陸相盆地古水動(dòng)力條件與鈾成礦關(guān)系

陳戴生，李曉翠

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

陸相盆地古水動(dòng)力條件與鈾成礦關(guān)系

陳戴生，李曉翠

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

文章依據(jù)砂巖型鈾礦床的研究實(shí)例，將陸相盆地古水動(dòng)力條件大致分為強(qiáng)、中、弱3類，分析了沉積期古水動(dòng)力條件與鈾成礦的關(guān)系，指出中等強(qiáng)度的古水動(dòng)力條件是我國(guó)中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦的適宜條件。文章最后簡(jiǎn)要介紹了古水動(dòng)力條件的研究方法和手段。

陸相盆地；古水動(dòng)力條件；砂巖型鈾礦

1 研究意義

古水動(dòng)力條件系指沉積時(shí)期的波浪和水流的運(yùn)動(dòng)狀況[1]。它既是涉及古水文地質(zhì)學(xué)、沉積學(xué)和沉積巖石學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)地質(zhì)理論問(wèn)題，又是與找礦實(shí)踐密切相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。其研究有助于深入闡明陸相盆地的演化和發(fā)展；重建盆地沉積期古水流體系(含古流向)；盆地控礦沉積相的空間定位、展布及其對(duì)陸相盆地鈾成礦的控制。

由于上述命題研究難度大、涉及面廣、前人論述較少，本文僅是探索性的基礎(chǔ)理論分析，試圖說(shuō)明陸相盆地沉積期古水動(dòng)力條件對(duì)砂巖型鈾成礦的重要意義。當(dāng)前我國(guó)砂巖型鈾礦資源已占我國(guó)鈾礦4大工業(yè)類型的第1位(蔡煜琦等，2012)，前景十分看好，因而其研究重要性不言而喻。

2 陸相盆地沉積期古水動(dòng)力條件分類

陸相盆地以其沉積期水動(dòng)力變異大、沉積物相變化快的特點(diǎn)區(qū)別于古水動(dòng)力相對(duì)平穩(wěn)、沉積物相變相對(duì)較小的海相沉積區(qū)。如二連盆地(秦明寬等，2005)、海拉爾盆地等中新生代陸相盆地明顯區(qū)別于滇、黔、桂地區(qū)的古生代海相沉積區(qū)[2]。

根據(jù)目前對(duì)陸相沉積期古水動(dòng)力條件的研究，將古水動(dòng)力條件分為3類，即高能強(qiáng)水動(dòng)力條件、低能弱水動(dòng)力條件及其兩者的過(guò)渡類型(中等強(qiáng)度)[3]。以上3類特征鮮明：

2.1 高能強(qiáng)水動(dòng)力條件

高能強(qiáng)水動(dòng)力條件常見(jiàn)于盆地演化發(fā)展的初始階段或某個(gè)沉積期因差異升降引起古地勢(shì)相對(duì)陡峻的山區(qū)。其水動(dòng)力機(jī)制是水流快速、急喘、動(dòng)蕩，水流無(wú)主流線，沉積物顆粒粗大雜亂，沉積構(gòu)造具大型槽狀交錯(cuò)層理、大型板狀交錯(cuò)層理或平行層理。

2.2 低能弱水動(dòng)力條件

低能弱水動(dòng)力條件常見(jiàn)于盆地發(fā)展演化的中晚期-萎縮期或某個(gè)沉積期因差異升降引起的古地勢(shì)相對(duì)低洼、封閉的地區(qū)。水動(dòng)力相對(duì)平靜，水流動(dòng)蕩較小。沉積物以松軟泥質(zhì)居多，有的地區(qū)因水域封閉，常使有機(jī)物聚集。沉積構(gòu)造具水平層理、波狀層理、斜波狀層理等。有波痕、泥裂等層面構(gòu)造發(fā)育。

2.3 過(guò)渡型(中等強(qiáng)度)水動(dòng)力條件

過(guò)渡型(中等強(qiáng)度)常見(jiàn)于盆地演化發(fā)展的全盛期至萎縮期之間漫長(zhǎng)的時(shí)期，水流強(qiáng)度中等，兼有強(qiáng)-弱之間的過(guò)渡型。有時(shí)較難識(shí)別，只能依據(jù)宏觀多角度綜合分析。常見(jiàn)沉積構(gòu)造有小型槽狀交錯(cuò)層理、小型板狀交錯(cuò)層理、楔狀層理、小型沖刷構(gòu)造等。

中等強(qiáng)度古水動(dòng)力條件可認(rèn)為是我國(guó)中新生代盆地砂巖型鈾成礦較為適宜的水動(dòng)力條件[4-5](詳見(jiàn)下節(jié))。

3 沉積期古水動(dòng)力條件相對(duì)應(yīng)的沉積相及其與鈾成礦關(guān)系的分析

砂巖型鈾成礦與沉積相、沉積體系關(guān)系密切已為廣大地質(zhì)人員所共識(shí)，并在實(shí)踐中受益匪淺。不同沉積相又被不同強(qiáng)度的古水動(dòng)力條件制約，許多鈾礦床研究實(shí)例充分證明了這一論斷。

3.1 高能強(qiáng)水動(dòng)力條件與鈾成礦的關(guān)系

高能強(qiáng)水動(dòng)力條件相對(duì)應(yīng)的陸相環(huán)境是沖積扇及扇前辮狀河。

沖積扇(Alluvial Fan)是發(fā)育在盆地邊緣、山洪涌出山口的扇形堆積物。干旱地區(qū)稱為洪積扇(Diluvial Fan)，潮濕地區(qū)稱為濕地扇(Wet Alluvial Fan)。如伊犁盆地南緣中下侏羅統(tǒng)水西溝群(J1-2sh)底部的達(dá)拉地礫巖，遼西平莊盆地黑水三家上白堊統(tǒng)孫家灣組上段(K22)的沖積扇，內(nèi)蒙古狼山西側(cè)測(cè)老廟盆地廣為發(fā)育的沖積扇等均為濕地扇類型。其產(chǎn)生是由于盆地周圍蝕源區(qū)和盆地之間強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，蝕源區(qū)不斷上升而盆地相對(duì)不斷陷落，地形上造成了巨大的落差，使從山區(qū)向盆地匯流的水系(多數(shù)為間歇性水流)，在山麓地帶產(chǎn)生很大的勢(shì)能，潮濕季節(jié)冰雪融化，雨量劇增，常發(fā)生間歇性地表逕流變化，河流水容量劇增，這時(shí)河流不僅具有巨大的勢(shì)能，且有很大的動(dòng)能，把山區(qū)被風(fēng)化、剝蝕的大量物質(zhì)搬運(yùn)至盆地，在盆地邊緣堆積，形成平面上呈扇形的堆積物。扇前緣常為扇前辮狀河，多為間歇性的無(wú)主流線的辮狀河水系，多數(shù)無(wú)鈾礦化，偶爾有砂巖型鈾礦化顯示，但規(guī)模較小，如內(nèi)蒙堿泉盆地砂巖型鈾礦化賦存在沖積扇扇前辮狀河沉積中。

沖積扇的相標(biāo)志可歸結(jié)為兩點(diǎn)：(1)巖性一般為砂礫巖，分選性差，砂礫巖為鄰近山區(qū)的古老巖石，常具支撐礫巖(Proping Cong-lomerates)特征，即礫巖中棱角發(fā)育的礫石互相支撐，礫石間泥質(zhì)和膠結(jié)物很少或沒(méi)有；(2)沖積扇層理類型特殊，為大體平行無(wú)分選的砂礫巖層在垂向上頻繁粗細(xì)交替，其間很難找到確切的層理面，這種粗細(xì)交替是快速堆積的下粗上細(xì)正韻律，說(shuō)明水動(dòng)力條件有急劇變化。從以上分析可以看出，高能強(qiáng)水動(dòng)力條件不利于砂巖型鈾成礦作用，關(guān)鍵在于缺少具有一定厚度的穩(wěn)定砂體，僅在扇前辮狀河沉積中有不具規(guī)模的砂巖鈾礦化顯示。

3.2 低能弱水動(dòng)力條件與鈾成礦關(guān)系

低能弱水動(dòng)力條件相對(duì)應(yīng)的沉積環(huán)境是湖相，包含湖沼相、河-湖三角洲相的水下部分(如三角洲前緣砂壩，遠(yuǎn)砂壩等微相)。

低能條件的沉積特征可概括為：(1)層位穩(wěn)定相變??；(2)層理清晰，以水平層理及波狀層理為主；(3)沉積物顆粒細(xì)小，以泥質(zhì)(粒徑<0.01 mm)、粉砂(0.1～0.01 mm)為主，有少量細(xì)砂(0.1～0.25 mm)；(4)湖盆進(jìn)一步萎縮，潮濕區(qū)演化成湖沼相，干旱區(qū)演化成干鹽湖。前者常見(jiàn)含鈾煤型鈾礦化(或礦床)，如伊犁盆地南緣東段達(dá)拉地礦床、新疆庫(kù)米什盆地蘇克-蘇克礦床、潮水盆地唐家溝礦床等。后者常見(jiàn)與膏鹽相伴生的鈾礦化(或礦床)，如二連盆地腦木根鈾礦床、查干鈾礦床、蘇海圖盆地60號(hào)鈾礦點(diǎn)、潮水盆地大紅山泥灰?guī)r型鈾礦床等。

當(dāng)前，產(chǎn)于上白堊統(tǒng)二連組(K2e)泥巖中具有相當(dāng)規(guī)模的內(nèi)蒙中部努和廷礦床、蘇崩礦床可認(rèn)為是典型的賦存于低能弱水動(dòng)力條件下的湖相鈾礦床(圖1)，其成因類型是沉積成巖型。努和廷礦床含礦主巖以泥巖、粉砂巖為主，滲透系數(shù)<0.01 m·d-1，含礦層的涌水量低，為<50m3·d-1；而伊犁盆地可地浸的庫(kù)捷爾太礦床含礦砂巖滲透系數(shù)為0.31～1.55 m·d-1，含礦層的涌水量為192～195 m3·d-1。

圖1 努和廷鈾礦床E336號(hào)勘探線地質(zhì)剖面示意圖(據(jù)曠文戰(zhàn)等，2008)Fig.1 Schematic geologic section of No.E336 exploration line in Nuheting uranium deposit

3.3 中等強(qiáng)度古水動(dòng)力條件及其對(duì)應(yīng)沉積相

界于強(qiáng)-弱之間的過(guò)渡型古水動(dòng)力條件，亦即中等強(qiáng)度的水動(dòng)力條件是我國(guó)中新生代盆地砂巖型鈾成礦較為適宜的古水動(dòng)力條件。其對(duì)應(yīng)的沉積相是河流相及河湖三角洲相，其水動(dòng)力機(jī)制既不同于快速堆積的沖積扇體系，也不同于相對(duì)平穩(wěn)的湖泊沉積體系。在這種水流狀態(tài)下，有利于形成有一定厚度(15～30m)、較穩(wěn)定的砂體以及具有較好結(jié)構(gòu)的泥-砂-泥地層組合。有利相位是具下粗上細(xì)正韻律的河流相及具下細(xì)上粗反韻律的河流三角洲相。前者依據(jù)砂/泥比(或砂/地比)以及沉積構(gòu)造和其它地質(zhì)特征，可進(jìn)一步劃分出辮狀河或曲流河水系，含礦砂體多數(shù)賦存在河流相下部組分中。后者依據(jù)距陸地遠(yuǎn)近，可進(jìn)一步分出水上部分和水下部分。目前在三角洲平原河流相及三角洲前緣席狀砂體中均已落實(shí)較好的砂巖型工業(yè)鈾礦體。

圖2是賦存于下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組(K1bs)二連盆地巴彥烏拉鈾礦床的一個(gè)剖面圖，鈾礦體賦存于辮狀河下部組分砂體中。

4 陸相盆地古水動(dòng)力條件研究方法和手段

4.1 古水動(dòng)力條件強(qiáng)弱程度若干劃分判據(jù)

這項(xiàng)工作是在已有資料綜合分析的基礎(chǔ)上篩選出若干適宜的識(shí)別判據(jù)。要點(diǎn)如下：

圖2 巴彥烏拉地區(qū)道布地段B351號(hào)勘探線典型剖面圖(據(jù)核工業(yè)208大隊(duì)，2005)Fig.2 Typical section of No.B351 exploration line，Daub Lot，Bayan UI area

(1)依據(jù)某沉積期層理類型來(lái)判別水動(dòng)力強(qiáng)弱程度；

(2)依據(jù)某沉積期沉積物粒度粗細(xì)變化來(lái)判別古水流的上游或下游；

(3)依據(jù)小比例尺相平面圖可大致確定蝕源區(qū)物源方向；

(4)依據(jù)地層等厚圖的厚度變化，一般可識(shí)別古河流體系的范圍和主要擴(kuò)展方向；

(5)此外還有許多室內(nèi)研究方法，如砂巖，可用定向薄片測(cè)定長(zhǎng)形砂粒的定向性，用以推斷水流方向；依據(jù)碎屑重礦物組合及其含量變化，追溯物源和恢復(fù)母巖(略)。

4.2 古水文地質(zhì)學(xué)研究

古水文地質(zhì)學(xué)研究旨在研究某沉積期沉積相在空間上的展布特征，恢復(fù)古水文地質(zhì)狀態(tài)和古地貌，確定古水流方向及其水動(dòng)力強(qiáng)弱程度。

4.3 野外露頭定向構(gòu)造測(cè)定

用巖層的斜層理傾向測(cè)定和礫石扁平面傾向測(cè)定的方法得出主要參數(shù)。根據(jù)沉積巖石學(xué)一般原理，斜層理傾向一般代表水流方向，礫石扁平面傾向代表逆水流方向。1個(gè)露頭點(diǎn)上需測(cè)定100～200個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后將結(jié)果用玫瑰圖表示，優(yōu)選水流方向。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例，分析了沉積期古水動(dòng)力條件相對(duì)應(yīng)的沉積相及其與鈾成礦的關(guān)系，指出中等強(qiáng)度的古水動(dòng)力條件是我國(guó)中新生代盆地砂巖型鈾成礦較為適宜的水動(dòng)力條件。

古水動(dòng)力條件是沉積地質(zhì)等研究的重要內(nèi)容之一，研究方法必須在實(shí)踐中不斷完善，努力提高野外判斷能力。

[1]馮增昭.沉積巖石學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

(，Continuedonpage251)(，Continnedfrompage222)

[2]馮增昭，鮑志東，李尚武，等.滇黔桂地區(qū)早中三疊世巖相古地理[M].山東：石油大學(xué)出版社，1994.

[3]薛禹群，朱學(xué)昌，等.地下水動(dòng)力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1979.

[4]焦養(yǎng)泉，吳立群，楊生科，等.鈾儲(chǔ)層沉積學(xué)——砂巖型鈾礦勘查與開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，2006.

[5]H.G.里丁.沉積環(huán)境和相[M].北京：科學(xué)出版社，1985.

AnalysisoftheRelationshipBetweenPaleohydrodynamicConditionandUraniumMineralizationintheContinentalBasin

CHEN Dai-sheng，LI Xiao-cui

(CNNCKeyLabotatoryofUraniumResourcesExplorationandEvaluationTechnology，BeijingResearchInstituteofUraniumGeology，Beijing100029，China)

Based on a large number of deposit instances，the paleo-hydrodynamic condition in the continental basin can be divided into strong，medium and weak categories; through analysis of relationship between sedimentary facies corresponding certain paleo-hydrodynamic conditions of moderate strength is more suitable for the uranium mineralliztion of sandstone-type uranium. Finally，this paper briefly introduces the research methods and means of paleo-hydrodynamic conditions.

continental basin; ancient hydrodynamic conditions; sandstone-type uranium deposit

2013-02-06 [改回日期]2013-09-11

陳戴生(1936—)，男，高級(jí)工程師(研究員級(jí))，1956年畢業(yè)于南京大學(xué)地質(zhì)系，長(zhǎng)期從事我國(guó)中新生代盆地砂巖型鈾成礦規(guī)律研究。E-mail：chends1936@126.com

1000-0658(2014)04-0219-05

P641.3

A