二連盆地烏蘭察布坳陷中東部賽漢組上段古河道砂體巖石學(xué)特征及其鈾成礦意義

呂永華，封志兵，康世虎，李滿根，茍冽源

(1. 核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2. 東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

砂巖型鈾礦已成為我國鈾礦勘探的主要類型(張金帶，2011；聶逢君等，2015)。二連盆地的砂巖型鈾礦找礦工作已歷經(jīng)20余年，期間確定并優(yōu)選位于盆地西北部的連通烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷內(nèi)的古河道為成礦有利區(qū)(童波林等，2017)，并相繼探明了賽罕高畢、巴彥烏拉、哈達(dá)圖、芒來等一系列鈾礦床。前人對該古河道開展了大量研究工作(董庭寬等，2001；劉武生等，2013；聶逢君等，2015；劉波等，2016，2017，2018；喬鵬等，2017；童波林等，2017)。利用石油、煤炭和核工業(yè)部門的勘查鉆孔、地震剖面等資料，結(jié)合古氣候、沉積學(xué)和礦物學(xué)等測試結(jié)果，對含礦目的層賽漢組進(jìn)一步開展了分層對比研究，揭示了構(gòu)造約束下的古河道砂巖型鈾礦床分布特征及成因，探討了古河道內(nèi)巴彥烏拉、賽漢高畢等典型鈾礦床的成礦機(jī)理，建立了各鈾礦床的成礦模式，提出了找礦方向(聶逢君等，2015；劉波等，2016，2017，2018；王浩鋒等，2019；張文東等，2020)。上述研究多以馬尼特坳陷和烏蘭察布坳陷北部的古河道砂體為對象。近年來，在烏蘭察布坳陷中東部探明了哈達(dá)圖、喬爾古等多個(gè)鈾礦床/點(diǎn)。但與其他同類型鈾礦床相比，該區(qū)氧化砂體異常發(fā)育，原生帶砂巖甚至普遍缺失。通過大量的鉆孔巖芯編錄，并與測井資料對比發(fā)現(xiàn)，該區(qū)鈾礦化受巖石巖性變化控制明顯。因此，筆者將對烏蘭察布坳陷中東部賽漢組上段古河道含礦砂巖與圍巖系統(tǒng)地開展鏡下鑒定和電子探針分析，并對其粒度特征、碎屑巖結(jié)構(gòu)、組分特征等進(jìn)行對比研究，以揭示古河道砂體控礦特征并建立該區(qū)巖石學(xué)宏觀找礦標(biāo)志。

1 區(qū)域地質(zhì)

二連盆地地處蒙古-興安裂谷系中部(漆家福等，2015)。在早元古代至晚古生代，因古西伯利亞板塊與古華北板塊擠壓碰撞，古蒙古洋逐漸消亡，形成二連盆地復(fù)背斜、復(fù)向斜相間和北東向深斷裂組合的基底構(gòu)造格局。進(jìn)入中生代后，由于太平洋板塊向歐亞板塊強(qiáng)烈俯沖，地殼發(fā)生強(qiáng)烈的北東向斷裂活動，二連盆地由此進(jìn)入陸相盆地發(fā)展階段，烏蘭察布坳陷在此期間形成(馬新華等，2000)。

三疊紀(jì)中朝板塊與西伯利亞板塊再次相向強(qiáng)烈擠壓，古生代地層進(jìn)一步強(qiáng)烈褶皺、沖斷并發(fā)生區(qū)域隆升，造成二連盆地普遍缺失三疊系沉積，且此時(shí)地層以風(fēng)化剝蝕作用為主，形成一定厚度的風(fēng)化殼，為后期盆地蓋層沉積提供豐富的物源。在侏羅世，盆地先后經(jīng)歷了拉張伸展和構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用，導(dǎo)致部分早侏羅世地層缺失，而中-晚侏羅世出現(xiàn)大量逆沖斷裂，并形成一系列活動構(gòu)造。由于早白堊世末期再次發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，下白堊統(tǒng)及侏羅系發(fā)生逆沖和隆升剝蝕。此時(shí)，盆地收縮封閉，早期斷陷沖積扇-三角洲-湖泊沉積逐漸結(jié)束，轉(zhuǎn)向以河流相為主的沉積(任建業(yè)等，1998；肖安成，2001)，由此發(fā)育了沿坳陷長軸方向賽漢組上段古河道砂體(圖1)。鈾礦鉆探揭示，喬爾古-哈達(dá)圖-賽漢高畢地區(qū)發(fā)育一條長達(dá)150 km的古河道砂體，另推測喬爾古地區(qū)以西也有一條長80 km的古河道發(fā)育。其單層砂體厚度有30～80 m(圖2)，為鈾成礦提供了有利的儲存空間。

圖1 二連盆地烏蘭察布坳陷構(gòu)造分區(qū)略圖Fig.1 Tectonic division of the Ulanqab depression in the Erlian basin

圖2 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段地層對比剖面Fig.2 Stratigraphic correlation of the upper Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression1.古近系；2.二連組；3.賽漢組上段；4.賽漢組下段；5.泥巖；6.砂巖；7.紅色氧化；8.灰色還原；9.黃色氧化；10.綠色還原；11.地層角度不整合接觸；12.鈾礦體

2 巖石學(xué)特征

對烏蘭察布坳陷中東部賽漢組上段含礦砂巖和圍巖取樣42組(圖3)，開展詳細(xì)的鏡下薄片分析。該工作在核工業(yè)二〇八大隊(duì)分析測試中心完成。石英、長石和巖屑等的含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。另取8組含礦砂巖樣品開展電子探針分析，該測試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)儀器為JXA—8100M型電子探針，加速電壓為15.0 kV，探針電流為20.0 nA，束斑直徑小于2 μm。

圖3 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段砂巖樣品取樣位置Fig.3 Sampling locations of clastic rocks of the upper Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression1.烏蘭察布坳陷中東部古河谷；2.工業(yè)孔；3.礦化孔；4.異常孔；5.無礦孔；6.地名及位置

2.1 碎屑巖組分特征

含礦砂巖巖性以長石石英砂巖為主，其中石英、長石和巖屑分別占72%～83%、12%～28%、2%～14%。另有少數(shù)礦石樣品巖性為長石砂巖、巖屑長石砂巖。圍巖巖性以長石砂巖和長石石英砂巖為主，其中石英、長石和巖屑分別占33%～82%、5%～58%、1%～22%。其次為長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖(圖4)?？傮w反映碎屑巖成分成熟度低的特征。

圖4 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段碎屑巖Folk三角圖Fig.4 Folk-classification triangle chart of clastic rocks of the upper Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression1.石英砂巖；2.長石石英砂巖；3.巖屑石英砂巖；4.長石砂巖；5.巖屑長石砂巖；6.長石巖屑砂巖；7.巖屑砂巖

(1)石英。古河道賽漢組上段砂巖中的石英主要來自花崗巖，呈云霧狀消光，其次為來自其他火山巖的石英。這些石英常保留近六邊形外形或具港灣狀溶蝕邊，不具波狀消光，表面光潔；來自變質(zhì)巖的石英在碎屑物中也可見到，他形粒狀結(jié)構(gòu)，集合體呈條帶狀，具灰白干涉色和波狀消光。本區(qū)部分石英具有自生加大邊結(jié)構(gòu)，應(yīng)歸屬為再旋回石英。碎屑物中石英的多樣性，反映本區(qū)碎屑物物源的多樣性。

(2)長石。古河道賽漢組上段碎屑巖長石一般由正長石、條紋長石、微斜長石和斜長石組成，以正長石為主。正長石屬于單斜晶系，晶體結(jié)構(gòu)為架狀結(jié)構(gòu)，其形態(tài)為短柱狀和厚板狀，集合體呈粒狀，顏色發(fā)白，具有玻璃光澤；微斜長石屬于三斜晶系，晶體結(jié)構(gòu)為架狀結(jié)構(gòu)，形態(tài)為板狀和短柱狀，與正長石相似，它們都屬于鉀長石系列；條紋長石屬于堿性長石，由含鈉的長石和含鉀的長石混合而成，具有條紋結(jié)構(gòu)。鈉長石在鉀長石晶體中沿鉀長石一定結(jié)晶方向，呈水滴狀、紡錘狀、樹枝狀、碎云狀分布；斜長石的形態(tài)主要為葉片狀，因鈉和鈣的比例不同，再加上其他礦物質(zhì)的染色作用，使得斜長石的顏色較多。說明碎屑物具有近物源，母巖主要為酸性或堿性成分的火山碎屑巖。

(3)巖屑。巖屑主要由火成巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑組成，其中火成巖中花崗巖巖屑占主導(dǎo)地位(圖5)。圍巖中巖屑的平均含量(18%)大于礦石中巖屑的平均含量(15%)且圍巖中下部的巖屑含量和類型高于上部圍巖。由此反映了賽漢組上段古河道從早期到晚期物源的減少和河道化逐漸成熟的過程。

圖5 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段砂巖巖屑成分顯微鏡鏡下特征Fig.5 Clastic constituents of sandstone of the upper Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression using microscopic observationa.花崗巖、火山碎屑巖巖屑；b.花崗巖、流紋巖巖屑

(4)重礦物和云母。碎屑巖中重礦物、云母含量極少，大多數(shù)樣品中不含重礦物和云母，個(gè)別樣品中含量小于1%。重礦物主要有綠泥石、陽起石、黝簾石、燧石、金紅石及針鐵礦。部分樣品中綠泥石含量較高，呈片狀，一般為綠色，部分干涉色灰暗；陽起石呈淡綠色，柱狀，斜消光，具有角閃石式解理與晶型特征；黝簾石、燧石、金紅石及針鐵礦的含量相對較少，少許針鐵礦充填在碎屑物的裂隙中；云母在碎屑巖中以白云母最常見，呈片狀或者板狀，細(xì)小呈鱗片狀(絹云母)，顏色呈淡灰、淡綠色玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤。重礦物和云母的組合特征反映母巖以堿性蝕變和堿交代作用為主，礦物組合以層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類為主。

(5)伊利石和高嶺石。伊利石的含量要大于高嶺石和其他黏土礦物。伊利石的形態(tài)為顯微鱗片狀和致密塊狀，鏡下呈白色、灰白色，玻璃光澤，致密塊狀呈油脂光澤或土狀光澤，為酸性火成巖表生風(fēng)化產(chǎn)物。高嶺石的形態(tài)為隱晶質(zhì)致密塊狀和土狀集合體。其中，土狀塊體具有粗糙感，一般呈白色，有時(shí)含雜質(zhì)呈深淺不同的各種顏色，主要是在酸性介質(zhì)的環(huán)境中富含鋁硅酸鹽的火成巖和變質(zhì)巖經(jīng)低溫?zé)嵋航淮纬伞?/p>

(6)有機(jī)質(zhì)、褐鐵礦和黃鐵礦。有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦在礦石中多見，而在圍巖中少見。有機(jī)質(zhì)為炭化植物枝葉和枝桿，碎且小，部分邊緣被氧化呈亮黃色。黃鐵礦在礦石中多見，且與鈾礦物密切共生(圖6)。黃鐵礦一般呈星點(diǎn)狀充填在碎屑顆粒裂隙中，或者以草莓狀和立方體存在。褐鐵礦主要存在于上下圍巖中，呈浸染狀或斑點(diǎn)狀，主要是由黃鐵礦后期氧化作用形成。

圖6 鈾礦物與其它礦物共伴生關(guān)系的電子探針背散射電子像Fig.6 Backscattered electron images of the relationship between uranium minerals and other mineralsa.正長石顆粒間的鈾與共伴生礦物；b.石英顆粒間的鈾與共伴生礦物；c.黃鐵礦邊緣的鈾礦物；d.黃鐵礦表面的鈾礦物；Or.正長石；Py.黃鐵礦；Bi.黑云母；Qz.石英；U.鈾礦物

2.2 碎屑巖結(jié)構(gòu)特征

(1)支撐結(jié)構(gòu)和膠結(jié)作用。根據(jù)碎屑巖中顆粒的百分含量，并結(jié)合電子顯微鏡正交偏光照片可以判斷出賽漢組上段古河道碎屑巖基本為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，孔隙膠結(jié)(表1)；個(gè)別樣品為雜基支撐，基底膠結(jié)。顆粒之間多為點(diǎn)接觸(圖7)，說明沉積物滲透性好，后期成巖改造作用較弱特點(diǎn)。

圖7 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段砂巖支撐結(jié)構(gòu)顯微鏡鏡下特征Fig.7 Supporting structures of sandstone of the upper Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression using microscopic observationa.顆粒支撐；b.顆粒支撐

(2)粒度特征。碎屑巖粒度統(tǒng)計(jì)表明(表2)，圍巖中礫石居多(41.52%)，其次為粗砂(27.62%)。礦石以粗砂為主(32.47%)，其次為中砂(27.08%)、細(xì)砂(27.34%)。礦石中砂、細(xì)砂、粉砂和黏土等的含量明顯高于圍巖，而圍巖中礫石的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石。

(3)分選性和磨圓度。礦石和圍巖中碎屑顆粒的磨圓度都很低，一般以次棱角狀為主(表1)。礦石中分選性中等及以上的約占35%，分選差的約占65%。圍巖中分選性中等約占45%，分選差的約占55%。整體上反映了賽漢組上段古河道碎屑沉積物分選性差，同時(shí)也表明礦石的分選性要差于圍巖。

3 地質(zhì)意義

烏蘭察布坳陷中東部賽漢組上段古河道砂巖主要為長石石英砂巖，其次為長石砂巖，碎屑物以顆粒支撐、孔隙膠結(jié)為主，具有分選性差、成熟度低、近物源等特點(diǎn)。此外，碎屑物物源呈多樣性，其中花崗巖占主要部分，火山巖次之。研究區(qū)與巴音寶力格隆起毗鄰。衛(wèi)鏡巖體位于該隆起的東南部，為多期次形成的花崗巖巖體(聶逢君等，2018)。該巖體靠近盆地內(nèi)部且風(fēng)化嚴(yán)重，可為鈾成礦提供鈾源，也可為古河道內(nèi)含礦目的層砂體的形成提供物質(zhì)來源(聶逢君等，2018)。此外，這些搬運(yùn)至古河道的火成巖碎屑物自身含鈾量較高，且圍巖氧化砂體異常發(fā)育。氧化砂體中的鈾可隨氧化流體遷移至灰色含礦砂巖中，疊加形成鈾礦。研究區(qū)含礦砂巖通常呈深灰色、灰黑色，多見炭屑和黃鐵礦。經(jīng)電子探針分析表明，鈾礦物與有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦空間位置關(guān)系密切(圖6)。有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦的大量存在為研究區(qū)鈾成礦提供充足的還原劑。古河道砂巖基本為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，孔隙膠結(jié)，良好的孔滲性為后期流體的補(bǔ)-徑-排和鈾的富集成礦創(chuàng)造了有利條件。礦石中石英含量相對較高，而長石和巖屑含量相對較少；碎屑物粒度小于圍巖，礦體基本上位于每個(gè)沉積旋回頂部或者河道邊緣部位；雜基含量相對較高，表明沉積速率相對較大、水動力條件弱、巖石結(jié)構(gòu)成熟度低、分選性差的特征。因礦石的碎屑物粒度小于圍巖，且黏土含量相對高(表2)，其孔滲性要比圍巖低，后期氧化流體難以滲入，起到保礦作用。礦石和圍巖的上述巖石學(xué)特征，可為今后二連盆地古河道找礦工作提供良好的指示標(biāo)志。

表2 烏蘭察布坳陷中東部古河道賽漢組上段碎屑巖粒度分類統(tǒng)計(jì)表Table 2 Grain-size classification of clastic rocks of the Saihan formation from paleo-valley deposition in the mid-eastern Ulanqab depression using the slice observation /%

4 結(jié)論

(1)烏蘭察布坳陷中東部賽漢組上段古河道砂巖以長石石英砂巖和長石砂巖為主，其中含礦砂巖主要為長石石英砂巖，圍巖主要為長石砂巖。與圍巖相比，含礦砂巖的成熟度更高、碎屑顆粒的粒度更小。

(2)賽漢組上段古河道砂巖具有多物源性，母巖以花崗巖為主。除來自河流運(yùn)輸?shù)乃樾嘉镏?，其鄰近的花崗巖體也可能是重要的物源。

(3)古河道砂巖基本為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，孔隙膠結(jié)，滲透性好，后期成巖改造作用較弱。砂巖粒度變化區(qū)間較大，磨圓度低，分選性差，具有近物源、多期次、多旋回等沉積特征。

(4)含礦砂巖中可見大量有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦，是本區(qū)典型的控礦特征。