鄂爾多斯盆地北部杭錦地區(qū)直羅組下段沉積相特征分析

楊龍

摘要：沉積體系分析在可地浸砂巖型鈾礦床的研究中起著非常重要的作用。因此，本文對(duì)鄂爾多斯盆地北部杭錦地區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組沉積體系特征、沉積相的空間展布等方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為：沉積相的平面分布控制著砂體的空間展布，進(jìn)而影響著賦鈾砂體的空間分布；沉積相和沉積環(huán)境的演化創(chuàng)造了良好的巖相及巖性組合條件，有利于層間氧化作用的進(jìn)行，控制了礦體規(guī)模。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；直羅組下段；沉積相

1. 地質(zhì)概況

1.1區(qū)域地質(zhì)

鄂爾多斯地塊是華北克拉通的一部分，也是其中最為穩(wěn)定的一個(gè)塊體。它是在華北克拉通的基礎(chǔ)上，自中晚元古代接受沉積以來(lái)，在受古亞洲、特提斯和環(huán)太平洋三大構(gòu)造域的作用下，交切、疊加與復(fù)合而形成的。由于其漫長(zhǎng)的形成歷史，鄂爾多斯盆地的構(gòu)造面貌和演化較為復(fù)雜。盆地現(xiàn)今四周均被造山帶圍限，其南北分別為近東西向展布的秦嶺構(gòu)造帶及陰山構(gòu)造帶，東西分別為近南北向展布的太行——呂梁構(gòu)造帶及賀蘭山構(gòu)造帶，造山帶與鄂爾多斯盆地之間以斷陷相隔，構(gòu)成南北向展布的矩形盆地，面積為25×104km2（圖1）。中生代伊盟隆起北鄰河套古隆起，向南與伊陜斜坡構(gòu)成統(tǒng)一的穩(wěn)定斜坡帶，具近物源、構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的特征，為延安組，尤其是直羅組砂體的發(fā)育和穩(wěn)定展布創(chuàng)造了極為有利的構(gòu)造條件。受燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，主要目的層直羅組沉積時(shí)，鄂爾多斯盆地北部古地形主體為北西高、南東低。燕山運(yùn)動(dòng)早期，鄂爾多斯盆地全面抬升，進(jìn)入風(fēng)化剝蝕階段，但沉積間斷期短，缺失地層不多，致使直羅組與延安組呈平行不整合接觸。在地殼相對(duì)抬升的構(gòu)造背景下，延安組遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，直羅期河流發(fā)下切侵蝕作用，使直羅組與延安組之間呈微角度不整合。

1.2 盆地沉積蓋層特征

鄂爾多斯盆地發(fā)育的蓋層包括中生界的三疊系（T）、侏羅系（J）、下白堊統(tǒng)（K1）和新生界的古近系（E）、新近系（N）、第四系（Q），各地層在橫向和縱向上發(fā)育差異較大，其中三疊系、侏羅系和下白堊統(tǒng)是盆地沉積主體。

侏羅系在盆地東部一帶呈南北向帶狀出露，向西及南西傾伏于下白堊統(tǒng)之下，為盆地重要的含煤地層，也是尋找鈾礦的主要目的層。下白堊統(tǒng)在盆地北部廣泛分布，是盆地西部主要找礦目的層。古近系和新近系零星出露，而第四系在盆地中部及南部大面積分布。

2. 沉積體系垂向展布特征

沉積體系是指與沉積作用相關(guān)的沉積相的集合體，一般理解為空間上有成因聯(lián)系的沉積相所構(gòu)成的三維地層單位。在沉積體系研究過(guò)程中，成因相的劃分是識(shí)別沉積體系的重要工作之一。單孔成因相的組合特征及其垂向上的變化特征反映了其形成時(shí)期水動(dòng)力條件、搬運(yùn)方式及形成背景。

通過(guò)對(duì)工作區(qū)單孔垂向巖性組合特征、沉積旋回特征的研究，識(shí)別出辮狀河、曲流河兩個(gè)沉積體系。其中，直羅組下段下亞段均為辮狀河沉積；上亞段絕大部分地區(qū)以曲流河沉積為主。在區(qū)內(nèi)辮狀河沉積進(jìn)一步識(shí)別出河底滯留、心灘、泛濫平原等；曲流河亞相中識(shí)別出河底滯留、邊灘、決口扇、天然堤、泛濫平原等。其中，河流相沉積經(jīng)歷了從早期辮狀河沉積體系向晚期曲流河沉積體系的演化。下部的辮狀河沉積砂體主要發(fā)育在風(fēng)化剝蝕面上的深切谷地帶中，向兩側(cè)減薄甚至缺失，中上部曲流河沉積則分布范圍較廣。其沉積類型總體上以河道充填沉積為主，同時(shí)發(fā)育有河道邊緣沉積、泛濫平原和洪泛沼澤沉積等。

2.1 辮狀河

辮狀河沉積具有河道寬而淺，頻繁擺動(dòng)，游蕩不定的特點(diǎn)，其對(duì)河岸侵蝕較快，天然堤及決口扇很難被保存下來(lái)，因此一般不發(fā)育天然堤或決口扇，而發(fā)育心灘，多數(shù)情況下，一旦辮狀河發(fā)生決口，河道便直接改道，形成新的河道。在洪水期，降水供給充足，河道砂壩常被淹沒；而在旱季枯水期，水流量減小，河道砂壩露出水面，河水被局限在河道砂壩間的狹窄河道中。洪水期與枯水期的每次交替，都將改變河道砂壩與河道相互間的形態(tài)和布局，因此，河道與河道砂壩的頻繁遷移是辮狀河流最重要的特點(diǎn)河道底部滯留沉積的巖性以礫巖-中粗砂巖為主，具有大型的槽狀交錯(cuò)層理，且與下伏巖層具有明顯的沖刷面。

心灘沉積，也叫河道砂壩沉積，巖性以粗粒、中——粗砂巖沉積為主，具有大型槽狀或板狀交錯(cuò)層理。心灘在垂向剖面上呈透鏡狀或板狀，底沖刷現(xiàn)象明顯。由于辮狀河水流量隨季節(jié)的更替而變化，因此，辮狀河中心灘的形態(tài)及布局是極不穩(wěn)定的。由于不同期次水流能量不同，所攜帶沉積物的粒度也大小各異，在垂向沉積序列上表現(xiàn)為多個(gè)不明顯的正韻律結(jié)構(gòu)或突變正韻律結(jié)構(gòu)。由于新一期洪水帶來(lái)的粗粒沉積物極易將上一期沉積下來(lái)的細(xì)粒物質(zhì)破壞并搬運(yùn)至下游，因此，辮狀河心灘內(nèi)部不易保留下細(xì)粒粉砂或泥質(zhì)沉積。但當(dāng)河道廢棄或貧水期，也會(huì)沉積有部分粉砂或泥質(zhì)夾層。

2.2 曲流河

曲流河沉積一般為單河道，河道曲率較大，坡降較小，水流量變化不大，沉積物粒度較辮狀河要細(xì)。由于天然堤的存在，河道抗侵蝕性較強(qiáng)。曲流河的沉積過(guò)程中，主要以側(cè)向加積作用為主，凹岸受到側(cè)蝕垮塌，同時(shí)在凸岸沉積，形成點(diǎn)砂壩沉積，也就是邊灘沉積，使得河道彎度不斷增加。

通過(guò)典型鉆孔垂向沉積序列的研究，發(fā)現(xiàn)大部分地區(qū)直羅組下段上亞段表現(xiàn)為明顯的曲流河沉積，垂向上自下而上表現(xiàn)為向上變細(xì)的正韻律結(jié)構(gòu)，整體“二元結(jié)構(gòu)”明顯。

天然堤沉積也是曲流河的主要特征之一，分布在河道兩岸。天然堤是由于洪水期河水漫越河岸，當(dāng)水流速度降低時(shí)，懸浮物質(zhì)在岸邊快速沉積而形成的。巖性主要以細(xì)-粉砂巖為主，相比邊灘沉積較細(xì)，但要粗于泛濫平原沉積。垂向上，產(chǎn)于邊灘沉積之上，發(fā)育各種小型沙紋層理、水平層理。厚度一般不大，小于5m。

泛濫平原沉積是曲流河沉積中分布面積最廣的部分，沉積物主要是洪水帶來(lái)的懸浮物質(zhì)，在潮濕條件下，植物生長(zhǎng)茂盛，可進(jìn)一步發(fā)展為沼澤。工作區(qū)內(nèi)鉆孔中，該部分巖性主要以粉砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積為主，夾有厚度不大的薄煤層。發(fā)育有水平層理，泥巖中可見炭屑、炭質(zhì)植物根莖及黃鐵礦結(jié)核，還原容量較高。在泛濫平原沉積中，見有決口扇沉積發(fā)育，沉積厚度不大，巖性以細(xì)砂巖為主，剖面上呈透鏡狀，橫向連通性較差。

2.3 剖面成因相分析

工作區(qū)典型沉積剖面中，下亞段砂體表現(xiàn)為明顯的泛連通狀，砂體厚度大，連續(xù)性好，應(yīng)為辮狀河亞相中的河道砂壩沉積，也就是心灘沉積。自下而上為不明顯的正韻律結(jié)構(gòu)，垂向上具有明顯的多期砂體相互疊加的特征，反映出了辮狀河垂向加積的特點(diǎn)。砂體中，局部見有粉砂質(zhì)、泥質(zhì)夾層，夾層厚度小、連續(xù)性差，呈透鏡狀產(chǎn)出。河道砂壩頂部發(fā)育有較穩(wěn)定的一套粉砂質(zhì)、泥質(zhì)隔水層，厚度較小，一般不超過(guò)10m，且夾有薄煤層，應(yīng)為泛濫平原沉積（圖2）。

上亞段砂體則表現(xiàn)出較為明顯的下粗上細(xì)的“二元結(jié)構(gòu)”，砂體具有側(cè)向加積的特點(diǎn)，反映了河道的側(cè)向遷移，剖面上可以見到單期河道明顯的自下而上粒度變細(xì)的正韻律結(jié)構(gòu)，具有典型的曲流河沉積特征。相比下亞段的辮狀河亞相，上亞段的曲流河亞相中，泛濫平原的細(xì)粒沉積物規(guī)模明顯增大，且有一定數(shù)量的決口扇發(fā)育。決口扇砂體呈透鏡狀，與兩側(cè)河道砂體相連，表現(xiàn)為洪水期河道決口沉積形成。

2.4 沉積體系空間展布特征

綜合以上對(duì)單孔及剖面成因相的研究，結(jié)合野外鉆孔巖心觀察，認(rèn)為工作區(qū)直羅組下段下亞段為辮狀河沉積體系，上亞段為曲流河沉積體系。

2.4.1直羅組下段下亞段

在工作區(qū)東部，發(fā)育一條辮狀河河道，河道寬5km～8km左右，規(guī)模很大，均呈近南北向展布，河流發(fā)育方向?yàn)閺谋毕蚰?，在主河道東側(cè)，還存在一條規(guī)模相對(duì)較小的河道，其發(fā)育方向?yàn)橛杀睎|向南西，兩條河道相互交織，向南與大營(yíng)鈾礦床辮狀河道連為一體。泛濫平原主要分布于河道兩側(cè)，面狀分布，在兩條河道連接部位，也有小面積分布，呈不連續(xù)島狀。在工作區(qū)西部，辮狀河主要發(fā)育在北部地區(qū)，發(fā)育方向由北西向南東，南部大面積為泛濫平原沉積。工業(yè)鈾礦體受成因相控制明顯，產(chǎn)于河道分叉的相變部位。

2.4.2直羅組下段上亞段

直羅組下段上亞段為曲流河沉積，由曲流河河道和泛濫平原構(gòu)成。由于曲流河側(cè)向遷移活躍且多為疊加河道，導(dǎo)致其河道范圍很寬，最寬可達(dá)20km。曲流河道呈北西——南東向展布，貫穿整個(gè)工作區(qū)，向東與大營(yíng)鈾礦床相接。泛濫平原則大面積分布于河道兩側(cè)，呈帶狀、面狀。在工作區(qū)東側(cè)，發(fā)育一條北東——南西方向的小型曲流河道，與區(qū)內(nèi)主干河道相接，本項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的直羅組下段上亞段工業(yè)鈾礦體產(chǎn)于交接部位。

3. 結(jié)論

沉積相的平面分布控制著砂體的空間展布，進(jìn)而影響著賦鈾砂體的空間分布。工作區(qū)鈾礦化主要賦存在直羅組下段的辮狀河道砂體和部分曲流河道砂體中。產(chǎn)于曲流河道砂體中的鈾礦化常與下部的辮狀河道砂體相連通。孤立的曲流河道砂體不存在礦化現(xiàn)象，這主要是由于其不能形成特定的氧化還原環(huán)境而不利于鈾富集成礦。直羅組下段下亞段辮狀河砂體，其粒度較粗雜基含量少，有利于流體滲流；河道的上部、邊部、河道拐彎分岔部位及河道間的沉積物粒度相對(duì)較細(xì)，泥質(zhì)雜基含量相對(duì)較高，原始孔隙度不發(fā)育，在這些巖性變化的過(guò)渡部位，有利于形成良好的氧化還原障。從深部運(yùn)移上來(lái)的油氣，其本身是一種富含有機(jī)酸的還原性流體，油氣與地層中的含鈾流體在這些部位相互作用，從而有利于鈾的沉淀和成礦。直羅組上段的曲流河道間泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，延安組的湖沼相泥巖、煤層及其河道間泥巖，分別構(gòu)成了直羅組下段賦鈾砂體的上下封閉層；另一方面，直羅組沉積時(shí)由早期的潮濕半干旱氣候轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘难谉岣珊禋夂?，這些都為直羅組下段的層間氧化帶的形成以及后期油氣對(duì)鈾的二次還原和沉淀成礦創(chuàng)造了良好的條件。大型主分流河道中鈾異常較罕見，異常多發(fā)育在分流河道的兩側(cè)和河道的分岔拐彎處，且分流河道的砂體厚度不能太大，砂體厚度若大于40m，則異常較罕見。鈾多賦存在河道砂體底部（靠近兩側(cè)），并在碳屑、煤屑、瀝青脈或結(jié)核周圍富集。鈾的富集多處在氧化還原過(guò)渡環(huán)境，河道兩側(cè)和河道的分岔拐彎處是巖性的變化部位，并處在油氣二次還原的過(guò)渡地帶，有利于鈾沉淀；碳屑、煤屑、瀝青脈等有機(jī)質(zhì)含量高處和局部泥質(zhì)層處創(chuàng)造了良好的局部還原環(huán)境，鈾被富氧的地下水?dāng)y帶到此部位時(shí)便被還原而沉淀下來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

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