滇西户撒盆地芒棒组下段沉积特征及与铀矿化的关系

2018-09-27周恳恳陈小炜张建军李晋文涂云宽

成都理工大学学报（自然科学版） 2018年5期

伍皓,周恳恳,陈小炜,张建军,2,李晋文,涂云宽,陈兵,孔然

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，成都610081; 2.中国地质科学院，北京100037；3.云南省煤炭地质勘查院，昆明650032; 4.云南省核工业二〇九地质大队，昆明 650218)

滇西发育大量新生代小型山间盆地，已探明8个中、小型矿床，是中国重要的砂岩型铀矿成矿带之一[1]。前人虽在滇西成矿地质条件[2]、铀矿化特征[39]及铀矿化类型[4]等方面的研究取得了诸多成果，但对于该区赋矿层系----新近系芒棒组(N2m)的沉积特征研究却相对薄弱，仅在勘探程度相对较高的龙川江盆地取得了一些重要认识[5-6]，例如识别出冲积扇、扇三角洲、滨-浅湖沉积体系，并指出冲积扇与扇三角洲沉积体系砂体对成矿有利。而勘查程度较低的户撒盆地中芒棒组沉积特征研究几近空白，仅云南199煤田地质勘探队(1982年)在找煤工作中对其沉积相进行了粗略划分，认为属冲积扇-河流-湖沼相[7]。2015年西南地区“煤铀兼探”项目在该盆地实施的6口验证孔为系统进行芒棒组沉积特征研究提供了宝贵的第一手岩心资料[8]。鉴于此，本文尝试结合前人煤田地质资料，以钻孔岩心沉积相分析为主，辅以地表露头剖面观测，对赋矿层位芒棒组下段沉积特征进行系统分析，探讨沉积相与铀矿化的关系，以期为滇西成矿带铀矿勘查提供依据。

1 区域地质背景

户撒盆地位于欧亚(扬子)和冈瓦纳(印度)2个超级大陆汇聚带间的腾冲地体上[9]，地体东部和西部分别以怒江-瑞丽断裂和葡萄-密支那早新生代缝合线与保山微板块和缅甸地块相拼接[1]，该地体实为拉萨地体的东延，原属冈瓦纳大陆的一部分[10-12]。泥盆纪-石炭纪，腾冲地体从冈瓦纳大陆北缘分裂，并向北移动；晚三叠世-晚白垩世，腾冲地体沿现怒江断裂带与保山微板块发生碰撞[13]；新近纪，印度板块向东俯冲致使地体深部地幔物质上涌，壳幔呈穹状隆起，地壳拉伸导致厚度变薄(厚度35～42 km)，壳表张裂[14-15]。户撒盆地就是在该时期拉张构造背景下，受基底断层(殿厂-平山断层)控制而形成的东断西超的箕状断陷盆地(图1)。。

盆地呈北东-南西方向展布，长约22 km，平均宽约3 km，面积约60 km2。基底主体由燕山期混合花岗岩(γm)，局部由新元古界高黎贡山群( Pt3gl)组成，前者岩性主要为浅灰、灰色花岗岩、花岗斑岩、黑云母二长花岗岩等，后者岩性主要为灰色、深灰色片岩、片麻岩等。新近系芒棒组和第四系为盆地盖层，前人将芒棒组划分为5段[7](图2)，本文将主要赋矿层位芒棒组第一、第二、第三段归为下段。

2 赋矿层段沉积相类型及特征

本文以该盆地6个钻孔岩心的岩石学特征、粒度特征、垂向序列、沉积构造等分析为主，结合地表露头剖面观测分析，认为芒棒组下段主要发育冲积扇、辫状河三角洲、扇三角洲与湖泊4种沉积相类型及10种亚相18种微相(表1)。

2.1 冲积扇相

主要发育于盆地缓坡带，可识别出扇根、扇中、扇端3个亚相。

扇根亚相发育泥石流微相和河道充填微相，以河道充填微相为主。泥石流沉积最显著特征是分选极差，砾、砂、泥混杂。在盆缘露头剖面中见其直接不整合覆于基底燕山期花岗岩之上(图3-A)，泥石流中砾石多呈次棱角状、棱角状，磨圆度较好的砾石亦可见，部分砾石垂直于流向呈直立状排列(图3-B)，显示重力流沉积的典型特征。河道充填岩性主要为土黄色块状(6～7 m)砾岩夹含砾粗砂岩(图4-A)。

图1 滇西户撒盆地地质简图Fig.1 The simplified geological map of the Husa Basin in west Yunnan(A)据云南省煤田地质局(1994)[15]; (B)据云南省一九九煤田地质勘探队资料(1983)[7]修改

图2 户撒盆地芒棒组综合柱状图Fig.2 The comprehensive column of the Mangbang Formation in Husa Basin

扇中亚相主要发育辫状河道微相。岩性主要为土黄色块状(2～5 m)砾岩、含砾粗砂岩夹含砾粉砂岩、粉砂岩、泥岩。扇中辫状河道与扇根河道充填相比，砾岩层厚度变薄，砂砾比有所增大，不稳定组分砾石含量逐渐减少(图4-B、C)。激光法测定的粒度概率累积曲线为“高悬两段式”(图5-A)，推移质不发育，跃移质含量低(体积分数<30%)，斜率较大(60°～70°)，悬移质含量较高(体积分数>50%)，两者交切点φ值为1～3。上述特征指示典型的扇中辫状河道沉积特点[16]。

扇端亚相主要发育漫流微相，以浅灰黄色粉砂岩、泥岩夹细砾岩、含砾粗砂岩为主(图4-D)。

2.2 辫状河三角洲相

辫状河三角洲为本文在滇西新厘定出的沉积相，由辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘、前辫状河三角洲3亚相组成，总体具水体浅、粒度粗、煤层多的沉积特点。

辫状河三角洲平原亚相由陆上的辫状河组合组成，以牵引流为主，缺少碎屑流沉积，这是区别于扇三角洲的最重要证据[17]。在研究区可以划分出分流河道和河漫沼泽2个微相。分流河道沉积总体为灰黄-土黄色砾岩、细砂岩夹含砾粗砂岩，砂砾比为3︰1～2︰1，具正韵律。同扇中辫状河道砾岩相比，砾石多充填于河道底部，砾岩层厚度变薄，泥质杂基含量较少，砾石磨圆度更好，多为次圆状(图4-E)，支撑胶结类型过渡为颗粒支撑，孔隙式胶结，岩石十分疏松。砂岩(图4-F)主要由石英组成，其体积分数>80%，长石、岩屑少见，分选性较好，磨圆度一般。河漫沼泽微相沉积以灰黑-灰绿色粉砂岩(图4-G)、炭质泥岩、泥岩及褐煤为主，其重要特征为中厚层(1～3 m)褐煤较为发育(图4-H)。粉细砂岩粒度概率累积曲线多为“一段式”(图5-B)，跃移质含量低，几乎全为悬移质(>90%)，斜率40°～50°，分选性一般，指示较弱水动力条件下的河漫沼泽沉积[18]。

表1 芒棒组下段沉积相类型及其岩性特征Table 1 Types of sedimentary facies in Mangbang Formation and its lithological characteristics

图3 泥石流微相野外露头照片Fig.3 Photographs showing outcrop of the debris flow subfacies

图4 冲积扇-辫状河三角洲相综合柱状图Fig.4 The comprehensive histogram of the alluvial fan facies and braided delta facies

辫状河三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道、水下分流河道间、河口坝及远砂坝微相，其中水下分流河道、水下分流河道间微相最为发育。

陆上分流河道的水下延伸部分组成水下分流河道，该微相沉积由灰绿色含砾粗砂岩、粗砂岩、细砂岩夹少量细砾岩组成。发育底冲刷构造(图6-A)和斜层理，见植物根茎化石。与分流河道相比，沉积物的粒度更细，原生色也由灰黄-土黄色变为灰-灰绿色，代表沉积环境由陆上氧化沉积环境转变为水下还原沉积环境。粒度概率累积曲线多为“一跳一悬加过渡式”(图5-C)，由跃移载荷、悬移载荷及两者间的过渡段组成，跃移质的体积分数为20%～40%，斜率为60°～75°；过渡段的体积分数为10%～30%，斜率为30°～60°，与跃移载荷间交切点的φ值为0.75～2，与悬移载荷交切点的φ值为1.75～3.5；悬移质的体积分数<50%：反映枯(平)水期稳定水流进入湖盆后能量降低的水动力特征[16]。

图5 岩心样品粒度概率累积曲线图Fig.5 Probability cumulative grain size curves of the drilling core sample

水下分流河道相对凹陷的位置为水下分流河道间，该微相沉积主要由粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩组成，与河漫沼泽微相岩石组成较为相似；但褐煤不甚发育，仅见薄煤层(<0.1 m)及煤线。该微相水平层理、波状层理发育(图6-B)，植物叶片化石多见(图6-C)。

水下分流河道砂经湖水冲刷和湖浪簸选改造后在河口处形成河口坝[17]，该微相沉积主要为浅灰绿色、灰白色岩屑石英砂岩，分选性和磨圆度较好。岩屑的体积分数约为15%，呈颗粒支撑，孔隙式胶结，固结疏松，见逆粒序(图6-D)。

河口砂坝靠湖一侧形成远砂坝，该微相砂体较河口坝砂厚度更薄，粒度更细，多为浅灰绿色细、粉砂岩组成，分选性较好，磨圆度一般，胶结致密。

前辫状河三角洲岩性主要为浅灰绿色粉砂质泥岩、泥岩。

2.3 扇三角洲相

扇三角洲主要发育于陡坡带，由扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲3个亚相组成，总体具沉积厚度大、粒度粗、成分杂、相带窄、相变快的特点。

扇三角洲平原亚相的相带较窄，由泥石流微相与辫状河道微相组成。上文对泥石流微相已有描述。辫状河道微相由灰黄-土黄色砾岩、含砾粗砂岩夹粉砂岩组成，砂砾岩中泥质杂基含量高，而分选性、磨圆度较差，与冲积扇的扇中辫状河道沉积的岩性相近。

作为扇三角洲主体沉积的扇三角洲前缘亚相相带较宽，可识别出水下分流河道、水下分流河道间、远砂坝3个微相，以水下分流河道、水下分流河道间微相最为发育。水下分流河道具较为复杂的岩性，主要为灰绿-深灰色含砾长石石英砂岩、含砾粗砂岩、细砂岩夹细砾岩(图6-E)。与辫状河三角洲水下分流河道相比，长石、云母、泥质杂基含量高。粒度概率累积曲线与冲积扇的扇中辫状河道曲线相似，为“低斜高悬两段式”，均具有高含量(体积分数>50%)的悬移质，只是斜率较低(30°～45°),指示分选性较差(图5-D)。

图6 辫状河三角洲-扇三角洲综合柱状图Fig.6 The comprehensive histogram of the fan-delta facies and braided delta facies

水下分流河道间微相、远砂坝微相、前扇三角洲湖泥微相(图6-F)的岩性特征与辫状河三角洲体系对应的沉积微相岩性相似，在此不赘述。

2.4 湖泊相

研究区湖泊相水域较窄，水体较浅。前(扇)三角洲粉砂质泥岩、泥岩逐渐过渡为滨浅湖亚相灰白色黏土岩，其成分为高岭土，质纯，具黏性、可塑性，呈块状，可见菱铁矿等自生矿物[7](图7)。

3 沉积相与铀矿化关系

3.1 为铀矿化提供特定赋矿砂体

本次施工6口钻孔(图1)，其中4口未见矿化钻孔主要发育辫状河三角洲相，由于纵向、横向相变频繁，尤其是河道砂体发育极不稳定，难以形成有利储铀的泥-砂-泥岩石组合。2口矿化孔中，位于陡坡带45号孔存在2层矿化，下部矿化层岩性为灰绿色含砾粗砂岩、含砾细砂岩(图8-A)，上部矿化层岩性为浅灰白色含砾粗砂岩夹细砾岩、细砂岩(图8-B)，均为扇三角洲前缘水下分流河道沉积；缓坡带233号孔存在1层矿化，矿化层岩性主要为砾岩、含砾细砂岩(图8-C)，原生色为土黄色，还原色为浅灰白，为扇中辫状河道沉积。岩心垂向剖面显示，缓坡带233号孔及陡坡带45号孔距基底花岗岩分别为5 m和7 m部位，在矿化层下部均钻遇厚约10 cm(图8-D)、5 cm(图8-F)的石英脉，推测铀矿化可能有后期热液活动参与。

图8 岩心矿化段综合柱状图Fig.8 The comprehensive histogram showing the mineralization part of the core

3.2 为铀矿化提供有利岩性组合——“下泥上砂”组合

45号孔(深度177～188 m)岩心垂向剖面显示扇三角洲前缘水下分流河道砂体与底部发育的一套前扇三角洲-湖相泥岩组成有利的赋铀岩性组合(图8-E)，从目前钻遇情况来看，铀矿化与以上特定的“下泥上砂”岩石组合紧密相关。初步认为该套泥岩在区域上形成了相对稳定的隔水底板，阻止了地表潜水的大面积向下渗入，便于来源于地表的含铀、含氧水渗入该区域性隔水层以上的水下分流河道砂体中。该套砂体成分成熟度和结构成熟相对较高，砂含量较高，孔隙性、渗透性较好，有利于含氧含铀流体流动；而且砂岩中普遍含有炭化植物碎屑等有机质，在地表含铀含氧水的渗入过程中，岩石中的有机质不断消耗地下水中的游离氧，使得地下水中高价态的铀被还原成低价态的铀而逐渐沉淀富集。

4 基于有利相带分析的勘查方向

钻孔岩心沉积特征分析表明，户撒盆地铀矿化主要赋存于冲积扇的扇中辫状河道与扇三角洲前缘水下分流河道砂体中(图8)，说明冲积扇与扇三角洲应为重点勘探区域，与北部龙川江盆地一致[5-6]。为恢复上述相带在区域上的展布特征，本文在6口新开钻孔沉积特征研究基础之上，结合37口以往煤田钻孔资料进行了较为详细的单井沉积相分析与多井沉积相对比分析(图9)，初步认为户撒盆地在芒棒组下段沉积时期发生快速填平补齐与初始湖泛，其相带展布特征同多数箕状断陷盆地相似[19-20]，即冲积扇相、辫状河三角洲相发育于盆地北西部缓坡带，扇三角洲相发育于南东部陡坡带，滨浅湖相发育于中部凹陷带。图10显示盆地中部曼统-万明小寨及北部小寨-皇泽寺2处发育冲积扇相，相带展布范围窄，主要为灰黄-土黄色厚层-块状砾岩夹含砾粗砂岩、粉砂岩；盆地南东缘近蚀源区主要发育扇三角平原亚相，展布范围窄，由灰黄-土黄色砾岩、含砾粗砂岩夹粉砂岩组成；扇三角洲前缘亚相展布范围相对较宽，由灰-灰绿色含砾粗砂岩、细砂岩夹砾岩、粉砂岩、泥岩及薄煤层组成。因此，基于有利相带恢复研究显示，冲积扇发育的曼统-万明小寨、皇泽寺-小寨地区和扇三角洲发育的陡坡带可为今后的重点勘查区域。