川井坳陷賽漢組沉積物源分析及其對砂巖型鈾成礦的控制作用

李西得,孫 祥,邱林飛,田明明

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

0 引 言

川井坳陷作為二連盆地五大坳陷之一，是在海西期褶皺基底上發(fā)育的中新生代大型坳陷盆地，東西長240 km，南北寬40～80 km，面積約1.7萬km2。核工業(yè)系統(tǒng)自20世紀(jì)90年代以來，先后開展了多輪砂巖型鈾礦潛力評價和鈾礦勘查工作，近年來川井坳陷先后在南部達(dá)格圖山間盆地和東北部桑根達(dá)來凹陷取得了找礦突破。在以往的砂巖型鈾礦評價和勘查過程中，針對川井坳陷鈾源、構(gòu)造分區(qū)、構(gòu)造演化過程、建造類型和沉積相條件等，開展了大量的工作，但針對賽漢組砂體碎屑物源的研究工作相對較少。綜合分析賽漢組物源特征，對評價砂體含鈾性，厘清賽漢組沉積充填特征和沉積相空間展布，進(jìn)而支撐鈾成礦有利部位的空間定位，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川井坳陷位于西伯利亞板塊與華北板塊縫合線部位，是在天山—興蒙造山系的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的以裂陷為主要特征的中、新生代陸相沉積盆地[1-2]。西部為狼山—寶音圖隆起帶，南部為陰山—溫都爾廟隆起帶，東部與烏蘭察布坳陷以隘口相接，北部為索倫山隆起帶(圖1)。

圖1 川井坳陷地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Geological structure map of Chuanjing Depression

2 賽漢組巖石學(xué)礦物學(xué)特征

2.1 巖石學(xué)特征

川井坳陷賽漢組(K1s)為一套辮狀河三角洲、湖相沉積，巖性為黃色、雜色、灰色砂質(zhì)礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及褐煤等，平原相帶的巖石組合中正向韻律特征明顯，以粗粒碎屑為主體；前緣相帶中為多個正向和反向韻律的疊置層，以中細(xì)粒碎屑為主體。巖性以砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖為主，其次為中細(xì)砂巖。砂巖本身膠結(jié)疏松，泥質(zhì)膠結(jié)為主，透水性一般，有時泥質(zhì)含量較高，滲透性較差；砂巖多為塊狀均質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎屑物質(zhì)均呈次棱角狀、次圓狀，磨圓度較差，分選性差。顯示了快速堆積、搬運距離短的特征。

賽漢組在各地段巖性組合存在較大差異，白音查干凹陷西緣、南緣以沖積扇入湖為主要特征，主要為一套黃褐色、淺灰色、灰色砂礫巖夾灰色泥巖為主，中央隆起帶兩側(cè)的桑根達(dá)來、得日斯地段，頂部主要為紫紅色、紅色、雜色泥巖、粉砂巖和砂巖，局部多含礫石，中下部為灰色、灰綠色中粗粒砂巖，多夾泥巖、粉砂巖。達(dá)格圖凹陷主要為一套紅色、紅褐色、灰色、灰綠色礫巖夾灰色泥巖。

這種差異的出現(xiàn)，主要由于賽漢期，川井坳陷以北東東向島狀展布的巴音杭蓋、白音花兩個中間凸起將北部的白音查干凹陷、桑根達(dá)萊凹陷同南部的包龍凹陷分割開，局部發(fā)生連通，三個凹陷各自具備獨立的湖盆特征，為相對獨立的沉積體系。

2.2 礦物學(xué)特征

通過對白音查干凹陷薄片的觀察，對巖石顆粒成分、填隙物成分及結(jié)構(gòu)特征等有了較全面的了解。巖石成分主要為石英、長石、各種巖屑、云母片等。部分石英具波狀消光，長石以斜長石為主，具高嶺土化現(xiàn)象。巖屑成分有石英巖、片巖、千枚巖、巖漿巖、泥質(zhì)巖等各種巖塊。其中以花崗巖屑(圖2(a)、2(b)、2(c))、變質(zhì)巖屑含量最多。白音查干凹陷巖石成分的另一特點是云母含量較高，以白云母為主(圖2(d))，個別巖石中含量高達(dá)40%。凹陷內(nèi)巖石的成分成熟度普遍較低，從以上特點可以看出，碎屑顆粒的搬運距離較短，物源區(qū)較近，凹陷南北為不同物源。

根據(jù)巖礦分析結(jié)果，下白堊統(tǒng)賽漢組砂巖以長石砂巖為主，長石石英砂巖次之。碎屑物中主要成分(石英、長石、巖屑)含量，按?？松皫r分類法將樣品分類，賽漢組砂巖有四種類型：以長石砂巖為主(占51.5%)，其次長石石英砂巖(占39.4%)，最少為巖屑長石砂巖(占0.06%)，見個別巖屑砂巖。在長石砂巖中巖屑的含量不是很高(一般在5%以內(nèi))，而長石砂巖中石英的含量接近70%，靠近長石石英砂巖分布區(qū)域，又可說明賽漢組沉積環(huán)境較為穩(wěn)定，即有較好的成礦空間。

3 賽漢組沉積物源分析

3.1 重礦物組合特征

巖芯樣品分析表明，重礦物成分主要以磁鐵礦、石榴石為主，其次為電氣石和鋯石，其中磁鐵礦平均為43.6%，石榴石平均為25.5%，電氣石平均為12.0%。綠簾石、金紅石、十字石、錫石、角閃石、紅柱石所占比重較低，部分樣品中可見黝簾石、藍(lán)晶石、榍石、輝石和磷灰石等。平面上，從盆地邊緣至中心，穩(wěn)定重礦物相對含量增加，而不穩(wěn)定重礦物含量則相對降低，白堊系地層沉積物來自盆地周緣，沉積物沿凹陷邊緣向凹陷中心推進(jìn)。

對比碎屑巖和蝕源區(qū)花崗巖重礦物組合特征可佐證，二者具備相似的重礦物組合，均為碎屑鋯石、磷灰石含量較高，金紅石、榍石相對較少，顯示了二者在物源上具有聯(lián)系性(圖3)。

圖3 白音查干西緣碎屑巖和蝕源區(qū)花崗巖重礦物組合特征對比Fig.3 Comparison of heavy mineral assemblages between clastic rocks and granites in the western margin of Baiyinchagan area

3.2 微量元素和稀土元素

從稀土元素配分曲線(圖4)上可以看出，上白堊統(tǒng)砂巖，侏羅紀(jì)、石炭紀(jì)花崗巖，石炭紀(jì)、志留紀(jì)和中元古代變質(zhì)巖均表現(xiàn)為Eu負(fù)異常，且曲線形態(tài)均為富集輕稀土的右傾式。推測古近紀(jì)—早白堊世碎屑巖、中生代至晚古生代花崗巖的原巖均與早古生代至元古代變質(zhì)巖關(guān)系密切。

圖4 川井坳陷蓋層與基底稀土元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線對比圖Fig.4 Comparison of MORB standardized distribution curves of rare earth elements in caprock and basement of Chuanjing depression

從碎屑巖與變質(zhì)巖微量元素洋中脊玄武巖(mid-ocean ridge system，MORB)標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖5)上可以看出，白堊系碎屑巖表現(xiàn)為高場強(qiáng)元素P、Ti的虧損，而變質(zhì)巖則表現(xiàn)為P、Ti富集；在碎屑巖與花崗巖微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6)上，白堊系碎屑巖與中生代至晚古生代花崗巖曲線形態(tài)相似，均表現(xiàn)為高場強(qiáng)元素Nb、P、Ti等的富集，據(jù)此推測白堊系碎屑巖的物源與中生代至晚古生代花崗巖關(guān)系更為密切。

圖5 川井坳陷蓋層砂巖-變質(zhì)巖微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Standardized spider diagram of MORB trace elements in caprock sandstone-metamorphic rocks in Chuanjing depression

圖6 川井坳陷蓋層砂巖-花崗巖微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Standardized spider diagram of MORB trace elements in cap rock sandstone-granite in Chuanjing depression

4 碎屑物源與鈾成礦關(guān)系探討

綜合前人研究資料[3-5]，以巴音前大門—白云鄂博EW向斷裂構(gòu)造為界，分屬2個不同的大地構(gòu)造分區(qū)，北部凹陷區(qū)以中央隆起帶和NE向斷裂構(gòu)造為界，可進(jìn)一步可劃分為三個凹陷和兩個凸起五個次級構(gòu)造單元(圖7)，已知湖盆主要位于巴音杭蓋、德日斯、桑根達(dá)來等地段，具多中心沉積特點，賽漢期為各自獨立的沉積單元，二連期泛連通。

圖7 川井坳陷構(gòu)造分區(qū)圖Fig.7 Structural zoning map of Chuanjing Depression

由于川井坳陷為近物源堆積產(chǎn)物，具有近物源、多物源、小水系粗碎屑等沉積背景，巖屑成分復(fù)雜，來源眾多。平面分布上在不同源區(qū)邊緣物質(zhì)組成不同，近花崗巖蝕源區(qū)的南部斷陷盆地，以花崗巖巖屑為主；北部白音查干凹陷，以片巖、板巖、變質(zhì)砂巖等巖屑為主[6-10]。

從重礦物和微量元素、稀土元素特征分析，中央隆起帶在賽漢期出露地表，不僅提供了部分沉積物源，同時控制了整個盆地的古水流方向和沉積相空間展布，將川井坳陷從中間阻擋分割成若干個獨立的沉積體系。結(jié)合目前已發(fā)現(xiàn)砂體空間分布推斷，中央隆起帶兩側(cè)坡度較緩，發(fā)育一系列辮狀河道和三角洲砂體。

結(jié)合基底不同巖性分布區(qū)域和分布范圍來看：西部狼山巖體、烏爾禾巖體廣泛出露地表，為西部主要基底巖性，具有較高的U含量和Th/U比值，南緣廣泛分布富鈾花崗片麻巖基底，晚期酸性侵入巖較多，具有較高的U、Th、K含量和Th/U比值。同時，南部蝕源區(qū)獅子頭巖體及其外圍發(fā)育多個地表熱液型鈾/釷異常點。中央隆起帶以古元古界片巖為主要出露地層，也具有相對較高的U、Th、K含量。北部蝕源區(qū)以新元古界—古生界海相地層為主，屬貧鈾地層[11-14]。因此，南部和西部蝕源區(qū)、中央隆起帶鈾源條件明顯優(yōu)于北部蝕源區(qū)。

綜合川井坳陷近物源堆積和蝕源區(qū)不同巖性分布范圍判斷，南部、西部和中央隆起帶兩側(cè)的賽漢組砂體，由于近緣基底鈾源條件較好，賽漢組含礦層具有相對較高的初始鈾含量，為砂巖型鈾成礦奠定了基礎(chǔ)，是較有利的找礦部位。

5 結(jié) 論

1)賽漢組巖石成分主要為石英、長石、各種巖屑、云母片等。巖屑成分有石英巖、片巖、千枚巖、巖漿巖、泥質(zhì)巖等，不同地段碎屑物源存在明顯差異。

2)重礦物成分主要以磁鐵礦、石榴石為主，其次為電氣石和鋯石，稀土元素配分曲線和微量元素曲線顯示，下白堊統(tǒng)砂巖與中生代至晚古生代花崗巖和中元古代至古元古代的變質(zhì)巖系具有相似的巖石地球化學(xué)特征。推測賽漢組砂巖碎屑鋯石主要來源于西部蝕源區(qū)的中生代至晚古生代花崗巖體，少量來自中元古代至古元古代的變質(zhì)巖系，為近源沉積。

3)賽漢組碎屑沉積多具近物源、多物源、相變快的特點，巖石類型為低成熟度巖屑砂巖或長石巖屑砂巖，碎屑物主要來自于近源的花崗巖和變質(zhì)巖蝕源區(qū)，中央隆起帶是重要的物源區(qū)。

4)結(jié)合蝕源區(qū)不同巖性分布區(qū)域和分布范圍，認(rèn)為南部、西部和中央隆起帶兩側(cè)的賽漢組砂體，由于近緣基底巖性條件較好，造成賽漢組含礦層具有相對較高的初始鈾含量，為砂巖型鈾成礦奠定了基礎(chǔ)，是較有利的找礦部位。