內(nèi)蒙古貝爾湖坳陷目的層孢粉組合特征及其地質(zhì)意義

東艷， 周文博， 劉彤， 許普林， 黃少華

（1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 北京100029； 2. 核工業(yè)二四三大隊(duì)， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000；3. 核工業(yè)二七〇研究所， 江西 南昌330200）

準(zhǔn)確識(shí)別主要找礦目標(biāo)層、 厘定目的層時(shí)代不僅是沉積盆地地層對(duì)比、 網(wǎng)絡(luò)地層格架構(gòu)建和沉積體系分析的一項(xiàng)核心內(nèi)容， 也是砂巖型鈾礦找礦首要解決的關(guān)鍵問題， 具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 內(nèi)蒙古貝爾湖坳陷砂巖型鈾礦找礦目的層主要位于淺層部位， 目前已發(fā)現(xiàn)并控制了一套良好的淺灰色砂體， 但對(duì)于該地層屬于大磨拐河組、 伊敏組還是青元崗組下段存在不同的認(rèn)識(shí)， 面臨目的層劃分分歧較大、 地層年代歸屬不太清楚等問題， 這給目的層精細(xì)對(duì)比、沉積相刻畫和砂體展布特征分析帶來較大困難， 制約了鈾礦找礦的突破， 急需開展找礦目的層識(shí)別及其時(shí)代厘定工作。 前人對(duì)海拉爾盆地蓋層白堊系孢粉組合做了大量研究，取得了諸多成果， 為本次地層古生物孢粉組合分析奠定了良好的基礎(chǔ)。 例如， 葉得泉等（1999） 系統(tǒng)識(shí)別和總結(jié)了海拉爾盆地白堊系孢粉組合特征， 進(jìn)一步厘定了各地層時(shí)代［1］；李春柏等（2007）闡述了烏爾遜凹陷海參1 井早白堊世伊敏組孢粉組合［2］； 王麗巖等（2008）對(duì)海拉爾盆地白堊紀(jì)古植被和孢粉氣候特征進(jìn)行了詳細(xì)分析［3］； 薛云飛（2017）厘定了查干諾爾凹陷伊敏組孢粉組合及孢粉古氣候條件［4］； 韓剛等（2018）剖析了貝爾凹陷貝27 井孢粉組合［5］。 基于前人研究成果， 本文開展了貝爾湖坳陷找礦目的層研究， 通過5 口鉆孔孢粉樣鑒定分析結(jié)果， 為區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦找礦目的層劃分、 區(qū)域地層對(duì)比及時(shí)代厘定提供孢粉古生物化石證據(jù)。

1 地質(zhì)概況

海拉爾盆地是海西褶皺基底上發(fā)育起來的中-新生代北東向斷陷群盆地， 位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟西南部， 我國(guó)境內(nèi)面積約為44 210 km2［1］。 該盆地東以大興安嶺隆起為界， 西臨西北隆起， 與蒙古國(guó)喬巴山盆地相望， 北部與布拉達(dá)林盆地相連， 東南以巴音寶力格隆起為界與二連盆地相對(duì)［6-7］。 自晚侏羅世以來， 盆地總體經(jīng)歷了早期張裂、 中期張扭、 晚期反轉(zhuǎn)的三階段演化過程， 造成了現(xiàn)今北東向凹凸相間的 “三坳兩隆” 基本構(gòu)造格局， 自西往東依次為扎賚諾爾坳陷、 嵯崗隆起、 貝爾湖坳陷、 巴彥山隆起、 呼和湖坳陷（圖1）； 構(gòu)造樣式多以半地塹為主， 地塹型和復(fù)合型為輔［8］。 同時(shí)， 盆地沉積蓋層發(fā)育［1，6-9］： 底 部 銅 缽 廟 組 是以沖積、 洪 積 相 為主的雜色火山碎屑巖和沉積巖； 南屯組以暗色泥巖、 砂礫巖與灰色砂巖發(fā)育為特征， 發(fā)育扇三角洲、 湖底扇和湖泊相； 大磨拐河組是以湖泊相、 河流三角洲相、 扇三角洲相為主的灰色泥巖、 灰白色砂巖夾少量煤層建造；伊敏組是以河流-三角洲相、 湖沼相為主的灰色泥巖、 粉砂泥巖夾煤層； 青元崗組以黃色砂礫巖夾紫紅色泥巖、 粉砂巖為特征， 發(fā)育河流相； 頂部新近系呼查山組是以河流相為主的雜色、 黃色砂礫巖粉砂巖。

研究區(qū)為海拉爾盆地中部的貝爾湖坳陷，東鄰巴彥山隆起， 西臨嵯崗隆起， 總體呈北東向展布。 區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦地質(zhì)調(diào)查工作始于20 世紀(jì)80 年代， 初步查明了盆地的鈾源、水文地質(zhì)、 古氣候、 古構(gòu)造、 沉積特征等鈾成礦地質(zhì)條件， 并發(fā)現(xiàn)多個(gè)礦化孔、 異?？缀外櫾龈呖祝?深部鈾礦化信息較豐富， 顯示了良好的找礦前景。 研究表明， 貝爾湖坳陷找礦目的層多樣， 主要為伊敏組， 其次為大磨拐河組，是一套斷-坳轉(zhuǎn)換期形成的河湖相含煤沉積巖。 其中， 伊敏組的主要巖性為灰白色粉砂巖、 砂巖、 礫巖夾碳質(zhì)頁巖、 泥巖， 含多層煤，產(chǎn)植物和孢粉化石（圖1）， 與下伏大磨拐河組平行不整合或整合接觸， 上被青元崗組或更新地層角度不整合覆蓋， 自下而上可分為3 段。

圖1 海拉爾盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨暗貙泳C合柱狀圖Fig. 1 Structural unit division and comprehensive stratigraphic column of Hailaer basin

2 樣品采集與分析

目前已在貝爾湖坳陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)一套良好的含礦砂體， 本次研究共采集了該套砂體內(nèi)5口鉆孔巖心孢粉樣品， 巖性為深灰色含炭屑粉砂巖、 粉砂質(zhì)泥巖， 其中或多或少含植物炭屑和莖干， 植物化石保存條件較好。 所有樣品清除掉表面泥漿、 浮土等污染物后送至河北省任丘市邦達(dá)新技術(shù)有限公司品依次進(jìn)行碎樣、 稱取、 酸處理、 水洗、 一次離心、重液浮選、 二次離心、 制片等處理， 最后在生物顯微鏡下進(jìn)行孢粉鑒定觀察， 檢測(cè)依據(jù)為 “SY/T 5915—2000 孢粉分析鑒定”。 通過顯微鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)， 本次3 塊樣品未見化石，2 塊樣品發(fā)現(xiàn)孢粉化石（表1）， 尤其是ZKB6-2 鉆孔H18-36 號(hào)樣品的孢粉化石豐富， 能夠很好的厘定地層時(shí)代。

3 孢粉化石組合及地層時(shí)代

3.1 孢粉特征分析

ZKB7-6 鉆孔H18-48 巖心樣品的孢粉化石較少（圖2）， 主要有以下特征：

表1 貝爾湖坳陷孢粉樣品含化石信息Table 1 Fossil information of sporopollen samples in Beierhu depression

圖2 貝爾湖坳陷ZKB7-6 鉆孔綜合柱狀圖Fig. 2 Comprehensive column of the borehole ZKB7-6 in Beierhu depression

1） 以裸子類花粉為主， 藻類零星， 蕨類及被子類未發(fā)現(xiàn)；

2） 裸子類花粉以Dissacciatrileti 為主體，古老松柏類花粉（Piceites、 Pseudopicea、 Pseudopinus、 Protopicea 等） 與松科花粉（Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites）的數(shù)量近相等， 另外， 各發(fā)現(xiàn)一枚Podocarpidites、 Psophosphaera；

3） 藻類僅見一枚Schizosporis。

ZKB6-2 鉆孔H18-36 巖心樣品的孢粉化石豐富（圖3）， 特點(diǎn)如下：

1） 裸子類花粉占55.5%居第1 位， 蕨類孢子為44.5%列次席， 被子類花粉未曾見及；

2） 裸子類花粉中以無縫雙囊粉類Dissacciatrileti 為主體， 其中氣囊分化欠佳的古老類型松柏科分子含量占22.7%， 氣囊分化完善的松科組分占10.9%。 古老類型松柏類分子常見類型有Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis， 見少 量Pseudopinus、 Protoconiferus、 Protopicea；氣囊分化完善的松科以Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites多見。 以Cycadopites 為主的單遠(yuǎn)極溝類分子亦占據(jù)較高的含量； 此外， 個(gè)別或零星見及Podocarpidites、 Inaperturopollenites、 Psophosphaera、 Perinopollenites、 Callialasporites 等；

3） 蕨類孢子以Cyathidites 發(fā)育為特征，占 總 含 量 的 28.2% ； Laevigatosporites、Leiotriletes、 Cicatricosisporites、 Deltoidospora、Alsophilidites、Undulatisporites 及Baculatisporites等少量或零星出現(xiàn)。

3.2 層位厘定及古氣候

貝爾湖坳陷沉積蓋層發(fā)育較為齊全， 自下而上依次為下白堊統(tǒng)銅缽廟組、 南屯組、大磨拐河組、 伊敏組， 上白堊統(tǒng)青元崗組，新近系呼查山組和第四系（圖1）。 沉積環(huán)境經(jīng)歷著以洪積-沖積相為主—扇（辮狀河）三角洲為主—湖泊相為主—河流、 湖沼相為主的演化［6，8］。 ZKB7-6 鉆孔位于貝爾湖坳陷南部貝爾凹陷中部， 取樣深度－482 m （圖2）， ZKB6-2鉆孔位于貝爾湖坳陷中部新寶力格凹陷盆緣，取樣深度－260 m（圖3）， 兩孔井取芯均較完整， 巖性總體上具有較明顯的三分性。 其中頂部和中部?jī)煽椎膸r性相似， 頂部為第四系松散沙土堆積物， 未成巖； 中部為新近系呼查山組和上白堊統(tǒng)青元崗組的多旋回紅雜色巖系， 巖性為黃色、 灰黃色、 褐紅色、 淺紅色、 淺灰色、 淺灰綠色、 灰色泥巖、 粉砂巖、泥質(zhì)砂巖， 細(xì)砂巖， 砂巖中發(fā)育不同類型交錯(cuò)層理和波狀層理， 青元崗組最上部為巨厚層狀紅色泥巖， 湖水較淺、 水體震蕩， 干旱古氣候， 與上覆和下伏地層均呈區(qū)域不整合接觸。 兩孔下部地層均未揭穿， ZKB7-6 鉆孔底部為厚層雜色砂礫巖， 粗砂巖與紅雜色泥巖不等厚互層， 砂泥比約3:1， 砂巖疏松， 礫石大小為1～3.5 mm， 分選中等偏差， 次圓狀-次棱角狀， 均質(zhì)層理為主， 可見大型交錯(cuò)層理、 底沖刷構(gòu)造、 水平層理等， 屬辮狀河三角洲平原沉積（圖2）； ZKB6-2 鉆孔底部為大套分選性、 磨圓度極差的混雜堆積物， 屬扇根相泥石流沉積（圖3）， 局部礫石排列具有一定的方向性， 發(fā)育遞變層理， 頂部還可見薄層河道間灣相粉砂質(zhì)泥巖及煤線， 指示了溫暖潮濕的古沉積環(huán)境。

圖3 貝爾湖坳陷ZKB6-2 鉆孔綜合柱狀圖Fig. 3 Comprehensive column of the borehole ZKB6-2 in Beierhu depression

應(yīng)用孢粉植被的概念， 結(jié)合鉆孔孢粉鑒定數(shù)據(jù)可劃分沉積時(shí)期的植被類型： 氣候帶類型和干濕度類型。 依據(jù)孢粉植被類型劃分方案， 樣品中可推測(cè)針葉樹類型的孢粉屬有：Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis、 Protoconiferus、 Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites、 Psophosphaera； 可推測(cè)常綠闊葉樹的類型有： Cycadopites、 Cyathidites； 可推測(cè)草本植物的類型 有： Laevigatosporites、 Leiotriletes、 Deltoidospora。 參加植被類型命名的大類含量須超過20%， 大于50%可單獨(dú)命名， 低于20%不參加命名， 針葉樹花粉尤其是松科花粉一般須超過30%才參加命名， 則該沉積時(shí)期植被類型以針闊葉混交林為主。

孢粉植物氣溫帶類型劃分是將孢粉各屬分別歸類于熱帶植物、 亞熱帶植物、 溫帶植物、 廣溫性的熱帶-亞熱帶植物及熱帶-溫帶植物五大類。 樣品中熱帶類型孢粉植物有：Cycadopites、 Podocarpidites、 Cyathidites、 Cicatricosisporites； 熱帶-亞熱帶類型孢粉植物有： Deltoidospora； 亞熱帶類型孢粉植物有： Cedripites； 熱帶-溫帶類型孢粉植物有：Abietineaepollenites、 Psophosphaera、 Laevigatosporites、 Leiotriletes、 Baculatisporites； 溫帶 類 型 孢 粉 植 物 有： Piceites、 Pseudopinus、Protoconiferus、 Protopicea、 Inaperturopollenites。 孢粉植物干濕度類型劃分是將孢粉各屬按其母體植物的生態(tài)環(huán)境歸類于旱生、 中生、濕生、 水生、 沼生5 類， 可劃分干旱、 半干旱、 半干半濕、 半濕潤(rùn)、 濕潤(rùn)5 種干濕度類型。 樣品中中生類型有： Abietineaepollenites、Cedripites、 Cycadopites、 Inaperturopollenites、Psophosphaera； 濕生類型有： Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis、 Protoconiferus、 Podocarpidites、 Cyathidites、 Leiotriletes、 Cicatricosisporites、 Deltoidospora； 沼 生 類 型 有： Laevigatosporites、 Baculatisporites。

前人研究表明， 伊敏組是1973 年由黑龍江省伊敏煤田地質(zhì)會(huì)戰(zhàn)指揮部在位于海拉爾市南約50 km 的伊敏煤礦第3、 第17 線綜合柱狀剖面的基礎(chǔ)上建立的， 但未指定層型，后選用鄂溫克旗伊敏煤田第3、 第17 線剖面為層序剖面， 時(shí)代為早白堊世巴列姆期［10］。該組孢粉化石極其豐富， 前人對(duì)其孢粉特征及劃分做了大量的研究， 為盆地內(nèi)不同地區(qū)該組劃分對(duì)比提供了微體古生物標(biāo)志（表2）。如李春柏等（2007）分析了烏爾遜凹陷的海參1 井伊敏組的孢粉化石， 將伊敏組劃分為1段、2 段和3 段的孢粉組合分別為： Impardecispora-Cyathidites-Clavatlpollenites 組 合、 Stereisporites-Deltoidospora-Asteropollis 組 合、 Appendicisporites-Asteropollis-Tricolpites 組合，地質(zhì)時(shí)代為早白堊世巴列姆期至早阿爾必期（Barremian-Early Albian）［2］。 而薛云飛（2017）將查干諾爾凹陷海參8 井伊敏組自下而上劃分為2 個(gè)孢粉組合， 即伊敏組1 段為L(zhǎng)ygodioisporites-Cyathidites-Triporoletes 組合， 伊敏組2、 3 段 為L(zhǎng)eiotriletes-Pilosisporite-Asteropollis 組合， 地質(zhì)時(shí)代為巴列姆期至阿爾必期［4］。此外， 也有學(xué)者得出伊敏組1 段孢粉組合Cicatricosisporites-Cyathidites-Leiotriletes， 特點(diǎn)是以蕨類植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)， 裸子植物次之，被子植物花粉零星出現(xiàn)； 伊敏組2、 3 段孢粉組 合 Cyathidites-Leiotriletes-Pinuspollenites，組合中蕨類植物含量略高于裸子植物， 被子植物花粉仍可零星出現(xiàn)［2］。 通過本次孢粉化石分析發(fā)現(xiàn)， 該樣品的孢粉組合以Cyathidites及Dissacciatrileti 發(fā)育為特色（圖3）， 與海拉爾盆地下白堊統(tǒng)伊敏組2 段所產(chǎn)出的Cyathidites 組合帶較為相似。 此外大量研究成果表明， 伊敏組1 段沉積時(shí)期植被類型是針葉混交林、 灌草叢， 屬于濕潤(rùn)的南亞熱帶氣候；伊敏組2 段沉積時(shí)期植被類型是針葉林、 灌草叢， 屬于濕潤(rùn)的南亞熱帶氣候； 伊敏組3段中下部沉積時(shí)期植被類型是針葉林、 灌木叢， 屬濕潤(rùn)的熱帶氣候， 伊敏組3 段上部沉積時(shí)期植被類型是針葉混交林、 灌木叢， 屬于濕潤(rùn)的熱帶氣候［3］。 綜上所述， 本段地層可以定為下白堊統(tǒng)伊敏組2 段， 地質(zhì)時(shí)代應(yīng)該對(duì)應(yīng)于早白堊世巴列姆期（Barremian）， 植被類型為針闊葉混交林， 屬濕潤(rùn)的熱帶氣候，有利于富含炭屑、 黃鐵礦等還原容量高的有利成礦建造的形成。

表2 海拉爾盆地下白堊統(tǒng)伊敏組孢粉化石組合特征Table 2 Characteristics of sporopollen assemblages in the Lower Cretaceous Yimin Formation in Hailaer basin

4 鈾成礦意義

貝爾湖坳陷白堊紀(jì)期間主要經(jīng)歷了斷陷的初始強(qiáng)烈拉張階段、 快速沉降階段、 穩(wěn)定拉張階段和萎縮階段； 依次形成了粗碎屑沖積物段、 含煤碎屑巖段和湖相段、 湖相泥巖段、 含煤碎屑巖段四套沉積建造［8-10，12］。 其中，區(qū)內(nèi)伊敏組穩(wěn)定發(fā)育， 地層厚度較大、 埋深相對(duì)較淺， 主要為一套河湖相、 湖沼相的砂泥巖互層沉積組合， 巖性以灰綠、 灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、 泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖為主， 夾含粗砂巖及砂礫巖。 孢粉分析結(jié)果進(jìn)一步明確了貝爾湖坳陷主攻找礦方向?yàn)橐撩艚M， 目標(biāo)層段為伊敏組2 段。 這對(duì)區(qū)內(nèi)構(gòu)建白堊系沉積體系演化過程、 剖析伊敏組沉積特征以及指導(dǎo)砂巖型鈾礦勘探部署均具有十分重要的意義。

貝爾湖坳陷伊敏組2 段在盆緣主要發(fā)育沖積扇粗粒混雜堆積， 辮狀河-辮狀河三角洲平原泥砂沉積（圖2、 3）， 指示了該時(shí)期區(qū)內(nèi)具有凹凸相間的古地貌， 盆山高差相對(duì)較大，物源補(bǔ)給充足， 也側(cè)面反映了坳陷在該階段可能仍處于斷坳轉(zhuǎn)換期， 還未完全進(jìn)入坳陷期， 準(zhǔn)平原化程度較低。 該認(rèn)識(shí)與絕大部分學(xué)者得出的盆地在銅缽廟組和南屯組為斷陷期， 大磨拐河組和伊敏組為斷坳轉(zhuǎn)換期， 青元崗組及其之后為坳陷期的觀點(diǎn)基本一致［6-7］。同時(shí)， 區(qū)內(nèi)伊敏組自盆緣向盆內(nèi)發(fā)育如下的沉積體系： 沖積扇-河流-河控三角洲-湖沼相； 砂巖中發(fā)育水平層理、 遞變層理、 交錯(cuò)層理， 水動(dòng)力較強(qiáng)， 河道沖刷面較發(fā)育。 總體上， 該組砂體規(guī)模較大， 砂巖顆粒較粗，泥質(zhì)膠結(jié)疏松， 透水性好， 泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 富含黃鐵礦、 有機(jī)質(zhì)炭屑、 炭化植物碎屑、 植物莖干， 還原容量高， 是一套良好的找礦目標(biāo)層。 區(qū)域上， 該組自下而上可進(jìn)一步細(xì)分為伊敏組1、 2、 3 段（圖1）， 樣品地層所屬伊敏組2 段， 直接上覆青元崗組紅雜色沉積建造， 缺失伊敏組3 段（圖3）。 結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化過程認(rèn)為， 早白堊世—晚白堊世， 太平洋區(qū)域板塊 （伊佐奈崎板塊-庫拉板塊）與歐亞大東北邊緣發(fā)生重大構(gòu)造重組和變革， 研究區(qū)受北西-南東向構(gòu)造擠壓作用發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)， 導(dǎo)致地層區(qū)域性擠壓抬升， 進(jìn)而造成了目的層伊敏組遭受較大面積的剝蝕，這不僅形成了伊敏組和青元崗組間的區(qū)域不整合接觸， 也使得上部含氧含鈾水能沿伊敏組出露部位往深部持續(xù)不斷得滲入， 形成了目前發(fā)現(xiàn)的明顯黃色后生氧化和鈾礦化信息，這從新寶力格凹陷ZKB6-2 鉆孔伊敏組和青元崗組接觸界面發(fā)育亮黃色后生氧化現(xiàn)象（圖3）可以佐證。 此外， 海拉爾盆地自青元崗組以來長(zhǎng)期處于干旱炎熱的古氣候環(huán)境， 地表植被較不發(fā)育， 也有利于富鈾含氧水的形成及其向目標(biāo)層持續(xù)貫入成礦。 可見， 研究區(qū)伊敏組具有較好的砂巖型鈾礦成礦潛力和找礦前景。

5 結(jié)論

1） 樣品所屬地層是一套混雜堆積的濕地扇扇根相泥石流沉積， 孢粉組合以桫欏孢屬和無縫雙囊粉類最為發(fā)育， 應(yīng)屬于伊敏組2段， 地質(zhì)時(shí)代為早白堊世巴列姆時(shí)期， 古氣候?yàn)闈駶?rùn)的熱帶氣候， 進(jìn)而指明了貝爾湖坳陷的主要找礦目的層應(yīng)為伊敏組。

2） 研究區(qū)伊敏組沉積時(shí)期處于斷坳轉(zhuǎn)換期， 發(fā)育沖積扇-河流-河流三角洲-湖沼相沉積體系； 地層埋深相對(duì)較淺， 泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 砂體規(guī)模較大， 透水性好， 原生還原容量較高， 聚鈾能力充足， 是一套良好的找礦目標(biāo)層。

3） 貝爾湖坳陷地層結(jié)構(gòu)表明， 區(qū)內(nèi)在伊敏組—青元崗組沉積期間發(fā)生了構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)， 造成了伊敏組上部被廣泛抬升剝蝕， 局部缺失伊敏組3 段， 從而具備了砂巖型鈾礦成礦所需的時(shí)間和空間， 找礦前景較大。