宋洪柱，左明星，江 濤，劉 娟

(中國煤炭地質總局第一勘探局，河北邯鄲 056004)

1 地質概況

1.1 研究區(qū)位置

鄂爾多斯盆地是我國僅次于塔里木盆地的大型沉積盆地，面積約25×104km2。鄂爾多斯盆地主要為太古宙、古元古代的變質巖基底，是一個相對獨立的大型內陸拗陷盆地。盆地南緣緊鄰渭河斷陷，南界大致位于渭河河谷一線；北緣緊鄰河套斷陷，北界大致在烏拉山-大青山一線；東界應在大同-義馬一線以東；西界位于賀蘭山西麓-青銅峽-固原一線[1]。本次研究的范圍位于鄂爾多斯盆地北部東勝市西部，屬于東勝深部勘查區(qū)，主要位于烏審旗-杭錦旗-鄂托克旗-伊金霍洛旗一帶(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖Figure 1 Study area location

1.2 構造特征

鄂爾多斯盆地北部直羅組沉積于構造較穩(wěn)定的拗陷期；安定組之后的晚侏羅世(J3)，結束了盆地的沉降歷史，盆地擠壓隆起，為并較長時間處于剝蝕階段，造成了地層的傾斜，沉積主體表現(xiàn)為自北而南的緩傾[2]。

早白堊世，鄂爾多斯盆地由克拉通盆地轉為伸展斷陷盆地，盆內構造作用表現(xiàn)為斷塊活動。盆地的斷塊活動直接制約了盆地的沉積響應和層序特征，正是由于不同斷塊的差異活動，形成了鄂爾多斯盆地北部早白堊世盆地演化存在兩期不同的動力學背景[3]：

①早白堊世早期。盆地東部隆起，地層西傾，表現(xiàn)為東部斷塊北東向及近南北向構造的作用。

②早白堊世晚期。盆地北部及西部隆起，北部邊緣地層東傾，西部邊緣地層南傾，盆地西緣明顯向東推進。表現(xiàn)為西部斷塊南北向及北部斷塊東西向的構造作用。

1.3 地層發(fā)育

直羅組上段是在干旱、半干旱古氣候環(huán)境下沉積而成，巖性以紫紅色、棕紅色、絳紫色為主。屬高彎度曲流河沉積體系，洪泛平原相沉積發(fā)育，巖性組合為砂泥互層頻繁出現(xiàn)，曲流河沉積的二元結構特征明顯；直羅組下段是在潮濕、半潮濕的古氣候環(huán)境下沉積而形成，砂體以辮狀河、曲流河相沉積為主，形成了以砂巖為主的粗碎屑巖建造。根據(jù)直羅組下段沉積過程中不同階段的沉積特點及其巖性結構，可分為上亞段和下亞段。

上亞段為低彎度曲流河沉積體系，砂體呈條帶狀，巖相變化大，分布較局限，同樣具有洪泛平原沉積發(fā)育、二元結構明顯、砂泥互層頻繁出現(xiàn)等特點，局部有鈾礦化顯示，是找礦的次要目的層位；下亞段為潮濕環(huán)境下的砂質辮狀河沉積體系，表現(xiàn)為砂體多出現(xiàn)在深切谷的位置，具有填平補齊的沉積特征。在垂向上由多個從粗砂到細砂(或粉砂巖、泥巖) 的正韻律層疊置而成，呈泛連通的網(wǎng)絡狀，是區(qū)內主要的鈾礦化層。

2 直羅組沉積環(huán)境特征

2.1 沉積環(huán)境標志

在前人研究成果和直羅組劃分的基礎上，本研究有針對性地對直羅組下段開展沉積相研究。根據(jù)巖性及巖性組合、粒度分布特征、砂體厚度及平面展布等研究[4]，認為研究區(qū)直羅組主要以河流沉積為主，直羅組下段主要為辮狀河沉積，偶有曲流河沉積，上段主要為曲流河沉積，也可見到辮狀河沉積。

2.1.1 辮狀河相

研究區(qū)直羅組主要發(fā)育礫質辮狀河亞相、砂質辮狀河亞相。

礫質辮狀河亞相(圖2)主要分布在研究區(qū)東北部地區(qū)。垂向沉積組合主要由底部滯留沉積、心灘沉積組成。底部滯留沉積主要為礫巖、粗砂巖及中粗砂巖。礫徑多為2～5cm，大者可超過5cm，分選性一般，測井曲線呈箱形。礫巖具有北厚南薄的特點，厚度在幾十厘米到上百米不等，這些特征反映該地區(qū)距物源相對較近。心灘沉積主要為粗砂巖和中粗砂巖，砂體厚度大，沉積構造以大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理為主。

礫質辮狀河亞相 砂質辮狀河亞相 曲流河相 圖2 東勝深部直羅組沉積相特征Figure 2 Zhiluo Formation sedimentary facies features in deep part Dongsheng coalfield

砂質辮狀河流亞相(圖2、圖3)主要研究區(qū)廣泛分布。河道充填垂向沉積組合主要有河床滯留沉積和心灘及邊灘沉積。其中河床滯溜沉積為塊狀復成分礫巖、砂礫巖。礫石主要由石英質巖組成，少量為花崗質和變質礫巖，磨圓及分選性均較好，測井曲線呈鐘形。心灘和邊灘沉積以縱向砂壩和橫向砂壩為主，巖性主要為中砂巖、中粗砂巖和中細粒砂巖。沉積構造發(fā)育有大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理。測井曲線表現(xiàn)為較大幅度的箱形或鐘形，頂、底界面一般為突變型，也有底部突變型和頂部漸變型。

圖3 東勝深部直羅組辮狀河沉積序列Figure 3 Zhiluo Formation braided river sedimentary successions in deep part Dongsheng coalfield

2.1.2 曲流河相

曲流河相(圖2，圖4)在研究區(qū)分布也較廣，垂向沉積組合主要由底部滯留沉積、邊灘沉積和決口扇沉積組成，二元結構明顯。河道底部的滯留沉積以粗砂巖和含礫粗砂巖為主，中、細粒砂巖較少。沉積構造以中小型槽狀交錯層理為主。邊灘沉積主要以中砂巖、中粗砂巖及細砂巖為主。砂體下部具大型槽狀或板狀交錯層理，中上部為小型槽狀交錯層理，頂部有時出現(xiàn)水平層理，具典型的正韻律結構。測井曲線的外形呈圣誕樹形或鐘形。決口扇沉積以細砂巖、粉砂巖為主，在決口水道底部可見薄層中、粗砂巖，沉積構造主要為小型交錯層理，局部發(fā)育中型交錯層理。

圖4 東勝深部直羅組曲流河沉積序列Figure 4 Zhiluo Formation meandering river sedimentary successions in deep part Dongsheng coalfield

2.2 單井、連井沉積相

東勝深部地區(qū)直羅組主要發(fā)育辮狀河沉積和曲流河沉積，在不同的地區(qū)，沉積相發(fā)育類型不同，在垂向沉積序列上也表現(xiàn)為特征各異，主要存在三種類型[5]。

①以辮狀河沉積為主的序列。以辮狀河沉積為主的地區(qū)主要分布在西北部杭錦旗以西的地區(qū)和東南部烏審旗地區(qū)，其他地區(qū)有有分布。該地區(qū)地層主要為中砂巖、粗砂巖、細砂巖、含礫砂巖為主，交錯層理等。自然伽馬測井曲線呈箱形。細粒沉積主要為粉砂巖、砂質泥巖等，主要為塊狀層理。垂向沉積序列的二元結構部清楚，細粒沉積段發(fā)育較差(圖5)。

②辮狀河和曲流河沉積為主的序列。在研究區(qū)分布也較為廣泛，一般下亞段發(fā)育辮狀河沉積為主，上亞段和上段沉積曲流河為主，但局部也可見辮狀河沉積。主要是中砂巖、粗砂巖、細砂巖、含礫砂巖為主，自然伽馬測井曲線呈箱形。曲流河道砂巖主要為細砂巖，可見交錯層理、平行層理等。自然伽馬測井曲線呈松塔形。

③河道間或泛濫平原沉積為主的序列。在研究區(qū)東南部、西南部、中東部等地區(qū)分布，局部發(fā)育河道砂體，主要為河道間或泛濫平原沉積。主要為細粒沉積，主要為粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、泥巖、粉砂巖等，巖石主要由泥質成分組成泥質結構，塊狀結構或水平層理，自然伽馬測井曲線呈鋸齒狀。

從研究區(qū)中部EW向沉積剖面來看(圖6)，直羅組沉積相在橫向上的變化特征為：西部地層最厚，東部次之，中東部最薄，呈現(xiàn)東西凹中間隆的特征；西部砂巖發(fā)育最多，厚度最大，占地層總厚度比例最高，向中東部地層變薄地區(qū)砂巖變薄，同樣東部地區(qū)砂巖含量中等，向中東部地層變薄地區(qū)砂巖變薄。西部地區(qū)，下亞段早期發(fā)育曲流河，之后一直到上段早期，均發(fā)育辮狀河，上段晚期發(fā)育曲流河； 自西向東，辮狀河發(fā)育逐漸變弱。中東部地區(qū)很少發(fā)育河道砂體,主要為河道間和泛濫平原沉積。東部地區(qū)砂體較西部少，主要為細砂巖，二元結構清楚，主要為辮狀河沉積。

圖5 東勝深部直羅組柱狀圖Figure 5 Deep part Dongsheng coalfield Zhiluo Formation column

圖6 東勝深部直羅組沉積相斷面圖(E-W)Figure 6 Deep part Dongsheng coalfield EW sedimentary facies section

2.3 沉積相展布

在整理和總結前人研究成果的基礎上[6-8]，結合野外露頭考察，進行了沉積相分析，以直羅組下段砂體厚度、砂巖/泥巖比值分布情況為基礎，遵照瓦爾特相變規(guī)律，采用單因素分析和多因素綜合作圖法[9]，研究得出鄂爾多斯盆地東北部直羅組下段的沉積相平面分布特征。

研究區(qū)直羅組厚度在7.79～ 101.72m，平均56m。整體表現(xiàn)為西部、西南部厚最，東南部次之，北部和南部薄，地層厚度較大的地區(qū)大致呈NW-SE向展布；砂巖厚度在4.76～59.23m，砂巖較厚的地區(qū)整體呈NW-SE向展布，大致反映了古河道的位置；砂泥巖比值一般在1以內，個別地方砂泥比值較高。在古河道的位置，這些砂泥比值較高，大致呈NW-SE向展布，在東北部、中北部、中西部和東南部河道間和泛濫平原沉積的位置砂泥比值較低。

在綜合分析研究區(qū)直羅組下段厚度與分布、砂巖厚度與分布、砂泥巖比值分布等因素的基礎上，恢復出直羅組下段上亞段和下亞段沉積期的沉積相分布[10]。河流自NW流向SE，河道間為泛濫平原沉積。下亞段時期河流主要以辮狀河為主，河道分布大致呈傾斜的“H”行分布，河道內有心灘發(fā)育(圖7)。上亞段時期辮狀河和曲流河均有發(fā)育，由于資料點的密度和不同河流環(huán)境的垂向演化，難以進一步區(qū)分。主要有三條NW-SE向河流，河道之間又相互連通(圖8)。

圖7 東勝深部14-10孔直羅組砂巖鈾GR異常柱狀圖Figure 7 Deep part Dongsheng coalfield borehole No.14-10 Zhiluo Formation sandstone-type uranium gamma ray anomaly columns

圖8東勝深部14-10孔直羅組砂巖鈾GR異常柱狀圖

圖8 東勝深部n1-2孔直羅組砂巖鈾GR異常柱狀圖Figure 8 Deep part Dongsheng coalfield borehole N1-2 Zhiluo Formation sandstone-type uranium gamma ray anomaly columns

3 沉積環(huán)境與砂巖型鈾礦發(fā)育

3.1 砂巖鈾礦識別方法

東勝砂巖型鈾礦具有一定的獨特性，根據(jù)鄂爾多斯盆地東北部東勝地區(qū)鈾成礦控礦規(guī)律，可以從如下幾方面砂巖型鈾礦進行的識別。

①有利成礦砂體。位于氧化還原分帶附近的河流相、三角洲分流河道等具有一定規(guī)模，含泥量少，滲透性、連通性和成層性好的砂體[11]。

②氧化還原分帶。砂巖型鈾礦區(qū)主要出現(xiàn)在氧化還原過渡帶與還原帶的分界處，少數(shù)發(fā)育在過渡帶或還原帶內[12]。

③灰綠色砂巖指導找礦。東勝地區(qū)砂巖型鈾礦床不同于一般層間氧化帶砂巖型鈾礦，在該礦床目標層中出現(xiàn)了具有獨特的特征的灰綠色砂巖。灰綠色砂巖總體分布于東勝地區(qū)的北部和東北部，對找礦具有重要指導意義[13]。

④自然伽馬測井的高異常。砂巖含鈾量較高時，常表現(xiàn)出自然伽馬值較高，這是識別研究區(qū)砂巖型鈾礦存在的最直接的方法和手段。將研究區(qū)砂巖的自然伽馬值大于1.5 pA/kg的層段視為鈾異常點，在研究區(qū)50余個鉆孔中共識別出直羅組砂巖鈾異常鉆孔15個，鈾異常層位點25個，鈾異常層位在直羅組下段的下亞段和上亞段均有分布。

通過鉆孔對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)北部杭錦旗地區(qū)砂巖異常集中分布區(qū)的鈾異常主要發(fā)育在上亞段，垂向上異常層位有三個，中間的層位分布較廣，上下部異常層位分布局限。南西部鈾異常集中分布區(qū)鈾異常層位在下亞段和上亞段均有發(fā)育，垂向上每個亞段均存在兩個鈾異常層位，下亞段底部的鈾異常層位較穩(wěn)定，下亞段上部的鈾異常層位分布較局限；上亞段的兩個鈾異常層位均不穩(wěn)定。

3.2 沉積環(huán)境與鈾礦發(fā)育

在研究區(qū)50余個鉆孔中共識別出直羅組砂巖鈾異常鉆孔15個，鈾異常層位點25個，鈾異常層位在直羅組下段的下亞段和上亞段均有分布。東勝深部直羅組下亞段砂巖鈾異常分布范圍較少，主要分布在研究區(qū)西南部(16-1孔、3-1孔、3-2孔、3-3孔、3-4孔、3-6孔、14-1孔)和中部(9-2孔)；上亞段砂巖鈾異常分布范圍較多，主要分布在研究區(qū)西南部(13-1孔、14-1孔、3-1孔、3-2孔、3-3孔、3-4孔、3-5孔、14-1孔)、東南部(by5-1孔)和北部(4-2孔、1-7孔、1-8孔、N1-2孔)(圖9、圖10)。

圖9 東勝深部直羅組下亞段砂巖鈾異常分布 與沉積相帶展布圖Figure 9 Deep part Dongsheng coalfield Zhiluo Formation lower submember uranium anomalies distribution and sedimentary facies extension diagram

本區(qū)底河道型砂巖鈾礦化產(chǎn)出層位為溫濕氣候條件下的直羅組下段辮狀沉積砂體，而與晚期干旱炎熱氣候條件下的高彎度曲流沉積砂體無關。

東勝深部直羅組早期(下亞段)辮狀沉積形成的一套灰色沉積建造，多局限在辮狀深切谷發(fā)育部位，沉積碎屑顆粒較粗，以粗砂至中粗砂為主，富含有機質和還原物質。該辮狀沉積砂體在東勝南部出現(xiàn)砂體粒度的明顯變細和洪泛沉積，沉積相組合由原來的河道沉積、心灘沉積組合過渡為河道沉積、邊灘沉積和洪泛沉積組合，即河流沉積由辮狀沉積總體上向曲流沉積演變，在這種過渡相帶部位，沉積物成分上更富含還原組分，成為鈾成礦的最理想地段。從砂巖自然伽馬異常分布來看，鈾異常砂巖主要分布在研究區(qū)西南部河道砂體中(圖9)，中部的鈾異常點分布在河道間的泛濫平原內。

直羅組中期(上亞段)主要發(fā)育辮狀河和曲流河沉積，沉積碎屑顆粒變細，其中砂以中粗砂至中細砂為主，與粉細砂或泥頻繁互層產(chǎn)出，見多層河沼相薄煤層，河道砂體基本上呈“準板狀”出現(xiàn)，曲流河沉積具有典型的“二元結構”；河道沉積砂體常與下段的辮狀沉積砂體交疊在一起形成多個“疊置式砂體”而導致砂體的突然增厚并與下部砂體貫通。由于資料點的密度問題，本研究沒有進一步細分曲流河與辮狀河沉積，而是統(tǒng)一劃分為河道沉積和泛濫平原沉積(圖10)。從砂巖自然伽馬異常分布來看，鈾異常砂巖主要分布在研究區(qū)北部、西南部、東部河道砂體的邊部，北部的鈾異常點和西部的鈾異常點分布在河道間的泛濫平原內，精細分析發(fā)現(xiàn)這兩個異常點出現(xiàn)在小規(guī)模的河道砂體中。

圖10 東勝深部直羅組上亞段砂巖鈾異常分布 與沉積相帶展布圖Figure 10 Deep part Dongsheng coalfield Zhiluo Formation upper submember uranium anomalies distribution and sedimentary facies extension diagram

直羅組下段鈾異常的河道砂體厚度變化較大，下亞段砂體厚度在11.2～62.5m，平均42.9m，鈾異常砂巖厚度在35～65m；上亞段砂體厚度在7.0 ～49.6m，平均29.0m，鈾異常砂巖厚度大都分布在20～35m，表明該厚度區(qū)間是直羅組下段有利于砂巖鈾異常發(fā)育的厚度區(qū)間(表1)。

直羅組晚期(上段)為曲流河沉積階段，該巖性段廣布于東勝地區(qū)，與早、中期沉積的區(qū)別在于氣候環(huán)境發(fā)生了明顯的改變，由原來的溫暖潮濕轉向干旱炎熱[14-15]。沉積碎屑中砂以中粗砂至中細砂為主，與紅色泥及薄層粉細砂組合交互產(chǎn)出，局部能見灰黑色的河沼泥，見較多鈣化木，河道沉積組合與非河道沉積組合分異明顯，具曲流河沉積典型的“二元結構”。

表1 東勝深部直羅組鈾異常砂巖厚度表Table 1 Deep part Dongsheng coalfield Zhiluo Formation uranium anomaly sandstone thicknesses

4 小結

①研究區(qū)直羅組發(fā)育的辮狀河相和曲流河相，早期主要發(fā)育辮狀河沉積，中期發(fā)育辮狀河和低彎度曲流河，晚期主要發(fā)育曲流河。從辮狀河沉積逐漸過渡為曲流河沉積。

②砂巖含鈾量較高時，常表現(xiàn)出自然伽馬值較高，這是識別研究區(qū)砂巖型鈾礦存在的最直接的方法，將研究區(qū)砂巖的自然伽馬值大于1.5 pA/Kg的層段視為鈾異常點，直羅組下亞段鈾異常主要發(fā)育在辮狀河心灘和河道砂體的過渡位置，直羅組上亞段鈾異常主要發(fā)育在河道砂體的外緣。

③下亞段砂巖鈾異常主要分布在西南部河道砂體的外側，中部的鈾異常點分布在河道間的泛濫平原內；上亞段砂巖鈾異常主要分布在北部、西南部、東部河道砂體的邊部，北部的鈾異常點和西部的鈾異常點也出現(xiàn)在小規(guī)模的河道砂體中。