陳振巖, 滿安靜, 陳星州, 熊耀華, 邵建欣, 王 雷, 孫 平

沉積盆地水文地質(zhì)與砂巖型鈾礦成礦關(guān)系——以松遼盆地開魯坳陷砂巖型鈾礦為例

陳振巖1, 滿安靜1, 陳星州2, 熊耀華1, 邵建欣1, 王 雷1, 孫 平1

(1.遼河石油勘探局新能源開發(fā)分公司, 遼寧 盤錦 124010; 2.遼河油田勘探開發(fā)研究院, 遼寧 盤錦 124010)

地層水是含礦溶液、成礦元素遷移的動(dòng)力和載體。因此, 水文地質(zhì)作用在砂巖型鈾礦成礦過程中扮演著重要角色。地層水的分帶性及其化學(xué)特征的一系列變化從一個(gè)側(cè)面反映砂巖型鈾礦成礦的可能性。本文以松遼盆地開魯坳陷砂巖型鈾礦為例, 從盆地地層水分帶性及其特征分析入手, 剖析了地層水分帶性與氧化?還原演變特征, 論述了水文地質(zhì)條件與鈾遷移的關(guān)系, 揭示了鈾成礦完整的地球化學(xué)環(huán)境演變序列。淺部序列完整指示砂巖型鈾礦的有利富集區(qū), 深部氧化帶(水交替強(qiáng)烈?guī)?缺失不利于鈾成礦。以此為基礎(chǔ), 提出古構(gòu)造的緩坡及溝槽是鈾成礦的有利區(qū)帶, 氧化帶預(yù)富集鈾是“匯”區(qū)潛在的重要源, 成礦期氧化帶規(guī)模對(duì)鈾礦床大小具有重要影響。上述認(rèn)識(shí)成功指導(dǎo)了松遼盆地開魯坳陷砂巖型鈾礦的勘查。

開魯坳陷; 錢家店鈾礦; 沉積盆地; 水文地質(zhì); 砂巖型鈾礦; 溝槽

0 引 言

20世紀(jì)90年代初, 開魯坳陷在油氣勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)鈾異常。此后, 歷經(jīng)20余年持續(xù)攻關(guān)及勘查實(shí)踐, 在錢家店地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ和錢Ⅴ等4個(gè)大型砂巖鈾礦富集區(qū)。隨著技術(shù)與理論不斷創(chuàng)新, 錢家店鈾礦勘查也不斷獲得新的突破, 4個(gè)鈾礦富集區(qū)已逐漸連片, 形成一個(gè)整裝特大型鈾礦床, 取得了找礦的重大突破。通過開魯坳陷砂巖型鈾礦的長期勘查實(shí)踐, 目前對(duì)其成礦規(guī)律有了較為明確的認(rèn)識(shí), 即: 氧化?還原過渡帶是鈾礦的主要成礦帶(付勇等, 2016)。這一認(rèn)識(shí)有效地指導(dǎo)了開魯坳陷砂巖型鈾礦的進(jìn)一步勘查。同時(shí), 在勘查實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了諸多疑問, 如目前發(fā)現(xiàn)的所有砂巖型鈾礦均位于氧化還原過渡帶, 其機(jī)理是什么？為什么砂巖型鈾礦多發(fā)育于盆地淺部？為什么砂巖型鈾礦多在構(gòu)造緩坡或溝槽內(nèi)成礦？以及為什么很多小型盆地鈾礦顯示異常, 但沒有成礦, 等等(濮金虎, 2009; 趙忠華, 2013; 劉武生等, 2018)。對(duì)此類問題研究以往鮮見文獻(xiàn)報(bào)道。本文以松遼盆地開魯坳陷砂巖鈾礦的勘查實(shí)踐為基礎(chǔ), 嘗試從盆地水文地質(zhì)作用與鈾遷移關(guān)系的角度探討鈾富集的機(jī)理, 以期對(duì)其他地區(qū)砂巖型鈾礦的勘查提供借鑒。

1 沉積盆地地層水分帶性明顯, 不同分帶地球化學(xué)環(huán)境差異大

沉積盆地砂巖型鈾礦的成礦過程是鈾離子以水為載體進(jìn)行遷移、聚集的動(dòng)力學(xué)過程。水不僅是鈾物質(zhì)遷移的載體, 也是能量的傳導(dǎo)者, 水的作用貫穿鈾成礦過程的始終。因此, 砂巖型鈾礦勘查中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題通常被認(rèn)為主要與沉積盆地地層水的演變有關(guān)(陳祖伊, 1999; Hobday and Gallowway, 1999)。然而, 早期的鈾礦以勘查為主, 地層水等相關(guān)資料有限, 而這一點(diǎn)恰恰是含油氣沉積盆地的優(yōu)勢(shì), 后者在多年油氣勘探開發(fā)中積累了大量的油、氣、水等相關(guān)資料, 為探討沉積盆地水文地質(zhì)與砂巖型鈾礦的富集關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)。

1.1 地層水縱向分帶及其特點(diǎn)

我國石油公司在含油氣沉積盆地多年勘探實(shí)踐中, 已經(jīng)揭示地層水平面和縱向上具有明顯的分帶性, 且這種分帶性幾乎存在于每個(gè)含油氣沉積盆地(陳中紅等, 2008; 銀燕, 2011a)。本文以遼河油田公司長期積累的大量油、氣、水勘查資料為基礎(chǔ), 重點(diǎn)分析了松遼盆地開魯坳陷內(nèi)發(fā)育的錢家店、陸家堡、龍灣筒和奈曼等四個(gè)次凹在不同深度樣品的水礦化度和原油密度的分布特征。研究結(jié)果表明, 縱向上, 地層水存在顯著分帶性, 不僅表現(xiàn)為地層水礦化度由淺至深地不斷遞增, 而且油品性質(zhì)、水化學(xué)特征、氧化還原程度、鈾礦的富集條件等諸多方面均與此有關(guān), 各個(gè)層段均表現(xiàn)出獨(dú)特的地球化學(xué)環(huán)境特征和成礦特征。這些特征前人曾有過初步揭示, 如依據(jù)礦化度的遞變特點(diǎn)將地層水分為Ⅰ型(開放體系)、Ⅱ型(半封閉體系)和Ⅲ型(封閉體系)(銀燕, 2011b; 邱余波等, 2017)。依原油密度遞變特點(diǎn)及稠化規(guī)律將其分為a型(氧化型)、b型(過渡型)和c型(還原型)(方朝量等, 1994; 牛嘉玉, 1995; 張守昌, 2004)。通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的深度解讀, 我們發(fā)現(xiàn)上述兩種方案在深度上是重疊的, 同時(shí)與鈾礦成礦的化學(xué)環(huán)境分帶也具有較高的吻合度。為此, 依據(jù)開魯坳陷已有數(shù)據(jù)資料和地質(zhì)背景, 重新對(duì)這種分帶性及其成礦效應(yīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。

(1) 淺部開放體系地下水系統(tǒng)(Ⅰ、a型)。該層段主要特點(diǎn)為地層水的礦化程度較低, 礦化度在5000 mg/L以下, 均值為3935 mg/L(圖1a)。原油密度普遍偏高且以稠油為主, 地層水的氧化能力較強(qiáng)。造成這種現(xiàn)象的主要原因是地層埋深淺, 處于開放性體系, 封閉性較差。同時(shí), 該層段處于成巖早期, 成巖作用差, 孔滲條件好, 大氣降水及各種水源補(bǔ)給充足, 導(dǎo)致該層段地層水的礦化程度較低?？傮w上, 該層段水體以溶濾?滲入水為主(花林寶等, 2010), 氧化能力強(qiáng), 為外循環(huán)型(圖2)。正是由于受氧化作用影響, 導(dǎo)致該層段的原油密度普遍較高, 在0.9 g/cm3以上, 均值為0.942 g/cm3, 表現(xiàn)為稠油富集區(qū)帶(圖1b)。同時(shí), 由于強(qiáng)烈的氧化作用, 該層段近盆地邊緣為鈾元素氧化溶解的最佳分帶區(qū), 具有完整的鈾礦成礦體系, 是尋找鈾礦的最佳位置。

(2) 中部半封閉體系地下水系統(tǒng)(Ⅱ、b型)。該層段主要特點(diǎn)為地層水礦化度較上一層段有所增加, 礦化度在4000～8000 mg/L, 均值為5961 mg/L, 礦化指標(biāo)中等(圖1a)。同時(shí), 該層段的原油密度嚴(yán)格受控于氧化程度及封閉條件。封閉差的地區(qū), 原油蝕變?yōu)槌碛? 封閉較好的地區(qū), 原油保存較好, 多為輕質(zhì)油。因此, 原油密度分布較寬, 介于0.84～0.94 g/cm3之間, 均值為0.911 g/cm3, 故該層段為稀油與稠油混合富集區(qū)帶(圖1b)。該層段處于中等埋藏深度, 屬開放到封閉的過渡地質(zhì)環(huán)境, 同時(shí)介于早成巖晚期?晚成巖早期之間, 孔滲條件中等偏下。因此, 該層段外部水體補(bǔ)給減弱, 水體以自生水為主, 部分可來自淺部開放體系, 地層水氧化能力顯著降低, 局部流動(dòng)、徑流條件弱, 屬混合循環(huán)型(圖2)。由于該層段埋深已達(dá)中等深度, 氧化能力明顯較弱, 不利于鈾離子的規(guī)模遷移, 鈾成礦條件受限, 形成大型鈾礦的潛力較小。

圖1 松遼盆地開魯坳陷地層水礦化度和原油密度縱向變化及分帶性

圖2 沉積盆地地層水縱向各帶特征示意圖

(3) 深部封閉體系地下水系統(tǒng)(Ⅲ、c型)。該層段水的礦化不斷增加, 為礦化度最高的層段, 礦化度多在5000 mg/L以上, 均值為9186 mg/L(圖1a)。同時(shí), 蓋層良好的封閉性, 提供了較好的保存條件, 使外界對(duì)油藏的干擾及破壞性較弱, 所以該層段原油保存較好, 原油密度多在0.81～0.9 g/cm3之間, 均值0.872 g/cm3, 為稀油富集區(qū)帶(圖1b)。該層段埋藏較深, 已處于成巖晚期, 巖層成巖作用強(qiáng), 孔滲條件相對(duì)較差, 水體為沉積?埋藏水, 難以獲取蝕源區(qū)補(bǔ)給, 以封閉還原環(huán)境為主, 地層水徑流條件差, 屬內(nèi)循環(huán)型(圖2)。因此, 受深部溫度、壓力和含氧量等因素影響, 該層段表現(xiàn)出較強(qiáng)的封閉性, 缺少了鈾礦成礦的“補(bǔ)?徑?排”系統(tǒng), 所以常規(guī)的砂巖型鈾礦在該層段富集成礦的可能性較低。

1.2 地層水平面分帶及其特點(diǎn)

砂巖型鈾礦勘查實(shí)踐中也常將地層水進(jìn)行平面分帶, 這種分帶性在地層水礦化度平面分布的差異性上也有體現(xiàn)(雷利安等, 2005; 吳丹石, 2014)。如圖1a可見, 地層水同一層帶內(nèi)其礦化度值域存在顯著差異。分析后發(fā)現(xiàn)距盆緣越遠(yuǎn), 其礦化度越大(表1)。本次研究依據(jù)松遼盆地開魯坳陷構(gòu)造、地層水補(bǔ)給高程和補(bǔ)給條件的平面分布特點(diǎn)(李學(xué)禮等, 2010), 將地層水平面上自盆緣向盆內(nèi)分為水交替強(qiáng)烈?guī)?、水交替緩慢帶和水交替滯留?圖3a)。

(1) 水交替強(qiáng)烈?guī)?。離盆緣較近, 具有較強(qiáng)的氧化溶濾作用, 對(duì)應(yīng)地球化學(xué)環(huán)境為氧化帶, 水中各種離子成分處于不飽和狀態(tài), 元素遷移能力強(qiáng), 可定義為元素遷移帶(圖3b)。

(2) 水交替緩慢帶。離盆緣較遠(yuǎn), 地下水交替緩慢, 溶解氧逐漸被消耗, 地球化學(xué)環(huán)境逐漸演變?yōu)檠趸€原過渡帶, 水中各種離子成分逐漸達(dá)到飽和狀態(tài), 可定義為元素聚集帶(圖3b)。

(3) 水交替滯留帶。離盆緣更遠(yuǎn), 水的補(bǔ)給、徑流條件差, 多為古封存水、交替滯緩, 地下水處于還原環(huán)境, 富含H2S、CH4等還原性氣體, 地球化學(xué)環(huán)境亦演變?yōu)檫€原帶, 可定義為元素滯留帶(圖3b)。

表1 松遼盆地開魯坳陷地層水縱向各帶的礦化度值域在盆地不同部位變化統(tǒng)計(jì)

圖3 松遼盆地開魯坳陷姚家組承壓水動(dòng)力平面分布示意圖(a)及分帶特征(b)

由此可見, 由水交替強(qiáng)烈?guī)У剿惶鏈魩? 地層水氧化能力逐漸減弱, 元素遷移能力逐漸降低, 地球化學(xué)環(huán)境也由氧化型逐步過渡到還原型, 直接影響鈾的遷移與富集。

1.3 地層水縱向?qū)佣闻c平面條帶的組合關(guān)系

從砂巖型鈾礦成礦體系角度, 盆地淺部具有地球化學(xué)環(huán)境的完整序列, 而深部序列不完整, 氧化帶(水交替強(qiáng)烈?guī)?缺失。依據(jù)各帶地球化學(xué)環(huán)境演變特征, 地層水開放體系包含水交替強(qiáng)烈?guī)?、水交替緩慢帶和水交替滯留? 半封閉體系包含水交替緩慢帶和水交替滯留帶, 封閉體系僅包含水交替滯留帶(表2)。在空間配置上, 從開放體系到封閉體系, 平面各帶逐漸向盆緣靠近。需要指出的是, 雖然沉積盆地地層水分帶性普遍存在, 但不同盆地因構(gòu)造演化和沉積體系的差異, 各個(gè)帶在深度上均隨盆地而變化。

2 水文地質(zhì)與鈾遷移的關(guān)系

眾所周知原始鈾元素主要源于深部地殼, 造山時(shí)期基巖鈾元素含量較高。因此, 盆地周邊的基巖提供了盆地內(nèi)的鈾元素和沉積物源。受沉積控制, 在盆地形成初期, 盆內(nèi)鈾元素的存在, 具有普遍性, 但達(dá)不到成礦的標(biāo)準(zhǔn)。所以, 鈾礦的形成需要一個(gè)后期再富集的過程。在這個(gè)過程中, 地層水具有不可替代的作用。前人大量研究已經(jīng)揭示, 沉積盆地砂巖型鈾礦的形成是鈾離子以水為載體發(fā)生的由源到匯再到聚的過程(邢秀娟等, 2008)。從前述地層水各個(gè)帶的特征可以發(fā)現(xiàn), 理論上, 盆地邊緣水交替強(qiáng)烈, 含氧量高, 是鈾元素被氧化溶解的重要區(qū)帶, 隨水流動(dòng)遷移, 流經(jīng)水交替緩慢帶, 氧元素不斷被消耗, 鈾元素被過渡帶的還原物質(zhì)逐漸還原沉淀富集。因此, 完整的地球化學(xué)環(huán)境演變序列, 是鈾成礦的先決條件。

表2 地層水縱向帶與平面帶的包含關(guān)系

2.1 鈾遷移特征

(1) 鈾遷移受水文地質(zhì)條件控制, 在過渡帶富集

鈾從蝕源區(qū)到成礦帶的遷移、沉淀過程, 是一個(gè)間斷、重復(fù)并不斷反復(fù)的復(fù)雜過程, 需要一個(gè)完整的氧化?還原演變序列, 最終在過渡帶富集成礦(羅朝文和王建鋒, 1990)。在氧化帶, 表生流體攜帶鈾以簡單U6+離子或 UO2(CO3)22?、UO2(OH)22?等絡(luò)合離子遷移。在過渡帶, 水文地質(zhì)條件發(fā)生變化, 巖性碎屑成分增多, 膠結(jié)作用增強(qiáng), 砂體物性變差, 非均質(zhì)性增強(qiáng), 水交替緩慢, 有機(jī)質(zhì)增多, 氧化帶砂體逐步由紅色蝕變?yōu)辄S色或灰白色, 地層水中各種離子成分逐漸達(dá)到飽和狀態(tài), 經(jīng)長期淋積成礦(羅梅, 1996; 吳柏林等, 2006)(圖4)。在還原帶, 地層腐泥質(zhì)成份增多, 富含H2S和CH4, 鈾遷移近乎停滯, 地層鈾含量變化不大。

(2) 成礦期氧化帶預(yù)富集的鈾是“匯”區(qū)潛在的重要源

前人通過分析鈾在各帶遷移過程中富集系數(shù)的變化, 認(rèn)為在沉積成巖作用階段存在鈾的預(yù)富集過程(馮曉曦等, 2017)。而在成礦階段, 氧化帶不僅僅是蝕源區(qū)鈾離子的運(yùn)移通道, 其自身預(yù)富集鈾的含量也大幅降低, 過渡帶鈾富集系數(shù)大幅增加, 而還原帶變化不大接近原始沉積基值(易超等, 2018)。這種特征在錢家店地區(qū)得到很好的驗(yàn)證。如姚家組姚一段(Y1)非礦段砂巖原始鈾富集系數(shù)高達(dá)3.18×10?6, 成礦階段, 在含氧古地下水的不斷滲入與淋濾作用下, 鈾富集系數(shù)降低為1.43×10?6, 遷移量占比55.3%; 過渡帶砂巖經(jīng)長期淋積, 其鈾富集系數(shù)達(dá)185.3×10?6, 與原始沉積基值相比增加57.27倍; 還原帶砂巖鈾富集系數(shù)為3.2×10?6, 變化不大, 接近原始沉積基值(表3)。泥巖因滲流能力弱, 離子交替緩慢, 鈾富集系數(shù)變化不大, 但與同帶砂巖具相同趨勢(shì)(表3)。鈾富集系數(shù)在各帶的變化規(guī)律在靠近礦帶的連井剖面表現(xiàn)清楚(圖5)。上述結(jié)果再次表明, 成礦階段氧化帶預(yù)富集鈾發(fā)生大規(guī)模遷移, 遷移的鈾是“匯”區(qū)另一個(gè)源, 在成礦過程中發(fā)揮重要作用(劉漢彬等, 2007)。

2.2 地層水分帶與潛在鈾成礦

由于沉積盆地淺部有完整的氧化?還原演變序列, 滿足成礦條件, 而深部氧化帶(水交替強(qiáng)烈?guī)?缺失, 不具備鈾離子遷移及蝕變疊加的成礦潛力。依此認(rèn)識(shí), 本研究對(duì)地層水各帶的成礦潛力進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。提出地層水開放體系與水交替緩慢帶的疊合區(qū)是最適宜的成礦區(qū), 是大型鈾礦床集中發(fā)育區(qū)帶。地層水開放體系包含水交替強(qiáng)烈?guī)?、水交替緩慢帶和水交替滯留帶。其? 水交替強(qiáng)烈?guī)茄趸瘞? 主要是供源; 水交替緩慢帶是過渡帶, 是鈾礦富集區(qū)帶; 水交替滯留帶, 是還原帶, 地層水中各種離子交替近乎停滯。地層水半封閉體系包含水交替緩慢帶和水交替滯留帶, 該體系具成礦潛力, 但因氧化(水交替強(qiáng)烈?guī)?帶缺失, 鈾離子難以大量遷移, 源不足, 雖具備成礦潛力, 但規(guī)模不大。地層水封閉體系由于僅發(fā)育還原帶, 水交替強(qiáng)烈?guī)Ш退惶婢徛?過渡帶)帶均缺失, 難以形成完整“補(bǔ)?徑?排”系統(tǒng), 不具備蝕變疊加成礦潛力。

圖4 氧化帶蝕變與鈾礦床配置示意圖

3 水文地質(zhì)與構(gòu)造緩坡或溝槽控礦的關(guān)系

目前國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鈾礦床有70%位于古構(gòu)造的緩坡或溝槽內(nèi)(姚振凱, 1983; 喬海明等, 2016)。研究區(qū)內(nèi)錢家店地區(qū)目前已落實(shí)的主礦帶含礦砂體構(gòu)造傾角均小于5°, 構(gòu)造上均位于緩坡和溝槽內(nèi)(表4)。該區(qū)構(gòu)造的雛形始于嫩江末期(反轉(zhuǎn)隆升及斷裂活動(dòng)期), 主成礦期古近紀(jì)輝綠巖脈侵入及古近紀(jì)中晚期掀斜構(gòu)造活動(dòng)形成區(qū)內(nèi)凹隆起伏的構(gòu)造形態(tài)(鄭紀(jì)偉, 2010), 與現(xiàn)今構(gòu)造基本一致, 地震剖面上該特征清楚(圖6)。這種現(xiàn)象是否表明古構(gòu)造的緩坡或溝槽是大型砂巖型鈾礦床的有利發(fā)育區(qū)？其機(jī)理是什么？是一個(gè)值得研究的問題。

從水文地質(zhì)和沉積體系演化角度分析, 構(gòu)造緩坡或溝槽具備鈾富集的理論基礎(chǔ)。地下水自地形較高的“源”, 向地形較低的“匯”處排泄, 在緩坡或溝槽內(nèi), 一方面水流明顯變緩, 另一方面也可以局部形成渦流, 水動(dòng)力交替變?nèi)? 巖屑及浮游顆粒逐步沉淀, 沉積體系向更趨前緣的微相轉(zhuǎn)變, 有機(jī)質(zhì)增多, 溶解氧也逐漸被消耗, 為化學(xué)障的形成提供了有利環(huán)境, 地下水中各種離子成分逐漸達(dá)到飽和狀態(tài), 對(duì)鈾的遷移作用也變?nèi)? 導(dǎo)致鈾在構(gòu)造緩坡或溝槽被還原沉淀, 并富集成礦(圖7)。但是, 盆地隨應(yīng)力機(jī)制轉(zhuǎn)變, 局部差異沉降, 成礦期的緩坡或溝槽, 與現(xiàn)今構(gòu)造可能存在較大差異, 應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

近年來, 錢家店地區(qū)通過細(xì)化研究單元, 實(shí)施高精度編圖, 大幅提高了構(gòu)造研究精度, 獲得了成礦期古構(gòu)造的形態(tài)(圖8)。以此為基礎(chǔ), 針對(duì)古構(gòu)造緩坡或溝槽, 部署鉆孔200余口, 鈾見礦率達(dá)80%, 頻頻獲得重要發(fā)現(xiàn)。因此, 本研究從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面初步揭示古構(gòu)造的緩坡或溝槽是鈾成礦的有利區(qū)帶, 其對(duì)鈾礦的成礦具有一定控制作用。

表3 錢家店錢Ⅱ塊主力含礦層系砂、泥巖在各帶鈾富集系數(shù)(′10?6)

圖5 錢家店錢井區(qū)Y4含礦層鈾富集系數(shù)在各帶變化趨勢(shì)

表4 錢家店地區(qū)各含礦區(qū)塊含礦地層產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)表

圖6 錢家店地區(qū)鈾礦床在地震剖面上的富集部位

圖7 溝槽部位水流方向與鈾礦床匹配關(guān)系示意圖

4 氧化帶規(guī)模與鈾礦床大小

錢家店特大型鈾礦床發(fā)現(xiàn)后, 對(duì)其臨近的龍灣筒凹陷和陸家堡凹陷等區(qū)域開展了系統(tǒng)預(yù)查工作, 在多個(gè)區(qū)帶見到較好礦化顯示, 且局部成礦, 但礦床規(guī)模均較小。經(jīng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn), 錢家店地區(qū)有別于其他區(qū)塊的顯著特征是氧化帶規(guī)模較大。具體表現(xiàn)為: 姚上段氧化帶向盆內(nèi)延伸較遠(yuǎn), 氧化帶呈弧形將錢家店礦帶三面包圍, 氧化帶較寬, 平面分布范圍大(圖9a)。姚下段氧化帶呈“舌”狀覆蓋整個(gè)錢家店地區(qū), 而其他凹陷除龍灣筒外氧化帶均不發(fā)育(圖9b)。通過氧化帶鈾的遷移遺失量計(jì)算, 錢家店地區(qū)僅姚家組的遷移量達(dá)30.67×104t, 是龍灣筒凹陷和陸家堡凹陷兩個(gè)區(qū)塊的2.5～5倍以上(表5)。

研究表明, 錢家店凹陷構(gòu)造演化與松遼盆地基本一致(徐增連等, 2019)。自白堊紀(jì)以來均經(jīng)歷了早白堊世斷陷期、晚白堊世早期的坳陷期及晚白堊世末期之后的構(gòu)造反轉(zhuǎn)三個(gè)主要演化階段。在斷陷及坳陷期, 錢家店凹陷受其東面隆起帶影響, 自西向東發(fā)育的辮狀河在此受阻改道, 形成局部辮狀河洼地, 主礦層姚家組沉積物中黏土礦物及有機(jī)質(zhì)含量較高, 在缺氧環(huán)境中, 有機(jī)質(zhì)中的碳?xì)浠衔镌诹蛩猁}還原菌的參與下使硫酸鹽還原產(chǎn)生硫化氫(100塊姚家組含礦巖石樣品硫的平均含量為0.15%, 最高含量可達(dá)1.85%), 弱氧化的過渡或還原環(huán)境, 使沉積成巖期預(yù)富集鈾, 得到良好的保存。嫩江組沉積期, 發(fā)生大規(guī)模湖侵, 生成了大套穩(wěn)定泥巖, 厚度50～100 ｍ, 覆蓋整個(gè)開魯坳陷, 富有機(jī)質(zhì)厚層湖相泥巖, 對(duì)姚家組滲透性砂巖進(jìn)行了還原劑的補(bǔ)充。嫩江末期開始, 開魯坳陷斷裂及構(gòu)造活動(dòng)加劇, 湖盆縮小, 局部隆升、反轉(zhuǎn), 裸露地表, 發(fā)生剝蝕作用, 形成單斜構(gòu)造和天窗, 含氧含鈾古地表水不斷滲入, 姚家組預(yù)富集鈾也逐漸活化, 并隨含氧含鈾地下水一起遷移, 成為“匯”區(qū)重要源, 當(dāng)?shù)叵滤械淖杂裳鹾谋M時(shí), 水中鈾被還原、吸附而疊加成礦。

按照現(xiàn)代鈾成礦理論, 砂巖型鈾礦床要達(dá)到一定的富集規(guī)模和工業(yè)品位, 必須是含氧含鈾地下水在長時(shí)期遷移、淋積作用下富集成礦, 如果僅僅是經(jīng)歷沉積?成巖作用, 只可能形成貧的鈾礦化(羅梅和趙杰, 2002)。鈾礦床規(guī)模與鈾遷移帶有關(guān), 鈾遷移帶與氧化帶密切相關(guān)。成礦期氧化帶在沉積成巖期存在鈾的預(yù)富集, 隨氣候及水文地質(zhì)條件的變化, 經(jīng)過氧化?還原多個(gè)帶的轉(zhuǎn)換, 因而鈾來源具多樣性和遷移的反復(fù)性。在水文地質(zhì)條件演變歷程中, 成礦期氧化帶若均處于地層水交替緩慢帶(過渡帶)和地層水交替滯留帶(還原帶)的弱氧化環(huán)境, 成礦過程中, 氧化帶將成為鈾礦床的重要源, 其寬窄和立體展布決定了鈾礦床的富集程度, 其大小決定鈾礦床的規(guī)模。

5 主要結(jié)論

(1) 沉積盆地地層水分帶具有普遍性, 縱向上可分為開放體系、半封閉體系和封閉體系, 自上而下, 地層水氧化能力逐漸減弱。平面上可分為水交替強(qiáng)烈?guī)А⑺惶婢徛龓Ш退惶鏈魩? 自盆緣向盆內(nèi), 地層水氧化能力逐漸減弱。地層水分帶性與氧化?還原帶演變揭示, 盆地淺部序列完整, 深部氧化帶(水交替強(qiáng)烈?guī)?缺失, 因而鈾礦床多發(fā)育在盆地淺部。地層水開放體系和水交替緩慢帶的疊合區(qū)是大型砂巖型鈾礦的富集區(qū), 而地層水半封閉體系與水交替緩慢帶的疊合區(qū)具有一定成礦潛力。

圖8 錢家店地區(qū)鈾礦床展布與溝槽匹配關(guān)系

圖9 松遼盆地開魯坳陷姚家組地球化學(xué)環(huán)境圖與已發(fā)現(xiàn)主要鈾礦床

表5 錢家店及周緣地區(qū)氧化帶鈾遷移量統(tǒng)計(jì)

(2) 砂巖型鈾礦成礦需要完整的氧化?還原序列, 一旦缺少氧化帶則難以規(guī)模成礦, 因而, 只有搞清沉積盆地的水文地質(zhì)及其隨古氣候的演變特征, 才能推動(dòng)鈾礦的高效勘查。

(3) 地層在沉積成巖期, 均不同程度存在鈾的預(yù)富集, 在地球化學(xué)環(huán)境演變歷程中, 若其均處于弱氧化環(huán)境, 其預(yù)富集鈾將成為鈾礦床的重要源, 其規(guī)模對(duì)鈾礦床的大小有重要影響。

(4) 水文過程與構(gòu)造緩坡或溝槽的耦合作用易于形成地球化學(xué)障, 對(duì)砂巖型鈾礦的成礦具有控制作用。應(yīng)強(qiáng)化成礦期古構(gòu)造形態(tài)的研究, 并重點(diǎn)尋找古構(gòu)造的緩坡或溝槽, 其是鈾礦勘查突破的有利部位。

本文撰寫過程得到多位專家的指點(diǎn), 北京大學(xué)李江海教授、西北大學(xué)劉池陽教授、吳柏林教授和浙江大學(xué)孫永革教授結(jié)合多年研究實(shí)踐對(duì)本文的觀點(diǎn)和論述提出建設(shè)性意見, 在此一并致以誠摯感謝。

陳中紅, 查明, 劉太勛. 2008. 東營凹陷古近系古湖盆演化與水化學(xué)場響應(yīng). 湖泊科學(xué), 20(6): 705–714.

陳祖伊. 1999. 古河道砂巖型鈾礦床的主要地質(zhì)特征及有關(guān)找礦工作的方針探討. 鈾礦地質(zhì), 15(1): 1–8.

方朝量, 張一偉, 張枝煥. 1994. 冷東?雷家地區(qū)重質(zhì)稠油地球化學(xué)特征及成因分析. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 16(4): 354–365.

馮曉曦, 金若時(shí), 司馬獻(xiàn)章, 李建國, 趙華雷, 陳印, 陳路路, 湯超, 奧琮, 王心華. 2017. 鄂爾多斯盆地東勝鈾礦田鈾源示蹤及其地質(zhì)意義. 中國地質(zhì), 44(5): 993–1005.

付勇, 魏帥超, 金若時(shí), 李建國, 奧琮. 2016. 我國砂巖型鈾礦分帶特征研究現(xiàn)狀及存在問題. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 90(12): 3519–3544.

花林寶, 梅花, 真允慶, 巫靜, 戴寶章. 2010. 試論我國油氣田與金屬礦床的伴生與共生關(guān)系. 地質(zhì)與勘探, 46(5): 814–827.

雷利安, 謝利化, 王金志, 曾萍. 2005. 黃河南地區(qū)地層水礦化度變化規(guī)律與油氣成藏. 新疆石油地質(zhì), 26(2): 152–185.

李學(xué)禮, 孫占學(xué), 劉金輝. 2010. 水文地球化學(xué)(第三版). 北京: 原子能出版社: 89–110.

劉漢彬, 夏毓亮, 田時(shí)豐. 2007. 東勝地區(qū)砂巖型鈾礦成礦年代學(xué)及成礦鈾源研究. 鈾礦地質(zhì), 23(1): 23–29.

劉武生, 趙興齊, 康世虎, 史清平, 張梓楠. 2018. 二連盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造與砂巖型鈾礦成礦作用. 鈾礦地質(zhì), 34(2): 81–88.

羅朝文,王劍鋒. 1990. 鈾成礦原理. 北京: 原子能出版社: 59–90.

羅梅. 1996. 中國北西部地區(qū)地浸砂巖型鈾礦床成礦條件、分布規(guī)律及找礦方向. 鈾礦地質(zhì), 12(4): 197–203.

羅梅, 趙杰. 2002. 大慶油田北部可地浸砂巖型鈾礦化分布特征及成因. 鈾礦地質(zhì), 18(6): 328–334.

牛嘉玉. 1995. 中國非常規(guī)油氣藏地質(zhì). 北京: 石油工業(yè)出版社: 112–134.

濮金虎. 2009. 內(nèi)蒙西部某盆地砂巖型鈾礦地質(zhì)及鈾成礦條件分析. 甘肅地質(zhì), 18(1): 51–55.

喬海明, 宋哲, 劉治國. 2016. 吐哈盆地十紅灘層間氧化帶砂巖型鈾礦床的控礦構(gòu)造及控礦機(jī)理探討. 東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 39(3): 217–212.

邱余波, 杜默, 王強(qiáng)強(qiáng), 楊軍鋒, 孫瀟. 2017. 伊犁盆地南緣沉積作用對(duì)層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦作用的控制. 現(xiàn)代礦業(yè), 3(3): 40–45.

吳柏林, 劉池陽, 張復(fù)新, 方錫衍, 劉雄. 2006. 東勝砂巖型鈾礦后生蝕變地球化學(xué)性質(zhì)及其成礦意義. 地質(zhì)學(xué)報(bào). 80(5): 740–745.

吳丹石. 2014. 紅河油田地層水類型及分布規(guī)律探討. 石油地質(zhì)與工程, 28(4): 49–50.

邢秀娟, 柳益群, 李衛(wèi)紅, 龔斌利. 2008. 鄂爾多斯盆地南部店頭地區(qū)直羅組砂巖成巖演化與鈾成礦. 地球化學(xué), 29(2): 179–187.

徐增連, 張博, 里宏亮, 李建國, 曾輝, 朱強(qiáng), 曹民強(qiáng), 魏佳林. 2019. 松遼盆地開魯坳陷錢家店地區(qū)姚家組砂巖地球化學(xué)特征及物源和構(gòu)造背景分析. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 38(3): 572–586.

姚振凱. 1983. 我國鈾礦床的大地構(gòu)造類型及其主要特征. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 7(2): 117–125.

易超, 王貴, 李西得, 張康, 王永君. 2018. 鄂爾多斯盆地東北部直羅組鈾富集特征及鈾成礦模式探討. 礦床地質(zhì), 37(4): 835–852.

銀燕. 2011a. 東營凹陷地層水水化學(xué)縱向分帶性與成巖耗水系統(tǒng)劃分. 油氣地質(zhì)與采收率, 18(3): 32–35.

銀燕. 2011b. 東營凹陷古近系地層水化學(xué)特征及其演化主控因素分析. 海洋石油, 31(1): 37–52.

張守昌. 2004. 遼河油區(qū)原油稠變的影響因素分析. 特種油氣藏, 11(5): 24–26.

趙忠華. 2013. 中國北東部新生代盆地地浸砂巖型鈾礦成礦條件及找礦方向. 地質(zhì)與資源, 12(1): 36–41.

鄭紀(jì)偉. 2010. 開魯盆地錢家店鈾礦床成礦地質(zhì)條件及勘探潛力分析. 鈾礦地質(zhì), 26(4): 193–197.

Hobday D K and Gallowway W E. 1999. Ground water processesand sedimentary uranium deposit., 7: 127–138.

Relationship Between Hydrogeology and Sandstone Uranium Mineralization in Sedimentary Basin: A Case Study of Sandstone Uranium Survey in the Kailu Depression of the Songliao Basin

CHEN Zhenyan1, MAN Anjing1, CHEN Xingzhou2, XIONG Yaohua1, SHAO Jianxin1, WANG Lei1and SUN Ping1

(1.124010,; 2.124010,)

Formation water is an important type of ore-bearing solution and a powerful carrier of ore-forming elements. Hydrogeology plays an indispensable role in the process of sandstone uranium mineralization. Therefore, the hydrochemical changes of groundwater can reflect the possibility of sandstone uranium mineralization. Taking the sandstone uranium deposit in the Kailu depression of the Songliao basin as an example, this paper analyzes formation water zonation and oxidation-reduction evolution characteristics, discusses the relationship between hydrogeological conditions and uranium migration, and reveals the complete sequence of geochemical evolution of uranium mineralization. The completeness of shallow sequences is favorable for sandstone uranium deposit, whereas the absence of deep oxidation zone is unfavorable for uranium mineralization. On this basis, it is proposed that the gentle slope and groove of the paleostructure are favorable zones for uranium mineralization; pre-enrichment of uranium in oxidation zone is an important source in the “catchment” zone; and the scale of oxidation zone in mineralization period affects significantly the size of the uranium deposits. The above understandings have successfully guided the exploration of sandstone uranium deposits in the Kailu depression of the Songliao basin.

Kailu depression; Qianjiadian uranium deposit; sedimentary basin; hydrogeology; sandstone uranium deposit; trench

P619.1

A

1001-1552(2021)06-1174-011

10.16539/j.ddgzyckx.2021.06.004

2020-04-28;

2021-11-11

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深地資源勘查開采”重點(diǎn)專項(xiàng)(2018YFC0604200)子課題“北方砂巖型鈾能源礦產(chǎn)基地深部探測(cè)技術(shù)示范”(2018YFC0604205)資助。

陳振巖(1963–), 男, 教授級(jí)高工, 博士。從事火山巖、潛山油氣藏和鈾礦勘查研究工作。Email: chenzy6@petrochina.com.cn