鄂尔多斯盆地泊江海子地区直罗组高分辨率层序地层研究

王龙辉，胡立飞，杨胜富，郭涛，张海云，郭煦劼

（核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010）

鄂尔多斯盆地位于华北地台的西部，是一个多旋回叠合型盆地，也是中国现存的最为稳定、完整的构造单元［1］，而产铀盆地的一级控制是大地构造因素［2］，这也为鄂尔多斯盆地北部提供了成矿有利的构造条件。该区主要的富矿层位为直罗组下段［3］，而直罗组下段上、下亚段古层间氧化带严格地控制着铀矿化作用，富矿体主要产于绿色砂岩向灰色砂岩过渡的灰色砂岩中［4-5］。虽然两个亚段的物源和砂体分散方向具有很好的继承性，但成因完全不同，不同成因的砂体具有不同的非均质性，砂体非均质性通过对成矿流体运移状态的影响进而实现对铀成矿的控制［6-7］。除此之外，地层的非均质性对地层的还原性也具有一定的影响，地层还原性的强弱，直接影响了地层对成矿流体中铀的卸载能力［8］。与区域上相似，泊江海子地区直罗组下段下亚段和上亚段为主要的含矿层位，目前主要分为两段进行了编图和开展系列研究工作，发现矿体主要富集于氧化前锋线和氧化还原叠置带中，这种大层的研究虽然对于找矿具有指导性，但是大层是由多个小层序组合而成，小层的非均质性的差异导致含氧含铀水对小层序具有一定的选择性，这也造成含氧含铀水对铀的卸载具有一定的选择性，所以通过大层的研究，无法对矿体进行更加精确的定位。本文采用了高分辨率层序地层的划分方法，利用小层序的划分，使岩石地球化学的控制单元更加精确化，能够使对于矿层的定位更加准确，比大层的研究更有意义。这种方法的应用，使岩石地球化学较为复杂的地区研究更加精细化，能够更好的指导野外生产。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地泊江海子地区处于鄂尔多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起带上（图1）。伊盟隆起北邻河套断陷，南接伊陕斜坡。印支运动造就了盆地由西向东、由北向南倾斜的大型斜坡带——伊陕斜坡，并在此基础上沉积了延安组、直罗组，特别是直罗组稳定展布的河流相砂带，为后期铀成矿提供了良好的储层空间。燕山运动造成盆地多次抬升并总体向西掀斜，同时西缘逆冲带褶皱成山，成为盆地西缘新的物源与铀源区。而在盆地北部河套古隆起依然起着主导作用，提供长期稳定的含氧含铀水的补给，是盆地北部铀成矿物质的重要来源。泊江海子地区出露的主要地层为下白垩统和第四系，无目的层直罗组的出露。根据目前钻孔施工情况，自下而上依次发育延安组、直罗组、下白垩统和第四系，而铀矿化主要富集于直罗组下段上亚段和下亚段，区内构造和岩浆岩均不发育。研究区位于北部鄂尔多斯高原水文地质区的乌家庙-杭锦旗水文地质单元和伊金霍洛旗-乌审召水文地质单元。各水文地质单元均有完整的补给、径流、排泄系统，同时各水文地质单元之间构成了一个相互联系的整体。本区气候属于中温带大陆性半干旱季风气候，四季更替明显，多风少雨，地表水系较发育，为季节性间歇河流，年降水量平均392.7 mm，年蒸发量平均2 563 mm。

图1 鄂尔多斯盆地北部构造分区略图（据张抗，1989［1］）Fig.1 Sketch of structural division in north Ordos Basin（after Zhang Kang，1989［1］）

2 研究区层序地层格架的建立

泊江海子地区层序地层格架的建立主要依托钻孔岩心编录和测井资料综合分析，这些钻孔资料均为核工业二〇八大队施工钻孔，钻孔施工执行《地浸砂岩型铀矿钻探规范》（EJ/T 1140—2002）、《地浸砂岩型铀矿地质勘查规范》（EJ/T 1157—2018）、《地浸砂岩型铀矿钻探工程地质物探原始编录规范》（EJ/T 1159—2002）、《地浸砂岩型铀矿野外资料综合整理要求》（EJ/T 20155—2018）等规范，且每年均通过上级部门组织的野外验收，可靠程度高，可以满足层序地层划分的要求。

2.1 层序地层划分的方法

层序分析的关键就是层序界面识别，通过地震、钻井岩心、测井等资料，可有效识别出各层段的层序界面［9-13］。利用不同的级次基准面旋回分析并得出各类型储集体的平面展布特征及相互接触关系、垂向上的演化规律及空间展布特征［14］。分析按照“由点到线，由线及面”的研究思路［15］。本文中层序界面的识别主要参考钻孔岩心编录资料和测井资料，对单孔进行短期基准面旋回和长期基准面旋回的划分，再对单孔进行剖面上的对比，统计短期基准面旋回的岩石地球化学和沉积相特征，进而总结出平面特征。

2.2 单井层序地层的划分结果

根据单井层序地层的划分结果，直罗组共划分为3 个长期基准面旋回，10 个中期基准面旋回和47 个短期基准面旋回。3 个长期基准面旋回自上而下对应直罗组上段、直罗组下段上亚段和直罗组下段下亚段（图2）。直罗组上段和直罗组下段上亚段均表现为正韵律旋回，且可见多个明显的二元结构组合，具有曲流河沉积特点。直罗组下段下亚段也表现为正韵律旋回，具有砂体岩性粗，泥岩层不发育的特点，且底部可见砾岩层，反映古水动力较强，为辫状河沉积的特点。直罗组上段划分为3 个中期旋回和17 个短期旋回，沉积亚相为河床亚相和堤岸亚相，沉积微相为边滩沉积和天然堤沉积；直罗组下段上亚段进一步划分为3 个中期旋回和16 个短期旋回，沉积亚相为河床亚相、堤岸亚相和河漫亚相，沉积微相为边滩沉积、天然堤沉积和河漫滩；直罗组下段下亚段划分为4 个中期旋回和14 个短期旋回，沉积亚相为河床亚相，沉积微相为河床滞留沉积、侧向沙坝和河心洲（图2）。

图2 10 号和6 号钻孔单井层序地层划分Fig.2 Sequence stratigraphic division of Well No.10 and Well No.6

2.3 层序地层格架的建立

根据区域的沉积特点，结合本地区的特点，在研究区内选取了16 口有代表性的钻孔。钻孔基本覆盖整个区域，基本按照由点到线，由线到面的思路建立研究区的高分辨率层序地层格架，垂直于沉积作用方向建立4 条剖面，平行于沉积作用方向建立4 条剖面。垂直于沉积方向的剖面为①～④，平行于沉积方向的剖面为⑤～⑧，其中由于⑧号剖面部分钻孔仅钻遇直罗组下段下亚段顶部泥岩终孔，所以⑧号剖面的钻孔仅能做直罗组上段和下段上亚段的高分辨率层序地层对比（图3）。

图3 泊江海子地区直罗组高分辨率层序地层对比骨架Fig.3 Correlation framework of high-resolution sequence stratigraphy of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

2.4 层序地层等时剖面的精细对比

以标准钻孔为依据，对周边钻孔进行短期基准旋回的对比，进行平行于物源方向的对比和垂直于物源方向的对比，建立短期基准旋回对比的层序地层等时对比剖面。和标准孔一致，直罗组下段下亚段划分为14 个短期基准旋回，直罗组下段上亚段划分为16 个短期基准旋回，直罗组上段划分为17 个短期基准旋回（图4～7）。通过对比发现，短期基准旋回在剖面上厚度具有一定的差异性，且存在一定的相变，这种厚度的差异和相变在一定程度上影响铀矿体的富集。

图4 泊江海子地区垂直于物源方向①号和②号层序地层对比剖面Fig.4 Sequence stratigraphic correlation of section No.1 and section No.2 perpendicular to source direction in Bojianghaizi area

图5 泊江海子地区垂直于物源方向③号和④号层序地层对比剖面Fig.5 Sequence stratigraphic correlation of section No.3 and section No.4 perpendicular to source direction in Bojianghaizi area

图6 泊江海子地区平行于物源方向⑤号和⑥号层序地层对比剖面Fig.6 Sequence stratigraphic correlation of section No.5 and section No.6 parall to source direction in Bojianghaizi area

图7 泊江海子地区平行于物源方向⑦号和⑧号层序地层对比剖面Fig.7 Sequence stratigraphic correlation of section No.7 and section No.8 parall to to source direction in Bojianghaizi area

3 成矿层位岩石地球化学环境和沉积相特征

由于划分的短期基准旋回较多，无法展开进行每一层详细的叙述，所以仅对与成矿层位有关系的SSC12、SSC24、SSC25和SSC27四个短期基准旋回的岩石地球化学环境和沉积相进行分析。SSC12属于直罗组下段下亚段，为5和9号孔的含矿段，SSC24、SSC25和SSC27属于直罗组下段上亚段，为13号孔的含矿段。通过对四个短期基准旋回的地层厚度、岩性特征和砂体厚度等进行统计，做出了四个短期基准旋回的岩石地球化学图和沉积相图。

3.1 岩石地球化学环境特征

泊江海子地区直罗组下段岩石地球化学类型主要为绿色砂岩和灰色砂岩，绿色砂岩则代表古氧化带，主要是经历了先氧化后还原作用，是原本的氧化带砂岩呈现绿色；灰色砂岩则代表还原带，而矿体一般富集于绿色砂岩向灰色砂岩过渡的灰色砂岩中。受绿色砂岩与灰色砂岩变换面的控制，经过以上小层序的划分后，在小层序内全为绿色的钻孔定为古氧化带，既有绿色又有灰色的钻孔定为氧化还原叠置带，整孔均为灰色的钻孔定为还原带。由于各个小层序具有一定的物性差异，造成了大层垂向上的非均质性，含氧含铀水容易流向渗透性好的小层序，而每个小层序在平面上均具有很好的延展性，含氧含铀水对于小层序具有一定的选择性，这也造成含氧含铀水对铀的卸载具有一定的选择性，所以对于小层序岩石地球化学的划分比大层岩石地球的划分更具有意义。

从SSC12岩石地球化学图可以看出，氧化方向为北东-南西向，氧化带呈蛇曲状，氧化-还原叠置带的范围在3～20 km，而工业矿孔位于SSC12氧化-还原叠置带内，受垂向上氧化-还原转换面的控制，不受古氧化前锋线的控制，对于这种类型的矿体，小层序的划分更好的缩小了氧化-还原叠置带的范围，对于矿体的定位也缩小了范围（图8）。经过整理，SSC24、SSC25和SSC27的岩石地球化学图氧化展布基本一致，均为北东向南西展布，氧化-还原叠置带的范围在1～15 km，工业矿孔位于氧化前锋线的附近的还原带内，受氧化前锋线的控制，对于此类型的矿体，通过小层序的划分可以精确判断氧化前锋线的范围，如果用大层序进行划分的话，该孔则位于氧化-还原叠置带中，所以通过小层序的划分，可以精确判断氧化前锋线的位置，进而对矿体进行精确定位（图9）。

图8 泊江海子地区直罗组SSC12 岩石地球化学图Fig.8 SSC12 geochemical diagram of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

图9 泊江海子地区直罗组SSC24、SSC25、SSC27 岩石地球化学图Fig.9 SSC24，SSC25 and SSC27 geochemical diagram of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

3.2 沉积相特征

泊江海子地区直罗组下段主要为辫状河和曲流河沉积，进一步划分为各种亚相，大层只能确定其优势相，而无法进行细分，而通过小层序的划分，可以进一步的精确划分小层序沉积亚相平面上的分布情况。不同的沉积亚相对应不同的沉积环境，不同的沉积环境造成沉积物类型具有差异性，也就造成了不同的小层序的非均质性的差异，从而导致流体的选择性流入不同的小层序。侧向砂坝和边滩粒度相对较粗，含矿流体则易进入该层发生层间氧化作用，也是矿体富集的有利部位，而河心洲、河漫滩和天然堤相则粒度较细，不利于含矿流体的进入，所以与上述岩石地球化学相似，小层序沉积相的划分比大层沉积相划分更具有意义。

SSC12沉积相图可以看出，沉积相主要为辫状河沉积，沉积亚相为河床亚相，沉积微相为沙坝和河心洲微相。工业矿体主要分布于沙坝内，而砂坝前部可见河心洲沉积，河心洲为细粒物质组成，含矿流体在砂坝中向河心洲方向流动的过程中，非均质性发生了变化，河心洲阻碍了含矿流体的运移，使矿体在距离河心洲一定的距离发生富集（图10）。SSC24、SSC25 和SSC27 沉积相均为曲流河沉积，SSC24沉积亚相为河床亚相和堤岸亚相，沉积微相为边滩沉积和天然堤沉积微相（图11）；SSC25 和SSC27沉积亚相为河床、堤岸和河漫亚相，沉积微相为边滩沉积、天然堤沉积和河漫沼泽沉积。与SSC12类似，边滩沉积粒度较粗，一般为砂岩和砾岩，渗透性较好，含矿流体容易通过，而天然堤沉积和河漫沼泽沉积一般为泥岩和粉砂岩，粒度较细，对于含矿流体具有一定的阻碍作用，使含矿流体在距离天然堤和河漫沼泽一定距离发生矿体的富集，且这两种沉积微相粒度较细，一般具有大量的还原性介质，如炭屑和黄铁矿，而这两种物质对于铀具有一定的吸附作用，也可在一定范围内形成还原障，对于铀矿体的富集具有有利的作用。SSC24工业矿孔位于边滩沉积中，与天然堤沉积区域相对较远，但SSC25和SSC27工业矿孔位于边滩沉积与天然堤沉积的相变附近，且SSC27中的矿体为主矿体，厚度和品位相对较大，表明沉积相的距离变化对于矿体的富集具有一定的影响（图12、13）。

图10 泊江海子地区直罗组SSC12 沉积相图Fig.10 SSC12 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

图11 泊江海子地区直罗组SSC24 沉积相图Fig.11 SSC24 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

图12 泊江海子地区直罗组SSC25 沉积相图Fig.12 SSC25 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

图13 泊江海子地区直罗组SSC27 沉积相图Fig.13 SSC27 sedimentary facie map of Zhiluo Formation in Bojianghaizi area

4 结论

1）通过对目的层直罗组的层序地层的研究，直罗组共划分为3 个长期基准面旋回，10 个中期基准面旋回和47 个短期基准面旋回。通过划分，使泊江海子地区复杂的氧化特征和矿化特征简单化，更具有针对性，有利于更加精确的开展下一步的找矿工作。

2）通过对区内岩石地球化学环境和沉积相的的分析，铀矿体的富集与岩石地球化学环境和沉积相具有一定的关系。通过小层序的划分，在岩石地球化学方面，缩小了氧化-还原叠置带的范围，使氧化前锋线定位更加精确，而氧化-还原叠置带和氧化前锋线均为有利的成矿部位，比大层划分更加精确。沉积相方面，与岩石地球化学特征相似，可以精细划分出控矿沉积相范围，做到了小层序沉积相的精准化，能够较好的反应成矿规律。该方法的运用可以更加精确的定位矿层的富集部位，对于生产具有很好的指导性。