滇西戶撒盆地芒棒組下段沉積特征及與鈾礦化的關(guān)系

伍 皓,周懇懇,陳小煒,張建軍,2,李晉文,涂云寬,陳 兵,孔 然

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都610081; 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京100037；3.云南省煤炭地質(zhì)勘查院，昆明650032; 4.云南省核工業(yè)二〇九地質(zhì)大隊(duì)，昆明 650218)

滇西發(fā)育大量新生代小型山間盆地，已探明8個(gè)中、小型礦床，是中國(guó)重要的砂巖型鈾礦成礦帶之一[1]。前人雖在滇西成礦地質(zhì)條件[2]、鈾礦化特征[39]及鈾礦化類型[4]等方面的研究取得了諸多成果，但對(duì)于該區(qū)賦礦層系----新近系芒棒組(N2m)的沉積特征研究卻相對(duì)薄弱，僅在勘探程度相對(duì)較高的龍川江盆地取得了一些重要認(rèn)識(shí)[5-6]，例如識(shí)別出沖積扇、扇三角洲、濱-淺湖沉積體系，并指出沖積扇與扇三角洲沉積體系砂體對(duì)成礦有利。而勘查程度較低的戶撒盆地中芒棒組沉積特征研究幾近空白，僅云南199煤田地質(zhì)勘探隊(duì)(1982年)在找煤工作中對(duì)其沉積相進(jìn)行了粗略劃分，認(rèn)為屬?zèng)_積扇-河流-湖沼相[7]。2015年西南地區(qū)“煤鈾兼探”項(xiàng)目在該盆地實(shí)施的6口驗(yàn)證孔為系統(tǒng)進(jìn)行芒棒組沉積特征研究提供了寶貴的第一手巖心資料[8]。鑒于此，本文嘗試結(jié)合前人煤田地質(zhì)資料，以鉆孔巖心沉積相分析為主，輔以地表露頭剖面觀測(cè)，對(duì)賦礦層位芒棒組下段沉積特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，探討沉積相與鈾礦化的關(guān)系，以期為滇西成礦帶鈾礦勘查提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

戶撒盆地位于歐亞(揚(yáng)子)和岡瓦納(印度)2個(gè)超級(jí)大陸匯聚帶間的騰沖地體上[9]，地體東部和西部分別以怒江-瑞麗斷裂和葡萄-密支那早新生代縫合線與保山微板塊和緬甸地塊相拼接[1]，該地體實(shí)為拉薩地體的東延，原屬岡瓦納大陸的一部分[10-12]。泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)，騰沖地體從岡瓦納大陸北緣分裂，并向北移動(dòng)；晚三疊世-晚白堊世，騰沖地體沿現(xiàn)怒江斷裂帶與保山微板塊發(fā)生碰撞[13]；新近紀(jì)，印度板塊向東俯沖致使地體深部地幔物質(zhì)上涌，殼幔呈穹狀隆起，地殼拉伸導(dǎo)致厚度變薄(厚度35～42 km)，殼表張裂[14-15]。戶撒盆地就是在該時(shí)期拉張構(gòu)造背景下，受基底斷層(殿廠-平山斷層)控制而形成的東斷西超的箕狀斷陷盆地(圖1)。。

盆地呈北東-南西方向展布，長(zhǎng)約22 km，平均寬約3 km，面積約60 km2?；字黧w由燕山期混合花崗巖(γm)，局部由新元古界高黎貢山群( Pt3gl)組成，前者巖性主要為淺灰、灰色花崗巖、花崗斑巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖等，后者巖性主要為灰色、深灰色片巖、片麻巖等。新近系芒棒組和第四系為盆地蓋層，前人將芒棒組劃分為5段[7](圖2)，本文將主要賦礦層位芒棒組第一、第二、第三段歸為下段。

2 賦礦層段沉積相類型及特征

本文以該盆地6個(gè)鉆孔巖心的巖石學(xué)特征、粒度特征、垂向序列、沉積構(gòu)造等分析為主，結(jié)合地表露頭剖面觀測(cè)分析，認(rèn)為芒棒組下段主要發(fā)育沖積扇、辮狀河三角洲、扇三角洲與湖泊4種沉積相類型及10種亞相18種微相(表1)。

2.1 沖積扇相

主要發(fā)育于盆地緩坡帶，可識(shí)別出扇根、扇中、扇端3個(gè)亞相。

扇根亞相發(fā)育泥石流微相和河道充填微相，以河道充填微相為主。泥石流沉積最顯著特征是分選極差，礫、砂、泥混雜。在盆緣露頭剖面中見(jiàn)其直接不整合覆于基底燕山期花崗巖之上(圖3-A)，泥石流中礫石多呈次棱角狀、棱角狀，磨圓度較好的礫石亦可見(jiàn)，部分礫石垂直于流向呈直立狀排列(圖3-B)，顯示重力流沉積的典型特征。河道充填巖性主要為土黃色塊狀(6～7 m)礫巖夾含礫粗砂巖(圖4-A)。

圖1 滇西戶撒盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 The simplified geological map of the Husa Basin in west Yunnan(A)據(jù)云南省煤田地質(zhì)局(1994)[15]; (B)據(jù)云南省一九九煤田地質(zhì)勘探隊(duì)資料(1983)[7]修改

圖2 戶撒盆地芒棒組綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive column of the Mangbang Formation in Husa Basin

扇中亞相主要發(fā)育辮狀河道微相。巖性主要為土黃色塊狀(2～5 m)礫巖、含礫粗砂巖夾含礫粉砂巖、粉砂巖、泥巖。扇中辮狀河道與扇根河道充填相比，礫巖層厚度變薄，砂礫比有所增大，不穩(wěn)定組分礫石含量逐漸減少(圖4-B、C)。激光法測(cè)定的粒度概率累積曲線為“高懸兩段式”(圖5-A)，推移質(zhì)不發(fā)育，躍移質(zhì)含量低(體積分?jǐn)?shù)<30%)，斜率較大(60°～70°)，懸移質(zhì)含量較高(體積分?jǐn)?shù)>50%)，兩者交切點(diǎn)φ值為1～3。上述特征指示典型的扇中辮狀河道沉積特點(diǎn)[16]。

扇端亞相主要發(fā)育漫流微相，以淺灰黃色粉砂巖、泥巖夾細(xì)礫巖、含礫粗砂巖為主(圖4-D)。

2.2 辮狀河三角洲相

辮狀河三角洲為本文在滇西新厘定出的沉積相，由辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣、前辮狀河三角洲3亞相組成，總體具水體淺、粒度粗、煤層多的沉積特點(diǎn)。

辮狀河三角洲平原亞相由陸上的辮狀河組合組成，以牽引流為主，缺少碎屑流沉積，這是區(qū)別于扇三角洲的最重要證據(jù)[17]。在研究區(qū)可以劃分出分流河道和河漫沼澤2個(gè)微相。分流河道沉積總體為灰黃-土黃色礫巖、細(xì)砂巖夾含礫粗砂巖，砂礫比為3︰1～2︰1，具正韻律。同扇中辮狀河道礫巖相比，礫石多充填于河道底部，礫巖層厚度變薄，泥質(zhì)雜基含量較少，礫石磨圓度更好，多為次圓狀(圖4-E)，支撐膠結(jié)類型過(guò)渡為顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)，巖石十分疏松。砂巖(圖4-F)主要由石英組成，其體積分?jǐn)?shù)>80%，長(zhǎng)石、巖屑少見(jiàn)，分選性較好，磨圓度一般。河漫沼澤微相沉積以灰黑-灰綠色粉砂巖(圖4-G)、炭質(zhì)泥巖、泥巖及褐煤為主，其重要特征為中厚層(1～3 m)褐煤較為發(fā)育(圖4-H)。粉細(xì)砂巖粒度概率累積曲線多為“一段式”(圖5-B)，躍移質(zhì)含量低，幾乎全為懸移質(zhì)(>90%)，斜率40°～50°，分選性一般，指示較弱水動(dòng)力條件下的河漫沼澤沉積[18]。

表1 芒棒組下段沉積相類型及其巖性特征Table 1 Types of sedimentary facies in Mangbang Formation and its lithological characteristics

圖3 泥石流微相野外露頭照片F(xiàn)ig.3 Photographs showing outcrop of the debris flow subfacies

圖4 沖積扇-辮狀河三角洲相綜合柱狀圖Fig.4 The comprehensive histogram of the alluvial fan facies and braided delta facies

辮狀河三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、水下分流河道間、河口壩及遠(yuǎn)砂壩微相，其中水下分流河道、水下分流河道間微相最為發(fā)育。

陸上分流河道的水下延伸部分組成水下分流河道，該微相沉積由灰綠色含礫粗砂巖、粗砂巖、細(xì)砂巖夾少量細(xì)礫巖組成。發(fā)育底沖刷構(gòu)造(圖6-A)和斜層理，見(jiàn)植物根莖化石。與分流河道相比，沉積物的粒度更細(xì)，原生色也由灰黃-土黃色變?yōu)榛?灰綠色，代表沉積環(huán)境由陸上氧化沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樗逻€原沉積環(huán)境。粒度概率累積曲線多為“一跳一懸加過(guò)渡式”(圖5-C)，由躍移載荷、懸移載荷及兩者間的過(guò)渡段組成，躍移質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為20%～40%，斜率為60°～75°；過(guò)渡段的體積分?jǐn)?shù)為10%～30%，斜率為30°～60°，與躍移載荷間交切點(diǎn)的φ值為0.75～2，與懸移載荷交切點(diǎn)的φ值為1.75～3.5；懸移質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)<50%：反映枯(平)水期穩(wěn)定水流進(jìn)入湖盆后能量降低的水動(dòng)力特征[16]。

圖5 巖心樣品粒度概率累積曲線圖Fig.5 Probability cumulative grain size curves of the drilling core sample

水下分流河道相對(duì)凹陷的位置為水下分流河道間，該微相沉積主要由粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖組成，與河漫沼澤微相巖石組成較為相似；但褐煤不甚發(fā)育，僅見(jiàn)薄煤層(<0.1 m)及煤線。該微相水平層理、波狀層理發(fā)育(圖6-B)，植物葉片化石多見(jiàn)(圖6-C)。

水下分流河道砂經(jīng)湖水沖刷和湖浪簸選改造后在河口處形成河口壩[17]，該微相沉積主要為淺灰綠色、灰白色巖屑石英砂巖，分選性和磨圓度較好。巖屑的體積分?jǐn)?shù)約為15%，呈顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)，固結(jié)疏松，見(jiàn)逆粒序(圖6-D)。

河口砂壩靠湖一側(cè)形成遠(yuǎn)砂壩，該微相砂體較河口壩砂厚度更薄，粒度更細(xì)，多為淺灰綠色細(xì)、粉砂巖組成，分選性較好，磨圓度一般，膠結(jié)致密。

前辮狀河三角洲巖性主要為淺灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。

2.3 扇三角洲相

扇三角洲主要發(fā)育于陡坡帶，由扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲3個(gè)亞相組成，總體具沉積厚度大、粒度粗、成分雜、相帶窄、相變快的特點(diǎn)。

扇三角洲平原亞相的相帶較窄，由泥石流微相與辮狀河道微相組成。上文對(duì)泥石流微相已有描述。辮狀河道微相由灰黃-土黃色礫巖、含礫粗砂巖夾粉砂巖組成，砂礫巖中泥質(zhì)雜基含量高，而分選性、磨圓度較差，與沖積扇的扇中辮狀河道沉積的巖性相近。

作為扇三角洲主體沉積的扇三角洲前緣亞相相帶較寬，可識(shí)別出水下分流河道、水下分流河道間、遠(yuǎn)砂壩3個(gè)微相，以水下分流河道、水下分流河道間微相最為發(fā)育。水下分流河道具較為復(fù)雜的巖性，主要為灰綠-深灰色含礫長(zhǎng)石石英砂巖、含礫粗砂巖、細(xì)砂巖夾細(xì)礫巖(圖6-E)。與辮狀河三角洲水下分流河道相比，長(zhǎng)石、云母、泥質(zhì)雜基含量高。粒度概率累積曲線與沖積扇的扇中辮狀河道曲線相似，為“低斜高懸兩段式”，均具有高含量(體積分?jǐn)?shù)>50%)的懸移質(zhì)，只是斜率較低(30°～45°),指示分選性較差(圖5-D)。

圖6 辮狀河三角洲-扇三角洲綜合柱狀圖Fig.6 The comprehensive histogram of the fan-delta facies and braided delta facies

水下分流河道間微相、遠(yuǎn)砂壩微相、前扇三角洲湖泥微相(圖6-F)的巖性特征與辮狀河三角洲體系對(duì)應(yīng)的沉積微相巖性相似，在此不贅述。

2.4 湖泊相

研究區(qū)湖泊相水域較窄，水體較淺。前(扇)三角洲粉砂質(zhì)泥巖、泥巖逐漸過(guò)渡為濱淺湖亞相灰白色黏土巖，其成分為高嶺土，質(zhì)純，具黏性、可塑性，呈塊狀，可見(jiàn)菱鐵礦等自生礦物[7](圖7)。

3 沉積相與鈾礦化關(guān)系

3.1 為鈾礦化提供特定賦礦砂體

本次施工6口鉆孔(圖1)，其中4口未見(jiàn)礦化鉆孔主要發(fā)育辮狀河三角洲相，由于縱向、橫向相變頻繁，尤其是河道砂體發(fā)育極不穩(wěn)定，難以形成有利儲(chǔ)鈾的泥-砂-泥巖石組合。2口礦化孔中，位于陡坡帶45號(hào)孔存在2層礦化，下部礦化層巖性為灰綠色含礫粗砂巖、含礫細(xì)砂巖(圖8-A)，上部礦化層巖性為淺灰白色含礫粗砂巖夾細(xì)礫巖、細(xì)砂巖(圖8-B)，均為扇三角洲前緣水下分流河道沉積；緩坡帶233號(hào)孔存在1層礦化，礦化層巖性主要為礫巖、含礫細(xì)砂巖(圖8-C)，原生色為土黃色，還原色為淺灰白，為扇中辮狀河道沉積。巖心垂向剖面顯示，緩坡帶233號(hào)孔及陡坡帶45號(hào)孔距基底花崗巖分別為5 m和7 m部位，在礦化層下部均鉆遇厚約10 cm(圖8-D)、5 cm(圖8-F)的石英脈，推測(cè)鈾礦化可能有后期熱液活動(dòng)參與。

圖8 巖心礦化段綜合柱狀圖Fig.8 The comprehensive histogram showing the mineralization part of the core

3.2 為鈾礦化提供有利巖性組合——“下泥上砂”組合

45號(hào)孔(深度177～188 m)巖心垂向剖面顯示扇三角洲前緣水下分流河道砂體與底部發(fā)育的一套前扇三角洲-湖相泥巖組成有利的賦鈾巖性組合(圖8-E)，從目前鉆遇情況來(lái)看，鈾礦化與以上特定的“下泥上砂”巖石組合緊密相關(guān)。初步認(rèn)為該套泥巖在區(qū)域上形成了相對(duì)穩(wěn)定的隔水底板，阻止了地表潛水的大面積向下滲入，便于來(lái)源于地表的含鈾、含氧水滲入該區(qū)域性隔水層以上的水下分流河道砂體中。該套砂體成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟相對(duì)較高，砂含量較高，孔隙性、滲透性較好，有利于含氧含鈾流體流動(dòng)；而且砂巖中普遍含有炭化植物碎屑等有機(jī)質(zhì)，在地表含鈾含氧水的滲入過(guò)程中，巖石中的有機(jī)質(zhì)不斷消耗地下水中的游離氧，使得地下水中高價(jià)態(tài)的鈾被還原成低價(jià)態(tài)的鈾而逐漸沉淀富集。

4 基于有利相帶分析的勘查方向

鉆孔巖心沉積特征分析表明，戶撒盆地鈾礦化主要賦存于沖積扇的扇中辮狀河道與扇三角洲前緣水下分流河道砂體中(圖8)，說(shuō)明沖積扇與扇三角洲應(yīng)為重點(diǎn)勘探區(qū)域，與北部龍川江盆地一致[5-6]。為恢復(fù)上述相帶在區(qū)域上的展布特征，本文在6口新開(kāi)鉆孔沉積特征研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合37口以往煤田鉆孔資料進(jìn)行了較為詳細(xì)的單井沉積相分析與多井沉積相對(duì)比分析(圖9)，初步認(rèn)為戶撒盆地在芒棒組下段沉積時(shí)期發(fā)生快速填平補(bǔ)齊與初始湖泛，其相帶展布特征同多數(shù)箕狀斷陷盆地相似[19-20]，即沖積扇相、辮狀河三角洲相發(fā)育于盆地北西部緩坡帶，扇三角洲相發(fā)育于南東部陡坡帶，濱淺湖相發(fā)育于中部凹陷帶。圖10顯示盆地中部曼統(tǒng)-萬(wàn)明小寨及北部小寨-皇澤寺2處發(fā)育沖積扇相，相帶展布范圍窄，主要為灰黃-土黃色厚層-塊狀礫巖夾含礫粗砂巖、粉砂巖；盆地南東緣近蝕源區(qū)主要發(fā)育扇三角平原亞相，展布范圍窄，由灰黃-土黃色礫巖、含礫粗砂巖夾粉砂巖組成；扇三角洲前緣亞相展布范圍相對(duì)較寬，由灰-灰綠色含礫粗砂巖、細(xì)砂巖夾礫巖、粉砂巖、泥巖及薄煤層組成。因此，基于有利相帶恢復(fù)研究顯示，沖積扇發(fā)育的曼統(tǒng)-萬(wàn)明小寨、皇澤寺-小寨地區(qū)和扇三角洲發(fā)育的陡坡帶可為今后的重點(diǎn)勘查區(qū)域。

圖9 芒棒組下段沉積相對(duì)比圖Fig.9 The correlation of the sedimentary facies for the Mangbang Formation

圖10 芒棒組下段沉積相帶展布與沉積模式圖Fig.10 The distribution diagram of the sedimentary facies belt and sedimentary model of Mangbang Formation

5 結(jié) 論

a.滇西戶撒盆地賦礦巖系芒棒組下段發(fā)育有別于北部產(chǎn)鈾盆地龍川江盆地的沉積相類型。此次共厘定了沖積扇、辮狀河三角洲、扇三角洲、湖泊4種沉積相及對(duì)應(yīng)的10種亞相和18種微相。

b.沉積相發(fā)育對(duì)鈾礦化具有明顯的控制作用，表現(xiàn)為戶撒盆地鈾礦化主要賦存在沖積扇的扇中辮狀河道與扇三角洲前緣水下分流河道粗碎屑巖中，前扇三角洲-湖相泥巖與扇三角洲前緣水下分流河道砂巖組成了特定的有利的“下泥上砂”賦鈾巖性組合。

c.盆地相帶展布同多數(shù)箕狀斷陷盆地相似，即緩坡帶發(fā)育沖積扇相、辮狀河三角洲相，陡坡帶發(fā)育扇三角洲相，中部凹陷帶發(fā)育濱淺湖相。沖積扇體系發(fā)育的曼統(tǒng)-萬(wàn)明小寨、皇澤寺-小寨地區(qū)和扇三角洲體系發(fā)育的東部陡坡帶是砂巖型鈾礦勘查最有利區(qū)域。