松遼盆地東南緣下白堊統(tǒng)沙河子組鈾礦化特征及成礦潛力

趙 岳，李軻巖，徐 強(qiáng)*，范晶晶，丁 蓉，霍 超

1.中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京100039；

2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；

3.中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京100028

松遼盆地是中國北方陸相盆地中砂巖型鈾礦主要富集盆地之一。近十幾年的鈾礦勘查實(shí)踐顯示了極大的鈾礦勘查潛力（程紀(jì)星等，2000；陳曉林等，2007；于文斌等，2006；羅毅等，2012），并在盆地南部上白堊統(tǒng)發(fā)現(xiàn)錢家店超大型砂巖型鈾礦（張振強(qiáng)，2006；榮輝，2016；夏毓亮，2010；羅毅等，2007）。前人在鈾成礦地質(zhì)條件（構(gòu)造樣式及構(gòu)造演化，沉積相、地層結(jié)構(gòu)、砂巖展布等沉積特征，古氣候條件，后生蝕變及鈾礦化特征），控礦要素及成礦模式等方面開展了卓有成效的研究（于文斌等，2006，2008；榮輝，2016；夏飛勇等，2019；蔡煜琦和李勝祥，2008；焦養(yǎng)泉等，2018；陳方鴻等，2005；陳曉林等，2008；榮輝，2016；Bonnetti et al., 2017），揭示了盆地上白堊統(tǒng)鈾礦賦存規(guī)律及成礦機(jī)制。但在盆地早白堊世斷陷期很少見鈾礦化顯示，也缺乏有針對性的勘探及研究工作，這一定程度上制約了對盆地鈾礦資源潛力的認(rèn)識。

2015 年，筆者依據(jù)“煤鈾兼探”找礦思路，通過對松遼盆地東南隆起區(qū)梨樹地區(qū)煤、油等勘查資料的“二次開發(fā)”，圈定了砂巖型鈾成礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)，實(shí)施了驗(yàn)證鉆孔，并在下白堊統(tǒng)煤系地層中發(fā)現(xiàn)鈾礦化顯示，找礦效果顯著。本項(xiàng)研究在前人研究的基礎(chǔ)上，通過巖心、薄片觀察描述，測井曲線和樣品測試分析，深入分析了目的層鈾礦化特征，并從鈾源條件、構(gòu)造、巖性巖相特征、古氣候條件等幾個方面分析了鈾礦成礦條件，在此基礎(chǔ)上，評價了盆地下白堊統(tǒng)沙河子組鈾成礦潛力，以期為豐富和拓展盆地鈾礦找礦新領(lǐng)域提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于松遼盆地東南隆起區(qū)梨樹斷陷的東南部，構(gòu)造區(qū)劃上屬于梨樹斷陷的一部分（圖1）。梨樹斷陷呈北東向分布于松遼盆地東南隆起區(qū)，可細(xì)分為4個次級構(gòu)造單元。中生代以來，梨樹斷陷經(jīng)歷了多期次復(fù)雜的構(gòu)造演化，形成西斷東超、西厚東薄的單斷式斷陷盆地（圖1c）?？v向上，斷坳疊置，下部斷陷層沉積下白堊統(tǒng)地層，發(fā)育斷階式斷裂系統(tǒng)。上部坳陷層充填中晚白堊系地層，構(gòu)造活動減弱。研究區(qū)位于半地塹構(gòu)造的緩坡帶。

梨樹斷陷基底由古生代地層和古生代—中生代花崗巖組成，巖性主要為中深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖和同期花崗巖，鈾含量（3.9×10-6～8.7×10-6）普遍較高（于文斌等，2006）。沉積蓋層主體為上侏羅統(tǒng)、白堊系、新生界，其中，下白堊統(tǒng)是石油、煤及鈾礦等礦產(chǎn)的主要富集層。研究區(qū)白堊系自下而上劃分為沙河子組、泉頭組，地層巖性巖相特征及空間展布受構(gòu)造形態(tài)和斷裂的控制。沙河子組為盆地強(qiáng)烈裂陷期的產(chǎn)物，泉頭組則為斷坳轉(zhuǎn)換及整體坳陷期產(chǎn)物。

沙河子組發(fā)育扇三角洲相與河流相砂礫巖、湖相灰色泥巖夾煤層建造。自下而上劃分為砂礫巖段、含煤段及砂泥巖段。砂礫巖段厚度約30～250 m，由灰—灰白色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖及凝灰質(zhì)碎屑巖組成。含煤段厚約100～250 m，由灰色—灰黑色泥巖、粉砂巖和煤層互層組成。砂泥巖段厚150～440 m，底部為灰黑色泥巖，中部主要為灰黑色厚層泥巖及粉砂巖夾薄層礫巖，上部以灰色—灰白色礫巖、砂巖為主，夾粉砂巖及薄煤層，具正旋回結(jié)構(gòu)，該段中、上部多為后期抬升剝蝕，與上覆泉頭組不整合接觸。泉頭組以河流沉積相為主，上部巖性以灰綠色細(xì)砂巖、灰白色粗砂巖為主，夾薄層灰綠色礫巖，下部以紫紅色礫巖為主，夾薄層灰綠色細(xì)砂巖、泥巖、灰白色粗砂巖。

目前，在盆地西南隆起區(qū)開魯坳陷錢家店已發(fā)現(xiàn)大型或超大型的砂巖型鈾礦床，鈾礦成礦潛力較大。另外在研究區(qū)以往煤田勘探鉆孔中發(fā)現(xiàn)放射性異常顯示，可作為良好的鈾礦找礦標(biāo)志（金若時等，2014,2016；趙岳等，2018；圖1a）。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

2 巖性特征及沉積相

根據(jù)巖相及測井曲線特征分析,可在研究區(qū)沙河子組上段識別出扇三角洲沉積相類型，主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相。扇三角洲前緣是三角洲砂體發(fā)育的主要部分，存在于淺水區(qū)，位于正常浪基面之下，巖性變化大，識別出水下分流河道、水下分流河道間沉積微相。水下分流河道微相巖性主要是含礫砂巖、砂巖，分選較差，磨圓中等至差，常發(fā)育交錯層理、波狀層理。水下分流河道間微相巖性主要是泥巖、粉砂巖，及砂巖粉砂巖互層，位于水下分流河道的兩側(cè)，屬于低能環(huán)境（圖2）。鈾礦化主要分布在扇三角洲水下分流河道微相環(huán)境，或水下分流河道微相與分流河道間微相接觸界面附近。

通過對含礦目的層砂巖顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，含礦目的層砂巖顯微結(jié)構(gòu)顯示類型有長石石英粗砂巖、長石石英砂巖、含礫石英長石砂巖、石英長石砂巖（圖3）。砂巖碎屑顆粒主要為石英、長石、云母、巖屑和少量重礦物。石英含量介于20%～45%，平均28%，顆粒總體以棱角狀、次棱角狀為主，磨圓度較差，個別石英有拉長現(xiàn)象，定向排列。長石含量通常大于石英，含量介于15%～65%，平均42.5%，可分為堿性長石和斜長石（圖3b）。堿性長石主要包括微斜長石和條紋長石。顆粒呈次棱角狀、分選磨圓較差，反映花崗巖為主的母巖近源搬運(yùn)的特征。目的層砂巖中巖屑組分含量介于10%～65%，平均25%，巖屑成分主要為花崗巖、流紋巖（圖3b）。碎屑巖中重礦物和云母含量較少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于1%，重礦物主要包括黃鐵礦、磁鐵礦等?；疑€原砂巖中見炭化植物碎屑、微塊狀炭屑。

圖2 研究區(qū)沙河子組上段ZK1、LS-3井沉積特征（a:ZK1;b:LS-3）Fig.2 Sedimentary characteristics of the ZK1 and LS-3 wells in the upper section of the Shahezi Formation in the study area

通過對研究區(qū)含礦目的層沙河子組上段砂巖進(jìn)行鏡下觀察和碎屑顆粒的分析統(tǒng)計(jì)（表1），并將結(jié)果進(jìn)行投圖分類，采用Folk( 1968) 的砂巖分類方法，在（Q-F-L）三元圖上進(jìn)行投圖（圖4）。結(jié)果顯示梨樹地區(qū)砂巖類型主要以長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，巖屑砂巖次之，個別樣品基質(zhì)含量較高，為長石巖屑雜砂巖及巖屑雜砂巖。

3 鈾礦化特征

研究區(qū)沙河子組鈾礦化主要分布在上部砂礫巖段，巖性主要為石英長石砂巖和長石石英砂巖（圖5），石英含量一般為30%～40%，呈棱角狀、次棱角狀，磨圓度中等，分選差。長石含量介于30%～60%，包括斜長石、微斜長石和條紋長石，條紋長石呈微條紋構(gòu)造，卡氏雙晶，棱角狀、磨圓度差，成熟度低。以孔隙式膠結(jié)為主，泥質(zhì)是主要的膠結(jié)物類型。

礦化層中厚度變化范圍為0.10～0.50 m，平均值0.30 m；品位變化范圍為0.0095%～0.0373%，平均0.0259%；平米鈾量變化范圍為0.03～0.10 kg/m2，平均0.0775 kg/m2。鈾礦化層厚度、品位的變化均不大。

U-Ra 平衡特征反映鈾的遷移或富集狀況（舒米林等，1990）。本次共采集鈾鐳樣品20個，應(yīng)用偏度、峰度法對這些樣品進(jìn)行分布類型檢驗(yàn)，均服從對數(shù)正態(tài)分布，說明有一定的代表性，能夠說明研究區(qū)內(nèi)鈾、鐳的變化、分布情況。參照鈾鐳平衡系數(shù)測量規(guī)范（EJ/T 1094-1999），計(jì)算得到研究區(qū)鈾鐳平衡系數(shù)平均值為0.99，表現(xiàn)為平衡略偏鈾狀態(tài)（表2）。

通過統(tǒng)計(jì)分析Kp 與U 含量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)為0.0025（圖6），二者相關(guān)性小。

圖3 研究區(qū)含礦目的層砂巖顯微結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Microstructure characteristics of sandstone in the ore-bearing target layer in the study area

表1 研究區(qū)沙河子組上段砂巖成分含量表Table 1 Sandstone composition content of the upper section of Shahezi Formation in the study area

圖4 研究區(qū)沙河子組上段砂巖分類Fig.4 The sandstone types of the target layers in the study area

砂巖型鈾礦層的礦體形態(tài)受成礦類型及巖相特征的控制，研究區(qū)沙河子組鈾礦化發(fā)育在沙河子組頂部砂礫巖段，富礦體沉積環(huán)境為沖積扇、扇三角洲相，巖性主要為成熟度較低的砂礫及泥巖夾層，富含碳化植物碎屑等有機(jī)質(zhì)。鈾礦化主要賦存在沙河子組和上部泉頭組不整合面附近，巖石顏色從上至下由紅色突變?yōu)榛疑⒒液谏?，礦化層形態(tài)呈板狀（圖7），表明鈾礦化與古潛水氧化作用有關(guān)。

圖5 研究區(qū)礦化層巖石顯微結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Microstructure characteristics of mineralized layer rocks in the study area

表2 研究區(qū)鈾鐳平衡系數(shù)結(jié)算結(jié)果表Table 2 Results of uranium radium balance coefficient in the study area

圖6 U-Ra平衡系數(shù)和U含量的關(guān)系Fig.6 Relationship between U-Ra balance coefficient and U content

4 鈾成礦地質(zhì)條件分析

4.1 鈾源條件

研究區(qū)東南部蝕源區(qū)主要由加里東期、海西期和燕山期花崗巖及酸性火山巖組成，鈾含量3.9×10-6～9.5×10-6，白堊系鈾含量普遍較高，鈾含量平均3.68×10-6，鈾源充足。

4.2 構(gòu)造條件

研究區(qū)位于梨樹半地塹式斷陷寬緩且平坦的緩坡帶，構(gòu)造抬升適中，為沖積扇、短程辮狀河、三角洲等有利相帶的發(fā)育提供了適宜的構(gòu)造條件，利于形成穩(wěn)定的厚層高滲透性砂層。高滲透性砂層可作為含鈾含氧水運(yùn)移的良好通道。下白堊統(tǒng)沙河子組沉積后，地層抬升剝蝕，與上覆地層存在較長沉積間斷，這有利于含鈾含氧水垂直下滲，遇到強(qiáng)還原障時，富集成礦。

4.3 巖性—巖相特征

含礦目的層下白堊統(tǒng)沙河子組上段發(fā)育沖積扇、扇三角洲沉積體系，以富礫巖、含礫粗砂巖、中—粗砂巖的正粒序?yàn)橹?。含礦巖石粒度較粗，普遍含礫，以含礫泥巖、含砂礫巖、含礫砂巖為主，砂體厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，成熟度低，富含有機(jī)質(zhì)、炭屑等還原劑，巖石滲透率較好，含鈾含氧的地表水或地下水在沿上述透水性較好的砂巖滲透運(yùn)移，將透水層中的還原組分氧化，水中的鈾在氧化還原界面處沉淀富集成礦。

4.4 古氣候

早白堊世末期，古氣候發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致沉積建造由灰黑色向紅雜色轉(zhuǎn)變是砂巖型鈾礦成礦的關(guān)鍵。研究區(qū)下白堊統(tǒng)沙河子組沉積時期，古氣候以潮濕氣候?yàn)橹?，沉積的含礦層中富含有機(jī)質(zhì)、硫化物等還原介質(zhì)。泉頭組沉積時期，孢粉組合面貌及沉積建造反映古氣候由潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊?、干旱性質(zhì)（黃清華等，1999；李勝祥等，2002；表3），發(fā)育紅色碎屑巖建造。干旱氣候條件下，植被不發(fā)育，有利于含鈾含氧水呈垂向和橫向滲入。

4.5 巖石原生地球化學(xué)類型與后生蝕變特征

研究區(qū)下白堊統(tǒng)沙河子組巖石總體為灰—深灰色原生地球化學(xué)類型，反映還原環(huán)境，可見炭屑及薄煤線，巖石還原能力強(qiáng)（圖8）；含礦層頂部與下白堊統(tǒng)泉頭組不整合接觸，泉頭組主要以灰白的、紅褐色、磚紅色等次生氧化色為主，反映氧化環(huán)境（圖9）。

圖7 研究區(qū)鈾礦化層形態(tài)Fig.7 Urea mineralization layer morphology in the study area

表3 白堊紀(jì)地層對應(yīng)古氣候類型分類表Table 3 Cretaceous stratigraphy corresponding paleoclimate types

鐵氧化物含量的變化是后生蝕變重要的地化指標(biāo)。在下白堊統(tǒng)沙河子組中，礦化層Fe2O3降低、FeO增高，同時C有、Eh增高（圖9），表明該類灰黑色、灰色巖石處于原生地球化學(xué)環(huán)境，還原能力強(qiáng)，是后生鈾成礦的優(yōu)質(zhì)巖石類型。

圖8 ZK1下白堊統(tǒng)泉頭組底部巖心照片F(xiàn)ig.8 Photographs of the bottom core of the Cretaceous Quantou Formation under ZK1

綜合分析研究區(qū)成礦地質(zhì)背景、找礦目的層沉積特征、古氣候、巖石原生地球化學(xué)類型及區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鈾礦化特征，發(fā)現(xiàn)本區(qū)鈾源豐富、位于構(gòu)造緩坡帶，構(gòu)造條件適中，巖性—巖相組合有利，含礦層分布廣泛且?guī)r石中還原劑和吸附劑充足，含礦段處于古氣候條件從溫濕向干旱轉(zhuǎn)換帶，古氣候條件適宜，加之以往的煤炭勘查及本次鈾礦勘查中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的放射性異常，表明研究區(qū)具有砂巖型鈾礦成礦潛力，鈾礦化主要分布在構(gòu)造緩坡帶靠近蝕源區(qū)一側(cè)，平面上常呈板狀展布。這為松遼盆地東南隆起區(qū)新層系鈾礦找礦提供了重要的找礦方向。

5 結(jié)論

（1）基于松遼盆地東南緣鈾礦勘查實(shí)踐，綜合分析下白堊統(tǒng)沙河子組含礦目的層沉積演化特征，發(fā)現(xiàn)沙河子上段沉積環(huán)境主要為扇三角洲前緣水下分流河道及分流河道間微相，巖石類型主要為長石石英砂巖、石英長石砂巖，次要為巖屑長石砂巖。鈾礦化主要發(fā)育在扇三角洲水下分流河道微相環(huán)境，或水下分流河道微相與分流河道間微相接觸界面附近。

（2）沙河子組上段鈾礦化層巖石類型主要為砂巖及含泥砂巖，厚度平均0.30 m，品位平均0.0259%，平米鈾量平均0.0775 kg/m2，鐳平衡系數(shù)平均0.99，鈾礦化層形態(tài)呈板狀。

圖9 研究區(qū)含礦層地球化學(xué)類型環(huán)境指標(biāo)圖Fig.9 Environmental indicators of the geochemical type of the ore-bearing strata in the study area

（3）研究區(qū)東南部蝕源區(qū)巖石鈾含量高，位于寬緩而平坦的緩坡帶，構(gòu)造抬升適中，發(fā)育高滲透性砂巖，巖性—巖相組合有利，古氣候演化由濕潤向干旱轉(zhuǎn)換，含礦層為灰—深灰色原生地球化學(xué)類型，表明具有良好的砂巖型鈾礦成礦潛力。

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