松遼盆地北部中、新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征及對(duì)砂巖型鈾礦的控制作用

鐘延秋，馬文娟

（大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引言

松遼盆地為NNE向的菱形盆地，面積26×104km2，盆地基底為古生代和前古生代變質(zhì)巖系，屬于天山—興安嶺海西褶皺帶的一部分，由3個(gè)復(fù)背斜和2個(gè)復(fù)向斜組成［1］。盆地的沉積蓋層主要由侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成，最大厚度達(dá)萬(wàn)米。白堊系是盆地中最主要的沉積巖系，厚度大、分布廣。

松遼盆地北部是指盆地的黑龍江省部分，面積為11．95×104km2。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，核工業(yè)地質(zhì)部門(mén)針對(duì)砂巖型鈾礦開(kāi)展了區(qū)調(diào)、放射性水化學(xué)分析、區(qū)域評(píng)價(jià)等工作，對(duì)層間氧化帶和潛水氧化帶的可能部位進(jìn)行了分析。認(rèn)為盆地西部斜坡區(qū)和東北隆起區(qū)是尋找可地浸砂巖型鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)，具有一定的鈾礦資源潛力；提出了找礦層位主要為下白堊統(tǒng)泉頭組、上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組，其次為上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組、漸新統(tǒng)依安組。

本文在前人工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)燕山－喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)砂巖型鈾礦成礦的控制作用分析，力圖指出有利于找砂巖型鈾礦的重點(diǎn)地段。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地位于中朝板塊和西伯利亞板塊復(fù)雜的構(gòu)造演化帶內(nèi)，自元古宙—古生代末，兩個(gè)板塊及其中間地塊（體）的不同期次、不同規(guī)模的俯沖、碰撞，最終導(dǎo)致海西末期興蒙海槽閉合，褶皺造山形成統(tǒng)一的歐亞大陸，此時(shí)形成了松遼盆地基底［2］。

松遼盆地北部的基底結(jié)構(gòu)從東到西可劃分為4個(gè)構(gòu)造單元，即東部構(gòu)造帶、松遼古中央地塊、明水—林甸—大安構(gòu)造帶和富拉爾基構(gòu)造帶。

東部構(gòu)造帶位于古中央地塊以東地區(qū)，構(gòu)造帶的東北部以花崗巖體為主，南部主要為石炭系－二疊系變質(zhì)巖區(qū)，其次為燕山期－印支期花崗巖體；構(gòu)造帶西側(cè)的基底斷裂傾向E傾，傾角從南向北逐漸變小，東側(cè)的基底斷裂則傾向 W，從而使石炭系－二疊系形成大的復(fù)背斜構(gòu)造帶，成為后期裂陷發(fā)育的所在。松遼古中央地塊位于盆地中央，近SN向 延伸，向北終止于明水以南，平面上沿大慶—肇源一線展布；地塊由前震旦紀(jì)變質(zhì)巖系及巖漿巖體構(gòu)成，未見(jiàn)石炭系－二疊系；基底內(nèi)幕多為E傾的疊瓦狀逆沖斷層，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的剝蝕直到登婁庫(kù)組沉積時(shí)才被掩埋。明水—林甸—大安構(gòu)造帶位于盆地西部，西鄰富拉爾基褶皺帶，東與松遼古中央地塊相接；構(gòu)造帶的總體走向大致為20°，向北在靠近明水一帶向東偏移；主要由石炭系－二疊系淺變質(zhì)巖與穿插其中的海西、印支及燕山期花崗巖體構(gòu)成，北部巖體年代較新，多為燕山期及部分印支期，而南部的巖體則以海西期為主。在林甸、明水及其以北基底斷層發(fā)育，斷層走向?yàn)镹NW－NE向，傾向 W，傾角較??；南部的斷層特征與北段基本一致。富拉爾基構(gòu)造帶位于盆地的西部，大致以太康為東界，齊齊哈爾—富拉爾基一線為西界；構(gòu)造帶以NNE向展布，北部是大面積的加里東期和海西期花崗巖，南部以石炭系－二疊系淺變質(zhì)巖系為主，穿插有一定數(shù)量的海西、印支和燕山期花崗巖；斷裂的傾角從南向北變小，走向NE，切割石炭系－二疊系，使其形成復(fù)背斜或復(fù)向斜。

松遼盆地北部蓋層由中、新生界組成［3］（圖1）。

（1）泉頭組（K1q）：主要為一套棕紅、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，局部夾灰綠、灰黑色泥巖及凝灰?guī)r薄層。碎屑由下向上逐漸變細(xì)，具有明顯的旋回特征，由盆地邊緣向內(nèi)部逐漸變細(xì)，即由礫巖－砂巖－粉砂巖－泥巖組成，沉積物顯示了河道、濱湖、淺湖相序列的沉積特點(diǎn)。厚度變化較大，盆地邊部一般厚為0～100m。

（2）青山口組（K1qn）：總體上為潮濕環(huán)境下形成的湖相沉積物，巖性為一套黑色、綠色泥巖和砂巖，下部以泥巖為主，上部夾砂質(zhì)巖，厚度一般為0～300m。

（3）姚家組（K1y）：巖性、巖相變化很大，盆地中心地區(qū)以湖相沉積為主，主要為綠色泥巖夾砂巖。盆地邊部為三角洲、河流相沉積，主要為砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，厚度一般為0～220m。

（4）嫩江組（K1n）：是松遼盆地白堊系中最發(fā)育、分布最廣的地層。巖性和厚度較穩(wěn)定，為一套深湖相、淺湖相及淺灘相細(xì)粒碎屑巖。巖性主要由灰黑色泥巖、頁(yè)巖與油頁(yè)巖、灰綠色泥巖夾灰白色、灰色粉、細(xì)砂巖組成。盆地邊部厚度一般為0～500m。

圖1 松遼盆地北部地層年代、油層及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分期圖Fig．1 Map showing stratigraphic time，oil reservoirs and the timing of tectonic movement in in the north of Songliao Basin

（5）四方臺(tái)組（K1s）：主要分布在盆地的中部和西部，東部?jī)H在綏化地區(qū)有局部分布。下部為磚紅色含細(xì)礫的砂、泥巖夾棕灰色、灰綠色砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，呈正韻律層；中部為灰白色、灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與磚紅色、紫紅色泥巖互層；上部主要為紅色紫紅色泥巖為主，夾少量灰白色、灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。厚度一般為0～400m。

（6）明水組（K2m）：主要分布在盆地的中部和西部，東部缺失，與下伏四方臺(tái)組為假整合接觸。巖性主要為灰綠、灰黑、棕紅色泥巖與灰、灰綠色、少量雜色砂巖組成。厚度一般為0～200m。

（7）依安組（E3y）：主要分布在盆地的中部和西部，厚度一般為0～260m，巖性灰白色砂巖、灰綠、黃綠色泥巖、粉砂巖?？傮w上為一套亞熱帶溫?zé)岫睗駳夂颦h(huán)境下的沉積。

（8）泰康組（N2t）：廣泛分布于盆地的中、西部地區(qū)，埋深為20～140m，厚度一般20～110m。巖性灰白色中粗砂巖及含礫中粗砂巖、灰綠色粉砂質(zhì)細(xì)砂巖及中細(xì)砂巖，灰黃、灰綠及黑色黏土質(zhì)粉砂巖及細(xì)砂巖互層。

（9）第四系（Q）：盆地內(nèi)廣泛分布，巖性為黃土狀亞黏土、黑色淤泥質(zhì)亞黏土、亞砂土、砂層及砂、礫石層。與下伏新近系呈平行不整合－整合接觸。

2 中新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征

松遼盆地北部在中新生代經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造活動(dòng)。受燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，從晚侏羅世開(kāi)始，古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖－碰撞作用對(duì)中國(guó)東北部構(gòu)造演化產(chǎn)生了重要作用，其在俯沖方向、俯沖速率、俯沖角度等要素上隨時(shí)間是不斷變化的［4］。松遼地區(qū)自始自終受其影響，在燕山晚期的構(gòu)造活動(dòng)形成下部斷陷地層與上部坳陷地層間的角度不整合，而在松遼盆地的坳陷時(shí)期出現(xiàn)了白堊系與古近系（明水組與依安組）之間的角度不整合，這是坳陷地層褶皺構(gòu)造的主要形成時(shí)期之一。喜山早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成古近系與新近系（依安組與大安組）之間的角度不整合［5］。據(jù)地質(zhì)、古地磁和地震等資料綜合分析認(rèn)為，松遼盆地的形成演化可分為5個(gè)階段（圖2）。

（1）成盆先期褶皺階段（P2－T）：古生代末期，歐亞板塊與太平洋板塊碰撞，造成大陸向海洋方向的傾斜，整個(gè)中國(guó)東北和日本諸島發(fā)生大規(guī)模褶皺，松遼地區(qū)大范圍抬升，伴隨有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，有大規(guī)模的花崗巖侵入。

（2）初始張裂階段（J2－J3）：中晚侏羅世，深部莫霍面向上隆起，巖石圈經(jīng)剝蝕變薄，上地幔造成局部異常，產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致盆地早期的初始張裂，形成規(guī)模不等的裂陷。

（3）裂陷階段（K11）：早白堊世早期，盆地中部莫霍面拱起使異常地幔作用加強(qiáng)，造成持續(xù)的拉張。此時(shí)裂陷沉降速度快、物源多、水動(dòng)力強(qiáng)，沉積補(bǔ)償作用好，沉積物以較粗屑類(lèi)復(fù)理石建造為主，并形成目前盆地的雛形。

圖2 松遼盆地形成及演化示意圖Fig．2 Sketch showing formation and evolution of Songliao basin

古近系—第四系是在侵蝕夷平的基礎(chǔ)上沉積的一套磨拉石建造，此時(shí)活動(dòng)變?nèi)酰璧爻尸F(xiàn)出漸趨消亡的特征。

圖3 松遼盆地北部Gu302－L3249測(cè)線地震剖面Fig．3 Seismic Profile of line Gu 302－L3249in the north of Songliao Basin

3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)砂巖型鈾礦成礦的控制作用

松遼盆地北部中、新生代的燕山和喜瑪拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都與砂巖型鈾礦的成礦作用關(guān)系密切，兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了區(qū)域的構(gòu)造－地貌演化，沉積體系內(nèi)部砂體的平面分布規(guī)律影響了地下水的補(bǔ)徑排體系，從而控制了砂巖型鈾礦成礦作用。

首先，在侏羅紀(jì)造山運(yùn)動(dòng)時(shí)期形成的大興安嶺、小興安嶺和張廣才嶺環(huán)繞在松遼盆地北部，出露在地表的露頭多為花崗巖、火山巖和少量前白堊紀(jì)沉積巖。大興安嶺的花崗巖主要為白堊紀(jì)形成，小興安嶺和張廣才嶺的花崗巖主以三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)為主。這些花崗巖富含鈾，是盆地重要的鈾源區(qū)，大興安嶺東坡花崗巖中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為7．4×10－6，小興安嶺西坡花崗巖中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3．9×10－6①；張廣才嶺西坡花崗巖中鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為7．02×10－6②。

其次，在盆地的構(gòu)造演化過(guò)程中，泉頭組以上地層形成了3個(gè)不整合面（即上白堊統(tǒng)嫩江組頂部、上白堊統(tǒng)明水組頂部和漸新統(tǒng)依安組頂部）。與此同時(shí)，在擠壓應(yīng)力體制下形成了特殊類(lèi)型的疊加構(gòu)造樣式——反轉(zhuǎn)構(gòu)造。反轉(zhuǎn)構(gòu)造可分為斷裂型反轉(zhuǎn)構(gòu)造和背斜型反轉(zhuǎn)構(gòu)造，斷裂型反轉(zhuǎn)構(gòu)造的下部為正斷層，上部為逆斷層（如大安、林甸、任民鎮(zhèn)斷層等）；背斜型反轉(zhuǎn)構(gòu)造的下部為斷陷式（向斜）構(gòu)造，上部為背斜構(gòu)造（如大慶長(zhǎng)垣）。這些反轉(zhuǎn)構(gòu)造易于形成剝蝕天窗，大氣降水可以在剝蝕天窗處（圖3）及單斜的出露處毫無(wú)阻擋地滲入，源源不斷地補(bǔ)給承壓含水層。這些大氣降水飽含氧氣，在滲入和流動(dòng)過(guò)程中可形成局部的層間氧化帶。大氣降水在地表氧化還原環(huán)境中把蝕源區(qū)的鈾帶入地下，在氧化－還原帶富集成礦［6］。

新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)松遼盆地作用不強(qiáng)，盆地整體下降。盆地接受依安組、大安組、泰康組沉積時(shí)，在相對(duì)還原的環(huán)境下沉積了河流相含碳質(zhì)碎屑的砂體，形成了本區(qū)砂巖型鈾礦的原始堆積和賦礦地層。據(jù)石油鉆探資料顯示，在研究區(qū)內(nèi)含鈾礦層的下部和含鈾礦層內(nèi)，也是大慶油田的扶余、楊大城子、高臺(tái)子、葡萄花、薩爾圖等的含油層。構(gòu)造活動(dòng)形成了一些自扶、楊油層斷至第四系的繼承性斷層，這些斷層有利于深部油氣沿?cái)嗔褞仙?，與還原劑含量不高的原生砂體發(fā)生還原反應(yīng)，增加了地層還原劑的含量，有利于后期再次與含氧含鈾地下水發(fā)生氧化作用而成礦［7］。

4 找礦方向

經(jīng)過(guò)上述分析認(rèn)為：今后在松遼盆地北部的鈾礦勘探中應(yīng)特別關(guān)注西部斜坡區(qū)、古中央隆起帶和東北隆起區(qū)。

（1）西部斜坡區(qū)。位于盆地西北緣，呈NE向展布，由泰康隆起帶和西部超覆帶組成，面積約17 570km2?；渍w上為一個(gè)平緩的E傾單斜，傾角一般小于20°，巖性主要是海西期和燕山期花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖。受基底形態(tài)的控制，在基底上沉積的各套地層仍呈向E傾的斜坡?tīng)?，?gòu)造平緩，斷層不發(fā)育，西緣與東緣的高差大約在1 000m，由東向 西有3個(gè)平緩的構(gòu)造帶，分別為阿爾什代—白音諾勒構(gòu)造帶，阿拉新—二站構(gòu)造帶和江橋—泰來(lái)構(gòu)造帶。構(gòu)造帶的寬度向西逐漸變窄，在3個(gè)較平緩的構(gòu)造帶上發(fā)育一些低幅度的構(gòu)造（如鼻狀構(gòu)造、背斜構(gòu)造等），為含氧含鈾地下水在層間運(yùn)移提供了良好條件。發(fā)育的地層自下而上為白堊系的泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組，古近系的依安組，新近系的大安組、泰康組及第四系。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致該區(qū)的升降，控制地層的分布。泉頭組主要分布于東部，并直接超覆于侏羅系或基底之上；青山口組二三段和姚家組主要巖性為砂巖、粉砂巖及粉砂巖夾泥巖互層，是良好的含鈾巖系，其下的青山口組一段厚層泥巖和其上的嫩江組厚層泥巖可作為區(qū)域隔水層；四方臺(tái)組和明水組主要巖性為礫巖、砂巖、粉砂巖及粉砂巖夾泥巖互層，是本區(qū)主要的含鈾層段，其下有嫩江組厚層泥巖作為區(qū)域隔水層，其上有第三系底部的泥巖和粉砂巖作區(qū)域隔水層，是層間氧化帶型和古河道型砂巖鈾礦成礦的有利場(chǎng)所。據(jù)石油勘探鉆井自然伽瑪測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)，有多口鉆井在上白堊統(tǒng)的明水組、四方臺(tái)組和下白堊統(tǒng)的姚家組、青山口組中見(jiàn)到鈾異常。其中杜42井在四方臺(tái)組（深度632m）鈾礦化高達(dá)0．02%，表明該區(qū)發(fā)生過(guò)鈾的遷移與富集現(xiàn)象。

（2）東北隆起區(qū)。位于松遼盆地北部的安達(dá)—北安一線以東，總體呈SN向，基底起伏較大，由上石炭統(tǒng)和三疊系花崗巖組成，埋深一般為500m左右。早白堊世基底受構(gòu)造作用影響，形成一些NNE向小型斷陷盆地，蓋層構(gòu)造以綏棱—青崗斷裂為界，其北為NE向，其南為NEE向。重力資料解釋?zhuān)ɡ畛闪ⅲ?990）認(rèn)為，松遼盆地東北部為向SW方向緩傾斜的斜坡帶，稱(chēng)之為松遼盆地東北斜坡區(qū)，是層間氧化帶砂巖型鈾礦和古河道型鈾礦成礦的有利地帶。

沉積蓋層主要為白堊系的泉頭組、青山口組、姚家組和嫩江組，為一套內(nèi)陸河流－湖泊相沉積。①泉頭組是盆地由斷陷轉(zhuǎn)變?yōu)檑晗輹r(shí)期在干熱氣候條件下沉積的，為厚層的砂巖與泥巖互層；湖相發(fā)育于大慶—安達(dá)一帶，向小興安嶺褶皺隆起方向依次有半環(huán)狀分布的濱淺湖、沖泛平原相沉積，以河流相沉積為主，沖積扇體發(fā)育于區(qū)內(nèi)北部克山一帶，東部慶安—海倫一帶發(fā)育著半環(huán)狀分布的沖泛平原相沉積；②青山口組是盆地大型坳陷發(fā)育全盛期和溫濕氣候條件下的沉積，從北往南到湖相區(qū)的體系結(jié)構(gòu)依次是沖洪積扇相、沖泛平原相、三角洲相；沖洪積扇相巖性由紅、灰綠色泥巖與灰白色砂礫巖、礫巖組成，沖泛平原相以泥巖與灰白色含礫砂巖、砂巖呈不等厚互層，三角洲相則以粉砂巖與暗色泥巖為主，鐵力—哈爾濱一帶則在寬闊斜坡上發(fā)育水上沖積扇－漫湖相沉積；③姚家組為大型沉積坳陷發(fā)育的中期水體最淺的產(chǎn)物，沉積相帶發(fā)育齊全，但以三角洲相為主；湖相區(qū)主要在大慶北部、青崗和哈爾濱西南部，沖積扇相在依安—克山以北較發(fā)育，向南至湖相區(qū)則為一套沖泛平原相或互相疊覆的河口砂壩沉積，東部的鐵力—望奎物源伸入盆地，發(fā)育了一套水上沖積扇－漫湖沉積系列，湖區(qū)廣闊，使紅色泥巖的覆蓋面積擴(kuò)大；④嫩江組是大型沉積坳陷發(fā)育的更大規(guī)模的沉降產(chǎn)物，發(fā)育三角洲相，但以河流相為主；湖相區(qū)在以大慶為中心、以三興—明水—蘭西為邊界的廣闊區(qū)域，物源中心有五大連池、北安和富源等地，沖積扇主要發(fā)育于嫩江、五大連池一帶，沖泛平原相則廣布于依安、拜泉、綏化和哈爾濱等區(qū)域［8］。

（3）大慶長(zhǎng)垣。松遼盆地北部中央坳陷區(qū)的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，因油氣富集而號(hào)稱(chēng)大慶油田。其大致經(jīng)歷了兩大發(fā)展階段：①青山口組—嫩江組發(fā)展階段，大慶長(zhǎng)垣處于大型河流三角洲與湖相過(guò)渡帶，砂質(zhì)沉積發(fā)育，而其兩側(cè)的齊家—古龍凹陷和三肇凹陷為湖相環(huán)境，沉積物以泥質(zhì)為主，這一階段塑造了大慶長(zhǎng)垣的雛型；②嫩江組沉積末期發(fā)展階段，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度增大，沉降作用逐漸被上升作用代替，在長(zhǎng)垣西側(cè)形成一些反轉(zhuǎn)構(gòu)造，明水組以上地層由于抬升作用被剝蝕掉，形成剝蝕天窗（圖3），該階段使大慶長(zhǎng)垣進(jìn)一步發(fā)展成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)；剝蝕天窗為含鈾含氧水進(jìn)入承壓含水層提供了良好條件，而西側(cè)的反轉(zhuǎn)構(gòu)造又有利于形成層間氧化帶，因此大慶長(zhǎng)垣地區(qū)在剝蝕天窗和反轉(zhuǎn)構(gòu)造附近是尋找層間氧化帶砂巖型鈾礦的有利地區(qū)。

注釋?zhuān)?/p>

① 根據(jù)核工業(yè)東北地質(zhì)局244大隊(duì)資料。

② 根據(jù)核工業(yè)東北地質(zhì)局240大隊(duì)資料。

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［2］高瑞祺，蔡希源．松遼盆地油氣田形成于分布規(guī)律［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1997：1－9．

［3］大慶油田石油地質(zhì)志編寫(xiě)組．中國(guó)石油地質(zhì)志（卷二）：大慶、吉林油田（上冊(cè)）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1987：94－110．

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［7］郭召杰，陳正樂(lè)，舒良樹(shù)．中國(guó)西部中亞型造山帶中新生代陸內(nèi)造山過(guò)程與砂巖型鈾礦成礦作用［M］．北京：地質(zhì)出版社，2006：275－322．

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