柴西北缘花土沟地区新近系油砂山组沉积特征及铀源分析

2020-05-20王善博程银行俞礽安李建国李志丹

科学技术与工程 2020年9期

张超，王善博*，程银行，俞礽安，于航，冯平，奥琮，李建国，李志丹

(1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.四川省核工业地质局二八三大队，达州 635000)

砂岩型铀矿作为当前世界上最重要铀矿床类型具有规模大，埋藏浅，易开采等特征[1-4]。近年来，在中国新疆、青海、内蒙古及东北等地区，一大批大型、超大型铀矿床被陆续发现，伴随着砂岩铀矿找矿理论及地浸技术开采方法革新，中国砂岩型铀矿找矿工作取得了新的重大突破[4-9]。柴达木盆地是中国第三大内陆含油气、含煤盆地，铀矿资源非常丰富，随着近年来油铀兼探、煤铀兼探等新技术的应用，盆地内部多处取得了砂岩型铀矿找矿的突破，找矿前景巨大。花土沟地区新近系油砂山组是柴达木盆地重要的含铀岩系之一。前人对该地区附近沉积体系，如层序地层学、沉积学、沉积与油气运移、沉积与构造演化、沉积物源等方面开展了大量研究[10-23]。付国民等[10]、戴林等[14]研究发现古近纪、新近纪柴达木湖盆西部相对东部不断隆升，沉积中心不断东移；吴因业等[12-13]、Wang等[20]指出湖盆构造演化对湖盆沉积演化有明显的控制作用,通过层序地层学方法分析，识别出准层序和沉积体系域；金振奎等[15]研究发现辫状河三角洲比曲流河三角洲平原更有利于油气的运移和聚集；赵贤正等[16]指出古近纪柴达木西南多地区陆相湖盆沉积如湖侵和湖退体系域比较发育,马达德等[17-18]证明了沉积环境是矿产储层的基本影响控制因素，刘云田等[19]指出不同物源所形成的盆地沉积相类型和沉积物特征有一定差异。虽然前人已做过较多研究工作，但由于侧重的具体时期、区域和层位不同，对该区域油砂山组砂岩型铀矿沉积相系勘查及铀矿地质研究程度较低，与该地区砂岩型铀矿广阔的找矿前景和巨大的铀矿资源潜力形成明显的差异。为此，在野外地质调查工作中，参与野外调查实测油砂山剖面和编录油砂山铀矿调查钻孔，通过研究油砂山组剖面及钻孔中岩石组构、沉积相及沉积构造等特征，厘定该组基本地层层序及构造旋回特征，分析油砂山组沉积古地理环境及沉积体系、岩性岩相组合特征及分布规律，揭示该组沉积环境演化；同时，结合前人资料，分析本地区铀源及其与沉积体系关系，为进一步铀矿勘查工作提供一定的理论依据。

1 区域地质概况

柴达木盆地位于青海省西北部，青藏高原东北部，属巨大封闭性的山间断陷盆地。四周被昆仑山脉、祁连山脉与阿尔金山脉所环抱[24](图1)。盆地基底为前寒武纪结晶变质岩系，具有由显生宇褶皱基底和底层元古宇结晶基底构成的双重复杂基底结构，基底顶面分布有古生代、元古代浅变质岩、深变质岩和多种类型火成岩体等。盆地发育有巨厚的中、新生代地层，且其中主要发育新生代。地层自上而下分别为第四系七个泉组，新生界新近系狮子沟组、上油砂山组、下油砂山组，新生界古近系上干柴沟组、下干柴沟组、路乐河组，中生界白垩系犬牙沟群和侏罗系采石岭组、大煤沟组、小煤沟组(图2)。

工作区位于柴达木盆地西北缘，所属的盆地一级构造单元为柴西隆起；柴西隆起位于盆地西南部，基底为古生代浅变质岩系，具有相对柔性特征。西北界为阿尔金山，盆山之间深层以断裂接触，浅层为超覆接触；西南界为祁漫塔格山，盆山之间断褶带过渡，以断裂接触为主。二级构造单元主要是茫崖凹陷亚区狮子沟-油砂山构造带，构造带发育期主要为中新世，早期表现为次级小断块同沉积背斜构造，后期经压扭性构造强化，研究区位于油砂山Ⅱ号逆断层上盘，油砂山构造带油砂沟高点上，加持于狮子沟-干柴沟-油泉子一带与ⅩⅢ号断裂之间[25](图3)，油砂山组岩石地层特征在该地区非常具有代表性，自下而上划分为下油砂山组和上油砂山组。

2 下油砂山组特征

下油砂山组地层岩性在靠近山前盆地边缘粒度较粗，以棕红色、灰色薄层-中厚层状砾岩、砾状砂岩为主。越接近盆地中心岩石粒度越细，以灰色、灰绿色泥质粉砂岩、砂质泥岩及砂岩互层为主，夹少量的砾岩及泥灰岩，偶见鲕状泥灰岩(图4)。在横向上，地层厚度由西向东逐渐增大，岩性粒度由粗变细。其色调也由棕红色、棕褐色变为灰色与灰绿色相间。地层中富含介形类化石，主要有柴达木花介、真湖花介等，属喜盐介形类。该组是盆地第二套烃源岩，也是重要的含铀层之一。通过对下油砂山组(N2y1)野外剖面观测可知，该组地层顶部为大套棕褐色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，偶见砂砾岩透镜体，底部岩性为青灰色中厚层状粒屑、砂质灰岩与棕红色泥质粉砂岩互层，局部夹有青灰色、灰棕色含砾砂岩，砾石磨圆度较好。在下油砂山组(N2y1)底部的含砾砂岩及粉砂质泥岩中可见较明显的交错及平行层理发育，如图5(a)、图5(b)所示。

图1 青藏高原和邻区大地构造简图[24]及柴达木盆地简要数字高程模型Fig.1 Simplified geotectonic map of Tibetan Plateau,nearby area[24] and simplified digital elevation model of Qaidam Basin

图2 柴西北地区地层综合柱状图Fig.2 Stratigraphic synthetical columnar diagram in northwest of Qaidam

图3 柴达木盆地油砂山地区构造位置[25]Fig.3 Tectonic location of Youshashan area,Qaidam Basin[25]

图4 花土沟地区下油砂山组(N2y1)岩性柱状图Fig.4 Lithologic histogram of the lower Youshashan Formation in Huatugou area

图5 油砂山组沉积岩性特征Fig.5 Sedimentary lithological characteristics of Youshashan Formation

花土沟地区下油砂山组属近源沉积，砂岩成分和结构成熟度都很低。砂岩以细砂-粉砂岩为主，碎屑成分较复杂，磨圆度差；石英以单晶为主，平均含量为34%；长石包括斜长石、正长石等,平均含量为29%；岩屑包括变质岩、火成岩，还含有少量碳酸盐和云母等，平均含量为18%[26]。重矿物由电气石、榍石和锆石等组成；杂基含量较少，以黏土矿物为主。

沉积相判断方面，认为下油砂山组(N2y2)经历了从滨湖相-浅湖相-扇三角洲相-滨湖相-浅湖相两次反复的湖盆演化。

3 上油砂山组特征

该区上油砂山组(N2y2)主要分布于花土沟地区、七个泉等地，以滨浅湖-半深湖相沉积为主，地层岩性在盆地边缘以厚层状砾岩为主，夹土黄色-灰黄色含砾砂岩，近盆地中心岩性变细，由粉砂质泥岩、泥岩组成，夹有少量膏质和钙质泥岩[图5(d)～图5(f)]。在纵向上表现为下粗上细的正向沉积旋回(图6)，碎屑岩的粒度较之下油砂山组明显加粗。地层中富含介型类化石，以正星介为代表，是典型喜盐介形类，其分布反应咸化湖泊区。该组为测区的含铀层位之一。

上油砂山组(N2y2)与下油砂山组(N2y1)的岩性分层标志非常明显，以灰棕色砾岩作为上油砂山组(N2y2)的底部[图5(c)]。根据剖面上岩石组合大体可将上油砂山组(N2y2)分为上、中、下三单元，下部为厚层状含砾中-细砂岩及砾岩，中部为绿灰色、灰色中粗砂岩、灰棕色含砾砂岩、棕红色粉砂岩[图5(d)]，上部为灰棕色、灰色粗-中砂岩夹棕红色泥岩，整体表现为明显的互层现象[图5(e)、图5(f)]。含铀岩系为绿灰色碎屑岩建造，岩性特征与下油砂山组类似，具有从周边山前较粗、较红，向盆地中心变细、变灰的趋势。

沉积相判断方面，认为上油砂山组(N2y2)经历了从扇三角洲相-滨湖相-扇三角洲相-滨湖相两次反复的湖盆演化。

4 讨论

图6 花土沟地区上油砂山组实测剖面图Fig.6 Measured section of the higher Youshashan Formation in Huatugou area

柴达木盆地西北缘被祁连山、阿尔金山和昆仑山三大山系夹持并受其长期影响，构造运动既有继承性、又有新生性，构造运动的改造与叠加使得区域变形十分复杂，且随时间迁移不同时期沉降中心有明显的迁移。柴达木盆地西部在渐新世-中新世沉积了巨厚湖相地层，渐新世时期受喜山期构造影响，盆地由压扭构造体系向挤压推覆构造体系转换，阿尔金主干断裂左旋走滑，祁连山、昆仑山开始向盆地逆冲、推覆；早中新世时期比渐新世时期地势明显上升，茫崖凹陷中心位置向东移动，下油砂山组地层最大沉积厚度超过1 000 m[27]。自中新世后期开始，盆地西北部又开始了整体上升，且西部相对东部抬升[28]，致使湖盆沉积中心逐渐向盆地中部迁移(图7)。盆地边缘各断裂构造由于距离增加，对沉积的控制作用逐渐变弱，盆地内部坳陷对地层沉积的控制作用逐渐明显，导致湖泊面积变大。盆地在早中新世末期遭受构造运动的改造，开始具有挤压坳陷等盆地特征。上新世末期受晚期喜山构造运动的影响，盆地彻底结束坳陷发展阶段，进入褶皱上升回返阶段，西北缘遭受强烈剥蚀，新近系与第四系之间存在不整合现象(图2)。褶皱上升回返导致盆地西北缘北西-北西西向断裂构造的发育，研究区东部地区相对沉降，湖岸线逐渐向东移动，河流三角洲与滨湖相沉积直接覆盖于浅湖与深湖相沉积之上，形成上部为河流相与三角洲相砂质、下部为湖相生油(铀)岩系的组合。如油砂山、油泉子、狮子沟一带[29](图7)，在下部古近纪和上部新近纪湖相沉积的生油(铀)岩系之上，覆盖河流三角洲相、滨湖相等沉积，在后生油气渗出还原等作用之下，砂岩型铀矿较易形成。更新世末期盆地整体抬升，柴达木湖盆沉积史结束。

柴达木盆地西北缘断裂构造发育[30-31]可为铀成矿提供良好的运移通道。盆地存在两组主要的基底大断裂，一组呈北西至近东向延伸如控制南边界的昆北断裂，控制盆地北边界的柴北缘断裂等；另一组为北东向断裂，主要有阿尔金断裂、塔尔丁-鱼卡断裂等[图1(b)]。在喜山期晚期强烈的逆冲推覆挤压运动中造成盆地西北缘山前地层的强烈变形，形成现今盆地大部分地表背斜构造。在背斜顶部周缘的地层中局部张应力场在推覆运动中形成，随之产生一组放射状张性正断层，如油砂山-花土沟等地发育的断层。这些断层在研究区内切穿地层多，规模较大，延伸较远，为盆地最终形成、多期构造运动演化、复杂沉积体系发育及对铀矿资源运聚成藏和展布提供必要条件和重要保障。

柴达木盆地花土沟油砂山地区具有多源性铀源特点。研究区基底顶部分布有大量的中酸性花岗岩体、变质岩体及火山岩体等，富含丰富铀源。盆地盖层中生代、新生代地层本身沉积时，由于当时古气候条件，地层中积累大量的腐殖质、炭质和煤层，较易吸附铀元素，导致盖层铀丰度相对较高，特别是中侏罗统的含煤碎屑岩建造中粉砂岩、泥岩等含铀量都比较高，可作为后生成矿的铀源。

花土沟油砂山地区下油砂山组是以棕褐色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与青灰色砂质灰岩为主，局部夹有青灰色、灰棕色含砾砂岩，砾石磨圆度较好，说明物源搬运距离较远。上油砂山组地层于盆地周缘遭受剥蚀或缺失，而在盆地中心附近的剖面上，其与下油砂山组地层岩性总体变化不大，含铀岩系为绿灰色碎屑岩建造，其主要发育于滨浅湖相。总体来看，油砂山组地层岩性多为中粒-细粒岩屑砂岩，粉砂质泥岩等，具有泥-砂-泥结构特征，砂层厚度适宜，倾角较缓，属于宽缓的山前斜坡带，有利于含矿砂体及富氧流体进入层间，加之有丰富的基底及盖层铀源，形成层间氧化带及铀的富集。