平庄盆地六家立井地区找铀目标层岩石学特征及其找矿意义

殷榕蔚，霍 超，吕永华，赵 岳，赵 明，张恒利，贺 军

(1.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039； 2.核工业208大队，内蒙古 包头 014010)

铀资源是我国重要的战略资源和能源矿产，也是我国核工业发展的基础原料[1]。在全世界所有铀矿床类型中，砂岩型铀矿占据比重最大，在我国接近25%[2-3]。我国砂岩型铀矿床大多分布在北方含油气盆地，主要赋存于侏罗系、白垩系[4]。

自20世纪60年代起，煤炭部门在平庄盆地六家立井地区及周边开展了煤炭地质勘查，在钻孔测井工作中先后发现了一批放射性异常孔，如古山一、三井煤炭地质勘查发现11个钻孔存在放射性异常，六家立井精查发现6个钻孔存在放射性异常(表1)。本次在平庄含煤盆地的煤炭勘查资料进行二次开发的基础上，对放射性异常孔开展钻探验证[5-6]，基于新发现的铀矿化特征，借助薄片鉴定手段，结合分析化验数据，系统研究了目标层阜新组上段岩石学特征，对物源进行了讨论，为进一步寻找该区砂岩型铀矿提供科学依据。

1 地质背景

平庄盆地是我国中生代晚期含煤断陷盆地之一，构造位置处于内蒙隆起带之上[7-8]，按铀成矿区带划分属于沽源—红山子铀成矿带[9]。盆地在平庄以南呈北北东向，往北至黑水马厂一线转为东西向，总体呈“厂”字形展布，六家立井地区位于盆地北部边缘[10-11](图1)。

区内地层属华北地层区燕辽地层分区辽西小区[10]，自下而上发育下白垩统义县组、九佛堂组、阜新组、上白垩统孙家湾组、新生界新近系和第四系，基底为前长城系变质岩(表1)。

表1 以往煤田勘查及本次勘查铀异常钻孔统计表

1.全新统；2.上更新统；3.新近系；4.上白垩统孙家湾组；5.下白垩统阜新组；6.下白垩统九佛堂组；7.下白垩统义县组；8.太古界；9.断层；10.煤田；11.研究区；12.盆地边界图1 平庄盆地六家立井地区地质简图Figure 1 Geological sketch map of Liujia vertical shaft area in Pingzhuang Basin

下白垩统阜新组是六家立井地区主要的含铀矿层，阜新组可分为上、下两段，上段岩性以灰、灰绿、灰白色砂砾岩为主，间夹灰绿色砂岩、紫红色泥岩和砂质泥岩，磨圆度较差，为主要赋矿层；下段岩性以灰白色中粗粒砂岩、砂砾岩、砂质泥岩及煤层为主。

阜新组上段为河流相和三角洲平原—湖滨沼泽相沉积建造，层系渗透性好、深度适中，层位稳定，具有泥-砂-泥互层结构特点，为铀矿形成提供了有利的地层地质条件。

表2 六家立井地区地层简表

2 样品与分析

本文样品全部采自六家立井地区铀矿化目标层阜新组上段，针对目标层不同地段分别在不同钻孔中采取灰绿色砂岩、灰色砂岩、浅黄色砂岩及含矿砂岩样品34件。对样品进行薄片和光片鉴定，主要检测仪器为ZeissA40偏光显微镜。样品处理和分析测试工作均在核工业包头地质矿产分析测试中心完成。

表3 六家立井地区铀矿化目标层取样化验登记表

3 碎屑岩岩石学一般特征

3.1 碎屑岩类型及颜色

本次采集的阜新组上段样品颜色分别为灰绿色、灰色和浅黄色，碎屑粒度在0.10～2.00mm，碎屑岩主要由碎屑颗粒(质量分数90%～92%，平均91.2%)组成，含少量填隙物(8%～10%，平均8.8%)。对样品中石英、长石和岩屑颗粒统计，结果显示：阜新组上段碎屑岩大多数样品主要碎屑成分为石英和长石，石英质量分数变化范围为60%～68%，平均质量分数63.2%；长石质量分数变化为28%～35%，平均值为32%；岩屑含量大幅低于长石，其质量分数为2%～8%。根据Folk砂岩分类法，该区碎屑岩岩石类型为长石砂岩。砂岩成分成熟度高低通常用Q/(F+R)来表示[12-13]，通过对样品研究分析，Q/(F+R)平均为1.71(1.50～2.12)，可以得出本区砂岩成分成熟度较低。

3.2 碎屑岩成分

碎屑颗粒主要为石英和长石，其次为花岗岩岩屑。此外，还含有微量重矿物和云母(图2)，填隙物以杂基为主，偶见方解石胶结物。

图2 平庄地区阜新组上段(K1f2)碎屑岩物质成分饼图Figure 2 Clastic rock component pie chart of Upper Member of Fuxin Formation (K1f2) in Pingzhuang Basin

3.2.1 碎屑成分特征

石英：石英是该区长石砂岩中的主要碎屑成分。单偏光镜下，石英表面非常干净，无色，透明，无解理，正低突起；正交镜下，石英干涉色较低，为一级灰白—一级黄白干涉色，粗粒(0.5～0.8mm)石英，波状消光较少见，中粒(0.25～0.5mm)石英颗粒波状消光较为常见。大颗粒石英较多见港湾状溶蚀边缘(图3-照片1)，未观察到石英自生加大边结构。碎屑物中石英的多样性较低，反映碎屑物物源较单一。

长石：长石也是碎屑岩的主要矿物成分。一般来说，砂岩中长石质量分数平均为10%～15%[14]，阜新组上段的长石质量分数28%～35%，说明母岩多为花岗岩且搬运距离较短，反映了靠近物源的特点。

长石类型以微斜长石、条纹长石和正长石为主，可见少量斜长石。微斜长石无色透明，具典型的格子双晶(图3-照片2)；条纹长石呈宽板状，具条纹结构；正长石无色，透明，板状-宽板状，晶面具横向解理(图3-照片3)，正低突起，干涉色为一级灰白， 表面较脏， 多发生蚀变， 蚀变为星点状高岭土(图3-照片4)；斜长石，呈长板状，粒径较粗大，多介于0.4～0.8mm，聚片双晶极发育(图3-照片5)，双晶纹非常细密，说明其母岩为偏酸性岩石[15]，此外，斜长石表面也较脏，发生了较强烈的绢云母化蚀变(图3-照片6)，绢云母干涉色极为鲜艳。综上，表明该区碎屑岩中的长石主要来自于酸性岩。

岩屑：碎屑岩中的岩屑主要由花岗岩岩屑组成(图3-照片7、图3-照片8)，其质量分数为2%～8%，其平均质量分数为4%。火成岩岩屑含量低于1%，几乎不含变质岩岩屑。此外，还含有微量云母、重矿物以及有机碳。岩屑能够直接反映碎屑物母岩类型，是研究沉积物来源的重要依据[16]。对阜新组上段岩层岩屑含量的分析研究，表明该区碎屑物来源较单一。

重矿物、云母：碎屑岩中重矿物、云母含量较少，重矿物质量分数一般小于1%，云母质量分数为1%～3%。重矿物主要包括黄铁矿、褐铁矿及针铁矿。

3.2.2 填隙物成分特征

阜新组上段碎屑岩的填隙物包括杂基及少量胶结物，以杂基为主，胶结物含量较低。

杂基主要为伊利石(5%～8%，平均为6.2%)，其次为高岭石(2%～3%，平均2.6%)，其它黏土矿物少见。伊利石形态为显微鳞片状和致密块状，镜下呈白色、灰白色，玻璃光泽，致密块状呈油脂光泽或土状光泽，为酸性火成岩表生风化产物。高岭石形态为隐晶质致密块状和土状集合体，土状块体具有粗糙感，一般呈白色，有时含杂质成深浅不同的各种颜色。碎屑岩中杂基的含量和性质可以作为搬运介质流动因素(介质的黏度和密度)及沉积速率的标志，也是反映碎屑岩结构成熟度的重要标志[17]。阜新组上段碎屑岩中颗粒分选磨圆差，杂基含量高，结构成熟度较低，说明该区搬运介质密度较高，分选能力差，沉积速率较大。

本区胶结物含量极低，仅在少量样品中见有方解石，质量分数<1%，多为成岩期及后生期的化学沉淀产物。

3.2.3 铀矿化特征

阜新组上段中铀矿体厚度变化范围为0.20～1.40m，平均值0.80m；品位变化范围为 0.011 7%～0.012 5%，平均0.012 1%；平米铀量变化范围为0.05～0.38kg/m2，平均0.16kg/m2。含矿岩性以砂质砾岩、中砂岩为主。

注：Q-石英； Or-正长石； Pl-斜长石；Mi-微斜长石图3 平庄盆地阜新组上段碎屑岩成分镜下鉴定特征Figure 3 Clastic rock component microscopic identification features in Upper Member of Fuxin Formation in Pingzhuang Basin

3.3 结构特征

按照碎屑岩中杂基的百分含量统计，结合电子显微镜正交偏光照片可以判断出阜新组上段碎屑岩基本为颗粒支撑结构，孔隙胶结；颗粒之间多为点接触(图4)，反映沉积物渗透性好，后期成岩改造作用较弱特点。

图4 平庄盆地阜新组上段碎屑岩孔隙胶结特征Figure 4 Clastic rock pore cementation features in Upper Member of Fuxin Formation in Pingzhuang Basin

碎屑颗粒分选性差-中等，以棱角-次棱角状为主，磨圆度较差，结构成熟度低，表明该区碎屑岩具有近源沉积特征[18]。

4 找矿地质意义分析

研究区碎屑岩主要来自上新井隆起、四楞子山隆起的燕山期-海西期酸性侵入岩，岩性以黑云母花岗岩为主，风化、剥蚀强烈。另外，田永庆和陈德兵等[19-20]研究发现，两个隆起新鲜花岗岩铀质量分数一般为8×10-6～10×10-6，而地表风化花岗岩铀质量分数为0.3×10-6～3×10-6，铀的丢失率最高可达97%。说明母岩中一部分铀随碎屑物搬运到地层中，形成高本底沉积物，而另一部分铀经母岩风化后随氧化流体进入沉积盆地当中，这两种类型，不断形成铀的预富集和富集，从而可以形成铀矿体、铀矿床。通过本次勘查已在阜新组上段发现了较的铀矿化，平米铀量可达0.38kg/m2，为进一步勘查指明了找矿层位，提供了重要的矿化线索。

阜新组上段为河流相和三角洲平原—湖滨沼泽相沉积建造，具有泥-砂-泥互层结构，砂体厚度适中，成层性、连通性较好，成分成熟度较高，以颗粒支撑、孔隙式胶结为主，不仅提供了较好的铀储层结构，还有利于潜水-层间氧化带的发育，便于蚀源区中的铀不断向沉积地层中迁移或地层中预富集的铀浸出再富集。目前已发现最大氧化深度近200m，铀矿化往往赋存在氧化带上下两翼。可以指导找铀矿先控制氧化带前锋线的位置。

阜新组上段的下伏地层为阜新组下段含煤层系，一方面受构造抬升、剥蚀作用，煤以煤屑的形式被搬用到阜新组上段中，为铀富集提供还原障；另一方面通过构造导通，将深部的煤层气进入上段中，同样提供了有利于铀成矿的还原障；此外，阜新组上段本身含有大量的有机质、黄铁矿等还原介质。目前所发现的铀矿化均有这些还原介质密切相关，为今后在该区或类似地区找矿指明关键控矿因素。

5 结论

(1)平庄盆地六家立井地区阜新组上段碎屑岩主要岩屑主要为花岗岩，来自上新井隆起、四楞子山隆起的燕山期-海西期酸性侵入岩，铀含量高，丢失量大，为铀成矿提供了丰富的铀源。

(2)阜新组上段碎屑物含量平均值为91.2%，填隙物含量8.8%，成分成熟度较高，孔隙度大，便于氧化带的发育，铀矿化的形成。

(3)阜新组上段具有泥-砂-泥互层结构，砂体结构成熟度均较低，近源、快速沉积，厚度适中，成层性、连通性较好，为铀成矿提供了有利的存储空间。

(4)地层中含有大量的有机质、黄铁矿等还原介质，与铀成矿关系密切，可以作为该区最重要的找矿标志。