松辽盆地青山口组二、三段沉积特征及铀成矿分析

2022-02-17卢胜军

铀矿冶 2022年1期

卢胜军

(核工业二四〇研究所，辽宁沈阳 110032)

近年来，地浸砂岩型铀矿的找矿已成为中国乃至全球铀矿勘查的重点之一，松辽盆地南部钱家店特大型铀矿床的发现，掀起了砂岩型铀矿找矿的新高潮[1-2]。在青山口地质填图时，将下伏下白垩统泉头组及上覆上白垩统姚家组整合接触的这套地层称为上白垩统青山口组。前人对松辽盆地双山地区青山口组进行了地层划分，对其沉积特征的研究尚未深入。因此本研究以双山地区为研究区，优选上白垩统青山口组二、三段作为研究目标层位，对其进行了钻探揭露等较为系统的研究，以期为后期找矿工作提供依据。

1 地质背景

松辽盆地是在松辽微板块基础上发展起来的中新生代大型陆相克拉通内转化型盆地[3]。盆地主要基底由古生代及前古生代的变质岩与侵入岩组成；其基底是在前古生代微板块聚合基础上，古生代时期增生拼贴而成[4]。盆地主要发育上侏罗统、白垩系、古近系、新近系沉积地层。根据基底构造展布形态、特征、盆地基本结构、碎屑物沉积厚度变化等，将盆地划分了6个一级构造单元，主要分为北部倾没区、东北隆起区、西部斜坡区、东南隆起区、西南隆起区、中央坳陷区[5]。

青山口组研究区位于松辽盆地北部，一级构造单元北部倾没区的次级构造单元中(嫩江阶地)如图1所示。

2 青山口组二、三段岩相、沉积相

2.1 青山口组二、三段区沉积层地层

为了分析青山口组研究区铀成矿条件，针对松辽盆地北部双山地区青山口组二、三段，对区内已施工的5个钻孔进行了资料统计，对新施工14个钻孔中的青山口组沉积地层进行了详细观察和描述，并确定了青山口组研究区砂岩及砾石区展布范围，对施工钻孔砾石层的成分、粒度进行了统计(表1)；并对砂岩段进行系统取样分析，作为分析研究青山口组二、三段的依据。

表1 双山地区青山口组二、三段钻孔数据Table 1 Drilling data of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

2.2 青山口组二、三段岩相

根据青山口组研究区沉积地层的岩性特征、碎屑物粒度、沉积构造等特征，结合沉积相类型，划分出6种岩相类型[6]490(表2)。

1—第四系玄武岩；2—玄武岩；3—泰康组；4—嫩三段；5—明水组；6—嫩一段；7—下白垩地层；8—元古界地层；9—印支期花岗岩；10—华力西期花岗岩；11—构造；12—次级构造界线；13—研究区。图1 松辽盆地北部构造分区及研究区范围示意图Fig. 1 Structural partition and scope of research area of Shuangshan area in northern Songliao basin

表2 双山地区青山口组二、三段岩相特征Table 2 Lithofacies characteristics of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

2.3 青山口组二、三段沉积相

通过钻孔发现青山口组岩石组合在垂向上呈细-粗-细的特点，沉积物颜色为黑-灰绿-红色的特点。其下部为黑色泥岩，中部为砾岩、粗砂岩(含砾)夹细砂岩组成的沉积韵层序，上部与姚家组整合接触。这种沉积特征分别对应青山口组地层划分中的3个岩性段(图2)。

图2 双山地区青山口组岩性段分析示意图Fig. 2 Lithologic section analysis of Qingshankou Fm in Shuangshan area

通过对双山地区青山口组的地层岩性、沉积构造、钻孔剖面(图3)等分析，前人认为青山口组为湖相沉积，青一段为水进式沉积，而青二、三段属于水退式反旋回沉积。青一、二段沉积时期，古松辽湖盆的发育进入极盛时期，湖水扩张，大部分地区均为湖相沉积。青三段沉积时期，湖水退缩，砂体从西向东，从西南向东北、东南方向延伸[7]。通过研究，对青山口组研究区沉积地层重新划分，识别出3种沉积序列;根据其组合特征，划分了3种相类型(图4)。

2.3.1 冲积扇相

通过剖面对比分析(图5)，发现青山口组二、三段发育为一套厚层陆相碎屑岩沉积，砾石砾径一般1～4 cm，部分砾径达7 cm，以Gm岩相为主。砾石以花岗岩、火山岩岩屑为主，棱角—次圆状，分选差，无序排列，为典型的冲积扇沉积。薄层砂岩层以夹层出现在厚大砾石层中，为Sl、Sm岩相，组成多个沉积韵律。沉积特征为下粗上细，呈现为沉积正韵律特点，表明青山口组二、三段沉积物为近缘沉积，为盆缘风化岩石快速堆积形成的产物。

2.3.2 冲泛平原相

双山地区东侧盆缘附近青山口组二段主要发育为冲泛平原相沉积。青山口组三段时期扇体减小，大面积发育冲泛平原相沉积，以Fsc、Fcf岩相为主，主要为泥质漫流形成的泥岩为主，泥岩中常见水平层理、钙质结合等，该套沉积为河流相边滩与冲积扇外延沉积。

2.3.3 河流相

通过钻孔揭露发现，双山地区青山口组二、三段主要发育辫状河相沉积，向盆内方向逐渐过渡为曲流河相沉积。以Sl、Sm岩相对应辫状河相，区内辫状河沉积物具有下部粗上部细的沉积特点，沉积序列完整，河道底部以厚层砂砾岩为主[6]492。砾石成分为火山岩岩屑、花岗岩岩屑，砾石磨圆好、分选差。其“二元结构”不发育，粗细接触部位可见明显冲刷面。

1—青山口组三段；2—青山口组二段；3—砾岩区；4—砂岩区；5—泥岩区。图3 双山地区北西向连井剖面Fig. 3 North-west connecting well section in Shuangshan area

1—蚀源区；2—扇根、中、端；3—河流相；4—冲泛平原相；5—心滩；6—盆地、剥蚀边界；7—剖面；8—施工钻孔；9—物源方向。a—二段沉积相;b—三段沉积相。图4 青山口组二、三段沉积相图Fig. 4 Sedimentary facies map of the second and third member of Qingshankou Fm

1—青山口组三段；2—青山口组二段；3—泉头组；4—花岗岩基底；5—砾石区；6—砂岩区；7—地层界线；8—不整合界线。图5 双山地区南北向连井剖面Fig. 5 North-south connecting well section in Shuangshan area

曲流河相主要为Sl、Sm、Fsc、Fcf。沉积物主要以泥岩、粉砂岩、中-细砂岩组成完整沉积序列，具有下粗上细的“二元结构”[8]。发育的单层厚度砂岩中，发育交错层理构造，泥岩中发育水平层理[9]。

3 青山口组二、三段物源与古流向分析

3.1 砾石成分

砾石成分可以直观反映物源区岩石类型。沉积碎屑物的成分能直观反映蚀源区原岩岩性，近源沉积碎屑物主要以砾石层为主。对青山口组二、三段地层中的砾石进行了统计(表1)。可以看出，该地区砾石成分以花岗岩为主，花岗岩主要来源于华力西期花岗岩盆缘隆起剥蚀区。

3.2 砂岩组分

砂岩中填隙物受成岩作用影响，但颗粒成分相对稳定，其砂岩成分组合对蚀源区的岩性与所处地质环境有指示作用，所以可用其进行沉积区物质来源与地质背景分析。青山口组的分析样品均取自施工钻孔(图6)。

1—物源区；2—盆地界线；3—剥蚀界线；4—钻孔及编号。图6 青山口组取样钻孔分布示意图Fig. 6 Distribution of sampling boreholes in Qingshankou Fm

从青山口组碎屑岩薄片鉴定结果(图7)可以看出，砂岩沉积碎屑物成分多为长石、石英、岩屑。其中石英+硅质岩屑占15%～25%，长石占25%～50%，岩屑占5%～35%。长石(斜长石、钾长石)呈次棱角状，斜长石聚片双晶发育，正长石呈褐黄色，具有卡式双晶特征[10](图7a)。钾长石(微斜长石)，以纺锤状晶形存在，部分为格子双晶(图7b)。石英砂呈次棱角状、次圆状，石英呈乳白色，半透明状，部分见次生加大边(图7c)，长石可见绢云母化与黏土化[11]。片状矿物呈鳞片状，为黑云母，局部被绿泥石交代，存在于颗粒间孔隙中，在压应力作用下显弱定向排列，偶见铁质碳酸盐和黑云母共生，铁质碳酸盐弱交代石英(图7d)。岩屑按原岩性质分为硅质岩、粉砂岩、黏土岩，呈次棱角状，且以硅质岩居多。

按照W.R.Dickinson 1983年所做的以Q-F-Lt为端点的砂岩碎屑组分图解分析方法，将岩石样品中碎屑颗粒组分含量统计(表3)，并将其砂岩中岩屑(Lt)、长石(F)、石英(Q)组分统计后进行投图，在Qm-F-Lt砂岩碎屑组分三角图上(图8)，投图点主要分布于再旋回造山带[12]。分析青山口组研究区地质背景，统计砾石成分、砂岩组分，初步对物源区进行了判断，地层中碎屑物主要来源于多旋回造山带组成的大兴安岭地区。

a—斜长石(Pl)、火山岩岩屑(Lv)；b—斜长石(浅色Pl)、钾长石主晶(深色Kfs)、绢云母(Ser)；c—石英次生加大(Q1早，Q2晚)、变质火山岩岩屑(Lv)；d—碳酸盐(Cb)、黑云母(Bt)、石英(Q)、绿泥石(Chl)。图7 双山地区青山口组碎屑岩镜下照片Fig. 7 Detrital rocks of Qingshankou Fm in Shuangshan area

表3 双山地区青山口组二、三段砂岩碎屑组分Table 3 Sandstone detrital components of the second and third member of Qingshankou Fm in Shuangshan area

图8 双山地区青山口组砂岩Q-F-Lt图解Fig.8 Sandstone Q-F-Lt diagram of the Qingshankou Fm in Shuangshan area

3.3 古流向分析

源于蚀源区的沉积物，通常是通过水系的搬运并在重力控制下堆积于盆地。因此，由粗碎屑沉积物构成的沉积体系的砂分散体系、粒度趋势、成分成熟度和结构成熟度分析，都具有指示古水流方向的意义，在一定程度上反映了当时水流方向。通过以上分析得出双山地区青山口组二、三段古水流的方向(图9)，靠近物源区砂体厚度大，含砂率高；而靠近盆地腹地砂体厚度减薄，含砂率降低。双山地区砂体具有明显带状分布规律，结合青山口组研究区地形地貌，该砂分散形态反应了古水流的方向。

图9 砂分散体系中古水流方向Fig.9 Palaeo-flow direction in sand dispersion system

在单向水流中，沉积物随着较远距离的搬运，水势逐渐变弱，沉积地层中岩石的分选性也随之变好；搬运距离越远，沉积碎屑物粒径越小，故沉积物粒径与水势变小方向，一般能确定出古水流方向。而砂岩岩石成分也随着搬运距离的增加，其成分成熟度和结构成熟度等指标将会沿着古水流方向逐渐变好[13]。双山地区碎屑颗粒的变化为北粗南细，砂岩从松散砾石、砂砾岩逐渐向疏松、较疏松、致密砂岩变化，充分体现了青山口组研究区的古水流方向主要特征为由北向南，侧向古水流以大兴安岭东缘为主。因此，确定本区物源供给可能为盆地西缘大兴安岭山区补给以及盆地北部供给。

4 铀成矿条件分析

铀矿的形成必须具备铀源、贮藏空间(砂体)、氧化作用，以及完善的地下水循环体系。基于前面对青山口组研究区岩相、沉积相、物源及古流向的研究分析，对盆地北部双山地区铀成矿条件进行探讨。

4.1 铀源条件

通过对物源研究，确定西缘大兴安岭，东北缘小兴安岭为物源区。物源区发育大面积中生代火山岩，海西期及燕山期花岗岩，存在较多放射性异常点，活化铀迁移明显。统计物源区岩体，花岗岩中铀质量分数为2.60×10-6～22.30×10-6，物源区含铀花岗岩中铀浸出率高达37.50%，花岗岩中的铀存在迁出现象[14](表4)。蚀源区大量的活性铀为盆地内沉积层中的铀预富集提供了铀源，也为沉积层中层间氧化带型铀成矿提供了有利的铀源条件。

表4 盆地北部物源区花岗岩岩体铀含量Table 4 Uranium content of granite in provenance area of northern Songliao basin

4.2 岩相及砂体条件

研究区青二、三段具备成矿有利的沉积相带，沉积相主要为冲积扇相、河流相。通过统计本区砂体厚度，发现成矿砂体具有一定规模。平面上砂体东西分布不同，表现为西粗东细的特点；垂向上，西侧青二、三段砂体厚50～100 m，主要以冲积扇砾石及砾质辫状河砂为主；东侧青三段河道砂体发育，厚度15～20 m，具有稳定的“泥-砂-泥”二元结构。通过岩相、砂体展布分析认为，青山口组研究区的岩相变化部位砂体或河流相砂体为青山口组研究区铀成矿有利砂体。

4.3 氧化还原条件

古水流方向的确定，对青山口组研究区含铀含氧水渗入起到决定作用。双山地区从盆缘向盆内存在较大缓坡，利于含铀含氧水渗入发生层间氧化作用。从盆地北部及侧向大兴安岭东缘入渗的含氧水，在向盆内流经过程中，易对青山口组二、三段形成砂体进行后生改造，为后期氧化还原过渡带的形成提供了条件。

4.4 水文地质条件

青山口组研究区内地下水具有完整的补-径-排体系(图10)，蚀源区作为主要的补给区，分布广泛，大小兴安岭基岩裂隙发育，降水入渗强烈。青山口组研究区断裂构造往往起着局部排泄作用，从而控制层间氧化带的发育。

1—第四系；2—泰康组；3—明水组；4—四方台组；5—嫩江组；6—姚家组；7—青山口组；8—侏罗系；9—燕山期花岗岩；10—石炭-二叠系基底；11—地层界线；12—角度不整合界线；13—含水层；14—隔水层；15—地下水流向；16—潜水位线；17—断裂；18—钻孔。图10 双山地区地下水的补-径-排剖面示意图Fig. 10 Schematic diagram of groundwater filling-diameter-drainage section in Shuangshan area