平莊盆地六家立井地區(qū)找鈾目標(biāo)層巖石學(xué)特征及其找礦意義

殷榕蔚，霍 超，呂永華，趙 岳，趙 明，張恒利，賀 軍

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039； 2.核工業(yè)208大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

鈾資源是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)，也是我國(guó)核工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)原料[1]。在全世界所有鈾礦床類(lèi)型中，砂巖型鈾礦占據(jù)比重最大，在我國(guó)接近25%[2-3]。我國(guó)砂巖型鈾礦床大多分布在北方含油氣盆地，主要賦存于侏羅系、白堊系[4]。

自20世紀(jì)60年代起，煤炭部門(mén)在平莊盆地六家立井地區(qū)及周邊開(kāi)展了煤炭地質(zhì)勘查，在鉆孔測(cè)井工作中先后發(fā)現(xiàn)了一批放射性異常孔，如古山一、三井煤炭地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)11個(gè)鉆孔存在放射性異常，六家立井精查發(fā)現(xiàn)6個(gè)鉆孔存在放射性異常(表1)。本次在平莊含煤盆地的煤炭勘查資料進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，對(duì)放射性異常孔開(kāi)展鉆探驗(yàn)證[5-6]，基于新發(fā)現(xiàn)的鈾礦化特征，借助薄片鑒定手段，結(jié)合分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了目標(biāo)層阜新組上段巖石學(xué)特征，對(duì)物源進(jìn)行了討論，為進(jìn)一步尋找該區(qū)砂巖型鈾礦提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

平莊盆地是我國(guó)中生代晚期含煤斷陷盆地之一，構(gòu)造位置處于內(nèi)蒙隆起帶之上[7-8]，按鈾成礦區(qū)帶劃分屬于沽源—紅山子鈾成礦帶[9]。盆地在平莊以南呈北北東向，往北至黑水馬廠(chǎng)一線(xiàn)轉(zhuǎn)為東西向，總體呈“廠(chǎng)”字形展布，六家立井地區(qū)位于盆地北部邊緣[10-11](圖1)。

區(qū)內(nèi)地層屬華北地層區(qū)燕遼地層分區(qū)遼西小區(qū)[10]，自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、阜新組、上白堊統(tǒng)孫家灣組、新生界新近系和第四系，基底為前長(zhǎng)城系變質(zhì)巖(表1)。

表1 以往煤田勘查及本次勘查鈾異常鉆孔統(tǒng)計(jì)表

1.全新統(tǒng)；2.上更新統(tǒng)；3.新近系；4.上白堊統(tǒng)孫家灣組；5.下白堊統(tǒng)阜新組；6.下白堊統(tǒng)九佛堂組；7.下白堊統(tǒng)義縣組；8.太古界；9.斷層；10.煤田；11.研究區(qū)；12.盆地邊界圖1 平莊盆地六家立井地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Figure 1 Geological sketch map of Liujia vertical shaft area in Pingzhuang Basin

下白堊統(tǒng)阜新組是六家立井地區(qū)主要的含鈾礦層，阜新組可分為上、下兩段，上段巖性以灰、灰綠、灰白色砂礫巖為主，間夾灰綠色砂巖、紫紅色泥巖和砂質(zhì)泥巖，磨圓度較差，為主要賦礦層；下段巖性以灰白色中粗粒砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖及煤層為主。

阜新組上段為河流相和三角洲平原—湖濱沼澤相沉積建造，層系滲透性好、深度適中，層位穩(wěn)定，具有泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為鈾礦形成提供了有利的地層地質(zhì)條件。

表2 六家立井地區(qū)地層簡(jiǎn)表

2 樣品與分析

本文樣品全部采自六家立井地區(qū)鈾礦化目標(biāo)層阜新組上段，針對(duì)目標(biāo)層不同地段分別在不同鉆孔中采取灰綠色砂巖、灰色砂巖、淺黃色砂巖及含礦砂巖樣品34件。對(duì)樣品進(jìn)行薄片和光片鑒定，主要檢測(cè)儀器為ZeissA40偏光顯微鏡。樣品處理和分析測(cè)試工作均在核工業(yè)包頭地質(zhì)礦產(chǎn)分析測(cè)試中心完成。

表3 六家立井地區(qū)鈾礦化目標(biāo)層取樣化驗(yàn)登記表

3 碎屑巖巖石學(xué)一般特征

3.1 碎屑巖類(lèi)型及顏色

本次采集的阜新組上段樣品顏色分別為灰綠色、灰色和淺黃色，碎屑粒度在0.10～2.00mm，碎屑巖主要由碎屑顆粒(質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%～92%，平均91.2%)組成，含少量填隙物(8%～10%，平均8.8%)。對(duì)樣品中石英、長(zhǎng)石和巖屑顆粒統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：阜新組上段碎屑巖大多數(shù)樣品主要碎屑成分為石英和長(zhǎng)石，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為60%～68%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)63.2%；長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化為28%～35%，平均值為32%；巖屑含量大幅低于長(zhǎng)石，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%。根據(jù)Folk砂巖分類(lèi)法，該區(qū)碎屑巖巖石類(lèi)型為長(zhǎng)石砂巖。砂巖成分成熟度高低通常用Q/(F+R)來(lái)表示[12-13]，通過(guò)對(duì)樣品研究分析，Q/(F+R)平均為1.71(1.50～2.12)，可以得出本區(qū)砂巖成分成熟度較低。

3.2 碎屑巖成分

碎屑顆粒主要為石英和長(zhǎng)石，其次為花崗巖巖屑。此外，還含有微量重礦物和云母(圖2)，填隙物以雜基為主，偶見(jiàn)方解石膠結(jié)物。

圖2 平莊地區(qū)阜新組上段(K1f2)碎屑巖物質(zhì)成分餅圖Figure 2 Clastic rock component pie chart of Upper Member of Fuxin Formation (K1f2) in Pingzhuang Basin

3.2.1 碎屑成分特征

石英：石英是該區(qū)長(zhǎng)石砂巖中的主要碎屑成分。單偏光鏡下，石英表面非常干凈，無(wú)色，透明，無(wú)解理，正低突起；正交鏡下，石英干涉色較低，為一級(jí)灰白—一級(jí)黃白干涉色，粗粒(0.5～0.8mm)石英，波狀消光較少見(jiàn)，中粒(0.25～0.5mm)石英顆粒波狀消光較為常見(jiàn)。大顆粒石英較多見(jiàn)港灣狀溶蝕邊緣(圖3-照片1)，未觀察到石英自生加大邊結(jié)構(gòu)。碎屑物中石英的多樣性較低，反映碎屑物物源較單一。

長(zhǎng)石：長(zhǎng)石也是碎屑巖的主要礦物成分。一般來(lái)說(shuō)，砂巖中長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為10%～15%[14]，阜新組上段的長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%～35%，說(shuō)明母巖多為花崗巖且搬運(yùn)距離較短，反映了靠近物源的特點(diǎn)。

長(zhǎng)石類(lèi)型以微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石為主，可見(jiàn)少量斜長(zhǎng)石。微斜長(zhǎng)石無(wú)色透明，具典型的格子雙晶(圖3-照片2)；條紋長(zhǎng)石呈寬板狀，具條紋結(jié)構(gòu)；正長(zhǎng)石無(wú)色，透明，板狀-寬板狀，晶面具橫向解理(圖3-照片3)，正低突起，干涉色為一級(jí)灰白， 表面較臟， 多發(fā)生蝕變， 蝕變?yōu)樾屈c(diǎn)狀高嶺土(圖3-照片4)；斜長(zhǎng)石，呈長(zhǎng)板狀，粒徑較粗大，多介于0.4～0.8mm，聚片雙晶極發(fā)育(圖3-照片5)，雙晶紋非常細(xì)密，說(shuō)明其母巖為偏酸性巖石[15]，此外，斜長(zhǎng)石表面也較臟，發(fā)生了較強(qiáng)烈的絹云母化蝕變(圖3-照片6)，絹云母干涉色極為鮮艷。綜上，表明該區(qū)碎屑巖中的長(zhǎng)石主要來(lái)自于酸性巖。

巖屑：碎屑巖中的巖屑主要由花崗巖巖屑組成(圖3-照片7、圖3-照片8)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%?；鸪蓭r巖屑含量低于1%，幾乎不含變質(zhì)巖巖屑。此外，還含有微量云母、重礦物以及有機(jī)碳。巖屑能夠直接反映碎屑物母巖類(lèi)型，是研究沉積物來(lái)源的重要依據(jù)[16]。對(duì)阜新組上段巖層巖屑含量的分析研究，表明該區(qū)碎屑物來(lái)源較單一。

重礦物、云母：碎屑巖中重礦物、云母含量較少，重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于1%，云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～3%。重礦物主要包括黃鐵礦、褐鐵礦及針鐵礦。

3.2.2 填隙物成分特征

阜新組上段碎屑巖的填隙物包括雜基及少量膠結(jié)物，以雜基為主，膠結(jié)物含量較低。

雜基主要為伊利石(5%～8%，平均為6.2%)，其次為高嶺石(2%～3%，平均2.6%)，其它黏土礦物少見(jiàn)。伊利石形態(tài)為顯微鱗片狀和致密塊狀，鏡下呈白色、灰白色，玻璃光澤，致密塊狀呈油脂光澤或土狀光澤，為酸性火成巖表生風(fēng)化產(chǎn)物。高嶺石形態(tài)為隱晶質(zhì)致密塊狀和土狀集合體，土狀塊體具有粗糙感，一般呈白色，有時(shí)含雜質(zhì)成深淺不同的各種顏色。碎屑巖中雜基的含量和性質(zhì)可以作為搬運(yùn)介質(zhì)流動(dòng)因素(介質(zhì)的黏度和密度)及沉積速率的標(biāo)志，也是反映碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度的重要標(biāo)志[17]。阜新組上段碎屑巖中顆粒分選磨圓差，雜基含量高，結(jié)構(gòu)成熟度較低，說(shuō)明該區(qū)搬運(yùn)介質(zhì)密度較高，分選能力差，沉積速率較大。

本區(qū)膠結(jié)物含量極低，僅在少量樣品中見(jiàn)有方解石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1%，多為成巖期及后生期的化學(xué)沉淀產(chǎn)物。

3.2.3 鈾礦化特征

阜新組上段中鈾礦體厚度變化范圍為0.20～1.40m，平均值0.80m；品位變化范圍為 0.011 7%～0.012 5%，平均0.012 1%；平米鈾量變化范圍為0.05～0.38kg/m2，平均0.16kg/m2。含礦巖性以砂質(zhì)礫巖、中砂巖為主。

注：Q-石英； Or-正長(zhǎng)石； Pl-斜長(zhǎng)石；Mi-微斜長(zhǎng)石圖3 平莊盆地阜新組上段碎屑巖成分鏡下鑒定特征Figure 3 Clastic rock component microscopic identification features in Upper Member of Fuxin Formation in Pingzhuang Basin

3.3 結(jié)構(gòu)特征

按照碎屑巖中雜基的百分含量統(tǒng)計(jì)，結(jié)合電子顯微鏡正交偏光照片可以判斷出阜新組上段碎屑巖基本為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，孔隙膠結(jié)；顆粒之間多為點(diǎn)接觸(圖4)，反映沉積物滲透性好，后期成巖改造作用較弱特點(diǎn)。

圖4 平莊盆地阜新組上段碎屑巖孔隙膠結(jié)特征Figure 4 Clastic rock pore cementation features in Upper Member of Fuxin Formation in Pingzhuang Basin

碎屑顆粒分選性差-中等，以棱角-次棱角狀為主，磨圓度較差，結(jié)構(gòu)成熟度低，表明該區(qū)碎屑巖具有近源沉積特征[18]。

4 找礦地質(zhì)意義分析

研究區(qū)碎屑巖主要來(lái)自上新井隆起、四楞子山隆起的燕山期-海西期酸性侵入巖，巖性以黑云母花崗巖為主，風(fēng)化、剝蝕強(qiáng)烈。另外，田永慶和陳德兵等[19-20]研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)隆起新鮮花崗巖鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為8×10-6～10×10-6，而地表風(fēng)化花崗巖鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3×10-6～3×10-6，鈾的丟失率最高可達(dá)97%。說(shuō)明母巖中一部分鈾隨碎屑物搬運(yùn)到地層中，形成高本底沉積物，而另一部分鈾經(jīng)母巖風(fēng)化后隨氧化流體進(jìn)入沉積盆地當(dāng)中，這兩種類(lèi)型，不斷形成鈾的預(yù)富集和富集，從而可以形成鈾礦體、鈾礦床。通過(guò)本次勘查已在阜新組上段發(fā)現(xiàn)了較的鈾礦化，平米鈾量可達(dá)0.38kg/m2，為進(jìn)一步勘查指明了找礦層位，提供了重要的礦化線(xiàn)索。

阜新組上段為河流相和三角洲平原—湖濱沼澤相沉積建造，具有泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)，砂體厚度適中，成層性、連通性較好，成分成熟度較高，以顆粒支撐、孔隙式膠結(jié)為主，不僅提供了較好的鈾儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，還有利于潛水-層間氧化帶的發(fā)育，便于蝕源區(qū)中的鈾不斷向沉積地層中遷移或地層中預(yù)富集的鈾浸出再富集。目前已發(fā)現(xiàn)最大氧化深度近200m，鈾礦化往往賦存在氧化帶上下兩翼?？梢灾笇?dǎo)找鈾礦先控制氧化帶前鋒線(xiàn)的位置。

阜新組上段的下伏地層為阜新組下段含煤層系，一方面受構(gòu)造抬升、剝蝕作用，煤以煤屑的形式被搬用到阜新組上段中，為鈾富集提供還原障；另一方面通過(guò)構(gòu)造導(dǎo)通，將深部的煤層氣進(jìn)入上段中，同樣提供了有利于鈾成礦的還原障；此外，阜新組上段本身含有大量的有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)。目前所發(fā)現(xiàn)的鈾礦化均有這些還原介質(zhì)密切相關(guān)，為今后在該區(qū)或類(lèi)似地區(qū)找礦指明關(guān)鍵控礦因素。

5 結(jié)論

(1)平莊盆地六家立井地區(qū)阜新組上段碎屑巖主要巖屑主要為花崗巖，來(lái)自上新井隆起、四楞子山隆起的燕山期-海西期酸性侵入巖，鈾含量高，丟失量大，為鈾成礦提供了豐富的鈾源。

(2)阜新組上段碎屑物含量平均值為91.2%，填隙物含量8.8%，成分成熟度較高，孔隙度大，便于氧化帶的發(fā)育，鈾礦化的形成。

(3)阜新組上段具有泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)，砂體結(jié)構(gòu)成熟度均較低，近源、快速沉積，厚度適中，成層性、連通性較好，為鈾成礦提供了有利的存儲(chǔ)空間。

(4)地層中含有大量的有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)，與鈾成礦關(guān)系密切，可以作為該區(qū)最重要的找礦標(biāo)志。