鄂爾多斯盆地南部彬長地區(qū)直羅組后生蝕變特征研究

馮博，王曉鵬，武正乾，王凱，聶利，劉凱鵬，周偉

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710086）

［關(guān)鍵字］ 直羅組；蝕變特征；鈾礦化；彬長地區(qū)

鄂爾多斯盆地作為我國第二大盆地，發(fā)現(xiàn)了豐富的煤、石油、天然氣及鈾等多種礦產(chǎn)資源，是我國重要的能源生產(chǎn)基地［1-2］。近20 年來，核工業(yè)系統(tǒng)在盆地北部先后發(fā)現(xiàn)東勝、大營、納嶺溝、塔然高勒等大型鈾礦床［3-5］，吳仁貴、焦養(yǎng)泉、張字龍等對盆地北部沉積特征、沉積相分析以及后生蝕變進行了詳細研究［6-9］。相比盆地北部地區(qū)，多數(shù)學者僅對盆地南部直羅組沉積特征、地球化學特征、油氣對鈾成礦的關(guān)系進行了研究［10-14］，但針對直羅組后生蝕變特征的研究相對薄弱。本文在觀察、分析彬長地區(qū)鴨河灣礦產(chǎn)地直羅組砂體特征和鈾礦化特征時，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)含礦層中未發(fā)育典型褐黃色、黃色層間氧化帶，多數(shù)發(fā)育灰綠色、灰白色蝕變帶，鈾礦體受灰綠色蝕變帶的控制，成礦機制無法用典型的層間氧化帶型鈾成礦模式解釋，具有獨特的顏色和巖石地球化學特征。因此，需要進一步開展賦礦砂體蝕變帶類型及其空間分布特征方面的研究，對確定找礦方向、總結(jié)找礦模式具有重要意義。本文應用水成鈾礦理論，通過野外、鉆孔觀察、顯微巖石學研究、掃描電鏡等手段研究蝕變巖石顏色、礦物成分特征，理清該區(qū)存在的蝕變類型種類及組合關(guān)系，進一步探討蝕變帶空間分布特征及其與鈾礦化的關(guān)系，建立鈾礦找礦蝕變標志，有效地指導研究區(qū)鈾礦找礦工作。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地在經(jīng)歷了長期多期次構(gòu)造變動之后，現(xiàn)今盆地構(gòu)造面貌總體上呈現(xiàn)南北走向、東緩西陡的不對稱向斜構(gòu)造。彬長地區(qū)構(gòu)造位置位于渭北隆起西段，侏羅系總體為走向NE50°～70°，傾向NNW 的單斜構(gòu)造，區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育較少，發(fā)育一系列平行于盆地邊緣寬緩而不連續(xù)的褶皺［15-16］（圖1）。研究區(qū)主要發(fā)育一套中生代陸相沉積，自下而上依次為三疊系延長組含礫砂巖、砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，砂巖中含龜背石；中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組和安定組，其中延安組含煤碎屑巖，是彬長地區(qū)次要含礦目的層；直羅組下段發(fā)育為灰綠色、灰色砂巖和砂礫巖，是研究區(qū)主要含礦目的層；上段發(fā)育為紫紅色、灰綠色泥巖和砂巖，直羅組厚度40～215 m；安定組巖性主要為灰綠色泥質(zhì)砂巖、紫紅色細砂巖、泥巖夾白色鈣質(zhì)細砂巖（表1）。

表1 鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)中生代地層表Table 1 Mesozoic strata in Ordos basin and adjacent areas

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元劃分示意圖（據(jù)長慶油田，1992）Fig.1 Schematic diagram of structure division of Ordos basin（according to Changqing Oilfield，1992）

2 直羅組沉積特征

2.1 直羅組巖性特征

直羅組在盆地內(nèi)普遍分布，與下伏延安組為平行不整合接觸，與上覆安定組為整合接觸。直羅組整體上表現(xiàn)出西部厚、東部薄，西粗、東細的特點。直羅組在盆地南部可分為上、下兩段：下段巖性整體較粗，累計砂體厚度大，泥質(zhì)含量較少，上段泥質(zhì)含量增多，砂體厚度變?。▓D2）。直羅組下段下部發(fā)育灰色、灰綠色、淺灰綠色塊狀中粗粒砂巖，稱“七里鎮(zhèn)砂巖”［13］，區(qū)域上分布較為穩(wěn)定，底部常含礫石，有時夾灰色礫狀砂巖或礫巖透鏡體；下段上部發(fā)育紫紅色粗砂巖、礫巖，與雜色泥巖、粉砂巖互層；直羅組上段的下部發(fā)育淺紫紅色塊狀中-粗砂巖、砂礫巖，上部發(fā)育紫紅色、褐色夾灰綠色雜色泥巖、粉砂巖與細砂巖互層。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育三疊系隱伏隆起，在隆起區(qū)周邊不發(fā)育直羅組上段地層，隆起區(qū)內(nèi)缺失直羅組。

圖2 彬長地區(qū)直羅組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of Zhiluo formation in Binchang area

2.2 直羅組砂體特征及沉積體系

彬長地區(qū)直羅組下段發(fā)育厚層砂體，巖性主要為灰色、淺灰綠色中-粗砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖，中-厚層狀，SE—NW 向發(fā)育，在鴨河灣一帶向NE 向發(fā)育分支，主砂體寬4.2～15.6 km，呈現(xiàn)南東寬、北西窄的特點。砂體厚度1.8～56.4 m，平均厚度18.1 m，含砂率30.19～91.14%，平均含砂率65.01%，砂體均一性好，分布較穩(wěn)定，連通性好（圖3）。砂巖以長石石英砂巖、長石砂巖為主，分選性差，次棱角狀-棱角狀磨圓，成熟度低，具有半韻律特征，見沖刷面，發(fā)育槽狀交錯層理，砂體中含少量炭屑、有機質(zhì)和黃鐵礦等還原介質(zhì)，還原能力較強。從巖心、野外露頭巖性觀察結(jié)合沉積構(gòu)造，認為彬長地區(qū)直羅組下段骨架砂體為辮狀河河道亞相沉積，其砂體疊加厚度較大地區(qū)為河道主要流經(jīng)區(qū)，砂巖較厚帶的分布及變化反映了沉積物源方向和沉積體系展布特征［17］（圖4）。彬長地區(qū)直羅組下段辮狀河河道總體呈北北西向展布，在彬縣-新民一帶、長武-巨家一帶、北極-永樂-羅川一帶發(fā)育泛濫平原亞相沉積，以泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。其下伏延安組湖沼相、上覆直羅組上段曲流河相沉積作為隔水層，與直羅組下段骨架砂體構(gòu)成穩(wěn)定的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，是鈾成礦有利的儲層條件。

圖3 研究區(qū)直羅組下段砂體厚度分布圖Fig.3 Sand body thickness distribution map of lower Zhiluo formation in study area

圖4 研究區(qū)直羅組下段沉積相圖（據(jù)王凱，2023）Fig.4 Sedimentary facies map of lower member of Zhiluo Formation in study area（according to Wang Kai，2023）

研究區(qū)直羅組上段以曲流河相沉積為主，由河道沉積砂巖與河漫灘泥巖、粉砂巖構(gòu)成多個二元結(jié)構(gòu)，其砂體較薄，厚度0.8～12.6 m，平均厚度7.7 m，曲流河河道繼承了早期辮狀河河道，呈SE—NW 向發(fā)育，砂體中見有較好的鈾礦化。

3 直羅組蝕變特征

3.1 蝕變類型

晚侏羅世以來，盆地發(fā)生多期抬升掀斜，使盆地西南緣直羅組抬升遭受剝蝕、地下水淋濾改造，同時，隨著古氣候持續(xù)干旱炎熱，形成廣泛發(fā)育的古層間氧化帶和古潛水氧化帶，后期油氣滲出作用形成了后生還原蝕變［18-19］。通過對地表露頭和鉆孔巖性觀測，直羅組蝕變類型主要有早期氧化蝕變和晚期還原蝕變兩種類型。

早期氧化蝕變主要發(fā)育于直羅組上段及下段上部細砂巖、泥巖中，由紫紅色、紅褐色砂巖、泥巖、粉砂巖組成，厚度一般為10～45 m。直羅組下段上部與上段相似，發(fā)育紫紅色氧化砂巖，夾灰綠色砂體條帶、透鏡體，向下灰綠色逐漸增大，直到直羅組下段中部發(fā)育淺灰綠色褪色蝕變砂體（圖5）。

氧化砂體以長石石英砂巖、巖屑長石砂巖、長石砂巖為主，碎屑物成分主要為石英65%～80%、長石7%～15%、巖屑5%～15%、褐鐵礦2%、黑云母<1%，未見炭屑，填隙物主要為微粒高嶺土、伊利石，局部見少量方解石礦物。

直羅組上段所夾的灰綠色、灰白色砂體、下段發(fā)育的淺灰綠色砂體為紫紅色砂巖發(fā)生還原褪色蝕變形成，砂體中發(fā)育弱高嶺土化，不含炭屑、炭質(zhì)紋層及有機質(zhì)等還原介質(zhì)，常見原生紫紅色殘斑（圖6a），同時，與砂體接觸的棕紅色、紫紅色泥巖發(fā)生褪色蝕變，形成灰綠色褪色蝕變邊。褪色蝕變砂巖碎屑成分與氧化砂體相近，不同之處是褪色蝕變砂巖中暗色礦物主要為黃鐵礦，局部見黑云母蝕變?yōu)榫G泥石，見有殘留褐鐵礦顆粒（圖6b），未見炭屑。鉆孔中顯示，褪色蝕變由上至下逐漸加強，還原褪色作用主要分布在滲透性較好的砂體中。

直羅組主要褪色蝕變?yōu)榛揖G色，砂體呈現(xiàn)灰綠色原因在于含較多綠泥石，綠泥石多為黑云母還原形成，部分棕褐色黑云母礦物邊緣褪色蝕變?yōu)榫G泥石（圖6c），且綠泥石中殘留有早期褐鐵礦粉末（圖6d），因此，直羅組灰綠色砂巖是早期氧化巖石經(jīng)后期還原蝕變形成。直羅組底部灰色含鈾砂巖中常含大量炭屑物及黃鐵礦等還原介質(zhì)（圖6e、f），未見氧化現(xiàn)象，為原生灰色砂體。

3.2 蝕變砂體空間展布特征

彬長地區(qū)直羅組蝕變垂向上分帶明顯，上段以氧化砂體為主，下段自上而下依次為紫紅色氧化砂巖夾少量灰綠色、灰白色砂巖，灰綠色砂體及灰色砂體，鈾礦化主要產(chǎn)于底部“灰綠色-灰色”接觸部位，礦化呈層狀、透鏡狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致。

平面上氧化蝕變發(fā)育于彬州-鴨河灣-長武一帶，原生灰色砂體分布于正寧-寧縣一帶及氧化帶內(nèi)的原生殘留部位，灰綠色蝕變分布于氧化蝕變與原生砂體之間，即氧化—過渡帶內(nèi)（圖7）。

圖7 彬長地區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組下段地球化學圖Fig.7 Geochemical map of the Middle Jurassic Zhiluo Formation in Binchang area

4 蝕變與鈾成礦的關(guān)系

4.1 鈾礦化特征

鄂爾多斯盆地南部直羅組鈾礦化主要分布在彬長-店頭地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了店頭鈾礦床、鴨河灣礦產(chǎn)地，以及多個鈾礦點，如炭店礦化點、焦坪礦化點等，鈾礦化均產(chǎn)于直羅組下段氧化—還原過渡帶內(nèi)，垂向上產(chǎn)于氧化蝕變之下，灰綠色褪色蝕變與原生灰色砂體過渡部位。

彬長地區(qū)直羅組下段共發(fā)現(xiàn)7 個鈾工業(yè)礦孔及大批礦化孔，礦化埋深198.8～796.2 m，含礦砂巖厚度0.1～5.8 m，該地區(qū)鈾礦化主要發(fā)育在氧化帶內(nèi)的灰色殘留體周邊的氧化—還原過渡帶內(nèi)（圖7），鈾礦化產(chǎn)于灰綠色、灰色砂巖接觸部位，賦礦巖石為淺灰綠色、灰綠色、灰色細砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖，含大量炭屑（圖6g）和黃鐵礦。鈾礦物主要為鈾石，多呈微粒狀集合體，微粒大小為0.02～0.05 mm，鈾石常分布于炭屑中，且與黃鐵礦伴（共）生（圖6h）或充填在高嶺石礦物顆粒間（圖6i）。

4.2 后生蝕變作用與鈾成礦關(guān)系

彬長地區(qū)直羅組下段下部沉積期氣候溫暖潮濕，發(fā)育富含還原介質(zhì)的原生灰色砂體，下段上部及上段沉積期為半干旱—干旱氣候，發(fā)育紫紅色砂體。晚侏羅世和早白堊世末—古近系時期，區(qū)內(nèi)發(fā)生抬升、剝蝕，來自蝕源區(qū)的富鈾含氧流體滲入目的層發(fā)生潛水氧化作用、層間氧化作用，致使鈾沉淀富集［20-21］；古近紀以來，來自深部的油氣多期次、長期性地沿斷裂、角度不整合、下切谷等滲入到直羅組，增強了氧化砂體的還原能力。隨著油氣等還原性流體的持續(xù)滲入，抑制了氧化作用的發(fā)展，層間氧化帶前鋒線遇到向淺部運移的油氣，發(fā)生二次還原作用，使紫紅色古氧化帶褪色蝕變?yōu)榛揖G色、淺灰綠色，發(fā)育范圍較大的氧化—還原過渡帶，在過渡帶形成的酸性流體溶液促使砂巖中的U6+還原為U4+，與SiO2發(fā)生反應形成鈾礦物，對前期形成的鈾礦進行疊加改造；另一方面使早期階段形成的瀝青鈾礦轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫴?，對鈾礦具有保護作用［22］。

垂向上，鈾礦化產(chǎn)于直羅組下段灰綠色褪色蝕變與下部原生灰色砂體的過渡部位，與砂體中炭屑、黃鐵礦密切相關(guān)；平面上，鈾礦化受古層間氧化帶前鋒線控制，發(fā)育在氧化—還原過渡帶內(nèi)。根據(jù)后生蝕變與鈾成礦的關(guān)系，認為氧化—還原過渡帶為彬長地區(qū)鈾成礦有利區(qū)，直羅組下段灰綠色褪色蝕變砂體與原生灰色砂體接觸部位可作為研究區(qū)重點找礦層位。

5 結(jié)論

1）彬長地區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組蝕變包括早期氧化蝕變、后期還原褪色蝕變兩種類型。

2）直羅組蝕變類型垂向上分帶明顯，上段及下段上部為氧化蝕變砂體，向下褪色蝕變逐漸增強，下段下部發(fā)育灰綠色褪色蝕變。

3）直羅組鈾礦化與蝕變存在明顯關(guān)系，垂向上，鈾礦化受灰綠色褪色蝕變砂體與原生灰色砂體的過渡部位控制，與炭屑、黃鐵礦等還原介質(zhì)相關(guān)；平面上，鈾礦化產(chǎn)于氧化—還原過渡帶內(nèi)。