吳兆劍，韓效忠，胡航

1. 中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083 2. 中國煤炭地質總局特種技術勘探中心(中煤地質工程總公司)北京地質調查分公司，北京 100040

0 引言

自遼河油田在石油鉆探過程中發(fā)現錢家店鈾礦床以來，松遼盆地西南緣開魯盆地受到大量科研院所和生產單位的青睞，大量工作表明開魯盆地沉積環(huán)境、構造演化、鈾源條件及后生保礦條件良好，具備成大礦和多礦的良好前景[1- 9]。在此背景下，運用“煤田資料的鈾礦二次開發(fā)技術”[10]，對開魯坳陷展開異常篩選和選區(qū)分析，并選取陸西凹陷紹根地區(qū)展開鈾礦地質調查工作，初步確定了該區(qū)鈾礦(化)的存在。而隨著調查工作的進一步推進發(fā)現，陸西凹陷在沉積構造演化特征、鈾成礦目的層、鈾成礦模式和成礦類型等方面與錢家店等凹陷存在巨大差異。同時以往資料表明，陸西凹陷尚未開展專門地鈾礦找礦工作，且油氣田勘探目的層主要為下白堊統(tǒng)，對鈾成礦主要目的層上白堊統(tǒng)解析較薄弱。因此，亟需對陸西凹陷紹根地區(qū)沉積構造演化及鈾成礦展開系統(tǒng)研究，為進一步了解紹根及其外圍地區(qū)鈾成礦地質特征、開展鈾成礦遠景預測以及實施后續(xù)鈾礦找礦工作提供理論指導和技術支撐。

1 地質背景

陸西凹陷是松遼盆地開魯坳陷陸家堡凹陷的一個次級負向構造單元，位于開魯坳陷西北部，是在晚古生代褶皺基底上發(fā)育起來的中、新生代斷坳型凹陷[11- 14]。凹陷總體走向呈NE向，為典型的南斷北超構造格局，南以西紹根斷裂為界緊靠舍伯吐凸起，北依西緣斜坡帶與大興安嶺南段東坡基巖裸露區(qū)為鄰。陸西凹陷自南東向北西發(fā)育西紹根斷裂、包日溫都南斷裂、包日溫都北斷裂和馬家鋪斷裂等4條近平行斷裂，并將凹陷分割成包日溫都斷裂構造帶、馬家堡高壘帶、五十家子廟洼陷、小井子洼陷和馬北斜坡帶等5個二級構造帶[15- 16](圖1)。紹根地區(qū)位于包日溫都斷裂構造帶中，盡管區(qū)內斷裂構造發(fā)育，但地震剖面顯示，西紹根斷裂、包日溫都斷裂南帶及北帶等斷裂多活動于侏羅紀—下白堊世，且止于阜新組，對鈾成礦目的層上白堊統(tǒng)影響較小(圖1d)。

圖1 松遼盆地西南緣開魯坳陷陸西凹陷構造簡圖(據參考文獻[11,13,17- 19]，有修改)Fig.1 Structural diagram of west Lujiapu sag in Kailu Basin, southwestern Songliao Basin(modified after references [11,13,17- 19])

2 地層格架

2.1 地層對比與劃分

地層對比劃分主要遵循“先對標志層和輔助標志層，由大及小，旋回控制和精細劃分”的原則[10,20- 22]。通過鉆探資料(圖2)可知，阜新組為一套典型的煤系地層，巖性以泥巖夾砂巖為主，煤層在全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育；嫩江組發(fā)育質地純正的粉砂質泥巖，側向電阻率和密度曲線平坦且賦值較低。因此，阜新組和嫩江組可作為本區(qū)兩個主要標志層。新近系泰康組上部為未膠結松散中粗砂，下部為薄層雜色砂礫巖，以側向電阻率曲線呈鋸齒狀高值為突出形象與下伏地層區(qū)別明顯，可將該組作為本區(qū)輔助標志層。姚家組為一套灰綠色沖積扇相沉積，以碎屑流沉積為主；四方臺組上部發(fā)育棕紅色沖洪積砂質泥巖，下部發(fā)育棕紅色碎屑流沉積物，呈現出下粗上細的正旋回沉積。在此基礎上建立本區(qū)等時地層格架，對紹根地區(qū)阜新期以來沉積地層自下而上劃分為阜新組、姚家組、嫩江組、四方臺組和泰康組五個地層，泉頭—青山口組以及明水組缺失。這大致與前人對該區(qū)的地層認識(表1)一致[23- 24]，同時須指明的是，傳統(tǒng)觀念認為的主要找礦目的層姚家組在本區(qū)沉積厚度薄且分布不均(在北東部部分地區(qū)缺失)，這不僅指示本區(qū)沉積構造演化特征的獨特性，而且表明紹根地區(qū)的鈾成礦模式和找礦方向與松遼盆地西南緣錢家店凹陷等地區(qū)存在較大差異。

表1不同地區(qū)地層對比劃分(據參考文獻[23-24]修改)

Table1Stratigraphiccorrelationofdifferentareas

2.2 巖性特征

前文已述，陸西凹陷紹根地區(qū)自阜新期以來發(fā)育阜新組、姚家組、嫩江組、四方臺組和泰康組，其沉積地層特征由老至新分述如下：

(1) 阜新組(K1f)

本組地層鉆探揭露厚約100～500 m。巖性以深灰色—灰色泥巖、炭質泥巖夾薄層灰色細砂巖、粉砂巖為主，可見多層煤發(fā)育。紹根地區(qū)北東部阜新組頂部可見10～30 m玄武巖發(fā)育。側向電阻率曲線整體表現為低阻鋸齒狀，僅玄武巖地段為高阻鋸齒狀(圖2)。

NSR增加時，脫硝效率隨之增加。但是隨著NSR增加，脫硝效率增加的幅度呈指數規(guī)律下降。當NSR超過2.0之后再增加還原劑量不會使脫硝效率明顯增加。

(2) 姚家組(K2y)

姚家組僅發(fā)育于紹根南西部和中部地區(qū)，厚約10～20 m，巖性以灰色—灰綠色含礫砂巖、砂質礫巖為主，礫石粒徑大多為1 cm，礫石成分常見石英質、片麻巖類和碎屑巖類；巖石碎屑顆粒呈棱角—次棱角狀，雜基含量高，分選差，常呈混雜堆積，泥質膠結和鈣質膠結均發(fā)育，側向電阻率和密度曲線呈指狀突起(圖2)。與下伏阜新組呈不整合接觸。

(3) 嫩江組(K2n)

嫩江組以泥巖為主，泥巖層穩(wěn)定發(fā)育，厚度多40～70 m。巖性以淺黃綠色、灰色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖為主，質地純正無雜質，水平層理，巖石易沿層理面裂開。地層中常見標志性化石——東方葉肢介，側向電阻率和密度均表現為低緩的平滑曲線(圖2)。

(4) 四方臺組(K2sh)

本組地層厚60～100 m。剖面上表現出明顯的下粗上細的正旋回特征，下部以棕紅色、灰綠色鈣質膠結砂質礫巖為主，上部為棕紅色含砂泥巖、砂質泥巖。礫巖雜基含量高，分選差，顆粒多為次棱角狀—次圓狀，呈塊狀構造或正粒序層理。與下伏嫩江組呈不整合接觸。

(5) 泰康組(N2t)

泰康組在紹根地區(qū)分布廣泛、特征明顯，具有良好的區(qū)域對比性，厚100～150 m。底部為松散礫石、砂礫及中細砂，中上部為灰白色粉砂、中細砂夾少量灰色黏土，在側向電阻率曲線上呈鋸齒狀高阻與下伏地層明顯區(qū)分。

3 沉積構造演化

關于松遼盆地中生代沉積構造演化史已有大量研究，普遍認為其經歷了斷陷期、坳陷期及構造反轉期等階段[16,23- 28]。盡管陸西凹陷紹根地區(qū)中生代沉積構造演化受控于松遼盆地，但其自身亦表現出獨特的演化歷程?；诖?，在地層格架建立的基礎上，綜合地層巖性特征、巖石組合及砂體展布特征等，對該區(qū)早白堊世裂陷期晚期至今沉積構造演化特征展開綜合分析。認為紹根地區(qū)經歷了阜新期斷陷晚期、泉頭—姚家早期隆升剝蝕期、姚家晚期—嫩江期熱沉降坳陷期、四方臺反轉期等四個階段，現詳述如下：

3.1 阜新拉張斷陷晚期

據陸西凹陷地震剖面(107.6)構造發(fā)育圖(圖1d)和阜新組底板標高等值線圖(圖3a)可知，包日溫都帶南斷裂兩側底板標高落差較大，南東側地層標高低，走向平行于包日溫都南斷裂，且傾向南東，指示明顯的斷陷盆地特征，這與阜新組下部沉積厚約100 m的深湖—半深湖相泥巖—粉砂巖沉積相符。而后阜新組向上發(fā)育3～5層煤，煤層展布平行于主要構造線方向，為典型的湖沼相沉積(圖3b)。因此，紹根地區(qū)阜新期沉積初期為拉張背景下平行于包日溫都斷裂帶的線狀湖泊，而后隨著水平面的降低逐步演化為湖沼相沉積，指示拉張斷陷晚期沉積。

3.2 泉頭—姚家早期隆升剝蝕期

松遼盆地在阜新期后，由獨立的斷陷盆地發(fā)育成具有共同演化特征的坳陷盆地，在泉頭—嫩江期整體表現為熱沉降坳陷[16,23- 28]，盡管受松遼盆地整體構造演化控制，但松遼盆地西南隆起區(qū)構造演化確實存在其獨特性。如宋鷹[29]指出，松遼盆地西南隆起區(qū)在坳陷期缺失登婁庫組沉積，且泉頭組和青山口組厚度比較小，分布范圍不大，姚家組超覆于基底之上。而在更小尺度的西南隆起區(qū)開魯坳陷里，陸家堡凹陷紹根地區(qū)晚白堊世地層與其鄰區(qū)錢家店凹陷、哲中凹陷等相比仍表現出較大差異，如許坤等[24]據哲參2井等油田鉆孔查明泉頭組—青山口組僅在哲中凹陷中鉆遇，而在陸家堡凹陷中缺失；以及本次工作在紹根地區(qū)查明泉頭組—姚家組下段缺失等。

圖2 陸西凹陷紹根地區(qū)典型柱狀圖Fig.2 Typical columnar section of Shaogen area in the west Lujiapu sag

圖3 阜新組煤系地層特征a.阜新組底板標高等值線圖；b.阜新組煤層累厚等值線圖Fig.3 Stratigraphic characteristics of coal measure strata of Fuxin Formationa. Contour map of floor of Fuxin Formation；b. Isogram of thickness of coal seam in Fuxin Formation

盡管泉頭期—青山口期整個盆地沉積中心不斷遷移，但其主要位于中央坳陷區(qū)的事實確鑿，同時可見泉頭組、青山口組地層向盆地邊緣超覆[29]，這進一步表明盆地邊緣可能位于剝蝕基準面之上。陸西凹陷地處松遼盆地西南隆起區(qū)西側，緊鄰盆地邊緣的大興安嶺南段，這可能是紹根地區(qū)在該期未接受泉頭—青山口組沉積的原因之一。

另一方面，據張功成等[30]，陳驍等[31]及葛榮峰等[26]的研究可知，松遼盆地阜新期末發(fā)生中等強度的正反轉構造，為熱沉降初期陸殼冷卻收縮引起的擠壓抬升，導致部分地區(qū)進入熱沉降坳陷階段，而部分地區(qū)隆升遭受不同程度的反轉剝蝕[26,30- 31]。同時張一偉等[16]據鏡質體反射率(Ro)資料計算結果，認為陸西凹陷阜新期末發(fā)生了構造隆升剝蝕，并結合古地溫資料認為隆升持續(xù)了～40 Ma，大致相當于泉頭組—姚家組早期所經歷時間[32- 33]。

綜上分析認為，盡管松遼盆地在泉頭—姚家早期為熱降坳陷階段，受特殊的地理位置制約，陸西凹陷紹根地區(qū)泉頭—姚家早期可能處于擠壓抬升階段未接受相應沉積。

3.3 姚家晚期—嫩江期熱沉降坳陷期

前文已述，姚家組巖石主要為礫巖、砂質礫巖等粗碎屑巖，雜基含量高，混雜堆積。結合陸家堡坳陷區(qū)域地質資料及前人研究成果可知，姚家期主要為沖積扇相扇根、扇中亞相沉積或扇三角洲相河流亞相沉積[1,34- 36]。由姚家組地層厚度等值線圖(圖4)可知，姚家組沉積厚度薄，且分布不均勻，呈現出南西部厚、北東部薄的特征。暗示阜新期后隆升剝蝕在姚家晚期減弱，至此，陸西凹陷紹根地區(qū)真正進入熱沉降坳陷階段。而嫩江組泥巖—粉砂質泥巖質地純、分選好、無雜質，巖層穩(wěn)定發(fā)育(圖5)，厚約30～40 m，且?guī)r層中可見大量東方葉肢介化石(圖6a)，指示靜水或弱流水的沉積環(huán)境[37]；而粒徑小于10 μm、常簇集成大球或多個球型的草莓狀黃鐵礦的發(fā)育(圖6b)，指示硫化缺氧的沉積環(huán)境[38- 40]。這表明隨著構造應力的進一步松弛，嫩江期發(fā)育了安靜、緩慢沉積的弱拉張湖相環(huán)境。

另外，嫩江組以灰色泥巖為主，頂部由灰色泥巖逐漸過渡為淡黃綠色泥巖，且淡黃綠色泥巖有機炭、低價硫和黃鐵礦含量明顯低于下伏灰色泥巖。考慮到泥巖的低滲透性，頂部淡黃綠色泥巖淋濾滲透成因的可能性較小，更可能指示嫩江期末對應水體變淺、氧含量增高的沉積環(huán)境。這與嫩江期末可能發(fā)生構造反轉有很好的相符[27,29- 30,41]。

圖4 姚家組地層厚度等值線圖Fig.4 Isogram of thickness of Yaojia Formation

圖5 嫩江組泥巖厚度等值線圖Fig.5 Isogram of thickness of Nenjiang Formation

圖6 嫩江組巖石學特征a.東方葉肢介；b.草莓狀黃鐵礦集合體Fig.6 Petrological characteristics of Nenjiang Formationa.Eosestheria in Nenjiang Formation; b. Framboidal pyrites aggregate

3.4 四方臺反轉期沖積扇相沉積

嫩江組與四方臺組為典型的不整合接觸，前文已述嫩江期末構造反轉已初見端倪。而對四方臺組地層分析可知該組底部為成分復雜、分選差、呈混雜堆積的塊狀礫巖，夾薄層含礫砂巖或泥巖，垂向上常表現出正粒序層理，為典型的泥石流和辮狀河河道微相；向上則主要為紅褐色含砂泥巖或含礫泥巖，巖石成分復雜，為典型的漫流沉積產物。結合四方臺組砂地比等值線圖(圖7)可知，紹根地區(qū)四方臺期為弱拉張向擠壓萎縮快速轉換期，洼陷四周發(fā)育沖積扇扇根和扇中亞相沉積，洼陷中央發(fā)育沖洪積平原亞相沉積，且盆地抬升后應處于炎熱干燥的沉積環(huán)境。

圖7 四方臺組砂地比等值線圖Fig.7 Isogram of sand content of Sifangtai Formation

綜上認為，紹根地區(qū)阜新期后沉積演化經歷了阜新拉張斷陷晚期半深湖—湖沼相沉積、泉頭—姚家早期隆升剝蝕、姚家晚期—嫩江期熱沉降坳陷期半深湖相沉積及四方臺反轉期沖積扇相沉積等四個階段(圖8)。

4 鈾礦化特征

4.1 成礦層位

砂巖型鈾礦賦礦巖層以碎屑顆粒較大、分選中等—好、疏松的沉積砂體為佳，且目的層沉積期后還因構造隆升出露過地表[42]。據紹根地區(qū)沉積構造演化特征可知，盡管泉頭組和姚家組(錢家店、白興吐等鄰區(qū)主要成礦目的層)在本區(qū)并不發(fā)育，但四方臺組底部砂礫巖層具備較好的儲層和構造條件。這與鄰區(qū)差別較大，需引起足夠重視。

同時，本次鈾礦地質調查在嫩江組泥巖中發(fā)現了異常值高、異常層位穩(wěn)定的伽馬異常層，部分鉆孔驗證為泥巖型工業(yè)孔。這表明紹根地區(qū)亦發(fā)育泥巖型鈾礦，主要成礦層位為嫩江組。

圖8 紹根地區(qū)阜新期后沉積構造圖a.阜新斷陷晚期半深湖—湖沼相沉積；b.泉頭—姚家早期構造隆升剝蝕階段；c.姚家晚期—嫩江期熱沉降坳陷期沖積扇—湖相沉積；d.四方臺擠壓反轉期沖洪積扇沉積Fig.8 Structure evolution of Shaogen area from Fuxin stage a. Fault depression stage; b. uplift and erosion stage; c. subsidence downwarping stage; d. squeezing shrinking stage

4.2 成礦類型與賦礦規(guī)律

(1) 泥巖型鈾礦化

嫩江組鈾礦化主要賦存于嫩江組上部淡黃綠色泥巖與下伏灰色泥巖過渡帶中的灰色泥巖中。盡管嫩江組泥巖層厚度變化小，但受古地形控制強烈，表現為北東部和南西部標高較高，而中部標高較低的凹形展布。對已實施的鉆孔見礦情況分析可知，礦化孔和工業(yè)孔均位于紹根地區(qū)中部，且礦體呈薄板狀順嫩江組泥巖層分布，表現出北東和南西高，而中部較低的凹形展布(圖9)。這與二連盆地努和廷泥巖型鈾礦床I號主礦體較為相似[43]，指示其典型的同生沉積成礦的特征。同時，嫩江組賦礦灰色泥巖層中常見東方葉肢介化石和草莓狀黃鐵礦(圖6)，表明嫩江期為典型的緩水流和硫化厭氧的沉積環(huán)境，有利于鈾的吸附富集。

綜上認為，嫩江組為典型的同生沉積成巖成礦，因此后續(xù)的泥巖型鈾礦找礦工作應以紹根中部為主。

(2) 砂巖型鈾礦化

目前紹根地區(qū)砂巖型鈾礦工業(yè)孔發(fā)現較少。由圖10可知，礦體主要發(fā)育于四方臺組底板灰綠色砂礫巖中，礦體形態(tài)以板狀為主。對鉆孔巖芯分析可知，四方臺組自下而上發(fā)育灰綠色砂礫巖、紅褐色砂礫巖(部分鉆孔中可見紅褐色與灰綠色砂體混雜)、紅褐色含礫泥巖及砂質泥巖(圖2)，而鈾礦化主要賦存于灰綠色砂礫巖中。鏡下鑒定可知，紅褐色砂礫巖和灰綠色砂礫巖碎屑顆粒成分基本一致，且兩者巖石組構均呈現出碎屑顆粒分選差、次棱角狀—次圓狀、混雜堆積和塊狀構造等特征，表明兩者可能為同沉積期的同一產物。但紅褐色砂礫巖整體呈褐鐵礦化(圖11a)，而灰綠色砂礫巖中則常見黃鐵礦化(圖11b)，這指示兩者經歷了不同的后生蝕變。四方臺組底部并未見明顯的泥—砂—泥地層結構，未見典型的灰—黃—灰顏色結構；且灰綠色砂礫巖和紅褐色砂礫巖接觸面并不截然明了，兩者過渡帶常厚約1～2 m，帶中多見灰綠色與紅褐色混雜(圖11c)。因此，層間氧化帶型鈾成礦的可能較小。

圖9 嫩江組泥巖型鈾礦(化)特征Fig.9 Mudstone type uranium deposit in Nenjiang Formation

圖10 四方臺組砂巖型鈾礦(化)體展布特征Fig.10 Sandstone type uranium deposit in Sifangtai Formation

圖11 四方臺組后生蝕變特征a.四方臺組紅褐色砂礫巖褐鐵礦化(+)；b.四方臺組灰綠色砂礫巖黃鐵礦化(左-右+)；c.四方臺組灰綠色與紅褐色砂礫巖過渡帶特征Fig.11 Epigenetic alteration of Sifangtai Formationa. Limonitization of sandy conglomerate in Sifangtai Formation; b. Pyritization of sandy conglomerate in Sifangtai Formation; c. Characteristic of transition zone

圖12 四方臺組底部砂礫巖巖石學特征a.四方臺組底部砂礫巖微晶方解石團塊；b.灰綠色砂礫巖礫石顆粒表面見亮晶方解石(+)Fig.12 Petrological characteristics of sandy conglomerate of the bottom of Sifangtai Formationa. micrite mass; b. sparite calcite

5 結論

(1) 陸西凹陷紹根地區(qū)自早白堊世晚期以來，自下而上沉積阜新組、姚家組上段、嫩江組、四方臺組和泰康組，缺失泉頭—姚家組下段和明水組地層。

(2) 陸西凹陷紹根地區(qū)自早白堊世晚期以來，經歷了阜新期斷陷末期半深湖—湖沼相沉積→泉頭—姚家早期構造隆升剝蝕期→姚家晚期—嫩江期熱沉降坳陷期沖積扇—濱淺湖—半深湖相沉積→四方臺擠壓反轉期沖洪積扇相沉積的構造演化過程。

(3) 沉積構造演化特征表明陸西凹陷嫩江組為泥巖型鈾成礦目的層，四方臺組為砂巖型鈾成礦主要目的層。

(4) 嫩江組泥巖型鈾礦化賦存于嫩江組上部灰色粉砂質泥巖中，礦體呈薄板狀順嫩江組泥巖層分布，表現出北東和南西高、中部較低的凹形展布，為典型的同沉積成巖型鈾礦化；四方臺組砂巖型鈾礦化賦存于四方臺組底部的灰綠色砂礫巖中，上覆棕紅色砂礫巖和砂質泥巖，為潛水氧化型鈾成礦。

致謝 遼河油田勘探開發(fā)研究院吳炳偉老師、中國石油大學連鈺、中國五礦集團王磊博士在成文過程中提供重要幫助，審稿專家提出了大量建設性意見，在此一并表示衷心感謝！

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