松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾礦成礦條件分析

宮文杰, 張振強(qiáng)

1)核工業(yè)二四三大隊(duì), 內(nèi)蒙古赤峰 024006;

2)核工業(yè)二四O研究所, 遼寧沈陽(yáng) 110032

松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾礦成礦條件分析

宮文杰1), 張振強(qiáng)2)

1)核工業(yè)二四三大隊(duì), 內(nèi)蒙古赤峰 024006;

2)核工業(yè)二四O研究所, 遼寧沈陽(yáng) 110032

通過(guò)對(duì)松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾成礦條件分析認(rèn)為: 泉頭組半干旱的亞熱帶古氣候?qū)Τ傻V有利。河流相和三角洲相沉積具有形成厚大砂體的條件。砂體較為發(fā)育, 單層砂體厚度可達(dá) 42 m。雖砂體中有機(jī)質(zhì)含量較低, 但泉頭組下部含煤層中的烴類可通過(guò)斷裂構(gòu)造及不整合面上升進(jìn)入砂體, 彌補(bǔ)還原劑的不足。工業(yè)鈾礦孔的發(fā)現(xiàn)反映出泉頭組有鈾的大規(guī)模富集?？傊? 泉頭組是松遼盆地南部一個(gè)重要的找礦目的層, 找礦意義重大。

松遼盆地南部; 泉頭組; 砂巖型鈾礦; 成礦條件

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地南部包括內(nèi)蒙古通遼市、吉林省白城、四平、長(zhǎng)春市, 黑龍江哈爾濱市?？缭剿蛇|盆地東南隆起區(qū)、中央坳陷區(qū)南部、西部斜坡區(qū)南部和西南隆起區(qū)四個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。其構(gòu)造背景、形成演化及構(gòu)造特征與松遼盆地一致。

1.1 盆地結(jié)構(gòu)

(1) 基底

以長(zhǎng)春—通榆為界, 分為南北兩區(qū)(圖1)。南區(qū)主要為早古生界變質(zhì)程度較深的片麻巖和變質(zhì)砂巖;北區(qū)則為晚古生界變質(zhì)程度較淺的板巖、蝕變火山巖和千枚巖組成, 伴以花崗巖侵入體。

(2) 蓋層

具有明顯的雙層結(jié)構(gòu), 由中、新生代斷、坳兩層組成(高瑞祺等, 1997)。斷陷層分割性強(qiáng), 幾乎均受北北東向?yàn)橹鞯纳L(zhǎng)斷層控制, 形成一系列北北東向展布的孤立斷陷或斷陷群。坳陷層總體呈碟形,構(gòu)造平緩, 具有統(tǒng)一的沉降中心, 斷裂規(guī)模較斷陷層小。地層有下白堊統(tǒng)沙河組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組,上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)、明水組, 第三系和第四系。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig. 1 Location of the study area

1.2 泉頭組(K2q)特征

泉頭組分布廣泛, 巖性為一套棕紅、暗紫紅色泥質(zhì)巖與紫灰、灰綠、灰白色砂質(zhì)巖組成的較粗粒紅色陸相碎屑巖組合, 局部夾灰綠、灰黑色泥巖及凝灰?guī)r薄層。泉頭組厚度一般為700~1200 m, 最厚可達(dá)1900 m。

按巖性特征, 泉頭組自下而上可分為四段:

泉一段: 紫灰、灰白、綠灰色中厚層砂巖與暗紫紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層, 局部夾黑色及綠色泥巖及薄層凝灰?guī)r, 厚度一般為 250~440 m, 最厚超過(guò)800 m。

泉二段: 以紫褐、褐紅色泥巖為主, 夾紫灰、灰白色砂巖。泥巖不純, 常含砂質(zhì), 厚度為 0~479 m,一般為110~200 m。

泉三段: 灰綠、紫灰色粉、細(xì)砂巖與紫紅及少量灰綠、黑灰色泥質(zhì)巖呈不等厚互層, 組成正韻律層。上部泥質(zhì)巖較發(fā)育, 見有石膏; 下部砂質(zhì)巖較集中。砂巖為泥鈣質(zhì)膠結(jié), 底部被濁沸石膠結(jié)。厚度一般為300~450 m。

泉四段: 灰綠、灰白色粉、細(xì)砂巖與棕紅、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成正韻律層。該段一般中部和下部砂巖較發(fā)育, 上部泥質(zhì)巖較多, 底部砂巖常含泥礫, 可成薄層砂礫巖。一般厚度為 60~100 m,最厚可達(dá)128.5 m。

泉頭組的顏色以紅色為主, 是地層劃分對(duì)比標(biāo)志之一, 其中泉三段頂部的褐紅色泥巖為二級(jí)地層劃分對(duì)比標(biāo)志。

2 砂巖型鈾礦成礦條件分析

2.1 古氣候

泉頭組沉積時(shí)期孢粉組合的顯著特征是以松粉和內(nèi)環(huán)粉為主, 裸子植物和蕨類植物交替占優(yōu)勢(shì)。裸子植物花粉中與柏科有關(guān)的無(wú)口器粉含量高達(dá)1% (扶 1孔), 特別是松科花粉中有少量喜冷的云杉、雪松粉。蕨類孢子中以桫欏科、海金砂科的無(wú)突肋紋孢、希指蕨孢為主。被子植物花粉含量7%左右, 含量比下伏地層明顯增多。以上孢粉組合中的一個(gè)顯著特點(diǎn)是云杉、雪松等少量喜冷的分子與代表熱帶—亞熱帶的桫欏科、海金砂科和亞熱帶一暖溫帶的針類混生。泉頭組的孢粉組合面貌反映當(dāng)時(shí)盆地范圍內(nèi)的古氣候總體為熱帶—亞熱帶的半干旱型氣候(王東坡等, 1995)。

另外, 泉頭組沉積總體為一套以紅色為主, 間夾灰綠及灰黑色的碎屑巖沉積。除盆地中部湖泊相沉積以外的泥巖多呈紅色, 特別是紅色泥巖中常見鈣質(zhì)結(jié)核, 反映出當(dāng)時(shí)的古氣候主要是干旱—半干旱性氣候。松遼盆地西南部紅色泥巖分布廣泛, 厚度也大, 灰色泥巖夾層很少, 反映當(dāng)時(shí)盆地西南部古氣候更干旱一些(李勝詳, 2002)。

2.2 沉積相

泉頭組時(shí)期是坳陷演化初期, 此時(shí)斷陷時(shí)期形成的多中心小型湖泊基本填平, 泉頭組地層超覆在晚侏羅世和早白堊世的地層之上, 沉積范圍要比斷陷期明顯擴(kuò)大, 形成坳陷演化初期的以河流相為主的紅色陸源碎屑巖建造(劉廣傳等, 2000)。

泉頭組一段沉積基本上繼承了登婁庫(kù)組晚期特點(diǎn), 但沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。由于該時(shí)期地形坡降大, 地勢(shì)較陡, 物源近, 搬運(yùn)距離短, 沿盆地邊緣形成了坳陷發(fā)育早期的以粗碎屑為主的沖積扇和辨狀河相沉積。至泉頭組二、三段沉積期, 盆地填平補(bǔ)齊階段已基本完成, 隨著構(gòu)造沉降趨于穩(wěn)定, 地形坡降減小, 地勢(shì)更為平緩, 廣泛發(fā)育河湖相細(xì)碎屑沉積。泉頭組四段沉積期盆地持續(xù)坳陷, 此時(shí)以發(fā)育曲流河相為特征。所以, 從泉頭組一段至四段沉積演化過(guò)程來(lái)看, 在平面上形成一個(gè)以淺湖相為中心, 環(huán)繞以河流相和三角洲相沉積的環(huán)狀相帶(圖2)。在垂向上構(gòu)成了沖積扇相-辮狀河相-曲流河相-三角洲相-淺湖相的多韻律相序列結(jié)構(gòu)(張振強(qiáng)等, 2005; 劉廣傳等, 2000)。

2.3 砂體

泉頭組累砂體主要發(fā)育于西南部的柰曼—通遼地區(qū)、南部的雙遼—康平地區(qū)和肇東—肇洲地區(qū)(圖3)。奈曼—通遼地區(qū)砂體累計(jì)厚度100～150 m, 雙遼—康平地區(qū)累計(jì)厚度 50～300 m, 肇東—肇洲地區(qū) 50～250 m。經(jīng)幾年對(duì)雙遼—康平地區(qū)泉頭組進(jìn)行了鉆探工程揭露, 證實(shí)存在厚大砂體(田萬(wàn)文, 2008), 單層砂體厚度9～42 m。

2.4 有機(jī)質(zhì)還原劑

2.4.1 有機(jī)炭

泉頭組有機(jī)炭含量較低, 吉林四平—九臺(tái)地區(qū)平均為 0.036%, 雙遼金寶屯地區(qū)小于 0.01%(表 1)

圖2 松遼盆地泉頭組巖相古地理圖Fig. 2 Lithofacies and paleo-geographic map of Quantou Formation in Songliao basin

圖3 泉頭組砂體等厚圖Fig. 3 Iospach map of sand bodies in Quantou Formation

表1 泉頭組有機(jī)炭與烴含量分析結(jié)果表Table 1 Hydrocarbon content of Quantou Formation

表2 泉頭組砂巖硫含量表Table 2 Sulfur content of sandstones in Quantou Formation

2.4.2 硫

硫含量0.034%~0.064%, 平均0.048%。硫含量沒(méi)有隨鈾含量增高而增加(表 2)。巖(礦)芯中幾乎見不到黃鐵礦, 說(shuō)明鈾富集與硫關(guān)系不密切。

2.4.3 酸解烴

海里吐地區(qū)砂巖烴類含量很高(表1), 是吉林四平—九臺(tái)地區(qū)含量的十余倍, 是QJD礦床姚家組的3-4倍。泉頭組本身為氧化環(huán)境沉積, 有機(jī)質(zhì)含量不高, 這間接說(shuō)明下部含煤層中的烴沿?cái)嗔焉仙M(jìn)入泉頭組砂體中。

2.5 后生改造作用

泉頭組原生為氧化環(huán)境。其后生改造作用表現(xiàn)為油氣的后生還原作用。

侏羅系烴源巖多分布在斷陷湖盆的主體部位,以深灰、灰黑色泥巖為主, 植物炭屑發(fā)育, 多處見煤層和煤線, 可形成各種成分烴類(楊子榮, 1995)。

(1) 宏觀表現(xiàn)

煤田部門在金寶屯施工的 11-2孔 724～779 m礫巖中有厚49 m油浸砂。在7833孔811～904 m泥巖中有4層瀝青, 單層厚度17 m左右。2007年施工的 HⅢ-5孔367.5 m和HⅡ-1孔143 m紫紅砂巖都見到煤成烴油浸砂巖(圖4), 其它鉆孔類似現(xiàn)象也很普遍。

(2) 微觀(包裹體)特征

對(duì)礦化巖巖石包裹體測(cè)試, 含礫紫紅巖屑中粗砂巖粒間孔隙中普遍含輕質(zhì)油，顯示較強(qiáng)的淺藍(lán)色熒光(圖5)。

(3) 烴含量與鈾的關(guān)系

礦化巖石中 CH4含量低于鈾增高巖石, 更低于非礦化灰白砂巖含量; 而乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷卻相反, 即礦化巖石高于鈾增高巖石, 更高于非礦化巖石。其原因是 CH4參與了鈾的還原反應(yīng)。CH4在較高溫度下(130°), 可直接使鈾沉淀(劉正義等, 2007): 反應(yīng)式如下:

CH4+4UO2+2+8OH?=4UO2↓+CO2↑+6H2O

2.6 鈾的礦化富集

前人在盆地東南緣的金寶屯地區(qū)順便測(cè)井中發(fā)現(xiàn)礦化異常孔20余個(gè)。礦化產(chǎn)于泉頭組灰綠色、灰白色砂巖、細(xì)砂巖, 含礦層多為泥質(zhì)膠結(jié), 局部鈣質(zhì)膠結(jié), 埋深在354~467 m。礦化段厚度0.32~5.2 m,解釋鈾含量為 0.01%~0.08%。上部隔水層為紫紅色泥巖, 下部隔水層為紫紅色粉砂巖及泥巖, 含礦層厚10 m, 砂泥比近1: 1, 區(qū)域上分布穩(wěn)定。8個(gè)樣品中3 個(gè)樣品屬于平衡或接近平衡, 5個(gè)偏鈾, 說(shuō)明金寶屯地區(qū)為偏鈾區(qū), 有鈾的富集(劉金輝等, 2007;劉漢斌等, 2004)。

圖4 HⅡ-1孔紫紅砂巖中的煤烴Fig. 4 Hydrocarbon in mauve sandstone

圖5 紫紅色中-粗砂巖砂巖粒間孔隙中含油氣顯示較強(qiáng)的淺藍(lán)色熒光Fig. 5 Strong light blue fluorescence of oil-gas in mauve medium-coarse grained sandstone

近些年核工業(yè)地質(zhì)部門在金寶屯地區(qū)專門開展了地浸砂巖型鈾礦區(qū)域地質(zhì)調(diào)查。新發(fā)現(xiàn)鈾礦化孔數(shù)十個(gè), 工業(yè)鈾礦孔一個(gè)。鈾礦化產(chǎn)于泉頭組一段(K2q1), 埋深 386.95 m, 厚 2.20 m。最高鈾含量0.15%。含礦主巖為紫紅粗中粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和灰色、灰綠色細(xì)砂巖(田萬(wàn)文等, 2008)。

3 結(jié)論

泉頭組半干旱古氣候?qū)Τ傻V有利。河流相和三角洲相沉積具有形成厚大砂體的條件。砂體較為發(fā)育, 單層砂體厚度可達(dá)42 m。砂體中有機(jī)質(zhì)含量雖低, 但泉頭組下部含煤層中的烴類通過(guò)斷裂構(gòu)造及不整合面上升進(jìn)入砂體中, 彌補(bǔ)還原劑的不足(顏蕊等, 2009)。海里吐地區(qū)鈾礦石中烴類含量很高。泉頭組后生改造不是傳統(tǒng)上的后生層間氧化, 而是油氣的后生還原。工業(yè)鈾礦孔的發(fā)現(xiàn)證明有鈾的規(guī)模富集?？梢哉J(rèn)為泉頭組是松遼盆地南部一個(gè)重要的找礦目的層, 找礦將會(huì)有較大的突破。

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Metallogenic Condition Analysis of the Sandstone Uranium Deposit in Quantou Formation, Southern Songliao Basin

GONG Wen-jie1), ZHANG Zhen-qiang2)
1) No. 243 Geological Party of Nuclear Industry, CNNC, Chifeng, Inner Mongolia 024006;

2) No. 240 Research Institute of Nuclear Industry, CNNC, Shenyang, Liaoning 110032

Based on an analysis of the metallogenic conditions of the sandstone type uranium deposit in Quantou Formation within southern Songliao Basin, this paper holds that semi-arid subtropical paleo-climate was favorable for uranium mineralization. Fluvial and deltaic sediments provided space for the development of thick and large sand bodies. These sand bodies are well developed in Quantou Formation, with the monolayer of the sand body reaching over 40 meters in thickness. Though organic carbon content was low in sand bodies, hydrocarbon in coal-bearing layers under Quantou Formation probably migrated upwards into sand bodies along faults and surfaces of the unconformity and increased the capability of the reducing agent. The discovery of industrial uranium ore bodies suggests large-scale uranium enrichment. Therefore, the Quantou Formation may be regarded as an important target layer for sandstone type uranium exploration.

southern Songliao Basin; Quantou Formation; sandstone type uranium deposit; metallogenic conditions

P619.14; P618.05

A

1006-3021(2010)06-813-06

本文由中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局項(xiàng)目“內(nèi)蒙古通遼市白興吐地區(qū)1:25萬(wàn)鈾資源區(qū)域評(píng)價(jià)”(編號(hào):200822)資助。

2010-04-06; 改回日期: 2010-07-12。責(zé)任編輯: 魏樂(lè)軍。

宮文杰, 男, 1969年生。工程師。長(zhǎng)期在松遼盆地從事地浸砂巖型鈾礦找礦工作。E-mail: Gwj-xzx@163.com。