松辽盆地西斜坡江桥-哈拉海青山口组铀成矿条件

王军礼，刘厚宁，王俊英

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710100)

0 引言

松辽盆地位于中国东北部，是由大小安岭、张广才岭和长白山环绕的一个大型沉积盆地。盆地跨越黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古三省一区，长750 km，宽330～370 km，面积约26万平方千米[1-2]，是一个中新生代陆相盆地，其中煤、石油、天然气资源极其丰富。随着勘探工作的不断深入，铀矿找矿工作也取得重大突破，在盆地南部开鲁坳陷内发现了钱家店特大型铀矿床[3-4]，盆地北部大庆长垣、西部斜坡区也陆续发现了一批小型铀矿床、铀矿点[5-6]。盆地北部发现的铀矿床、铀矿点主要为砂岩型，仅在齐齐哈尔大兴地区四方台组见到两个泥岩型铀矿化点。砂岩型铀矿床主要赋存在四方台组和嫩江组，前人认为该地区铀源丰富，大兴安岭富铀花岗岩体可为砂岩型铀矿提供丰富的铀源；目的层砂体为辫状河和曲流河相沉积，砂体厚度适中，分布范围较广，有机质含量丰富，具有砂岩型铀矿成矿有利的岩性岩相条件；西部斜坡区属平缓单斜构造，切穿覆盖层的深大断裂可作为地下水良好的排泄源，使地下水具有稳定的补-径-排体系[7]；总之该区具备砂岩型铀矿成矿的有利条件。但是前人将盆地西部斜坡区找矿目的层主要放在四方台组和嫩江组[8-11]，针对青山口组铀成矿条件和成矿潜力研究较少。

本次工作在盆地西部斜坡区江桥—哈拉海一带石油钻井资料中发现一批青山口组铀异常，施工了一个钻孔进行验证，最高铀品位可达0.012%(工业品位0.01%)，通过对该区域铀源、岩性、岩相、古水文、古气候等铀成矿地质条件分析，认为该区域青口组砂体具较好的铀找矿前景，值得进一步探索。

1 地质背景

1.1 构造

松辽盆地属中、新生代大型陆相坳陷盆地，盆地总体地层结构具“下断上坳”的特点，根据其岩性构造、断裂特征、区域地层分布、层序等，划分出西部斜坡区、中央坳陷区、北部倾没区、东北隆起区、东南隆起区和西南隆起区6个构造分区(图1)。西部斜坡区位于盆地西北部，盆地发展过程中长期处于相对稳定的单斜构造，地层自盆地的西边缘向坳陷区倾斜，倾角1°～5°，构造平缓，沉积盖层较薄，整体呈现超覆沉积特点[12-15]。受侏罗系火山岩基底不平的影响，地层沉积厚度、沉积相存在一定的差异。

图1 松辽盆地构造单元区划图

1.2 地层

盆地西部斜坡区地层具超覆沉积的特点，地层自下而上沉积范围逐渐扩大，研究区哈拉海—江桥一带由下至上依次发育侏罗系(J)、上白垩统青山口组(K2qn)、上白垩统姚家组(K2y)、上白垩统嫩江组(K2n)、新近系中新统大安组(N1d)、新近系上新统泰康组(N2t)和第四系(Q)，具体地层特征见表1。

表1 研究区揭露地层信息

2 赋矿层岩石学特征

研究区青山口组含矿砂体岩性为灰色、浅灰色细—中粒砂岩，局部含少量灰色泥质夹层及有机质纹层，厚层状构造，富含碳屑、黄铁矿、油斑等还原介质(图2a)，岩石固结程度较高，结构致密。镜下观察：碎屑含量约占75%，其中石英约占53%，长石约占10%，岩屑约占35%，褐铁矿及其他金属矿物约占2%(图2b)，碎屑颗粒大小主要分布在0.1～0.5 mm之间，少数颗粒大于0.5 mm，多呈次棱角—次圆状，分选一般。碎屑颗粒之间多呈点接触。填隙物主要由黏土矿物、碳酸盐和少量有机质胶结物组成(图2c)，黏土矿物主要为伊利石和高岭石等，岩石局部见有机质胶结，类似于油斑。

3 铀成矿地质条件分析

3.1 铀源条件

研究区铀源主要来自西部大兴安岭和北部小兴安岭中—新生代火山岩和海西期—燕山期花岗岩(图3)。核工业东北地质局244大队在盆地西北部进行了岩体地面伽马能谱测量，海西期—燕山早期花岗岩的铀含量相对较高，平均可达7.4×10-6，特别是大兴安岭中段的乌拉斯台岩体、大石寨岩体、色布尔岩体的铀丰度均大于10×10-6，并且对铀含量较高的岩体进行了铀浸出率研究，浸出率普遍较高，其中有9块岩体样品浸出率超过了20%[16-17]。盆地西部和北部广泛分布的富铀花岗岩体以及岩体的高浸出率，为该区提供了较好的铀源条件。

图3 松辽盆地外围花岗岩时空分布图

3.2 岩性、岩相条件

从早白垩世泉头组沉积时期至晚白垩世嫩江组沉积末期，盆地处于坳陷沉积期，沉积状态以长期、稳定、快速为主。青山口组整体呈西高东低的单斜构造，受喜山构造运动的影响，具有多期次超覆沉积的特点，通过对取心钻井岩心观察与测井相分析，识别出河道、泛滥平原、天然堤、滨浅湖4种沉积微相(图4a)。从砂体厚度图(图4b)中可以看出，河道砂体厚15～45 m，平均厚31 m；砂体南北方向连续性强，厚度、粒度变化不大；自西向东砂体厚度增加，层数变多，粒度变细，泥质含量增高，推测研究区青山口组物源方向以北东方向物源为主；北东方向河道砂体宽1～2 km、长度大于20 km，具有一定规模的河道沉积为砂岩型铀矿成矿提供了广阔的容矿空间。砂体内含大量有机质碎屑、黄铁矿等还原介质，且青山口组作为松辽盆地主力产油层之一，油气还原作用明显，使砂体具备较好的还原条件。砂体顶部为姚家组紫红色泥岩，底部为青山口组紫红色泥岩，两层泥岩厚度均大于15 m，上、下两层厚层状红色泥岩与目的层砂体形成了稳定的泥-砂-泥结构。

图4 研究区青山口组砂体展布特征

3.3 水文地质条件

研究区位于大兴安岭东部地区，地形由低缓丘陵区过渡到山前平原区，高程150～400 m，具典型的单斜自流水特征。该区年降雨量350～450 mm，入渗能力很强，是地下水重要的垂向补给形式。青山口组整体呈北西高、南东低的单斜地层，顶底两层厚层泥岩使砂体具备了完整的泥-砂-泥结构，形成了较为完整的承压含水系统，地下水径流条件良好，地下水由山前向盆地平原区汇流，通过导通上覆地层的断裂排泄，江桥—哈拉海一带低洼处发育十多处大小不等的“水泡”(小湖泊)，为地下水的重要排泄源。

3.4 古气候条件

松辽盆地白垩纪总体处于温暖湿润—半湿润的亚热带气候环境，植被繁茂，主要以针叶林和草原草丛植被为主。由于地壳抬升、海平面下降出现了几次短暂的干旱—半干旱事件。青山口组沉积时期为温暖湿润气候，雨水充沛，湖盆逐渐扩大，湖水逐渐加深，动植物繁盛，形成以还原为主、有机质丰富的砂泥岩建造。姚家组沉积时期地壳抬升、海平面下降，形成以干旱—半干旱为主的气候环境，导致植被荒漠化，沉积物以红色色调为主。这种后期较长时间的干旱或半干旱的炎热古气候条件，有利于蚀源区铀的淋滤、迁移、进入下部还原地层，在青山口地层中还原沉淀富集成矿。

4 铀异常信息

本次工作共收集到江桥—哈拉海一带50份石油探井资料，内容包括录井和综合测井资料。将收集到的50个石油探井自然伽玛曲线全部进行数字化处理，并且按照地质分层界线进行分段统计。将每层的自然伽玛平均值作为该层自然伽玛本底值，将读数大于或等于3倍本底值作为该石油井的异常段，记录异常段的强度和厚度(图5)；对该区50个石油探井自然伽玛测井曲线筛查，筛选出存在铀异常的探井18个，异常井呈近SN向带状展布，将这些异常段的位置与地质分层界线对比，发现江桥—哈拉海一带铀异常属于同一层异常，位于青山口组，异常段岩性为灰色—灰白色细—中砂岩。

图5 石油井自然伽玛异常分布示意图

本次工作选取了石油异常井(富28井)进行钻探验证，验证孔ZK-U1与富28井相距5 m的距离，验证结果为一矿化孔，铀品位最高达0.012%(工业品位0.01%)，厚2.8 m，含矿岩性为灰色细砂岩。

对比验证井放射性测井解释品位与石油井自然伽玛极值，总体上可以判定石油测井自然伽玛600 API可达工业品位0.01%，300 API可达异常品位0.005%，该标准可为后续石油井异常筛查提供依据。

对该异常段进行了取样分析，w(U)为(32.20～99.40)×10-6，w(Th)为(6.87～10.70)×10-6，Th/U比值平均为0.15(表2)；陆壳Th/U比值范围为3.3～4.0。Th元素在地壳中相对稳定，不易随地下水流迁移；U元素易在氧化环境环境下变为U6+随地下水流迁移，因此地层中的Th/U比值一定程度上可以反映地层U元素的迁移特征。研究区青山口组砂体Th/U比值远小于陆壳平均值，该砂体后期有大量的铀迁入(处于铀富集环境)。有机碳含量为0.12%～0.26%，平均值为0.17%；Fe3+/Fe2+比值为0.13～0.41，平均值为0.23，Fe3+/Fe2+比值远小于1，砂体有机质含量较高，处于氧化还原过渡环境。

表2 青山口组含矿砂体分析结果

5 铀的赋存状态研究

利用HD-2004(γ+β)编录仪对矿心进行全面扫描、测试，在放射性强度最高的地方采集3块样品进行电子探针分析。首先将选定的样品制片后，放置在普通光学显微镜下观察，选择好观察区域，然后在电子探针下进行分析。

本实验是在西安地质矿产研究所国家重点实验室完成。测试所用仪器型号：EMX-SM7。实验过程中参数选择：电压20 kV，电流1×10-8A，束斑1～5 μm，捡出角40°，温度25℃，湿度50%。采用标准：GB/T 15245-2002GP/T。样品预处理：用镀膜材料制成靶作为阴极，样品放在阳极上，在两极之间加500～1000 V的电压。预处理过程所用仪器型号为JEE420T，真空度8×10-2Pa，电流40 mA。预处理过程历时3～4 h。

根据电子探针分析结果，研究区U元素的赋存形式主要为分散吸附和单矿物两类，铀矿物主要为铀石、沥青铀矿，与松辽盆地北部的砂岩型铀矿的赋存状态[18]比较相似。对于两种铀的铀的赋存状态、铀矿物类型所占铀配分的比例关系研究，目前仍处于定性的研究状态，尚未定量研究各类型所占比例。

铀含量相对较低的样品电子探针分析结果显示(图6a)，U元素基本以吸附形式存在，主要被有机碳、黏土、细粒充填物、碎屑矿物裂隙面、褐铁矿等吸附。在较富矿石中电子探针检测结果显示(图6b)，U元素主要以铀矿物形式产出，矿物类型包括铀石和沥青铀矿，铀矿物镶嵌于黄铁矿、炭屑、黑云母、绿泥石等早期矿物的解理、裂隙中。初步分析认为，黄铁矿、炭屑、黑云母、绿泥石中的Fe2+、有机碳等能为U元素还原、沉淀营造良好的微环境，含氧、含铀流体携带的U元素在这些矿物的解理、微裂隙中沉淀进而交代这些矿物和碎屑物。

图6 铀矿石电子探针背散射图像

6 结论

1)研究区铀源丰富，具备斜坡构造，发育有利于砂岩型铀矿富集的曲流河河道沉积，砂体厚度适中，分布广泛，后期油气作用为砂体提供了较好的还原环境。水文条件较好，具有渗入型自流水盆地特征，补-径-排机制较完善，且顶底两层红色泥岩使含矿、含水层具备了稳定的“泥-砂-泥”结构，具有较好的铀矿成矿条件。

2)本次工作在盆地西部斜坡区江桥—哈拉海一带收集石油钻井资料发现了一批自然伽玛异常井，异常强度较高，异常呈近SN向带状展布，并且在异常带内进行钻探验证后发现了铀矿化层。综合显示盆地西部斜坡区江桥—哈拉海一带青山口组具有较好的铀矿找矿前景，该矿化层的发现，丰富了盆地西部斜坡区铀矿找矿层位，对松辽盆地西部斜坡区铀矿找矿具有重要意义。

3)验证结果显示石油测井自然伽玛600 API可达工业品位0.01%，300 API可达异常品位0.005%，该标准可为后续石油井异常筛查提供依据。

4)电子探针分析结果显示，研究区U元素以吸附态和铀矿物两种状态存在，铀矿物主要为铀石、沥青铀矿，无论是吸附态铀还是铀石、沥青铀矿都易被溶浸液带走，说明研究区铀矿具有地浸开采条件。