鄂尔多斯盆地北缘塔然高勒地区直罗组古沉积环境演化—来自地球化学特征的证据

2021-08-16程先钰张天福程银行王少轶田健

华北地质 2021年2期

程先钰，张天福，程银行，王少轶，田健

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.中国地质调查局铀矿地质重点实验室，天津 300170）

1 地质概况及沉积相

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部，西接阿拉善地块[1,2]，北与阴山、狼山相邻[3]。盆地沉积盖层厚大，其中生代的构造属性、原型盆地沉积范围、沉积物源等地质问题，一直是地质和能源工作者关注和讨论的热点[4-7]。近年来，地质学者对鄂尔多斯盆地北缘开展了大量的研究工作，东胜大型砂岩型铀矿的发现，揭示出侏罗系直罗组是重要的储煤、储铀层位。鄂尔多斯北缘塔然高勒地区地处东胜大型砂岩型铀成矿带。本文选取塔然高勒地区ZK28钻井（图1）中的25个直罗组新鲜样品进行地球化学分析，进而探讨直罗组古沉积环境。

图1 塔然高勒地区地质简图(a)和鄂尔多斯盆地大地构造位置图(b)(图b据参考文献[8]修改)Fig.1 Geological map of Tarangaole area(a)and geotectonic location map of the Ordos basin(b)

样品以灰绿色-灰色砂、泥岩为主，局部夹浅灰紫色泥岩，水平层理发育，直罗组底部灰色中砂岩（钙质）发育交错层理（图2）。直罗组整体呈正沉积旋回特征，多阶段退积组合方式。直罗组上段主要为近岸洪泛平原沉积，主要包括近岸洪泛平原、决口扇、决口河道等沉积亚相，直罗组下段以河流相曲流河、辫状河沉积为主，曲流河包括河漫滩、河道、泛滥平原沉积亚相，辫状河包括泛滥平原和河道沉积亚相。

图2 塔然高勒地区ZK28综合柱状图Fig.2 Comprehensive histogram of ZK28 in Tarangaole area

2 测试方法及测试结果

本次研究的样品采自鄂尔多斯盆地北缘塔然高勒地区ZK28井（图1），样品分析测试由天津地质调查中心实验室完成，常量元素采用X衍射荧光光谱（XRF）分析，FeO采用氢氟酸、硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法，分析精度优于2%。微量、稀土元素采用美国X seriesⅡ型号ICP-MS等离子质谱仪进行测定，分析精度优于5%。化学分析测试流程参考文献介绍的方法[9,10]。

一般认为Sr/Ba、B/Ga能够有效的判别古盐度，氧化还原敏感微量元素U、Th、Co、V、Ni、Cr、Cu、Fe含量及比值能够判别古沉积水体介质的氧化还原性[11,12]，U/Th、V/Cr、Fe2+/Fe3+计算结果见表1；Sr/Cu、FeO/MnO、Al2O3/MgO 等对判别古气候具有较好的指示意义（表1）。

表1 塔然高勒地区直罗组微量元素比值判别指标统计表Table 1 Geochemical indicates of trace element ratios of Zhiluo Formation in Tarangaole area

3 塔然高勒地区直罗组古沉积环境及对铀成矿的制约

古沉积环境包括古沉积水体盐度、古沉积水体的氧化还原性和古气候等。直罗组Sr/Ba值均小于1，仅直罗组上段顶部1个样品大于1，表明直罗组古水体介质整体为淡水环境。研究区直罗组U/Th 值较为集中，且比值均小于1，指示沉积水体均为富氧水体；V/Cr值可判别古水体氧化还原环境[13]，研究区直罗组V/Cr 值较为集中，且比值较低，同样反映直罗组沉积时为富氧环境；然而Fe离子的价态变化对氧化还原反应灵敏，研究区直罗组上段红层表现Fe2+/Fe3+＜1 为弱氧化环境，直罗组下段灰绿色砂泥岩表现Fe2+/Fe3+＞1 为弱还原环境（图3）。Sr/Cu、FeO/MnO、Al2O3/MgO 反映了研究区直罗组为干-湿交替的古气候变化特征，但整体偏干旱的沉积环境。综上所述，塔然高勒地区直罗组主要为淡水环境下，弱还原向弱氧化环境转变的偏干旱的古沉积环境。

图3 塔然高勒地区直罗组微量元素比值判别图Fig.3 Discrimination map of trace element ratios of Zhiluo Formation in Tarangaole area

鄂尔多斯北缘直罗组在沉积过程中古气候、古盐度、氧化还原环境等都存在周期性变化[14]，塔然高勒地区直罗组下段为弱还原环境的灰绿层沉积，上段转化为氧化环境红层沉积。燕山运动中期发展中下侏罗统延安组，温暖潮湿的湖泊三角洲为当时典型的沉积环境，植被大量繁衍腐殖成煤，燕山运动发展到直罗组时，古气候由温暖潮湿转变为偏干旱的干湿交替气候，植被大量减少，由于直罗组底部为水动力较强的辫状河道沉积，致使直罗组底部易携带延安组的植物炭屑，形成煤线或薄煤层形成一道还原障，且灰色中粒砂岩透水性较好，当含铀流体通过直罗组上段层间氧化带流入直罗组下段底部砂体时，U+6还原成U+4沉淀成矿。