松遼盆地東南部泉頭組鈾成礦條件與找礦方向探討

鄧福理，宋海瑞，周榮輝，劉銳，丁園

（核工業(yè)二四三大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

松遼盆地是在晚華力西期褶皺帶中間地塊基礎上發(fā)育起來，具有多沉積旋回的中、新生代斷-坳盆地，是我國北方重要的砂巖型鈾礦產(chǎn)地［1］。自20 世紀90 年代以來通過大規(guī)?？傻亟皫r型鈾礦區(qū)域評價找礦工作［2］，在盆地的南部的寶龍山、DL 等地段的姚家組砂體中發(fā)現(xiàn)了前景十分可觀的砂巖型鈾礦床［3-5］。近些年來，隨著工作量的加大投入以及成礦理論的日趨完善，根據(jù)最新“新地區(qū)、新類型、新層位”的找礦思路，在盆地東南部的泉頭組中發(fā)現(xiàn)有較好的有利成礦構造條件以及灰色砂體和鈾礦化現(xiàn)象［6］，顯示該地段具有較好的找礦前景。本文從成礦鈾源、構造條件、沉積相、含砂率、氧化帶以及水文地質等方面對泉頭組進行綜合分析和找礦方向的探討。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)主要位于松遼盆地東南緣，隸屬東南隆起區(qū)，區(qū)內(nèi)斷裂及其派生斷裂較為發(fā)育。盆地基底構成較為簡單，主要為海西期、燕山期花崗巖以及古生代變質巖，且多在盆地東緣呈不規(guī)則出露。蓋層分為斷陷沉積和坳陷沉積兩種類型，其中斷陷沉積主要位于盆地內(nèi)各個斷陷盆地之中，地層以上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)為主；坳陷沉積地層主要為泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組以及泰康組，且在研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)都被第四系所覆蓋（圖1）。

圖1 研究區(qū)前第四紀地質圖Fig.1 Geology map of the Pre-Quaternary period in the study area

根據(jù)松遼盆地地質、航放、航磁等資料［7］，區(qū)內(nèi)基底斷裂十分發(fā)育，主要為北東、北北東、北西向［8］。斷裂的發(fā)育為深部還原流體滲出和目的層砂體還原改造提供了有利的構造條件，同時也為地下水的補給排泄、鈾的運移、鈾的富集沉淀提供了有利條件。

2 鈾礦化特征

根據(jù)以往資料的綜合整理研究，以及依托項目所施工的鉆孔查證，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)典型的鈾礦化異常產(chǎn)于上白堊統(tǒng)泉頭組一段及三段的辮狀河相及扇上辮狀河微相砂體中，并在研究區(qū)的JBT凹陷、YDCZ 背斜帶及三臺子凹陷均見有不同程度的鈾元素富集現(xiàn)象。其中研究程度較高、具有代表性的為JBT 凹陷，鈾礦化賦存于泉頭組一段和三段（圖2），鈾礦化明顯受砂體、氧化-還原帶控制，含礦砂體呈明顯的上下氧化中間還原，并且于灰色砂體中鈾元素在原生預富集的同時又受到后期油氣、煤層氣等再次還原疊加富集，從而為鈾元素的成礦提供了有利條件；賦礦砂體主要為灰色中、細砂巖、灰綠色含泥細砂巖及泥質細砂巖［7］，并且后生蝕變作用中表現(xiàn)為強褪色化作用，高嶺土化強弱不等，可見殘留褐鐵礦化，局部赤鐵礦化強烈。

圖2 研究區(qū)A-A'剖面圖Fig.2 Section A-A'in the study area

3 成礦條件分析

結合基礎研究和鉆探驗證成果，筆者認為有利的構造環(huán)境、豐富的含鈾物源、有利的地下水補-徑-排條件、砂體及其氧化還原環(huán)境均對本區(qū)砂巖型鈾成礦有著密切的關系。區(qū)內(nèi)構造的隆起和地層傾斜，不僅使得深部地層抬升至較為合適的深度，還形成了非常有利地下水補-徑-排條件、辮狀河道相砂體中的上下氧帶化以及中部還原的成礦環(huán)境。

3.1 鈾源

研究區(qū)的東部蝕源區(qū)為中等剝蝕切割的花崗巖低山地貌區(qū)；南部蝕源區(qū)為侵蝕夷平化的低矮丘陵區(qū)，發(fā)育有火山巖、花崗巖和變質巖。

東部蝕源區(qū)，即張廣才嶺中南段，巖石由火成巖和古生代地層組成?；◢弾r形成于海西期、燕山期。區(qū)域資料顯示［9］，海西晚期花崗巖體呈較大的巖基和巖株狀產(chǎn)出，巖體規(guī)模巨大，分異性良好，相帶明顯，同化混染作用較強。據(jù)1∶100萬航空伽馬資料［10］，航空伽馬偏高場、伽馬高場分布主要受海西晚期白崗質花崗巖控制，其次與黑云母花崗巖有關?；瘜W分析顯示，東部蝕源區(qū)的海西期花崗巖的鈾含量為（2.36～5.5）×10-6，平均為3.83×10-6。燕山期花崗巖的鈾含量為（1.78～8.94）×10-6，平均為5.2×10-6［9］。同時，海西期造山運動以后，張廣才嶺海西期花崗巖體長期暴露于地表，接受風化剝蝕，巖石中的鈾在干旱、炎熱的氣候條件下很容易發(fā)生浸出遷移，為砂巖鈾礦的形成提供了有利的鈾源補給。

南部蝕源區(qū)巖石主要為燕山期、海西期花崗巖、酸性火山巖和變質巖。南部蝕源區(qū)巖石鈾含量數(shù)據(jù)很少，大多只能從盆地基底同類巖石中獲得。前震旦系變質巖中混合花崗巖的鈾含量為3.9×10-6，片麻巖、片巖、變粒巖的鈾含量為4.4×10-6；志留系-奧陶系變質巖鈾含量為（3.3～4.1）×10-6；二疊系板巖、砂巖鈾含量為5.4×10-6；海西期花崗巖鈾含量為（5.4～9.5）×10-6；燕山期花崗巖鈾含量為5.7×10-6、火山巖（英安巖）鈾含量為（1.69～2.19）×10-6［9］。蝕源區(qū)盆地基底地層及巖體的高鈾含量以及后期抬升作用，也為后期砂巖鈾礦的聚集給予了極為豐富的鈾源補給。

3.2 構造

早白堊世，盆地內(nèi)部地殼頻繁的發(fā)生伸展斷陷作用，形成了一系列以近東西、北東、北西及近南北向為主的基底斷裂構造，該時期松遼盆地形成多個斷陷及沉積坳陷［11］，后期的伸展沉降作用在斷陷內(nèi)沉積了含油含煤建造。嫩江期末，先期形成的構造發(fā)生反轉，由拉張轉化為擠壓，導致盆地內(nèi)發(fā)生大面積抬升并遭受剝蝕，使得盆地中形成了一系列北北東向次級褶皺、隆起，擠壓作用結束于明水期。該期的次級褶皺、隆起使目的層泉頭組上覆層位嫩江組等剝蝕而形成許多構造天窗，為局部地下水的補-徑-排和氧化帶發(fā)育等均創(chuàng)造了有利條件及空間（圖3）［12-13］。與此同時，區(qū)內(nèi)的深部斷裂帶既是形成層間氧化帶型鈾礦層間水的局部排泄帶，又是深部油氣、煤層氣等上升的通道。

3.3 沉積相及砂體發(fā)育

任虹［14］利用物源分析來確定沉積物的物源位置、性質以及沉積物的搬運途徑，恢復古河流體系。研究區(qū)內(nèi)泉頭組一段及三段，沉積體系較完備，由盆緣向盆內(nèi)呈現(xiàn)出沖積扇—河流—三角洲—湖相等一套較完整的沉積相帶，其沉積中心位于中央坳陷區(qū)（圖4、5）。

圖4 研究區(qū)泉頭組一期沉積相圖Fig.4 Sedimentary facies map of the first stage of the Quentou Formation in the study area

在整個泉頭組砂體的空間展布中，砂體主要發(fā)育于泉頭組一段和三段，并且砂體主要沿著梨樹—桑樹臺、長春—德惠和榆樹—扶余方向展布，構成三大水系發(fā)育區(qū)，并自東南部盆地邊緣向中央凹陷區(qū)方向有砂體厚度整體減小，含砂率整體變小的趨勢。在盆地邊緣泉頭組以泥石流沉積為主，巖性為泥質砂礫巖，泥、砂、礫混雜堆積，砂體不發(fā)育。向盆內(nèi)延伸方向泉頭組見沖積扇、辮狀河及曲流河相沉積，砂體主要產(chǎn)于扇中、扇端亞相、辮狀河相及曲流河相，多分布在KP、JBT、YDCZ 等地區(qū)，其中盆地南緣KP—JBT 一線含砂率最高可大于80%，為有利的成礦砂體（圖6、7）。

圖6 研究區(qū)泉頭組砂體厚度等值線圖Fig.6 Contour map of sand body thickness of Quantou Formation in the study area

圖7 研究區(qū)泉頭組含砂率等值線圖Fig.7 Contour map of sand content of Quantou Formation in the study area

通過在研究區(qū)以往的鉆探揭露成果表明，該區(qū)泉頭組受盆地基底大幅度抬升的影響，泉頭組上部及其上覆地層均被剝蝕殆盡，保留有泉頭組一、二段，局部保留有泉頭組三段和四段，地層厚度一般小于600 m，但在局部次級凹陷區(qū)較厚，超過650 m。該組巖性主要為紫紅色礫巖、砂礫巖、砂巖，泥巖厚度不大；鉆孔均見1～6 層較大厚度砂體，砂體厚度為10.60～86.70 m，砂體埋深7.55～400.20 m，巖性為灰色、灰綠色、紫紅色砂巖、砂礫巖（圖8、9）。

圖8 泉頭組辮狀河相砂體及炭化植物碎屑物Fig.8 Braided river facies sand bodies and carbonized plant debris in Quantou Formation

圖9 研究區(qū)ZKQ20-5 綜合柱狀圖Fig.9 Comprehensive column of ZKQ20-5 in the study area

3.4 地下水補-徑-排

上白堊統(tǒng)泉頭組孔隙裂隙承壓水主要賦存于泉頭組一段及泉頭組三段承壓含水層中。受地層結構影響，泉頭組一段含水層僅在盆地蝕源區(qū)存在少量出露點，接受基巖裂隙水側向徑流補給向盆地內(nèi)部徑流，轉入承壓水。在盆地內(nèi)部，泉頭組一段承壓水處于封存階段，水循環(huán)緩慢，而且砂巖型鈾礦通常形成于中層水交替緩慢帶［15］，同時在深大斷裂發(fā)育地帶泄壓排泄，這樣的地下水條件對于成礦條件是有利的。泉頭組三段含水層在盆緣出露或伏于第四系含水層之下（圖10），接受大氣降水、地表水、第四系潛水垂直入滲補給及基巖裂隙水側向徑流補給，沿滲透性砂體向平盆地內(nèi)部徑流，遇導水斷裂后泄壓排泄。

圖10 研究區(qū)ZKS0-0～ZKY2-3 水文地質剖面圖Fig.10 The hydrogeological section of ZKS0-0～ZKY2-3 in the study area

泉頭組三段地下水徑流受地形地貌及地層巖性、產(chǎn)狀控制，整體由盆緣流向盆地內(nèi)部，水力坡度亦由陡變緩，一般為1/200～1/1 000，地下水徑流強度呈現(xiàn)由強變緩，徑流速度由快到慢。根據(jù)地下水不同深度的H-3 同位素資料［11］，100 m以上為地下水強循環(huán)交替帶，100～230 m 是現(xiàn)代地下水活動的弱循環(huán)帶，230 m 以下多為封存水（古水），水交替極為緩慢。在YDCZ 背斜帶附近，由構造天窗補給的地下水順層向東西兩側徑流，隨著地層變深，徑流速度逐漸變緩。單斜地帶滲透系數(shù)一般為0.016～2.825 m/d，YDCZ 背斜一帶含水層滲透系數(shù)多為0.074～0.934 m/d，這樣的地下水排泄對于鈾元素的遷移和富集是有利的。

3.5 地球化學環(huán)境

晚白堊世早期泉頭組為干旱炎熱的氣候條件，沉積了一套河流相碎屑巖建造，以紫色、紫紅色和棕紅色泥巖為特征。鉆孔資料綜合研究顯示，泉頭組發(fā)育后生氧化和后生還原現(xiàn)象。泉頭組原生砂巖主要為雜色、紫紅色，局部有薄層狀含碳質灰色、灰綠色原生沉積。油氣、煤層氣有機流體還原褪色化強烈，常見斑狀褐色油浸砂巖，或沿泥巖裂隙浸染。褪色化作用使大部分雜色、磚紅色砂巖蝕變?yōu)榛疑⒒揖G色，砂巖中可見雜色、紫紅色殘留（圖11）。

圖11 灰色砂巖中的紫紅色殘留體Fig.11 The fuchsia residues in grey sandstone

原生灰色砂體在JBT 凹陷、XS 構造天窗及盆地東緣均有分布，但規(guī)模較大含炭屑的灰色砂體主要分布于JBT 凹陷。在鉆孔巖心及地表露頭常見到泉頭組紫紅色泥巖中存在著灰色砂巖的團塊，且砂巖周圍的泥巖呈灰綠色暈圈；灰色砂巖中殘留紫紅色砂巖，并伴有黑色瀝青質的浸染，說明其存在后生還原作用。

通過鉆孔揭露在JBT—GYS 一帶發(fā)現(xiàn)氧化砂體，褐黃色褐鐵礦化發(fā)育，并見植物莖稈被氧化的殘留物（圖12）。

圖12 泉頭組中褐鐵礦化及炭屑殘留物Fig.12 The ferritization and charbid residues in the Quantou Formation

3.6 地下水放射性情況

據(jù)以往相關資料顯示［11］，研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多處水中鈾異常區(qū)以及氡異常區(qū)，這說明在研究區(qū)內(nèi)蓋層之下的地下水中有較好的鈾異常。這些地下水鈾異常區(qū)主要發(fā)育于現(xiàn)已知礦化點、異常點處及其周圍或者是在地下水下游地段，對后期尋找鈾礦化異常具有明顯的指示作用。

4 成礦遠景預測

依據(jù)目的層的地層結構、沉積相、砂體發(fā)育、地球化學環(huán)境以及放射性水異常暈等指示深部鈾礦化信息，將具有較好的鈾成礦潛力的地區(qū)可劃分為成礦遠景區(qū)。此次本文綜合研究區(qū)泉頭組的鈾成礦地質條件，預測了兩片成礦遠景預測區(qū)，其中Ⅱ級遠景區(qū)1 片、Ⅲ級遠景區(qū)1 片，分別是JBT-GYS Ⅱ級鈾成礦遠景區(qū)和YDCZ Ⅲ級鈾成礦遠景區(qū)。

4.1 JBT-GYS Ⅱ級鈾成礦遠景區(qū)

該遠景區(qū)位于研究區(qū)的西南部地段，具有以下有利條件：1）距離盆地邊緣近，離蝕源區(qū)較近，鈾源豐富；2）發(fā)育辮狀河相砂體，主河道為近南北向，有多條次河道匯入，在交匯部位為成礦有利地段；3）含礦建造為紅色或雜色碎屑巖建造，巖性主要為灰色中細砂巖、灰綠色泥細砂巖及泥質細砂巖；4）深部斷裂（康平-雙遼斷裂）從本區(qū)東緣穿過，為深部還原性氣體的上升以及地下水的排泄提供極為有利的構造條件；5）目前已在該地段發(fā)現(xiàn)鈾工業(yè)孔、鈾礦化孔多個。

4.2 YDCZ Ⅲ級鈾成礦遠景區(qū)

該遠景區(qū)位于研究區(qū)中部，具有以下有利條件：1）距離盆地邊緣近，離蝕源區(qū)較近，鈾源豐富；2）發(fā)育辮狀河相灰色砂體，砂體厚度適中；3）含礦建造為碎屑巖建造，巖性主要為灰色、灰綠色含礫砂巖、中粗砂巖，局部為含火山巖礫及泥礫；4）在主河道砂體中已發(fā)現(xiàn)有鈾礦化異常，目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦化孔及異?？?，礦化明顯受巖性巖相、層間氧化帶、還原劑等因素控制。

5 結論

筆者對研究區(qū)泉頭組的鉆孔數(shù)據(jù)進行分析與整理，充分分析了鈾成礦條件，獲得如下認識：

1）研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近東西、北東、北西及近南北向等四組基底斷裂及諸多構造天窗，該構造格局為后生還原改造以及地下水的補、徑、排水動力系統(tǒng)提供了便利條件；

2）在研究區(qū)的南部JBT-GYS 地段以及中部的YDCZ 地段，泉頭組一段和泉頭組三段均發(fā)育有多段厚度適中的辮狀河相灰色砂體，并且在灰色砂體中見有較好的鈾礦化顯示；預測出JBT-GYSⅡ級鈾成礦遠景區(qū)和YDCZ Ⅲ級鈾成礦遠景區(qū)。