松遼盆地西斜坡江橋-哈拉海青山口組鈾成礦條件

王軍禮，劉厚寧，王俊英

(中陜核工業(yè)集團地質調查院有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

松遼盆地位于中國東北部，是由大小安嶺、張廣才嶺和長白山環(huán)繞的一個大型沉積盆地。盆地跨越黑龍江、吉林、遼寧和內蒙古三省一區(qū)，長750 km，寬330～370 km，面積約26萬平方千米[1-2]，是一個中新生代陸相盆地，其中煤、石油、天然氣資源極其豐富。隨著勘探工作的不斷深入，鈾礦找礦工作也取得重大突破，在盆地南部開魯坳陷內發(fā)現(xiàn)了錢家店特大型鈾礦床[3-4]，盆地北部大慶長垣、西部斜坡區(qū)也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批小型鈾礦床、鈾礦點[5-6]。盆地北部發(fā)現(xiàn)的鈾礦床、鈾礦點主要為砂巖型，僅在齊齊哈爾大興地區(qū)四方臺組見到兩個泥巖型鈾礦化點。砂巖型鈾礦床主要賦存在四方臺組和嫩江組，前人認為該地區(qū)鈾源豐富，大興安嶺富鈾花崗巖體可為砂巖型鈾礦提供豐富的鈾源；目的層砂體為辮狀河和曲流河相沉積，砂體厚度適中，分布范圍較廣，有機質含量豐富，具有砂巖型鈾礦成礦有利的巖性巖相條件；西部斜坡區(qū)屬平緩單斜構造，切穿覆蓋層的深大斷裂可作為地下水良好的排泄源，使地下水具有穩(wěn)定的補-徑-排體系[7]；總之該區(qū)具備砂巖型鈾礦成礦的有利條件。但是前人將盆地西部斜坡區(qū)找礦目的層主要放在四方臺組和嫩江組[8-11]，針對青山口組鈾成礦條件和成礦潛力研究較少。

本次工作在盆地西部斜坡區(qū)江橋—哈拉海一帶石油鉆井資料中發(fā)現(xiàn)一批青山口組鈾異常，施工了一個鉆孔進行驗證，最高鈾品位可達0.012%(工業(yè)品位0.01%)，通過對該區(qū)域鈾源、巖性、巖相、古水文、古氣候等鈾成礦地質條件分析，認為該區(qū)域青口組砂體具較好的鈾找礦前景，值得進一步探索。

1 地質背景

1.1 構造

松遼盆地屬中、新生代大型陸相坳陷盆地，盆地總體地層結構具“下斷上坳”的特點，根據(jù)其巖性構造、斷裂特征、區(qū)域地層分布、層序等，劃分出西部斜坡區(qū)、中央坳陷區(qū)、北部傾沒區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)和西南隆起區(qū)6個構造分區(qū)(圖1)。西部斜坡區(qū)位于盆地西北部，盆地發(fā)展過程中長期處于相對穩(wěn)定的單斜構造，地層自盆地的西邊緣向坳陷區(qū)傾斜，傾角1°～5°，構造平緩，沉積蓋層較薄，整體呈現(xiàn)超覆沉積特點[12-15]。受侏羅系火山巖基底不平的影響，地層沉積厚度、沉積相存在一定的差異。

圖1 松遼盆地構造單元區(qū)劃圖

1.2 地層

盆地西部斜坡區(qū)地層具超覆沉積的特點，地層自下而上沉積范圍逐漸擴大，研究區(qū)哈拉?！瓨蛞粠в上轮辽弦来伟l(fā)育侏羅系(J)、上白堊統(tǒng)青山口組(K2qn)、上白堊統(tǒng)姚家組(K2y)、上白堊統(tǒng)嫩江組(K2n)、新近系中新統(tǒng)大安組(N1d)、新近系上新統(tǒng)泰康組(N2t)和第四系(Q)，具體地層特征見表1。

表1 研究區(qū)揭露地層信息

2 賦礦層巖石學特征

研究區(qū)青山口組含礦砂體巖性為灰色、淺灰色細—中粒砂巖，局部含少量灰色泥質夾層及有機質紋層，厚層狀構造，富含碳屑、黃鐵礦、油斑等還原介質(圖2a)，巖石固結程度較高，結構致密。鏡下觀察：碎屑含量約占75%，其中石英約占53%，長石約占10%，巖屑約占35%，褐鐵礦及其他金屬礦物約占2%(圖2b)，碎屑顆粒大小主要分布在0.1～0.5 mm之間，少數(shù)顆粒大于0.5 mm，多呈次棱角—次圓狀，分選一般。碎屑顆粒之間多呈點接觸。填隙物主要由黏土礦物、碳酸鹽和少量有機質膠結物組成(圖2c)，黏土礦物主要為伊利石和高嶺石等，巖石局部見有機質膠結，類似于油斑。

3 鈾成礦地質條件分析

3.1 鈾源條件

研究區(qū)鈾源主要來自西部大興安嶺和北部小興安嶺中—新生代火山巖和海西期—燕山期花崗巖(圖3)。核工業(yè)東北地質局244大隊在盆地西北部進行了巖體地面伽馬能譜測量，海西期—燕山早期花崗巖的鈾含量相對較高，平均可達7.4×10-6，特別是大興安嶺中段的烏拉斯臺巖體、大石寨巖體、色布爾巖體的鈾豐度均大于10×10-6，并且對鈾含量較高的巖體進行了鈾浸出率研究，浸出率普遍較高，其中有9塊巖體樣品浸出率超過了20%[16-17]。盆地西部和北部廣泛分布的富鈾花崗巖體以及巖體的高浸出率，為該區(qū)提供了較好的鈾源條件。

圖3 松遼盆地外圍花崗巖時空分布圖

3.2 巖性、巖相條件

從早白堊世泉頭組沉積時期至晚白堊世嫩江組沉積末期，盆地處于坳陷沉積期，沉積狀態(tài)以長期、穩(wěn)定、快速為主。青山口組整體呈西高東低的單斜構造，受喜山構造運動的影響，具有多期次超覆沉積的特點，通過對取心鉆井巖心觀察與測井相分析，識別出河道、泛濫平原、天然堤、濱淺湖4種沉積微相(圖4a)。從砂體厚度圖(圖4b)中可以看出，河道砂體厚15～45 m，平均厚31 m；砂體南北方向連續(xù)性強，厚度、粒度變化不大；自西向東砂體厚度增加，層數(shù)變多，粒度變細，泥質含量增高，推測研究區(qū)青山口組物源方向以北東方向物源為主；北東方向河道砂體寬1～2 km、長度大于20 km，具有一定規(guī)模的河道沉積為砂巖型鈾礦成礦提供了廣闊的容礦空間。砂體內含大量有機質碎屑、黃鐵礦等還原介質，且青山口組作為松遼盆地主力產油層之一，油氣還原作用明顯，使砂體具備較好的還原條件。砂體頂部為姚家組紫紅色泥巖，底部為青山口組紫紅色泥巖，兩層泥巖厚度均大于15 m，上、下兩層厚層狀紅色泥巖與目的層砂體形成了穩(wěn)定的泥-砂-泥結構。

圖4 研究區(qū)青山口組砂體展布特征

3.3 水文地質條件

研究區(qū)位于大興安嶺東部地區(qū)，地形由低緩丘陵區(qū)過渡到山前平原區(qū)，高程150～400 m，具典型的單斜自流水特征。該區(qū)年降雨量350～450 mm，入滲能力很強，是地下水重要的垂向補給形式。青山口組整體呈北西高、南東低的單斜地層，頂?shù)變蓪雍駥幽鄮r使砂體具備了完整的泥-砂-泥結構，形成了較為完整的承壓含水系統(tǒng)，地下水徑流條件良好，地下水由山前向盆地平原區(qū)匯流，通過導通上覆地層的斷裂排泄，江橋—哈拉海一帶低洼處發(fā)育十多處大小不等的“水泡”(小湖泊)，為地下水的重要排泄源。

3.4 古氣候條件

松遼盆地白堊紀總體處于溫暖濕潤—半濕潤的亞熱帶氣候環(huán)境，植被繁茂，主要以針葉林和草原草叢植被為主。由于地殼抬升、海平面下降出現(xiàn)了幾次短暫的干旱—半干旱事件。青山口組沉積時期為溫暖濕潤氣候，雨水充沛，湖盆逐漸擴大，湖水逐漸加深，動植物繁盛，形成以還原為主、有機質豐富的砂泥巖建造。姚家組沉積時期地殼抬升、海平面下降，形成以干旱—半干旱為主的氣候環(huán)境，導致植被荒漠化，沉積物以紅色色調為主。這種后期較長時間的干旱或半干旱的炎熱古氣候條件，有利于蝕源區(qū)鈾的淋濾、遷移、進入下部還原地層，在青山口地層中還原沉淀富集成礦。

4 鈾異常信息

本次工作共收集到江橋—哈拉海一帶50份石油探井資料，內容包括錄井和綜合測井資料。將收集到的50個石油探井自然伽瑪曲線全部進行數(shù)字化處理，并且按照地質分層界線進行分段統(tǒng)計。將每層的自然伽瑪平均值作為該層自然伽瑪本底值，將讀數(shù)大于或等于3倍本底值作為該石油井的異常段，記錄異常段的強度和厚度(圖5)；對該區(qū)50個石油探井自然伽瑪測井曲線篩查，篩選出存在鈾異常的探井18個，異常井呈近SN向帶狀展布，將這些異常段的位置與地質分層界線對比，發(fā)現(xiàn)江橋—哈拉海一帶鈾異常屬于同一層異常，位于青山口組，異常段巖性為灰色—灰白色細—中砂巖。

圖5 石油井自然伽瑪異常分布示意圖

本次工作選取了石油異常井(富28井)進行鉆探驗證，驗證孔ZK-U1與富28井相距5 m的距離，驗證結果為一礦化孔，鈾品位最高達0.012%(工業(yè)品位0.01%)，厚2.8 m，含礦巖性為灰色細砂巖。

對比驗證井放射性測井解釋品位與石油井自然伽瑪極值，總體上可以判定石油測井自然伽瑪600 API可達工業(yè)品位0.01%，300 API可達異常品位0.005%，該標準可為后續(xù)石油井異常篩查提供依據(jù)。

對該異常段進行了取樣分析，w(U)為(32.20～99.40)×10-6，w(Th)為(6.87～10.70)×10-6，Th/U比值平均為0.15(表2)；陸殼Th/U比值范圍為3.3～4.0。Th元素在地殼中相對穩(wěn)定，不易隨地下水流遷移；U元素易在氧化環(huán)境環(huán)境下變?yōu)閁6+隨地下水流遷移，因此地層中的Th/U比值一定程度上可以反映地層U元素的遷移特征。研究區(qū)青山口組砂體Th/U比值遠小于陸殼平均值，該砂體后期有大量的鈾遷入(處于鈾富集環(huán)境)。有機碳含量為0.12%～0.26%，平均值為0.17%；Fe3+/Fe2+比值為0.13～0.41，平均值為0.23，F(xiàn)e3+/Fe2+比值遠小于1，砂體有機質含量較高，處于氧化還原過渡環(huán)境。

表2 青山口組含礦砂體分析結果

5 鈾的賦存狀態(tài)研究

利用HD-2004(γ+β)編錄儀對礦心進行全面掃描、測試，在放射性強度最高的地方采集3塊樣品進行電子探針分析。首先將選定的樣品制片后，放置在普通光學顯微鏡下觀察，選擇好觀察區(qū)域，然后在電子探針下進行分析。

本實驗是在西安地質礦產研究所國家重點實驗室完成。測試所用儀器型號：EMX-SM7。實驗過程中參數(shù)選擇：電壓20 kV，電流1×10-8A，束斑1～5 μm，撿出角40°，溫度25℃，濕度50%。采用標準：GB/T 15245-2002GP/T。樣品預處理：用鍍膜材料制成靶作為陰極，樣品放在陽極上，在兩極之間加500～1000 V的電壓。預處理過程所用儀器型號為JEE420T，真空度8×10-2Pa，電流40 mA。預處理過程歷時3～4 h。

根據(jù)電子探針分析結果，研究區(qū)U元素的賦存形式主要為分散吸附和單礦物兩類，鈾礦物主要為鈾石、瀝青鈾礦，與松遼盆地北部的砂巖型鈾礦的賦存狀態(tài)[18]比較相似。對于兩種鈾的鈾的賦存狀態(tài)、鈾礦物類型所占鈾配分的比例關系研究，目前仍處于定性的研究狀態(tài)，尚未定量研究各類型所占比例。

鈾含量相對較低的樣品電子探針分析結果顯示(圖6a)，U元素基本以吸附形式存在，主要被有機碳、黏土、細粒充填物、碎屑礦物裂隙面、褐鐵礦等吸附。在較富礦石中電子探針檢測結果顯示(圖6b)，U元素主要以鈾礦物形式產出，礦物類型包括鈾石和瀝青鈾礦，鈾礦物鑲嵌于黃鐵礦、炭屑、黑云母、綠泥石等早期礦物的解理、裂隙中。初步分析認為，黃鐵礦、炭屑、黑云母、綠泥石中的Fe2+、有機碳等能為U元素還原、沉淀營造良好的微環(huán)境，含氧、含鈾流體攜帶的U元素在這些礦物的解理、微裂隙中沉淀進而交代這些礦物和碎屑物。

圖6 鈾礦石電子探針背散射圖像

6 結論

1)研究區(qū)鈾源豐富，具備斜坡構造，發(fā)育有利于砂巖型鈾礦富集的曲流河河道沉積，砂體厚度適中，分布廣泛，后期油氣作用為砂體提供了較好的還原環(huán)境。水文條件較好，具有滲入型自流水盆地特征，補-徑-排機制較完善，且頂?shù)變蓪蛹t色泥巖使含礦、含水層具備了穩(wěn)定的“泥-砂-泥”結構，具有較好的鈾礦成礦條件。

2)本次工作在盆地西部斜坡區(qū)江橋—哈拉海一帶收集石油鉆井資料發(fā)現(xiàn)了一批自然伽瑪異常井，異常強度較高，異常呈近SN向帶狀展布，并且在異常帶內進行鉆探驗證后發(fā)現(xiàn)了鈾礦化層。綜合顯示盆地西部斜坡區(qū)江橋—哈拉海一帶青山口組具有較好的鈾礦找礦前景，該礦化層的發(fā)現(xiàn)，豐富了盆地西部斜坡區(qū)鈾礦找礦層位，對松遼盆地西部斜坡區(qū)鈾礦找礦具有重要意義。

3)驗證結果顯示石油測井自然伽瑪600 API可達工業(yè)品位0.01%，300 API可達異常品位0.005%，該標準可為后續(xù)石油井異常篩查提供依據(jù)。

4)電子探針分析結果顯示，研究區(qū)U元素以吸附態(tài)和鈾礦物兩種狀態(tài)存在，鈾礦物主要為鈾石、瀝青鈾礦，無論是吸附態(tài)鈾還是鈾石、瀝青鈾礦都易被溶浸液帶走，說明研究區(qū)鈾礦具有地浸開采條件。