沉積特征對砂巖型鈾成礦類型的制約
——以松遼盆地南部姚家組為例

馬漢峰，羅 毅，李子穎，于振清

（1．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029；2.核工業(yè)243大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024006）

沉積特征對砂巖型鈾成礦類型的制約
——以松遼盆地南部姚家組為例

馬漢峰1，羅 毅1，李子穎1，于振清2

（1．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029；2.核工業(yè)243大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024006）

不同沉積體系砂體的特征不同，在后生鈾成礦過程中所起的作用也不同。通過對松遼盆地南部姚家組地層沉積特征的研究，提出沉積特征對鈾成礦類型有制約作用；上白堊統(tǒng)姚家組沉積體系以沖積平原、辮狀河、三角洲和湖泊等為主，形成了穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，受沉積體系的控制，該區(qū)砂體厚度穩(wěn)定、分布范圍廣，是松遼盆地南部尋找層間氧化帶型鈾礦的找礦有利目的層。

沉積體系；松遼盆地；姚家組；成礦條件；制約

地浸砂巖型鈾礦床的形成需要諸多的條件［1-3］，這些條件中地層泥-砂-泥結(jié)構(gòu)條件是影響地浸砂巖型鈾礦形成和采用原地地浸法開采的最重要條件［3］，地層缺失泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，就無法形成層間氧化帶型鈾礦化；砂巖型鈾礦體如果缺少頂?shù)装迥鄮r隔水層，采用地浸法開采將極其困難。而泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)的形成是和沉積作用和沉積構(gòu)造演化分不開的，尤其和沉積體系關(guān)系密切，不同沉積體系由于砂體特征不同，泥巖層分布不同，會形成不同的地層結(jié)構(gòu)，因而會影響后期的成礦類型［4］。松遼盆地南部姚家組廣泛發(fā)育三角洲、辮狀河沉積體系［5-6］，易形成穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，有利于層間氧化帶型鈾礦化的形成，錢家店和白興吐鈾礦床的發(fā)現(xiàn)證明了松遼盆地南部具有較大的尋找層間氧化帶型鈾礦的潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)

松遼盆地是我國北方一大型中新生代盆地，大地構(gòu)造位置位于華北、西伯利亞板塊和西太平洋夾持區(qū)的東部，基底由前震旦紀、古生代中深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖，以及加里東期、海西期、印支期和燕山期等花崗巖組成［7］。松遼盆地蓋層主要由沉積碎屑巖系構(gòu)成，總沉積厚度>10 000 m。地層從上向下依次是第四系，新近系依安組，古近系泰康組、大安組，上白堊統(tǒng)明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組和泉頭組，下白堊統(tǒng)登婁庫組、營城組及沙河子組。姚家組上段和下段是目前松遼盆地南部地浸砂巖型鈾礦找礦的主要目的層位，其沉積體系屬于沖積平原相、辮狀河相、三角洲相和湖泊相沉積體系。上白堊統(tǒng)姚家組地層沉積韻律結(jié)構(gòu)明顯，發(fā)育兩層砂體，砂體厚度大致接近，姚下段砂體厚度略大，該層砂體與青山口組頂部泥巖、姚家組上、下段之間的分段泥巖共同組成一套完整的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，姚家組上段地層中的砂體與嫩江組底部泥巖和姚家組上、下段分層泥巖一起構(gòu)成另一套完整的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)（圖1），勘查結(jié)果表明，這兩層砂體中均有工業(yè)鈾礦體發(fā)育，取得了很好的找礦成果，因此，松遼盆地南部姚家組是尋找地浸砂巖型鈾礦的主攻找礦目的層。

2 松遼盆地南部姚家組沉積特征

2.1 沉積體系及沉積相特征

圖1 松遼盆地南部姚家組地層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic map of stratigraphic structure of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

從松遼盆地南部姚家組巖相古地理圖（圖2）可以看出，姚家組主要發(fā)育辮狀河體系、三角洲體系和湖泊沉積體系，僅西南部靠近盆緣部位發(fā)育少量沖積扇體系，松遼盆地東南緣廣泛發(fā)育泛濫平原相沉積。而盆地南部則以辮狀河體系、沖積平原體系為主，在湖泊沉積體系和沖積平原體系過渡部位發(fā)育有三角洲沉積體系。通過詳細研究可以發(fā)現(xiàn)松遼盆地南部砂體比較發(fā)育，沉積物粒度較均勻，連通性和滲透性較好，并且砂體和其上、下隔水泥巖組成了穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)。

2.2 沉積體系對砂體特征的制約

通過對松遼盆地南部大量鉆孔中姚家組地層的統(tǒng)計觀察，姚家組沉積是由沖積平原相、辮狀河相和三角洲相組成，砂體發(fā)育，單層砂體厚n～n×10 m，累計厚度達30～90 m，組成砂體的巖性為中粗粒長石巖屑砂巖、中細粒長石巖屑砂巖、中粗粒巖屑長石砂巖、中細粒巖屑長石砂巖和少量泥質(zhì)粉砂巖，姚家組砂巖為泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，固結(jié)程度較低，滲透性能較好。

圖2 松遼盆地南部晚白堊世姚家組沉積期巖相古地理圖Fig.2 Lithofacies&palaeogeographic map of sedimentary phases in Late Cretaceous Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

姚家組砂體可分為姚上段砂體和姚下段砂體兩層砂體，這兩層砂體的形成環(huán)境較為接近，均屬于辮狀河沉積體系和三角洲沉積體系。在錢家店礦區(qū)范圍內(nèi)其兩層砂體中都有鈾礦體產(chǎn)出，姚上段砂體底板埋深為187～255 m，單層砂體厚度為25～28 m；姚下段砂體埋深為226.0～304.70 m，單層砂體厚度為20．0～30．0 m，單層砂體最大厚度大于 40．0 m；砂體組成碎屑巖的成分包括：棱角狀石英碎屑、巖屑及長石碎屑。巖屑成分很復(fù)雜，既有火山巖屑、變質(zhì)巖屑，也有花崗巖屑。砂巖的膠結(jié)形式為基底式或孔隙式膠結(jié)，部分砂巖膠結(jié)物為碳酸鈣，因此，其鈣質(zhì)量分數(shù)增高，絕大部分砂巖較疏松、滲透性較好，具較好透水性。

根據(jù)松遼盆地南部姚家組砂體所組成的砂巖顏色，姚家組砂巖可分為兩大類型，即紫紅色砂巖和灰色砂巖。大量鉆孔觀察表明，紫紅色砂巖大部分分布在姚家組下段，在姚家組上段也有分布，該砂巖的特點是呈紫紅色，塊狀層理，局部發(fā)育交錯層理。其碎屑質(zhì)量分數(shù)：85%～90%，泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)：10%～15%；砂巖的碎屑成分中石英質(zhì)量分數(shù)：60%～65%，是碎屑的主體，巖屑占25%～30%，長石占5%～10%；紫紅色砂巖碎屑的分選性較差、顆粒呈次棱角狀到棱角狀。本類型的砂巖成熟度低，膠結(jié)較為疏松，通常為孔隙式或基底式膠結(jié)，不含或含少量炭質(zhì)和黃鐵礦，大部分砂巖碎屑顆粒表面有鐵染，在顯微鏡下有紅邊；灰色砂巖大部分位于姚家組上段，姚家組下段分布較少，這種砂巖一般呈灰色、灰白色，泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)多者為灰綠色，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)多者為黑色和黑灰色，常見泥質(zhì)、粉砂質(zhì)夾層或透鏡體，塊狀層理發(fā)育廣泛，局部發(fā)育交錯層理?；疑皫r中碎屑質(zhì)量分數(shù)占80%～90%，相對于紫紅色砂巖質(zhì)量分數(shù)減少，泥質(zhì)質(zhì)量分數(shù)占10%～20%，相對于紫紅色砂巖質(zhì)量分數(shù)有所增加，組成灰色砂巖的碎屑成分主要是石英 （45%～75%）、 長石（10%～15%）和巖屑（20%～35%），其相對比例和紫紅色砂巖較為相似，灰色砂巖內(nèi)的炭質(zhì)碎屑呈細的條帶狀，沿砂巖的層理平行分布，炭質(zhì)最多，質(zhì)量分數(shù)可達3%～4%，顯示該種砂巖有較強的還原容量。灰色砂巖中的黃鐵礦呈聚斑狀、分散狀和結(jié)核狀，碎屑顆粒分選性一般，磨圓度為次圓狀到次棱角狀，成分成熟度低，基底式膠結(jié)，膠結(jié)程度較低，鈣質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較高。

從松遼盆地南部姚家組砂體化學(xué)分析結(jié)果（表1）可以看出：姚家組砂巖的 w（SiO2）/w（Al2O3）值為 5．33～8．98， 平均值為 6．78， 與佩蒂莊分類中巖屑砂巖的平均值（8．16）相比，該區(qū)砂巖的 w（SiO2）/w（Al2O3）比值明顯偏低，這說明該區(qū)巖石的成熟度較低。CaO在灰色砂體中砂的質(zhì)量分數(shù)絕大部分＜4．00%，反映出砂體中碳酸鹽質(zhì)量分數(shù)較低，燒失量＜4．90%，與CaO質(zhì)量分數(shù)相關(guān)關(guān)系不明顯，說明砂體中砂巖的碳酸鹽質(zhì)量分數(shù)較低。從表1可以看出，松遼盆地南部砂體中砂巖的堿金屬質(zhì)量分數(shù)較低，w（Na2O+K2O）為 4．45%～6．41%， 且w（Na2O）＜w（K2O）， 具有富鉀特征。 顯示該區(qū)辮狀河及三角洲沉積體系中的砂巖，其鉀長石是長石碎屑組的主要成分，說明該區(qū)蝕源區(qū)巖石演化程度高，這種地質(zhì)體的鈾質(zhì)量分數(shù)也較高，能為后期鈾成礦提供鈾源。

表1 松遼盆地南部姚家組砂巖化學(xué)成分結(jié)果表（據(jù)核工業(yè)243大隊，2006）Table1 Chemical compositions of sandstones in Yaojia Formation in the southern Songliao Basin（After Geologic Party No.243， CNNC， 2006）

3 沉積體系對鈾成礦水文地質(zhì)條件的制約

水文地質(zhì)研究表明，姚家組含水層的空間展布形態(tài)與姚家組沉積時的沖積平原、辮狀河及三角洲沉積體系分布區(qū)大致吻合，含水層形態(tài)受各種體系中的亞相砂體形態(tài)控制，沖積平原上的辮狀河和三角洲平原上的辮狀分流河道發(fā)育連通砂體，洪泛期形成厚層泥巖，決定了本區(qū)含水層和隔水層界線明顯。姚家組含水層厚度為20～50 m，含水層頂板埋深為140～230 m，巖性為中粗粒巖屑長石砂巖、中細粒巖屑長石砂巖、中細粒長石巖屑砂巖、含礫不等粒砂巖和含泥礫砂巖等。姚家組含水層的頂板隔水層為上白堊統(tǒng)嫩江組，底板隔水層為上白堊統(tǒng)青山口組，含水層的水化學(xué)類型為HCO3-—Cl-—Na+型和HCO3-—Na+型，與上層嫩江組和下層青山口組的水化學(xué)類型略有差別，姚家組地下水礦化度一般大于 1 g·L-1， 最高可達 8.8～43.7 g·L-1， 淡水和油田水的混合型地下水，pH值為8～9，屬于弱堿性地下水。

上白堊統(tǒng)姚家組含水層地下水接受大氣降水補給，大氣補給的水以越流、構(gòu)造剝蝕天窗和側(cè)向徑流等補給方式補給承壓含水層。盆地周圍基巖分布區(qū)的裂隙水在向盆內(nèi)徑流過程中，地下水沿滲透好的砂體向下滲透、補給姚家組層間水，或者從剝蝕構(gòu)造天窗向下滲透，進入層間，形成層間的承壓水，這些層間水在沿沉積層序徑流時，如遇到斷裂或連通性砂體，可以越流等形式補給其他含水層。

上白堊統(tǒng)姚家組中地下水徑流方式表現(xiàn)為在松遼盆地南部大范圍由蝕源區(qū)向盆地中心部位徑流，從山前高平原向低盆內(nèi)低平原徑流，晚白堊世嫩江期末松遼盆地發(fā)生了強烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)隆升，由此引發(fā)的剝蝕作用所形成的構(gòu)造天窗使地表水能夠沿層間滲入，然后側(cè)向徑流，研究表明，地下水流向和沉積體系中砂體的展布方向基本一致，含水層的厚度也受沉積體系中砂體厚度的制約，松遼盆地有利的沉積體系及微相條件導(dǎo)致了松遼盆地南部具有形成砂巖型鈾礦有利的水文地質(zhì)條件，松遼盆地南部已發(fā)現(xiàn)的錢家店鈾礦床及其東部的白興吐鈾礦床都發(fā)育在地表水能夠滲入的莽格圖天窗構(gòu)造的兩側(cè)。

上白堊統(tǒng)姚家組承壓水的排泄方式主要是沿斷裂構(gòu)造滲出，溝通下部層位和地表的貫通性斷裂形成于晚白堊世嫩江期末，使得下部含水層中的地下水和地表潛水的水力聯(lián)系加強，反轉(zhuǎn)隆升剝蝕天窗構(gòu)造、姚家組和貫通性斷裂構(gòu)成局部完整的補-徑-排水動力系統(tǒng)，使得在后期改造成礦過程中地表水能源源不斷地流入成礦，松遼盆地南部的斷裂排瀉區(qū)范圍與現(xiàn)代老哈河、西遼河、東遼河、西拉木倫河和新開河流域位置大致相同。

4 沉積體系對姚家組鈾礦化類型的制約

通過松遼盆地南部已施工鉆孔中姚家組沉積體系發(fā)育與鈾礦化類型關(guān)系研究可知，在盆地西南邊緣（奈曼、洮南地區(qū)）沉積體系主要以沖積扇沉積體系為主，亞相及微相界線不清楚，砂體不穩(wěn)定，缺少穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，滲入地層中的含氧含鈾水以垂直運移作用為主，僅有少量發(fā)生側(cè)向遷移，因此，僅形成了潛水氧化帶型鈾礦化（圖3）。

圖3 沉積體系對砂巖型鈾礦類型的控制作用示意圖Fig.3 Skech map showing control of sedimentary systems on the types of sandstone-type uranium deposits

從西南邊緣逐漸向盆地內(nèi)部，沉積體系以沖積平原為主，較難形成泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，而且所沉積砂巖多為紫紅色，雖有灰色砂巖發(fā)育，但其中沒有發(fā)現(xiàn)較好的鈾礦化現(xiàn)象。在沖積平原和湖泊過渡部位，廣泛發(fā)育辮狀河、三角洲沉積體系，形成了穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，且各沉積體系中砂體的厚度適中，延伸穩(wěn)定，有機炭、有機硫質(zhì)量分數(shù)（11.46×10-6～17.06×10-6）高， 局部沉積洼地有鈾的預(yù)富集現(xiàn)象，泥巖中的鈾質(zhì)量分數(shù)每噸可達十幾克，辮狀河道和三角洲體系內(nèi)比大部分亞相都有利于發(fā)育穩(wěn)定性較好的砂體，形成穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，因此，這兩個沉積體系有利于層間氧化帶型砂巖鈾礦形成。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)了錢家店、白興吐等層間氧化型鈾礦床，就是發(fā)育在這種有利的沉積體系內(nèi)。

由此可見，松遼盆南部鈾礦化發(fā)育的類型和沉積體系的展布有一定關(guān)系，有些沉積體系對形成潛水氧化帶型鈾礦化有利，另一些沉積體系對形成層間氧化帶型鈾礦化類型有利，因此，沉積體系對鈾礦化類型起到一定的控制作用，沖積扇沉積體系及其中亞相更易形成潛水氧化帶型鈾礦化，辮狀河和三角洲沉積體系及亞相更有利于形成層間氧化帶型鈾礦化。

5 結(jié) 論

沉積作用制約著地層結(jié)構(gòu)、沉積體系和沉積體系各亞相的展布，以及其巖石類型的發(fā)育，從而也制約著其中發(fā)育的砂體規(guī)模、砂體特征、砂體的還原容量、砂體的鈾質(zhì)量分數(shù)和砂體后生蝕變等影響鈾礦形成的條件和因素；松遼盆地南部上白堊統(tǒng)姚家組發(fā)育辮狀河沉積體系、三角洲等沉積體系，這些沉積體系有利于形成穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，具備了形成滲入型鈾礦的重要條件，是尋找原生沉積預(yù)富集后生層間氧化改造疊加型鈾礦的有利目的層，而且目前已發(fā)現(xiàn)了錢家店鈾礦床和白興吐鈾礦床，這說明了上白堊統(tǒng)姚家組具有良好的鈾成礦條件及找礦潛力，應(yīng)堅定該區(qū)的鈾礦找礦信心。

當(dāng)然，沉積作用僅是影響松遼盆地南部鈾成礦類型的一個重要地質(zhì)因素，還應(yīng)把它和其他地質(zhì)因素結(jié)合起來進行綜合成礦預(yù)測。

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Constrain of sedimentary characteristics on the mineralization type of sandstone hosted uranium deposits—A case study of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

MA Han-feng1，LUO Yi1，LI Zi-ying1， YU Zhen-qing2
（1.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.Geologic Party No.243， CNNC， Chifeng， Inner Mongolia 024006， China）

Sand bodies of different sedimentary systems have different lithologic characteristics and play different roles in the formation of epigenetic uranium ore mineralization.Sedimentary features of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin are studied and，it is found that the sedimentary systems of Upper Cretaceous Yaojia Formation are mainly predominated by alluvial plain，braided river， delta and lake etc.， which forms a steady mud-sand-mud strata structure.Controlled by sedimentary systems， the sand bodies are characterized by steady thickness， large distribution.Therefore，Yaojia Formation in the southern Songliao Basin is the favorite sequence for prospecting inter-layered oxidation zone uranium deposits.

sedimentary systems； Songliao Basin； Yaojia Formation； metallogenic condition；constrain

P611.14；P598

A

1672-0636（2010）01-0006-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.01.002

中國核工業(yè)地質(zhì)局生產(chǎn)項目（編號：DD0501）

2009-10-30；

2010-01-08

馬漢峰（1969—），男，陜西乾縣人，博士研究生，高級工程師，主要從事數(shù)學(xué)地質(zhì)和區(qū)域鈾資源評價工作。E-mail:mahanfeng@263.net