黃少華，周文博，周榮輝，劉 彤，鄧福理

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

沉積盆地砂巖型鈾礦的形成必須具有規(guī)模較大、 本底鈾含量高且還原能力較強(qiáng)的儲礦空間—砂體［1］； 含鈾巖系或含礦沉積建造的發(fā)育是 “構(gòu)造、 建造、 改造” 三大關(guān)鍵控礦因素和區(qū)域評價準(zhǔn)則之一［2-3］。國內(nèi)、外大量學(xué)者通過對沉積環(huán)境與鈾成礦關(guān)系詳細(xì)解析得出， 賦礦建造本身的微量活性鈾可在成礦階段被釋放出來參與成礦， 構(gòu)成重要的內(nèi)部鈾源［4-5］；鈾容礦層本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形態(tài)和非均質(zhì)性控制了后期含鈾含氧水的滲流方向和軌跡， 最終決定了鈾礦體的定位和形態(tài)［6-7］；辮狀河和辮狀河三角洲體系下形成的灰色河道砂體是鈾成礦流體運(yùn)移和鈾成礦儲存的有利場所［8-9］，河道間灣、河漫灘等泛濫平原相泥巖則構(gòu)成了穩(wěn)定的隔水層， 兩者共同組成了有利于層間地下水滲入的 “泥-砂-泥”良好地層結(jié)構(gòu)［10-11］；此外，沉積作用和環(huán)境還影響了砂體中還原介質(zhì)含量及其分布規(guī)律，制約了鈾的卸載沉淀、 富集［12-13］。因此，對目標(biāo)層的空間定位、 砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、 砂體發(fā)育規(guī)模、巖性-巖相特征及聚鈾能力等的剖析不僅是沉積作用控制下的鈾富集機(jī)理和分布規(guī)律研究的核心內(nèi)容［10，14］，而且是科學(xué)評價礦區(qū)外圍和深部、 鈾礦勘查空白部位成礦潛力［11，15-16］，以及合理預(yù)測找礦遠(yuǎn)景區(qū)首要解決的關(guān)鍵問題［17-18］。

赫爾洪德凹陷是內(nèi)蒙古海拉爾斷陷盆地群中北部的一個次級構(gòu)造單元， 具有獨(dú)立的構(gòu)造-沉積演化和充填序列特征［19］。該區(qū)鈾礦勘探始于20 世紀(jì)90 年代， 初步查明了區(qū)域構(gòu)造演化、 鈾源、 水文地質(zhì)、 伊敏組沉積特征、砂體后生氧化和鈾礦化/異常特征等成礦地質(zhì)條件［20-21］，并提出凹陷南部為下一步有利的找礦部位［22］。然而，由于該區(qū)核工業(yè)系統(tǒng)的鉆孔分布不均勻，區(qū)域上常呈團(tuán)塊狀分布，多數(shù)鉆孔又未揭穿伊敏組底板； 同時， 該區(qū)至今未發(fā)現(xiàn)具商業(yè)開采的煤田和油氣藏， 前人對含油建造上部淺層伊敏組的沉積環(huán)境分析一直較薄弱［23］。以上這些因素不僅制約了盆地區(qū)域構(gòu)造-沉積演化的重塑［24］，還致使區(qū)內(nèi)找礦一直未能取得進(jìn)一步突破［22］，成為該盆地鈾礦找礦目前最需要解決的問題［20，25］。因此， 筆者基于早期鈾礦勘查積累的大量原始資料以及近年來在煤田和油田部門新收集的鉆孔數(shù)據(jù)，系統(tǒng)總結(jié)了伊敏組上段巖性-巖相組合及砂體特征， 根據(jù)單井垂向上和連井剖面橫向上的巖相變化， 探討區(qū)內(nèi)目的層沉積相特征及其對鈾成礦的制約， 以期為下一步鈾礦地質(zhì)勘查提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 海拉爾盆地次級構(gòu)造單元（圖1a）、地層及研究區(qū)橫向構(gòu)造剖面圖（圖1b 修改自［22］）Fig.1 Secondary structure units，strata of the Hailar basin（Fig.1a）and the transverse structural profile of the study area（Fig.1b modified from［22］）

海拉爾盆地是我國北方典型的多凹陷、多沉降中心、 伸展走滑構(gòu)造背景下形成的中新生代斷-坳疊合盆地群［26-27］，具有 “東西分帶、南北分塊”和 “兩隆三坳”的構(gòu)造格局。自西向東分別為扎賚諾爾坳陷、 嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、 巴彥山隆起、 呼和湖坳陷［23，28］，又可進(jìn)一步劃分出15 個次級凹陷和4 個凸起（圖1a）， 各凹陷互不連通， 獨(dú)自發(fā)育； 沉積具有近源、 多物源， 巖性復(fù)雜、 成熟度低的典型特點(diǎn)。 赫爾洪德凹陷位于盆地北部， 呈北東向展布， 大致以近東西向的海拉爾河斷裂為界， 可分成構(gòu)造性質(zhì)截然不同的北段和南段［22］。北段呈不對稱的雙斷陷，窄長條形，受北東向斷裂控制； 南段為一個北東向單斷箕狀斷陷， 西深東淺， 其東部為一基底斜坡帶（圖1b），長度達(dá)30 km，寬5～6 km，傾角平緩， 構(gòu)造簡單， 完整性好， 具有相對穩(wěn)定的構(gòu)造條件， 西部屬陡坡帶， 受F8、F11 等相互平行、 傾向一致、 性質(zhì)相似、 形成和活動時間不同的北東向同生斷裂控制。

盆地沉積蓋層具有明顯的三分性［19］，即興安嶺群火山巖-碎屑巖沉積建造、扎賚諾爾群含煤碎屑巖建造和貝爾湖群雜色砂泥巖沉積建造［29］（圖2）。白堊系自下而上依次為下白堊統(tǒng)銅缽廟組、 南屯組、 大磨拐河組、 伊敏組和上白堊統(tǒng)青元崗組（圖1b、2），廣泛分布于各次級凹陷，構(gòu)成了蓋層的主體［19，30］，其主要特征： 銅缽廟組是盆地初始裂陷期形成的沖積扇、扇三角洲相產(chǎn)物［22］；巖性粒度較粗，分選性和磨圓度差， 主要為雜色砂礫巖、 砂巖、 角礫巖， 局部夾凝灰質(zhì)、 泥巖、 安山玄武巖， 厚度一般約500～800 m， 與下伏興安嶺群呈角度不整合接觸。 南屯組發(fā)育有扇三角洲-深湖沉積體系， 巖性組合主要為灰色、淺灰色粗砂巖、 砂礫巖和礫巖與灰色、 深灰色粉砂質(zhì)泥巖、 淺灰色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖互層（圖2），是盆地重要的生油層［31］。大磨拐河組主要為一套深湖-半深湖沉積體系（圖2），巖性以半深湖相沉積的厚層黑灰色泥巖為主，夾泥質(zhì)粉砂巖、 中、 薄層細(xì)砂巖。 伊敏組形成于斷陷萎縮期， 重力流明顯減少， 牽引流沉積發(fā)育， 主要為一套溫暖潮濕古氣候條件下的河流-三角洲-濱淺湖沉積， 富含炭屑、植物莖干和黃鐵礦， 本身還原容量高， 也是盆地重要的成煤期［30］；巖性主要為灰綠色或灰色粉砂巖、砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖夾礫巖、含礫粗砂巖，與上下層位呈不整合接觸（圖2），厚600～1 000 m 不等， 是 海 拉 爾 盆地砂巖型鈾礦勘查的主攻找礦目的層。 青元崗組為盆地擠壓反轉(zhuǎn)作用后再次沉降后形成的河流相雜色碎屑巖沉積產(chǎn)物［20］。

圖2 海拉爾盆地地層綜合柱狀圖（據(jù)［19，22-23，30］，有修改）Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Hailar Basin（Modified from［19，22-23，30］）

2 伊敏組上段沉積特征

2.1 沉積相劃分

根據(jù)巖石巖性組合、 沉積構(gòu)造、 粒度及沉積韻律等特征， 在單井相和連井相分析的基礎(chǔ)上，按Walker 等的沉積體系分類，識別出赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段（相當(dāng)于油田部門伊敏組二、三段）發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相、 辮狀河三角洲前緣亞相和濱淺湖相（表1）。

表1 赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段主要沉積相類型及特征Table 1 Main sedimentary facies types and characteristics of upper Member of Yimin Formation in the southeastern Herhonde sag

2.1.1 辮狀河三角洲平原

研究區(qū)辮狀河三角洲平原主要沿凹陷東南部盆緣呈環(huán)帶展布， 可進(jìn)一步識別出分流河道、河道間灣等微相，其他微相不甚發(fā)育，或由于河道沖刷保存不全。 由于晚期地層抬升剝蝕， 該亞相目前殘留的面積分布不大，巖性組合為厚層淺灰色、 灰色、 灰綠色砂礫巖、中-粗砂巖夾薄層灰色、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖（圖3、4），分選性較好，顆粒呈次圓狀-次棱角狀， 發(fā)育少量薄層煤線和半碳化、 碳化植物莖干碎片化石； 單層砂體厚約2.5～8 m，單層泥巖厚度約0.5～2.5 m，砂地比值約0.5～0.8，具向上變細(xì)的正粒序沉積序列， 發(fā)育板狀交錯層理、 平行層理及槽狀交錯層理， 底面具有明顯的底礫巖沖刷構(gòu)造，水流能量和物源供給充足， 河流侵蝕作用較強(qiáng)。

2.1.2 辮狀河三角洲前緣

辮狀河三角洲前緣是研究區(qū)伊敏組上段的主要沉積類型， 廣泛發(fā)育水下分流河道，向前延伸較遠(yuǎn)，構(gòu)成三角洲前緣的骨架砂體。該亞相受緩傾基底、 較強(qiáng)水動力條件和弱的濱淺湖水改造作用的控制， 鉆孔中可識別出水下分流河道、 河口壩、 席狀砂和水下分流河道間灣等微相， 其自然電位分別表現(xiàn)為中高幅鐘形或漏斗狀、 中低幅鋸齒狀、 不規(guī)則指狀和舌狀和低平鋸齒形的組合。 巖性主要為灰色、灰綠色含礫中-粗砂巖、細(xì)砂巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖、 粉砂質(zhì)泥巖、 泥巖互層（圖3、4），沉積粒度變細(xì)，分選性明顯變好，單層砂厚1～5 m，單層泥厚2～5 m，砂地比值約0.35～0.6；由于水下分流河道頻繁改道，多次疊加加積， 造成縱向上泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)向上增高， 砂巖具有向上變細(xì)的正旋回特點(diǎn)（含礫砂巖→粗砂巖→中細(xì)砂巖→細(xì)砂巖→泥質(zhì)粉砂巖）。沉積構(gòu)造主要發(fā)育小型槽狀交錯層理，波紋層理，水平層理，層理面較清楚，主要由泥質(zhì)條帶和粒度變化顯現(xiàn)局部見較平整的底沖刷構(gòu)造， 反映水流強(qiáng)度逐漸減弱，河道侵蝕作用不斷減弱，物源供給減少。

2.1.3 濱淺湖相

圖3 赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段單井巖性組合與沉積相垂向序列特征（左為鉆孔ZK192-121，右為鉆孔ZK192-63）Fig.3 Lithologic assemblage and vertical sequence of sedimentary facies of the upper Member of Yimin Formation in the southeastern Herhonde sag（Borehole ZK192-121 on the left and borehole ZK192-63 on the right）

圖4 赫爾洪德凹陷東南部北西向0 號勘探線連井剖面沉積相圖Fig.4 Sedimentary facies of the upper Member of Yimin Formation along NW-trending exploration Line 0 in the southeastern Herhonde sag

鉆孔資料表明， 研究區(qū)濱淺湖相是由前三角洲亞相演變而來， 水體較淺， 主要由沙壩和泥灣微相組成（圖3）。其中，沙壩是在開闊平坦的湖岸環(huán)境中， 在低水位面附近高能帶和洪水期高水位面附近低能帶附近形成的及薄層灰色粉-細(xì)砂巖等細(xì)粒碎屑沉積，分選性和磨圓度均較好，自然電位具低幅鋸齒狀，單層僅厚約0.1～0.5 m，發(fā)育波紋層理和水平層理。 泥灣微相主要巖性為深灰色、 灰色厚層泥巖或粉砂質(zhì)泥巖， 具水平層理， 自然電位表現(xiàn)為低平直狀。 此外， 有時還發(fā)育湖沼相煤層。

2.2 沉積相剖面特征

鉆孔單井沉積相分析發(fā)現(xiàn)， 研究區(qū)伊敏組上段垂向上顯示出水退層序的反韻律特征，即自下而上呈現(xiàn)濱淺湖-辮狀河三角洲前緣-辮狀河三角洲平原（圖3、4），總體具有下細(xì)上粗的反旋回沉積序列。 其反映了研究區(qū)在伊敏組上段沉積時期正處于斷陷晚期充填萎縮的構(gòu)造地質(zhì)背景， 盆地整體逐漸抬升， 構(gòu)造活動較為平穩(wěn)，主要為牽引流沉積［19，26］，環(huán)盆地的古水流體系發(fā)育， 搬運(yùn)能力增強(qiáng)， 表現(xiàn)為水退沉積體系［31-32］。 對于各沉積亞相內(nèi)部， 不同沉積微相相互疊置， 相互之間具有底沖刷現(xiàn)象， 總體垂向剖面上具有多套向上變細(xì)的正旋回沉積特征（圖4），縱向相序自下而上演變規(guī)律為分流河道-心灘-泛濫平原，反映多期河道相互疊置的沉積特征。 研究區(qū)自盆緣向盆內(nèi)依次發(fā)育辮狀河三角洲平原-前緣-濱淺湖沉積（圖4），指示物源主要來自于東部陵丘凸起［33-35］。其中，三角洲分流河道遷移較頻繁， 河道側(cè)向加積作用明顯， 砂體規(guī)模較大； 且各分流河道之間相互切割， 砂體間常橫向連片， 相互連通， 構(gòu)成了本區(qū)砂巖型鈾礦賦存的有利層位。

3 賦礦砂體基本特征

赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段揭露2～3 層規(guī)模較大的穩(wěn)定骨架砂體（圖4）。 其中，頂部第一套砂體巖性主要為（淺）灰色、 灰綠色、 黃色含礫粗砂巖、 粗砂巖、 中砂巖， 夾薄層的灰色粉砂巖、 泥質(zhì)粉砂巖等， 埋深一般小于120 m； 砂體總厚10～20 m， 單層砂體厚3～5 m 不等，缺乏穩(wěn)定的泥巖頂板，但不同程度地發(fā)育泥巖隔水底板， 具有形成古潛水氧化帶型鈾礦的地層結(jié)構(gòu)和巖性條件；下部第二和第三套主砂體橫向和縱向都較穩(wěn)定，規(guī)模較大， 埋深約120～220 m； 巖性主要為灰色、 灰綠色粗砂巖、 含礫粗砂巖、 中砂巖，結(jié)構(gòu)松散、透水，砂體總厚10～80 m，單層厚度4～12 m；頂?shù)装鍨楦羲暮駥踊疑鄮r、粉砂質(zhì)泥巖，單層厚度1～2 m； 兩者共同組成了有利層間氧化帶發(fā)育的泥-砂-泥穩(wěn)定地層結(jié)構(gòu)［24］?？傮w上，目的層垂向上巖性組合表現(xiàn)出 “砂質(zhì)礫巖→粗砂巖→中細(xì)砂巖→泥巖” 多套下粗上細(xì)的正向韻律變化（圖3、4）， 反映了多期河道的疊置， 具河流二元結(jié)構(gòu)的特征［10］。砂巖中主要發(fā)育塊狀層理， 槽狀交錯層理、 板狀交錯層理等， 且見明顯底沖刷，偶見平行層理［22］，反映了動蕩的牽引流沉積特點(diǎn)； 粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖中可識別出塊狀構(gòu)造、 水平層理， 少量波狀層理，說明水體相對較穩(wěn)定。

目的層砂巖的成分成熟度較低， 均為巖屑砂巖或雜砂巖； 碎屑成分主要為中酸性火山巖巖屑（40%～75%）、石英（10%～55%）和長石（10%～15%），約占總物質(zhì)含量的60%～90%，巖屑種類成分復(fù)雜，主要有流紋巖、凝灰?guī)r、 粗面巖、 花崗巖、 泥巖等， 少量安山巖［22］。巖 石 多 泥 質(zhì)膠結(jié)， 較 松 散、 疏 松，泥質(zhì)含量較高， 成巖度差， 孔隙式或接觸式膠結(jié)為主， 少部分為基底式膠結(jié)， 點(diǎn)接觸或點(diǎn)線接觸， 孔滲性較好。 砂巖中普遍含半炭化、炭化植物莖干碎片和炭塊，含少量炭屑，有時可見粉末狀、 膠狀或結(jié)核狀黃鐵礦， 其鈾、全硫和有機(jī)碳平均含量分別為4.32×10-6、0.028%、0.30%［22］。

4 沉積特征對鈾成礦的制約

4.1 沉積-充填過程與鈾成礦

研究區(qū)自晚侏羅世形成以來依次經(jīng)歷了初始張裂-斷陷孕育階段（J3）、斷陷強(qiáng)烈拉張（K1t）、斷陷快速沉降階段（K1n）、斷陷穩(wěn)定拉張階段（K1d）、斷陷萎縮階段（K1y）和坳陷發(fā)育階 段（K2q—今）［24，26-27］；相 應(yīng) 地 沉 積了 底 部 粗碎屑巖段、 中下部湖相泥巖段、 中上部含煤碎屑巖段、 頂部粗碎屑巖段四套不同的沉積組合［19］，粒度由粗到細(xì)再到粗，總體反映了盆地由斷陷成盆、 擴(kuò)張、 萎縮轉(zhuǎn)變到坳陷沉積， 直至盆地消亡的整個演化過程。 古氣候也經(jīng)歷了 “干旱炎熱—溫暖潮濕—干旱炎熱—干冷” 的 變 遷［33-34］（圖2）， 進(jìn)而形成了“紅色沉積建造—灰色沉積建造—紅色沉積建造”的地層結(jié)構(gòu)（圖1）。總體上，研究區(qū)具備了有利的構(gòu)造-沉積-古氣候演化條件， 存在與產(chǎn)鈾盆地相似的下灰上紅的有利地層結(jié)構(gòu)［3，8］，且灰色層與紅色層為不整合接觸，具備了含鈾含氧水滲入致礦的時間和空間條件［3］。其中，伊敏組上段形成于斷陷萎縮充填晚期［32］， 發(fā) 育 辮 狀 河 三角洲相河道 砂 體［21］（圖4），埋深相對較淺（＜500 m），緊接著長期處于半干旱-干 旱 炎 熱 古 氣 候 環(huán) 境［20，35］，并存在K1y-K2q 和N 兩期長時間的構(gòu)造抬升 剝 蝕［27，35］，進(jìn)而最容易接受上部含鈾含氧水毫無阻擋地貫入改造成礦。

4.2 地層特征與鈾成礦

赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段沉積時期具有 “構(gòu)造穩(wěn)定、 水體較淺、 古地貌平緩和物源豐富” 的有利條件。 尤其是東側(cè)緩坡淺水辮狀河三角洲整體向前推進(jìn)距離長， 分流河道微相發(fā)育， 頻繁分叉， 橫向遷移， 砂體規(guī)模大且連通性好， 為鈾成礦提供了較好的沉積場所以及含鈾、 含氧水的運(yùn)移通道［2，4，9］。但由于晚期大規(guī)模的抬升剝蝕，現(xiàn)存殘留的主要為前緣亞相沉積， 顯示出 “前緣寬大、平原窄小”的展布特點(diǎn)（圖5a）。目前區(qū)內(nèi)伊敏組上段發(fā)現(xiàn)1 個鈾礦化孔（厚1.61 m，品位0.014 45%），5 個鈾增高孔 （厚度0.4～9.34 m， 品位0.002 87%～0.004 5%）， 顯示出較好的找礦前景［22］。其賦礦巖性主要為辮狀河三角洲相灰色疏松中粗砂巖、 含礫粗砂巖、 含泥粗砂質(zhì)礫巖、 細(xì)砂巖。 其中， 第一層砂體的鈾礦化與古潛水氧化有關(guān)（圖5b），第二和第三層砂體中的鈾礦化受古層間氧化帶控制（圖5c）。賦礦砂體的巖性均為巖屑砂巖，中酸性火山巖屑含量較高，鈾含量為4×10-6左右［22］，內(nèi)部鈾源較好；砂體中普遍含炭化、 半炭化植物莖干化石和粉末狀或分散細(xì)晶狀黃鐵礦，具有一定的還原能力［3，8］，但較國內(nèi)伊犁、 吐哈等產(chǎn)鈾盆地目的層的還原容量低； 同時， 砂巖結(jié)構(gòu)松散， 成巖度偏低，透水性較好［5，14］。此外，砂體中還發(fā)育較強(qiáng)烈的亮黃色、 淡黃色后生氧化蝕變， 局部成團(tuán)塊狀和斑狀分布。 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)， 礦化主要發(fā)育在砂體厚度和巖性轉(zhuǎn)變的心灘或間灣等部位（圖5b、5c），受沉積微相控制明顯，其主要 原 因 有［17-18，36］：1） 泥巖攜帶還原物質(zhì)高， 與中間砂體形成強(qiáng)烈的氧化還原地球化學(xué)界面；2）泥巖隔水層及其周邊砂巖是一個有利的 “鈾吸附體”；3） 中部粗粒砂體孔滲性好， 氧化流體優(yōu)先滲流通過， 而頂?shù)装鍧B透性較差的粉-細(xì)砂巖或泥巖，成礦流體流速受阻減緩，流-巖反應(yīng)時間長且充分，有利于水中鈾的沉淀富集。 總體上， 區(qū)內(nèi)伊敏組上段具有古潛水-層間氧化鈾成礦的巖性-巖相和地球化學(xué)有利條件， 下一步可布置深孔進(jìn)行厚大砂體及其鈾礦化的揭露。

圖5 赫爾洪德凹陷東南部伊敏組上段古潛水-層間氧化帶型鈾礦化［22］Fig.5 Paleophreatic and interlayer oxidation zone uranium mineralization in upper Menber of Yimin Formation，southeastern Herhonde sag［22］

5 結(jié)語

赫爾洪德凹陷東南部緩坡帶伊敏組上段發(fā)育辮狀河三角洲有利相帶， 垂向上表現(xiàn)為下細(xì)上粗的水退沉積序列， 并形成了一套總厚度在10～80 m 的（水下）分流河道骨架砂體， 單層厚度多在5 m 以上； 砂體巖性主要為淺灰色、 灰色中粗砂巖、 砂礫巖， 泥質(zhì)膠結(jié)， 透水性良好； 砂巖中的中酸性火山巖屑含量高， 本身具有較高的鈾含量； 其還原容量中等， 以半碳化植物碎屑為主， 整體上是一套較有利的含礦建造。 鈾礦化主要為古潛水氧化或古潛水-層間氧化成因，均產(chǎn)于辮狀河三角洲相（分流和水下分流）河道砂體中，受沉積微相控制明顯。

研究區(qū)總體上具備了下灰上紅的有利地層組合， 伊敏組上段形成之后發(fā)生全面構(gòu)造反轉(zhuǎn)， 古氣候由溫暖潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊笛谉?，十分有利于后期含鈾含氧水滲入改造， 是尋找砂巖型鈾礦的有利遠(yuǎn)景區(qū)。