开鲁盆地陆家堡凹陷绍根地区早白垩世裂陷期后沉积构造演化与铀矿化特征

吴兆剑，韩效忠，胡航

1. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083 2. 中国煤炭地质总局特种技术勘探中心(中煤地质工程总公司)北京地质调查分公司，北京 100040

0 引言

自辽河油田在石油钻探过程中发现钱家店铀矿床以来，松辽盆地西南缘开鲁盆地受到大量科研院所和生产单位的青睐，大量工作表明开鲁盆地沉积环境、构造演化、铀源条件及后生保矿条件良好，具备成大矿和多矿的良好前景[1- 9]。在此背景下，运用“煤田资料的铀矿二次开发技术”[10]，对开鲁坳陷展开异常筛选和选区分析，并选取陆西凹陷绍根地区展开铀矿地质调查工作，初步确定了该区铀矿(化)的存在。而随着调查工作的进一步推进发现，陆西凹陷在沉积构造演化特征、铀成矿目的层、铀成矿模式和成矿类型等方面与钱家店等凹陷存在巨大差异。同时以往资料表明，陆西凹陷尚未开展专门地铀矿找矿工作，且油气田勘探目的层主要为下白垩统，对铀成矿主要目的层上白垩统解析较薄弱。因此，亟需对陆西凹陷绍根地区沉积构造演化及铀成矿展开系统研究，为进一步了解绍根及其外围地区铀成矿地质特征、开展铀成矿远景预测以及实施后续铀矿找矿工作提供理论指导和技术支撑。

1 地质背景

陆西凹陷是松辽盆地开鲁坳陷陆家堡凹陷的一个次级负向构造单元，位于开鲁坳陷西北部，是在晚古生代褶皱基底上发育起来的中、新生代断坳型凹陷[11- 14]。凹陷总体走向呈NE向，为典型的南断北超构造格局，南以西绍根断裂为界紧靠舍伯吐凸起，北依西缘斜坡带与大兴安岭南段东坡基岩裸露区为邻。陆西凹陷自南东向北西发育西绍根断裂、包日温都南断裂、包日温都北断裂和马家铺断裂等4条近平行断裂，并将凹陷分割成包日温都断裂构造带、马家堡高垒带、五十家子庙洼陷、小井子洼陷和马北斜坡带等5个二级构造带[15- 16](图1)。绍根地区位于包日温都断裂构造带中，尽管区内断裂构造发育，但地震剖面显示，西绍根断裂、包日温都断裂南带及北带等断裂多活动于侏罗纪—下白垩世，且止于阜新组，对铀成矿目的层上白垩统影响较小(图1d)。

图1 松辽盆地西南缘开鲁坳陷陆西凹陷构造简图(据参考文献[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 地层格架

2.1 地层对比与划分

地层对比划分主要遵循“先对标志层和辅助标志层，由大及小，旋回控制和精细划分”的原则[10,20- 22]。通过钻探资料(图2)可知，阜新组为一套典型的煤系地层，岩性以泥岩夹砂岩为主，煤层在全区稳定发育；嫩江组发育质地纯正的粉砂质泥岩，侧向电阻率和密度曲线平坦且赋值较低。因此，阜新组和嫩江组可作为本区两个主要标志层。新近系泰康组上部为未胶结松散中粗砂，下部为薄层杂色砂砾岩，以侧向电阻率曲线呈锯齿状高值为突出形象与下伏地层区别明显，可将该组作为本区辅助标志层。姚家组为一套灰绿色冲积扇相沉积，以碎屑流沉积为主；四方台组上部发育棕红色冲洪积砂质泥岩，下部发育棕红色碎屑流沉积物，呈现出下粗上细的正旋回沉积。在此基础上建立本区等时地层格架，对绍根地区阜新期以来沉积地层自下而上划分为阜新组、姚家组、嫩江组、四方台组和泰康组五个地层，泉头—青山口组以及明水组缺失。这大致与前人对该区的地层认识(表1)一致[23- 24]，同时须指明的是，传统观念认为的主要找矿目的层姚家组在本区沉积厚度薄且分布不均(在北东部部分地区缺失)，这不仅指示本区沉积构造演化特征的独特性，而且表明绍根地区的铀成矿模式和找矿方向与松辽盆地西南缘钱家店凹陷等地区存在较大差异。

表1不同地区地层对比划分(据参考文献[23-24]修改)

Table1Stratigraphiccorrelationofdifferentareas

2.2 岩性特征

前文已述，陆西凹陷绍根地区自阜新期以来发育阜新组、姚家组、嫩江组、四方台组和泰康组，其沉积地层特征由老至新分述如下：

(1) 阜新组(K1f)

本组地层钻探揭露厚约100～500 m。岩性以深灰色—灰色泥岩、炭质泥岩夹薄层灰色细砂岩、粉砂岩为主，可见多层煤发育。绍根地区北东部阜新组顶部可见10～30 m玄武岩发育。侧向电阻率曲线整体表现为低阻锯齿状，仅玄武岩地段为高阻锯齿状(图2)。

NSR增加时，脱硝效率随之增加。但是随着NSR增加，脱硝效率增加的幅度呈指数规律下降。当NSR超过2.0之后再增加还原剂量不会使脱硝效率明显增加。

(2) 姚家组(K2y)

姚家组仅发育于绍根南西部和中部地区，厚约10～20 m，岩性以灰色—灰绿色含砾砂岩、砂质砾岩为主，砾石粒径大多为1 cm，砾石成分常见石英质、片麻岩类和碎屑岩类；岩石碎屑颗粒呈棱角—次棱角状，杂基含量高，分选差，常呈混杂堆积，泥质胶结和钙质胶结均发育，侧向电阻率和密度曲线呈指状突起(图2)。与下伏阜新组呈不整合接触。

(3) 嫩江组(K2n)

嫩江组以泥岩为主，泥岩层稳定发育，厚度多40～70 m。岩性以浅黄绿色、灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主，质地纯正无杂质，水平层理，岩石易沿层理面裂开。地层中常见标志性化石——东方叶肢介，侧向电阻率和密度均表现为低缓的平滑曲线(图2)。

(4) 四方台组(K2sh)

本组地层厚60～100 m。剖面上表现出明显的下粗上细的正旋回特征，下部以棕红色、灰绿色钙质胶结砂质砾岩为主，上部为棕红色含砂泥岩、砂质泥岩。砾岩杂基含量高，分选差，颗粒多为次棱角状—次圆状，呈块状构造或正粒序层理。与下伏嫩江组呈不整合接触。

(5) 泰康组(N2t)

泰康组在绍根地区分布广泛、特征明显，具有良好的区域对比性，厚100～150 m。底部为松散砾石、砂砾及中细砂，中上部为灰白色粉砂、中细砂夹少量灰色黏土，在侧向电阻率曲线上呈锯齿状高阻与下伏地层明显区分。

3 沉积构造演化

关于松辽盆地中生代沉积构造演化史已有大量研究，普遍认为其经历了断陷期、坳陷期及构造反转期等阶段[16,23- 28]。尽管陆西凹陷绍根地区中生代沉积构造演化受控于松辽盆地，但其自身亦表现出独特的演化历程。基于此，在地层格架建立的基础上，综合地层岩性特征、岩石组合及砂体展布特征等，对该区早白垩世裂陷期晚期至今沉积构造演化特征展开综合分析。认为绍根地区经历了阜新期断陷晚期、泉头—姚家早期隆升剥蚀期、姚家晚期—嫩江期热沉降坳陷期、四方台反转期等四个阶段，现详述如下：

3.1 阜新拉张断陷晚期

据陆西凹陷地震剖面(107.6)构造发育图(图1d)和阜新组底板标高等值线图(图3a)可知，包日温都带南断裂两侧底板标高落差较大，南东侧地层标高低，走向平行于包日温都南断裂，且倾向南东，指示明显的断陷盆地特征，这与阜新组下部沉积厚约100 m的深湖—半深湖相泥岩—粉砂岩沉积相符。而后阜新组向上发育3～5层煤，煤层展布平行于主要构造线方向，为典型的湖沼相沉积(图3b)。因此，绍根地区阜新期沉积初期为拉张背景下平行于包日温都断裂带的线状湖泊，而后随着水平面的降低逐步演化为湖沼相沉积，指示拉张断陷晚期沉积。

3.2 泉头—姚家早期隆升剥蚀期

松辽盆地在阜新期后，由独立的断陷盆地发育成具有共同演化特征的坳陷盆地，在泉头—嫩江期整体表现为热沉降坳陷[16,23- 28]，尽管受松辽盆地整体构造演化控制，但松辽盆地西南隆起区构造演化确实存在其独特性。如宋鹰[29]指出，松辽盆地西南隆起区在坳陷期缺失登娄库组沉积，且泉头组和青山口组厚度比较小，分布范围不大，姚家组超覆于基底之上。而在更小尺度的西南隆起区开鲁坳陷里，陆家堡凹陷绍根地区晚白垩世地层与其邻区钱家店凹陷、哲中凹陷等相比仍表现出较大差异，如许坤等[24]据哲参2井等油田钻孔查明泉头组—青山口组仅在哲中凹陷中钻遇，而在陆家堡凹陷中缺失；以及本次工作在绍根地区查明泉头组—姚家组下段缺失等。

图2 陆西凹陷绍根地区典型柱状图Fig.2 Typical columnar section of Shaogen area in the west Lujiapu sag

图3 阜新组煤系地层特征a.阜新组底板标高等值线图；b.阜新组煤层累厚等值线图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

尽管泉头期—青山口期整个盆地沉积中心不断迁移，但其主要位于中央坳陷区的事实确凿，同时可见泉头组、青山口组地层向盆地边缘超覆[29]，这进一步表明盆地边缘可能位于剥蚀基准面之上。陆西凹陷地处松辽盆地西南隆起区西侧，紧邻盆地边缘的大兴安岭南段，这可能是绍根地区在该期未接受泉头—青山口组沉积的原因之一。

另一方面，据张功成等[30]，陈骁等[31]及葛荣峰等[26]的研究可知，松辽盆地阜新期末发生中等强度的正反转构造，为热沉降初期陆壳冷却收缩引起的挤压抬升，导致部分地区进入热沉降坳陷阶段，而部分地区隆升遭受不同程度的反转剥蚀[26,30- 31]。同时张一伟等[16]据镜质体反射率(Ro)资料计算结果，认为陆西凹陷阜新期末发生了构造隆升剥蚀，并结合古地温资料认为隆升持续了～40 Ma，大致相当于泉头组—姚家组早期所经历时间[32- 33]。

综上分析认为，尽管松辽盆地在泉头—姚家早期为热降坳陷阶段，受特殊的地理位置制约，陆西凹陷绍根地区泉头—姚家早期可能处于挤压抬升阶段未接受相应沉积。

3.3 姚家晚期—嫩江期热沉降坳陷期

前文已述，姚家组岩石主要为砾岩、砂质砾岩等粗碎屑岩，杂基含量高，混杂堆积。结合陆家堡坳陷区域地质资料及前人研究成果可知，姚家期主要为冲积扇相扇根、扇中亚相沉积或扇三角洲相河流亚相沉积[1,34- 36]。由姚家组地层厚度等值线图(图4)可知，姚家组沉积厚度薄，且分布不均匀，呈现出南西部厚、北东部薄的特征。暗示阜新期后隆升剥蚀在姚家晚期减弱，至此，陆西凹陷绍根地区真正进入热沉降坳陷阶段。而嫩江组泥岩—粉砂质泥岩质地纯、分选好、无杂质，岩层稳定发育(图5)，厚约30～40 m，且岩层中可见大量东方叶肢介化石(图6a)，指示静水或弱流水的沉积环境[37]；而粒径小于10 μm、常簇集成大球或多个球型的草莓状黄铁矿的发育(图6b)，指示硫化缺氧的沉积环境[38- 40]。这表明随着构造应力的进一步松弛，嫩江期发育了安静、缓慢沉积的弱拉张湖相环境。

另外，嫩江组以灰色泥岩为主，顶部由灰色泥岩逐渐过渡为淡黄绿色泥岩，且淡黄绿色泥岩有机炭、低价硫和黄铁矿含量明显低于下伏灰色泥岩。考虑到泥岩的低渗透性，顶部淡黄绿色泥岩淋滤渗透成因的可能性较小，更可能指示嫩江期末对应水体变浅、氧含量增高的沉积环境。这与嫩江期末可能发生构造反转有很好的相符[27,29- 30,41]。

图4 姚家组地层厚度等值线图Fig.4 Isogram of thickness of Yaojia Formation

图5 嫩江组泥岩厚度等值线图Fig.5 Isogram of thickness of Nenjiang Formation

图6 嫩江组岩石学特征a.东方叶肢介；b.草莓状黄铁矿集合体Fig.6 Petrological characteristics of Nenjiang Formationa.Eosestheria in Nenjiang Formation; b. Framboidal pyrites aggregate

3.4 四方台反转期冲积扇相沉积

嫩江组与四方台组为典型的不整合接触，前文已述嫩江期末构造反转已初见端倪。而对四方台组地层分析可知该组底部为成分复杂、分选差、呈混杂堆积的块状砾岩，夹薄层含砾砂岩或泥岩，垂向上常表现出正粒序层理，为典型的泥石流和辫状河河道微相；向上则主要为红褐色含砂泥岩或含砾泥岩，岩石成分复杂，为典型的漫流沉积产物。结合四方台组砂地比等值线图(图7)可知，绍根地区四方台期为弱拉张向挤压萎缩快速转换期，洼陷四周发育冲积扇扇根和扇中亚相沉积，洼陷中央发育冲洪积平原亚相沉积，且盆地抬升后应处于炎热干燥的沉积环境。

图7 四方台组砂地比等值线图Fig.7 Isogram of sand content of Sifangtai Formation

综上认为，绍根地区阜新期后沉积演化经历了阜新拉张断陷晚期半深湖—湖沼相沉积、泉头—姚家早期隆升剥蚀、姚家晚期—嫩江期热沉降坳陷期半深湖相沉积及四方台反转期冲积扇相沉积等四个阶段(图8)。

4 铀矿化特征

4.1 成矿层位

砂岩型铀矿赋矿岩层以碎屑颗粒较大、分选中等—好、疏松的沉积砂体为佳，且目的层沉积期后还因构造隆升出露过地表[42]。据绍根地区沉积构造演化特征可知，尽管泉头组和姚家组(钱家店、白兴吐等邻区主要成矿目的层)在本区并不发育，但四方台组底部砂砾岩层具备较好的储层和构造条件。这与邻区差别较大，需引起足够重视。

同时，本次铀矿地质调查在嫩江组泥岩中发现了异常值高、异常层位稳定的伽马异常层，部分钻孔验证为泥岩型工业孔。这表明绍根地区亦发育泥岩型铀矿，主要成矿层位为嫩江组。

图8 绍根地区阜新期后沉积构造图a.阜新断陷晚期半深湖—湖沼相沉积；b.泉头—姚家早期构造隆升剥蚀阶段；c.姚家晚期—嫩江期热沉降坳陷期冲积扇—湖相沉积；d.四方台挤压反转期冲洪积扇沉积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 成矿类型与赋矿规律

(1) 泥岩型铀矿化

嫩江组铀矿化主要赋存于嫩江组上部淡黄绿色泥岩与下伏灰色泥岩过渡带中的灰色泥岩中。尽管嫩江组泥岩层厚度变化小，但受古地形控制强烈，表现为北东部和南西部标高较高，而中部标高较低的凹形展布。对已实施的钻孔见矿情况分析可知，矿化孔和工业孔均位于绍根地区中部，且矿体呈薄板状顺嫩江组泥岩层分布，表现出北东和南西高，而中部较低的凹形展布(图9)。这与二连盆地努和廷泥岩型铀矿床I号主矿体较为相似[43]，指示其典型的同生沉积成矿的特征。同时，嫩江组赋矿灰色泥岩层中常见东方叶肢介化石和草莓状黄铁矿(图6)，表明嫩江期为典型的缓水流和硫化厌氧的沉积环境，有利于铀的吸附富集。

综上认为，嫩江组为典型的同生沉积成岩成矿，因此后续的泥岩型铀矿找矿工作应以绍根中部为主。

(2) 砂岩型铀矿化

目前绍根地区砂岩型铀矿工业孔发现较少。由图10可知，矿体主要发育于四方台组底板灰绿色砂砾岩中，矿体形态以板状为主。对钻孔岩芯分析可知，四方台组自下而上发育灰绿色砂砾岩、红褐色砂砾岩(部分钻孔中可见红褐色与灰绿色砂体混杂)、红褐色含砾泥岩及砂质泥岩(图2)，而铀矿化主要赋存于灰绿色砂砾岩中。镜下鉴定可知，红褐色砂砾岩和灰绿色砂砾岩碎屑颗粒成分基本一致，且两者岩石组构均呈现出碎屑颗粒分选差、次棱角状—次圆状、混杂堆积和块状构造等特征，表明两者可能为同沉积期的同一产物。但红褐色砂砾岩整体呈褐铁矿化(图11a)，而灰绿色砂砾岩中则常见黄铁矿化(图11b)，这指示两者经历了不同的后生蚀变。四方台组底部并未见明显的泥—砂—泥地层结构，未见典型的灰—黄—灰颜色结构；且灰绿色砂砾岩和红褐色砂砾岩接触面并不截然明了，两者过渡带常厚约1～2 m，带中多见灰绿色与红褐色混杂(图11c)。因此，层间氧化带型铀成矿的可能较小。

图9 嫩江组泥岩型铀矿(化)特征Fig.9 Mudstone type uranium deposit in Nenjiang Formation

图10 四方台组砂岩型铀矿(化)体展布特征Fig.10 Sandstone type uranium deposit in Sifangtai Formation

图11 四方台组后生蚀变特征a.四方台组红褐色砂砾岩褐铁矿化(+)；b.四方台组灰绿色砂砾岩黄铁矿化(左-右+)；c.四方台组灰绿色与红褐色砂砾岩过渡带特征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

图12 四方台组底部砂砾岩岩石学特征a.四方台组底部砂砾岩微晶方解石团块；b.灰绿色砂砾岩砾石颗粒表面见亮晶方解石(+)Fig.12 Petrological characteristics of sandy conglomerate of the bottom of Sifangtai Formationa. micrite mass; b. sparite calcite

5 结论

(1) 陆西凹陷绍根地区自早白垩世晚期以来，自下而上沉积阜新组、姚家组上段、嫩江组、四方台组和泰康组，缺失泉头—姚家组下段和明水组地层。

(2) 陆西凹陷绍根地区自早白垩世晚期以来，经历了阜新期断陷末期半深湖—湖沼相沉积→泉头—姚家早期构造隆升剥蚀期→姚家晚期—嫩江期热沉降坳陷期冲积扇—滨浅湖—半深湖相沉积→四方台挤压反转期冲洪积扇相沉积的构造演化过程。

(3) 沉积构造演化特征表明陆西凹陷嫩江组为泥岩型铀成矿目的层，四方台组为砂岩型铀成矿主要目的层。

(4) 嫩江组泥岩型铀矿化赋存于嫩江组上部灰色粉砂质泥岩中，矿体呈薄板状顺嫩江组泥岩层分布，表现出北东和南西高、中部较低的凹形展布，为典型的同沉积成岩型铀矿化；四方台组砂岩型铀矿化赋存于四方台组底部的灰绿色砂砾岩中，上覆棕红色砂砾岩和砂质泥岩，为潜水氧化型铀成矿。

致谢 辽河油田勘探开发研究院吴炳伟老师、中国石油大学连钰、中国五矿集团王磊博士在成文过程中提供重要帮助，审稿专家提出了大量建设性意见，在此一并表示衷心感谢！

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