鄂爾多斯盆地西緣北段銀東地區(qū)層間氧化帶型鈾礦地質(zhì)特征研究

李有民　門宏　狄顏寧

摘要：通過對鄂爾多斯盆地西緣北段的區(qū)域地質(zhì)背景，沉積蓋層特征，找礦目的層直羅組下段砂體的展布形態(tài)、巖石地球化學、沉積相特征及層間氧化帶和鈾礦化特征的綜合研究與對比分析，認為該區(qū)的鈾礦化主要受層間氧化帶的控制，打破了長期以來對構造活動區(qū)不利于大型層間氧化帶形成的傳統(tǒng)觀念，對下一步類似地區(qū)鈾礦找礦工作具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地西緣；含礦主巖；層間氧化帶；鈾礦化特征；成礦條件及前景

1. 地質(zhì)概況：

銀東地區(qū)處于鄂爾多斯盆地西緣構造帶的北段，該單元西以賀蘭山西麓斷裂和青銅峽——固原斷裂為界。南北寬約50km～120km。該帶由10余條近南北向延伸的逆沖斷裂及一些近東西向的平移斷層組成構造骨架，背斜向斜發(fā)育（圖1）。其中包括以下三個構造段：①烏達——桌子山段②賀蘭——橫山堡段③馬家灘——甜水堡。

本區(qū)基底由一套海陸交互相、陸相沉積的碎屑巖建造，含煤建造和碳酸鹽建造組成。

沉積蓋層主要由中三疊統(tǒng)紙紡組和銅川組、上三疊統(tǒng)延長組、中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組、安定組、下白堊統(tǒng)、新近系和第四系，缺失晚侏羅世和晚白堊世沉積，各組間均為不整合接觸（表1）。

2. 含礦主巖特征

直羅組是區(qū)內(nèi)最主要的含礦巖系，區(qū)內(nèi)直羅組分布范圍較廣，但多被上覆第四系、白堊系及安定組覆蓋，僅零星出露，與下伏延安組和上覆安定組均為不整合接觸，由于受后期東西向構造應力的擠壓，直羅組以褶皺形態(tài)產(chǎn)出，褶皺軸為南北向或近南北向，褶皺多被錯斷，呈斷塊狀。

2.1 直羅組分布特征

直羅組在區(qū)內(nèi)分布廣泛，厚度變化很大，受區(qū)內(nèi)褶皺沖斷帶的影響，使其形態(tài)變得非常復雜，厚度變化較大，主要表現(xiàn)為受斷裂切割地層厚度分布不連續(xù)，在碎石井北部，鴛鴦湖北西部及馬家灘東南部直羅組地層已被剝蝕殆盡，剝蝕線附近地層厚度明顯變薄等特點，但從總體上來看，直羅組地層有從北向南，從西向東地層厚度加大的趨勢，僅在局部地段由于受斷裂褶皺構造的影響略有變化。埋藏情況具有與其相似的特點從北向南，從西向東埋深增大。

2.2 直羅組巖性的劃分與對比

根據(jù)區(qū)內(nèi)直羅組發(fā)育特點，直羅組可以劃分為下、上兩段：下段為粗碎屑巖段，巖性以灰白色、褐黃色、淺灰色中粗砂巖為主，夾有薄層鈾砂巖和粉砂巖，局部夾有少量黑色泥巖透鏡體，該段砂體厚度穩(wěn)定，變化不大，一般為60m～100m，最大109.34m，具有1～3個下粗上細的沉積韻律，韻律層厚一般為20m～40m，分選好，磨圓中等，具大中型板狀交錯層理和槽狀交錯層理。上段以灰褐色、灰綠色、藍灰色、紫紅色細砂巖、粉砂巖、泥巖為主，夾有灰色、灰白色、褐黃色、磚紅色中粗砂巖及泥巖，偶爾見有泥灰?guī)r透鏡體，上段總體為粉砂巖、泥巖、細砂巖分布，中砂巖、粗砂巖以透鏡體形式夾于其中，厚度較小，一般小于20m。

2.3 直羅組下段砂體物質(zhì)成份特征

直羅組下段以中粗砂巖為主，粉砂巖、泥巖較少。其巖石學特征如下：砂巖均以碎屑為主（表2），雜基含量較少。砂巖碎屑平均含量87.27%，雜基含量12.73%。碎屑成分以石英、長石為主，巖屑、云母、重礦物少量。石英含量一般56%～79%，最高79%，平均為68.82%。長石含量一般為25%，最高達30%，平均26.36%。巖屑和云母約占4.3%。從礦物成分分類圖（圖2）上可以看出，為凈砂巖，大多為長石凈砂巖，個別為長石石英凈砂巖。從以上可以看出，本地區(qū)離物源較近，成分成熟度較低。

長石多為條紋長石，其次為斜長石，微斜長石。其后生變化中等——強，條紋長石、斜長石高嶺土化，見斜長石絹云母化。碎屑受雜基及方解石溶蝕交代較強。普遍含云母，但含量低，含量均小于1%，黑云母和白云母均有，但以黑云母為主。多呈條帶狀沿層理面分布。多發(fā)生褪色蝕變，綠泥石化。多被擠壓扭曲。普遍含巖屑，花崗巖、火山巖、變質(zhì)巖等均有。但以花崗巖為主，花崗巖巖屑個別可達10%，平均4.3%。其他巖屑含量均小于1%，其巖性主要為石英巖，云母石英片巖，云母片巖。說明沉積物源為北部和西部蝕源區(qū)的侵入巖，變質(zhì)巖，火山巖等。

重礦物含量均小于1%，以綠簾石、磁鐵礦為主，鋯石、石榴石少量。其輕重礦物組合為一種不穩(wěn)定的組合形式，其母巖成份主要為沉積巖、變質(zhì)巖和花崗巖等，說明其與巖屑特征基本一致，物源主要來自北部和西部蝕源區(qū)。膠結物以泥質(zhì)為主，其次為鐵質(zhì)和鈣質(zhì)。泥質(zhì)膠結物成份主要有水云母、高嶺石，含量1%～8%。鈣質(zhì)膠結物為方解石，鐵質(zhì)膠結物為褐鐵礦、針鐵礦、黃鐵礦。巖石中普遍有黃鐵礦，其含量約1%，見有三種，標形特征：球粒狀，形成于成巖早期；立方體狀，多分布在填隙物中或碎屑裂隙中，后生期形成；結核狀或不規(guī)則狀，多充填在碎屑孔隙中，往往具正方形邊級，為成巖晚期形成。支撐類型多為顆粒支撐，而雜基支撐較少。

2.4 直羅組下段巖性巖相特征

根據(jù)直羅組下段結構和巖性組合特征、粒度特征及測井相特征，分析認為直羅組下段為一套辮狀河沉積體系，下段砂體具有粒序向上變細，多期次在垂向上互相疊置，側(cè)向上互相連接的特點，砂體由多個近東西向展布的河流相砂體在側(cè)向上互相疊加而形成的南北向泛連通的大型砂帶。

2.4.1 巖石粒度結構特征

根據(jù)粒度分析結果，做出本區(qū)巖石粒度概率累計曲線圖。粒度概率累計曲線一般多為二段式，較少為三段式。其特征如下：

（1）二段型

由跳躍次總體與懸浮次總體組成，分段明顯（圖3），以跳躍次總體為主體，約占成份組成的70%以上，其跳躍組份斜率為69°～72°，懸浮次總體斜率為36°～41°，含量較大，約占30%，偏態(tài)系數(shù)為0.38，標準偏差為0.35～0.86，平均粒徑為0.59mm，細截點為φ1.4（0.38mm），為中砂級，分選性較好，從這些特征來看，反映了該區(qū)直羅組在其沉積時水動力條件較強，為辨狀河河流相沉積。

（2）三段型

三段型由滾動次總體、跳躍次總體和懸浮次總體組成（圖4），粗截點為φ0.4，細截點為φ1.9，分段較為明顯，滾動次總體約占3.2%，跳躍次總體組份含量較大，達77%，其斜率分別為66.5°和72°，懸浮組份約占20%，巖石顆粒平均粒徑為0.35mm，標準偏差0.74，偏態(tài)系數(shù)為0.28，為正偏態(tài)，砂巖分選性中等—較差，這些特征表明，直羅組在其沉積時水動力較強，屬辮狀河河道沉積。

2.4.2 原生沉積構造特征

通過大量野外調(diào)查和鉆孔資料的分析認為，本區(qū)直羅組下段為辮狀河沉積體系。這一點除本區(qū)的巖性變化特征外，還可從以下幾個沉積體系的環(huán)境標志得到證明。

延安期末受燕山運動Ⅱ幕的影響，地殼上升，出現(xiàn)沉積間斷，古氣候逐漸趨于炎熱，改變了延安期溫暖潮濕氣候及湖沼相發(fā)育的古地理景觀，出現(xiàn)以河流相為主的沉積。據(jù)地面露頭及巖心資料，磁窯堡一帶砂巖中具板狀交錯層理，粉砂巖具微波狀層理及水平層理，泥巖產(chǎn)植物化石。反映早期主要為辮狀河沉積，晚期為曲流河沉積。其下段主要由含礫中粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥巖組成。具大中型板狀斜層理，槽狀交錯層理和楔形斜層理。反映了辮狀河的沉積特征。其原生沉積構造反映了當時的水力學特征。辮狀河砂體沉積時，其坡降大，水流速快，形成在剖面上表現(xiàn)為多個向上變細不完整的正韻律。直羅組下段形成的砂體規(guī)模較大，而且表現(xiàn)為一種泛連通砂體，砂體的寬厚比值大，而砂體間泛濫平原的區(qū)域則有限?？臻g上由西向東砂巖厚度減少，粒度變細，泥巖厚度增大。

2.4.3 測井相特征

從直羅組的測井曲線形態(tài)來看，下段以辮狀河為主，主要由河道充填亞相組成，根據(jù)其曲線形態(tài)特征可以識別出：河道、心灘、河口壩和河道間四種微相（圖5、圖6）。

a. 河道；主要由含礫中粗砂巖構成，每個韻律層厚度約10m左右，砂體的底部?？梢娪泻拥罍舫练e和沖刷泥礫，以塊狀構造為主，其曲線形態(tài)表現(xiàn)為由多個箱形疊加而成齒化箱形，其特征為下界面突變，上界面漸變，視電阻率為高幅齒化，呈多個單體的復合形態(tài)。

b. 心灘：由中粗?！辛！屑毩Ｉ皫r構成，在垂向上其表現(xiàn)為下粗上細的正韻律，下部多為中粗砂巖，向上漸變?yōu)橹猩啊⒅屑毶?，在其頂部有時可見到薄層粉砂巖、泥巖或砂包泥的現(xiàn)象，砂體的厚度一般為20m±，其自然電位曲線形態(tài)表現(xiàn)為箱形，呈齒狀負高偏變化幅度較河道形略小，視電阻率中高幅齒化。

c. 河口壩：主要由細砂巖、粉砂巖和泥巖組成，厚度一般小于5m，曲線形態(tài)一般表現(xiàn)為鐘形。

d. 河道間：巖性主要為粉砂巖和泥巖組成，夾有薄層細砂巖，以塊狀構造為主，曲線形態(tài)表現(xiàn)為平直形。

從巖層粒度結構特征、原生沉積構造和測井相特征來看本區(qū)直羅組下段以辨狀河沉積為主，上段沉積時期，本區(qū)地形平緩，發(fā)育有高彎度曲流河，在剖面結構上表現(xiàn)以代表河道沉積的中粗砂巖厚度較薄。而以泛濫平原沉積的細砂巖、粉砂巖厚度較大，為上段沉積的主體。

3. 層間氧化帶特征

3.1 層間氧化帶特征

區(qū)內(nèi)層間氧化帶主要發(fā)育在中侏羅統(tǒng)直羅組，層間氧化帶發(fā)育規(guī)模大，延伸長，產(chǎn)出層位相對穩(wěn)定，前鋒線形態(tài)復雜，環(huán)境標志明顯的特點。借助層間氧化帶的外部標志型礦物和其控制因素，對本區(qū)的直羅組層間氧化帶進行了劃分，直羅組下段層間氧化帶呈近南北向展布（見圖7），氧化帶前鋒線位于磁窯堡——清水營——上海廟一帶，長度達50km。氧化作用方向由西向東，氧化帶前鋒線在平面上表現(xiàn)為向東突出的蛇曲狀，氧化帶砂體厚度一般為16m～30m，最厚可達百米以上，埋深一般為100m～420m。本區(qū)層間氧化帶最為突出的特點是氧化距離較短，從本含水巖組的出露區(qū)到氧化帶前鋒線處一般不超過3km，在層間氧化帶內(nèi)巖石顏色主要表現(xiàn)為棕紅色和褐黃色，褐鐵礦化及其發(fā)育，主要巖性為直羅組下段膠結疏松的含礫中粗砂巖。

3.2 層間氧化帶的分帶性特征。

本區(qū)的直羅組層間氧化帶具有比較明顯的分帶性特點，根據(jù)對其顏色標志，礦物標志和巖石地球化學環(huán)境標志的研究發(fā)現(xiàn)，本區(qū)直羅組層間氧化帶目前可劃分出如下幾個亞帶：完全氧化帶，不完全氧化帶，過渡帶（鈾礦化帶）和未蝕變巖石帶。

完全氧化帶：直羅組下段砂體被完全氧化，砂體的顏色普遍受到后生作用的改造，顏色表現(xiàn)為棕紅色，褐黃色，玫瑰紅，棕褐色，幾乎充滿整個含水巖組。從礦物組合特點來看（表3），完全氧化帶巖石遭受強烈氧化，產(chǎn)生褐鐵礦化，且部分脫水赤鐵礦化，巖石顏色發(fā)紅，有機質(zhì)氧化消失，粘土礦物高嶺土、伊利石被褐鐵礦、針鐵礦浸染，呈褐黃色。從巖石地球化學特點來看完全氧化亞帶由于氧化作用強烈，S2-、FeS2、Fe2+/Fe3+達最低值，而Fe3+達最高值（表4），巖石呈現(xiàn)黃色調(diào)。

不完全氧化帶：僅有部分砂體被氧化，氧化砂體厚度小于含水巖組厚度，砂體顏色主要表現(xiàn)為褐黃色，灰褐色及灰綠色等，黃鐵礦和有機質(zhì)未必被完全氧化，見有少量氧化植物殘片。石英、長石和巖屑的蝕變與完全氧化帶基本相似，主要區(qū)別在于褐鐵礦化

非常發(fā)育，巖石中的鐵礦物（磁鐵礦、黃鐵礦）和含鐵礦物（黑云母等）強烈蝕變?yōu)楹骤F礦或針鐵礦。炭質(zhì)物經(jīng)氧化后絕大部分遭破壞，致使巖石中碳含量過低。另外在巖屑或雜基中也時有褐鐵礦化或不均勻的分散狀褐鐵礦染。礦物組合特點是長石、巖屑泥化成灰白色、白色斑點狀，磁鐵礦、黃鐵礦、黑云母等礦物多變?yōu)閴m埃狀褐鐵礦或呈黑云母假象的針鐵礦，有少量的炭屑及微晶黃鐵礦。粘土礦物多為高嶺石，少量蒙脫石和混在其內(nèi)的綠泥石。

過渡帶是鈾的聚集帶，位于氧化帶舌狀體前緣。在該帶中黃鐵礦和褐鐵礦（包括針鐵礦）共存是其主要特征，同時見微晶石英、玉髓、綠泥石和炭屑。鈾礦物主要有瀝青鈾礦、鈾石等。粘土礦物主要為高嶺石、伊利石，其他礦物很少見到。

從巖石地球化學特點來看過渡帶長石、巖屑粘土化；S2-、FeS2、Fe2+/Fe3+普遍升高，并保持一定水平；黃鐵礦、白鐵礦、褐鐵礦、水針鐵礦、赤鐵礦共存是最大特征，巖石顏色由黃色調(diào)轉(zhuǎn)為暗色調(diào)，呈現(xiàn)不均勻灰色；鈾礦物為瀝青鈾礦、鈾石、含鈾炭屑、含鈾地瀝青；還原環(huán)境的交替帶過渡帶，也是鈾成礦作用的關鍵地帶。還原劑主要是黃鐵礦、有機質(zhì)和還原性氣體（如烴類）。

鈾礦化帶：在顏色上主要表現(xiàn)為灰白色，淺灰色及灰綠色，并可見極少量的褐黃色斑點。見有褐鐵礦化與黃鐵礦共生現(xiàn)象，焊有豐富的炭化植物碎屑和有機質(zhì)，其地球化學環(huán)境指標中Fe2+含量明顯偏高，該帶寬度一般不超過500m，存在明顯的鈾礦化。

未蝕變巖石帶即原生巖石帶，基本上未受后期氧化作用，顏色保持原生深灰——灰色。有較多的炭質(zhì)碎屑和有機質(zhì)、黃鐵礦未受蝕變。粘土礦物少量，偶見水云母化。

未蝕變巖石帶：巖石顏色主要為灰色和深灰色，黃鐵礦和有機質(zhì)均未被氧化，未見褐鐵礦化，鈾含量為正常值。從巖石地球化學特點來看

原生帶長石、巖屑，局部有粘土化；S2-、Fe2+/Fe3+低于過渡帶，F(xiàn)eS2高于過渡帶，黃鐵礦、白鐵礦未蝕變；巖石為均勻的暗灰色；有機碳含量恢復正常值。

1. 延安組；2. 直羅組；3. 安定組；4. 地層平行不整合界線；5. 地層角度不整合界線；6. 逆斷層；7. 向斜；8. 背斜；9. 以往施工鉆孔；10. 2007年施工鉆孔；11. 工業(yè)孔；12. 礦化孔；13. 異常孔；14. 無礦孔；15. 直羅組層間氧化帶前鋒線；16. 直羅組底板埋深等值線。

4. 鈾礦化特征

4.1 鈾礦化空間分布特征

鈾礦化主要產(chǎn)于直羅組下段辮狀砂體中，礦化賦存位置受含水巖組滲透性能的影響存在較大差異，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化主要賦存與直羅組下段砂體的底部。鈾礦化體順層發(fā)育，產(chǎn)狀大致與地層產(chǎn)狀一致，鈾礦化體在剖面上呈現(xiàn)較為規(guī)則的卷狀和板狀。在平面上表現(xiàn)為與層間氧化帶相一致的蛇曲帶狀。在相對均勻的砂巖中形成簡單礦卷。礦卷基本對稱。測井曲線反映的是一完整的單鋒值。在不均勻、相變劇烈的砂體中往往出現(xiàn)多層礦卷。礦卷上下翼形成幾個薄層不對稱的似卷狀礦體，卷頭參差不齊，測井曲線反映的是多峰值。下翼礦體為平整的板狀，緊貼底板隔水層發(fā)育，具有薄而長的特點。上翼礦體不發(fā)育，主要為透鏡狀。下翼比上翼礦體連續(xù)性好、厚度大、延伸距離長，部分礦體只發(fā)育卷頭礦體或下翼礦體。

4.2 鈾礦化的控制因素

① 地層及巖性巖相控礦：磁窯堡地區(qū)的含礦層主要為中侏羅統(tǒng)直羅組下段，鈾礦化主要產(chǎn)于直羅組下巖段辮狀河多期復合河道砂體中。巖性主要為灰色中粗砂巖，淺灰色中砂巖、中細砂巖、中細砂巖，分選性中等——差，磨圓度低，雜基支撐。

② 層間氧化帶控礦：鈾礦化位于層間氧化帶的前鋒線附近，砂體主要呈卷狀，其發(fā)育方向與層間氧化帶的發(fā)育方向一致，基本是由西向東發(fā)育。氧化帶巖石以黃褐色為主其中褐鐵礦化發(fā)育，可見氧化碳屑，未氧化巖石富含有機質(zhì)，黃鐵礦。

③ 鈾礦化與炭質(zhì)及黃鐵礦等還原物質(zhì)關系密切。從環(huán)境指標樣、巖礦樣、鈾樣分析結果可以看出，氧化巖石其有機碳、黃鐵礦含量低，鈾含量也很低，氧化還原過渡巖石有機碳、黃鐵礦含量高，鈾含量也高。

④ 礦化發(fā)育在褶皺有利于發(fā)育層間氧化帶的一翼。在工作中發(fā)現(xiàn)，由于盆地的抬升，背斜軸部被剝蝕，砂巖直接暴露地表或間接暴露地表，從背斜的軸部向向斜的核部順層氧化發(fā)育，有利于層間氧化帶的形成，因此礦化多在背斜的東翼。

⑤ 直羅組含礦層砂巖的硅酸鹽全分析結果與砂巖克拉克值對比表明，含礦砂巖的SiO2較低，而K2O、Na2O含量較高，表明成礦有堿交代作用。Al2O3含量較高，說明砂巖中粘土質(zhì)成份較多。這也與本區(qū)長石粘土化較強一致。而且TFe203、MgO含量較高，F(xiàn)e203、MgO一般存在于粘土礦物的晶格中，由于粘土較多，因而TFe203、MgO的含量相對較高。

⑥ 砂巖的燒矢量均較高，即使除去與CaO相當量的CO2外，仍比砂巖的克拉克值高，說明直羅組砂巖有機質(zhì)含量較高。

5. 鈾成礦條件分析及前景

5.1 鈾成礦條件分析

構造條件：鄂爾多斯盆地北西緣處于大型內(nèi)陸坳陷盆地的邊緣部位，構造抬升幅度適中，直羅組呈波浪狀緩傾斜，地層傾角為10°～20°，構造環(huán)境對鈾成礦非常有利。區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂構造對地下水的滲入和排泄起到了積極的促進作用，因而本區(qū)具備了形成水成鈾礦有利的構造和古水動力條件。

巖性巖相條件：主要找礦目的層直羅組下段為一套辮狀河沉積體系，巖性以含礫中粗砂巖為主，砂體厚度適中，膠結疏松，巖石以空隙式膠結為主，滲透性能良好，其上下具有穩(wěn)定的隔水層分布，為層間氧化帶型鈾礦的形成提供了良好的空間。

巖石地球化學條件：中侏羅直羅組沉積時，氣候條件溫暖潮濕，物源豐富，沉積物富含有機質(zhì)，炭屑和黃鐵礦等還原能力較強的自生礦物，為后生鈾成礦作用創(chuàng)造了條件。

水動力條件：西緣構造帶的活動，起到一種類似的造山運動，增強了地下水向縱深運移的驅(qū)動力，有利于滲入作用的進行。

鈾源條件：該區(qū)中侏羅統(tǒng)沉積層的主要物源來自元古界和古生界的剝蝕，物源較近，遠比經(jīng)過二次搬運沉積而形成的碎屑巖類鈾豐度值要高。

5.2 鈾成礦前景

鈾成礦條件分析表明，無論是其所處的構造位置，巖性巖相條件，巖石地球化學條件，水動力條件，鈾源條件，還是其所具有的鈾礦化信息，均顯示了本區(qū)具備了形成層間氧化帶鈾礦有利條件。中侏羅統(tǒng)直羅組層間氧化帶的廣泛發(fā)育和眾多的鈾礦化信息顯示了其良好的找礦前景。

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