鄂爾多斯盆地北緣塔然高勒地區(qū)直羅組古沉積環(huán)境演化—來自地球化學(xué)特征的證據(jù)

程先鈺，張?zhí)旄?，程銀行，王少軼，田健

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點實驗室，天津 300170）

1 地質(zhì)概況及沉積相

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，西接阿拉善地塊[1,2]，北與陰山、狼山相鄰[3]。盆地沉積蓋層厚大，其中生代的構(gòu)造屬性、原型盆地沉積范圍、沉積物源等地質(zhì)問題，一直是地質(zhì)和能源工作者關(guān)注和討論的熱點[4-7]。近年來，地質(zhì)學(xué)者對鄂爾多斯盆地北緣開展了大量的研究工作，東勝大型砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，揭示出侏羅系直羅組是重要的儲煤、儲鈾層位。鄂爾多斯北緣塔然高勒地區(qū)地處東勝大型砂巖型鈾成礦帶。本文選取塔然高勒地區(qū)ZK28鉆井（圖1）中的25個直羅組新鮮樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析，進(jìn)而探討直羅組古沉積環(huán)境。

圖1 塔然高勒地區(qū)地質(zhì)簡圖(a)和鄂爾多斯盆地大地構(gòu)造位置圖(b)(圖b據(jù)參考文獻(xiàn)[8]修改)Fig.1 Geological map of Tarangaole area(a)and geotectonic location map of the Ordos basin(b)

樣品以灰綠色-灰色砂、泥巖為主，局部夾淺灰紫色泥巖，水平層理發(fā)育，直羅組底部灰色中砂巖（鈣質(zhì)）發(fā)育交錯層理（圖2）。直羅組整體呈正沉積旋回特征，多階段退積組合方式。直羅組上段主要為近岸洪泛平原沉積，主要包括近岸洪泛平原、決口扇、決口河道等沉積亞相，直羅組下段以河流相曲流河、辮狀河沉積為主，曲流河包括河漫灘、河道、泛濫平原沉積亞相，辮狀河包括泛濫平原和河道沉積亞相。

圖2 塔然高勒地區(qū)ZK28綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of ZK28 in Tarangaole area

2 測試方法及測試結(jié)果

本次研究的樣品采自鄂爾多斯盆地北緣塔然高勒地區(qū)ZK28井（圖1），樣品分析測試由天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成，常量元素采用X衍射熒光光譜（XRF）分析，F(xiàn)eO采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法，分析精度優(yōu)于2%。微量、稀土元素采用美國X seriesⅡ型號ICP-MS等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測定，分析精度優(yōu)于5%。化學(xué)分析測試流程參考文獻(xiàn)介紹的方法[9,10]。

一般認(rèn)為Sr/Ba、B/Ga能夠有效的判別古鹽度，氧化還原敏感微量元素U、Th、Co、V、Ni、Cr、Cu、Fe含量及比值能夠判別古沉積水體介質(zhì)的氧化還原性[11,12]，U/Th、V/Cr、Fe2+/Fe3+計算結(jié)果見表1；Sr/Cu、FeO/MnO、Al2O3/MgO 等對判別古氣候具有較好的指示意義（表1）。

表1 塔然高勒地區(qū)直羅組微量元素比值判別指標(biāo)統(tǒng)計表Table 1 Geochemical indicates of trace element ratios of Zhiluo Formation in Tarangaole area

3 塔然高勒地區(qū)直羅組古沉積環(huán)境及對鈾成礦的制約

古沉積環(huán)境包括古沉積水體鹽度、古沉積水體的氧化還原性和古氣候等。直羅組Sr/Ba值均小于1，僅直羅組上段頂部1個樣品大于1，表明直羅組古水體介質(zhì)整體為淡水環(huán)境。研究區(qū)直羅組U/Th 值較為集中，且比值均小于1，指示沉積水體均為富氧水體；V/Cr值可判別古水體氧化還原環(huán)境[13]，研究區(qū)直羅組V/Cr 值較為集中，且比值較低，同樣反映直羅組沉積時為富氧環(huán)境；然而Fe離子的價態(tài)變化對氧化還原反應(yīng)靈敏，研究區(qū)直羅組上段紅層表現(xiàn)Fe2+/Fe3+＜1 為弱氧化環(huán)境，直羅組下段灰綠色砂泥巖表現(xiàn)Fe2+/Fe3+＞1 為弱還原環(huán)境（圖3）。Sr/Cu、FeO/MnO、Al2O3/MgO 反映了研究區(qū)直羅組為干-濕交替的古氣候變化特征，但整體偏干旱的沉積環(huán)境。綜上所述，塔然高勒地區(qū)直羅組主要為淡水環(huán)境下，弱還原向弱氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變的偏干旱的古沉積環(huán)境。

圖3 塔然高勒地區(qū)直羅組微量元素比值判別圖Fig.3 Discrimination map of trace element ratios of Zhiluo Formation in Tarangaole area

鄂爾多斯北緣直羅組在沉積過程中古氣候、古鹽度、氧化還原環(huán)境等都存在周期性變化[14]，塔然高勒地區(qū)直羅組下段為弱還原環(huán)境的灰綠層沉積，上段轉(zhuǎn)化為氧化環(huán)境紅層沉積。燕山運動中期發(fā)展中下侏羅統(tǒng)延安組，溫暖潮濕的湖泊三角洲為當(dāng)時典型的沉積環(huán)境，植被大量繁衍腐殖成煤，燕山運動發(fā)展到直羅組時，古氣候由溫暖潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)槠珊档母蓾窠惶鏆夂?，植被大量減少，由于直羅組底部為水動力較強的辮狀河道沉積，致使直羅組底部易攜帶延安組的植物炭屑，形成煤線或薄煤層形成一道還原障，且灰色中粒砂巖透水性較好，當(dāng)含鈾流體通過直羅組上段層間氧化帶流入直羅組下段底部砂體時，U+6還原成U+4沉淀成礦。

4 結(jié)論

（1）塔然高勒地區(qū)直羅組為淡水環(huán)境下，弱還原向弱氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變的偏干旱的環(huán)境沉積形成。

（2）綜上所述，直羅組底部的古沉積環(huán)境利于含鈾流體的富集與成礦。