丁 波,賀 鋒,劉紅旭,邱林飛,肖柯相,王戰(zhàn)永,楊嘉寶

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300）

從20世紀(jì)50年代至90年代初期，相繼在四川盆地北部探明了南江縣花臺(tái)寺（303）礦床、通江縣松溪（4210）礦床、宣漢縣毛壩（7201礦床）和南江縣范家山礦床（457）等4個(gè)中、小型砂巖型鈾礦床、21個(gè)鈾礦點(diǎn)及39個(gè)鈾礦化點(diǎn)，構(gòu)成了四川盆地北部砂巖型鈾礦成礦帶［1］。盡管四川盆地北部鈾資源勘查取得了豐碩的成果，但是勘查工作以就礦找礦、地表找礦為主以及已探明砂巖型鈾礦為沉積成巖初始富集與熱水改造再富集的結(jié)果［2-12］，使得四川盆地北部、乃至四川盆地層間氧化帶型砂巖型鈾礦成礦條件與評價(jià)研究工作始終沒有實(shí)質(zhì)性突破。

近年來，隨著中國北方砂巖型鈾礦勘查工作的持續(xù)推進(jìn)及勘查力度的加大，盆地中有利找礦空間不斷縮小，找礦難度也不斷增大，進(jìn)而提出“新層位、新類型、新地區(qū)”的三新找礦思路，使得四川盆地成為砂巖型鈾礦找礦工作的新地區(qū)。但是，四川盆地砂巖型鈾礦潛在目標(biāo)層砂巖整體致密化，呈現(xiàn)孔隙度低與滲透率低的特征，是制約四川盆地是否發(fā)育規(guī)模型層間氧化帶型砂巖型鈾礦化的關(guān)鍵因素。因此，筆者在前人研究的基礎(chǔ)之上，選擇四川盆地北部砂巖型鈾礦含礦層為研究對象，通過巖礦鑒定、流體包裹體測溫等手段，厘定含礦層砂巖致密化成因與時(shí)間，結(jié)合含礦層經(jīng)歷的埋藏演化史，評價(jià)砂巖致密化對該區(qū)砂巖型鈾礦成礦的影響，從而為四川盆地砂巖型鈾礦找礦提供方向啟示。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于揚(yáng)子陸塊西北角，經(jīng)歷了古生代-早中生代的克拉通坳陷階段和晚三疊世-新生代的前陸盆地階段，是在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大型疊合盆地?，F(xiàn)今的四川盆地主要是指經(jīng)喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造后，形成有中、新生代紅層分布的盆地，周緣由一系列造山帶構(gòu)成，盆地西側(cè)與龍門山陸內(nèi)復(fù)合造山帶相接，再向西過渡為松潘－甘孜褶皺系；北與米倉山－大巴山隆起帶相接，向北過渡為秦嶺褶皺系，南與峨眉山、涼山斷塊褶皺帶相鄰；東南和西南抵大涼山－大婁山－齊耀山，為雪峰陸內(nèi)構(gòu)造變形系統(tǒng)［13-15］（圖1）。蓋層以侏羅系-白堊系為主體，地層發(fā)育比較齊全，新生界基本缺失，并長期遭受風(fēng)化剝蝕［1］。鄧賓［14］和何登發(fā)［13］等學(xué)者對四川盆地及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡研究成果顯示，四川盆地白堊紀(jì)以來區(qū)域上具有相似的冷卻史，表現(xiàn)為階段性沉降-隆升剝露過程，即早期盆緣快速隆升期/盆內(nèi)沉積后沉降埋深階段（～80 Ma以前）、中期緩慢隆升抬升冷卻階段（80～20 Ma）和晚期快速抬升剝露階段（20 Ma～現(xiàn)今）三個(gè)階段，晚白堊世以來剝蝕量整體介于2000～3000 m，威遠(yuǎn)背斜剝蝕量更是大于3000 m。

圖1 四川盆地及其鄰區(qū)大地構(gòu)造簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［15］修改）Fig.1 Tectonic sketch of Sichuan Basin and its adjacent areas（Modified after References［15］）

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于盆地北緣強(qiáng)烈褶皺區(qū)的山前凹陷內(nèi)，歸屬于川北低緩斷褶帶（圖1）。四川盆地北部砂巖型鈾礦位于四川省北部的南江、通江及宣漢縣境內(nèi)，由南江縣花臺(tái)寺（303）礦床、通江縣松溪（4210）礦床、宣漢縣毛壩（7201）礦床、南江范家山（457）鈾礦床等4個(gè)中、小型砂巖型鈾礦床及一系列鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)組成，其中花臺(tái)寺鈾礦床分布于新華向斜南東翼，松溪鈾礦床分布于泥溪復(fù)向斜北東翼，毛壩鈾礦床分布于涪陽背斜南東側(cè)轉(zhuǎn)折端［10-11］（圖2）。出露地層主要為上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、下白堊統(tǒng)蒼溪組（K1c），受燕山晚期-喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，在研究區(qū)內(nèi)形成平緩褶皺構(gòu)造及一系列NW-SE和NEE-SWW向平行斷裂帶［6］（圖2）。

圖2 四川盆地北部砂巖型鈾礦構(gòu)造示意圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［10］修改）Fig.2 Structural diagram of sandstone type uranium deposits in northern Sichuan Basin（Modified after References［10］）

砂巖型鈾礦含礦層主要為下白堊統(tǒng)蒼溪組（K1c），為半干旱-干旱條件下的沖積扇-河流相雜色碎屑巖建造，自下而上劃分為兩段九層，每層砂體皆由下部淺色砂巖段與上部紅色泥巖段組成，呈下粗上細(xì)的正向粒序，其中淺色砂巖段主要為淺灰色-灰黑色粗粒砂巖，紅色泥巖段主要為紫紅色泥巖-粉砂巖（圖3）。蒼溪組第一段第一層（K1c1-1）為四川盆地北部砂巖型鈾礦主要含礦部位，定位于淺色砂巖段，與下伏蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）呈平行不整合接觸，不整合面附近蒼溪組第一段第一層為灰黑色礫巖或含礫中-粗粒砂巖，富含有機(jī)質(zhì)、炭化植物碎屑，蓬萊鎮(zhèn)組為紫紅色薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層［11］。

圖3 四川盆地北部砂巖型鈾礦含礦層下白堊統(tǒng)蒼溪組巖性柱狀圖［11］Fig.3 Lithology column of the sandstone type uranium deposit host layer of Lower Cretaceous Cangxi Formation in northern Sichuan Basin［11］

3 含礦層砂巖致密化成因與形成時(shí)間

四川盆地北部砂巖型鈾礦蒼溪組鈾礦石巖性主要為深灰色中-細(xì)砂巖，富含炭屑與黃鐵礦（圖4 a、b、c）。巖石中碎屑成分占比75%～90%，膠結(jié)物占比10%～25%。碎屑主要為石英、巖屑，其中巖屑成分以碳酸鹽巖、粉砂巖、變質(zhì)巖為主（圖4 d、e），含少量火成巖碎屑，裂縫中見瀝青（含黃鐵礦）充填，磨圓中等，呈次棱角狀-次圓狀，呈孔隙式-接觸式膠結(jié)，膠結(jié)致密；膠結(jié)物主要為方解石，含量一般在20%～30%，局部高達(dá)40%，呈泥晶與亮晶方式產(chǎn)出，其中泥晶方解石膠結(jié)雜基產(chǎn)出（圖4 f、g、h），而亮晶方解石常包裹泥晶方解石與交代石英、長石等碎屑，使得顆粒之間呈現(xiàn)點(diǎn)接觸甚至不接觸，顆粒呈漂浮狀懸在膠結(jié)物中（圖4 f、g、h、i），說明方解石的膠結(jié)作用發(fā)生時(shí)間較早，在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用之前。

圖4 四川盆地北部砂巖型鈾礦石宏觀與微觀特征Fig.4 Macroscopic and microscopic characteristics of uranium ore in sandstone type uranium deposits in northern Sichuan Basin

據(jù)鄧賓［14］以及何登發(fā)［13］對四川盆地構(gòu)造隆升剝蝕研究認(rèn)識(shí)，四川盆地北部在下白堊統(tǒng)沉積以來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中整體抬升了2000～3000 m，說明現(xiàn)今地表的蒼溪組在晚白堊世的埋深最大可達(dá)3000 m左右，遭受較強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，但是顆粒呈漂浮狀懸在方解石膠結(jié)物中（圖4 f、g、h、i），卻顯示著壓實(shí)作用不強(qiáng)。蒼溪組是在干旱炎熱氣候大背景條件下，在局部地區(qū)的干旱與潮濕相間，形成產(chǎn)于河道中灰色砂巖與大規(guī)模河漫灘紅色泥巖、粉砂巖，地層沉積過程可直接從過飽和堿性湖水介質(zhì)中析出泥晶方解石。此后，隨著埋藏深度的增加，在上覆壓力的作用下，泥巖與砂巖發(fā)生差異壓實(shí)作用，不僅造成泥巖與砂巖的原生孔隙的大規(guī)模下降，而且造成泥巖壓實(shí)過程排出大量的壓榨水（含Ca2+與HCO3-的弱堿性流體）向孔隙度與滲透率更大的砂巖運(yùn)移，形成大規(guī)模的泥晶方解石，造成砂巖原生孔隙的降低，這一過程主要發(fā)生于準(zhǔn)同生至早成巖早期。大規(guī)模的泥晶方解石形成會(huì)抑制后續(xù)的壓實(shí)作用，從而造成現(xiàn)階段可見的顆粒之間點(diǎn)接觸甚至不接觸現(xiàn)象。亮晶方解石常包裹泥晶方解石產(chǎn)出（圖4 f、g、h），其中原生包裹體皆為純液相包裹體（圖5 b、c、d），基本不發(fā)育含烴類包裹體，但是砂巖孔隙中發(fā)育藍(lán)色熒光（圖5 a），說明亮晶方解石的形成時(shí)間早于油氣充注時(shí)間。此外，亮晶方解石原生包裹體測溫結(jié)果顯示均一溫度在62～106℃，主要集中在62～90℃（表1），結(jié)合四川盆地北部地溫梯度為2.5℃/100 m與地表年平均溫度為20℃，推算亮晶方解石開始出現(xiàn)的地層深度約為1600 m，最大深度約為2800 m，基本發(fā)生在早成巖晚期，說明在蒼溪組埋藏成巖過程中再一次形成了亮晶方解石，其形成與大氣降水有關(guān)，為埋藏成巖過程中地層進(jìn)一步壓榨形成的地層水（圖6）。埋藏過程中地層溫度的升高及地層水的活動(dòng)，容易造成早期形成的泥晶方解石重結(jié)晶，形成包裹泥晶方解石產(chǎn)出的亮晶方解石。此外，碳酸鹽巖屑的溶蝕與黏土礦物之間相互轉(zhuǎn)化也為亮晶方解石的析出沉淀提供了重要的物質(zhì)來源。因此，認(rèn)為蒼溪組砂巖致密化的根本原因是成巖作用過程中普遍發(fā)育的方解石膠結(jié)作用，其形成于沉積-早成巖時(shí)期，且早于油氣充注時(shí)間。

圖6 四川盆地北部鈾礦石中亮晶方解石流體包裹體均一溫度-鹽度相關(guān)關(guān)系圖Fig.6 Homogenization temperature-salinity correlation diagram of fluid inclusions of sprite calcite in uranium ore

表1 四川盆地北部砂巖型鈾礦石流體包裹體顯微測溫結(jié)果表Table 1 Results of microscopic temperature of fluid inclusions in sandstone type uranium ore in northern Sichuan Basin

圖5 四川盆地北部砂巖型鈾礦石亮晶方解石膠結(jié)物中鹽水包裹體特征Fig.5 Characteristics of brine inclusions in sprite calcite cements of uranium ore from sandstone type uranium deposits in northern Sichuan Basin

4 對砂巖型鈾礦找礦的指示意義

四川盆地北部砂巖型鈾礦蒼溪組鈾礦石致密化是方解石膠結(jié)作用的結(jié)果，形成于沉積-早成巖時(shí)期，發(fā)生晚白堊世構(gòu)造抬升與烴類充注之前，不利于后期構(gòu)造活動(dòng)期的含鈾含氧水滲入與規(guī)模性層間氧化帶型砂巖型鈾礦化的形成。此外，大量學(xué)者對四川盆地須家河組［16-19］與沙溪廟組［20-21］砂巖致密化成因與時(shí)間開展了研究，認(rèn)為砂巖孔隙度平均小于10%，滲透率遠(yuǎn)小于1×10-3μm2，為典型的低孔-低滲致密砂巖，是埋藏過程中的強(qiáng)壓實(shí)作用的結(jié)果，且成巖過程中的石英次生加大和碳酸鹽膠結(jié)是砂巖致密化的強(qiáng)化與關(guān)鍵，發(fā)生在晚白堊世構(gòu)造抬升與烴類充注之前，結(jié)合野外踏勘露頭與鉆孔揭露的須家河組、沙溪廟組多數(shù)為灰色、灰綠色致密砂巖，未見明顯的氧化痕跡（圖7），雖野外踏勘露頭可見少量致密砂巖氧化，但規(guī)模不大，可能是潛水氧化作用造成（圖7d、f）。上述分析說明四川盆地須家河組、沙溪廟組與蒼溪組砂巖皆未經(jīng)歷大規(guī)模含鈾含氧水滲入，對規(guī)模性層間氧化帶型砂巖型鈾礦化的形成較為不利。然而，四川盆地北部蒼溪組致密砂巖中發(fā)育有一系列中、小型沉積成巖-熱液疊加改造的砂巖型鈾礦化，這可能為四川盆地的砂巖型鈾礦找礦提供了方向。四川盆地找礦目標(biāo)層中砂巖致密化發(fā)生于晚白堊世構(gòu)造活動(dòng)之前，雖然造成含鈾含氧水不能大規(guī)模滲入氧化，但后期構(gòu)造活動(dòng)容易使得致密砂巖形成大量的裂隙與斷裂，能為熱液改造型砂巖型鈾礦提供容礦空間及熱液運(yùn)移有利通道，而四川盆地北部含鈾紅色方解石脈則證明熱液參與鈾成礦，并能為鈾成礦提供鈾源。此外，四川盆地晚白堊世以來的構(gòu)造隆升剝蝕造成盆地內(nèi)地層釋壓，致使下部先期形成的油氣藏發(fā)生油氣流體逸散，或者是盆地內(nèi)熱鹵水等熱流體向上遷移，在適宜的構(gòu)造部位成礦，形成熱液疊加改造型砂巖型鈾礦化，或者與地表水混合疊加，形成與滲出-滲入流體疊加作用有關(guān)的復(fù)合成因型砂巖型鈾礦化。因此，認(rèn)為四川盆地有利的找礦類型應(yīng)與四川盆地北部砂巖型鈾礦類似，為沉積成巖-熱液疊加改造型，可作為后期四川盆地鈾礦資源擴(kuò)大的一個(gè)方向。

圖7 四川盆地須家河組與沙溪廟組鉆孔巖心與野外露頭宏觀特征Fig.7 Photos of drilling cores and outcrops in Xujiahe Formation and Shaximiao Formation in Sichuan Basin

5 結(jié)論

1）四川盆地北部砂巖型鈾礦鈾礦石普遍致密化，為大規(guī)模泥晶與亮晶方解石膠結(jié)作用的結(jié)果，形成于沉積-早成巖時(shí)期，發(fā)生晚白堊世構(gòu)造抬升與烴類充注之前，其中泥晶方解石是沉積-早成巖時(shí)期直接從過飽和堿性湖水介質(zhì)中析出與泥巖壓實(shí)過程向砂巖型排出大量的壓榨水（含Ca2+與HCO3-的弱堿性流體）形成，而亮晶方解石則是埋藏過程中地層溫度的升高及地層水的活動(dòng)造成早期泥晶方解石重結(jié)晶形成。

2）四川盆地須家河組、沙溪廟組與蒼溪組砂巖致密化是埋藏過程中的壓實(shí)作用與膠結(jié)作用的結(jié)果，發(fā)生晚白堊世構(gòu)造抬升之前，不利于后期構(gòu)造活動(dòng)期的含鈾含氧水滲入與大規(guī)模層間氧化帶型砂巖型鈾礦化的形成，而沉積成巖-后期熱液疊加改造型的砂巖型鈾礦化則是四川盆地后期勘查找礦擴(kuò)大的一個(gè)重要方向。