郭強，邢作昌，秦明寬，賈立城，羅敏，李研，張航

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029；2.核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032）

松遼盆地作為我國北方砂巖型鈾礦勘查的重要盆地之一［1-2］，目前的找礦突破主要集中在盆地西南部，已發(fā)現(xiàn)了錢家店、寶龍山、海力錦等一大批大中型礦床［3-6］。盆地北部自2000年以來已投入了較大的工作量，雖然在大慶長垣南段的肇源地區(qū)四方臺組有一定進展［7-8］，但整體而言，目前仍未有重大的找礦突破。

地層對比作為沉積學(xué)及沉積礦產(chǎn)研究的一門基礎(chǔ)工作［9］，其對盆地結(jié)構(gòu)解剖、不同沉積期的沉積相分析、沉積型礦產(chǎn)的時空定位具有基礎(chǔ)性的重要作用［10-12］。雖然前人在松遼盆地已大量開展了工作，但絕大多數(shù)研究集中在盆地中心的油田勘探區(qū)［13-14］，而針對盆緣尤其是東北緣鈾礦勘查區(qū)的研究相對薄弱［15］。目前區(qū)內(nèi)含鈾地層對比方案，存在姚家組巖性組合與古氣候特征［16］不對應(yīng)、鈾礦鉆孔與石油鉆孔分層差別大、鈾礦鉆孔和石油鉆孔對比困難等實際問題，表明松遼盆地東北緣鈾礦勘查區(qū)內(nèi)的地層對比工作具有進一步完善的空間。

本次研究利用松遼盆地東北部最新的鉆孔資料，通過野外巖心觀察結(jié)合室內(nèi)綜合分析，總結(jié)研究區(qū)內(nèi)的地層劃分標(biāo)志，在單井-連井對比格架的基礎(chǔ)上，建立了松遼盆地東北部盆緣含鈾地層對比方案；并結(jié)合砂巖型鈾成礦理論，探討了其對盆地東北緣砂巖型鈾礦深部找礦工作的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地可分出西南隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)、北部傾沒區(qū)、中央坳陷區(qū)及東北隆起區(qū)等六大構(gòu)造單元［17-18］，研究區(qū)位于盆地東北側(cè)的東北隆起區(qū)和北部傾沒區(qū)之間（圖1）。從構(gòu)造演化上看，松遼盆地經(jīng)歷了早中侏羅世熱隆張裂期（前裂谷期）、晚侏羅世-早白堊世初期的伸展斷陷期（裂谷期）、晚白堊世早中期的沉降坳陷期（后裂谷期）及晚白堊世幕式構(gòu)造反轉(zhuǎn)期（抬升萎縮期）四大階段［19］，對應(yīng)沉積了泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組等晚白堊世地層、古近紀(jì)泰康組、新近紀(jì)依安-大安組及第四系［20］。其中青山口組一段和嫩江組二段在全盆為厚層富含介形蟲、葉肢介化石的深灰色、灰黑色泥質(zhì)沉積［17，21］，為盆地重要的烴源巖層［22］，可作為全區(qū)內(nèi)明顯的區(qū)域地層劃分對比標(biāo)志層。

圖1 研究區(qū)位置圖及地質(zhì)簡圖Fig.1 Location and geological map of the study are

2 地層劃分方案

之前研究區(qū)內(nèi)的含鈾地層劃分存在以下問題：1）盆緣鈾礦鉆孔揭露的姚家組整體以灰色泥巖、砂巖夾薄層紅色泥巖構(gòu)成的巖性組合為主，而盆地中心松科1井姚家組以紅色巖性組合占優(yōu)［16］，結(jié)合盆地姚家組沉積期干旱的古氣候特征［16，23］，區(qū)內(nèi)原先劃分的姚家組的建造特征與實際的古氣候特征不太相符；2）嫩江組一段與姚家組的界線爭議較大，造成連井剖面上姚家組厚度差異大，姚家組、青山口組等多個地層厚度存在多處不協(xié)調(diào)的客觀事實；3）盆內(nèi)鈾礦鉆孔分層與石油鉆孔分層差異較大，這使得核工業(yè)系統(tǒng)的鉆孔與石油系統(tǒng)的鉆孔存在較大差異，不利于資料的統(tǒng)一使用。這些問題使得區(qū)內(nèi)之前的地層劃分方案的合理性遭到質(zhì)疑。本次研究通過對研究區(qū)對比標(biāo)志層、典型鉆孔分析、連井地層對比等系統(tǒng)工作，重新確定了松遼盆地東北緣的地層對比方案，合理地解決了上述問題。

2.1 地層對比標(biāo)志

松遼盆地全盆存在青山口組一段、嫩江組二段兩個重要的湖盆擴張期［17］，對應(yīng)形成兩套全盆廣布的黑色泥巖化石層（兩套烴源巖發(fā)育段），這已被多年的石油勘探工作所證實［17，20-22］。而區(qū)內(nèi)最新鉆孔揭露了三套黑色含化石泥巖層（圖2）。這個勘探新進展引發(fā)了對含介形蟲-葉肢介化石黑色泥巖層標(biāo)志層層位歸屬定位的重新思考。通過野外對多個鉆孔的系統(tǒng)編錄，認識到嫩江組一段底部同樣存在類似與青山口組一段、嫩江組二段富含介形蟲-葉肢介的黑色泥巖層（圖2），其可作為嫩江組一段與姚家組客觀的分界標(biāo)志。在此新認識的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖性編錄、測井曲線、沉積相的綜合分析，對研究區(qū)內(nèi)的地層進行了重新對比。

圖2 松遼盆地東北緣典型鉆孔沉積學(xué)特征Fig.2 Sedimentary characteristics of typical boreholes cores in northeastern Songliao Basin

通過典型鉆孔的精細編錄及巖心觀察，本文重點依據(jù)巖性（巖性組合）、巖石顏色（古氣候）、古生物化石、沉積相（體系域演化）4 個方面的特征，總結(jié)了松遼盆地東北緣晚白堊世含鈾地層的五大地層劃分標(biāo)志（表1），自底到頂分別為：①青山口組一段暗色含介形蟲-葉肢介化石泥巖標(biāo)志層——區(qū)域標(biāo)志層，該標(biāo)志層厚20～50 m，其與下伏泉頭組砂巖突變接觸，向上多向灰綠色泥巖、粉砂巖過渡；②姚家組底部沖刷面——局部標(biāo)志層，沖刷面之上見分選差的多個不規(guī)則灰綠色泥礫（圖2s），向上漸變?yōu)榧t色泛濫平原泥巖沉積，紅色泛濫平原泥巖多見灰白色、白色鈣質(zhì)結(jié)核；③嫩江組一段底部暗色泥巖標(biāo)志層——局部標(biāo)志層，其特征與青山口組一段暗色泥巖標(biāo)志層類似，以中厚層灰黑色、灰色泥巖為主，富含介形蟲、葉肢介化石，局部頁理發(fā)育；④嫩江組一段中上部紅色泥巖標(biāo)志層——局部標(biāo)志層，該標(biāo)志層中的紅色泥巖以前多被認為是姚家組蝕變的標(biāo)志，本研究發(fā)現(xiàn)其下發(fā)育滑塌變形等重力流沉積構(gòu)造（圖2j～k），其代表的遠源沉積與區(qū)內(nèi)姚家組整體的近源特征不相符，故本研究將其作為嫩一段中上部的識別標(biāo)志（圖2）；⑤嫩江組二段黑色、灰黑色含介形蟲泥（頁）巖標(biāo)志層——區(qū)域標(biāo)志層，其厚度為80～260 m，以巨厚層泥巖、頁巖層為主，富含介形蟲、葉肢介化石。其中最頂部⑤、最底部①兩套含化石泥巖是盆地級的地層對比標(biāo)志層，其作為松遼盆地主要的烴源巖層［22］，是全盆內(nèi)兩次最大湖侵的最直接證據(jù)［17，24-25］；而中間3 個是本研究提出的地層對比新標(biāo)志層。與之前對比方案的明顯不同的是，本研究首次識別出了三套含化石泥巖層，即青山口組黑色含化石泥巖層、嫩江組一段底部含化石泥巖層、嫩江組二段含化石泥巖層，其中嫩一段底部暗色泥巖標(biāo)志層的提出是新認識；分析前人簡單地利用兩套黑色泥巖標(biāo)志層劃分地層，未關(guān)注到中間存在的嫩江組一段黑色泥巖標(biāo)志層，是研究區(qū)內(nèi)前人地層對比方案存在問題的重要原因。五大地層標(biāo)志層的總結(jié)，為野外地質(zhì)工作現(xiàn)場地層分層提供了客觀、易操作的地質(zhì)依據(jù)。

表1 松遼盆地東北緣上白堊統(tǒng)地層對比標(biāo)志層一覽表Table 1 Stratigraphic correlation markers of Upper Cretaceous in northeastern Songliao Basin

2.2 典型鉆孔分析

根據(jù)區(qū)內(nèi)總結(jié)的五大地層對比標(biāo)志（表1），本研究對區(qū)內(nèi)鈾礦鉆孔的層位進行了重新劃分（圖2）。

典型鉆孔的層位劃分表明，泉頭組底部為厚層紅色砂礫巖的沖積扇沉積，向上過渡為厚層的中粗砂巖的辮狀河沉積。青山口一段以厚層灰黑色、灰色泥巖、頁巖為主，富含介形蟲、葉肢介、介殼類化石碎片，局部見完整貝殼類化石；青山口組二三段以淺湖、半深湖沉積相為主，可見代表半深湖典型的Zoophys 遺跡相（圖2w），亦可見脈狀、透鏡狀層理等潮汐層理（圖2v），最為特征的是灰黑色泥巖中見富含雙翹類、腹足類等介殼碎片富集的結(jié)核（圖2u），其可作為青山口組典型的標(biāo)志層。向上姚家組為“灰泥紅砂”沉積建造，表現(xiàn)出明顯的二元結(jié)構(gòu)，即底部由斜層理、槽狀交錯層理砂體構(gòu)成的粗粒沉積（箱型測井曲線）、頂部由磚紅色洪泛泥巖構(gòu)成；需要注意的是，洪泛泥巖中可見白色鈣質(zhì)結(jié)核（圖2p），而鈣質(zhì)結(jié)核的形成與干旱氣候密切相關(guān)［9］，證實了姚家組炎熱干旱的古氣候背景。需要注意是，目前鉆孔揭示的河道具有單個河道和疊置河道兩種樣式，前者在姚家組底部最為明顯，而后者出現(xiàn)在姚家組中上部。嫩江組一段較其下泉頭組、青山口組、姚家組更厚，超過200 m 厚；其內(nèi)部以三角洲和濁積相充填為主。三角洲前緣特征明顯，可見明顯的含炭屑紋層細砂巖（水下分流河道，圖2g）、逆粒序（河口壩沉積，圖2h）、重力流滑塌（前三角洲，圖2j、k）等特征；而濁積扇砂巖表現(xiàn)出底部明顯的底礫巖，向上變?yōu)閿?shù)米厚的純凈粗砂巖，且其頂?shù)拙焉詈嘞拗?。嫩江組二段以極厚層灰黑色含化石泥巖為標(biāo)志（圖2a）。嫩江組三、四段以三角洲沉積為主，因剝蝕嚴(yán)重，殘留厚度有限。

自底到頂，顯示泉頭組沖積扇-辮狀河相、青山口組深湖-半深湖-三角洲相、姚家組曲流河相、嫩江組一段深湖-半深湖-三角洲相、嫩江組二段深湖相、嫩江組三四段三角洲相的垂向沉積相變化，反映兩個大的湖退-湖侵的沉積旋回，與全盆的沉積演化基本一致［9］，表明區(qū)內(nèi)地層劃分基本正確。

2.3 地層對比格架

依據(jù)地層對比標(biāo)志，在單孔地層劃分及沉積相研究的基礎(chǔ)上，通過區(qū)內(nèi)骨架剖面的連井對比，顯示區(qū)內(nèi)姚家組以紅雜色巖性組合為主，與姚家組沉積期整體干旱的古氣候大體吻合特征［16，23］，且主要沉積層的鈾礦鉆孔和石油鉆孔的地層厚度協(xié)調(diào)性好（圖3、4），表明本次研究提出的地層對比標(biāo)志在研究內(nèi)普遍適用。

圖3 松遼盆地東北部北東向地層格架（拉平嫩二段底界面）Fig.3 NE stratigraphic framework by flattened the bottom boundary of K2n2，northeastern Songliao Basin

北東向地層對比剖面顯示了研究區(qū)現(xiàn)今跨越東北隆起區(qū)海倫隆起—北部傾沒區(qū)乾元隆起—中央坳陷區(qū)明水階地3 個構(gòu)造單元、由盆緣到盆地中心的晚白堊世地層結(jié)構(gòu)（圖3）：1）盆緣單斜隆起區(qū)，僅嫩三四段、嫩二段、嫩一段在盆緣呈角度不整合與上伏第四系接觸，其下主要找礦目的層姚家組等地層均被嫩江組泥巖強烈超覆；2）中西部背斜隆起區(qū)背斜軸不隆起遭受剝蝕，使得嫩三四段、嫩二段、四方臺組、明水組頂部地層遭受剝蝕進而形成含鈾含氧水的滲入窗口，重要探索目的層姚家組之上地層仍被厚層嫩二段泥巖超覆。從剖面特征顯示的地層特征來看（圖3），嫩江末以來的新生代構(gòu)造隆升強度不足以將全部的嫩江組泥巖剝掉（嫩江組殘留厚度最薄處仍有120 m），造成姚家組之下的主要找礦目的層被強烈超覆。為了摸清姚家組、青山口組、泉頭組的地層疊置樣式，本次研究采用拉平最大水進面的方法恢復(fù)嫩二段沉積前的古地理（圖3）：自底到頂，泉頭組、青山口組向盆緣楔形減薄、上超于盆地基底之上，而其上的姚家組、嫩一段沉積范圍較大；從地層厚度上看，嫩一段最厚。就砂體條件來看，盆緣井的姚家組砂體厚度變化大且不穩(wěn)定，反而中部（S53-S13-S44，背斜西翼）砂體厚度較大。結(jié)合單井分析，推測東側(cè)發(fā)育的河道規(guī)模較小，且以單河道為主；西翼河道規(guī)模較大，可能為復(fù)合河道。就砂巖型鈾礦的成礦條件來看，姚家組無滲入窗口是最不利的成礦條件，在勘探中需要注意此地質(zhì)風(fēng)險；而青山口組、泉頭組除盆緣少數(shù)鉆孔有所揭露外，絕大多數(shù)鉆孔并未揭露，結(jié)合青山口組頂部存在區(qū)域不整合界面［26］，其可能在盆緣形成含鈾含氧水滲入窗口，加之其砂體條件良好，青山口組、泉頭組仍有找礦潛力，故建議其作為找礦新層位來進一步探索。

北西向跨北部傾沒區(qū)—乾元隆起—東北隆起區(qū)海倫隆起的連井剖面（圖4，以鉆孔S53與圖3），整體呈構(gòu)造單斜形態(tài)，泉頭組、青山口組、姚家組、嫩一段、嫩二段、嫩三四段、四方臺組自底到頂依次向盆內(nèi)不斷推進。剖面顯示嫩一段底部黑色泥巖標(biāo)志層，晚白堊世地層厚度協(xié)調(diào)較好，表明新的地層對比方案較為合理。其地層結(jié)構(gòu)與圖3 展示的特征類似，僅四方臺組、嫩三四段、嫩二段具有滲入窗口。考慮到盆緣青山口組砂體發(fā)育，盆內(nèi)砂體可能不發(fā)育，其在盆地方向的標(biāo)志應(yīng)該更加明顯，但目前盆地并未有鉆孔控制，故其界線需要進一步跟蹤研究。圖4 表明，姚家組中下部砂體條件良好，且周邊鉆孔（S53）中見褐黃色泥巖，在合適的條件下具備層間氧化的可能。另外，從地層厚度上看，青山口組、姚家組、嫩一段具有相隆起楔形減薄的趨勢，而泉頭組則呈蹺蹺板形態(tài)。需要注意的是，剖面顯示了海倫北部一個隱伏隆起（圖4），且目前鉆孔的數(shù)據(jù)顯示其為花崗巖隆起，考慮到泉頭組、青山口組、姚家組直覆蓋在該隆起之上，其對鈾成礦的影響需要做專題進行討論。

圖4 松遼盆地東北部北西向地層格架（拉平嫩二段底界面）Fig.4 Stratigraphic framework of NW strike K2n2 by flattening the bottom boundary，northeastern Songliao Basin

2.4 地層對比新方案

在典型鉆孔精細分析、地層標(biāo)志層總結(jié)及單井-連井地層格架等實際工作的基礎(chǔ)上，本次研究建立了松遼盆地東北部含鈾地層劃分方案（圖5）。該方案較前人方案，具有以下優(yōu)勢：1）明確提出了松遼盆地東北部上白堊統(tǒng)存在3 套黑灰色含介形蟲-葉肢介泥巖層，自底到頂分別為青一段標(biāo)區(qū)域志層、嫩一段局部標(biāo)志層、嫩二段區(qū)域標(biāo)志層；2）新方案中姚家組以紅泥灰砂為主（局部出現(xiàn)紅泥紅砂），其巖性組合代表的干旱古氣候特征與全盆的古氣候特征基本吻合；3）新方案中晚白堊世地層的厚度協(xié)調(diào)性好，有效地解決了之前方案厚度不協(xié)調(diào)的問題，進而搭建了區(qū)內(nèi)鈾礦鉆孔和石油鉆孔可對比的橋梁。

圖5 松遼盆地東北緣含鈾地層對比方案Fig.5 Stratigraphic correlation proposal of the uranium bearing strata in northeastern Songliao Basin

3 找礦意義

3.1 后生改造較弱的地質(zhì)解釋

松遼盆地東北部砂巖型鈾礦的勘查實踐表明，區(qū)內(nèi)主要找礦層位的后生改造普遍較弱或者普遍缺乏后生改造：如姚家組多顯示紅泥灰砂的原生氧化，青山口組以灰色建造為主，泉頭組的砂巖亦多呈灰色（圖4）；個別地區(qū)發(fā)現(xiàn)的氧化砂巖其顏色以灰黃色為主，且厚度極?。?.1～0.3 m），氧化強度及氧化規(guī)模都非常有限。

從新方案指導(dǎo)下的地層對比表明，研究區(qū)主要找礦目的層（姚家組、青山口組、泉頭組）被嫩江組強烈超覆（圖6）。區(qū)內(nèi)嫩江組以嫩二段、嫩一段分布最為廣泛，對后生改造的影響最大。嫩二段泥巖厚（80～200 m）且分布范圍廣；嫩一段雖然局部砂巖較發(fā)育，但整體呈透鏡狀，且分布局限。嫩江組整體表現(xiàn)出巨厚層細粒沉積特征（地層厚度為280～550 m），這種巨厚的強超覆地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得晚白堊世末期的構(gòu)造隆升不足以將全部嫩江組剝掉，從而造成主要找礦目的層無法接受新生代含鈾含氧水的改造，這可能是區(qū)內(nèi)超覆層之下地層后生改造較弱的主要原因。

3.2 砂巖型鈾礦深部找礦意義

之前的地層對比方案顯示，研究區(qū)目前施工的鉆孔已經(jīng)鉆遇了晚白堊世的全部地層，揭露地層中并無大的找礦發(fā)現(xiàn)。新方案指導(dǎo)下的地層對比方案將之前嫩江組一段之下的地層層位整體下調(diào)，造成新方案指導(dǎo)下的主要含礦層位的深度加大。其精細的地層對比表明，目前研究區(qū)內(nèi)的絕大多數(shù)的鉆孔僅鉆穿了姚家組之上的上白堊統(tǒng)，其下的青山口組、泉頭組僅盆緣的少數(shù)鉆孔有所揭露（圖3），尤其是深部的泉頭組，目前鉆穿的鉆孔少之又少。松遼盆地東北緣泉頭組、青山口組等深部目標(biāo)層位的揭露不足的勘查現(xiàn)狀表明，青山口組、泉頭組可作為盆地北部深部尋找古礦的新層位加以探索。

通過盆地構(gòu)造演化史的梳理，在巖心精細觀察的基礎(chǔ)上，通過連井對比確定青山口組與姚家組之前存在一個區(qū)域不整合界面［26］（88.5～85.8 Ma），該不整合界面代表不小于2.7 Ma 的沉積間斷［15］，對應(yīng)缺失姚家組底部和部分青山口組。在盆內(nèi)局部古隆起附近，該不整合面表現(xiàn)出姚家組直接覆蓋在泉頭組之上，其間缺失青山口組沉積（圖6）。考慮到青山口組的沉積時限（91.4～86.16 Ma［13］），這個區(qū)域不整合代表的沉積間斷可能超過5.6 Ma，且其橫向延伸超過10 km，這個延續(xù)時間相對長、分布規(guī)模相對大的不整合暴露使得泉頭組在古隆起邊緣具備了含鈾含氧水滲入的可能性。加之盆緣個別鉆遇泉頭組的鉆孔顯示其具有良好的辮狀河砂體，且其頂?shù)拙哂蟹€(wěn)定的隔水層（青一段泥巖、基底），構(gòu)成穩(wěn)定的泥-沙-泥結(jié)構(gòu)，基本上具備了地質(zhì)歷史時期發(fā)育大型層間氧化的可能性。

圖6 松遼盆地東北緣地層結(jié)構(gòu)與沉積充填［15］Fig.6 Stratigraphic construction and sedimentary deposits in northeastern Songliao Basin

幸運的是，在通過新方案指導(dǎo)下的地層對比結(jié)合巖心觀察發(fā)現(xiàn)，泉頭組在古隆起附近存在明顯的后生氧化蝕變分帶（圖7），即近盆緣方向強氧化帶內(nèi)的中粗砂巖、砂礫巖中發(fā)育明顯的褐鐵礦化后生蝕變，強氧化帶前端內(nèi)見明顯的高嶺土化蝕變（圖8）。該氧化帶平面展布超過40 km，規(guī)模相對較大。根據(jù)砂巖型鈾礦成礦理論，推測其前方的氧化還原過渡帶內(nèi)可能具有工業(yè)鈾礦體的存在，推測礦體埋深在750～900 m 之間。該發(fā)現(xiàn)為泉頭組的深部找礦注入了信心。

圖7 松遼盆地東北緣深部泉頭組氧化帶及推測礦體Fig.7 Oxidation zone and inferred ore body of Quantou Formation，northeastern Songliao Basin

圖8 松遼盆地東北緣深部泉頭組后生氧化蝕變分帶Fig.8 Epigenetic oxidation alteration zoning of Quantou Formation，northeastern Songliao Basin

4 結(jié)論

通過地層劃分標(biāo)志總結(jié)、單井-連井地層-沉積相分析等工作，建立了松遼盆地東北緣晚白堊世含鈾地層對比新方案。該方案可為區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦的地層對比提供快速、準(zhǔn)確、客觀的依據(jù)。相較于舊方案，新方案具有以下優(yōu)點：理清了嫩一段與姚家組直接的地層邊界；新方案中重要沉積期巖性組合與古氣候?qū)?yīng)良好；新方案有效解決了之前方案厚度不協(xié)調(diào)的問題，進而搭建了鈾礦鉆孔與深部石油孔的對比橋梁。

松遼盆地東北部晚白堊世含鈾地層對比方案的構(gòu)建對研究區(qū)深部找礦具有重要的實踐意義：1）其明確了區(qū)內(nèi)的強超覆背景，直接解釋了盆地北部嫩江組下部地層后生改造較弱的鈾礦地質(zhì)問題，指出遼盆地東北的找礦方向調(diào)整為“力爭尋找強超覆層之下的古礦”；2）新方案指導(dǎo)下的地層對比發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)目前姚家組以上地層揭露較好，其下地層控制程度低，據(jù)此建議青山口組、泉頭組可作為找礦新層位加以探索；3）發(fā)現(xiàn)了盆地北部的深部找礦線索，即古隆起附近泉頭組氧化蝕變分帶前端可能存在古礦體，盆地東北部的深部找礦應(yīng)以泉頭組為主，找鈾區(qū)域聚焦于古隆起邊部。