賽漢高畢地區(qū)賽漢組沉積結(jié)構(gòu)單元分析

李洪軍， 呂榮平， 聶逢軍， 申科峰， 薛 偉，童波林， 于恒旭

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.核工業(yè)地質(zhì)局二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司地質(zhì)礦產(chǎn)事業(yè)部，北京 100013；4.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

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賽漢高畢地區(qū)賽漢組沉積結(jié)構(gòu)單元分析

李洪軍1，2， 呂榮平3， 聶逢軍4， 申科峰2， 薛 偉1，2，童波林1，2， 于恒旭3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.核工業(yè)地質(zhì)局二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司地質(zhì)礦產(chǎn)事業(yè)部，北京 100013；4.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組是二連盆地烏蘭察布坳陷賽漢高畢地區(qū)的鈾礦儲(chǔ)層，對(duì)其深入研究是進(jìn)一步工作的需要。根據(jù)鉆孔分析河流的沉積單元是一種比較成熟的方法，在河流沉積體系的研究中廣為應(yīng)用。通過分析，賽漢組在賽漢高畢地區(qū)砂層巖石類型簡(jiǎn)單，可分為7個(gè)巖相類型。根據(jù)界面特征、巖相組合、內(nèi)部幾何形態(tài)、外部幾何形態(tài)和垂向剖面特征劃分出5個(gè)結(jié)構(gòu)單元：河道滯留沉積(CHL)、邊灘(LA)、決口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原細(xì)粒(FF)。其中邊灘(LA)是賦鈾主要的結(jié)構(gòu)單元，因此對(duì)其加強(qiáng)研究是進(jìn)一步工作的重點(diǎn)。

賽漢組；巖相類型；結(jié)構(gòu)單元；邊灘沉積

李洪軍，呂榮平，聶逢軍，等.2015.賽漢高畢地區(qū)賽漢組沉積結(jié)構(gòu)單元分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，38(4)：383-390.

Li Hong-jun，Lü Rong-ping，Nie Feng-jun，et al.2015.Sedimentary structural element of Saihan group in Saihangaobi area[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：383-390.

結(jié)構(gòu)單元分析法作為一種比較成熟的研究方法，在古代河流沉積、沖積扇沉積、現(xiàn)代河流沉積和海底水道等沉積體系的研究中廣為應(yīng)用。該方法由美國(guó)的Miall(1985，1988，1996)總結(jié)，我國(guó)主要在石油系統(tǒng)中有所應(yīng)用(蘭朝利等，1999；李陽(yáng)等，2002)。該方法主要用于露頭研究，也可以適用于地下巖心的研究。

結(jié)構(gòu)單元作為沉積體系的一個(gè)構(gòu)成部分，它大小等于或小于河道充填，比單個(gè)巖石相單元大，并以不同的巖石相組合、內(nèi)部幾何形態(tài)、外部幾何形態(tài)和垂向剖面為特征。結(jié)構(gòu)單元所指的地層單元以3級(jí)到5級(jí)界面為界，按成因進(jìn)行分類。它所劃分的沉積單元持續(xù)時(shí)間比層序地層學(xué)所劃分的沉積單元持續(xù)時(shí)間短。它按照一系列界面級(jí)別，將地層劃分不同等級(jí)結(jié)構(gòu)單元，能系統(tǒng)和完整地恢復(fù)保存地層的沉積史。

賽漢高畢地區(qū)賽漢組地層發(fā)育，為一套砂巖、泥巖互層。其中部砂巖是主要賦鈾儲(chǔ)層。本次研究是對(duì)野外施工鉆孔的巖心觀察基礎(chǔ)上，通過界面劃分、砂巖粒度分析、巖相類型確定以及鉆孔巖心資料對(duì)比，劃分了賽漢組河流沉積結(jié)構(gòu)單元。

1 地質(zhì)概況

賽漢高畢地區(qū)位于二連盆地中部烏蘭察布坳陷東部*核工業(yè)二○八大隊(duì).2003.內(nèi)蒙古二連盆地烏蘭察布拗陷東部1∶25萬(wàn)鈾礦資源評(píng)價(jià)年度報(bào)告[R].，是夾持在西拉木倫和賀根山東西向基底大斷裂之間相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)塊(圖1)。在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)2082砂巖型鈾礦床和501、502兩個(gè)泥巖型鈾礦化點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)基底和蝕源區(qū)(表1)有海西晚期花崗巖體、上古生界變質(zhì)砂巖、粉砂巖和上侏羅統(tǒng)火山巖，以上巖層是區(qū)內(nèi)沉積的物質(zhì)來(lái)源。區(qū)內(nèi)蓋層主要包括白堊系巴彥花群阿爾善組、騰格爾組和賽漢組，古近系伊爾丁曼哈組，新近系通古爾組和寶格達(dá)烏拉組，局部可見第四系。

主要鈾礦找礦目的層賽漢組在賽漢高畢地區(qū)分布廣泛，埋深小于100 m*核工業(yè)二○八大隊(duì).2004.內(nèi)蒙古二連盆地賽漢高畢-巴彥烏拉地區(qū)鈾礦預(yù)查年度報(bào)告[R].。從鉆孔中揭遇情況看，巖性主要為互層狀灰綠色砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成，并夾有磚紅色砂質(zhì)泥巖，灰黃色、灰白色砂巖、砂礫巖；縱向韻律明顯，由下向上為砂礫巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖呈互層狀。上限被中新統(tǒng)或始新統(tǒng)假整合所覆蓋，下限被海西晚期花崗巖侵入或與白堊系下統(tǒng)騰格爾組等呈假整合接觸。

2 巖相特征

2.1 主要巖石類型

賽漢組巖石類型主要是細(xì)粒碎屑巖，礫巖少量。進(jìn)一步可分為細(xì)礫巖、砂質(zhì)礫巖、泥質(zhì)礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖。

(1)礫巖：包括細(xì)礫巖(圖2a)、砂質(zhì)礫巖(圖2b)和泥質(zhì)礫巖，淺灰色、灰色、綠灰色和灰綠色。成分以石英和花崗巖為主，少量礫石成分為泥礫，其中石英主要來(lái)源于中粗?；◢弾r、硅質(zhì)巖和變質(zhì)石英砂巖；礫徑一般2～10 mm，少量50 mm；次棱角狀到次圓狀。礫石含量變化較大，30%～70%；膠結(jié)方式主要為接觸式，少數(shù)為基底式膠結(jié)。礫巖中沉積構(gòu)造比較少見，多呈塊狀。礫巖層厚一般為0.8～6 m。常見于砂巖層的底部。

(2)砂巖(圖2c-e)：淺灰色、灰色和灰綠色，少數(shù)為灰白色、黃色。粒徑一般為0.25～1.05 mm，從巖心編錄和實(shí)驗(yàn)室樣品鏡下鑒定分析，成分以石英為主(約占50%～80%)，石英多為單晶石英，次為多晶石英(來(lái)自花崗巖的)，長(zhǎng)石次之(約占15%～30%)，長(zhǎng)石主要為斜長(zhǎng)石，次為微斜長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石，巖屑(約占0～25%)以花崗巖為主，可見火山巖、凝灰?guī)r巖屑、變質(zhì)砂巖巖屑及少許泥巖。云母少見，有機(jī)炭含量在局部較高，可達(dá)8%，但分布不均勻；重礦物見綠簾石、榍石、鈦鐵礦、普通角閃石、石榴石等；雜基物以水云母、高嶺石為主，部分水云母見重結(jié)晶作用；膠結(jié)物以泥質(zhì)、粉砂質(zhì)為主，也有少部分以黃鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦為主。雜基支撐結(jié)構(gòu)較多，顆粒支撐結(jié)構(gòu)較少，碎屑物的分選性中等-差，磨圓度以次棱角狀-棱角狀為主。砂巖中的膠結(jié)物成分主要為高嶺石，膠結(jié)方式主要為孔隙式-接觸式。

砂巖中沉積構(gòu)造發(fā)育，有平行層理、斜層理和交錯(cuò)層理，但是規(guī)模均較小。砂巖底部沖刷面發(fā)育，常含有泥質(zhì)礫巖或砂質(zhì)礫巖。

(3)粉砂巖(圖2f)：多為淺灰色或灰綠色，粉砂結(jié)構(gòu)。常有水平層理發(fā)育。粉砂巖中多發(fā)育灰綠色泥質(zhì)條帶，局部含有巢狀砂。

(4)泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖(圖2g)、粉砂質(zhì)泥巖：灰綠色、綠灰色和褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，炭屑和云母片常見，偶見細(xì)晶黃鐵礦。

(5)泥巖：按顏色可分為兩類，一類是紅色為主夾有雜色的，另一類以灰綠色(圖2h)為主。泥巖常呈塊狀，具有粘性和可塑性。紅泥中可見染狀鐵錳質(zhì)，綠泥中可見黃鐵礦(結(jié)核狀和細(xì)晶狀)。

2.2 巖相類型及特征

根據(jù)Miall(1996)的巖相分類方案，在賽漢高畢地區(qū)可以把賽漢組分為7種巖相類型(表2)。

3 界面劃分

為了劃分結(jié)構(gòu)單元，需正確鑒別和對(duì)比各級(jí)界面是十分必要的。Miall(1996)已經(jīng)總結(jié)了野外露頭的1-8級(jí)界面的特征、沉積單元、沉積相特征、沉積幾何學(xué)以及作用時(shí)間的規(guī)模等；而勝利油田的李陽(yáng)等(2001)總結(jié)鉆孔巖心中1-6級(jí)界面的劃分方案(李陽(yáng)，2001；李陽(yáng)等，2002)。兩者劃分原則基本是一致的。本文以李陽(yáng)(2001)中1-6級(jí)界面的劃分方案為基準(zhǔn)，結(jié)合賽漢高畢地區(qū)賽漢組河流特征對(duì)其界面進(jìn)行劃分(表3)。

表1 賽漢高畢地區(qū)地層簡(jiǎn)表

表2 賽漢高畢地區(qū)賽漢組巖相類型

4 結(jié)構(gòu)單元類型

4.1 結(jié)構(gòu)單元概念

結(jié)構(gòu)單元為沉積體系的一個(gè)部分，它的大小等于或小于河道充填，但比單個(gè)巖石單元大，并以不同的巖石組合、內(nèi)部幾何形態(tài)、外部幾何形態(tài)和垂向剖面為特征(Miall，1985)。結(jié)構(gòu)單元這個(gè)術(shù)語(yǔ)所指的地層單元以3級(jí)到5級(jí)界面為界。而且，結(jié)構(gòu)單元分類是描述性的成因分類，據(jù)此Miall(1996)歸納出河流沉積中的9類基本結(jié)構(gòu)單元。

4.2 結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐?/p>

通過對(duì)鉆孔的取心、測(cè)井、粒度等資料分析，賽漢組主要為曲流河沉積。根據(jù)界面的性質(zhì)、不同的巖石組合、內(nèi)部幾何形態(tài)、外部幾何形態(tài)和剖面特征，劃分出河道滯留沉積(CHL)、邊灘(LA)、決口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原細(xì)粒(FF)等5個(gè)結(jié)構(gòu)單元(表4，圖3)。

級(jí)別沉積界面典型厚度/m相特征界面特征1層系0.1～0.4單一的相交錯(cuò)層系界面,平的,沒有侵蝕,通過交錯(cuò)層前積層的削平或楔形尖滅來(lái)辨認(rèn)2層系組1～3同種相的疊加界面是平的,無(wú)侵蝕,界在的上、下相是一致的3大型砂體增生1～8頂部為泥披,底部為侵蝕面,泥礫發(fā)育低角度的,界面起伏不平,為一侵蝕面,界面上、下相組合類似4大型砂體,小型河道3～15頂部為泥披,底部為侵蝕面,泥礫發(fā)育;向上變細(xì)或變粗界面是平的或上凸的,界面上、下相組合不同5主要河道,大型洪泛?jiǎn)挝?～35簡(jiǎn)單的河道充填,或大型砂體和其它小型沉積物的復(fù)合體界面平的至向上凹的,沖刷充填,底部滯流礫石6砂層組20～100與越岸沉積相關(guān)的河道復(fù)合體砂層組的界面

表4 賽漢高畢地區(qū)賽漢組沉積結(jié)構(gòu)單元

圖3 賽漢高畢地區(qū)賽漢組結(jié)構(gòu)單元圖Fig.3 The constitutional units of Saihan group1.3級(jí)界面；2.4級(jí)界；3.5級(jí)界面；4.泥巖、塊狀構(gòu)造；5.水平紋層；6.低角度斜層理；7.板狀交錯(cuò)層理；8.沖刷構(gòu)造

4.3 結(jié)構(gòu)單元特征

(1)河道滯留沉積結(jié)構(gòu)單元(CHL)：呈透鏡狀或條帶狀分布，厚度一般小于2 m，主要以泥質(zhì)礫巖或泥質(zhì)卵礫巖為主，其次為砂質(zhì)礫巖。礫石主要為細(xì)礫，礫徑一般在0.2～1 cm，少數(shù)達(dá)5 cm，次棱角狀。礫石含量變化較大，為40%～70%，砂泥質(zhì)含量較高。滯留沉積中沉積構(gòu)造不發(fā)育，礫巖常常顯示為塊狀構(gòu)造。滯留沉積位于河道沉積的最底部，沖刷現(xiàn)象十分明顯，其下均發(fā)育有起伏不平的沖刷面，底部被5級(jí)界面所限定(圖3)。在本區(qū)，河道滯留沉積較為發(fā)育。

(2)邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元(LA)：邊灘沉積也稱為側(cè)向加積砂壩，是曲流河沉積體系中最重要的沉積。由巖相St，Sr，F(xiàn)l，Gm組成，主要以含礫中-粗粒砂巖為主，其次為細(xì)砂巖和砂質(zhì)礫巖，再次為粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖(以?shī)A層形式存在)。粒度概率圖為兩段型(圖4)，粒度中值一般在-0.08～2 φ，跳躍總體含量占60%～80%，跳躍總體斜率50°～70°；細(xì)截點(diǎn)較細(xì)(一般在1.5～2.5 φ)，反映了水動(dòng)力條件中等略強(qiáng)、具有良好的分選性；懸浮總體的斜率較低，分選較差(圖4)。

圖4 賽漢組邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元砂巖粒度概率曲線圖Fig.4 The sandstone grain-size probability of sedimentation constitutional units of Saihan Group

邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元發(fā)育有多種底形，下部有平行層理和板狀交錯(cuò)層理，向上發(fā)育有斜層理和平行層理等。反映流態(tài)自下而上變小的趨勢(shì)。邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元中3級(jí)界面發(fā)育，以正韻律沉積為主，下粗上細(xì)，頂部具泥披，底部具泥礫或砂礫。

在本區(qū)邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元呈板狀或席狀，厚度16～35 m，平均26.75 m。其頂部常被4級(jí)界面所限定，底部常被5或4級(jí)界面所限定。

(3)天然堤(LV)：賽漢組中天然堤較發(fā)育，由巖相Fl組成，主要是粉砂巖，其次是泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，可見到炭屑和云母片，發(fā)育有水平層理或斜層理。其結(jié)構(gòu)單元主要由幾十厘米厚的粉砂和泥質(zhì)互層組成，每一個(gè)沉積韻律代表一次洪泛事件。本區(qū)天然堤呈帶狀，厚1.2～4 m，平均2.2 m。

(4)決口水道(CR)：其砂體呈透鏡狀和帶狀，規(guī)模取決于河流的大小，其深2～4.8 m。由巖相Sr、Fl等組成。主要巖性為含礫砂巖和細(xì)砂巖，其次是粉砂巖，底部常有礫質(zhì)砂巖的滯留沉積，具槽狀交錯(cuò)層理。決口水道的界面被4級(jí)界面所限定。

(5)洪泛平原細(xì)粒沉積單元(FF)：在該組中廣泛發(fā)育，大面積分布。它主要由巖相Fm和Fsm組成，巖性為灰綠色含雜色或紅色的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。泥巖中可見細(xì)小炭屑、膜狀鐵錳質(zhì)、細(xì)晶黃鐵礦及其結(jié)核等特征礦物。該結(jié)構(gòu)單元中主要發(fā)育塊狀層理和水平層理。

洪泛平原細(xì)粒沉積單元厚度變化較大，在本區(qū)厚度3～32 m，平均10.11 m。其幾何形態(tài)多呈板狀和席狀。

4.4 結(jié)構(gòu)單元與鈾礦化關(guān)系

賽漢高畢地區(qū)的鈾礦化受曲流河控制(圖5)，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦(化)體多產(chǎn)于邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元中，少量產(chǎn)在河道滯留沉積和洪泛平原細(xì)粒結(jié)構(gòu)單元中(圖3、圖6)。鈾礦體發(fā)育受砂體展布影響，在礦體內(nèi)部有礦化體產(chǎn)出；礦體在剖面上形態(tài)以板狀為主，少數(shù)為卷狀，平米鈾量多為1.2～2.0 kg，最高可達(dá)5.3 kg。其連續(xù)性較好，發(fā)育于含礦砂體的中下部，呈水平產(chǎn)狀，與頂?shù)椎暮榉浩皆?xì)粒沉積單元產(chǎn)狀一致(圖6)。

圖5 賽漢高畢地區(qū)賽漢組巖相圖Fig.5 The Saihan group Lithofacies in Saihangaobi region1.勘探線；2.鈾工業(yè)礦孔；3.礦化孔；4.無(wú)礦孔；5.賽漢組缺失界線；6.巖相界線；7.邊灘；8.洪泛平原

圖6 賽漢高畢地區(qū)S0號(hào)勘探線剖面示意圖Fig.6 The cross-section of the S0 exploratory line in Saihangaobi region1.賽漢組；2.巖相界線；3.鉆孔柱；4.測(cè)井曲線；5.礦體；6.礦化體

5 結(jié)論及意義

對(duì)賽漢組巖心采用結(jié)構(gòu)單元分析法來(lái)研究，取得如下認(rèn)識(shí)。

(1)用結(jié)構(gòu)單元分析法對(duì)賽漢組進(jìn)行研究比用沉積微相研究法，對(duì)恢復(fù)保存該組地層的沉積史具有更好的完整性和系統(tǒng)性。

(2)在賽漢組中劃分出5個(gè)結(jié)構(gòu)單元：河道滯留沉積(CHL)、邊灘(LA)、決口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原細(xì)粒(FF)。其中邊灘(LA)和洪泛平原細(xì)粒(FF)結(jié)構(gòu)單元最為發(fā)育，其次是決口水道(CR)和天然堤(LV)，再次為河道滯留沉積(CHL)。

(3)賽漢組中曲流河河道主要由邊灘沉積結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，底部為河道滯留沉積，上部為洪泛細(xì)粒沉積；代表了一個(gè)沉積正韻律。該河道沉積中可見1-4個(gè)正韻律，其中單韻律最薄2.2 m，最厚可達(dá)31 m?？傮w表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正韻律疊置層為特征，發(fā)育有塊狀層理、平行層理和斜層理。

(4)邊灘(LA)中砂體最為發(fā)育，也是鈾礦化賦集場(chǎng)所。

(5)通過結(jié)構(gòu)單元的分析，可以準(zhǔn)確定位鈾礦化和確定礦體的產(chǎn)狀。

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Miall A D.1996．The Geology of fluvial Deposits[M]. Berlin:Springer-Verlang:75-178.

Sedimentary Structural Element of Saihan Group in Saihangaobi Area

LI Hong-jun1，2， Lü Rong-ping3， NIE Feng-jun4， SHEN Ke-feng2，XUE Wei1，2， TONG Bo-lin1，2， YU Heng-xu3

(1.China University of Geosciences, Wuhan, HB 430074, China；2.Geologic Party No.208, CNNC, Baotou, Inner Mongolia 014010, China；3.Administation of Geology and Mineral Resource,CNNC,Beijing 100013,China；4.East China Institute of Technology, Nanchang,JX 330013, China)

Bayanhuaqunsaihan group belonging Lower Cretaceous in Gaobi area is a uranium reservoirs that located in Wulanchabu depression of Erlianhaote basin. Its in-depth studies are needed for further work. According to the drill data, the analysis of the river sedimentary element, as a relative common method, has been extensively applied on studying fluvial deposits. Based on the analysis, Saihan group in saihangaobi region can be divided into 7 petrofacies, with simple sand rock association. On the basis of bounding surface features, petrofacies assemblage, internal geometry, external form and vertical profile, etc., it can be divided into 5 structural elements: the channel lag (CHL), the lateral accretion macroform (LA), the crevasse channel (CR), the levee (LV) and the floodplain fines (FF), in which the architectural elements of LA is the main uranium reservoir. Therefore, it’s necessary to make more study on this point in the next work.

Saihan group;lithofacies types;constitutional unit;point bar deposits

2014-12-11

李洪軍(1975—)，男，博士，高級(jí)工程師(研究員級(jí))，長(zhǎng)期從事鈾礦地質(zhì)勘查與研究工作。E-mail: 208lhj@163.com 通訊作者：呂榮平(1982—)，男，碩士，工程師，從事鈾礦地質(zhì)工作。E-mail: liulangke 4@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.008

P588.2

A

1674-3504(2015)04-0383-08