松遼盆地西部斜坡帶四方臺組鈾成礦條件分析

陳路路，聶逢君，嚴兆彬

（東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點實驗室培育基地，江西 南昌 330013）

松遼盆地是在晚華力西褶皺帶中間地塊基礎(chǔ)上發(fā)育起來具有多沉積旋回的中新生代斷-坳盆地，是我國最大的陸相沉積盆地［1］，也是我國最重要的含油、氣-煤-鈾共生建造盆地。鈾礦地質(zhì)工作始于20世紀50年代，80年代后期開始了較為系統(tǒng)的鈾礦區(qū)調(diào)工作，90年代開始了大規(guī)模的可地浸砂巖型鈾礦區(qū)域評價找礦工作［2］，并在松遼盆地南部錢家店找到了可地浸砂巖型鈾礦床。相比于盆地南部較好的鈾成礦地質(zhì)條件，近年來在西部斜坡帶和東北隆起區(qū)也取得了一些進展。

研究區(qū)域是西部斜坡帶。筆者曾參與大慶長垣以西的鈾礦勘查項目的部分工作，該區(qū)四方臺組地層發(fā)現(xiàn)大量鈾異常，并通過分析測井、物探、水文和鉆井等結(jié)果，認為四方臺組是該區(qū)重要的鈾成礦目的層位。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西部斜坡區(qū)是松遼盆地的一級構(gòu)造單元（圖1），其東鄰中央坳陷區(qū)，西與邊緣山區(qū)相接，向南與西南隆起區(qū)呈過渡關(guān)系，北連北部傾沒區(qū)，在盆地發(fā)展演化過程中長期處于區(qū)域性單斜構(gòu)造狀態(tài)，自盆地西部邊緣向中央坳陷區(qū)傾斜，并呈NNE向展布，面積約30 000 km2［3］。

1.1 盆地結(jié)構(gòu)

1.1.1 基底

盆地基底是天山—興安嶺海西褶皺帶中間地塊的一部分，主要由前古生代的中深變質(zhì)片麻巖、大理巖，淺變質(zhì)的片巖、千枚巖、板巖以及海西期的黑云母花崗巖、花崗閃長巖等組成［2］。 基底埋深一般為 500～2 000 m，西部較淺，基底斷裂十分發(fā)育，大多呈NNE—NE和NW向。

1.1.2 蓋層

盆地具有明顯的雙層結(jié)構(gòu)，由在盆地基底上發(fā)育的中新生代斷陷層和坳陷層兩部分組成［4］。斷陷層斷裂非常發(fā)育，分割性較強，受以NNE向為主的生長斷層控制，形成了一系列NNE向展布的孤立斷陷或斷陷群。坳陷層總體上呈碟形，其發(fā)育的斷裂規(guī)模比斷陷層的要小，地層構(gòu)造較平緩，具有統(tǒng)一的沉降中心。地層由下白堊統(tǒng)的沙河組、營城組、登婁庫組和泉頭組，上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組和明水組，古近系、新近系和第四系組成［5］，地層劃分見表1。

1.2 構(gòu)造演化

松遼盆地主要經(jīng)歷了斷陷、坳陷和構(gòu)造反轉(zhuǎn)（萎縮褶皺）3個階段。按構(gòu)造階段分為3個沉積層序：晚侏羅世火石嶺期至早白堊世登婁庫期，盆地受NNE向擠壓（NWW向伸展拉張）應(yīng)力作用，受斷裂控制產(chǎn)生一些斷陷盆地群。中間營城子末期，盆地受擠壓，發(fā)生抬升剝蝕，為第1次構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用。

坳陷沉積從早白堊世的泉頭期開始，直至晚白堊世嫩江組末期，處于水平應(yīng)力的平靜期，沉積以長期、穩(wěn)定和快速沉降為特點，是松遼盆地大型坳陷階段形成和發(fā)展的全盛時期［6］。

構(gòu)造反轉(zhuǎn)期是從晚白堊世四方臺期開始，受太平洋板塊NW向擠壓［7］，盆地大面積抬升遭受剝蝕，表現(xiàn)為湖盆萎縮，沉降中心向西遷移。

經(jīng)過上述構(gòu)造演化，古近紀以后沉積地層發(fā)生超覆，形成了現(xiàn)今地貌，基本上沒有發(fā)生明顯變化，地層只有小幅度的沉降，同時發(fā)育大量小斷層［3］。

2 四方臺組地層特征

沉積期在晚白堊世中期，主要分布于松遼盆地中部和西部，盆地東部大多數(shù)被剝蝕或無沉積，僅綏化地區(qū)局部有分布。盆地北部較厚的地層約為200～400 m，沉積中心位

于黑帝廟—乾安一帶［7］。西部斜坡區(qū)的四方臺組地層厚度較薄，平均約為59 m，且東西兩側(cè)地層厚度差異較大，向西厚度減薄。西部邊緣部分區(qū)域因早期隆起剝蝕，導(dǎo)致地層缺失。

表1 松遼盆地綜合地層劃分 （據(jù)李勝祥修改，2002）Table 1 Comprehensive stratigraphic subdivision of Songliao Basin （Modified after Li Sheng-xiang， et al.， 2002）

根據(jù)測井及松科1井四方臺組巖心記錄，并結(jié)合前人研究資料，四方臺組總體上為松遼盆地萎縮超覆層序組，為一套淺湖濱湖相和河流相的雜色砂泥巖組合。巖性特征如下所述：（1）上部為紅色、紫紅色泥巖夾少量灰白色粉砂、泥質(zhì)粉砂巖；（2）中部為灰色細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、紅色、紫紅色泥巖互層；（3）下部為磚紅色含細礫的砂泥巖夾棕灰色砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，有底面沖刷現(xiàn)象，粒度呈下粗上細的特點［8］。

整體上看，四方臺組地層與下伏嫩江組呈不整合接觸，與上覆明水組在盆地北部呈平行不整合接觸。四方臺組的上部紅色泥巖，中下部灰色砂巖與下伏嫩江組灰色泥巖組成較好的泥-沙-泥結(jié)構(gòu)，是層間氧化帶型鈾成礦所必備的條件。

3 西部斜坡帶四方臺組成礦分析

3.1 容礦砂體

四方臺組的砂巖以粉砂巖、細砂巖和中砂巖為主，底部多為含礫砂巖。越靠近四方臺組底部，砂體粒度越大。砂巖分選性較好，砂巖層厚度平均30多米。

根據(jù)西部斜坡帶中下坡區(qū)的來28、來21和杜43等異常井的測井曲線分析（表2），對四方臺組底部異常層段砂體厚度統(tǒng)計，平均約為7 m，越靠近中央坳陷，底部砂體厚度越大。

表2 西部斜坡四方臺組鉆井厚度統(tǒng)計Table 2 Statistics of drilled thickness of Sifangtai Formation in the west slope

按砂巖成因分析，四方臺組的砂巖主要是曲流河的河道砂體和濱淺湖的臨濱砂壩、砂灘。從測井γ異常曲線上可以看出，異常點多數(shù)位于底部的河道砂體中，僅個別鉆井中四方臺組中部見γ異常。從垂向發(fā)育看，曲流河道砂巖主要發(fā)育在四方臺組的下部，部分鉆井在四方臺組上部可見河道砂巖，與濱淺湖盆的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖形成多套大段互層沉積［9］。

據(jù)分析研究沉積期河流相，四方臺組底部發(fā)育近NW—SE向古河道，物源以盆地北部蝕源區(qū)為主，盆地西部次之［10-11］。曲流河砂體通過側(cè)向加積，形成可成礦的邊灘或點沙壩，為砂巖型鈾礦提供了成礦空間。

3.2 構(gòu)造條件

西部斜坡區(qū)是松遼盆地發(fā)展演化過程中的區(qū)域性單斜構(gòu)造，西高東低，表層傾角小于 2°，但四方臺組的地層傾角約為10°，如圖2所示，底層不整合于下伏嫩江組，發(fā)育的含礫砂巖是滲透性較強的界面，這對層間氧化帶鈾成礦比較有利。

晚白堊世盆地進入構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，研究區(qū)西側(cè)隆起抬升，遭受風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致四方臺組地層缺失，并發(fā)育大范圍的角度不整合，非常有利于含鈾含氧水的侵入。

研究區(qū)在擠壓應(yīng)力作用下，構(gòu)造發(fā)育較少，以局部小型斷裂為主，多呈NE、NNE和NW向，切穿蓋層的多為基底復(fù)活斷裂，受嫩江斷裂影響［3］。如發(fā)育的敖古拉斷裂，其實是一個正斷層，如圖2所示，不僅起到還原性油氣運移通道的作用，還有隔板的作用，能阻擋含鈾流體的運移。大的單斜構(gòu)造和局部的地層斷裂有利于地下水活動和下覆油氣運移，在層間氧化帶的形成過程中起到至關(guān)重要的作用。

3.3 現(xiàn)代氣候及古氣候特征

松遼盆地西部地區(qū)的降雨量只有270～350 mm，蒸發(fā)量約為2 800 mm，西部蒸發(fā)量是降雨量的8倍，總的來看西部為干旱地區(qū)［6］。而在盆地西緣地帶出現(xiàn)一條鈣質(zhì)蒸發(fā)巖帶，被認為是在干旱的氣候條件下出現(xiàn)的特有產(chǎn)物。

古氣候研究表明，松遼盆地在嫩江末期至明水末期，古氣候基本上是以干熱氣候為主，僅在明水組一段沉積期經(jīng)歷了短暫的濕熱古氣候，中間延續(xù)了近10萬年的干旱性古氣候［11］。 根據(jù)聶逢君（2010）等對二連古河道砂巖型鈾礦成礦有利的古氣候條件分析［12］，筆者認為松遼盆地古氣候條件對四方臺組的后生改造及層間氧化帶砂巖型鈾礦的形成也比較有利。

3.4 水文條件

松遼盆地是一個大型的滲入型承壓水盆地，存在良好的地下水補-給-排水文地質(zhì)條件，為層間氧化帶的形成奠定了基礎(chǔ)。研究區(qū)由盆地北部、西部向盆地中心徑流，上部的潛水又通過滲透層下滲彈性補給。受盆地的地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌的影響，地下水總的徑流方向是NW—SE向［13］。排泄方式主要以由N或NW向S或SE向的徑流排泄和沿后期復(fù)活切割含水層的斷裂在地表以河流、水泡子等形式排出［3］。

根據(jù)前人所做的水文測量結(jié)果，華東地區(qū)地下水中鈾質(zhì)量濃度為2.5×10-5～3×10-5g·L-1，泰來地區(qū)古近系和新近系地下水鈾質(zhì)量濃度為 2.3×10-5～4.2×10-5g·L-1， 第四紀潛水鈾質(zhì)量濃度為 0.5×10-5～3.0×10-6g·L-1。結(jié)果表明盆地西緣區(qū)的地下水鈾質(zhì)量濃度相對較高。

由圖2可見，西部的龍江地區(qū)發(fā)育大量火成巖，巖石中含鈾量高，是地下水的補給區(qū)。富6井和富7井附近，嫩江組以不整合直接與依安組接觸。富7井往東，嫩江組以不整合與四方臺組接觸，含鈾地下水通過依安組在富7井附近沿嫩江組與四方臺組之間的不整合面流動。在杜2井附近，該不整合面的埋深為668 m，此處鄰近凹陷，靠近油氣區(qū)。放射性異常就產(chǎn)在界面的附近。在杜2井以東有敖古拉斷裂，阻擋流體繼續(xù)平行運移，只能沿斷裂排出。

3.5 鈾源條件

研究區(qū)存在良好的鈾源條件，盆地西部和北部的蝕源區(qū)都發(fā)育有大面積的花崗巖和火山巖。西部蝕源區(qū)處于大興安嶺的東坡，主要發(fā)育中生代火山巖、海西期及燕山期花崗巖等。據(jù)趙忠華（2003）統(tǒng)計認為，西部蝕源區(qū)的火山巖鈾質(zhì)量分數(shù)為6.5×10-6～8.7×10-6，花崗巖鈾質(zhì)量分數(shù)為4×10-6～10×10-6，且遷出率為20%。盆地北部蝕源區(qū)海西期的白崗質(zhì)花崗巖和黑云母花崗巖的鈾含量較高，鈾豐度值為3.05×10-6～9.55×10-6，燕山期的花崗巖鈾豐度值為 5.56×10-6～24.8×10-6。根據(jù)宮文杰（2010）、 趙杰（2002）等所做鈾源統(tǒng)計工作［14-15］，整理數(shù)據(jù)見表3。表3為西部斜坡區(qū)西部和北部蝕源區(qū)巖石鈾含量值和遷出率統(tǒng)計表。通過統(tǒng)計結(jié)果分析，西部蝕源區(qū)各巖石鈾質(zhì)量分數(shù)為5.2×10-6～22.3×10-6，平均值為9.14×10-6，遷出率為21.8%左右。而北部蝕源區(qū)巖體鈾質(zhì)量分數(shù)值相對較低，平均值為 3×10-6～10×10-6。

表3 西部斜坡區(qū)鈾源統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of uranium sources in the west slope area

3.6 沉積環(huán)境與沉積相

由于四方臺期處于松遼盆地發(fā)育的萎縮階段，盆地進一步抬升，其中東部隆起強烈。由于周邊抬升剝蝕強烈，沉積物供應(yīng)超過盆地下沉速率，使盆地於淺萎縮，湖水面積減少，沉積范圍也明顯變小，沉積中心逐漸向西遷移。

根據(jù)來28、杜58井巖性及沉積微相圖（圖 3）［16］， 垂向上是沖積平原相-濱淺湖相-沖積平原相的沉積序列；平面上主要是沖積平原相，中部發(fā)育3個小型濱淺湖相，邊緣分布4個小型沖積扇沉積（圖4）。該期發(fā)育的水系為北部的齊齊哈爾水系、依安水系、明水水系和西南部的西拉木倫河水系［9］。

根據(jù)古氣候特征及前人資料分析，四方臺組早期發(fā)育相對干旱氣候條件下的沖積平原相，主要是代表氧化環(huán)境的曲流河紅色粗碎屑沉積［17］，底部為含礫砂巖、泥礫組成的河道滯留沉積，向上粒度逐漸變細，為中、細粒砂巖、粉砂巖，河道砂體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹拥琅c泛濫盆地泥質(zhì)沉積互層，該階段主要是湖進的特征，晚期以泛濫盆地的紅色泥質(zhì)細粒沉積為主。

由圖4可見，西部斜坡帶四方臺組早期的曲流河為NW—SE向，古河流的流向由北向南，砂體以發(fā)育曲流河亞相的河道砂體為主，僅西部、北部邊緣發(fā)育沖積扇亞相。四方臺組發(fā)育的曲流河不僅以側(cè)向加積的形式增加砂體厚度，還能攜帶蝕源區(qū)的鈾源和還原性的泥質(zhì)沉積，有利于鈾的預(yù)富集過程。

3.7 還原劑

四方臺組地層由于埋藏較淺且距今時間不長，烴源巖中有機質(zhì)含量較低且未成熟，在砂巖型鈾成礦過程中起到吸附或還原六價鈾的作用。

四方臺組地層在晚白堊世受盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)擠壓作用，發(fā)育局部斷裂，切穿蓋層，有利于附近的油氣等還原物質(zhì)沿斷裂擴散進入河道砂體中（圖5），直接還原含鈾含氧水，使鈾富集沉淀［18］。而附近的淺部地層油氣大多是晚白堊世因構(gòu)造反轉(zhuǎn)運動所形成的斷裂對原生油氣藏造成破壞，而引起油氣的再次運移和聚集所形成的［19］。油氣在沿砂體運移過程中還可發(fā)生二次還原作用，還原已氧化的砂體，形成黃鐵礦、瀝青等物質(zhì)，提高了砂體的還原能力。

四方臺組地層與下伏嫩江組富油層呈不整合接觸關(guān)系，油氣等還原劑可沿地層不整合面的高滲透層運移并還原鈾成礦。

4 鈾成礦模式探討

松遼盆地西部斜坡帶四方臺組地層為一區(qū)域性單斜構(gòu)造，底部發(fā)育近NW向的曲流河相古河道，砂體為滲透性較好的含礫中細砂巖，與上部紅色泥巖和下伏不整合的嫩江組灰色泥巖層組成泥-沙-泥結(jié)構(gòu)。西緣山區(qū)發(fā)育大量火山巖、花崗巖，有較好的油源條件，氣候以干熱為主，風(fēng)化較嚴重，含鈾含氧水沿不整合面的滲透層運移至成礦部位，由于斷裂的發(fā)育，阻擋流體繼續(xù)運移，遇油氣等還原物質(zhì)沉淀成礦。圖6為松遼盆地西部斜坡帶四方臺組鈾成礦示意圖，其成礦模式是建立在西部斜坡東吐莫—泰康地區(qū)大量鈾礦化孔的基礎(chǔ)上。

5 結(jié) 論

通過分析研究前人資料，筆者歸納出以下幾點結(jié)論：

（1）四方臺組底部發(fā)育NW—SE向古河道，曲流河道通過側(cè)向加積，砂體多為含礫中砂巖、細砂巖及粉砂巖，粒度向上逐漸變細。與上部紅色泥巖沉積、下伏嫩江組灰色泥巖組成泥-沙-泥結(jié)構(gòu)。

（2）四方臺組發(fā)育曲流河相和濱淺湖相，具較好的補-給-排水文地質(zhì)條件，地下水鈾含量較高。

（3）嫩江末期至明水末期，以干熱氣候為主。盆地北部、西部蝕源區(qū)發(fā)育大量火山巖和花崗巖，鈾源條件較好。

（4）四方臺組底發(fā)育的局部斷裂，既能切穿下部油氣層，使附近油氣沿斷裂或不整合面運移進入成礦砂體，又起到阻擋含鈾流體繼續(xù)運移的作用。

因此，通過上述分析，筆者認為松遼盆地西部斜坡帶四方臺組的古河道砂巖型鈾礦具有一定的找礦前景。

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