邵恒博，張澤豪，王繼斌，廉康，陳擎

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710086；2.山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257029）

柴達(dá)木盆地是我國四大盆地之一，位于青藏高原東北部，面積約為12×104km2。20 世紀(jì)50 年代以來，國內(nèi)鈾礦地質(zhì)工作者在柴達(dá)木盆地北緣（柴北緣）及周邊地區(qū)開展了鈾礦地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭露評價(jià)、鈾成礦特征等一系列研究工作，取得了許多重要的認(rèn)識［1］，先后發(fā)現(xiàn)了綠草山、冷湖石地26、北大灘、魚卡等砂巖型鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)和五彩山301、路樂河123 等煤巖型鈾礦點(diǎn)［2］，顯示出鈾礦勘探潛力較大。

柴北緣原始古地貌特征復(fù)雜，后期又經(jīng)歷了多期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，導(dǎo)致侏羅系遭受大面積抬升剝蝕，不同地區(qū)侏羅系的分布特征具有很大的差異，造成柴北緣沉積體系復(fù)雜、地層對比難度較大。層序?qū)ι皫r型鈾礦的形成具有重要的控制作用［3-6］，前人對柴北緣侏羅系層序地層劃分與對比進(jìn)行了研究［7-10］，但研究程度仍然比較籠統(tǒng)、宏觀，針對柴北緣侏羅系層序地層特征與鈾富集之間關(guān)系的研究仍較少，層序?qū)︹櫢患目刂茩C(jī)理尚不明確。近年來，核工業(yè)系統(tǒng)在柴北緣開展了大量的研究及鉆探查證工作，相繼在柴北緣中侏羅統(tǒng)大煤溝組及石門溝組中發(fā)現(xiàn)了多個工業(yè)鈾礦孔、礦化孔及異?？祝e累了豐富的地質(zhì)資料。因此，本文利用野外露頭、鉆井等資料，運(yùn)用層序地層學(xué)的理論和方法，以柴北緣西段中侏羅統(tǒng)層序地層特征及與鈾礦成礦關(guān)系為重點(diǎn)研究對象，系統(tǒng)分析了柴北緣西段地區(qū)層序地層特征與鈾富集的關(guān)系，以期為柴北緣西段中侏羅統(tǒng)鈾礦找礦及勘查工作提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地位于青藏高原東北部，周緣被祁連山、昆侖山和阿爾金山環(huán)繞，可劃分為柴西隆起、一里坪坳陷、柴北緣隆起和三湖坳陷4 個一級構(gòu)造單元［11］。柴北緣隆起北靠祁連山，西以冷湖-陵間斷裂與一里坪坳陷相鄰，南以紅山-黃泥灘斷裂和埃南斷裂為界與三湖坳陷相接，東以宗務(wù)隆山為界（圖1），盆山之間為斷裂接觸［12］。

圖1 柴北緣西段構(gòu)造綱要簡圖Fig.1 Structure outline map of the west of northern margin of Qaidam Basin

受阿爾金走滑斷裂和祁連、昆侖造山帶南北向擠壓力的影響，柴北緣構(gòu)造走向多為北西-南東或北西西-南東東。研究區(qū)中新生代地層發(fā)育較齊全，侏羅系自下而上發(fā)育下侏羅統(tǒng)小煤溝組，中侏羅統(tǒng)大煤溝組、石門溝組和上侏羅統(tǒng)采石嶺組、紅水溝組。研究區(qū)位于柴北緣西段，東起大煤溝，西至冷湖，自西向東可分為賽什騰、魚卡和大煤溝3 個重點(diǎn)研究區(qū)段。中侏羅統(tǒng)大煤溝組和石門溝組是研究區(qū)重要的含煤層和烴源巖層系，同時也是區(qū)內(nèi)鈾礦找礦的重點(diǎn)層位。

2 沉積相類型及特征

柴北緣西段侏羅系形成于陸相盆地，其沉積相和沉積體系類型具有典型的陸相盆地特征，沉積相類型較復(fù)雜，主要發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊相沉積體系。

2.1 辮狀河

柴北緣西段中侏羅統(tǒng)辮狀河沉積較為發(fā)育，大煤溝剖面、羊水河剖面、大頭羊剖面中侏羅統(tǒng)大煤溝組中均可見到典型的辮狀河沉積。在鉆井巖心上可見到辮狀河道底部滯留沉積形成的沖刷面（圖2a），河道礫石常呈疊瓦狀定向排列，露頭和巖心上可見反映水動力較強(qiáng)的大型交錯層理（圖2b）、平行層理等。在縱向上，辮狀河沉積物粒度具有正旋回的特征。

2.2 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲相也是柴北緣西段中侏羅統(tǒng)最常見的沉積相類型之一，賽什騰、魚卡和大煤溝地區(qū)均有辮狀河三角洲發(fā)育。

辮狀河三角洲平原主要發(fā)育分流河道、分流間灣和沼澤微相。分流河道主要發(fā)育礫巖、含礫砂巖和砂巖，底部發(fā)育沖刷面，縱向上表現(xiàn)為正粒序（圖2c），可見平行層理和槽狀交錯層理（圖2d）。分流間灣水體能量弱，以細(xì)碎屑為主，常見水平層理。沼澤微相生物繁茂、缺氧還原，煤層發(fā)育（圖2e）。辮狀河三角洲前緣發(fā)育水下分流河道、水下分流間灣、河口壩、席狀砂等沉積微相。水下分流河道是分流河道的水下延伸部分，二者沉積特征相似，以粗碎屑沉積物為主，發(fā)育下粗上細(xì)的正粒序。河口壩、席狀砂以中砂巖、細(xì)砂巖為主，縱向上以反粒序?yàn)樘卣?。辮狀河三角洲平原地形坡度較大，易形成包卷層理等同生變形構(gòu)造（圖2f）。前辮狀河三角洲水體能量較弱，以發(fā)育水平層理的泥巖為主。

2.3 湖泊

柴北緣西段中侏羅統(tǒng)晚期湖泊相沉積發(fā)育較廣泛，常見濱淺湖、半深湖-深湖相沉積，在冷湖、賽什騰山和大煤溝地區(qū)石門溝組均可見湖泊相沉積。

濱淺湖位于浪基面之上，水體淺，受波浪和湖流作用影響水體活躍。濱淺湖砂巖多為細(xì)砂巖，碎屑顆粒分選、磨圓較好，常發(fā)育平行層理、壓扁層理（圖2g）、小型交錯層理和塊狀層理，可見生物碎片（圖2h）、生物潛穴和植物根莖。半深湖-深湖相水體較深，位于浪基面以下，水體能量弱，巖性以深灰色、灰黑色泥巖為特征，并發(fā)育油頁巖（圖2i），暗色泥巖一般發(fā)育塊狀層理或水平層理。

圖2 柴北緣西段中侏羅統(tǒng)典型巖心、露頭特征Fig.2 The typical drilling cores and outcrop of the Middle Jurassic in the west of northern margin of Qaidam Basin

3 層序地層特征

3.1 層序界面識別

此次研究以經(jīng)典層序地層學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合前人對柴北緣西段侏羅系層序研究成果［13-14］，在研究區(qū)識別出3 種類型的層序界面。

1）下切谷沖刷面：由于湖平面的下降，河流回春作用會形成下切谷，沉積特征上常表現(xiàn)為相互疊置的厚層砂礫巖及透鏡狀礫巖。測井上常表現(xiàn)為測井曲線的突變，如石門溝組底部發(fā)育侵蝕沖刷面，穿過該界面電阻率明顯增大，自然電位由低幅齒狀突變?yōu)楦叻錉?，自然伽馬值突然減?。▓D3a）。

2）沉積相轉(zhuǎn)換面：是湖盆內(nèi)缺乏下切谷充填砂體時或者在沖積平原河道間識別層序邊界的重要標(biāo)志［15］。石門溝組上下段界線處存在測井曲線突變面，穿過層序界面，石門溝組下段測井相形態(tài)為鐘形，電阻率較小，石門溝組上段測井形態(tài)為漏斗形，自然伽馬曲線在該界面處也發(fā)生突變（圖3b）。

3）地層顏色、巖性突變面：是沉積環(huán)境突變的直接表現(xiàn)。石門溝組與采石嶺組之間為顏色、巖性突變面，界面之下為水體較深的深色泥巖、油頁巖，而界面之上為水體較淺的灰綠色泥巖、砂巖和礫巖（圖3c）。

圖3 層序及體系域界面特征Fig.3 The features of the sequence and systems tract boundary

3.2 體系域界面識別

在一個層序內(nèi)部可以根據(jù)初始湖泛面和最大湖泛面將其劃分為低位體系域（LST）、湖侵體系域（TST）和高位體系域（HST），因此體系域界面的識別就是初始湖泛面和最大湖泛面的識別［16］。

初始湖泛面（FFS）：水體首次越過下切谷后形成的界面稱為初始湖泛面，該界面之上，水體變深，巖性變細(xì)［17］。因此根據(jù)巖性組合可將覆蓋在下切谷粗粒沉積物之上的第一套細(xì)粒沉積物底面定為初始湖泛面。測井曲線上表現(xiàn)為穿過該界面電阻率突然減小，自然伽馬值驟增（圖3d），砂地比減小。

最大湖泛面（MFS）：是湖盆水體最深時的湖平面，此時湖盆可容空間最大，沉積物粒度達(dá)到最細(xì)，因此可將一套層序內(nèi)廣泛發(fā)育的厚層泥巖的頂面定為最大湖泛面。準(zhǔn)層序組在最大湖泛面由退積型變?yōu)檫M(jìn)積型，砂地比增大，測井曲線特征為電阻率增大，自然伽馬值減小（圖3d）。

3.3 層序劃分方案及其特征

根據(jù)層序界面的識別，將柴北緣西段中侏羅統(tǒng)劃分為3 個三級層序，自下而上依次分別稱為SQ1、SQ2、SQ3（圖4）。

圖4 柴北緣西段中侏羅統(tǒng)層序劃分方案Fig.4 Sequence stratigraphic subdivision of the Middle Jurassic in the west of northern margin of Qaidam Basin

SQ1 層序相當(dāng)于中侏羅統(tǒng)大煤溝組，底面與下伏小煤溝組為巖性、顏色突變界面。SQ1 沉積期主要為辮狀河、辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣相沉積。巖性主要為辮狀河相含礫砂巖、砂巖、辮狀河三角洲分流河道礫巖、含礫砂巖、砂巖以及分流間灣泥巖、粉砂巖（圖5）。SQ1內(nèi)砂巖厚度為5.8～37.0 m，平均厚度為22.6 m，含砂率為9.0%～67.0%。不同地區(qū)砂巖厚度差異較大，賽什騰地區(qū)砂巖厚度為6.7～16.1 m，魚卡地區(qū)砂巖厚度為5.8～37.0 m，大煤溝地區(qū)砂巖厚度為6.5～36.4 m（表1）。

SQ2 層序相當(dāng)于石門溝組下段，該層序底界面為下切谷沖刷面。SQ2 內(nèi)沉積了灰黑色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、粗砂巖和煤（圖5），沉積相類型主要為辮狀河三角洲和濱淺湖。SQ2 內(nèi)含砂率為15.0%～68.0%，砂巖厚度變化范圍為6.3～35.1 m。賽什騰地區(qū)砂巖發(fā)育最好，厚度為25.4～30.8 m，魚卡地區(qū)砂巖發(fā)育較好，厚度為6.3～35.1 m，大煤溝地區(qū)砂巖發(fā)育最差，厚度為10.2～20.5 m（表1）。

SQ3 層序相當(dāng)于石門溝組上段，層序底界面為沉積相轉(zhuǎn)換面，頂界面為巖性、顏色突變界面。SQ3 巖性主要為含礫砂巖、細(xì)砂巖和泥巖（圖5），沉積相類型主要為辮狀河三角洲及湖泊沉積。縱向上SQ3 砂體發(fā)育較薄，砂巖厚度為5.0～27.2 m，含砂率為7.0%～48.0%，其中賽什騰地區(qū)砂巖厚度為5.8～19.4 m，魚卡地區(qū)砂巖厚度為5.0～27.2 m，大煤溝地區(qū)砂巖厚度為6.6～7.5 m（表1）。

表1 柴北緣西段中侏羅統(tǒng)砂體厚度統(tǒng)計(jì)/mTable 1 The statistics of sandstone thickness of Middle Jurassic in the west of northern margin of Qaidam Basin

圖5 鉆孔21 沉積層序特征Fig.5 Sedimentary-sequence features of borehole 21

從SQ1、SQ2 到SQ3 沉積相變化具有繼承性，總體沉積相類型變化不大，主要發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊相，但湖盆面積逐漸擴(kuò)大，細(xì)粒沉積物逐漸增多（圖6）。

圖6 柴北緣西段中侏羅統(tǒng)層序地層及沉積相對比（據(jù)文獻(xiàn)［14］修編）Fig.6 The comparision of sequence stratigraphy and sedimentary facies in the west of northern margin of Qaidam Basin

4 沉積相及層序地層格架下的鈾富集規(guī)律

4.1 柴北緣西段層序地層與鈾富集關(guān)系

層序是砂巖型鈾礦勘查與評價(jià)的基本單元，劃分層序及對應(yīng)的體系域是研究砂體分布、鈾儲層及運(yùn)移通道預(yù)測的基礎(chǔ)［18］。如上所述，柴北緣西段中侏羅統(tǒng)整體表現(xiàn)為辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊沉積體系的陸相層序特征，辮狀河和辮狀河三角洲相是砂巖型鈾礦形成的有利相帶［19-22］。在縱向上層序與砂巖型鈾礦化的產(chǎn)出層位和層序、體系域具有明顯的關(guān)系。目前在賽什騰和魚卡地區(qū)中侏羅統(tǒng)都見有砂巖型鈾礦化，賽什騰地區(qū)（11-18、14）鈾礦化分布在SQ2，魚卡地區(qū)（YQ12-1、YQ0-5）中侏羅統(tǒng)3個三級層序內(nèi)部都存在鈾礦化（圖7）。從體系域角度分析，雖然3個層序內(nèi)都見有鈾礦化，但所有的砂巖型鈾礦化均分布在高位體系域，在湖侵體系域中主要發(fā)育泥巖型和煤巖型鈾礦化。

圖7 柴北緣西段中侏羅統(tǒng)層序地層對比（據(jù)文獻(xiàn)［23］修編）Fig.7 The comparison of sequence stratigraphy in the west of northern margin of Qaidam Basin

湖侵體系域泥巖型和煤巖型鈾礦化發(fā)育是由于湖侵體系域水體深度大，沉積物粒度細(xì)，以泥巖、粉砂巖為主，不易形成厚大砂體，不利于砂巖型鈾礦化的形成。泥巖、粉砂巖等細(xì)粒沉積物比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附能力，在沉積期能夠吸附水體中的鈾元素，造成鈾元素在沉積期的預(yù)富集。另外，在湖侵體系域發(fā)育凝縮層，凝縮層內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度高，是烴源巖發(fā)育的重要層段，有機(jī)質(zhì)的發(fā)育也能夠增強(qiáng)凝縮層對鈾元素的吸附，造成鈾的富集。

高位體系域和低位體系域一般砂體發(fā)育較好，而造成柴北緣西段鈾元素主要富集在高位體系域而不是低位體系域的原因有以下3點(diǎn)：1）高位體系域砂體類型主要為前積型砂體，連通性、滲透性較好，成熟度和粒度適中，厚度和規(guī)模較大，是砂巖型鈾礦形成的有利砂體；低位體系域砂體類型主要為下切谷、斜坡扇等砂體，砂體分布局限，不利于砂巖型鈾礦的形成。2）高位體系域緊鄰湖侵體系域凝縮層，凝縮層能夠?yàn)閷娱g氧化帶的形成提供良好的隔水底板，同時凝縮層內(nèi)的有機(jī)質(zhì)也能夠提升高位體系域砂體的還原容量。3）高位體系域位于一個層序內(nèi)的最高位置，后期發(fā)生構(gòu)造抬升作用，高位體系域砂體較低位體系域砂體埋藏淺，有利于層間氧化改造。

4.2 鈾元素富集模式

根據(jù)研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)、沉積相、層序地層及鈾礦化特征，筆者認(rèn)為該區(qū)存在兩種類型的鈾富集機(jī)理，即同生沉積吸附型鈾富集模式和層間氧化型鈾富集模式。本文以賽什騰地區(qū)大煤溝組（SQ1）鈾富集規(guī)律為例，對兩種鈾富集模式進(jìn)行說明。

SQ1低位體系域發(fā)育時期，賽什騰地區(qū)主要發(fā)育辮狀河和辮狀河三角洲沉積，僅在山前發(fā)育少量沖積扇。隨著湖平面的上升，在湖侵體系域內(nèi)主要發(fā)育辮狀河和辮狀河三角洲沉積。這一時期，賽什騰地區(qū)氣候濕潤，植物生長繁茂，辮狀河三角洲相發(fā)育大面積泥炭沼澤。辮狀河三角洲分流河道間灣和泥炭沼澤發(fā)育的暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖及煤含有大量還原物質(zhì)，對來自蝕源區(qū)的含鈾含氧水中游離鈾離子進(jìn)行吸附，形成同沉積型的泥巖型或煤巖型鈾礦化（圖8），這類礦化形態(tài)上多呈板狀鈾礦體，鈾元素的富集程度受控于泥巖和有機(jī)質(zhì)的分布范圍及吸附能力。達(dá)到最大湖泛面后，湖平面開始下降，在高位體系域形成大量的辮狀河三角洲前積砂體，砂體規(guī)模大，連片發(fā)育。

圖8 柴北緣西段鈾富集模式Fig.8 Uranium enrichment model for the west of northern margin of Qaidam Basin

SQ2、SQ3總體繼承SQ1的沉積特征，湖平面不斷加深，沉積物粒度總體由向上變細(xì)，在賽什騰地區(qū)中侏羅統(tǒng)整體為一套辮狀河-辮狀河三角洲-湖泊相沉積。進(jìn)入晚侏羅世，賽什騰地區(qū)氣候轉(zhuǎn)為干旱，上侏羅統(tǒng)為一套紅色河流-湖泊相沉積。晚侏羅世至白堊紀(jì)時期，受北部造山帶的構(gòu)造運(yùn)動致使研究區(qū)中、下侏羅統(tǒng)甚至基底發(fā)生褶皺、斷裂和抬升［24］，在賽什騰地區(qū)形成了有利于砂巖型鈾成礦的向南傾斜的單斜構(gòu)造［25］，與此同時，蝕源區(qū)的含鈾含氧水進(jìn)入SQ1內(nèi)。含鈾含氧水受最大湖泛泥巖的影響，不易進(jìn)入深部的湖侵體系域和低位體系域，主要沿高位砂體向前徑流。隨著徑流距離的增大，砂體內(nèi)的還原物質(zhì)不斷消耗水中的溶解氧，當(dāng)水中的溶解氧消耗殆盡時在砂體內(nèi)形成卷舌狀有礦體（圖8）。

5 結(jié)論

1）柴北緣西段中侏羅統(tǒng)為典型的陸相沉積，主要發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲及湖泊相沉積，進(jìn)一步可細(xì)分為辮狀河、河漫灘、辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣、濱淺湖和半深湖-深湖等亞相，辮狀河及辮狀河三角洲沉積體系是研究區(qū)砂巖型鈾礦化發(fā)育的有利沉積相帶。

2）根據(jù)層序界面，可將柴北緣西段中侏羅統(tǒng)劃分為3個三級層序，從SQ1、SQ2到SQ3沉積相變化具有繼承性，沉積相類型變化不大，主要發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊相，但湖盆面積有所逐漸擴(kuò)大。

3）柴北緣西段中侏羅統(tǒng)內(nèi)發(fā)育泥巖型、煤巖型和砂巖型鈾礦化。受構(gòu)造演化和沉積相特征影響，不同地區(qū)鈾礦化的賦存層位存在差異，賽什騰地區(qū)鈾礦化分布在SQ2，而魚卡地區(qū)中侏羅統(tǒng)3個層序內(nèi)均存在鈾礦化。

4）泥巖型和煤巖型鈾礦化發(fā)育于湖侵體系域，主要形成于沉積成巖階段，鈾元素的富集程度受控于泥巖和有機(jī)質(zhì)的分布范圍及吸附能力，常形成板狀鈾礦體。而砂巖型鈾礦化主要發(fā)育于高位體系域，有利于形成層間氧化帶型鈾礦化，鈾礦體常呈卷舌狀。