松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾礦成礦條件分析

宮文杰, 張振強

1)核工業二四三大隊, 內蒙古赤峰 024006;

2)核工業二四O研究所, 遼寧沈陽 110032

松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾礦成礦條件分析

宮文杰1), 張振強2)

1)核工業二四三大隊, 內蒙古赤峰 024006;

2)核工業二四O研究所, 遼寧沈陽 110032

通過對松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾成礦條件分析認為: 泉頭組半干旱的亞熱帶古氣候對成礦有利。河流相和三角洲相沉積具有形成厚大砂體的條件。砂體較為發育, 單層砂體厚度可達 42 m。雖砂體中有機質含量較低, 但泉頭組下部含煤層中的烴類可通過斷裂構造及不整合面上升進入砂體, 彌補還原劑的不足。工業鈾礦孔的發現反映出泉頭組有鈾的大規模富集。總之, 泉頭組是松遼盆地南部一個重要的找礦目的層, 找礦意義重大。

松遼盆地南部; 泉頭組; 砂巖型鈾礦; 成礦條件

1 區域地質概況

松遼盆地南部包括內蒙古通遼市、吉林省白城、四平、長春市, 黑龍江哈爾濱市。跨越松遼盆地東南隆起區、中央坳陷區南部、西部斜坡區南部和西南隆起區四個一級構造單元。其構造背景、形成演化及構造特征與松遼盆地一致。

1.1 盆地結構

(1) 基底

以長春—通榆為界, 分為南北兩區(圖1)。南區主要為早古生界變質程度較深的片麻巖和變質砂巖;北區則為晚古生界變質程度較淺的板巖、蝕變火山巖和千枚巖組成, 伴以花崗巖侵入體。

(2) 蓋層

具有明顯的雙層結構, 由中、新生代斷、坳兩層組成(高瑞祺等, 1997)。斷陷層分割性強, 幾乎均受北北東向為主的生長斷層控制, 形成一系列北北東向展布的孤立斷陷或斷陷群。坳陷層總體呈碟形,構造平緩, 具有統一的沉降中心, 斷裂規模較斷陷層小。地層有下白堊統沙河組、營城組、登婁庫組,上白堊統泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺、明水組, 第三系和第四系。

圖1 研究區地理位置圖Fig. 1 Location of the study area

1.2 泉頭組(K2q)特征

泉頭組分布廣泛, 巖性為一套棕紅、暗紫紅色泥質巖與紫灰、灰綠、灰白色砂質巖組成的較粗粒紅色陸相碎屑巖組合, 局部夾灰綠、灰黑色泥巖及凝灰巖薄層。泉頭組厚度一般為700~1200 m, 最厚可達1900 m。

按巖性特征, 泉頭組自下而上可分為四段:

泉一段: 紫灰、灰白、綠灰色中厚層砂巖與暗紫紅色砂質泥巖、泥巖互層, 局部夾黑色及綠色泥巖及薄層凝灰巖, 厚度一般為 250~440 m, 最厚超過800 m。

泉二段: 以紫褐、褐紅色泥巖為主, 夾紫灰、灰白色砂巖。泥巖不純, 常含砂質, 厚度為 0~479 m,一般為110~200 m。

泉三段: 灰綠、紫灰色粉、細砂巖與紫紅及少量灰綠、黑灰色泥質巖呈不等厚互層, 組成正韻律層。上部泥質巖較發育, 見有石膏; 下部砂質巖較集中。砂巖為泥鈣質膠結, 底部被濁沸石膠結。厚度一般為300~450 m。

泉四段: 灰綠、灰白色粉、細砂巖與棕紅、紫紅色泥巖、砂質泥巖組成正韻律層。該段一般中部和下部砂巖較發育, 上部泥質巖較多, 底部砂巖常含泥礫, 可成薄層砂礫巖。一般厚度為 60~100 m,最厚可達128.5 m。

泉頭組的顏色以紅色為主, 是地層劃分對比標志之一, 其中泉三段頂部的褐紅色泥巖為二級地層劃分對比標志。

2 砂巖型鈾礦成礦條件分析

2.1 古氣候

泉頭組沉積時期孢粉組合的顯著特征是以松粉和內環粉為主, 裸子植物和蕨類植物交替占優勢。裸子植物花粉中與柏科有關的無口器粉含量高達1% (扶 1孔), 特別是松科花粉中有少量喜冷的云杉、雪松粉。蕨類孢子中以桫欏科、海金砂科的無突肋紋孢、希指蕨孢為主。被子植物花粉含量7%左右, 含量比下伏地層明顯增多。以上孢粉組合中的一個顯著特點是云杉、雪松等少量喜冷的分子與代表熱帶—亞熱帶的桫欏科、海金砂科和亞熱帶一暖溫帶的針類混生。泉頭組的孢粉組合面貌反映當時盆地范圍內的古氣候總體為熱帶—亞熱帶的半干旱型氣候(王東坡等, 1995)。

另外, 泉頭組沉積總體為一套以紅色為主, 間夾灰綠及灰黑色的碎屑巖沉積。除盆地中部湖泊相沉積以外的泥巖多呈紅色, 特別是紅色泥巖中常見鈣質結核, 反映出當時的古氣候主要是干旱—半干旱性氣候。松遼盆地西南部紅色泥巖分布廣泛, 厚度也大, 灰色泥巖夾層很少, 反映當時盆地西南部古氣候更干旱一些(李勝詳, 2002)。

2.2 沉積相

泉頭組時期是坳陷演化初期, 此時斷陷時期形成的多中心小型湖泊基本填平, 泉頭組地層超覆在晚侏羅世和早白堊世的地層之上, 沉積范圍要比斷陷期明顯擴大, 形成坳陷演化初期的以河流相為主的紅色陸源碎屑巖建造(劉廣傳等, 2000)。

泉頭組一段沉積基本上繼承了登婁庫組晚期特點, 但沉積范圍進一步擴大。由于該時期地形坡降大, 地勢較陡, 物源近, 搬運距離短, 沿盆地邊緣形成了坳陷發育早期的以粗碎屑為主的沖積扇和辨狀河相沉積。至泉頭組二、三段沉積期, 盆地填平補齊階段已基本完成, 隨著構造沉降趨于穩定, 地形坡降減小, 地勢更為平緩, 廣泛發育河湖相細碎屑沉積。泉頭組四段沉積期盆地持續坳陷, 此時以發育曲流河相為特征。所以, 從泉頭組一段至四段沉積演化過程來看, 在平面上形成一個以淺湖相為中心, 環繞以河流相和三角洲相沉積的環狀相帶(圖2)。在垂向上構成了沖積扇相-辮狀河相-曲流河相-三角洲相-淺湖相的多韻律相序列結構(張振強等, 2005; 劉廣傳等, 2000)。

2.3 砂體

泉頭組累砂體主要發育于西南部的柰曼—通遼地區、南部的雙遼—康平地區和肇東—肇洲地區(圖3)。奈曼—通遼地區砂體累計厚度100～150 m, 雙遼—康平地區累計厚度 50～300 m, 肇東—肇洲地區 50～250 m。經幾年對雙遼—康平地區泉頭組進行了鉆探工程揭露, 證實存在厚大砂體(田萬文, 2008), 單層砂體厚度9～42 m。

2.4 有機質還原劑

2.4.1 有機炭

泉頭組有機炭含量較低, 吉林四平—九臺地區平均為 0.036%, 雙遼金寶屯地區小于 0.01%(表 1)

圖2 松遼盆地泉頭組巖相古地理圖Fig. 2 Lithofacies and paleo-geographic map of Quantou Formation in Songliao basin

圖3 泉頭組砂體等厚圖Fig. 3 Iospach map of sand bodies in Quantou Formation

表1 泉頭組有機炭與烴含量分析結果表Table 1 Hydrocarbon content of Quantou Formation

表2 泉頭組砂巖硫含量表Table 2 Sulfur content of sandstones in Quantou Formation

2.4.2 硫

硫含量0.034%~0.064%, 平均0.048%。硫含量沒有隨鈾含量增高而增加(表 2)。巖(礦)芯中幾乎見不到黃鐵礦, 說明鈾富集與硫關系不密切。

2.4.3 酸解烴

海里吐地區砂巖烴類含量很高(表1), 是吉林四平—九臺地區含量的十余倍, 是QJD礦床姚家組的3-4倍。泉頭組本身為氧化環境沉積, 有機質含量不高, 這間接說明下部含煤層中的烴沿斷裂上升進入泉頭組砂體中。

2.5 后生改造作用

泉頭組原生為氧化環境。其后生改造作用表現為油氣的后生還原作用。

侏羅系烴源巖多分布在斷陷湖盆的主體部位,以深灰、灰黑色泥巖為主, 植物炭屑發育, 多處見煤層和煤線, 可形成各種成分烴類(楊子榮, 1995)。

(1) 宏觀表現

煤田部門在金寶屯施工的 11-2孔 724～779 m礫巖中有厚49 m油浸砂。在7833孔811～904 m泥巖中有4層瀝青, 單層厚度17 m左右。2007年施工的 HⅢ-5孔367.5 m和HⅡ-1孔143 m紫紅砂巖都見到煤成烴油浸砂巖(圖4), 其它鉆孔類似現象也很普遍。

(2) 微觀(包裹體)特征

對礦化巖巖石包裹體測試, 含礫紫紅巖屑中粗砂巖粒間孔隙中普遍含輕質油，顯示較強的淺藍色熒光(圖5)。

(3) 烴含量與鈾的關系

礦化巖石中 CH4含量低于鈾增高巖石, 更低于非礦化灰白砂巖含量; 而乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷卻相反, 即礦化巖石高于鈾增高巖石, 更高于非礦化巖石。其原因是 CH4參與了鈾的還原反應。CH4在較高溫度下(130°), 可直接使鈾沉淀(劉正義等, 2007): 反應式如下:

CH4+4UO2+2+8OH?=4UO2↓+CO2↑+6H2O

2.6 鈾的礦化富集

前人在盆地東南緣的金寶屯地區順便測井中發現礦化異常孔20余個。礦化產于泉頭組灰綠色、灰白色砂巖、細砂巖, 含礦層多為泥質膠結, 局部鈣質膠結, 埋深在354~467 m。礦化段厚度0.32~5.2 m,解釋鈾含量為 0.01%~0.08%。上部隔水層為紫紅色泥巖, 下部隔水層為紫紅色粉砂巖及泥巖, 含礦層厚10 m, 砂泥比近1: 1, 區域上分布穩定。8個樣品中3 個樣品屬于平衡或接近平衡, 5個偏鈾, 說明金寶屯地區為偏鈾區, 有鈾的富集(劉金輝等, 2007;劉漢斌等, 2004)。

圖4 HⅡ-1孔紫紅砂巖中的煤烴Fig. 4 Hydrocarbon in mauve sandstone

圖5 紫紅色中-粗砂巖砂巖粒間孔隙中含油氣顯示較強的淺藍色熒光Fig. 5 Strong light blue fluorescence of oil-gas in mauve medium-coarse grained sandstone

近些年核工業地質部門在金寶屯地區專門開展了地浸砂巖型鈾礦區域地質調查。新發現鈾礦化孔數十個, 工業鈾礦孔一個。鈾礦化產于泉頭組一段(K2q1), 埋深 386.95 m, 厚 2.20 m。最高鈾含量0.15%。含礦主巖為紫紅粗中粒巖屑長石砂巖和灰色、灰綠色細砂巖(田萬文等, 2008)。

3 結論

泉頭組半干旱古氣候對成礦有利。河流相和三角洲相沉積具有形成厚大砂體的條件。砂體較為發育, 單層砂體厚度可達42 m。砂體中有機質含量雖低, 但泉頭組下部含煤層中的烴類通過斷裂構造及不整合面上升進入砂體中, 彌補還原劑的不足(顏蕊等, 2009)。海里吐地區鈾礦石中烴類含量很高。泉頭組后生改造不是傳統上的后生層間氧化, 而是油氣的后生還原。工業鈾礦孔的發現證明有鈾的規模富集。可以認為泉頭組是松遼盆地南部一個重要的找礦目的層, 找礦將會有較大的突破。

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Metallogenic Condition Analysis of the Sandstone Uranium Deposit in Quantou Formation, Southern Songliao Basin

GONG Wen-jie1), ZHANG Zhen-qiang2)
1) No. 243 Geological Party of Nuclear Industry, CNNC, Chifeng, Inner Mongolia 024006;

2) No. 240 Research Institute of Nuclear Industry, CNNC, Shenyang, Liaoning 110032

Based on an analysis of the metallogenic conditions of the sandstone type uranium deposit in Quantou Formation within southern Songliao Basin, this paper holds that semi-arid subtropical paleo-climate was favorable for uranium mineralization. Fluvial and deltaic sediments provided space for the development of thick and large sand bodies. These sand bodies are well developed in Quantou Formation, with the monolayer of the sand body reaching over 40 meters in thickness. Though organic carbon content was low in sand bodies, hydrocarbon in coal-bearing layers under Quantou Formation probably migrated upwards into sand bodies along faults and surfaces of the unconformity and increased the capability of the reducing agent. The discovery of industrial uranium ore bodies suggests large-scale uranium enrichment. Therefore, the Quantou Formation may be regarded as an important target layer for sandstone type uranium exploration.

southern Songliao Basin; Quantou Formation; sandstone type uranium deposit; metallogenic conditions

P619.14; P618.05

A

1006-3021(2010)06-813-06

本文由中國核工業地質局項目“內蒙古通遼市白興吐地區1:25萬鈾資源區域評價”(編號:200822)資助。

2010-04-06; 改回日期: 2010-07-12。責任編輯: 魏樂軍。

宮文杰, 男, 1969年生。工程師。長期在松遼盆地從事地浸砂巖型鈾礦找礦工作。E-mail: Gwj-xzx@163.com。