松遼盆地青山口組二、三段沉積特征及鈾成礦分析

盧勝軍

(核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032)

近年來，地浸砂巖型鈾礦的找礦已成為中國乃至全球鈾礦勘查的重點之一，松遼盆地南部錢家店特大型鈾礦床的發(fā)現(xiàn)，掀起了砂巖型鈾礦找礦的新高潮[1-2]。在青山口地質(zhì)填圖時，將下伏下白堊統(tǒng)泉頭組及上覆上白堊統(tǒng)姚家組整合接觸的這套地層稱為上白堊統(tǒng)青山口組。前人對松遼盆地雙山地區(qū)青山口組進行了地層劃分，對其沉積特征的研究尚未深入。因此本研究以雙山地區(qū)為研究區(qū)，優(yōu)選上白堊統(tǒng)青山口組二、三段作為研究目標(biāo)層位，對其進行了鉆探揭露等較為系統(tǒng)的研究，以期為后期找礦工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

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[3]。盆地主要基底由古生代及前古生代的變質(zhì)巖與侵入巖組成；其基底是在前古生代微板塊聚合基礎(chǔ)上，古生代時期增生拼貼而成[4]。盆地主要發(fā)育上侏羅統(tǒng)、白堊系、古近系、新近系沉積地層。根據(jù)基底構(gòu)造展布形態(tài)、特征、盆地基本結(jié)構(gòu)、碎屑物沉積厚度變化等，將盆地劃分了6個一級構(gòu)造單元，主要分為北部傾沒區(qū)、東北隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)、中央坳陷區(qū)[5]。

青山口組研究區(qū)位于松遼盆地北部，一級構(gòu)造單元北部傾沒區(qū)的次級構(gòu)造單元中(嫩江階地)如圖1所示。

2 青山口組二、三段巖相、沉積相

2.1 青山口組二、三段區(qū)沉積層地層

為了分析青山口組研究區(qū)鈾成礦條件，針對松遼盆地北部雙山地區(qū)青山口組二、三段，對區(qū)內(nèi)已施工的5個鉆孔進行了資料統(tǒng)計，對新施工14個鉆孔中的青山口組沉積地層進行了詳細觀察和描述，并確定了青山口組研究區(qū)砂巖及礫石區(qū)展布范圍，對施工鉆孔礫石層的成分、粒度進行了統(tǒng)計(表1)；并對砂巖段進行系統(tǒng)取樣分析，作為分析研究青山口組二、三段的依據(jù)。

表1 雙山地區(qū)青山口組二、三段鉆孔數(shù)據(jù)Table 1 Drilling data of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

2.2 青山口組二、三段巖相

根據(jù)青山口組研究區(qū)沉積地層的巖性特征、碎屑物粒度、沉積構(gòu)造等特征，結(jié)合沉積相類型，劃分出6種巖相類型[6]490(表2)。

1—第四系玄武巖；2—玄武巖；3—泰康組；4—嫩三段；5—明水組；6—嫩一段；7—下白堊地層；8—元古界地層；9—印支期花崗巖；10—華力西期花崗巖；11—構(gòu)造；12—次級構(gòu)造界線；13—研究區(qū)。圖1 松遼盆地北部構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)范圍示意圖Fig. 1 Structural partition and scope of research area of Shuangshan area in northern Songliao basin

表2 雙山地區(qū)青山口組二、三段巖相特征Table 2 Lithofacies characteristics of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

2.3 青山口組二、三段沉積相

通過鉆孔發(fā)現(xiàn)青山口組巖石組合在垂向上呈細-粗-細的特點，沉積物顏色為黑-灰綠-紅色的特點。其下部為黑色泥巖，中部為礫巖、粗砂巖(含礫)夾細砂巖組成的沉積韻層序，上部與姚家組整合接觸。這種沉積特征分別對應(yīng)青山口組地層劃分中的3個巖性段(圖2)。

圖2 雙山地區(qū)青山口組巖性段分析示意圖Fig. 2 Lithologic section analysis of Qingshankou Fm in Shuangshan area

通過對雙山地區(qū)青山口組的地層巖性、沉積構(gòu)造、鉆孔剖面(圖3)等分析，前人認為青山口組為湖相沉積，青一段為水進式沉積，而青二、三段屬于水退式反旋回沉積。青一、二段沉積時期，古松遼湖盆的發(fā)育進入極盛時期，湖水?dāng)U張，大部分地區(qū)均為湖相沉積。青三段沉積時期，湖水退縮，砂體從西向東，從西南向東北、東南方向延伸[7]。通過研究，對青山口組研究區(qū)沉積地層重新劃分，識別出3種沉積序列;根據(jù)其組合特征，劃分了3種相類型(圖4)。

2.3.1 沖積扇相

通過剖面對比分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)青山口組二、三段發(fā)育為一套厚層陸相碎屑巖沉積，礫石礫徑一般1～4 cm，部分礫徑達7 cm，以Gm巖相為主。礫石以花崗巖、火山巖巖屑為主，棱角—次圓狀，分選差，無序排列，為典型的沖積扇沉積。薄層砂巖層以夾層出現(xiàn)在厚大礫石層中，為Sl、Sm巖相，組成多個沉積韻律。沉積特征為下粗上細，呈現(xiàn)為沉積正韻律特點，表明青山口組二、三段沉積物為近緣沉積，為盆緣風(fēng)化巖石快速堆積形成的產(chǎn)物。

2.3.2 沖泛平原相

雙山地區(qū)東側(cè)盆緣附近青山口組二段主要發(fā)育為沖泛平原相沉積。青山口組三段時期扇體減小，大面積發(fā)育沖泛平原相沉積，以Fsc、Fcf巖相為主，主要為泥質(zhì)漫流形成的泥巖為主，泥巖中常見水平層理、鈣質(zhì)結(jié)合等，該套沉積為河流相邊灘與沖積扇外延沉積。

2.3.3 河流相

通過鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)，雙山地區(qū)青山口組二、三段主要發(fā)育辮狀河相沉積，向盆內(nèi)方向逐漸過渡為曲流河相沉積。以Sl、Sm巖相對應(yīng)辮狀河相，區(qū)內(nèi)辮狀河沉積物具有下部粗上部細的沉積特點，沉積序列完整，河道底部以厚層砂礫巖為主[6]492。礫石成分為火山巖巖屑、花崗巖巖屑，礫石磨圓好、分選差。其“二元結(jié)構(gòu)”不發(fā)育，粗細接觸部位可見明顯沖刷面。

1—青山口組三段；2—青山口組二段；3—礫巖區(qū)；4—砂巖區(qū)；5—泥巖區(qū)。圖3 雙山地區(qū)北西向連井剖面Fig. 3 North-west connecting well section in Shuangshan area

1—蝕源區(qū)；2—扇根、中、端；3—河流相；4—沖泛平原相；5—心灘；6—盆地、剝蝕邊界；7—剖面；8—施工鉆孔；9—物源方向。a—二段沉積相;b—三段沉積相。圖4 青山口組二、三段沉積相圖Fig. 4 Sedimentary facies map of the second and third member of Qingshankou Fm

1—青山口組三段；2—青山口組二段；3—泉頭組；4—花崗巖基底；5—礫石區(qū)；6—砂巖區(qū)；7—地層界線；8—不整合界線。圖5 雙山地區(qū)南北向連井剖面Fig. 5 North-south connecting well section in Shuangshan area

曲流河相主要為Sl、Sm、Fsc、Fcf。沉積物主要以泥巖、粉砂巖、中-細砂巖組成完整沉積序列，具有下粗上細的“二元結(jié)構(gòu)”[8]。發(fā)育的單層厚度砂巖中，發(fā)育交錯層理構(gòu)造，泥巖中發(fā)育水平層理[9]。

3 青山口組二、三段物源與古流向分析

3.1 礫石成分

礫石成分可以直觀反映物源區(qū)巖石類型。沉積碎屑物的成分能直觀反映蝕源區(qū)原巖巖性，近源沉積碎屑物主要以礫石層為主。對青山口組二、三段地層中的礫石進行了統(tǒng)計(表1)?？梢钥闯?，該地區(qū)礫石成分以花崗巖為主，花崗巖主要來源于華力西期花崗巖盆緣隆起剝蝕區(qū)。

3.2 砂巖組分

砂巖中填隙物受成巖作用影響，但顆粒成分相對穩(wěn)定，其砂巖成分組合對蝕源區(qū)的巖性與所處地質(zhì)環(huán)境有指示作用，所以可用其進行沉積區(qū)物質(zhì)來源與地質(zhì)背景分析。青山口組的分析樣品均取自施工鉆孔(圖6)。

1—物源區(qū)；2—盆地界線；3—剝蝕界線；4—鉆孔及編號。圖6 青山口組取樣鉆孔分布示意圖Fig. 6 Distribution of sampling boreholes in Qingshankou Fm

從青山口組碎屑巖薄片鑒定結(jié)果(圖7)可以看出，砂巖沉積碎屑物成分多為長石、石英、巖屑。其中石英+硅質(zhì)巖屑占15%～25%，長石占25%～50%，巖屑占5%～35%。長石(斜長石、鉀長石)呈次棱角狀，斜長石聚片雙晶發(fā)育，正長石呈褐黃色，具有卡式雙晶特征[10](圖7a)。鉀長石(微斜長石)，以紡錘狀晶形存在，部分為格子雙晶(圖7b)。石英砂呈次棱角狀、次圓狀，石英呈乳白色，半透明狀，部分見次生加大邊(圖7c)，長石可見絹云母化與黏土化[11]。片狀礦物呈鱗片狀，為黑云母，局部被綠泥石交代，存在于顆粒間孔隙中，在壓應(yīng)力作用下顯弱定向排列，偶見鐵質(zhì)碳酸鹽和黑云母共生，鐵質(zhì)碳酸鹽弱交代石英(圖7d)。巖屑按原巖性質(zhì)分為硅質(zhì)巖、粉砂巖、黏土巖，呈次棱角狀，且以硅質(zhì)巖居多。

按照W.R.Dickinson 1983年所做的以Q-F-Lt為端點的砂巖碎屑組分圖解分析方法，將巖石樣品中碎屑顆粒組分含量統(tǒng)計(表3)，并將其砂巖中巖屑(Lt)、長石(F)、石英(Q)組分統(tǒng)計后進行投圖，在Qm-F-Lt砂巖碎屑組分三角圖上(圖8)，投圖點主要分布于再旋回造山帶[12]。分析青山口組研究區(qū)地質(zhì)背景，統(tǒng)計礫石成分、砂巖組分，初步對物源區(qū)進行了判斷，地層中碎屑物主要來源于多旋回造山帶組成的大興安嶺地區(qū)。

a—斜長石(Pl)、火山巖巖屑(Lv)；b—斜長石(淺色Pl)、鉀長石主晶(深色Kfs)、絹云母(Ser)；c—石英次生加大(Q1早，Q2晚)、變質(zhì)火山巖巖屑(Lv)；d—碳酸鹽(Cb)、黑云母(Bt)、石英(Q)、綠泥石(Chl)。圖7 雙山地區(qū)青山口組碎屑巖鏡下照片F(xiàn)ig. 7 Detrital rocks of Qingshankou Fm in Shuangshan area

表3 雙山地區(qū)青山口組二、三段砂巖碎屑組分Table 3 Sandstone detrital components of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

圖8 雙山地區(qū)青山口組砂巖Q-F-Lt圖解Fig.8 Sandstone Q-F-Lt diagram of the Qingshankou Fm in Shuangshan area

3.3 古流向分析

源于蝕源區(qū)的沉積物，通常是通過水系的搬運并在重力控制下堆積于盆地。因此，由粗碎屑沉積物構(gòu)成的沉積體系的砂分散體系、粒度趨勢、成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度分析，都具有指示古水流方向的意義，在一定程度上反映了當(dāng)時水流方向。通過以上分析得出雙山地區(qū)青山口組二、三段古水流的方向(圖9)，靠近物源區(qū)砂體厚度大，含砂率高；而靠近盆地腹地砂體厚度減薄，含砂率降低。雙山地區(qū)砂體具有明顯帶狀分布規(guī)律，結(jié)合青山口組研究區(qū)地形地貌，該砂分散形態(tài)反應(yīng)了古水流的方向。

圖9 砂分散體系中古水流方向Fig.9 Palaeo-flow direction in sand dispersion system

在單向水流中，沉積物隨著較遠距離的搬運，水勢逐漸變?nèi)?，沉積地層中巖石的分選性也隨之變好；搬運距離越遠，沉積碎屑物粒徑越小，故沉積物粒徑與水勢變小方向，一般能確定出古水流方向。而砂巖巖石成分也隨著搬運距離的增加，其成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度等指標(biāo)將會沿著古水流方向逐漸變好[13]。雙山地區(qū)碎屑顆粒的變化為北粗南細，砂巖從松散礫石、砂礫巖逐漸向疏松、較疏松、致密砂巖變化，充分體現(xiàn)了青山口組研究區(qū)的古水流方向主要特征為由北向南，側(cè)向古水流以大興安嶺東緣為主。因此，確定本區(qū)物源供給可能為盆地西緣大興安嶺山區(qū)補給以及盆地北部供給。

4 鈾成礦條件分析

鈾礦的形成必須具備鈾源、貯藏空間(砂體)、氧化作用，以及完善的地下水循環(huán)體系。基于前面對青山口組研究區(qū)巖相、沉積相、物源及古流向的研究分析，對盆地北部雙山地區(qū)鈾成礦條件進行探討。

4.1 鈾源條件

通過對物源研究，確定西緣大興安嶺，東北緣小興安嶺為物源區(qū)。物源區(qū)發(fā)育大面積中生代火山巖，海西期及燕山期花崗巖，存在較多放射性異常點，活化鈾遷移明顯。統(tǒng)計物源區(qū)巖體，花崗巖中鈾質(zhì)量分數(shù)為2.60×10-6～22.30×10-6，物源區(qū)含鈾花崗巖中鈾浸出率高達37.50%，花崗巖中的鈾存在遷出現(xiàn)象[14](表4)。蝕源區(qū)大量的活性鈾為盆地內(nèi)沉積層中的鈾預(yù)富集提供了鈾源，也為沉積層中層間氧化帶型鈾成礦提供了有利的鈾源條件。

表4 盆地北部物源區(qū)花崗巖巖體鈾含量Table 4 Uranium content of granite in provenance area of northern Songliao basin

4.2 巖相及砂體條件

研究區(qū)青二、三段具備成礦有利的沉積相帶，沉積相主要為沖積扇相、河流相。通過統(tǒng)計本區(qū)砂體厚度，發(fā)現(xiàn)成礦砂體具有一定規(guī)模。平面上砂體東西分布不同，表現(xiàn)為西粗東細的特點；垂向上，西側(cè)青二、三段砂體厚50～100 m，主要以沖積扇礫石及礫質(zhì)辮狀河砂為主；東側(cè)青三段河道砂體發(fā)育，厚度15～20 m，具有穩(wěn)定的“泥-砂-泥”二元結(jié)構(gòu)。通過巖相、砂體展布分析認為，青山口組研究區(qū)的巖相變化部位砂體或河流相砂體為青山口組研究區(qū)鈾成礦有利砂體。

4.3 氧化還原條件

古水流方向的確定，對青山口組研究區(qū)含鈾含氧水滲入起到?jīng)Q定作用。雙山地區(qū)從盆緣向盆內(nèi)存在較大緩坡，利于含鈾含氧水滲入發(fā)生層間氧化作用。從盆地北部及側(cè)向大興安嶺東緣入滲的含氧水，在向盆內(nèi)流經(jīng)過程中，易對青山口組二、三段形成砂體進行后生改造，為后期氧化還原過渡帶的形成提供了條件。

4.4 水文地質(zhì)條件

青山口組研究區(qū)內(nèi)地下水具有完整的補-徑-排體系(圖10)，蝕源區(qū)作為主要的補給區(qū)，分布廣泛，大小興安嶺基巖裂隙發(fā)育，降水入滲強烈。青山口組研究區(qū)斷裂構(gòu)造往往起著局部排泄作用，從而控制層間氧化帶的發(fā)育。

1—第四系；2—泰康組；3—明水組；4—四方臺組；5—嫩江組；6—姚家組；7—青山口組；8—侏羅系；9—燕山期花崗巖；10—石炭-二疊系基底；11—地層界線；12—角度不整合界線；13—含水層；14—隔水層；15—地下水流向；16—潛水位線；17—斷裂；18—鉆孔。圖10 雙山地區(qū)地下水的補-徑-排剖面示意圖Fig. 10 Schematic diagram of groundwater filling-diameter-drainage section in Shuangshan area

5 結(jié)論

1)通過對青山口組二、三段礫石成分、砂巖組分和古流向等分析，認為不僅存在北部物源供給，而且晚白堊世早期盆地邊緣的大興安嶺隆起區(qū)也為主要的物源供給區(qū)，含鈾性較高地質(zhì)體長期處于隆起剝蝕狀態(tài)，為盆地蓋層中的鈾預(yù)富集及后期鈾的沉淀富集提供充足的鈾源。

2)雙山地區(qū)青山口組二、三段經(jīng)歷了沖積扇相-河流相的沉積演變過程，青三段河流相主要為辮狀河相，青二段逐漸過渡為曲流河相。

3)雙山地區(qū)青山口組二、三段為一套厚層陸相碎屑巖沉積，縱向上沉積物分布總體呈現(xiàn)粗-細的特點。砂體東西分布差異較大，發(fā)育成礦有利砂體，砂體呈北東向展布。

4)雙山地區(qū)具備完整的地下水補-徑-排水力系統(tǒng)，利于含鈾含氧水滲入并發(fā)生層間氧化作用。