鄂爾多斯盆地西南部洛河組儲(chǔ)層特征和深部鈾成礦地質(zhì)條件

朱 強(qiáng)，李建國(guó)*，苗培森，司慶紅，趙華雷，肖 鵬，張 博，陳 印，趙博文

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300170; 3.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津 300170)

0 引 言

鄂爾多斯盆地分布著油氣、煤、鈾等多種能源礦產(chǎn)，盆地東北部砂巖型鈾礦資源量豐富，已發(fā)現(xiàn)了皂火壕、納嶺溝、罕臺(tái)廟等多個(gè)鈾礦床及礦產(chǎn)地，盆地南部地區(qū)同樣發(fā)現(xiàn)了雙龍、店頭、國(guó)家灣等幾處砂巖型鈾礦床，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床含礦層多位于盆地邊緣700 m以淺，除國(guó)家灣鈾礦床外，它們具有相似的礦床地質(zhì)特征和形成環(huán)境[1]。前人對(duì)這些鈾礦床的構(gòu)造演化、沉積體系、后生蝕變、成礦機(jī)理等開展了較多研究[2-6]。以往的認(rèn)識(shí)表明，幾個(gè)已發(fā)現(xiàn)礦床均具有適宜的區(qū)域構(gòu)造條件，利于形成沖積相、海陸交互相地層和層間氧化帶，具備有利成礦的三元結(jié)構(gòu)，既控制著成礦封閉—半封閉環(huán)境，又決定著成礦的氧化-還原條件，鈾源區(qū)富鈾中酸性巖體廣泛發(fā)育，斷層眾多，有利于深部逸散的還原性氣體與含氧含鈾流體作用形成地球化學(xué)還原障等。國(guó)家灣鈾礦床含礦層為六盤山群上部馬都山組辮狀河砂巖、砂礫巖，其他礦床的鈾礦化則主要賦存于中侏羅統(tǒng)直羅組下段辮狀河、辮狀河三角洲砂體中灰色砂巖與灰綠色砂巖接觸部位以及黃鐵礦、炭屑、瀝青含量相對(duì)豐富的位置。鈾成礦年齡結(jié)果顯示, 東勝鈾礦床和店頭鈾礦床成礦作用主要發(fā)生在早白堊世晚期至第三紀(jì)晚期之間[1]。目前，對(duì)于早白堊世早期沉積的洛河組儲(chǔ)層特征、巖石學(xué)特征及砂巖型鈾成礦條件鮮有報(bào)道，前人僅對(duì)鄂爾多斯盆地南部下白堊統(tǒng)的發(fā)育背景、演化改造、地下水分布開展了部分研究[7-8]。但近年來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織對(duì)鄂爾多斯盆地西南部開展了更加深入的鈾礦勘查工作，在洛河組中已發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)意義的鈾礦體，礦體埋深為800～1 200 m，證實(shí)了盆地西南部砂巖型鈾礦深部找礦潛力，指出了下一步勘查工作方向。為此，本文在野外實(shí)地考察、鉆孔資料綜合研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)洛河組構(gòu)造、儲(chǔ)層、地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、古氣候、鈾源等成礦條件進(jìn)行分析，并結(jié)合鈾礦物賦存特征，探討了洛河組成礦條件與找礦潛力，以期為擴(kuò)大勘查成果提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，是中國(guó)重要的含煤、油氣、鈾等能源礦產(chǎn)盆地。盆地建造過(guò)程主要發(fā)生在三疊紀(jì)—早白堊世，晚白堊世以來(lái)進(jìn)入盆地改造階段，經(jīng)歷了盆地整體抬升剝蝕和新生代周緣斷陷的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。多種礦產(chǎn)在平面分布上主要體現(xiàn)為滿盆含煤、南油北氣、周緣砂巖型鈾礦的格局特征[9]。

研究區(qū)主要位于鄂爾多斯盆地西南部，跨甘肅、寧夏兩地，在構(gòu)造單元上包括陜北斜坡南部、天環(huán)坳陷南部及渭北隆起，構(gòu)造位置特殊(圖1)。該區(qū)中新生代蓋層保存相對(duì)齊全，發(fā)育有上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群、侏羅系、下白堊統(tǒng)、漸新統(tǒng)、上新統(tǒng)和第四系。其中下白堊統(tǒng)自下而上為宜君組、洛河組、環(huán)河華池組、羅漢洞組、涇川組，厚度為700～1 200 m[10-11]，沉積相和沉積巖類型多樣，包括河流相、湖相砂巖和泥巖，風(fēng)成相砂巖，沖積扇相礫巖等。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，研究區(qū)內(nèi)含礦目的層是下白堊統(tǒng)洛河組。

圖件引自文獻(xiàn)[8]、[9]、[12]和[13]，有所修改

2 樣品采集與分析方法

黏土礦物微觀形態(tài)鑒定樣品采自鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)鈾礦化孔、工業(yè)孔中洛河組含礦砂巖及圍巖，鈾礦物賦存狀態(tài)樣品類型為灰色含礫鈣質(zhì)粗砂巖、灰色中砂巖、灰色細(xì)砂巖，黏土礦物組分測(cè)定樣品為洛河組—涇川組全孔砂體。掃描電鏡實(shí)驗(yàn)在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成，實(shí)驗(yàn)儀器為Nova NanoSEM 450超高分辨率掃描電子顯微鏡，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，濕度為38%。黏土礦物組分檢測(cè)利用ASD可見光-短波紅外光譜儀完成。巖芯光譜掃描分析設(shè)備為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心和南京中地儀器有限公司共同引進(jìn)研制的CMS350A型全自動(dòng)數(shù)字化巖芯掃描儀，核心部件為美國(guó)Analytical Spectral Devices公司生產(chǎn)的ASD-FieldSpec波譜儀。數(shù)據(jù)后期處理主要包括高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理和礦物識(shí)別兩方面[14]。提取的礦物主要包括高嶺石、蒙脫石、伊蒙(伊利石-蒙脫石)混層、伊利石、綠泥石、碳酸鹽、石膏、Fe3+氧化物(赤鐵礦和褐鐵礦)等。

3 鈾儲(chǔ)層和蓋層巖性及沉積相特征

通過(guò)野外實(shí)地考察及鉆孔巖芯編錄，識(shí)別出鄂爾多斯盆地西南部鈾儲(chǔ)層為下白堊統(tǒng)洛河組，上覆地層包括下白堊統(tǒng)環(huán)河華池組、羅漢洞組、涇川組，新近系甘河溝組。根據(jù)巖性巖相特征，下白堊統(tǒng)沉積期由洛河組—環(huán)河華池組、羅漢洞組—涇川組兩個(gè)由粗到細(xì)的沉積旋回構(gòu)成，劃分為洛河組—環(huán)河華池組下段、羅漢洞組兩套含水(儲(chǔ)水)層，環(huán)河華池組中上段、涇川組兩套隔水層。

洛河組(K1l)厚度為300～400 m，與上覆環(huán)河華池組分界為一套含礫粗砂巖。洛河組上部為紅褐色中砂巖，局部可見含礫粗砂巖、砂礫巖；中部為淺黃褐色中細(xì)砂巖夾淺紅色細(xì)砂巖、青灰色粉砂質(zhì)泥巖[圖2(a)、(b)]；下部為淺灰色和淺灰綠色中細(xì)砂巖、青灰色粉砂質(zhì)泥巖。礦體多位于洛河組下部的淺灰色中細(xì)砂巖中，部分鉆孔可見洛河組下部鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)烈或見大量鈣質(zhì)結(jié)核[圖2(c)]，黃鐵礦和炭屑含量低，見少量褐鐵礦化[圖2(e)]，中下部可見明顯的油浸現(xiàn)象，部分灰色砂巖中可見紅色砂巖條帶，可能反映了后期油氣還原不完全所致的蝕變[圖2(f)]。研究區(qū)東部露頭區(qū)洛河組交錯(cuò)層理或斜層理發(fā)育，局部發(fā)育波狀層理[圖2(d)和圖3(a)～(c)]。洛河組主要發(fā)育洪積河流相、風(fēng)成河流交互相、風(fēng)成相沉積等，沉積期氣候炎熱干旱。總體上，該含礦目的層砂巖發(fā)育，顆粒磨圓度較圓，分選性好，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙發(fā)育。

環(huán)河華池組(K1h)厚度為120～160 m，以細(xì)碎屑巖沉積為主，上部多為厚層青灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，下部為棕紅色、青灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾少量黃綠色細(xì)砂巖，底部見較大量石膏層，主要發(fā)育濱淺湖相、三角洲相沉積等，氣候偏溫暖濕潤(rùn)。

圖2 洛河組典型巖芯照片

圖3 鄂爾多斯盆地西南部野外露頭典型照片

羅漢洞組(K1lh)厚度為300～400 m，為淺黃色、黃褐色、淺紅色中細(xì)砂巖，夾薄層灰色、青灰色的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，砂巖發(fā)育大型交錯(cuò)層理、斜層理，主體為風(fēng)成沙漠相夾河流相沉積，反映干旱—半干旱氣候環(huán)境[圖3(d)]。

涇川組(K1jc)厚度為100～150 m，以砂泥互層為特征，巖性主要包括褐黃色、灰綠色中細(xì)砂巖,淺紅色泥巖,青灰色泥灰?guī)r，泥質(zhì)成分增加，泥灰?guī)r沉積較多，下部發(fā)育辮狀河相沉積，上部發(fā)育濱湖相沉積，整體氣候偏潮濕[圖3(e)、(f)]。

甘河溝組(Ng)厚度為60～80 m，上部為一套黃綠色細(xì)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層的細(xì)粒沉積物，下部為灰綠色砂礫巖與淺黃色、灰綠色中粗粒砂巖為主的粗粒沉積物，整體上是一套上細(xì)下粗的正韻律層。

4 鈾成礦條件分析

4.1 構(gòu) 造

鄂爾多斯盆地自古生代后基本處于隆起狀態(tài)，李衛(wèi)紅等將晚侏羅世以來(lái)的構(gòu)造作用劃分為晚侏羅世、早白堊世、早白堊世末—古新世、始新世—中新世及中新世末—現(xiàn)今5個(gè)階段[15]。早白堊世是在晚侏羅世末西部、南部強(qiáng)烈擠壓，東部抬升，早白堊世初引張后又沉降的背景下發(fā)展的，具有邊部高、內(nèi)部低的特征，總體來(lái)看，早白堊世形成了向盆地內(nèi)緩傾的向斜構(gòu)造，為目的層后生蝕變過(guò)程中氧化流體運(yùn)移創(chuàng)造了必要的構(gòu)造條件。中生代晚期，鄂爾多斯盆地南部巖石圈深部熱活動(dòng)增強(qiáng)，此時(shí)盆地可能處于弱拉張的構(gòu)造環(huán)境，地幔發(fā)生底侵作用，巖石圈減薄，發(fā)生巖漿侵入和噴發(fā)，造成了古生界、中生界烴源巖熱演化程度異常，對(duì)油氣的生成、運(yùn)移具有重要的促進(jìn)作用[16]。

鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)主要存在NE—SW向斷裂。這些斷裂主要分為3種類型:一是從延長(zhǎng)組錯(cuò)斷至下白堊統(tǒng)，活動(dòng)開始時(shí)間為中侏羅世末期或到早白堊世早期，活動(dòng)截止時(shí)間為中—晚白堊世;二是從延長(zhǎng)組錯(cuò)斷至中侏羅統(tǒng)，早白堊世之前就停止活動(dòng);三是斷裂活動(dòng)中產(chǎn)生的次級(jí)斷裂，活動(dòng)時(shí)間短、長(zhǎng)度小[17]。第一種斷裂能有效地溝通延長(zhǎng)組烴源巖和洛河組鈾儲(chǔ)層，可能是與成礦作用緊密相關(guān)的構(gòu)造斷裂，可作為含氧富鈾流體排泄區(qū)，同時(shí)也是鈾成礦過(guò)程中還原介質(zhì)運(yùn)移的必要通道，因此，該地區(qū)具有完備的補(bǔ)-徑-排以及深部還原系統(tǒng)(圖4)。

4.2 巖性巖相

沙漠相、沖積扇相是研究區(qū)洛河組主要的沉積相類型(圖5)。根據(jù)巖石特征、沉積構(gòu)造差異，沙漠相又識(shí)別出沙丘、丘間、旱谷、沙漠湖亞相，沖積扇相主要發(fā)育扇中亞相。

沙丘亞相是研究區(qū)含礦目的層最主要的沉積亞相類型，砂巖中石英、長(zhǎng)石含量較高，巖屑、云母和黏土含量較低，質(zhì)純色凈，結(jié)構(gòu)疏松，接觸膠結(jié)，碎屑顆粒分選較好，磨圓多為圓狀、次圓狀，發(fā)育楔狀和板狀交錯(cuò)層理、平行層理。其中交錯(cuò)層理是洛河組最典型的沉積構(gòu)造，規(guī)模較大，研究區(qū)東部野外露頭中可見多個(gè)交錯(cuò)層理組成的交錯(cuò)層組，普遍在數(shù)米至數(shù)十米以上。

通過(guò)鉆孔巖芯和聯(lián)井剖面觀察，旱谷亞相沉積物粒度較粗，垂向上與沖積扇相、沙丘和丘間亞相沉積交互疊置。

沙漠湖亞相主要為粉砂巖或泥巖沉積，見遞變層理，因氣候干旱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，其鈣質(zhì)含量較高，發(fā)育黏土、石膏等鹽類沉積物，厚度較薄。

扇中亞相的河流河道沉積(區(qū)別于山前平原河流沉積，為山間河流沉積)中沉積物多為砂質(zhì)，具有水流構(gòu)造，表現(xiàn)為槽狀交錯(cuò)層理和疊瓦狀構(gòu)造發(fā)育[圖3(a)、(b)]。

洛河組上覆地層為環(huán)河華池組，此時(shí)盆地下陷，氣候逐漸濕潤(rùn)，形成廣泛的河湖相沉積，沉積物粒度變細(xì)。研究區(qū)西部以辮狀河三角洲相沉積為主，向東部過(guò)渡為濱湖相沉積，整體孔滲物性變差。

羅漢洞組沉積期盆地抬升,總體上形成北緣河流相、西南緣沙漠相發(fā)育的沉積格局, 從而形成以河流相和沙丘亞相沉積為主的儲(chǔ)水巖石。研究區(qū)主要發(fā)育沙丘亞相，局部發(fā)育丘間亞相沉積，沙丘亞相沉積厚度較穩(wěn)定, 斜層理發(fā)育且規(guī)模巨大[圖3(d)]。

涇川組沉積期氣候再次由干旱向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變，總體形成辮狀河相夾湖相沉積，研究區(qū)涇川組沉積早期以辮狀河相為主,晚期基本均為濱湖相沉積(圖5)。

洛河組下伏地層為安定組，表現(xiàn)為干旱內(nèi)陸湖泊相沉積，以泥巖、泥灰?guī)r等細(xì)粒沉積物為主。

總體來(lái)看，洛河組沉積期沙漠相沉積發(fā)育，地層孔滲物性條件良好，以沙丘亞相中細(xì)粒碎屑巖沉積為主，鈾儲(chǔ)層空間發(fā)育穩(wěn)定，規(guī)模較大，為鈾沉淀提供了適宜的場(chǎng)所和良好的地下水循環(huán)條件，屬于有利于鈾成礦的儲(chǔ)層特征，但同時(shí)也認(rèn)識(shí)到，風(fēng)成相砂巖缺少有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦、黏土礦物等鈾富集沉淀所需要的還原介質(zhì)及吸附物質(zhì)，屬于不利于鈾沉淀的巖石特征。

4.3 地層結(jié)構(gòu)與水文地質(zhì)

研究區(qū)洛河組風(fēng)成相砂巖、沖積扇相砂礫巖展布穩(wěn)定，厚度無(wú)明顯突變?？拷芯繀^(qū)西部以沖積扇相砂礫巖發(fā)育為主，組分復(fù)雜,顆粒粗,分選中等;東部則以風(fēng)成相砂巖為主，斜層理發(fā)育，是區(qū)域上分布廣泛的含水層。另外，在洛河組沉積期沙漠相—環(huán)河華池組沉積期湖泊相沉積環(huán)境演化過(guò)程中，環(huán)河華池組形成了含水砂體頂板隔水層，而底板隔水層有兩種主要的巖石類型。其中,西部地區(qū)鈾礦體下部為較大厚度的鈣質(zhì)中粗砂巖、砂礫巖，膠結(jié)致密，厚度穩(wěn)定，透水性差；東部地區(qū)鈾礦體下部發(fā)育丘間亞相沉積的粉砂巖、泥巖。因此，形成了該區(qū)泥-砂-泥、泥-砂-鈣(鈣質(zhì)砂巖)/泥兩種不同的地層結(jié)構(gòu)(圖6)。這兩種地層結(jié)構(gòu)既有良好的賦礦巖層(洛河組砂巖、砂礫巖)，又有穩(wěn)定的頂、底板隔水層，構(gòu)成了相對(duì)封閉的成礦環(huán)境，無(wú)論是早期含氧含鈾流體還是后期油氣等還原性流體都可以在洛河組下部進(jìn)行充分的氧化-還原作用。

圖件引自文獻(xiàn)[17]、[18],有所修改

圖5 典型鉆孔南北向沉積相剖面

圖6 泥-砂-泥和泥-砂-鈣(鈣質(zhì)砂巖)/泥地層結(jié)構(gòu)

圖件引自文獻(xiàn)[8]，有所修改

前人研究認(rèn)為鄂爾多斯盆地白于山北麓向南，直到彭陽(yáng)—慶陽(yáng)一線以北，地下水主要從東、西兩翼匯集到天環(huán)向斜軸部向上排泄(圖7)[8]，在地下水平向南排泄量是很小的，也就是說(shuō)，鄂爾多斯盆地南緣的東部地區(qū)、西南部地區(qū)為地下水補(bǔ)給區(qū),而中心地帶為地下水排泄區(qū), 最終經(jīng)馬蓮河排出區(qū)外。天環(huán)向斜軸部和馬蓮河谷是南區(qū)匯集東、西兩側(cè)地下水的排泄通道, 陜西彬縣的馬蓮河口是南區(qū)白堊系地下水的排泄基準(zhǔn)[7，19]。鄂爾多斯盆地西南部地下水沿西南至東北的徑流方向變化特點(diǎn)是：水化學(xué)類型由弱堿性轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛嵝裕V化度和承壓性變高，氧化-還原電位、溶解氧和U含量降低，也就是說(shuō)，從西南至東北方向由氧化環(huán)境逐漸過(guò)渡為還原環(huán)境[11]。因此，該區(qū)具備滲入型地下水的水動(dòng)力條件，同樣說(shuō)明該區(qū)有利于層間氧化帶砂巖型鈾礦的形成。

雖然具備補(bǔ)-徑-排體系，但含礦目的層的鈾源是否主要隨地下水從蝕源區(qū)運(yùn)移而來(lái)，其貢獻(xiàn)比占多大，仍然存在疑問(wèn)；沿著地下水補(bǔ)-徑-排方向，是否可進(jìn)一步探索氧化-還原砂體展布情況、尋找有利成礦部位，需要今后工作中進(jìn)一步的研究證實(shí)。

4.4 古氣候

黏土礦物廣泛分布于各類沉積巖中，對(duì)于重建古氣候、恢復(fù)古環(huán)境具有重要作用。一般認(rèn)為，高嶺石常分布于潮濕的熱帶和亞熱帶地區(qū)；伊利石形成于溫暖或寒冷少雨的氣候條件下，干燥氣候、弱淋濾作用下有利于伊利石的形成和保存；綠泥石一般只能在化學(xué)風(fēng)化受抑制的地區(qū)(如冰川、干旱地表)保存；蒙脫石易形成于干濕交替的氣候環(huán)境，反映了寒冷的氣候特征；伊蒙混層礦物代表氣候逐漸變?yōu)槌睗竦沫h(huán)境[20-21]；Fe3+氧化物反映氧化-還原環(huán)境的變化?；瘜W(xué)風(fēng)化作用弱的氣候環(huán)境有利于碳酸鹽礦物的形成，其含量可以揭示環(huán)境干濕度的變化[22]。

陳戴生等研究表明，古氣候演化的轉(zhuǎn)折期與古氣候分帶之間的過(guò)渡區(qū)對(duì)砂巖型鈾礦的時(shí)空分布有著控制作用[23]，對(duì)鈾成礦有利的古氣候條件是沉積期為潮濕、半潮濕氣候，成礦期為干旱、半干旱氣候。對(duì)于深部鈾成礦作用來(lái)說(shuō)，沉積地層中U預(yù)富集同樣是成礦的重要過(guò)程之一。研究區(qū)白堊紀(jì)氣候具備以干旱為主，間有相對(duì)溫暖潮濕的變化特點(diǎn)，有利于從源區(qū)淋濾和遷移的含氧富鈾水滲入地下[24]。

通過(guò)掃描電鏡下觀察，洛河組碎屑顆粒間填隙物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)普遍較低，黏土礦物總含量不高，可見片狀綠泥石、蠕蟲狀高嶺石、片狀伊蒙混層，基本未見蒙脫石(圖8)。通過(guò)紅外光譜掃描，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)下白堊統(tǒng)洛河組—環(huán)河華池組—羅漢洞組—涇川組黏土礦物均以伊利石+伊蒙混層為主，含少量綠泥石和高嶺石，其他典型礦物如石膏、方解石、Fe3+氧化物含量總體偏高(圖9)，反映了鄂爾多斯盆地西南部白堊紀(jì)氣候以半干旱—干旱炎熱為主，間有相對(duì)濕潤(rùn)溫和的特點(diǎn)，屬于有利于U淋濾和含氧含鈾水運(yùn)移的氣候類型。

下白堊統(tǒng)洛河組沉積期，由底部到頂部，黏土礦物特征表現(xiàn)為伊蒙混層含量較穩(wěn)定，伊利石含量升高，綠泥石含量略有降低，典型礦物特征表現(xiàn)為石膏含量降低，方解石含量穩(wěn)定，F(xiàn)e3+氧化物含量明顯升高。這反映該時(shí)期氣候以干旱為主，屬亞熱帶氣候，洛河組底部Fe3+氧化物含量的降低可能反映了底部還原流體的改造作用。

通過(guò)黏土礦物分析，結(jié)合前人孢粉[25]、干濕度[26]研究，認(rèn)識(shí)到鄂爾多斯盆地西南部白堊紀(jì)氣候總體具有干旱、炎熱和沉積環(huán)境強(qiáng)氧化的特征，下白堊統(tǒng)在氣候總體干旱—半干旱背景下經(jīng)歷了干旱—相對(duì)溫暖潮濕的兩個(gè)氣候變化旋回(表1)。

4.5 油氣等還原介質(zhì)

前人對(duì)煤成氣、油氣在淺部鈾成礦過(guò)程中的作用已經(jīng)進(jìn)行了大量分析。漆富成等通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)直羅組中的酸解烴特征參數(shù)分析，提出含礦層中的酸解烴是源于上三疊統(tǒng)湖相生油巖系中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)熱解作用生成，并經(jīng)垂向滲逸作用滲漏到該層位中與油型氣同源而伴生的凝析氣[27]。當(dāng)大量的酸解烴滲逸到直羅組下段砂體中時(shí),烴類、甲烷可通過(guò)還原反應(yīng)使Fe3+還原成Fe2+而被遷移，從而使巖石發(fā)生褪色蝕變(漂白)。劉正邦等通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古東勝鈾礦區(qū)鈾儲(chǔ)層中酸解烴類型和含量的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)含礦砂巖中酸解烴與本區(qū)中侏羅統(tǒng)延安組第Ⅳ、Ⅴ巖段2、3號(hào)煤層氣的主要成分一致，指示砂巖中鈾礦化與CH4(煤層氣)具有明顯的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[28]。

研究區(qū)洛河組巖芯中未見植物炭屑，偶見黃鐵礦，在鏡下見少量星點(diǎn)狀、莓球狀分布的黃鐵礦和褐鐵礦，但是通過(guò)巖芯觀察可以見到較明顯的油浸、油斑、油跡等現(xiàn)象(圖10)，因此，油氣作用彌補(bǔ)了洛河組缺少有機(jī)質(zhì)和還原質(zhì)的不利因素，在研究區(qū)深部鈾成礦過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

表1 早白堊世地層古氣候分類

注：數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[25]和[26]；黏土礦物含量利用CMS350A型全自動(dòng)數(shù)字化巖芯掃描儀實(shí)測(cè)。

I/S為伊蒙混層；C為綠泥石；Kao為高嶺石

各種黏土礦物線條表示吸收譜帶的深度或?qū)挾?半深位置)，用于作為礦物的含量和多種礦物混合的指標(biāo)

圖10 洛河組砂巖油氣浸染特征

鄂爾多斯盆地中生界油藏具有致密低滲透、豐度低、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)7油層組內(nèi)暗色泥巖為良好的烴源巖，在經(jīng)歷了中侏羅世晚期熱事件后進(jìn)入生烴門限[29-34]，并開始排烴，于早白堊世末達(dá)到生油高峰期。丁曉琪等通過(guò)研究區(qū)大量鉆井的泥巖壓實(shí)曲線分析，認(rèn)為延長(zhǎng)組7段中下部和長(zhǎng)8段上部對(duì)應(yīng)欠壓實(shí)層段，說(shuō)明從早白堊世末大規(guī)模生排烴開始到現(xiàn)在，主力烴源巖排烴作用在持續(xù)進(jìn)行[35]。

4.6 鈾 源

通過(guò)對(duì)前人資料的總結(jié)以及對(duì)洛河組、環(huán)河華池組砂巖U含量的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地西南部蝕源區(qū)、盆地蓋層和含礦層的U含量均較高，可為研究區(qū)鈾成礦提供有利的鈾源條件。

張字龍等對(duì)研究區(qū)蝕源區(qū)的U含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，提出分布于隴縣—岐山一帶的下寒武統(tǒng)辛集組含鈾磷塊巖層，隴山含U變質(zhì)巖系的秦嶺群和印支期含鈾花崗巖體，北秦嶺的元古代、古生代中酸性巖漿巖、混合巖等變質(zhì)巖，是構(gòu)成蝕源區(qū)的主要富鈾層(體)[11]。

含礦砂體巖性以淺灰白—淺灰色中細(xì)砂巖為主，含少量淺灰白色砂礫巖、淺紅色細(xì)砂巖、含礫中砂巖，巖石普遍較疏松，滲透性較強(qiáng)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)洛河組砂巖分析得出，U含量平均值為4.3×10-6，其中紅色、黃色細(xì)砂巖U含量平均值為2.5×10-6，鈣質(zhì)細(xì)砂巖U含量平均值為3.9×10-6，灰(綠)色砂巖U含量平均值為6.5×10-6；環(huán)河華池組砂巖、泥巖U含量平均值為2.4×10-6；通過(guò)測(cè)井曲線分析，羅漢洞組、涇川組U含量同樣也較高。因此，洛河組—涇川組是一套含鈾建造。

關(guān)于油氣運(yùn)移是否可以從深部地層帶來(lái)一部分U，目前還沒有結(jié)論，需要更深入的研究確定。

5 鈾礦物賦存特征及與磷灰石的關(guān)系

鄂爾多斯盆地西南部鈾礦物主要為瀝青鈾礦，部分為含鈦鈾礦物，其賦存狀態(tài)與盆地東北部直羅組具有較大的差別，主要可以分為：①與針狀磷灰石伴生，呈浸染狀分布，這也是研究區(qū)鈾礦物最主要的存在形式；②與長(zhǎng)石伴生，呈粒狀分布；③與長(zhǎng)石伴生，呈球狀分布；④與伊蒙混層伴生；⑤與綠泥石、伊蒙混層伴生；⑥與白云石伴生；⑦與黃鐵礦等伴生。此外，還可見部分含鈦鈾礦物與銳鈦礦伴生現(xiàn)象，但并沒有發(fā)現(xiàn)鈾礦物與炭屑等還原介質(zhì)直接的伴生關(guān)系(圖11)。

研究區(qū)鈾礦物與磷灰石伴生現(xiàn)象最常見，初步推斷其為與鈾成礦有關(guān)的特征礦物。王倩等在江西相山鈾礦田中發(fā)現(xiàn)磷灰石與鈾礦具有緊密關(guān)系，鈾礦物大量分布于磷灰石的外圍或充填于其裂隙中[38]，而在砂巖型鈾礦中兩者在空間上緊密伴生的現(xiàn)象還沒有被廣泛提及，在研究區(qū)尚屬首次。

因?yàn)槁搴咏M地層中有油氣浸染現(xiàn)象，所以推斷延長(zhǎng)組的油氣參與了鈾成礦作用。通過(guò)對(duì)研究區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組7段湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中P含量豐富，主要存在形式為有機(jī)磷和磷灰石。袁偉等以延長(zhǎng)組頁(yè)巖中的磷灰石為研究對(duì)象，對(duì)P的來(lái)源和磷灰石的形成機(jī)制進(jìn)行了探討，提出延長(zhǎng)組有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中磷灰石的形成與湖泊中的生物關(guān)系密切，有兩種形成機(jī)制[40]：一種是生物的直接作用，主要是在生物的殼體或骨骼中保存，形成生屑磷灰石；另一種為生物的間接作用，被細(xì)菌有氧分解的富磷生物，釋放P吸附于金屬氧化物(如氧化鐵)表面進(jìn)入湖底沉積物，在還原環(huán)境下析出，部分進(jìn)入孔隙水中，沒有被細(xì)菌有氧分解的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入沉積物后，同樣在無(wú)氧硫酸鹽還原作用下釋放部分P進(jìn)入沉積物孔隙水中，成巖過(guò)程中形成膠磷礦。無(wú)論是生物的直接作用還是間接作用，都體現(xiàn)了生物作用與磷灰石形成之間的關(guān)系，而含礦目的層中的磷灰石沒有見到生物架或殼體，推測(cè)其形成可能與生物的間接作用有關(guān)。

6 鈾礦化主要控制因素

通過(guò)上述對(duì)構(gòu)造、巖性巖相、古氣候、地層結(jié)構(gòu)與水文地質(zhì)、古氣候、油氣等還原介質(zhì)、鈾源等條件的綜合分析，認(rèn)為鄂爾多斯盆地西南部鈾成礦的有利控制因素有鈾源、構(gòu)造演化、巖性巖相、地層結(jié)構(gòu)與水文地質(zhì)、古氣候、油氣還原等6個(gè)方面。

6.1 鈾 源

蝕源區(qū)和盆地蓋層以及含礦目的層本身具有豐富的U含量，具備鈾成礦預(yù)富集的條件，同時(shí)也不排除油氣作用可以從深部帶來(lái)一部分鈾源。

6.2 構(gòu)造演化

盆地的構(gòu)造抬升作用形成了向盆地內(nèi)緩傾的向斜構(gòu)造。中生代晚期，鄂爾多斯盆地南部發(fā)生巖漿侵入和噴發(fā)，造成古生界、中生界烴源巖熱演化程度異常，對(duì)油氣的生成、運(yùn)移具有重要的促進(jìn)作用；同時(shí)，從延長(zhǎng)組錯(cuò)斷至下白堊統(tǒng)的斷層發(fā)育，可作為含氧富鈾流體排泄區(qū)，同時(shí)也成為深部油氣等還原介質(zhì)運(yùn)移的必要通道。因此，研究區(qū)具有完備的補(bǔ)-徑-排體系以及深部還原系統(tǒng)。

6.3 巖性巖相

洛河組沉積期沙漠相沉積發(fā)育規(guī)模較大，孔滲物性條件良好，以沙丘亞相中細(xì)粒碎屑巖、沖積扇相砂礫巖沉積為主，鈾儲(chǔ)層空間發(fā)育穩(wěn)定，均質(zhì)性強(qiáng)，規(guī)模較大，具有鈾沉淀富集的場(chǎng)所和良好的地下水循環(huán)、運(yùn)移條件，屬于有利于鈾成礦巖性特征。

6.4 地層結(jié)構(gòu)與水文地質(zhì)

研究區(qū)具有泥-砂-泥、泥-砂-鈣(鈣質(zhì)砂巖)/泥兩種不同的地層結(jié)構(gòu)，既有良好的賦礦巖層(洛河組砂巖、砂礫巖)，又有穩(wěn)定的頂、底板隔水層，構(gòu)成了相對(duì)封閉的成礦環(huán)境。區(qū)內(nèi)發(fā)育完善的地下水補(bǔ)-徑-排水動(dòng)力體系，具備成礦的水文地質(zhì)條件。

6.5 古氣候

黏土礦物和典型礦物特征反映了白堊紀(jì)氣候總體干旱炎熱和沉積環(huán)境強(qiáng)氧化，間有相對(duì)濕潤(rùn)溫和的特征。研究區(qū)下白堊統(tǒng)在氣候總體干旱—半干旱背景下經(jīng)歷了干旱—相對(duì)溫暖潮濕的兩個(gè)氣候變化旋回。相對(duì)濕潤(rùn)的氣候有利于U從源區(qū)巖石中淋濾和遷移，干旱寒冷的氣候條件更有利于富氧含鈾水滲入地下。

6.6 油氣還原

7 結(jié) 語(yǔ)

(1)鄂爾多斯盆地西南部下白堊統(tǒng)沉積期由洛河組—環(huán)河華池組、羅漢洞組—涇川組兩個(gè)由粗到細(xì)的沉積旋回構(gòu)成，劃分為洛河組—環(huán)河華池組下段、羅漢洞組兩套含水(儲(chǔ)水)層，環(huán)河華池組中上段、涇川組兩套隔水層。洛河組交錯(cuò)層理或斜層理發(fā)育，主要發(fā)育洪積河流相、風(fēng)成河流交互相、風(fēng)成相等沉積，碎屑顆粒磨圓度較圓，分選性好，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙發(fā)育,屬于有利于成礦的鈾儲(chǔ)層特征。黃鐵礦、炭屑、黏土礦物含量低，不利于鈾礦物的吸附沉淀，但中下部可見明顯的油浸現(xiàn)象，油氣作用彌補(bǔ)了賦礦巖層缺少有機(jī)質(zhì)的不利因素。

(2)鈾礦物主要為瀝青鈾礦，部分為含鈦鈾礦物。鈾礦物賦存狀態(tài)與鄂爾多斯盆地東北部直羅組具有較大的差別，與針狀磷灰石伴生關(guān)系最為常見，其次為與長(zhǎng)石、綠泥石、伊蒙混層、白云石、黃鐵礦等伴生。

(3)鄂爾多斯盆地西南部具備良好的鈾成礦條件，包括豐富的鈾源、適宜的構(gòu)造背景、一定規(guī)模的鈾儲(chǔ)層、泥-砂-泥或泥-砂-鈣(鈣質(zhì)砂巖)/泥封閉結(jié)構(gòu)、完備的補(bǔ)-徑-排體系、干旱—半干旱氣候、豐富的油氣還原介質(zhì)等。

(4)油氣作為洛河組砂巖型鈾成礦的控礦因素之一，可用于找礦預(yù)測(cè)，即尋找洛河組砂體發(fā)育的地段,結(jié)合斷裂構(gòu)造分析油氣上升的空間分布特點(diǎn), 圈定油氣后生還原作用的范圍, 從而預(yù)測(cè)有利于鈾成礦的地段。