内蒙古贝尔湖坳陷目的层孢粉组合特征及其地质意义

2020-08-07东艳周文博刘彤许普林黄少华

铀矿地质 2020年4期

东艳，周文博，刘彤，许普林，黄少华

（1. 核工业北京地质研究院，北京100029； 2. 核工业二四三大队，内蒙古赤峰 024000；3. 核工业二七〇研究所，江西南昌330200）

准确识别主要找矿目标层、厘定目的层时代不仅是沉积盆地地层对比、网络地层格架构建和沉积体系分析的一项核心内容，也是砂岩型铀矿找矿首要解决的关键问题，具有十分重要的理论意义和实际应用价值。内蒙古贝尔湖坳陷砂岩型铀矿找矿目的层主要位于浅层部位，目前已发现并控制了一套良好的浅灰色砂体，但对于该地层属于大磨拐河组、伊敏组还是青元岗组下段存在不同的认识，面临目的层划分分歧较大、地层年代归属不太清楚等问题，这给目的层精细对比、沉积相刻画和砂体展布特征分析带来较大困难，制约了铀矿找矿的突破，急需开展找矿目的层识别及其时代厘定工作。前人对海拉尔盆地盖层白垩系孢粉组合做了大量研究，取得了诸多成果，为本次地层古生物孢粉组合分析奠定了良好的基础。例如，叶得泉等（1999）系统识别和总结了海拉尔盆地白垩系孢粉组合特征，进一步厘定了各地层时代［1］；李春柏等（2007）阐述了乌尔逊凹陷海参1 井早白垩世伊敏组孢粉组合［2］；王丽岩等（2008）对海拉尔盆地白垩纪古植被和孢粉气候特征进行了详细分析［3］；薛云飞（2017）厘定了查干诺尔凹陷伊敏组孢粉组合及孢粉古气候条件［4］；韩刚等（2018）剖析了贝尔凹陷贝27 井孢粉组合［5］。基于前人研究成果，本文开展了贝尔湖坳陷找矿目的层研究，通过5 口钻孔孢粉样鉴定分析结果，为区内砂岩型铀矿找矿目的层划分、区域地层对比及时代厘定提供孢粉古生物化石证据。

1 地质概况

海拉尔盆地是海西褶皱基底上发育起来的中-新生代北东向断陷群盆地，位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟西南部，我国境内面积约为44 210 km2［1］。该盆地东以大兴安岭隆起为界，西临西北隆起，与蒙古国乔巴山盆地相望，北部与布拉达林盆地相连，东南以巴音宝力格隆起为界与二连盆地相对［6-7］。自晚侏罗世以来，盆地总体经历了早期张裂、中期张扭、晚期反转的三阶段演化过程，造成了现今北东向凹凸相间的 “三坳两隆” 基本构造格局，自西往东依次为扎赉诺尔坳陷、嵯岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起、呼和湖坳陷（图1）；构造样式多以半地堑为主，地堑型和复合型为辅［8］。同时，盆地沉积盖层发育［1，6-9］：底部铜钵庙组是以冲积、洪积相为主的杂色火山碎屑岩和沉积岩；南屯组以暗色泥岩、砂砾岩与灰色砂岩发育为特征，发育扇三角洲、湖底扇和湖泊相；大磨拐河组是以湖泊相、河流三角洲相、扇三角洲相为主的灰色泥岩、灰白色砂岩夹少量煤层建造；伊敏组是以河流-三角洲相、湖沼相为主的灰色泥岩、粉砂泥岩夹煤层；青元岗组以黄色砂砾岩夹紫红色泥岩、粉砂岩为特征，发育河流相；顶部新近系呼查山组是以河流相为主的杂色、黄色砂砾岩粉砂岩。

研究区为海拉尔盆地中部的贝尔湖坳陷，东邻巴彦山隆起，西临嵯岗隆起，总体呈北东向展布。区内砂岩型铀矿地质调查工作始于20 世纪80 年代，初步查明了盆地的铀源、水文地质、古气候、古构造、沉积特征等铀成矿地质条件，并发现多个矿化孔、异常孔和铀增高孔，深部铀矿化信息较丰富，显示了良好的找矿前景。研究表明，贝尔湖坳陷找矿目的层多样，主要为伊敏组，其次为大磨拐河组，是一套断-坳转换期形成的河湖相含煤沉积岩。其中，伊敏组的主要岩性为灰白色粉砂岩、砂岩、砾岩夹碳质页岩、泥岩，含多层煤，产植物和孢粉化石（图1），与下伏大磨拐河组平行不整合或整合接触，上被青元岗组或更新地层角度不整合覆盖，自下而上可分为3 段。

图1 海拉尔盆地构造单元划分及地层综合柱状图Fig. 1 Structural unit division and comprehensive stratigraphic column of Hailaer basin

2 样品采集与分析

目前已在贝尔湖坳陷内发现一套良好的含矿砂体，本次研究共采集了该套砂体内5口钻孔岩心孢粉样品，岩性为深灰色含炭屑粉砂岩、粉砂质泥岩，其中或多或少含植物炭屑和茎干，植物化石保存条件较好。所有样品清除掉表面泥浆、浮土等污染物后送至河北省任丘市邦达新技术有限公司品依次进行碎样、称取、酸处理、水洗、一次离心、重液浮选、二次离心、制片等处理，最后在生物显微镜下进行孢粉鉴定观察，检测依据为 “SY/T 5915—2000 孢粉分析鉴定”。通过显微镜下鉴定发现，本次3 块样品未见化石，2 块样品发现孢粉化石（表1），尤其是ZKB6-2 钻孔H18-36 号样品的孢粉化石丰富，能够很好的厘定地层时代。

3 孢粉化石组合及地层时代

3.1 孢粉特征分析

ZKB7-6 钻孔H18-48 岩心样品的孢粉化石较少（图2），主要有以下特征：

表1 贝尔湖坳陷孢粉样品含化石信息Table 1 Fossil information of sporopollen samples in Beierhu depression

图2 贝尔湖坳陷ZKB7-6 钻孔综合柱状图Fig. 2 Comprehensive column of the borehole ZKB7-6 in Beierhu depression

1）以裸子类花粉为主，藻类零星，蕨类及被子类未发现；

2）裸子类花粉以Dissacciatrileti 为主体，古老松柏类花粉（Piceites、 Pseudopicea、 Pseudopinus、 Protopicea 等）与松科花粉（Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites）的数量近相等，另外，各发现一枚Podocarpidites、 Psophosphaera；

3）藻类仅见一枚Schizosporis。

ZKB6-2 钻孔H18-36 岩心样品的孢粉化石丰富（图3），特点如下：

1）裸子类花粉占55.5%居第1 位，蕨类孢子为44.5%列次席，被子类花粉未曾见及；

2）裸子类花粉中以无缝双囊粉类Dissacciatrileti 为主体，其中气囊分化欠佳的古老类型松柏科分子含量占22.7%，气囊分化完善的松科组分占10.9%。古老类型松柏类分子常见类型有Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis，见少量Pseudopinus、 Protoconiferus、 Protopicea；气囊分化完善的松科以Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites多见。以Cycadopites 为主的单远极沟类分子亦占据较高的含量；此外，个别或零星见及Podocarpidites、 Inaperturopollenites、 Psophosphaera、 Perinopollenites、 Callialasporites 等；

3）蕨类孢子以Cyathidites 发育为特征，占总含量的 28.2% ； Laevigatosporites、Leiotriletes、 Cicatricosisporites、 Deltoidospora、Alsophilidites、Undulatisporites 及Baculatisporites等少量或零星出现。

3.2 层位厘定及古气候

贝尔湖坳陷沉积盖层发育较为齐全，自下而上依次为下白垩统铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组，上白垩统青元岗组，新近系呼查山组和第四系（图1）。沉积环境经历着以洪积-冲积相为主—扇（辫状河）三角洲为主—湖泊相为主—河流、湖沼相为主的演化［6，8］。 ZKB7-6 钻孔位于贝尔湖坳陷南部贝尔凹陷中部，取样深度－482 m （图2）， ZKB6-2钻孔位于贝尔湖坳陷中部新宝力格凹陷盆缘，取样深度－260 m（图3），两孔井取芯均较完整，岩性总体上具有较明显的三分性。其中顶部和中部两孔的岩性相似，顶部为第四系松散沙土堆积物，未成岩；中部为新近系呼查山组和上白垩统青元岗组的多旋回红杂色岩系，岩性为黄色、灰黄色、褐红色、浅红色、浅灰色、浅灰绿色、灰色泥岩、粉砂岩、泥质砂岩，细砂岩，砂岩中发育不同类型交错层理和波状层理，青元岗组最上部为巨厚层状红色泥岩，湖水较浅、水体震荡，干旱古气候，与上覆和下伏地层均呈区域不整合接触。两孔下部地层均未揭穿， ZKB7-6 钻孔底部为厚层杂色砂砾岩，粗砂岩与红杂色泥岩不等厚互层，砂泥比约3:1，砂岩疏松，砾石大小为1～3.5 mm，分选中等偏差，次圆状-次棱角状，均质层理为主，可见大型交错层理、底冲刷构造、水平层理等，属辫状河三角洲平原沉积（图2）； ZKB6-2 钻孔底部为大套分选性、磨圆度极差的混杂堆积物，属扇根相泥石流沉积（图3），局部砾石排列具有一定的方向性，发育递变层理，顶部还可见薄层河道间湾相粉砂质泥岩及煤线，指示了温暖潮湿的古沉积环境。

图3 贝尔湖坳陷ZKB6-2 钻孔综合柱状图Fig. 3 Comprehensive column of the borehole ZKB6-2 in Beierhu depression

应用孢粉植被的概念，结合钻孔孢粉鉴定数据可划分沉积时期的植被类型：气候带类型和干湿度类型。依据孢粉植被类型划分方案，样品中可推测针叶树类型的孢粉属有：Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis、 Protoconiferus、 Piceaepollenites、 Abietineaepollenites、 Pinuspollenites、 Cedripites、 Psophosphaera；可推测常绿阔叶树的类型有： Cycadopites、 Cyathidites；可推测草本植物的类型有： Laevigatosporites、 Leiotriletes、 Deltoidospora。参加植被类型命名的大类含量须超过20%，大于50%可单独命名，低于20%不参加命名，针叶树花粉尤其是松科花粉一般须超过30%才参加命名，则该沉积时期植被类型以针阔叶混交林为主。

孢粉植物气温带类型划分是将孢粉各属分别归类于热带植物、亚热带植物、温带植物、广温性的热带-亚热带植物及热带-温带植物五大类。样品中热带类型孢粉植物有：Cycadopites、 Podocarpidites、 Cyathidites、 Cicatricosisporites；热带-亚热带类型孢粉植物有： Deltoidospora；亚热带类型孢粉植物有： Cedripites；热带-温带类型孢粉植物有：Abietineaepollenites、 Psophosphaera、 Laevigatosporites、 Leiotriletes、 Baculatisporites；温带类型孢粉植物有： Piceites、 Pseudopinus、Protoconiferus、 Protopicea、 Inaperturopollenites。孢粉植物干湿度类型划分是将孢粉各属按其母体植物的生态环境归类于旱生、中生、湿生、水生、沼生5 类，可划分干旱、半干旱、半干半湿、半湿润、湿润5 种干湿度类型。样品中中生类型有： Abietineaepollenites、Cedripites、 Cycadopites、 Inaperturopollenites、Psophosphaera；湿生类型有： Piceites、 Pseudopicea、 Erlianpollis、 Protoconiferus、 Podocarpidites、 Cyathidites、 Leiotriletes、 Cicatricosisporites、 Deltoidospora；沼生类型有： Laevigatosporites、 Baculatisporites。

前人研究表明，伊敏组是1973 年由黑龙江省伊敏煤田地质会战指挥部在位于海拉尔市南约50 km 的伊敏煤矿第3、第17 线综合柱状剖面的基础上建立的，但未指定层型，后选用鄂温克旗伊敏煤田第3、第17 线剖面为层序剖面，时代为早白垩世巴列姆期［10］。该组孢粉化石极其丰富，前人对其孢粉特征及划分做了大量的研究，为盆地内不同地区该组划分对比提供了微体古生物标志（表2）。如李春柏等（2007）分析了乌尔逊凹陷的海参1 井伊敏组的孢粉化石，将伊敏组划分为1段、2 段和3 段的孢粉组合分别为： Impardecispora-Cyathidites-Clavatlpollenites 组合、 Stereisporites-Deltoidospora-Asteropollis 组合、 Appendicisporites-Asteropollis-Tricolpites 组合，地质时代为早白垩世巴列姆期至早阿尔必期（Barremian-Early Albian）［2］。而薛云飞（2017）将查干诺尔凹陷海参8 井伊敏组自下而上划分为2 个孢粉组合，即伊敏组1 段为Lygodioisporites-Cyathidites-Triporoletes 组合，伊敏组2、 3 段为Leiotriletes-Pilosisporite-Asteropollis 组合，地质时代为巴列姆期至阿尔必期［4］。此外，也有学者得出伊敏组1 段孢粉组合Cicatricosisporites-Cyathidites-Leiotriletes，特点是以蕨类植物占绝对优势，裸子植物次之，被子植物花粉零星出现；伊敏组2、 3 段孢粉组合 Cyathidites-Leiotriletes-Pinuspollenites，组合中蕨类植物含量略高于裸子植物，被子植物花粉仍可零星出现［2］。通过本次孢粉化石分析发现，该样品的孢粉组合以Cyathidites及Dissacciatrileti 发育为特色（图3），与海拉尔盆地下白垩统伊敏组2 段所产出的Cyathidites 组合带较为相似。此外大量研究成果表明，伊敏组1 段沉积时期植被类型是针叶混交林、灌草丛，属于湿润的南亚热带气候；伊敏组2 段沉积时期植被类型是针叶林、灌草丛，属于湿润的南亚热带气候；伊敏组3段中下部沉积时期植被类型是针叶林、灌木丛，属湿润的热带气候，伊敏组3 段上部沉积时期植被类型是针叶混交林、灌木丛，属于湿润的热带气候［3］。综上所述，本段地层可以定为下白垩统伊敏组2 段，地质时代应该对应于早白垩世巴列姆期（Barremian），植被类型为针阔叶混交林，属湿润的热带气候，有利于富含炭屑、黄铁矿等还原容量高的有利成矿建造的形成。

表2 海拉尔盆地下白垩统伊敏组孢粉化石组合特征Table 2 Characteristics of sporopollen assemblages in the Lower Cretaceous Yimin Formation in Hailaer basin

4 铀成矿意义

贝尔湖坳陷白垩纪期间主要经历了断陷的初始强烈拉张阶段、快速沉降阶段、稳定拉张阶段和萎缩阶段；依次形成了粗碎屑冲积物段、含煤碎屑岩段和湖相段、湖相泥岩段、含煤碎屑岩段四套沉积建造［8-10，12］。其中，区内伊敏组稳定发育，地层厚度较大、埋深相对较浅，主要为一套河湖相、湖沼相的砂泥岩互层沉积组合，岩性以灰绿、灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及粉砂岩为主，夹含粗砂岩及砂砾岩。孢粉分析结果进一步明确了贝尔湖坳陷主攻找矿方向为伊敏组，目标层段为伊敏组2 段。这对区内构建白垩系沉积体系演化过程、剖析伊敏组沉积特征以及指导砂岩型铀矿勘探部署均具有十分重要的意义。

贝尔湖坳陷伊敏组2 段在盆缘主要发育冲积扇粗粒混杂堆积，辫状河-辫状河三角洲平原泥砂沉积（图2、 3），指示了该时期区内具有凹凸相间的古地貌，盆山高差相对较大，物源补给充足，也侧面反映了坳陷在该阶段可能仍处于断坳转换期，还未完全进入坳陷期，准平原化程度较低。该认识与绝大部分学者得出的盆地在铜钵庙组和南屯组为断陷期，大磨拐河组和伊敏组为断坳转换期，青元岗组及其之后为坳陷期的观点基本一致［6-7］。同时，区内伊敏组自盆缘向盆内发育如下的沉积体系：冲积扇-河流-河控三角洲-湖沼相；砂岩中发育水平层理、递变层理、交错层理，水动力较强，河道冲刷面较发育。总体上，该组砂体规模较大，砂岩颗粒较粗，泥质胶结疏松，透水性好，泥-砂-泥地层结构稳定，富含黄铁矿、有机质炭屑、炭化植物碎屑、植物茎干，还原容量高，是一套良好的找矿目标层。区域上，该组自下而上可进一步细分为伊敏组1、 2、 3 段（图1），样品地层所属伊敏组2 段，直接上覆青元岗组红杂色沉积建造，缺失伊敏组3 段（图3）。结合区域构造演化过程认为，早白垩世—晚白垩世，太平洋区域板块（伊佐奈崎板块-库拉板块）与欧亚大东北边缘发生重大构造重组和变革，研究区受北西-南东向构造挤压作用发生了构造反转，导致地层区域性挤压抬升，进而造成了目的层伊敏组遭受较大面积的剥蚀，这不仅形成了伊敏组和青元岗组间的区域不整合接触，也使得上部含氧含铀水能沿伊敏组出露部位往深部持续不断得渗入，形成了目前发现的明显黄色后生氧化和铀矿化信息，这从新宝力格凹陷ZKB6-2 钻孔伊敏组和青元岗组接触界面发育亮黄色后生氧化现象（图3）可以佐证。此外，海拉尔盆地自青元岗组以来长期处于干旱炎热的古气候环境，地表植被较不发育，也有利于富铀含氧水的形成及其向目标层持续贯入成矿。可见，研究区伊敏组具有较好的砂岩型铀矿成矿潜力和找矿前景。