準噶爾盆地東部恐龍溝地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組上段沉積相及與鈾礦化關系

吳聲明 唐湘飛 毛廣振 牛軍杰

摘? ?要：恐龍溝地區(qū)是近年來準噶爾盆地新發(fā)現(xiàn)的鈾成礦地段，鈾成礦目的層中侏羅統(tǒng)頭屯河組上段沉積相特征研究相對較低。通過鉆孔巖心編錄、測井曲線解釋和薄片鑒定等方法，對頭屯河組上段沉積相特征進行研究。認為頭屯河組上段含礦砂巖主要為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖，多發(fā)育平行層理，板狀、槽狀交錯層理。概率累計曲線呈兩段式、三段式和多段式分布。富含碳化植物碎屑，發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。早期為辮狀河三角洲平原亞相沉積，分流河道砂體連片分布;晚期為辮狀河三角洲前緣亞相沉積，水下分流河道和水下分流河道間發(fā)育，局部發(fā)育河口壩。通過對區(qū)內沉積相特征與鈾成礦關系研究，認為頭屯河組上段鈾成礦主要受沉積相變、沉積旋回性、還原條件、砂體非均質性等因素控制。

關鍵詞：準噶爾盆地;恐龍溝地區(qū);頭屯河組;辮狀河三角洲;控礦因素

新疆準噶爾盆地是我國西北地區(qū)重要的砂巖型鈾成礦區(qū)[1-2]。近年來，核工業(yè)二一六大隊在盆地東部恐龍溝地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組首次發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦。通過調查評價，進一步確立頭屯河組為準噶爾盆地東部砂巖型鈾礦找礦首選目的層位[3]。唐忠華等認為準噶爾盆地東部頭屯河組主要為潮濕-干旱環(huán)境下沉積的一套細粒沖積扇體[4]，向盆地逐漸演變?yōu)楹恿飨喑练e;張滿郎等利用層序地層學等認為準噶爾盆地東部頭屯河組為三角洲-湖泊沉積體系[5];毛廣振利用地層對比法對準噶爾盆地東部隆起區(qū)頭屯河組進行沉積特征及成礦條件分析，對石樹溝群齊古組和頭屯河組進行劃分和對比，認為頭屯河組為辮狀河三角洲沉積體系[6]，下部辮狀河三角洲平原分流河道砂體為含礦流體運移提供了良好通道和鈾聚集成礦的物質空間，頭屯河組砂巖中富含有機質、黃鐵礦等還原劑，為鈾的沉淀富集提供了物質基礎。本文在前人研究基礎上，以頭屯河組上段為目的層，據前人鉆孔資料及近幾年施工的鉆孔，結合測井解釋，總結沉積相類型及特征，編制頭屯河組含礦段沉積相圖，探討其與鈾成礦的關系，為該區(qū)下一步勘查工作提供了方向。

1? 地質背景

恐龍溝地區(qū)位于準噶爾盆地東部隆起區(qū)與卡拉麥里山交接地帶的石錢灘凹陷北緣（圖1-a），西與黃草湖凸起相鄰，東毗鄰黑山凸起，北界為卡拉麥里山，南界為沙奇凸起。凹陷內地層發(fā)育較全，斷裂發(fā)育，構造軸向呈NW向，地層多具靠山前變厚特點[7]。凹陷內目標層侏羅系發(fā)育齊全，露頭廣泛分布（圖1-b）。

石錢灘凹陷內基底具雙層結構特點，下部為前寒武紀結晶基底，上部為活動性較強古生界淺變質基底[8-9]。下古生界寒武系、志留系及奧陶系在盆緣零星出露，巖性以火山碎屑巖、碳酸鹽巖為主。上古生界發(fā)育齊全，包括泥盆系、石炭系和二疊系，巖性以海陸交互相火山巖、火山碎屑巖及正常碎屑巖為主，少量碳酸鹽巖。區(qū)內中新生代蓋層主要為三疊系、侏羅系、新近系和第四系[8-9]。三疊系主要分布于區(qū)內北部盆地邊緣;侏羅系在區(qū)內廣泛分布，在盆緣至盆地腹部均有出露;白堊系僅分布于將軍廟以西盆地腹部;區(qū)內缺失白堊系、古近系;侏羅系為該區(qū)主要鈾礦找礦目的層，共劃分為4組，分別為下侏羅統(tǒng)三工河組，中侏羅統(tǒng)西山窯組、頭屯河組和上侏羅統(tǒng)齊古組（表1）。

區(qū)內頭屯河組出露較廣泛，分為上、下兩段。下段底部與下伏西山窯組煤層、泥巖或灰白色砂巖呈平行不整合或角度不整度接觸（圖2），為潮濕-半潮濕條件下沉積的一套以灰、灰綠色泥巖為主的巖石組合（圖2），夾薄層砂巖及砂礫巖或礫巖（表1，圖c），厚120～220 m;上段為半潮濕-半干旱條件下沉積的一套泥巖雜色層（表1，圖b），以褐紅、淺黃色為主，夾灰、灰綠色薄層，厚層中細砂巖（圖2），厚70～157 m;該段下部發(fā)育厚20～90 m的砂體，為區(qū)內主要鈾礦找礦目的層（圖2）。

2? 沉積相分析

2.1? 沉積相識別標志

恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段沉積早期，巖石以灰色為主，砂、泥巖發(fā)育碳化植物碎屑及根莖，反映其沉積于氣候溫暖濕潤的還原環(huán)境;中晚期巖石多為雜色，以淺褐、灰綠色為主（表1，圖1-b，d），褐紅、淺黃、紫褐、紫紅色次之，局部為灰、紫色。表明古氣候由溫暖潮濕向炎熱干旱或準炎熱干旱的氣候環(huán)境轉變。區(qū)內頭屯河組上段砂巖以長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主（圖3-a），巖屑成分復雜，包括凝灰?guī)r、花崗巖、泥巖、千枚巖和安山巖等。部分巖屑具輕微-中等程度絹云母化，總體上碎屑成分以巖屑為主，石英次之，長石含量較少，成分成熟度較低。碎屑顆粒磨圓，呈次棱角-次圓狀，泥質填隙，固結較疏松-疏松，褐鐵礦化、高嶺土化較發(fā)育（圖3-b～d）。表明沉積物搬運距離短，離物源區(qū)較近，具辮狀河三角洲沉積特征。

恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段沉積構造多樣，砂巖底部常發(fā)育沖刷構造，多見泥礫、大型板狀交錯層理、平行層理（圖4-e～j），這些層理指示頭屯河組上段砂巖在較強單向牽引流水動力條件下形成，反映急流及能量較高的平原分流河道沉積環(huán)境。粉砂巖多發(fā)育小型板狀、槽狀交錯層理、波狀復合層理（圖4-m、n、o）;泥巖多發(fā)育水平層理;粉砂質泥巖多發(fā)育波狀復合層理（圖4-p），這往往是雙向水流造成水體頻繁進退的結果，多見于三角洲前緣沉積環(huán)境。

恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段砂巖概率累計曲線呈兩段式、三段式和多段式。兩段式跳躍總體含量85%～90%，曲線斜率70%～75%，分選性好。懸浮總體含量5%～10%，缺少滾動總體。頻率分布直方圖呈單峰不對稱狀，以細粒碎屑含量較高為主要特征，符合三角洲前緣水下分流河道特征（圖5-a，b）。三段式和多段式以跳躍總體為主，跳躍總體含量40%～50%，曲線斜率55%～70%，分選性中等，顯示水動力較強的沉積特征。滾動總體含量整體20%～30%，曲線斜率25%～30%，分選性中等-差，懸浮總體含量小于10%。頻率分布直方圖呈較明顯雙峰不對稱狀（圖5-c，d），以粗粒碎屑含量較高為主要特征，顯示水動力較強的分流河道沉積特征。

2.2? 沉積相類型及特征

據上述沉積相識別標志分析，準噶爾盆地恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段沉積相為辮狀河三角洲相，進一步分為辮狀河三角洲平原和前緣兩個亞相。

2.2.1? 辮狀河三角洲平原亞相

恐龍溝地區(qū)頭屯河組辮狀河三角洲平原亞相可進一步識別出分流河道和分流河道間微相。

分流河道微相? 以厚層灰色中-粗砂巖為主，河道底部多發(fā)育薄層砂礫巖、礫巖。碎屑顆粒呈次棱角狀-次圓狀，分選性中等-差，高嶺土化較發(fā)育，多發(fā)育條帶狀、塊狀碳化植物碎屑（圖4-a，b，k，l）。河道底部沖刷明顯，多見泥礫，上部砂巖多發(fā)育平行層理，大型板狀交錯層理（圖4-e～i）。測井曲線形態(tài)以高幅度箱形和鐘形為主要特征，頂底部多為突變接觸（圖6）。概率累計曲線主要為多段式和三段式（圖5-c～d）。多段式粒級分布范圍較廣，斜率較小，反映沉積時期水動力條件以牽引流和重力流為主，沉積物分選性為中等-差;三段式粒級分布廣，以跳躍總體為主，滾動和懸浮總體含量較少。

分流河道間微相? 以厚層泥巖夾薄層粉砂巖為主，局部夾薄層細砂巖，多發(fā)育波紋層理（圖4-m～o），多見碳化植物碎屑（圖4-c），測井曲線多呈低幅度齒形（圖6）。

2.2.2? 辮狀河三角洲前緣亞相

恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段辮狀河三角洲前緣亞相可進一步劃分為水下分流河道、水下分流河道間和河口壩微相。

水下分流河道微相? 以灰、灰白色細砂巖為主，次為灰色中砂巖，局部發(fā)育灰色粗砂巖。高嶺土化較發(fā)育，碎屑顆粒呈次棱角狀-次圓狀，分選性中等。砂巖層發(fā)育平行層理（4-j），由于波浪后期改造導致層理類型不及平原分流河道明顯。測井曲線以中-高幅度鐘形為主，底部多具突變接觸特征（圖6）。概率累計曲線主要為三段式和兩段式（圖5-a～b），缺少滾動總體。跳躍總體多呈兩段式（圖5-a），多反映雙重水動力作用特征。曲線斜率較大，反映沉積物分選性好，水動力相對穩(wěn)定。

水下分流河道間微相? 以厚層泥巖、粉砂質泥巖為主，夾薄層粉砂巖。局部夾薄層細砂巖，泥巖多發(fā)育水平層理，粉砂質泥巖偶見波狀層理（圖4）。測井曲線形態(tài)多呈低幅度齒形（圖6）。

河口壩微相? 以灰色中、細砂巖為主，局部見粗砂巖。辮狀河三角洲河口壩發(fā)育較少，區(qū)內僅少量鉆孔識別出該微相。巖石垂向組合表現(xiàn)為由下向上變粗的反粒序沉積。測井曲線形態(tài)多具中等幅度齒化漏斗型特征（圖6）。

2.3? 沉積相平面展布特征

頭屯河組上段下部為以薄層底礫巖、砂礫巖，厚層中、粗砂巖為組合的辮狀河三角洲平原分流河道沉積，泥巖、粉砂巖為分流河道間沉積。垂向上逐漸變?yōu)楹駥幽鄮r夾薄層細砂巖的辮狀河三角洲前緣的水下分流河道、水下分流河道間沉積，局部發(fā)育河口壩。辮狀河三角洲平原多發(fā)育于NE向和NW向，可進一步識別出分流河道、分流河道間微相。其中平原主河道貫穿K3線，呈NE向展布。河道砂體規(guī)模大，縱橫向連通性較好。K3線主河道北西區(qū)域發(fā)育的河道規(guī)模一般，延伸距離較小。分流河道間在區(qū)內以東、以北區(qū)域較發(fā)育，分流河道間的發(fā)育影響砂體橫向的連通性，造成區(qū)內東南向砂體橫向聯(lián)通性差。區(qū)內中部、北東部砂體橫向具有良好的連通性（圖7）。

辮狀河三角洲前緣亞相多發(fā)育于區(qū)內以南、以西和西南區(qū)域，可進一步識別出水下分流河道、水下分流河道間微相，局部發(fā)育河口壩微相。靠近平原部分，水下分流河道活躍，受到湖水的頂托作用，河道不斷頻繁遷移改道，使區(qū)內中部及西部砂體連片分布，水下分流河道間零星發(fā)育。區(qū)內以南及南西區(qū)域，由于延伸距離較遠，水下分流河道規(guī)模減小，水下分流河道間等泥質沉積逐漸增多，河道砂體呈帶狀分布，在河道末端發(fā)育河口壩。

據施工鉆孔揭露，區(qū)內已發(fā)現(xiàn)鈾礦體多富集在辮狀河三角洲平原亞相分流河道砂體中，賦礦砂體多為穩(wěn)定性好、縱橫向連通性好、滲透性較好的砂體。砂體富含有機質、黃鐵礦等有利還原劑（圖4-a，b，k，l），易于形成氧化-還原地球化學障。平原分流河道砂體處于水上氧化環(huán)境向水下還原環(huán)境的過渡部位，這種地球化學反差（氧化-還原地球化學障）有利于鈾的沉淀[10]。

3? 沉積相對鈾礦化控制分析

層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦是受各種條件相互制約的復雜過程[11-12]。含礦地層巖性巖相特征是對砂巖型鈾礦最根本的控制因素，直接控制礦體的展布、形態(tài)、規(guī)模及縱橫向連續(xù)性等[13-15]。研究區(qū)位于奧克烏塔日什向斜北東端，整體由北、北東向南、南西傾斜，地層傾角較平緩，軸部接近水平，構造簡單。露頭區(qū)地層傾角8°～28°，向斜翼部或軸部地層傾角0.5°～5°?？ɡ溊锷皆谕戆讏住行率篱L期處于抬升剝蝕階段，較利于盆緣至盆地腹部發(fā)育潛水、層間氧化帶（圖8）。

恐龍溝地區(qū)頭屯河組上段鈾成礦主要受以下因素控制：

平面上沉積相變位置控制鈾礦化的產出? 研究區(qū)頭屯河組含礦砂體為辮狀河三角洲平原上的分流河道成因。辮狀分流河道向湖盆推進，變?yōu)檗p狀河三角洲前緣水下分流河道。河道分岔、變窄，出現(xiàn)分流和減速，導致砂體厚度迅速變薄，使水-巖反應時間變長，在氧化還原障作用下，鈾不斷富集沉淀。鈾礦體產出于辮狀河三角洲平原亞相向辮狀河三角洲前緣亞相漸變部位（圖7）。

沉積相控制地層垂向上沉積旋回性? 頭屯河組辮狀河三角洲平原分流河道發(fā)育，一方面，控制了“泛連通性”砂體的分布，及層間氧化帶發(fā)育方向;另一方面，區(qū)內頭屯河組辮狀河三角洲平原分流河道的變遷，導致砂體上下分流河道間泥巖發(fā)育，使砂體頂底板發(fā)育厚度大于5 m的灰色泥巖、泥質粉砂巖互層，可作為穩(wěn)定的上下隔水層。地層具“泥-砂-泥”結構（圖2），空間上控制了含鈾富氧水的流向，有利于層間氧化帶的發(fā)育（圖8）。

沉積環(huán)境對砂體還原劑的控制? 區(qū)內頭屯河組沉積早期，氣候溫暖濕潤，發(fā)育的辮狀河三角洲平原分流河道富含大量碳化植物碎屑及自生顆粒狀、瘤狀黃鐵礦（圖4-a，b，k，l）。大量還原劑的存在為水巖反應提供了穩(wěn)定的還原障，有利于鈾的沉淀和富集。

砂體非均質性控制氧化帶前鋒線展布形態(tài)? 平原分流河道的變遷導致砂體平面的移動和疊置，控制了層間含氧流體的運移方向。分流河道間一般發(fā)育豐富的有機質，河道的變遷一方面對河道間沉積物進行侵蝕，使河道底部滯留沉積砂體中卷入還原物質;另一方面分流河道間泥巖隔檔層頻繁分隔砂體，使層間含氧流體在相變位置運移阻力增加，形成“阻流作用”，促進了鈾的富集沉淀，控制了氧化帶前鋒線的展布。

4? 結論

（1） 研究區(qū)頭屯河組上段含礦砂巖主要為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖，多發(fā)育平行層理，板狀、槽狀交錯層理。概率累計曲線呈兩段式、三段式和多段式分布，富含碳化植物碎屑，發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。

（2） 研究區(qū)頭屯河組辮狀河三角洲沉積體系可進一步劃分為辮狀河三角洲平原亞相和辮狀河三角洲前緣亞相。辮狀河三角洲平原亞相可識別出分流河道微相，分流河道間微相。辮狀河三角洲前緣亞相可識別出水下分流河道間微相、水下分流河道微相、局部發(fā)育河口壩微相。

（3） 研究區(qū)頭屯河組上段地層厚層砂體上下均發(fā)育厚層泥巖，縱向上形成穩(wěn)定的“泥-砂-泥”結構。橫向上砂體的泛連通性好，有利于層間氧化帶的形成。其賦存的鈾礦體主要受沉積相變、沉積旋回性、還原條件、砂體非均質性等因素控制。

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Sedimentary Facies of the Upper Member of Toutunhe Formation of Middle Jurassic in Konglonggou Area， Eastern Junggar Basin and

Its Relationship with Uranium Mineralization

Wu Shengming，Tang Xiangfei，Mao Guangzhen，Niu Junjie

（Geologic Party No 216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：? The Konglonggou area is a newly discovered uranium metallogenic area in Junggar Basin in recent years，but its sedimentary facies characteristics of the upper member of Toutunhe Formation of Middle Jurassic in the uranium target layer are currently poorly studied. This article systematically analyzes the sedimentary facies characteristics of the upper member of the Toutunhe Formation through drilling cores， logging curves， and thin section identification data. It is considered that the ore-bearing sandstones in the upper member of the Toutunhe Formation are feldspathic lithic sandstones and lithic sandstones， with parallel bedding， tabular and trough cross bedding. The probability cumulative curve shows two-stage， three-stage and multi-stage distribution. It is rich in carbonized plant debris and develops braided river delta sedimentary system. Among them， during the early of the upper member of Toutunhe Formation， the braided river delta plain subfacies deposits and distributary channel sand bodies are contiguously distributed. For the later of the upper member of Toutunhe Formation， it turned out to be braided river delta front subfacies deposition， underwater distributary channel and underwater distributary channel development， local development mouth bar. Through the study of the relationship between the characteristics of sedimentary facies and uranium mineralization in the area，. It is considered that the uranium mineralization in the upper member of Toutunhe Formation is mainly controlled by sedimentary facies change， sedimentary cycle， reduction conditions ， sand body heterogeneity.and other factors.

Key Words： Junggar Basin; Konglonggou area; Toutunhe Formation;braided delta;ore-controlling factors