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        松遼盆地東南緣下白堊統(tǒng)沙河子組鈾礦化特征及成礦潛力

        2020-06-30 04:00:30李軻巖范晶晶
        高校地質學報 2020年3期
        關鍵詞:子組家店松遼盆地

        趙 岳,李軻巖,徐 強*,范晶晶,丁 蓉,霍 超

        1.中國煤炭地質總局勘查研究總院,北京100039;

        2.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;

        3.中石油煤層氣有限責任公司,北京100028

        松遼盆地是中國北方陸相盆地中砂巖型鈾礦主要富集盆地之一。近十幾年的鈾礦勘查實踐顯示了極大的鈾礦勘查潛力(程紀星等,2000;陳曉林等,2007;于文斌等,2006;羅毅等,2012),并在盆地南部上白堊統(tǒng)發(fā)現(xiàn)錢家店超大型砂巖型鈾礦(張振強,2006;榮輝,2016;夏毓亮,2010;羅毅等,2007)。前人在鈾成礦地質條件(構造樣式及構造演化,沉積相、地層結構、砂巖展布等沉積特征,古氣候條件,后生蝕變及鈾礦化特征),控礦要素及成礦模式等方面開展了卓有成效的研究(于文斌等,2006,2008;榮輝,2016;夏飛勇等,2019;蔡煜琦和李勝祥,2008;焦養(yǎng)泉等,2018;陳方鴻等,2005;陳曉林等,2008;榮輝,2016;Bonnetti et al., 2017),揭示了盆地上白堊統(tǒng)鈾礦賦存規(guī)律及成礦機制。但在盆地早白堊世斷陷期很少見鈾礦化顯示,也缺乏有針對性的勘探及研究工作,這一定程度上制約了對盆地鈾礦資源潛力的認識。

        2015 年,筆者依據(jù)“煤鈾兼探”找礦思路,通過對松遼盆地東南隆起區(qū)梨樹地區(qū)煤、油等勘查資料的“二次開發(fā)”,圈定了砂巖型鈾成礦找礦遠景區(qū),實施了驗證鉆孔,并在下白堊統(tǒng)煤系地層中發(fā)現(xiàn)鈾礦化顯示,找礦效果顯著。本項研究在前人研究的基礎上,通過巖心、薄片觀察描述,測井曲線和樣品測試分析,深入分析了目的層鈾礦化特征,并從鈾源條件、構造、巖性巖相特征、古氣候條件等幾個方面分析了鈾礦成礦條件,在此基礎上,評價了盆地下白堊統(tǒng)沙河子組鈾成礦潛力,以期為豐富和拓展盆地鈾礦找礦新領域提供依據(jù)。

        1 成礦地質背景

        研究區(qū)位于松遼盆地東南隆起區(qū)梨樹斷陷的東南部,構造區(qū)劃上屬于梨樹斷陷的一部分(圖1)。梨樹斷陷呈北東向分布于松遼盆地東南隆起區(qū),可細分為4個次級構造單元。中生代以來,梨樹斷陷經(jīng)歷了多期次復雜的構造演化,形成西斷東超、西厚東薄的單斷式斷陷盆地(圖1c)??v向上,斷坳疊置,下部斷陷層沉積下白堊統(tǒng)地層,發(fā)育斷階式斷裂系統(tǒng)。上部坳陷層充填中晚白堊系地層,構造活動減弱。研究區(qū)位于半地塹構造的緩坡帶。

        梨樹斷陷基底由古生代地層和古生代—中生代花崗巖組成,巖性主要為中深變質巖、淺變質巖和同期花崗巖,鈾含量(3.9×10-6~8.7×10-6)普遍較高(于文斌等,2006)。沉積蓋層主體為上侏羅統(tǒng)、白堊系、新生界,其中,下白堊統(tǒng)是石油、煤及鈾礦等礦產(chǎn)的主要富集層。研究區(qū)白堊系自下而上劃分為沙河子組、泉頭組,地層巖性巖相特征及空間展布受構造形態(tài)和斷裂的控制。沙河子組為盆地強烈裂陷期的產(chǎn)物,泉頭組則為斷坳轉換及整體坳陷期產(chǎn)物。

        沙河子組發(fā)育扇三角洲相與河流相砂礫巖、湖相灰色泥巖夾煤層建造。自下而上劃分為砂礫巖段、含煤段及砂泥巖段。砂礫巖段厚度約30~250 m,由灰—灰白色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖及凝灰質碎屑巖組成。含煤段厚約100~250 m,由灰色—灰黑色泥巖、粉砂巖和煤層互層組成。砂泥巖段厚150~440 m,底部為灰黑色泥巖,中部主要為灰黑色厚層泥巖及粉砂巖夾薄層礫巖,上部以灰色—灰白色礫巖、砂巖為主,夾粉砂巖及薄煤層,具正旋回結構,該段中、上部多為后期抬升剝蝕,與上覆泉頭組不整合接觸。泉頭組以河流沉積相為主,上部巖性以灰綠色細砂巖、灰白色粗砂巖為主,夾薄層灰綠色礫巖,下部以紫紅色礫巖為主,夾薄層灰綠色細砂巖、泥巖、灰白色粗砂巖。

        目前,在盆地西南隆起區(qū)開魯坳陷錢家店已發(fā)現(xiàn)大型或超大型的砂巖型鈾礦床,鈾礦成礦潛力較大。另外在研究區(qū)以往煤田勘探鉆孔中發(fā)現(xiàn)放射性異常顯示,可作為良好的鈾礦找礦標志(金若時等,2014,2016;趙岳等,2018;圖1a)。

        圖1 研究區(qū)地質圖Fig.1 Geological map of the study area

        2 巖性特征及沉積相

        根據(jù)巖相及測井曲線特征分析,可在研究區(qū)沙河子組上段識別出扇三角洲沉積相類型,主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相。扇三角洲前緣是三角洲砂體發(fā)育的主要部分,存在于淺水區(qū),位于正常浪基面之下,巖性變化大,識別出水下分流河道、水下分流河道間沉積微相。水下分流河道微相巖性主要是含礫砂巖、砂巖,分選較差,磨圓中等至差,常發(fā)育交錯層理、波狀層理。水下分流河道間微相巖性主要是泥巖、粉砂巖,及砂巖粉砂巖互層,位于水下分流河道的兩側,屬于低能環(huán)境(圖2)。鈾礦化主要分布在扇三角洲水下分流河道微相環(huán)境,或水下分流河道微相與分流河道間微相接觸界面附近。

        通過對含礦目的層砂巖顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),含礦目的層砂巖顯微結構顯示類型有長石石英粗砂巖、長石石英砂巖、含礫石英長石砂巖、石英長石砂巖(圖3)。砂巖碎屑顆粒主要為石英、長石、云母、巖屑和少量重礦物。石英含量介于20%~45%,平均28%,顆??傮w以棱角狀、次棱角狀為主,磨圓度較差,個別石英有拉長現(xiàn)象,定向排列。長石含量通常大于石英,含量介于15%~65%,平均42.5%,可分為堿性長石和斜長石(圖3b)。堿性長石主要包括微斜長石和條紋長石。顆粒呈次棱角狀、分選磨圓較差,反映花崗巖為主的母巖近源搬運的特征。目的層砂巖中巖屑組分含量介于10%~65%,平均25%,巖屑成分主要為花崗巖、流紋巖(圖3b)。碎屑巖中重礦物和云母含量較少,質量分數(shù)一般小于1%,重礦物主要包括黃鐵礦、磁鐵礦等?;疑€原砂巖中見炭化植物碎屑、微塊狀炭屑。

        圖2 研究區(qū)沙河子組上段ZK1、LS-3井沉積特征(a:ZK1;b:LS-3)Fig.2 Sedimentary characteristics of the ZK1 and LS-3 wells in the upper section of the Shahezi Formation in the study area

        通過對研究區(qū)含礦目的層沙河子組上段砂巖進行鏡下觀察和碎屑顆粒的分析統(tǒng)計(表1),并將結果進行投圖分類,采用Folk( 1968) 的砂巖分類方法,在(Q-F-L)三元圖上進行投圖(圖4)。結果顯示梨樹地區(qū)砂巖類型主要以長石砂巖和長石巖屑砂巖為主,巖屑砂巖次之,個別樣品基質含量較高,為長石巖屑雜砂巖及巖屑雜砂巖。

        3 鈾礦化特征

        研究區(qū)沙河子組鈾礦化主要分布在上部砂礫巖段,巖性主要為石英長石砂巖和長石石英砂巖(圖5),石英含量一般為30%~40%,呈棱角狀、次棱角狀,磨圓度中等,分選差。長石含量介于30%~60%,包括斜長石、微斜長石和條紋長石,條紋長石呈微條紋構造,卡氏雙晶,棱角狀、磨圓度差,成熟度低。以孔隙式膠結為主,泥質是主要的膠結物類型。

        礦化層中厚度變化范圍為0.10~0.50 m,平均值0.30 m;品位變化范圍為0.0095%~0.0373%,平均0.0259%;平米鈾量變化范圍為0.03~0.10 kg/m2,平均0.0775 kg/m2。鈾礦化層厚度、品位的變化均不大。

        U-Ra 平衡特征反映鈾的遷移或富集狀況(舒米林等,1990)。本次共采集鈾鐳樣品20個,應用偏度、峰度法對這些樣品進行分布類型檢驗,均服從對數(shù)正態(tài)分布,說明有一定的代表性,能夠說明研究區(qū)內鈾、鐳的變化、分布情況。參照鈾鐳平衡系數(shù)測量規(guī)范(EJ/T 1094-1999),計算得到研究區(qū)鈾鐳平衡系數(shù)平均值為0.99,表現(xiàn)為平衡略偏鈾狀態(tài)(表2)。

        通過統(tǒng)計分析Kp 與U 含量的關系,發(fā)現(xiàn)相關系數(shù)為0.0025(圖6),二者相關性小。

        圖3 研究區(qū)含礦目的層砂巖顯微結構特征Fig.3 Microstructure characteristics of sandstone in the ore-bearing target layer in the study area

        表1 研究區(qū)沙河子組上段砂巖成分含量表Table 1 Sandstone composition content of the upper section of Shahezi Formation in the study area

        圖4 研究區(qū)沙河子組上段砂巖分類Fig.4 The sandstone types of the target layers in the study area

        砂巖型鈾礦層的礦體形態(tài)受成礦類型及巖相特征的控制,研究區(qū)沙河子組鈾礦化發(fā)育在沙河子組頂部砂礫巖段,富礦體沉積環(huán)境為沖積扇、扇三角洲相,巖性主要為成熟度較低的砂礫及泥巖夾層,富含碳化植物碎屑等有機質。鈾礦化主要賦存在沙河子組和上部泉頭組不整合面附近,巖石顏色從上至下由紅色突變?yōu)榛疑?、灰黑色,礦化層形態(tài)呈板狀(圖7),表明鈾礦化與古潛水氧化作用有關。

        圖5 研究區(qū)礦化層巖石顯微結構特征Fig.5 Microstructure characteristics of mineralized layer rocks in the study area

        表2 研究區(qū)鈾鐳平衡系數(shù)結算結果表Table 2 Results of uranium radium balance coefficient in the study area

        圖6 U-Ra平衡系數(shù)和U含量的關系Fig.6 Relationship between U-Ra balance coefficient and U content

        4 鈾成礦地質條件分析

        4.1 鈾源條件

        研究區(qū)東南部蝕源區(qū)主要由加里東期、海西期和燕山期花崗巖及酸性火山巖組成,鈾含量3.9×10-6~9.5×10-6,白堊系鈾含量普遍較高,鈾含量平均3.68×10-6,鈾源充足。

        4.2 構造條件

        研究區(qū)位于梨樹半地塹式斷陷寬緩且平坦的緩坡帶,構造抬升適中,為沖積扇、短程辮狀河、三角洲等有利相帶的發(fā)育提供了適宜的構造條件,利于形成穩(wěn)定的厚層高滲透性砂層。高滲透性砂層可作為含鈾含氧水運移的良好通道。下白堊統(tǒng)沙河子組沉積后,地層抬升剝蝕,與上覆地層存在較長沉積間斷,這有利于含鈾含氧水垂直下滲,遇到強還原障時,富集成礦。

        4.3 巖性—巖相特征

        含礦目的層下白堊統(tǒng)沙河子組上段發(fā)育沖積扇、扇三角洲沉積體系,以富礫巖、含礫粗砂巖、中—粗砂巖的正粒序為主。含礦巖石粒度較粗,普遍含礫,以含礫泥巖、含砂礫巖、含礫砂巖為主,砂體厚度大,結構疏松,成熟度低,富含有機質、炭屑等還原劑,巖石滲透率較好,含鈾含氧的地表水或地下水在沿上述透水性較好的砂巖滲透運移,將透水層中的還原組分氧化,水中的鈾在氧化還原界面處沉淀富集成礦。

        4.4 古氣候

        早白堊世末期,古氣候發(fā)生轉變,導致沉積建造由灰黑色向紅雜色轉變是砂巖型鈾礦成礦的關鍵。研究區(qū)下白堊統(tǒng)沙河子組沉積時期,古氣候以潮濕氣候為主,沉積的含礦層中富含有機質、硫化物等還原介質。泉頭組沉積時期,孢粉組合面貌及沉積建造反映古氣候由潮濕轉變?yōu)榘敫珊?、干旱性質(黃清華等,1999;李勝祥等,2002;表3),發(fā)育紅色碎屑巖建造。干旱氣候條件下,植被不發(fā)育,有利于含鈾含氧水呈垂向和橫向滲入。

        4.5 巖石原生地球化學類型與后生蝕變特征

        研究區(qū)下白堊統(tǒng)沙河子組巖石總體為灰—深灰色原生地球化學類型,反映還原環(huán)境,可見炭屑及薄煤線,巖石還原能力強(圖8);含礦層頂部與下白堊統(tǒng)泉頭組不整合接觸,泉頭組主要以灰白的、紅褐色、磚紅色等次生氧化色為主,反映氧化環(huán)境(圖9)。

        圖7 研究區(qū)鈾礦化層形態(tài)Fig.7 Urea mineralization layer morphology in the study area

        表3 白堊紀地層對應古氣候類型分類表Table 3 Cretaceous stratigraphy corresponding paleoclimate types

        鐵氧化物含量的變化是后生蝕變重要的地化指標。在下白堊統(tǒng)沙河子組中,礦化層Fe2O3降低、FeO增高,同時C有、Eh增高(圖9),表明該類灰黑色、灰色巖石處于原生地球化學環(huán)境,還原能力強,是后生鈾成礦的優(yōu)質巖石類型。

        圖8 ZK1下白堊統(tǒng)泉頭組底部巖心照片F(xiàn)ig.8 Photographs of the bottom core of the Cretaceous Quantou Formation under ZK1

        綜合分析研究區(qū)成礦地質背景、找礦目的層沉積特征、古氣候、巖石原生地球化學類型及區(qū)內已發(fā)現(xiàn)鈾礦化特征,發(fā)現(xiàn)本區(qū)鈾源豐富、位于構造緩坡帶,構造條件適中,巖性—巖相組合有利,含礦層分布廣泛且?guī)r石中還原劑和吸附劑充足,含礦段處于古氣候條件從溫濕向干旱轉換帶,古氣候條件適宜,加之以往的煤炭勘查及本次鈾礦勘查中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的放射性異常,表明研究區(qū)具有砂巖型鈾礦成礦潛力,鈾礦化主要分布在構造緩坡帶靠近蝕源區(qū)一側,平面上常呈板狀展布。這為松遼盆地東南隆起區(qū)新層系鈾礦找礦提供了重要的找礦方向。

        5 結論

        (1)基于松遼盆地東南緣鈾礦勘查實踐,綜合分析下白堊統(tǒng)沙河子組含礦目的層沉積演化特征,發(fā)現(xiàn)沙河子上段沉積環(huán)境主要為扇三角洲前緣水下分流河道及分流河道間微相,巖石類型主要為長石石英砂巖、石英長石砂巖,次要為巖屑長石砂巖。鈾礦化主要發(fā)育在扇三角洲水下分流河道微相環(huán)境,或水下分流河道微相與分流河道間微相接觸界面附近。

        (2)沙河子組上段鈾礦化層巖石類型主要為砂巖及含泥砂巖,厚度平均0.30 m,品位平均0.0259%,平米鈾量平均0.0775 kg/m2,鐳平衡系數(shù)平均0.99,鈾礦化層形態(tài)呈板狀。

        圖9 研究區(qū)含礦層地球化學類型環(huán)境指標圖Fig.9 Environmental indicators of the geochemical type of the ore-bearing strata in the study area

        (3)研究區(qū)東南部蝕源區(qū)巖石鈾含量高,位于寬緩而平坦的緩坡帶,構造抬升適中,發(fā)育高滲透性砂巖,巖性—巖相組合有利,古氣候演化由濕潤向干旱轉換,含礦層為灰—深灰色原生地球化學類型,表明具有良好的砂巖型鈾礦成礦潛力。

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