鄂爾多斯盆地北部下白堊統(tǒng)環(huán)河組沉積特征分析

［摘要］為了拓展鄂爾多斯盆地北部下白堊統(tǒng)環(huán)河組的鈾礦找礦空間，在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)綜合研究，系統(tǒng)分析了鄂爾多斯盆地北部下白堊統(tǒng)環(huán)河組的古氣候、沉積相標(biāo)志、古流向與物源方向以及沉積相等沉積特征，認為該時期氣候相對潮濕，主要以辮狀河—辮狀河三角洲相沉積為主，局部地段發(fā)育沖積扇、扇三角洲和湖相沉積。

［關(guān)鍵詞］沉積特征；環(huán)河組；下白堊統(tǒng)；鄂爾多斯盆地北部

鄂爾多斯盆地是我國北方主要的能源盆地，賦存了石油、天然氣、煤、鈾等多種能源，一直是地勘工作者和學(xué)者的研究熱點地區(qū)。2000年以來，核工業(yè)二〇八大隊（以下簡稱大隊）一直在鄂爾多斯盆地北部開展鈾礦勘查工作，并在侏羅紀(jì)直羅組先后發(fā)現(xiàn)和落實了皂火壕、納嶺溝、大營等特大型、大型砂巖鈾礦床[1]。2019年大隊又在下白堊統(tǒng)環(huán)河組取得了找礦突破，為了拓展鈾礦找礦空間，大隊在鄂爾多斯盆地北部下白堊統(tǒng)環(huán)河組開展了較系統(tǒng)的研究工作，對環(huán)河組的砂體特征、沉積特征及后生蝕變特征進行了研究和總結(jié)。本文基于最新研究成果，將研究區(qū)環(huán)河組的沉積特征進行了系統(tǒng)分析，為進一步開展勘查工作提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北陸塊的西部，大地構(gòu)造單元屬華北陸塊的鄂爾多斯陸塊，主要包括伊盟隆起、陜北（伊陜）斜坡和天環(huán)向斜3個三級構(gòu)造單元。盆地主體是由陜北斜坡和天環(huán)向斜組成的軸向近南北的不對稱大型向斜構(gòu)造，向斜東翼平緩的西傾單斜構(gòu)造及伊盟隆起北東—南西向的平緩斜坡對水成鈾礦的形成較為有利；盆內(nèi)基底斷裂較發(fā)育，部分基底斷裂在蓋層沉積時重新活化，形成蓋層斷裂，這些斷裂既可以成為鈾成礦的排泄區(qū)又可以導(dǎo)通深部油氣等還原流體，為鈾成礦提供還原劑。

鄂爾多斯盆地基底由太古界、古元古界、中元古界和古生界的寒武系、奧陶系、上石炭統(tǒng)、二疊系組成；蓋層主要發(fā)育三疊系、侏羅系、下白堊統(tǒng)、古近系、新近系及第四系。其中下白堊統(tǒng)在研究區(qū)內(nèi)的出露面積最大，自下而上劃分為洛河組、環(huán)河組、羅漢洞組、涇川組、東勝組[2]（圖1），其中環(huán)河組是區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)主要含礦目的層。

環(huán)河組是一套雜色陸相碎屑巖序列，巖性主要為棕紅、褐紅、紫紅、灰綠、綠、褐灰、灰色（含礫）中粗、細砂巖夾薄層泥巖[3]，局部地段見礫巖、含礫砂巖及動物化石和植物化石。厚30～650 m，與下伏洛河組呈整合接觸。其在鄂爾多斯盆地北部分布廣泛，但僅在鄂托克旗、鄂托克前旗、杭錦旗的東南部有地表露頭，其余均為鉆孔資料。

2 下白堊統(tǒng)環(huán)河組沉積特征

2.1 古氣候特征

研究區(qū)早白堊世處于干旱古氣候環(huán)境，但環(huán)河組露頭和鉆孔中可見少量炭化植物碎屑及大量的動植物化石（圖2）：雙殼類、腹足類、介形類、魚類和爬行類化石以及石松科、卷柏孢、錐葉蕨孢、蘇鐵粉、銀杏粉、蘇鐵杉粉、云杉粉、冷杉粉和麻黃粉等孢粉化石[4]。這些化石是相對潮濕氣候下的產(chǎn)物，說明研究區(qū)早白堊世環(huán)河期處于半干旱―濕潤為主的古氣候條件。

2.2 主要相標(biāo)志

沉積相是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)，即一個沉積環(huán)境中所有的原生沉積特征的總和，包括巖石、古生物和巖石地球化學(xué)等特征。因此識別沉積相就要從最能反映沉積相的一些標(biāo)志入手，主要包括：巖性特征、巖石結(jié)構(gòu)、生物化石及沉積構(gòu)造標(biāo)志等。研究區(qū)內(nèi)不同地段礫巖含量、砂巖粒級及顏色、磨圓度、分選性、砂泥比、生物化石及沉積構(gòu)造不同（表1），反映了不同沉積相類型的巖性特征、巖石結(jié)構(gòu)、生物化石及沉積構(gòu)造標(biāo)志，可作為不同沉積相類型的識別標(biāo)志。

2.3 古流向與物源方向

通過野外實測及收集前人[5]測量的礫石等定向構(gòu)造和交錯層理，基本確定了研究區(qū)內(nèi)環(huán)河期河流的古流向和物源方向（圖3）。

盆地西緣桌子山一帶古流向為110°～150°，物源方向為北西到南東，蝕源區(qū)為前震旦紀(jì)片麻巖和古生代沉積巖，沉積物以富含黑云母、角閃石和碳酸鹽巖屑為特征，含石榴子石等重礦物。

盆地北部新召一帶古流向為180°～210°，物源方向為自北向南，蝕源區(qū)為古生代千枚巖、板巖、石英巖和中酸性巖漿巖，巖石中富含黑云母、角閃石和火成巖巖屑等，含磁鐵礦、榍石、鋯石和綠簾石等重礦物。

盆地東緣東勝地區(qū)古流向為225°～245°，物源方向為自北東向南西，蝕源區(qū)為古生代、中生代碎屑巖、碳酸鹽巖和前震旦紀(jì)片麻巖、石英巖以及花崗巖， 沉積物中長石主要為正長石，含磁鐵礦、石榴子石和少量磷灰石等重礦物。

以上特征表明研究區(qū)東北、北、西北部的古水流最終都流入近南北向展布的古河谷（百眼井—鄂托克旗—鄂托克前旗）內(nèi)。此外，因為呂梁山的隆起，盆地東側(cè)中生代早期沉積的侏羅系可能被抬升而成為蝕源區(qū)，為盆地提供物源。

3 下白堊統(tǒng)環(huán)河組沉積相類型與特征

綜合分析認為，早白堊世鄂爾多斯盆地北部主要發(fā)育沖積扇相、辮狀河相、辮狀三角洲相、扇三角洲相和湖相沉積。

3.1 沖積扇

研究區(qū)內(nèi)的沖積扇主要在盆地邊緣（西南部、西北部及北東部）呈扇形展布，主要包括泥石流和辮狀河道沉積。泥石流沉積分選、磨圓差，砂、礫、泥混雜堆積，層理不發(fā)育。辮狀河道沉積礫石有一定磨圓，定向排列，沉積物多呈褐、紅褐及紫紅色，填隙物為次棱角狀不等粒砂質(zhì)、泥質(zhì)或鈣質(zhì)膠結(jié)，發(fā)育大型板狀、楔狀交錯層理。

北西緣的物源主要是來自盆地西緣的桌子山基底地層，以灰?guī)r、泥灰?guī)r、石英砂巖和白云巖礫石為主；北東緣物源主要來自盆地東北緣大青山和北東緣的巖體及基底地層，巖性多以泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖、砂巖為主。

3.2 辮狀河

辮狀河沉積主要發(fā)育在研究區(qū)北部，包括辮狀河河道（河道充填）和河道間泛濫平原沉積。

辮狀河河道沉積的巖石粒度粗，巖石類型以碎屑巖為主，由棕紅、紫紅、灰綠、綠色礫巖、含礫砂巖及中粗砂巖等多個正粒序旋回組成；礫巖多為復(fù)成分的，鉆孔及野外露頭中可見片麻狀花崗巖、片麻巖、花崗巖及少量火山巖，礫徑0.2～5 cm（圖4）；砂巖分選差至中等，次棱角狀，以長石砂巖、巖屑砂巖為主，含少量云母；粘土礦物以高嶺石較多，伊利石較少，露頭中見鐵化木。沉積層理發(fā)育，類型較多，以大型板狀及槽狀交錯層理（圖5）為主，細層傾斜方向指向砂體延伸方向，傾角為16～25°（野外露頭實測）；在剖面上，大型板狀、槽狀交錯層理發(fā)育在下部，小型者發(fā)育在上部，波狀層理發(fā)育在剖面頂部；底部發(fā)育沖刷面，含礫石、泥礫等滯留沉積，具有明顯的正韻律。

河道砂體規(guī)模大，具有極大的寬厚比，厚度大于300 m，含砂率大于80%，在平面上呈彎曲的長條狀、帶狀、樹枝狀等，在垂向剖面上表現(xiàn)為扁豆?fàn)疃嗪拥蜡B置特征，形成泛聯(lián)通砂體。測井曲線多呈幾個箱型或鐘型旋回組成，具有向上幅度變小的趨勢。

泛濫平原沉積分布于河道兩側(cè)地勢低平的地帶，只有在洪水期才有沉積物在這里沉積，沉積物以砂、粉砂、粉砂質(zhì)泥巖為主，粉砂巖、泥巖厚度大于60 m，含泥率大于30%，富含鈣質(zhì)結(jié)核。發(fā)育小型交錯、沙紋狀、波狀及水平層理，并見不對稱波痕，偶夾薄層細砂或砂巖透鏡體，顆粒細，分選較差，有機質(zhì)含量高，含植物化石，具生物擾動構(gòu)造。泛濫平原上的小型積水洼地，沉積物顯示湖泊沉積的特點?？梢娔嗔训瘸练e構(gòu)造，含少量化石。

3.3 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲沉積發(fā)育在研究區(qū)中―南部鄂托克前旗―鄂托克旗一帶，包括三角洲平原、前緣及前三角洲亞相沉積。

3.3.1辮狀河平原亞相

本次研究在辮狀河三角洲平原亞相中主要識別出辮狀分流河道和越岸沉積[6]（或河漫沼澤）微相。

辮狀分流河道源于辮狀河體系，繼承了砂質(zhì)辮狀河的基本特征，具極大寬厚比和含礫性，發(fā)育大型板狀及槽狀交錯層理，地表露頭可見泥裂、砂巖巖墻及砂球構(gòu)造及河道底部泥礫。巖性以棕紅、灰褐、灰綠、灰色粗—中砂巖為主，局部含礫，垂向具正粒序特征?？v向上，常見多條河道砂體相互疊置成厚度巨大的砂體，河道砂體無典型的“二元結(jié)構(gòu)”特征；河道不穩(wěn)定，很易遷移，因此形成了平面上成片分布的砂體。但它又不同于辮狀河道，其規(guī)模變小，且頻繁向下游分岔。由于露頭和巖心觀察范圍有限，所以分岔現(xiàn)象通常通過區(qū)域砂分散體系編圖發(fā)現(xiàn)。

越岸沉積物主要由粉砂巖和泥巖的薄層組成，局部因河道沙壩的不斷遷移、侵蝕破壞，呈透鏡狀或藕節(jié)狀斷續(xù)展布。部分洪水期越岸形成的積水洼地發(fā)展成河漫沼澤環(huán)境，沉積物由灰、褐灰、灰褐、灰黃、紫紅色中至薄層狀泥質(zhì)砂、粉砂、泥巖組成，含植物葉片化石，露頭和鉆孔中均可見巖石中含炭化植物碎屑。

3.3.2辮狀河三角洲前緣亞相

分布于研究區(qū)南部，本次研究在辮狀河三角洲前緣亞相中識別出水下分流河道和分流河道間沉積微相。

水下分流河道沉積特征類似于辮狀河道砂體，沉積物由棕紅、灰褐、灰綠、灰色中粗―中細砂巖組成，局部含礫，泥質(zhì)雜基含量小于5%。沉積構(gòu)造類型以側(cè)積交錯層理為主，局部地段發(fā)育沖刷面構(gòu)造、平行層理及大、中型交錯層理。

分流河道間沉積物巖性以灰色、灰綠色的粉砂巖與泥巖為主，且因水下分流河道的頻繁遷移，往往遭到侵蝕破壞，多以大小不等的透鏡狀形式出現(xiàn)在河道砂體中。

3.3.3前辮狀河三角洲亞相

研究區(qū)南部發(fā)育前辮狀河三角洲亞相，沉積物由灰綠色、深灰色薄層狀泥（頁）巖及粉砂質(zhì)泥（頁）巖組成，見水平層理，葉片化石亦常見。

3.4 扇三角洲

分布于研究區(qū)西南部，沉積物以礫石、含礫砂和砂等中粗粒碎屑為主，分選和磨圓較差。單個扇三角洲的垂向?qū)有蛞话愠氏蛏献兇值奶攸c。

3.5 湖相

研究區(qū)西南角相變?yōu)闉I淺湖沉積，沉積物以中細砂、粉砂和泥巖為主。砂巖分選和磨圓較好，泥巖一般呈灰色。泥巖、粉砂巖厚度較大，沉積構(gòu)造發(fā)育水平、波狀、小型交錯層理等，在白吐井地區(qū)鉆孔中見水平蟲孔的發(fā)育。

4 結(jié)論

通過對鄂爾多斯盆地北部下白堊統(tǒng)古氣候、巖性特征、沉積構(gòu)造、粒度分析、物源方向、沉積相類型等特征的較系統(tǒng)研究，認為該區(qū)下白堊統(tǒng)環(huán)河組氣候相對潮濕，主要以辮狀河―辮狀河三角洲相沉積為主，局部地段發(fā)育沖積扇、扇三角洲和湖相沉積，各沉積相特征如下：

（1）沖積扇：主要包括泥石流和辮狀河道沉積，泥石流沉積分選、磨圓差，砂、礫、泥混雜堆積，層理不發(fā)育；辮狀河道沉積物主要為褐、紅褐及紫紅色礫巖、砂礫巖及含礫粗砂巖，發(fā)育大型板狀、楔狀交錯層理構(gòu)造。

（2）辮狀河：包括辮狀河河道（河道充填）和河道間泛濫平原沉積，辮狀河河道沉積由棕紅、紫紅、灰綠、綠色礫巖、含礫砂巖及中粗砂巖等組成，發(fā)育大型板狀及槽狀交錯層理構(gòu)造；泛濫平原沉積沉積物以砂、粉砂、粉砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育小型交錯、沙紋狀、波狀及水平層理，并見不對稱波痕。

（3）辮狀河三角洲：包括三角洲平原、前緣及前三角洲亞相沉積，其中平原及前緣亞相中的辮狀分流河道微相巖性以棕紅、灰褐、灰綠、灰色粗―中砂巖為主，發(fā)育大型板狀及槽狀交錯層理，地表露頭可見泥裂、砂巖巖墻及砂球構(gòu)造及河道底部泥礫；河道間沉積主要由粉砂巖和泥巖薄互層組成，發(fā)育沙紋層理。

（4）扇三角洲：沉積物以礫石、含礫砂和砂等中粗粒碎屑為主，分選和磨圓較差。

（5）湖相：沉積物以中細砂、粉砂和泥巖為主。砂巖分選和磨圓較好，泥巖一般呈灰色，發(fā)育水平、波狀、小型交錯層理等沉積構(gòu)造。

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