松遼盆地北部姚家組沉積特征及鈾成礦條件

馬文娟

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712）

松遼盆地是疊置于古生代基底上的大型中、新生代陸相沉積盆地，面積26×104km2.盆地基底為古生代和前古生代變質巖系，沉積蓋層主要由侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成［1］.盆地內部以區域隆起、拗陷為單元劃分為中央拗陷區、西部斜坡區、北部傾沒區、東北隆起區、東南隆起區和西南隆起區6個一級構造單元，它們組成了盆地地質構造的基本格架［2］.松遼盆地北部主要是指盆地位于黑龍江省部分，面積約12×104km2.

從全球鈾成礦區域背景來看，松遼盆地位于中亞可地浸砂巖型鈾礦帶的東延部分（據朱西養，2005）.在該成礦帶范圍內，“十五”期間國家鈾礦地質勘查在伊犁、吐哈、鄂爾多斯盆地東部擴大并落實了3個大型鈾資源勘查基地，新發現二連盆地東部大型鈾資源后備勘查基地［3］.在此期間，遼河油田在油氣勘探過程中，于松遼盆地西南隆起區開魯拗陷內的錢家店、陸家堡、張強、龍灣筒等凹陷內的170余口石油探井中發現有放射性高場.鈾礦化類型可分為砂巖型和泥巖型，砂巖型主要見于姚家組，泥巖型主要見于嫩江組 .經過進一步勘查，發現了錢家店砂巖型鈾礦床，賦礦層位為姚家組上部和下部兩層.大慶油田在松遼盆地北部油氣勘探過程中，40口油氣探井在姚家組見到了放射性鈾異常，展示了松遼盆地北部姚家組良好的鈾礦勘查前景.

1 區域地質概況

1.1 基底巖性分布特征

據盆地內重磁、地震資料預測及油氣探井、盆地周邊露頭資料標定得出［5］.松遼盆地北部的基底巖性主要為石炭系—二疊系淺變質巖系（泥巖、泥板巖、煤、硅質板巖、碳質板巖、砂巖、碳酸鹽巖），主要分布在林甸-拜泉、大安-哈爾濱、肇東-中和3個區域；侵入巖（花崗巖、閃長巖、輝綠巖）主要有乾豐鎮-望奎-蘭西，梅里斯-英臺兩個區域，皆呈近南北向分布；火山巖（安山巖、流紋巖、玄武巖、凝灰巖），分布在盆地中央，即薩爾圖-葡萄花區域，呈北北東走向；加里東期變質巖（綠簾石片巖、石英巖、片麻巖），主要分布在盆地的北端；動力變質巖（糜棱巖）主要分布在盆地中部的升平地區，出露面積很小.

1.2 盆地蓋層分布特征

松遼盆地北部蓋層由中、新生界組成，自下而上依次發育有：上侏羅統火石嶺組，下白堊統沙河子組、營城子組、登婁庫組，上白堊統泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組，古近系依安組，新近系泰康組及第四系，累計厚度可達8000m.各地層具體發育特征如下［2］.

（1）火石嶺組—營城組（K1h—K1y）：主要分布于斜坡的低洼處，由砂礫巖、砂巖、泥巖、火山巖組成，底部角度不整合于基底巖系之上.

（2）登婁庫組（K1d）：是盆地斷拗轉化過渡時期沉積的一套地層.下部以灰白色、雜色砂礫巖為主，夾灰綠、紫紅色泥巖及少量凝灰巖；上部為灰綠、灰褐色泥巖與雜色砂礫巖互層.

（3）泉頭組（K2q）：是盆地拗陷期早期階段的沉積，以河流相為主，主要巖性為一套由砂巖、粉砂巖及少量泥巖組成的地層.重礦物主要為磁鐵礦-綠簾石組合，頂部為鋯石-石榴子石-磷灰石組合，黏土礦物主要為高嶺石和伊利石.

（4）青山口組（K2qn）：是盆地沉積范圍比較大的一個時期.下部為灰、灰黑色泥巖、頁巖，夾油頁巖和薄層介形蟲；上部為灰綠、灰、深灰色泥巖、粉砂質泥、泥質粉砂巖，灰、灰白色粉砂巖、細砂巖，灰、深灰色介形蟲層含鈣質.

（5）姚家組（K2y）：下部發育灰、灰綠色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂，灰色粉砂巖、細砂巖，局部地區見紫紅色泥巖；上部為灰、深灰色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂，灰色粉砂巖、細砂巖.

（6）嫩江組（K2n）：是盆地內分布范圍最廣的地層.下部巖性主要為黑色、灰黑色泥巖、頁巖，夾油頁巖;上部為灰綠、深灰、棕色泥巖與粉砂巖、細砂巖互層.

（7）四方臺組（K2s）：屬盆地萎縮期的沉積.其下部巖性為磚紅色含細礫的砂泥巖夾棕灰色砂巖和泥質粉砂巖；中部為灰色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖與磚紅色、紫紅色泥巖互層；上部以紅色、紫紅色泥巖為主，夾少量灰白色粉砂巖、泥質粉砂巖.

（8）明水組（K2m）：巖性主要為灰綠、灰黑色泥巖與灰、灰綠色砂巖、泥質砂巖交互組成.其分布范圍比四方臺組大大縮小，且沉積中心也向盆地西移，主要分布于研究區西部，東部只有局部出露.以河流相為主，與下伏嫩江組呈角度不整合接觸，與四方臺組呈整合或平行不整合接觸.

（9）依安組（E2-3y）：上部為黃綠色粉砂巖、泥質粉砂巖與灰色泥巖互層，向上粉砂巖增多，局部地區夾有褐煤層；下部以暗灰色、灰黑色腐泥質泥巖為主，有時夾有紅色泥巖.

（10）泰康組（N t）：下部為灰白色疏松砂礫巖、泥質砂巖與灰色泥巖互層；上部為灰黃色砂質泥巖夾灰白色泥質粉砂巖或粉砂巖.

（11）第四系（Q）：盆地內第四系沉積非常發育，厚度在10～100m之間，主要為風成堆積和河湖相沉積.巖性多為黃土狀亞黏土、黑色淤泥質亞黏土、亞黏土、砂土及砂礫層，與下伏新近系呈平行不整合或角度不整合接觸.

2 姚家組沉積特征

2.1 地層沉積厚度

該組巖性、巖相變化很大，盆地中央地區以深—半深湖的黑色泥巖為主，向東相變為以紅色泥巖為主，向北、向西變為河流、三角洲相的砂、泥巖互層.厚度一般80～140m，最厚達200m，自下而上分為3段.姚一段，巖性為灰綠、紫紅色泥巖與綠灰、灰白色砂巖互層，在盆地西北邊緣相變為厚層砂礫巖，在盆地隆起部位底部缺失該巖性.厚度一般40～60m，最厚達80m.姚二、三段，巖性為灰綠、灰黑色、少量紅色泥巖與綠灰、灰白色砂巖互層.巖性變化大，盆地中央為灰黑色泥巖夾薄層油頁巖、灰綠色泥巖、灰白色粉砂巖，東部為棕紅色泥巖夾綠色泥巖，西北部為灰白、灰綠色砂巖、粉砂巖與棕紅色泥巖互層，盆地邊緣相變為厚層砂礫巖.厚度0～150m.

2.2 砂體發育特征

據油田探井巖心及錄井資料，得出姚家組砂體主要分布在依安-林甸-薩爾圖-鎮賚區域，呈北東條帶狀展布，厚度25～60m，向北西、南東方向逐漸減薄.有3個局部砂巖發育區，即依安、林甸和鎮賚，厚度都在50m以上.

2.3 沉積相類型及展布

根據鉆井巖心、測井、地震等資料及野外觀察，綜合分析該區主要發育有河流、三角洲、湖泊3種沉積相.沉積亞相以三角洲平原、三角洲前緣、水下分流河道、濱淺湖等類型為主.2.3.1 姚一段沉積特征

姚一段沉積于盆地基準面快速下降至緩慢上升時期，沉積范圍局限，大致相當于中央拗陷區的范圍.河流作用強盛，長距離向湖泊推進，沉積層序總體上為一進積-退積的旋回.湖岸線大致位于四站-榆樹林中部-衛星-太平屯-齊家南-哈拉海-大安這一環形帶內.環帶外以辮狀河、分流河道為主，砂體厚，呈板狀，連通性好.盆地北部發育寬展的三角洲前緣帶，寬達60～70 km.砂體以水下河道沉積為主，三角洲為鳥足狀、干枝狀，三角洲前緣達大慶-肇源-四站一線.從物源上看，北部水系最為強盛，其次為齊齊哈爾水系，西南和南部水系相比之下作用較弱（圖1）.此外，據砂巖、泥巖顏色、重礦物組合等特征研究，東部還存在有次要物源，主要水系發源于蘭西-呼蘭一線.

2.3.2 姚二、三段沉積特征

姚二、三段總體上由兩個層序構成退積型沉積組合，相帶呈半環帶狀展布，缺少沖積扇相，河流相帶以砂質辮狀河與低灣度曲流河為主，水系有繼承性（圖2）.最主要的物源是北部水系，發源于訥河、北安地區的水系并列形成統一的三角洲平原，并分別控制齊家與安達地區.此外，盆地東北部的海倫、綏棱為次要物源.整體上看，三角洲相帶分異明顯，以葉狀三角洲為主，三角洲前緣相在龍虎泡-安達一線.盆地西部三角洲體系也較發育.

3 鈾成礦條件分析

3.1 鈾源條件

松遼盆地北部西、北、東三面由大興安嶺、小興安嶺和張廣才嶺3條山脈所圍限，呈周邊高，內部為高平原及低平原組成的低洼陸相盆地.水系都由盆地周邊向中心匯聚，是一個負向以滲入型為主的自流水盆地.3條山脈巖性主要為中、新生代火山巖和海西期、燕山期花崗巖，其次為古生代沉積巖及少量前古生代變質巖.據核工業東北地質局244大隊在該區進行的巖體地面伽瑪能譜測量成果，西面的大興安嶺蝕源補給區鈾平均值達到了7.4×10-6；北面的小興安嶺蝕源補給區鈾含量也較高，平均值達2.37 10-6；東面的張廣才嶺蝕源補給區鈾平均值7.02×10-6.總之，三大山脈地質體鈾含量都較高，并長期處于隆起風化剝蝕狀態，能為盆地提供較豐富的鈾.

3.2 構造條件

松遼盆地北部在發展演化過程中，在中、新生代具有多期次的構造活動，受燕山運動和喜馬拉雅運動的影響，形成了3個區域不整合面［6］，即晚白堊世嫩江組末、晚白堊世明水組末和漸新世依安組末.與此同時，在擠壓應力體制下形成了一種特殊類型的疊加構造樣式——反轉構造.其一為斷裂型反轉構造，即下部為正斷層，上部為逆斷層，如大安、林甸、任民鎮斷層等；另一種為背斜型反轉構造，即下部為斷陷式構造，上部為背斜構造，如大慶長垣，長春嶺背斜帶、綏棱背斜帶.這些反轉構造造就了有利于鈾成礦的獨特剝蝕天窗，使得大氣降水可以在剝蝕天窗處及單斜巖層的出露處毫無阻擋地滲入，源源不斷地補給承壓含水層，為后生氧化成礦創造了條件（圖3）.從40口姚家組發現鈾異常的油田油氣探井分布來看，有15口井位于大慶長垣剝蝕天窗周邊，14口井位于長春嶺背斜帶剝蝕天窗周邊.燕山和喜瑪拉雅兩次構造運動，使盆地邊緣形成了良好的區域性單斜構造，由周邊向盆地中央方向傾斜，傾角一般6～10°.這些靠近蝕源區的斜坡帶是層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦的有利區域.

3.3 水文地質條件

松遼盆地北部水動力場的形成演化有其特殊的構造成因.松遼盆地沉積蓋層結構具“下斷上拗”的雙層結構特征.下部為斷陷構造層，分割性強；上部主要為拗陷構造層，具統一的拗陷沉積中心.松遼盆地水動力場的形成、演化，在平面上具有明顯的不對稱性：總體上盆地北部和東部為大氣水下滲向心流區；南部以地下水的蒸發-濃縮泄水為特征，只有盆地邊緣和隆起剝蝕的局部地區為大氣水下滲區；中央拗陷區為離心流區和離心流的越流泄水區［7］.根據上述水動力條件，以區域隔水層嫩江組一、二段泥巖為界，松遼盆地北部存在兩套不同的水動力系統，姚家組屬于上部水動力系統.在盆地形成演化過程中，在地層壓力、尤其是構造反轉作用下，地層巖石中地下水由拗陷中心向四周隆起區滲出，形成多中心的滲出水系統.根據石油部門的資料，地層埋深為1180～1330m，水溫達60～80℃，水質類型為Cl-CO3--Na型，pH值為7～8.在堿性溶液的長期浸泡下，強烈的構造運動使巖石的物理化學性質產生改變，溶液礦化度增大，鈾元素（可能還有Mo、Zn、Se、CO2、H2S 等）被活化，形成易溶絡合物［UO2CO3］2+，隨熱水溶液流向減壓區（隆起帶兩側的斷裂構造帶）.由于減壓降溫，由拗陷中心向外側水溫逐漸降低（80℃→55℃→20℃），在背斜周邊的斷裂帶處形成滲出水，與剝蝕天窗處滲入的大氣含氧水及沿斷裂向上運移的烴類還原體綜合作用，成為后生改造型鈾礦化.油田探井揭示的姚家組鈾礦化井多數分布在大慶長垣東西兩側、長春嶺背斜帶北側的斷裂帶附近.

3.4 古氣候條件

據黃清華等人對松遼盆地白堊紀古氣候研究結果，姚家組的古氣候環境存在逐漸變化的過程.姚家組一段孢粉植被以常綠闊葉林為主，反映了當時的熱帶類型氣候特征；姚二、三段孢粉植被中針葉林含量逐漸增加，而常綠闊葉林逐漸減少，反映了逐漸演化的干旱、半干旱或溫熱的古氣候環境［7］.在這種古氣候環境下，姚家組形成了一套紅色、雜色加紫紅色的碎屑巖建造.據油氣探井巖心及野外露頭揭示，姚家組主要巖性為紫紅色泥巖、粉砂質泥巖、紅色含鈣質結核砂巖夾灰色泥巖、砂巖互層，同時偶見膏鹽夾層.這種古氣候環境通常有利于地層中鈾的預富集或同生沉積成礦.

4 結論

（1）松遼盆地北部姚家組主要發育有河流、三角洲、湖泊3種沉積相，沉積亞相以三角洲平原、三角洲前緣、水下分流河道、濱淺湖等類型為主.厚度一般80～140m，砂體主要分布在依安-林甸-薩爾圖-鎮賚區域，呈北東向條帶狀展布，厚度25～60m.

（2）松遼盆地北部西、北、東三面由大興安嶺、小興安嶺和張廣才嶺3條山脈所圍限，三大山脈地質體鈾含量都較高，并長期處于隆起風化剝蝕狀態，能為盆地提供較豐富的鈾.

（3）盆地在形成演化過程中，受燕山運動和喜馬拉雅運動的影響，在擠壓應力體制下形成的構造剝蝕天窗附近，是鈾富集的有利區域.

（4）盆地水文地質條件較好，具備滲入型自流水盆地特征.

（5）姚家組沉積時，主要為干旱、半干旱或溫熱的古氣候環境，有利于地層中鈾的預富集或同生沉積成礦.

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