陳 程， 郭慶銀， 蔡煜琦

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)所，北京 100029；2.中國核工業(yè)地質(zhì)局，北京 100013)

內(nèi)蒙古通遼地區(qū)是我國北方重要的萬噸級鈾礦資源基地，也是我國第二批國家級鈾礦整裝勘查區(qū)之一，鈾成礦條件有利。前人針對錢家店鈾礦床和開魯坳陷鈾成礦作用開展了大量的富有成效的研究工作，在鈾成礦地質(zhì)條件、礦化特征和成礦規(guī)律等方面取得了一系列創(chuàng)新性認識，有效地促進了該地區(qū)鈾礦地質(zhì)勘查進度(趙忠華等，1998；殷敬紅等，2000；李勝祥，2001；夏毓亮等，2003a，2003b；夏毓亮，2015；羅毅等，2007；陳曉林等，2008；蔡煜琦等，2008；于文斌，2008；鄭紀偉，2010；龐雅慶等，2010；蔡建芳，2013)。近年來，隨著對鈾成礦作用與成礦規(guī)律認識的不斷深入和找礦成果的不斷擴大，通遼地區(qū)鈾礦勘查投入逐年增大，鈾礦找礦再次取得重大突破，引起了社會各界的廣泛關注。盡管對通遼地區(qū)鈾礦化的成因存在較大的分歧，但是越來越多的觀點認為通遼地區(qū)的鈾成礦是多種地質(zhì)因素共同作用的結(jié)果：鈾礦化成因主要屬于層間氧化帶型，在層間氧化帶發(fā)生之前的原生預富集對鈾成礦也有重要的作用，并可能受到后期巖漿熱液和油氣作用的改造。其中，原生灰色砂體的空間展布對鈾成礦具有明顯的控制作用。因此，研究、總結(jié)通遼地區(qū)主要找礦目標層——上白堊統(tǒng)姚家組的沉積特征，探討原生灰色砂體的空間展布規(guī)律和控礦作用，不但具有理論研究意義，而且對指導該地區(qū)鈾礦找礦具有重要的指導意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構造

通遼地區(qū)位于西伯利亞板塊與華北板塊交接部位的松遼盆地西南部的二級構造單元開魯坳陷和西南隆起上(圖1)。區(qū)內(nèi)基底斷裂較為發(fā)育，早期主要有東西向西拉木倫河、赤峰-開原斷裂(區(qū)域赤開斷裂的東段)和晚期北東向-北北東向紅山-八里罕和安樂-凌海斷裂(陳為佳等，2014)。以上基底斷裂相互切割、疊加及后期活化，控制了通遼地區(qū)白堊紀次級凹陷的發(fā)育、沉積充填以及后期盆地蓋層的構造變形。

圖1 通遼地區(qū)構造單元區(qū)劃圖(據(jù)郭瑩瑩2008修改)Fig.1 Tectonic units in the Tongliao area(I1.陸家堡凹陷；I2.哲中凹陷；I3.烏蘭花凸起；I4.錢家店凹陷；II1.白音花凹陷；II2.三棵樹鼻狀凸起；II3.瞻榆凹陷；II4.駕馬吐凸起；II5.巴彥塔拉凸起；II6.大林凹陷；II7.金寶屯凹陷；II8.呼勒斯諾爾凹陷；II9.張強凹陷；)

1.2 地層

(1)基底和蝕源區(qū)。通遼地區(qū)盆地基底主要為中深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖和花崗巖。中深變質(zhì)巖主要為花崗片麻巖、片麻巖、片巖、大理巖和變質(zhì)火山巖，但形成時代有興凱期和海西期之爭；淺變質(zhì)巖主要為千枚巖、板巖以及淺變質(zhì)砂巖和灰?guī)r，主要形成于海西期；花崗巖體主要有海西期和燕山期(夏毓亮，2015)。蝕源區(qū)發(fā)育中生代火成巖、古生界變質(zhì)巖以及海西期和燕山期花崗巖等(陳為佳等，2014；夏毓亮，2015)。基底和蝕源區(qū)巖石富鈾，為鈾成礦奠定了有利條件。

(2)盆地蓋層。區(qū)內(nèi)盆地蓋層主要為白堊系，下部為下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組的斷陷湖盆碎屑沉積，上部為上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組的拗陷湖盆碎屑沉積，頂部為新近系大安組、泰康組和第四系松散堆積物。其中，姚家組總體為一套紅色陸源碎屑巖建造，區(qū)內(nèi)分布廣泛，超覆于青山口組之上，中下部為淺灰色砂礫巖、砂巖與棕紅色泥巖、灰黑色泥巖互層，上部主要為棕紅色泥巖，厚60～240 m(夏毓亮，2015)。與區(qū)域上三分的姚家組在巖性、沉積序列等方面存在一定差異，厚度也略大。

1.3 盆地演化

白堊紀，通遼地區(qū)經(jīng)歷了與松遼盆地同樣的斷陷、拗陷和抬升萎縮3階段演化。早白堊世伸展構造背景下斷陷盆地發(fā)育，總體呈現(xiàn)北東向展布、凹凸相間的構造格局，主要表現(xiàn)為半地塹和塹壘構造的組合，在陸家堡、哲中、錢家店等凹陷中沉積充填特征存在差異；晚白堊泉頭期-嫩江期，區(qū)內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為拗陷構造背景，表現(xiàn)為盆地的整體沉降，繼承了斷陷期凸凹相間的構造格局，且西南隆起區(qū)尚未抬升，通遼地區(qū)和長嶺凹陷連為一體；晚白堊世四方臺期，受到東側(cè)強烈的擠壓作用盆地西緣逐漸超覆，湖盆東側(cè)抬升萎縮，沉積中心向西遷移了20～30 km，僅在西部接受上白堊統(tǒng)粗碎屑沉積。抬升作用首先發(fā)生在東部和南部，至晚白堊世末發(fā)生了盆地整體抬升，造成嫩江組和姚家組的抬升剝蝕，直接出露地表。

明水期后，通遼地區(qū)一直處于隆升狀態(tài)，形成了古近系漸新統(tǒng)與白堊系之間的不整合；漸新世以后，發(fā)生了多期次拉伸斷陷與擠壓抬升作用，發(fā)育新近紀和第四紀玄武巖和基性巖脈，形成漸新統(tǒng)與中新統(tǒng)以及中新統(tǒng)與上新統(tǒng)之間的不整合(夏毓亮，2015)。姚家組沉積后盆地長期、多次隆升有利于地下水的滲入改造和鈾的富集成礦。

2 主要沉積特征

2.1 古生物與古氣候

因姚家組發(fā)育紅色陸源碎屑建造，很多人提出姚家期通遼地區(qū)為干旱-半干旱的古氣候(張立平等，1994；李勝祥，2001；陳曉林，2008)，但系統(tǒng)、細致的古生物研究成果表明，姚家期該區(qū)經(jīng)歷了由較濕熱氣候向半溫濕氣候轉(zhuǎn)化的過程(申家年等，2008；趙靜，2013)。姚家組下段所含的植物孢粉記錄了其沉積時，通遼地區(qū)地表植被以常綠闊葉林為主(占31.1%～49.2%)，草本植物較少(占10%左右)，植被中熱帶成分占29.6%～47.2%，熱帶-亞熱帶成分占8.1%～35.4%，濕生成分占31.1%～52.5%，反映了該期以針闊葉混交林為特征的較濕潤熱帶氣候；姚家組上段沉積時期紅層發(fā)育，所含植物孢粉顯示了當時植被針葉林含量逐漸增加(占15.1%～42.3%)，常綠闊葉林逐漸減少(占10.8%～30.5%)，草本植物增加(占12.6%～29.9%)，植被中濕生(沼生、水生)成分減少(占10.1%～34.2%)，反映出以針闊葉混交林、草叢半濕潤的亞熱帶氣候(黃清華等，1999；趙靜，2013)。

趙靜(2013年)對晚白堊世早-中期松遼盆地的藻類也進行了系統(tǒng)研究，得出了與孢粉鑒定結(jié)論一致的古氣候認識。姚家組下段藻類化石極少，僅見零星Granodiscus；姚家組上段藻類數(shù)量有所上升，但總量仍很少，以指示淡水環(huán)境的Pediastrum為主，有少量Filisphaeridium和Sentusidinium，指示咸水環(huán)境的Cymatiosphaera sp.偶有見到，指示了一種從淡水到微咸水的湖盆環(huán)境的變遷，反映了古氣候的逐步干旱化。

2.2 沉積充填特征

夏毓亮(2003a，2015)、蔡煜琦(2008)和郭瑩瑩(2008)等人對通遼地區(qū)姚家組巖石類型與特征、巖性-巖相和沉積體系等開展了系統(tǒng)研究，基本查明了其沉積充填特征。姚家組下段主要為厚層狀灰色、灰白色、紅褐色、灰褐色細砂巖夾紫紅色、灰色、灰黑色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育槽狀和板狀交錯層里和沙紋層理等，局部含大量植物碎屑與黃鐵礦，紫紅色泥巖中鈣質(zhì)結(jié)核常見和泥裂；姚家組上段主要為厚層狀淺灰色、灰白色和紅褐色厚層細砂巖、粉砂巖夾紅色、灰色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，局部含大量植物碎屑和黃鐵礦及深灰色泥巖夾層，紫紅色泥巖中鈣質(zhì)結(jié)核較為常見。

本次研究，對通遼地區(qū)ZK興101-4、ZK147-6和ZKH0-2等鉆孔的巖(礦)心進行了詳細觀察描述，通過與我國北方其他產(chǎn)鈾盆地含礦層砂體相比，認為通遼地區(qū)姚家組具有以下明顯的特征：

2.2.1 沉積物粒度偏細，分選較好

研究認為，姚家組巖石類型主要為砂巖(局部含礫砂巖)、粉砂巖和泥巖，礫巖基本不發(fā)育，尤其礦石以細砂巖為主。粒度分析結(jié)果表明，通遼地區(qū)姚家組巖石粒度偏細，平均粒徑(2～3)φ，比伊犁盆地含礫中粗砂巖(粒徑<1φ)、吐哈盆地中砂巖(粒徑(1～2)φ)、鄂爾多斯盆地中砂巖(粒徑(1～2)φ)和二連盆地含礫中粗砂巖(粒徑<1φ)明顯偏細；巖石分選較好，粒徑標準偏差(σ)一般小于0.79，明顯低于伊犁、二連盆地含礦層砂體粒徑標準偏差的一般值(σ為2～4)，也低于鄂爾多斯盆地直羅組和吐哈盆地西山窯組砂體粒徑標準偏差的一般值(σ為1～2)。

沉積物上述特征與姚家組沉積時期盆地演化階段和所處的位置有關。晚白堊世，松遼盆地進入拗陷演化階段，盆地整體沉降，構造活動較弱，盆地與周邊地形高差小，物源供應主要以盆地長軸方向為主。通遼地區(qū)位于拗陷湖盆西南部的長軸物源?？邓祪?nèi)，沉積物均經(jīng)過了一定距離的搬運，分選性和磨圓均較好，粒度也明顯偏細。盡管該期沉積盆地內(nèi)仍然出露協(xié)代和架瑪吐等基底花崗巖隆起，因為地形高差小，物源供給能力有限，近源沉積物分布范圍較小。

2.2.2 垂向序列以正粒序為主，見少量反粒序

巖(礦)心觀察可見，姚家組的單砂體多數(shù)具有明顯的正粒序，為典型的河道沉積。砂體底部沖刷面十分發(fā)育(圖2A)，之上為滯留沉積塊狀礫巖和泥礫(圖2B)，再上依次為槽狀(推測)交錯層理中粗砂巖，板狀或楔狀交錯層理中細砂巖(圖2C)，沙紋層理細砂巖和波狀層理粉細砂巖(圖2D)，頂部或發(fā)育紅色泥巖，或為下一個以沖刷面開始的沉積旋回。上述旋回在電阻率測井曲線上表現(xiàn)為典型的鐘形或箱型，有效地指示了姚家組以正粒序為主的沉積特征。

圖2 姚家組巖心照片F(xiàn)ig.2 Drill core photos of the Yaojia Formation

但區(qū)內(nèi)在姚家組下段上部和姚家組上段下部存在少量的反粒序沉積，巖性以細砂巖為主，測井曲線上也表現(xiàn)為漏斗型，多個砂體也表現(xiàn)為向上變粗的特征(圖3)。其中，細砂巖中可見細小的白云母含量偏高，反映了河流注入穩(wěn)定水體水動力突然降低。

圖3 通遼地區(qū)ZK興101-4 孔姚家組三角洲的向上變粗的序列Fig.3 Upwards coarsening-trend of the delta facie of the Yaojia Formation observed in ZK101-4, Tongliao area

姚家組沉積時期，盆地演化處于拗陷階段，水體寬而淺，通遼地區(qū)以發(fā)育淺水三角洲為特征，沉積物以正粒序分流河道為主，僅在局部表現(xiàn)出三角洲河口壩的反粒序。姚家組上段下部總體向上變粗，泥巖變薄、砂巖變厚以及部分泥巖層為深灰色的特征，也指示區(qū)內(nèi)存在三角洲沉積。

2.2.3 泥礫十分常見，多層產(chǎn)出

通遼地區(qū)姚家組沉積物的另一顯著特征就是泥礫十分發(fā)育，多層產(chǎn)出，姚家組下段中的泥礫多于姚家組上段。泥礫巖多為紫紅色、少數(shù)為灰色(圖2A，B)，形狀多不規(guī)則，一般礫徑5～10 mm，部分大于10 mm，最大可達4 cm以上，反映了辮狀河道不穩(wěn)定頻繁遷移，對早期沉積的紅色或灰色泥巖產(chǎn)生剝蝕，近距離搬運沉淀的特征(蔡煜琦，2008；夏毓亮，2015)。

3 沉積體系

3.1 沉積相類型及特征

姚家期，拗陷湖盆構造活動相對較弱，地形高差不大，通遼地區(qū)與大湖盆連為一體，發(fā)育有?？邓?，主要沉積相類型和特征如下(張鑫，2009；郭瑩瑩，2008)：

(1)沖積扇相。以近源沉積為特征，因氣候較為濕熱，辮狀河道發(fā)育，重力流發(fā)育較少，可進一步劃分為扇根、扇中和扇端。因地形高差不大，決定了物源供應量有限，分布范圍較小。

(2)河流相。是通遼地區(qū)最主要的沉積相類型，上游發(fā)育辮狀河，下游發(fā)育曲流河。上游辮狀河道側(cè)向遷移頻繁，強烈剝蝕河漫灘和泛濫平原沉積，導致泥巖夾層不發(fā)育，而砂體的下部發(fā)育大量的泥礫沉積；曲流河沉積具有明顯的二元結(jié)構(蔡煜琦，2008；夏毓亮，2015)，僅在河道底部發(fā)育泥礫沉積；在堤岸和泛濫平原上，發(fā)育大量植物，導致砂體中含有較多的有機質(zhì)。由于氣候炎熱，氧化作用強烈，堤岸和泛濫平原上沉積物氧化為紅色，并發(fā)育大量鈣質(zhì)結(jié)核，只有在積水洼地中保存了灰色細碎屑巖沉積。

(3)淺水三角洲相。是湖盆拗陷期河流推進到地形平緩的濱淺湖相帶形成的一類三角洲，可進一步劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲。由于受納水體比正常三角洲水體要淺，沉積物中泥巖顏色主要為棕紅色、灰綠色和淺灰色，正韻律的分流河道比較發(fā)育，反韻律的河口砂壩欠發(fā)育，屬典型的河控建設性三角洲(張鑫，2009)。

(4)湖泊相。姚家期湖泊水淺湖廣，以濱淺湖亞相沉積為主，巖性主要為棕紅、紫紅、灰綠和淺灰色泥巖，厚層狀為主，紋理不發(fā)育，常夾有粉砂巖和細砂巖薄層。除了松遼盆地大型湖盆外，在泛濫平原上還發(fā)育一些河漫湖。

3.2 沉積相空間展布

姚家期，在松遼盆地西南部的長軸方向發(fā)育沖積扇-河流-淺水三角洲-湖泊沉積體系，各沉積相帶空間展布特征如下(圖4)：

圖4 通遼地區(qū)姚家期沉積相分布示意圖Fig.4 Schematic map showing the sedimentary facies distribution of the Yaojia Stage in the Tongliao area

(1)沖積扇相。主要分布于盆地西南部白音套海-長勝一帶，以扇中和扇根亞相為主，扇端亞相較少；在陸家堡凹陷和錢家店凹陷北西側(cè)凹陷短軸方向有多個沖積扇成群排列，規(guī)模較??；在庫倫-雙遼一帶哲中等凹陷南東側(cè)，也有小型沖積扇群發(fā)育；在架瑪吐凸起等盆地內(nèi)基底小隆起附近，也發(fā)育小型沖積扇。

(2)河流相。河流相是姚家期通遼地區(qū)最主要的沉積相類型，主要沿長勝-通遼-錢家店-科左中旗(保康)一線北東東向展布。姚家組沉積早期上游(錢家店以西)主要為辮狀河，下游(錢家店以東)主要為曲流河；姚家組沉積晚期，隨著削平補齊作用地形進一步夷平，辮狀河退到通遼以西地區(qū)，曲流河發(fā)育在通遼-科左中旗一帶。除了主干河流之外，在湖盆短軸方向沖積扇(群)前端的辮狀河道也是河流相的重要組成部分。

(3)淺水三角洲相。姚家期，湖盆長軸淺水三角洲相主要發(fā)育研究區(qū)東部，分布范圍較小(張鑫，2009)。姚家組沉積早期，三角洲前緣分布在長嶺坳陷內(nèi)，區(qū)內(nèi)僅發(fā)育三角洲平原；姚家組沉積晚期，隨著湖泊沉積中心西移，三角洲發(fā)育在錢家店以東的區(qū)域。

(4)湖泊相。區(qū)內(nèi)典型湖泊沉積不發(fā)育，僅在姚家組沉積晚期，湖岸線到達東部科左中旗一帶。但在河流相泛濫平原上，發(fā)育多個河漫湖，尤其在西部陸家堡凹陷以及東部錢家店和瞻榆凹陷，河漫湖的范圍較大，且有一定的水深，發(fā)育灰色泥巖和砂巖。

3.3 沉積演化

姚家期，通遼地區(qū)位于湖盆的長軸物源方向，主體以河流相沉積為主，沉積環(huán)境變化不大，總體上經(jīng)歷了一個退積過程，形成了下粗上細的沉積建造。不同地區(qū)退積序列表現(xiàn)不同：錢家店地區(qū)(據(jù)ZK錢II-01-01等鉆孔)主要表現(xiàn)為上部泥巖夾層變多、連續(xù)性變好，單砂體厚度變薄；白興吐地區(qū)(據(jù)ZK興101-4等鉆孔)表現(xiàn)為下段砂巖為主，上段以泥巖、粉砂巖夾薄層砂體為主。姚家組的退積過程是一個交替、漸變的過程，夏毓亮(2015)將其劃分為2個中期6個短期旋回，分別對應上、下段和6個砂體組，沉積旋回疊加樣式也指示了姚家期通遼地區(qū)的退積過程。

3.4 原生灰色砂體分布規(guī)律

姚家期，通遼地區(qū)處于較濕熱向半溫濕轉(zhuǎn)化的古氣候之下，盡管地表植被比較發(fā)育，沉積物中含有一定量的有機質(zhì)，但因氧化作用強烈，(近)地表沉積物(含泛濫平原細碎屑沉積)多呈紅色，僅在具有一定規(guī)模和水深的積水洼地中或三角洲前緣砂體中的有機質(zhì)能被保存，砂體呈灰色。郭瑩瑩(2008)等人研究認為，通遼地區(qū)灰色巖石主要分布在陸家堡、瞻榆和錢家店等次級凹陷內(nèi)以及鄰區(qū)長嶺坳陷的大型湖盆中，區(qū)內(nèi)灰色砂體分布主要受次級凹陷的控制。夏毓亮(2015)對錢家店鈾礦床范圍內(nèi)的灰色砂體進行了對比，表明其在空間上展布是穩(wěn)定的，且平面上北東向展布特征明顯，與次級凹陷展布特征一致?？赡苁寝窒萜谕ㄟ|地區(qū)繼承了湖盆斷陷期凹凸相間的構造格局，基底表現(xiàn)為整體沉降，在次級凹陷內(nèi)因弱伸展作用基底繼續(xù)沉降，使凹陷區(qū)水深大于凸起區(qū)，避免了沉積物暴露地表發(fā)生氧化，灰色砂體得以保存。

4 鈾礦化特征及控礦作用探討

4.1 鈾礦化類型及特征

通遼地區(qū)的鈾礦化順層產(chǎn)出，主要有2種類型：一類是產(chǎn)于灰色、淺灰色細砂巖中的鈾礦化，屬層間氧化帶型，自下而上分為6層，產(chǎn)于姚下段上部(第3層)和姚上段下部(第4層)的鈾礦化的規(guī)模較大，剖面上呈板狀、似層狀，具有較好的工業(yè)價值；其他層(第1、2、5、6層)鈾礦化規(guī)模較小，多呈透鏡狀，工業(yè)意義不大。另一類是產(chǎn)于灰色泥巖中的鈾礦化，屬沉積成巖型，常作為砂巖鈾礦層的夾層，品位相對較高(夏毓亮，2015)。

4.2 控礦作用探討

通遼地區(qū)兩種類型鈾礦化受沉積控制作用明顯?；疑鄮r中的沉積成巖型鈾礦化主要受沉積環(huán)境控制，在含鈾含氧水進入到具有發(fā)生沼化的還原環(huán)境的沉積洼地中時，鈾發(fā)生沉積富集成礦，主要被深灰色、灰黑色泥巖和粉砂巖吸附，在灰色砂巖中也存在一定程度的預富集，為層間氧化帶型砂巖鈾礦的形成奠定了基礎。

層間氧化帶型砂巖鈾礦的形成受層間氧化帶前鋒線控制，層間氧化帶的發(fā)育受灰色砂體制約。當含鈾含氧水進入到灰色砂體時，在層間氧化帶前鋒線附近，因為有機質(zhì)和黃鐵礦等還原物質(zhì)的氧化導致砂巖物理化學條件(pH值、Eh值等)的變化，從而引起鈾的沉淀富集成礦。因此灰色砂體是通遼地區(qū)層間氧化帶型砂巖鈾礦成礦的必要條件，對鈾礦化的形成具有嚴格意義的控制作用。尤其在早期存在鈾預富集的灰色砂體，在層間氧化作用的改造下極易達到工業(yè)品位，是下一步鈾礦找礦的主要目標。因此，建議在該區(qū)系統(tǒng)開展淺層地震測量等工作，準確圈定區(qū)內(nèi)次級凹陷的位置，預測灰色砂體的分布范圍，縮小鈾礦找礦靶區(qū)，以盡快實現(xiàn)鈾礦找礦新突破。

5 結(jié)論

(1)晚白堊世姚家期，通遼地區(qū)位于松遼大型坳陷盆地西南部的長軸物源方向，發(fā)育沖積扇-河流-淺水三角洲-湖泊沉積體系，河流相砂體和淺水三角洲砂體發(fā)育，結(jié)構成熟度較高，連通性好。

(2)姚家期，通遼地區(qū)古氣候經(jīng)歷了由較濕熱向半溫濕的變遷，(近)地表氧化作用強烈，沉積物以紅色建造為主，控礦灰色砂體的發(fā)育受盆地內(nèi)次級凹陷控制。

(3)姚家組沉積特征控礦明顯，一方面沉積期濕熱-半溫濕古氣候條件下鈾容易活化遷移，在盆地內(nèi)積水洼地內(nèi)發(fā)生(預)富集，另一方面原生灰色砂體的分布控制了層間氧化帶的發(fā)育，進而控制了層間氧化帶型鈾礦的展布。

致謝：論文研究過程中，核工業(yè)二四三大隊在巖心觀察、資料查閱和樣品采集等方面給予了大力支持，論文編寫過程中與姜山、蔡建芳等同志進行了深入討論，受益匪淺，在此一并表示衷心的感謝。

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