in Qianjiadian area of Songliao basin

U-Pb同位素定年法誤差在2σ內(nèi)，小于0.05‰，可信度高。U-Pb等時(shí)線處理后，對(duì)測(cè)試年齡綜合歸納，選取錢家店鈾礦床10個(gè)鉆孔、61件樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試儀器為Isoprobe熱電離子質(zhì)譜儀，擬合等時(shí)線相關(guān)因數(shù)大于0.980，成礦年齡為(89.0±11.0)Ma(見圖5(a))、(67.0±5.0)Ma(見圖5(b))、(53.0±3.0)Ma(見圖5(c))、(44.0±4.0)Ma(見圖5(d))、(40.0±3.0)Ma(見圖5(e))、(38.0±6.0)Ma(見圖5(f))。錢家店鈾礦成礦年齡(89.0±11.0)Ma與晚白堊世姚家組沉積年齡相當(dāng)，表明鈾礦在姚家組沉積時(shí)期已經(jīng)開始富集；鈾成礦年齡(53.0±3.0)Ma、(44.0±4.0)Ma、(40.0±3.0)Ma和(38.0±6.0)Ma與輝綠巖巖漿活動(dòng)時(shí)期相當(dāng)，或在鈾成礦后輝綠巖巖漿活動(dòng)參與部分鈾礦床的形成。

圖5 松遼盆地錢家店地區(qū)鈾礦石U-Pb等時(shí)線年齡圖解Fig.5 U-Pbisochron diagrams of uranium ore in Qianjiadian area of Songliao basin

3.2 輝綠巖熱液作用

輝綠巖熱液活動(dòng)與鈾沉淀富集密切相關(guān)[17-26]。輝綠巖熱液能夠?yàn)殁櫝傻V提供良好的地球化學(xué)環(huán)境，上侵從深部帶來(lái)富含CH4、H2S、H2和Fe2+等還原性流體，構(gòu)成鈾還原沉淀的氧化—還原障；∑CO2、∑SiO2的流體能夠與深部地層中鈾結(jié)合，形成礦液的碳酸鈾酰離子和硅酸鈾酰離子，有利于鈾遷移沉淀[21,26-29]。高嶺石、水云母—絹云母等熱液蝕變黏土礦物具有很大的表面自由能和吸附能力，可較好地捕獲液體中的UO2+[23]。另外，由于輝綠巖巖漿上侵，含鈾巖層流體溫度升高，含氧、含鈾流體分子運(yùn)動(dòng)速度加快，含礦溶液物理化學(xué)平衡條件發(fā)生變化，促進(jìn)流體中U的析出[30]。

錢家店地區(qū)鈾礦床表現(xiàn)為強(qiáng)烈的輝綠巖熱液作用改造，鈾礦熱液蝕變釋放出大量的Fe2+、Mg2+、Ca2+、Si4+、P5+和Ti4+等離子，含礦砂巖形成新生膠結(jié)物。鈾礦床中主要有脈狀硅化[9]、碳酸鹽化、高嶺石化(見圖6(a))、赤鐵礦化(見圖6(b))、黃鐵礦化(見圖6(c))、黃銅礦化(見圖6(d))、水云母—絹云母化[31-32]等熱液蝕變類型。利用電子探針對(duì)膠狀黃銅礦、黃鐵礦邊緣瀝青鈾礦進(jìn)行測(cè)定(見圖6(e))，鈾礦主要為UO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.75%～62.17%)、SiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.67%～17.90%)、P2O5(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.73%～8.66%)和CaO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.03%～4.10%)等成分，其次為Al2O3、MgO、TiO2、FeO和PbO等成分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.00%。

圖6 松遼盆地錢家店地區(qū)輝綠巖熱液作用巖心、掃描電鏡和包裹體鏡下特征Fig.6 Microscopic characteristics of hydrothermalism core, scanning electron microscope and inclusion of diabase in Qianjiadian area, Songliao basin

原生包裹體均一溫度可以記錄含礦流體沉淀時(shí)的溫度[33-35]，判斷含礦流體是否經(jīng)歷熱液改造。錢家店鈾礦床含礦層姚家組巖礦石中脈狀碳酸鹽(見圖6(f))、石英和長(zhǎng)石等礦物，含烴鹽水包裹體均一溫度測(cè)定溫度大于100 ℃，大多集中在140～180 ℃之間；包裹體的鹽度為8.8%～43.4%，主要分布在12%～24%之間，與現(xiàn)測(cè)滲出流體的礦化度基本一致，包裹體的烴主要來(lái)源于侏羅系九佛堂組烴源巖[36]。包裹體溫度異常再次說(shuō)明含礦層存在熱液作用，根據(jù)空間及含礦層熱蝕變礦物，含氧、含鈾低溫?zé)嵋旱男纬膳c研究區(qū)礦床內(nèi)及邊緣古近紀(jì)輝綠巖巖漿活動(dòng)有關(guān)。

3.3 輝綠巖滯水作用

在砂巖型鈾礦形成過(guò)程中，受青山口組和嫩江組大套氧化色泥巖隔擋，含氧、含鈾流體沿姚家組砂體移動(dòng)，在氧化還原過(guò)渡帶處還原沉淀，形成鈾礦床。在地層中還原劑充足的情況下，鈾礦富集程度取決于含氧、含鈾流體在砂層中的流速，流速太快不利于成礦。

圖7 研究區(qū)輝綠巖與鈾礦體結(jié)構(gòu)關(guān)系Fig.7 Diagram of the structural relationship between water stagnating of diabase and distribution of uranium ore body

錢家店地區(qū)淺灰色砂巖分選性好，膠結(jié)物較少，孔隙度較高，透水性好，含鈾流體流速快；廣泛分布的輝綠巖具有低孔、低滲的特點(diǎn)，結(jié)晶程度小，較致密，可以作為良好的滯水層，含氧、含鈾流體有充分的時(shí)間與還原物質(zhì)相互作用，易于鈾的還原沉淀，形成規(guī)模較大的鈾礦床。在空間上，輝綠巖既有平行下伏地層以巖蓋(巖盤)狀分布，也有穿插地層以巖墻狀分布，在垂向和側(cè)向上具有較好的隔擋效果(見圖7)。另外，與輝綠巖接觸的圍巖(較軟紫紅色泥巖、砂巖)受到烘烤而變硬、褪色，加強(qiáng)輝綠巖附近巖性體的隔擋作用。在研究區(qū)北部發(fā)育構(gòu)造剝蝕天窗(見圖1)，垂向分布的輝綠巖巖墻隔擋潛水氧化對(duì)鈾礦的破壞作用，側(cè)向上由巖性不整合導(dǎo)致的含鈾水體在其一側(cè)富集。

4 結(jié)論

(1)松遼盆地錢家店地區(qū)上白堊統(tǒng)廣泛發(fā)育輝綠巖巖株體，且多分布于工業(yè)鈾礦床和鈾礦點(diǎn)，可以根據(jù)巖性、測(cè)井和地震反射特征對(duì)它進(jìn)行識(shí)別。

(2)U-Pb同位素定年測(cè)試鈾成礦年齡為(53.0±3.0)Ma、(44.0±4.0)Ma、(40.0±3.0)Ma和(38.0±6.0)Ma，與Ar-Ar同位素測(cè)年測(cè)定的輝綠巖侵入時(shí)間為51.0 Ma接近；或輝綠巖侵入時(shí)間在鈾成礦后，輝綠巖巖漿活動(dòng)參與部分鈾礦床的形成。

(3)研究區(qū)含氧、含鈾低溫?zé)嵋旱男纬膳c礦床內(nèi)及邊緣早白堊世輝綠巖巖漿活動(dòng)有關(guān)，輝綠巖發(fā)育區(qū)巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的后期熱液改造作用及滯水作用，促使含鈾流體在其內(nèi)部或邊緣富集而形成砂巖型鈾礦，成為砂巖型鈾礦勘探有利目標(biāo)區(qū)。

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