松遼盆地北部依安凹陷四方臺組砂體特征及鈾成礦潛力分析

侯曉光，羅 敏，盧勝軍，運(yùn)威旭

核工業(yè)240研究所，遼寧沈陽110000

松遼盆地是中新生代大型陸相含油氣沉積盆地［1］.20世紀(jì)50年代以來石油和煤炭部門在盆地中南部施工了大批鉆孔，積累了有關(guān)地層結(jié)構(gòu)、巖性巖相、砂體發(fā)育情況等大量地質(zhì)資料；核工業(yè)系統(tǒng)在盆地南部也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了錢家店、白興吐等具有工業(yè)價值的鈾礦床［2-3］.而盆地北部工作程度尚淺，地層結(jié)構(gòu)、巖性巖相、砂體發(fā)育等情況尚不明確，礦產(chǎn)方面目前僅發(fā)現(xiàn)一些鈾異常顯示，尚未發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的鈾礦床.依安凹陷位于松遼盆地北部傾沒區(qū)內(nèi)（圖1）.近兩年，核工業(yè)系統(tǒng)在該地區(qū)針對目的層四方臺組開展了一系列鈾礦調(diào)查評價工作，先后施工了鉆探工作量13000余米，在四方臺組中發(fā)現(xiàn)了一批鈾異?？?本文基于地質(zhì)、鉆探、測井等資料對四方臺組砂體特征及其鈾成礦條件進(jìn)行分析，以期為后續(xù)找礦工作提供依據(jù).

圖1 松遼盆地北部構(gòu)造單元區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic division in northern Songliao Basin

1 研究區(qū)地質(zhì)

1.1 區(qū)域構(gòu)造位置

松遼盆地是在松遼微板塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中新生代大型陸相克拉通內(nèi)轉(zhuǎn)化型盆地，盆地基底經(jīng)歷了前古生代微板塊聚合、古生代增生拼貼，于晚古生代海西運(yùn)動末期與歐亞大陸聯(lián)成一體，形成完整的大陸地殼［4-6］.

松遼盆地北部一級構(gòu)造分區(qū)主要包括西部斜坡區(qū)、北部傾沒區(qū)、東北隆起區(qū)及中央拗陷區(qū)，依安凹陷位于北部傾沒區(qū)西南緣.

1.2 基底特征

依安凹陷基底由早古生代—中石炭世淺變質(zhì)巖系及少量前寒武紀(jì)深變質(zhì)巖系組成，基巖埋深一般1800～2500 m.基底巖石在盆地邊緣均有出露，它們在很大程度上控制了盆地內(nèi)晚中生代沉積巖的組成和分布.

1.3 沉積蓋層

依安凹陷蓋層自下而上有下白堊統(tǒng)沙河子組、營城組、登婁庫組，上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組，古近系依安組、大安組，新近系泰康組和第四系［7］.盆地蓋層具明顯的雙層結(jié)構(gòu)，登婁庫組頂面之下為斷層控制的伸展斷陷構(gòu)造層，由沙河子組、營城組和登婁庫組組成；其上為伸展拗陷構(gòu)造層，由上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組及嫩江組組成.上白堊統(tǒng)四方臺組和明水組為盆地拗陷末期萎縮褶皺、構(gòu)造反轉(zhuǎn)時期形成的反轉(zhuǎn)構(gòu)造層.古近系、新近系、第四系為盆地構(gòu)造（裂陷）活化時期沉積的裂陷活化構(gòu)造層［8-9］.各構(gòu)造層之間為不整合接觸，構(gòu)造層內(nèi)為整合接觸，局部存在假整合接觸.

1.4 構(gòu)造

依安凹陷構(gòu)造較發(fā)育.其中發(fā)育NNE向斷裂3條，屬區(qū)域性孫吳－雙遼巖石圈斷裂及其次級斷裂；NW向、近E－W向斷裂3條.形成順序依次為E-W向、NNE向和NW向，早期形成的斷裂被晚期形成的斷裂切割錯斷.這些斷裂控制著依安凹陷的展布［10］，造成了依安凹陷內(nèi)隆－凹相間的構(gòu)造格局，同時也為地下水排泄及深部煤氣運(yùn)移提供了通道［11］.

1.5 地層分布

四方臺組是松遼盆地拗陷沉降萎縮階段的產(chǎn)物，主要表現(xiàn)在自嫩江運(yùn)動之后，盆地在擠壓作用下發(fā)生東部抬升并伴隨有輕微的褶皺運(yùn)動，沉積中心向盆地西部遷移，湖盆規(guī)模收縮，盆地東部四方臺組大多數(shù)被剝蝕或無沉積［12-13］.凹陷內(nèi)四方臺組分布面積較廣，北起龍河，西至訥河—富裕一線，東達(dá)克山－依龍背斜帶，向南延伸進(jìn)入中央凹陷區(qū).地層底板埋深自北向南逐漸變深，變化范圍300～650 m（圖2a）；地層厚度一般分布在40～180 m之間（圖2b）.

圖2 四方臺組底板埋深及地層厚度圖Fig.2 Bottom depth and thickness of Sifangtai Formation

2 四方臺組砂體特征

2.1 沉積相特征

平面上，依安凹陷主要發(fā)育沖積扇相、辮狀河相，局部發(fā)育沖泛平原相沉積（圖3）.沖積扇相發(fā)育于凹陷北部物源補(bǔ)給區(qū).巖性主要為灰色砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖.辮狀河相發(fā)育于北興-三興一帶訥河水系主河道部位，大體呈NNE向展布.

圖3 四方臺組沉積相圖Fig.3 Sedimentary facies of Sifangtai Formation

垂向上，根據(jù)地層巖性組合及測井曲線特征，四方臺組可分為上下兩段，其中四方臺組上段主要發(fā)育辮狀河沉積，下段主要為曲流河沉積（圖4）.辮狀河沉積包括河床滯留沉積微相、心灘沉積微相、洪泛平原沉積微相；曲流河沉積包括河床滯留沉積微相、邊灘沉積微相及河漫湖沉積微相.

圖4 四方臺組單孔沉積微相分析圖Fig.4 Sedimentary microfacies of Sifangtai Formation in borehole

2.1.1 辮狀河

（1）河床滯留沉積

河床滯留沉積主要由砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖組成.礫石成分主要為石英、火山巖、變質(zhì)巖及泥巖.底部發(fā)育沖刷面.河床滯留沉積厚度一般為2～5 m.電阻率曲線呈高幅、指狀或鐘形，齒中線水平，表明具有較高的水流沖刷能力且穩(wěn)定.四方臺組河床滯留沉積占總沉積的比例較小.

（2）心灘沉積

心灘沉積主要由粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖等粗粒碎屑物質(zhì)組成，可見槽狀交錯層理、變形層理.電阻率曲線以中高幅—中幅、鐘形或鐘形－箱形組合多次疊加形成圣誕樹形，齒中線呈平行或內(nèi)收斂，反映出向上砂體粒度由粗變細(xì)，水動力逐漸減弱.

（3）洪泛平原沉積

泛濫平原沉積主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，通常發(fā)育砂巖條帶、團(tuán)塊及形狀不規(guī)則的鈣質(zhì)結(jié)核，見波紋層理，顏色通常為淺綠色、灰?guī)ЬG色，垂向上基本不發(fā)育，厚度較薄.電阻率曲線呈較低幅度的箱型，反映水動力條件較弱.

2.1.2 曲流河

曲流河主要由河床滯留沉積、點(diǎn)砂壩及河漫湖沉積微相組成，與辮狀河相比，曲流河二元結(jié)構(gòu)發(fā)育明顯，砂泥比例明顯降低.

（1）河床滯留沉積

滯留沉積主要由含礫粗砂巖組成，下部發(fā)育沖刷構(gòu)造，沉積厚度約3 m.電阻率曲線呈高幅鐘形，齒中線水平，表明具有較高的水流沖刷能力［14-15］.四方臺組曲流河河床滯留沉積占總沉積的比例非常小，僅在四方臺組底部有發(fā)育.

（2）邊灘沉積

主要由灰色中砂巖、細(xì)砂巖組成，次為灰色粗砂巖、粉砂巖，發(fā)育槽狀交錯層理、平行層理及板狀交錯層理.邊灘沉積厚度一般為2.0～7.5 m.電阻率曲線以中高幅—中幅、鐘形或箱形－鐘形組合為主，曲線呈光滑齒狀，齒中線呈平行或內(nèi)收斂，反映出向上砂質(zhì)含量減少，泥質(zhì)含量增加，水動力強(qiáng)且穩(wěn)定.四方臺組邊灘沉積除以沖刷面－河床滯留沉積－邊灘－河漫湖形式發(fā)育外，更多的是呈邊灘－河漫湖的微相組合.

（3）天然堤

主要由棕紅色泥質(zhì)粉砂巖組成，發(fā)育水平層理、波紋層理.天然堤厚度一般較薄，垂向上位于邊灘沉積上部.電阻率曲線形態(tài)呈中幅指狀，齒化不明顯.

（4）決口水道

決口水道沉積夾于泛濫平原沉積中，主要由灰色細(xì)砂巖、中砂巖組成，偶見粗砂巖薄層，常見交錯層理.河道決口形成新的水道，在河流水位下降后，河流并未在新的決口水道上發(fā)育，從而成為廢棄河道，因此頂部過渡為河漫沉積.沉積韻律呈反韻律，與下伏沉積呈突變接觸.電阻率曲線呈中—高幅漏斗形.

（5）河漫湖

四方臺組河漫湖沉積主要由棕紅色泥巖組成.泥巖較純，塊狀構(gòu)造為主.電阻率曲線呈低平形態(tài)，反映其在粒度和成分上變化不大，以垂向加積為主.

2.2 砂體發(fā)育特征

四方臺組一般發(fā)育1～2層砂體，砂體規(guī)模較大，單層厚度一般10～30 m，累計(jì)厚度一般70～110 m，最厚可達(dá)170 m以上.主河道內(nèi)含砂率一般0.7～0.8，局部地段大于0.8.巖性主要為灰色、淺黃色中－細(xì)砂巖、含礫粗砂巖，在沉積旋回底部發(fā)育薄層礫巖（見圖5）.砂質(zhì)礫巖，砂體滲透性、成層性較好，呈次棱角狀—次圓狀，分選性中等—好.其頂部為上白堊統(tǒng)明水組，巖性主要為濱淺湖相—深湖相灰綠、灰黑色泥巖與灰、灰綠色泥質(zhì)砂巖交互組成，與四方臺組呈整合或平行不整合接觸.其底部為四方臺組曲流河相沉積，巖性以棕紅色、紫紅色泥巖為主，夾少量灰白色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖.

圖5 依安凹陷四方臺組砂體剖面分析圖Fig.5 Sand body profile of Sifangtai Formation in Yi’an sag

2.3 巖石學(xué)特征

四方臺組砂體巖性主要為灰色－淺黃色中、細(xì)砂巖，碎屑顆粒主要為石英、長石和巖屑，少量重礦物、云母類.石英含量主要為35%～50%，長石含量主要為10%～20%.巖屑顆粒含量在10%～72%之間，集中在25%～50%之間.巖屑按照母巖性質(zhì)可分為火山巖巖屑和沉積巖－變質(zhì)沉積巖巖屑，且前者大于后者.砂巖碎屑顆粒普遍為棱角—次棱角狀，分選較好—中等為主.顆粒膠結(jié)方式以孔隙式為主，顆粒之間接觸方式為點(diǎn)接觸為主，支撐方式以顆粒支撐方式為主.填隙物的含量多小于10%，主要為一些黏土礦物如高嶺石、蒙脫石等.

2.4 原生地球化學(xué)類型及后生改造特征

依安凹陷內(nèi)砂體原生地球化學(xué)類型主要為原生還原類，砂體顏色主要為灰色.后生改造作用主要為后生氧化作用，主要表現(xiàn)為四方臺組內(nèi)發(fā)育的斑點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀及條帶狀氧化黃色分布于灰色砂巖中.后生蝕變類型常見浸染狀、團(tuán)塊狀褐鐵礦化.

在成分上，通過對比后生氧化砂巖與原生還原砂巖地球化學(xué)分析結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)，后生氧化砂巖中低價S、Fe2＋含量較原生還原砂巖明顯偏低，F(xiàn)e3＋含量及Fe3＋/Fe2＋比值較原生灰色砂巖明顯增高.另外，四方臺組后生氧化砂巖平均Th/U比值為4.51，原生還原砂巖平均Th/U比值為2.78，說明氧化作用過程使鈾發(fā)生了浸出、遷移［16］.

表1 依安凹陷四方臺組原生還原與后生氧化砂巖地球化學(xué)分析結(jié)果表Table 1 Geochemical analysis results of primary reduced and epigenetic oxidized sandstones in Sifangtai Formation

3 鈾成礦潛力分析

3.1 鈾源條件

松遼盆地北部西、北、東三面蝕源區(qū)分別與大興安嶺山脈、小興安嶺山脈和張廣才嶺山脈相鄰，主要發(fā)育中生代火山巖、海西期及燕山期花崗巖，另有少量古生代、前古生代變質(zhì)巖［17］.依安凹陷物源主要來自盆地北部蝕源區(qū)［2］，主要發(fā)育海西期和燕山期花崗巖，鈾含量6.98×10－6～7.05×10－6，平均值7.02×10－6，浸出率20.13%～25.07%，平均值22.13%.由此可見，松遼盆地北部蝕源區(qū)鈾含量豐富、浸出率較高，且長期處于風(fēng)化剝蝕狀態(tài)，可為鈾成礦提供豐富的鈾源.

3.2 構(gòu)造條件

構(gòu)造方面，依安凹陷位于嫩江階地南側(cè).嫩江期后，嫩江階地處于緩慢沉積期，受基底地形影響，形成一個向南傾斜的穩(wěn)定斜坡.古近紀(jì)以來，研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動以升降為主，且升降幅度較小，這種以大的單斜構(gòu)造存在并且整體呈緩幅升降運(yùn)動有利于含鈾含氧水沿嫩江階地進(jìn)入依安凹陷使其獲得持續(xù)的、穩(wěn)定的鈾源補(bǔ)給.

3.3 沉積相與砂體條件

鉆探施工結(jié)果表明，依安凹陷內(nèi)四方臺組辮狀河相砂體發(fā)育，單層厚度一般10～30 m，累計(jì)厚度一般70～110 m.砂體巖性主要為灰色、淺黃色中－細(xì)砂巖，次為砂質(zhì)礫巖.砂體疏松，孔隙式膠結(jié)，填隙物含量低，以泥質(zhì)為主.碳酸鹽含量低，透水性良好，其上、下均發(fā)育厚層泥巖，具有穩(wěn)定的“泥－砂－泥”地層結(jié)構(gòu).

3.4 后生氧化作用

依安凹陷內(nèi)四方臺組砂體中的氧化作用主要發(fā)育于研究區(qū)北部，蓋層斷裂是地下水的主要排泄通道［18］.從目前施工的鉆孔來看，研究區(qū)北部氧化砂體較為發(fā)育，巖性主要為淺黃色砂質(zhì)礫巖、中細(xì)砂巖，南部則為灰色中、細(xì)砂巖.鈾異常一般產(chǎn)于黃色氧化砂體與灰色還原砂體的過渡部位.

3.5 鈾異常顯示特征

依安凹陷內(nèi)四方臺組鈾異常受氧化還原過渡帶控制明顯.北部埋深通常在350～390 m，向南逐漸變深，一般在510～550 m之間.鈾異常產(chǎn)于厚層辨狀河相砂體的中、下部，厚度一般1～3 m，異常值最高可達(dá)9 nCkg/h，巖性為灰色、灰綠色細(xì)砂巖、淺黃色中砂巖.個別鈾異常產(chǎn)于四方臺組厚層砂巖所夾的薄層（通常小于1 m）泥巖中，為含鈾、含氧水在徑流過程中泥巖對鈾的吸附富集作用所致［19-21］.

4 結(jié)論

（1）依安凹陷內(nèi)四方臺組可分為上下兩段，其中四方臺組上段主要發(fā)育辮狀河沉積，下段主要為曲流河沉積.

（2）四方臺組一般發(fā)育1～2層砂體，砂體規(guī)模較大，為地浸砂巖型鈾礦的形成提供了空間條件.

（3）四方臺組后生氧化砂巖Th/U比值表明氧化作用過程使地層中鈾發(fā)生了浸出、遷移并在氧化還原過渡部位富集.

（4）依安凹陷具有較好砂巖型鈾成礦所需的鈾源條件、構(gòu)造條件、有利的砂體條件及后生氧化改造條件，具有較大的砂巖型鈾礦找礦潛力.