王曉鵬 劉坤鵬 陳宏斌 龔斌利 于宏偉 龔奇福 韓 迪

核工業(yè)二〇三研究所，陜西咸陽 712000

鄂爾多斯盆地富集石油、天然氣、煤及鈾等多種能源礦產(chǎn)，是中國重要的能源生產(chǎn)基地(Liuetal.， 2008)。盆地南部黃陵—焦坪—彬縣一帶已發(fā)現(xiàn)店頭砂巖型鈾礦床及焦坪、廟灣、炭店等鈾礦點(diǎn)，賦礦砂體均位于中侏羅統(tǒng)直羅組下段。儲集砂體的沉積特征、分布規(guī)律控制著砂巖型鈾礦床的形成和分布(Ullahetal.， 2005；Jairethetal.， 2015；Halletal.， 2017)。因此，開展鈾礦儲集層沉積相的研究，對指導(dǎo)找礦具有重要意義。

鄂爾多斯盆地直羅組的研究始于20世紀(jì)70年代，主要集中在盆地西緣直羅組油氣發(fā)現(xiàn)地區(qū)(陳庸勛等，1981)，隨著盆地內(nèi)砂巖型鈾礦床及礦點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，該套地層逐漸受到重視。趙俊峰等(2006，2007，2008，2010)將整個(gè)盆地直羅組劃分為上、下段，初步恢復(fù)了全盆內(nèi)直羅組沉積相分布及砂體展布特征。近20年來關(guān)于盆地直羅組沉積特征的研究，多集中于盆地北部鈾礦床分布區(qū)，吳仁貴和余達(dá)淦(2005)、吳仁貴等(2006)、焦養(yǎng)泉等(2005a，2005b，2006，2015)、張字龍等(2010)、薛銳等(2017)均進(jìn)行了詳細(xì)的沉積學(xué)研究，取得了較好的勘探成效。相比盆地北部地區(qū)，盆地南部直羅組沉積特征研究仍較為薄弱，尤其是區(qū)域大比例尺沉積圖件的編制較少，嚴(yán)重制約了盆地南部砂巖型鈾礦的找礦工作。鑒于此，在剖面實(shí)測、巖心編錄的基礎(chǔ)上，分析整理石油、煤炭和核工業(yè)100余口鉆孔資料，對盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組沉積相類型、砂體展布特征及沉積相分布特征進(jìn)行分析，并探討了沉積特征與鈾成礦的關(guān)系及下一步找礦方向，為該區(qū)鈾礦找礦工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡南部，店彬褶皺帶北部(圖 1-a)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動較弱，地層產(chǎn)狀總體向西緩傾，傾角小于5°，發(fā)育一系列北東向展布的舒緩開闊的小型褶曲，斷裂構(gòu)造不明顯(毛明陸，1997；陳宏斌等，2006；邢秀娟等，2006，2008)。研究區(qū)主要發(fā)育一套中生代陸相地層，自下而上依次為上三疊統(tǒng)延長組(T3y)細(xì)碎屑巖、中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)含煤碎屑巖、直羅組(J2z)河流相碎屑巖、安定組(J2a)湖相雜色泥巖及泥灰?guī)r、下白堊統(tǒng)洛河組(K1l)棕紅色中細(xì)粒砂巖、華池—環(huán)河組(K1hc)褐紅色泥巖、粉砂巖互層。

圖 1 鄂爾多斯盆地南緣構(gòu)造綱要圖(a)及直羅—店頭地區(qū)直羅組厚度等值線圖(b)Fig.1 Structural outline of southern margin of Ordos Basin(a) and isopach of the Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area(b)

a—zkf321-1孔，362.7￣￣m，淺灰色中砂巖中富含的炭屑;b—zk6-2孔，256.6￣￣m，灰白色中砂巖中粒狀黃鐵礦細(xì)晶及泥礫;c—zkf303-1孔，501.4￣￣m，灰白色粗砂巖中黃鐵礦充填炭屑;d—zkf321-2孔，355.5￣￣m，油浸砂巖碳酸鹽化及高嶺土化;e—zk9-2孔，210.39￣￣m，砂巖中褐鐵礦化;f—zk321-1孔，344.25￣￣m，砂巖中浸入的油斑;g—zk0-2孔，124.54￣￣m，淺黃色氧化蝕變砂巖;h—zk2-2孔，367.71￣￣m，灰綠色中粗砂巖;i—zkfx9孔，399.4￣￣m，含鈾礦砂巖圖 2 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組下段(J2z1)巖性及鈾礦化照片F(xiàn)ig.2 Photographs of lithology and uranium mineralization of the lower member of Zhiluo Formation(J2z1)of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

2 直羅組巖性及鈾礦化特征

研究區(qū)直羅組厚度80～240￣￣m，呈西北厚、東南薄的變化趨勢，店頭鈾礦床主要發(fā)育于北東向向斜翼部(圖 1-b)。根據(jù)巖性組合和沉積韻律，直羅組可劃分為上下2段(趙俊峰等，2006，2007，2008，2010)，下段為砂巖型鈾礦的主要賦礦層位(張金帶，2004；賀鋒等，2017)。下段底部巖性為灰白色、灰色中厚層狀、塊狀細(xì)—粗粒長石石英砂巖和長石砂巖，富含層狀、塊狀炭化植物碎屑(圖 2-a)，發(fā)育大量星點(diǎn)狀黃鐵礦集合體或塊狀黃鐵礦細(xì)晶(圖 2-b)及黃鐵礦充填炭屑現(xiàn)象(圖 2-c)，底部可見明顯的沖刷構(gòu)造?；疑⒒野咨皫r中發(fā)育高嶺土化、碳酸鹽化(圖 2-d)及弱褐鐵礦化(圖 2-e)，局部地段含油斑(圖 2-f)。下段頂部發(fā)育淺黃色、灰綠色中細(xì)砂巖(圖 2-g，2-h)。上段以紫紅、灰綠色泥巖與粉砂巖互層為主，含石膏細(xì)脈。

研究區(qū)鈾礦化類型主要為層間氧化帶砂巖型，垂向上主礦體位于直羅組下段雜色、褪色蝕變巖石與灰色砂巖過渡部位的含炭屑砂巖中，礦體呈板狀及透鏡狀(陳宏斌等，2006；邢秀娟等，2008；張字龍等，2016)。賦礦巖石主要為中粒、中細(xì)粒長石砂巖、長石石英砂巖(圖 2-i)，膠結(jié)致密，碎屑物中鉀長石和有機(jī)質(zhì)含量較高。礦石中鈾主要以鈾礦物和吸附形式存在，鈾礦物主要為瀝青鈾礦、鈾石和少量鈦鈾礦，與黃鐵礦、褐鐵礦共生賦存在有機(jī)質(zhì)裂隙中(陳宏斌等，2006；彭小華等，2018)。

3 沉積相類型及展布特征

3.1 沉積相類型及特征

根據(jù)露頭及巖心巖性組合、沉積構(gòu)造、沉積韻律、測井曲線、砂體厚度及砂地比等值線等，認(rèn)為研究區(qū)直羅組下段為砂質(zhì)辮狀河相沉積，上段為曲流河相和濱淺湖相沉積。

3.1.1 砂質(zhì)辮狀河相

砂質(zhì)辮狀河相發(fā)育于直羅組下段，與下伏延安組平行不整合接觸(圖 3-a)。露頭上，巖性以淺黃色、黃綠色粗—細(xì)粒砂巖為主，分選好—中等(圖 3-b)，厚層狀—塊狀，橫向延伸穩(wěn)定，累計(jì)厚度10～50￣￣m；底部可見明顯沖刷構(gòu)造，局部含礫石及植物莖干等滯留沉積，偶見星點(diǎn)狀—粒狀黃鐵礦及炭化植物碎屑(圖 3-c)，發(fā)育中—大型槽狀交錯(cuò)層理及板狀交錯(cuò)層理(圖 3-d，3-e，3-f)。鉆孔中(圖 4)，直羅組下段由2～3個(gè)下粗上細(xì)正旋回組成，旋回底部可見滯留沉積的砂礫巖層，礫石以石英質(zhì)為主，粒徑小于1￣￣cm，分選好，次圓狀—次棱角狀。中部為心灘沉積，巖性為灰色、灰綠色粗—細(xì)粒砂巖，發(fā)育槽狀、板狀交錯(cuò)層理，視電阻率曲線表現(xiàn)為鋸齒狀的箱型或鐘型。上部為灰綠色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組成的泛濫平原沉積。

上圖為露頭全貌及下圖點(diǎn)位；a—J2z1與J2y平行不整合接觸；b—灰黃色中砂巖；c—砂巖中發(fā)育炭化植物莖干；d—槽狀交錯(cuò)層理；e、f—板狀交錯(cuò)層理圖 3 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組下段砂質(zhì)辮狀河沉積露頭特征Fig.3 Outcrop characteristics of sandy braided river deposits of the Lower member of Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

3.1.2 曲流河相

曲流河相發(fā)育于直羅組上段中下部。露頭上，河道亞相主要為河道砂壩(邊灘)沉積，巖性為灰黃色、黃綠色細(xì)砂巖(圖 5-a)，單層厚度0.3～3￣￣m，夾數(shù)層薄層泥巖及泥巖透鏡體(圖 5-b)，砂體橫向連續(xù)性較差。砂體中發(fā)育中—小型板狀、槽狀交錯(cuò)層理(圖 5-c，5-d)。鉆孔中(圖 4)，河道砂壩以細(xì)砂巖為主，視電阻率曲線為鋸齒化鐘型。向上逐漸變?yōu)榉簽E平原沉積，巖性為薄層灰色、淺灰色、灰綠色、褐紅色細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖互層組成，可見沙紋層理及水平層理。

3.1.3 濱淺湖相

濱淺湖相發(fā)育于直羅組上段頂部。巖性以紫紅色、褐紅色、灰綠色頁巖、泥巖、粉砂巖為主，發(fā)育水平層理(圖 6)，視電阻率曲線表現(xiàn)為低值鋸齒狀。

圖 4 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)zk180-1鉆孔直羅組柱狀圖Fig.4 zk180-01 column of the Middle Jurassic Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

上圖為露頭全貌及下圖點(diǎn)位； a—灰黃色細(xì)砂巖；b—砂巖中薄層泥巖夾層；c—小型交錯(cuò)層理；d—板狀交錯(cuò)層理圖 5 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組上段曲流河河道砂體沉積露頭特征Fig.5 Outcrop characteristics of meandering river channel sand body of the Upper Member of Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

圖 8 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組下段砂體厚度等值線圖(a)及沉積相圖(b)Fig.8 Isogram of thickness of sandstone(a)and sedimentary facies distribution(b)of the Lower member of Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

3.2 砂體及沉積展布特征

3.2.1 沉積連井剖面特征

在巖性巖相特征分析基礎(chǔ)上，為恢復(fù)直羅期古沉積環(huán)境，確定沉積環(huán)境在時(shí)空的分布及演化，查清含氧含鈾水的通道及河道砂體空間展布(邱余波等，2014)，繪制了一條沉積連井剖面(圖 7，剖面位置見圖 8-a)。剖面總體方位北北東向，剖面南部zk7-2孔至zk8-2孔、北部zk2-1孔至zk9-1孔，直羅組下段砂體厚度大，含砂率高，砂體橫向連通性較好，為砂質(zhì)辮狀河河道沉積。剖面中部zk0-1-zk2-2孔直羅組下段發(fā)育3～5層砂體，砂體單層厚度較小，泥巖夾層數(shù)量增多，為河道間沉積。直羅組上段中下部主要以泥巖、粉砂巖為主，夾薄層孤立砂體，砂體橫向連通性差，為曲流河相沉積。上段頂部主要為紫紅色、灰綠色泥巖，為濱淺湖相沉積。

3.2.2 砂體及沉積展布特征

采用單因素分析多因素綜合制圖的思路(馮增昭，2004)，通過對研究區(qū)100余口石油、煤田、核地質(zhì)鉆孔的資料整理，結(jié)合野外露頭剖面、鉆孔巖心編錄、測井等，編制了研究區(qū)直羅組砂體厚度等值線圖及沉積相圖。

直羅組下段砂體厚度一般為30～65￣￣m、砂地比值一般為0.6～0.75(圖 8-a，8-b)；在進(jìn)行沉積相圖編制時(shí)，選取砂體厚度大于50￣￣m，砂地比值大于0.7，作為辮狀河河道相。一般而言，辮狀河相砂體疊加厚度較大地區(qū)，應(yīng)是河道經(jīng)常流經(jīng)區(qū)域，砂巖較厚帶的分布及變化側(cè)面反映了沉積物物源方向和沉積體系展布特征(焦養(yǎng)泉等，2006；趙俊峰等，2008)。

表 1 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組地層古流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table1 Palaeocurrent directions statistics data of the Zhiluo Formation strata of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

結(jié)果顯示，直羅組下段砂體在上畛子—雙龍—店頭、槐樹莊—黑水寺及太白—和尚塬一帶厚度大于50￣￣m，砂地比值大于0.7，為辮狀河河道相。從砂體厚度變化來看，直羅組沉積早期研究區(qū)有來自南西、北西方向物源供給。露頭古水流測量也進(jìn)一步佐證了上述物源供給方向的判斷。店頭南峪口直羅組下段古水流優(yōu)勢方向60°～70°和120°～140°，直羅鎮(zhèn)葫蘆河剖面直羅組下段古水流優(yōu)勢方向?yàn)?0°～90°和110°～130°(表 1)。表明直羅組沉積早期研究區(qū)物源主要來自盆地南西、北西方向。

圖 9 鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組上段早期砂體厚度等值線圖(a)及沉積相圖(b)Fig.9 Isogram of thickness of sandstone(a)and sedimentary facies distribution(b)of the Upper Member of Zhiluo Formation of Zhiluo-Diantou area，southern Ordos Basin

直羅組上段早期砂體厚度一般為10～38￣￣m，砂地比值一般為0.15～0.45(圖 9-a，9-b)，砂體厚度、砂地比值較下段明顯降低，泥巖沉積增多，沉積體系由辮狀河相轉(zhuǎn)變?yōu)榍骱酉?，反映直羅組上段沉積早期地勢高差變小，物源后退，沉積范圍擴(kuò)大的沉積背景。沉積相圖編制時(shí)，選取砂體厚度大于26￣￣m，砂地比值大于0.3，作為曲流河河道相。結(jié)果顯示，直羅組上段沉積早期曲流河道分布于上畛子—槐樹莊—雙龍、和尚塬—黑水寺地區(qū)。露頭古水流優(yōu)勢方向以60°～70°和120°～140°為主(表 1)。物源方向與下段具有較好的繼承性。

直羅組上段沉積晚期為湖盆發(fā)育鼎盛期，沉積范圍最廣，研究區(qū)位于湖盆中心所在位置，沉積了一套濱淺湖相頁巖、泥巖、粉砂巖等細(xì)粒碎屑物，砂體基本不發(fā)育。

4 沉積特征與鈾成礦關(guān)系

砂巖型鈾礦床的形成是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)歷史過程，是多種成礦條件相互約束、相互作用而成的(張字龍等，2010；邱余波等，2014)。沉積環(huán)境、沉積相、河道交匯部位、砂體厚度、沉積物粒度及泥巖夾層是鈾物質(zhì)預(yù)富集的重要控制因素。

直羅組下段沉積時(shí)期，鄂爾多斯盆地受東強(qiáng)西弱、南強(qiáng)北弱差異抬升剝蝕的改造作用(趙俊峰等，2006，2007)，沉積體系由延安期湖泊、湖泊三角洲轉(zhuǎn)變?yōu)檗p狀河沉積，形成了一套灰色富有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原性砂體，為鈾的預(yù)富集和后生改造成礦提供了前提。直羅組上段沉積時(shí)期，氣候由早期溫暖濕潤還原環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檠谉岣珊档难趸h(huán)境(張?zhí)旄５龋?016；孫立新等，2017)，這種氧化—還原沉積背景為砂巖型鈾礦的形成創(chuàng)造了有利的地球化學(xué)環(huán)境。

勘探表明，店頭地區(qū)鈾礦化受控于直羅組下段辮狀河相砂巖(李曉翠等；2014；胡俊華和郭科鋒，2017；彭小華等，2018；司慶紅等，2019)。辮狀河河道(砂壩)砂體相互切割疊置，厚度大，延伸穩(wěn)定，孔滲性好，是有利的鈾礦儲集層(張字龍等，2010)。延安組頂部泥巖及煤層，直羅組下段辮狀河河道砂體，直羅組上段厚層泥巖組成了較好的“泥—砂—泥”地層結(jié)構(gòu)，有利于層間氧化作用的形成。

平面上，鈾礦化主要賦存在辮狀河河道交匯部位(圖 8-b)。該部位河床變寬，厚度增大，心灘發(fā)育，沉積環(huán)境由不穩(wěn)定到穩(wěn)定，有利于有機(jī)質(zhì)的快速沉積和保存，是鈾礦化的有利地段。河水流經(jīng)河道交匯部位時(shí)，流速減緩，沉積粒度較細(xì)，云母及泥質(zhì)雜基含量相對較高，富含炭化植物碎屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)。含氧含鈾水沿著滲透性良好的河道砂體滲流，在氧化—還原過渡帶內(nèi)由還原性物質(zhì)的吸附還原作用下富集，形成沿河道砂體方向展布的鈾礦體。

圖 10 鄂爾多斯盆地南部店頭鈾礦床直羅組下段沉積與鈾礦化示意圖Fig.10 Relationship between sedimentation and uranium occurrences in the lower member of Zhiluo Formation in Diantou uranium deposits，southern Ordos Basin

垂向上，鈾礦化多賦存于辮狀河河道心灘亞相的中細(xì)砂巖中，且砂體厚度在40～50￣￣m鈾成礦概率最好，而厚度小于30￣￣m的砂體中鈾礦體發(fā)育較差(圖 10，表 2)。其原因主要是，心灘亞相沉積物粒度細(xì)，富含沿層理面分布的絲狀、細(xì)線狀、細(xì)條帶狀炭屑，分布密集、均勻，對鈾的沉淀成礦具有很好的吸附還原作用(圖 11-a至11-d)。河道底部滯留沉積亞相沉積粒度較粗，水流速度快，沖刷強(qiáng)烈，沉積環(huán)境多變，炭屑多以透鏡狀、團(tuán)塊狀、煤塊等滯留沉積物的形式分布于沖刷面，密集程度差，分布不均勻，對鈾的吸附還原能力較差(圖 11-e，11-f)。

表 2 鄂爾多斯盆地南部店頭鈾礦床砂體厚度、沉積物粒度、泥巖夾層與鈾礦化關(guān)系Table2 Statistic of sandstone thickness，sediment granularity，isolated barrier bed quantity and uranium mineralization in Diantou uranium deposits，southern Ordos Basin

此外，砂體中泥巖夾層對鈾成礦也具有重要控制作用。含氧含鈾水沿著辮狀河河道砂體向下滲流，鈾礦物被灰色原生砂體中的還原性物質(zhì)還原沉淀，由于河道砂體滲透性及連通性較好，被還原沉淀的鈾礦物容易被后期氧化水帶走，形成厚度薄、品位低的礦體或礦化體。當(dāng)攜帶鈾礦物的含氧水遇到砂體中的泥質(zhì)夾層時(shí)，水流速減慢，水巖作用時(shí)間變長，層間氧化作用受阻，泥巖本身及其富含的還原性介質(zhì)具有比砂巖更強(qiáng)的吸附還原能力，使鈾礦體更容易在其頂?shù)装迳绑w中富集沉淀，形成厚度大、品位高的鈾礦體(圖 10)。店頭地區(qū)69個(gè)含礦鉆孔中，當(dāng)泥巖夾層數(shù)量為1時(shí)，鈾成礦概率最高(表 2)。隨著泥巖夾層數(shù)量的增加，成礦砂體被分割為多個(gè)成礦單元，單層砂體厚度變薄，連通性變差，不利于含氧含鈾水的滲流，成礦概率降低。

直羅組上段為炎熱干旱氣候條件下的紅色沉積建造(邢秀娟等，2008；張?zhí)旄５龋?016；孫立新等，2017)，缺少還原性介質(zhì)。曲流河相砂體相對孤立、連續(xù)性差，不利于含氧含鈾水的運(yùn)移及鈾的沉淀成礦；濱淺湖相砂體基本不發(fā)育，不利于砂巖型鈾礦床的形成。

根據(jù)店頭地區(qū)鈾礦化顯示，直羅組下段辮狀河相是區(qū)內(nèi)鈾礦化最有利的沉積相帶。河道交匯部位、砂體厚度、沉積物粒度及泥巖夾層數(shù)量對鈾成礦具有重要的控制作用。砂體厚度等值線圖及沉積相圖表明，研究區(qū)北部也發(fā)育砂體厚大的辮狀河河道，有可能構(gòu)成潛在的鈾礦化層。在遠(yuǎn)景預(yù)測時(shí)，河道交匯或分叉部位應(yīng)作為重點(diǎn)，心灘亞相的含炭屑、黃鐵礦砂質(zhì)碎屑巖可作為鈾礦化的找礦標(biāo)志。

5 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地南部直羅—店頭地區(qū)直羅組厚度80～240￣￣m，呈西北厚、東南薄的變化趨勢。根據(jù)巖性組合、沉積構(gòu)造、沉積韻律、測井曲線等，直羅—店頭地區(qū)直羅組下段為砂質(zhì)辮狀河相沉積，直羅組上段為曲流河相、濱淺湖相沉積。

2)直羅—店頭地區(qū)直羅組下段砂體厚度30～65￣￣m、砂地比介于0.6～0.75之間，在上畛子—雙龍—店頭、槐樹莊—黑水寺及太白—和尚塬地區(qū)發(fā)育砂質(zhì)辮狀河河道；直羅組上段沉積早期砂體厚度10～38￣￣m，砂地比介于0.15～0.45之間，在上畛子—槐樹莊—雙龍、和尚塬—黑水寺地區(qū)發(fā)育曲流河河道；直羅組上段沉積晚期研究區(qū)位于湖盆中心所在位置，為濱淺湖相沉積。

3)店頭鈾礦床鈾礦化主要位于直羅組下段砂質(zhì)辮狀河河道交匯部位。沉積環(huán)境、沉積相、河道交匯部位、砂體厚度、沉積物粒度及泥巖夾層對鈾成礦具有重要控制作用。直羅組下段辮狀河河道交匯或分叉部位應(yīng)作為勘查重點(diǎn)，心灘亞相的含炭屑、黃鐵礦砂質(zhì)碎屑巖可作為鈾礦化的找礦標(biāo)志。