運(yùn)威旭，盧勝軍，羅 敏，趙忠華

(核工業(yè)二四○研究所，遼寧 沈陽 110032)

地浸砂巖型鈾礦床以產(chǎn)出規(guī)模大、易開采、環(huán)境污染小、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，成為當(dāng)今全球鈾礦勘查的重點(diǎn)之一，也是中國主攻的找礦方向[1]。隨著對(duì)松遼盆地研究的不斷深入，鈾礦找礦工作取得了重大突破，特別是松遼盆地南部錢家店特大型鈾礦床的發(fā)現(xiàn)，掀起了砂巖型鈾礦找礦的新高潮[2-3]。

相比于松遼盆地南部找礦的重大突破，對(duì)松遼盆地北部的砂巖型鈾礦地球化學(xué)特征及成礦潛力分析研究較少，尤其是依安地區(qū)四方臺(tái)組，工作程度很低，前人僅通過地表調(diào)查及少量的鉆孔施工，確定擁有良好的砂體條件，就將目的層定為四方臺(tái)組[4-5]。這些研究不夠深入，尤其對(duì)地層砂體條件和巖石地球化學(xué)環(huán)境的研究薄弱，致使該地區(qū)砂巖型鈾礦找礦工作一直未能取得突破[6-8]。為此，筆者以水成鈾礦理論[9]為指導(dǎo)，借鑒前人關(guān)于松遼盆地北部基礎(chǔ)地質(zhì)研究的相關(guān)成果，采用地層砂體、元素含量等對(duì)比分析方法，對(duì)依安地區(qū)南部成礦潛力進(jìn)行研究。

1 依安地區(qū)地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造位置

研究區(qū)位于松遼盆地北部的齊齊哈爾-克山一帶，鄰近依安縣，如圖1所示。依安地區(qū)次級(jí)構(gòu)造發(fā)育，主要有依安凹陷、三興背斜、克山依龍背斜、西部斜坡區(qū)。本區(qū)域地層變化大，為盆地基底傾沒于中央坳陷處，地層傾角較小，整體構(gòu)造形態(tài)較舒緩[10-14]。

1.2 地層特征

依安地區(qū)四方臺(tái)組分布面積較廣，層位厚度穩(wěn)定，地層頂板埋深為120～560 m，地層厚度為50～170 m。地層巖性主要為黃色、灰綠色、灰黃色、灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，夾褐紅色、灰綠色、灰色、深灰色泥巖互層；上部以黃色、灰黃色和灰色中細(xì)砂巖為主，夾薄層褐紅色、灰色泥巖和粉砂巖，整體粒級(jí)較細(xì)，粒級(jí)自上而下呈增大的趨勢；下部以黃色、灰綠色、灰黃色和灰色含礫粗砂巖和粗砂巖為主，與薄層褐紅色泥巖和粉砂巖互層，如圖2～3所示。砂巖主要以灰色和淡黃互層，主要為灰黃色，褐鐵礦和鈣質(zhì)砂巖發(fā)育。

圖2 依安地段ZKY2-2孔四方臺(tái)組綜合柱狀圖Fig. 2 Comprehensive histogram of ZKY2-2 hole of Sifangtai Fm in Yi′an area

四方臺(tái)組上部與明水組一段為連續(xù)沉積，底部與嫩江組為角度不整合接觸，明水組、嫩江組厚層深灰色泥巖可作為鈾成礦所必須的隔水層頂?shù)装?，與四方臺(tái)組的砂巖層形成明顯的泥-砂-泥二元結(jié)構(gòu)，具備成礦潛力。四方臺(tái)組砂巖層主要為辮狀河沉積，具備成礦空間，且在該地區(qū)埋深較淺，易于鉆探揭露，為該地區(qū)主要目的層位。

1—斷層；2—一級(jí)構(gòu)造單元；3—盆地界線；4—石油采油區(qū)。圖1 松遼盆地北部斷裂分布圖Fig. 1 Fault distribution map of northern Songliao basin

1.3 構(gòu)造特征

盆地內(nèi)部的構(gòu)造可分為盆地基底構(gòu)造和蓋層構(gòu)造兩大部分?；讟?gòu)造受盆地所處的大地構(gòu)造背景及其演化歷史的制約，而蓋層構(gòu)造的發(fā)育又是基底構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)活演化的結(jié)果?；讕r性主要由中深變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖和同期花崗巖組成，其分布具有“東西分帶”的特點(diǎn)[15]。盆地邊緣廣泛分布加里東期、海西期和燕山期花崗巖及花崗閃長巖，分布面積約占基底面積的1/3;且分布具有一定的規(guī)律性，所發(fā)育的大范圍穩(wěn)定花崗巖體為松遼盆地提供大量物源和鈾源，使得工作區(qū)巖體在成巖期就進(jìn)行鈾預(yù)富集，為成礦奠定了基礎(chǔ)[16]。

基底構(gòu)造主要受北東向、北西向、南北向和東西向4組深大斷裂影響，其中以北東向、北西向斷裂為主。南北向構(gòu)造和東西向構(gòu)造發(fā)育時(shí)期較早，形成于海西運(yùn)動(dòng)時(shí)期；北東向構(gòu)造和北西向構(gòu)造主要形成于三疊紀(jì)末的晚印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期。北西方向的濱州斷裂(圖1中加粗紅線)對(duì)該工作區(qū)四方臺(tái)組具有重要影響，是松遼盆地北部地區(qū)橫貫盆地的3條北西向大斷裂之一，全長320 km。濱州斷裂與基巖頂面等厚線展布方向具有良好的一致性，表明濱州斷裂對(duì)中生代沉積具有一定的控制作用，它既控制了斷陷的形態(tài)，也控制了還原物質(zhì)的生成及聚集，影響著物質(zhì)的分布；并對(duì)四方臺(tái)組發(fā)生二次還原作用的S(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)等還原物質(zhì)提供運(yùn)移通道，控制著四方臺(tái)組砂體氧化還原環(huán)境、氧化還原前鋒線位置，以及砂體后期改造程度。

2 四方臺(tái)組巖石地球化學(xué)特征

2.1 砂體特征

從北向南方向，四方臺(tái)組上部砂體粒度變化不大；下部砂體粒度逐漸變細(xì)，泥巖逐漸增多，但仍以砂巖為主。從西向東方向，四方臺(tái)組為泥-砂-泥的轉(zhuǎn)變，中部砂體最厚，向西和向東兩側(cè)泥巖厚度變大，砂體變薄，砂巖近似呈舌狀沉積，如圖4～5所示。

砂體被北部、北東部和北西部的氧化水所氧化。根據(jù)物探資料[17]，推測因被濱州斷裂所帶來的還原物質(zhì)二次還原，使得砂體從北到南氧化逐漸減弱，顏色逐步加深。從西到東，四方臺(tái)組先為褐紅色泥巖，為洪泛沉積形成；隨后出現(xiàn)砂體并逐步變粗，從細(xì)砂巖到礫巖變化；最后再次轉(zhuǎn)變成褐紅色和灰綠色泥巖沉積。邊部砂體以灰色調(diào)為主，主要為洪泛沉積形成，未經(jīng)后期氧化水改造作用，保留了原生砂巖特征；而中部砂體經(jīng)過后期氧化水改造和二次還原物質(zhì)作用后形成黃色、灰綠色和灰色砂體，并出現(xiàn)灰色砂體中有灰黃色砂體殘留。

2.2 巖石地球化學(xué)特征

分析了本工作區(qū)采集的砂巖和泥巖樣品，部分分析結(jié)果見表1，表中樣品數(shù)據(jù)按從北到南鉆孔順序排列?？梢钥闯觯S樣品顏色變深，灰色調(diào)加強(qiáng)，該地區(qū)砂巖中鈾元素平均含量變大。褐紅色泥巖的鈾含量較高，因?yàn)槟鄮r的吸附能力較強(qiáng)，使得鈾元素平均含量偏高。深灰色砂巖的w(U)最高為4.48×10-6，黃色砂巖的w(U)為1.45×10-6，深灰色砂巖的w(U)約為黃色砂巖w(U)的3倍，說明南部砂巖具備鈾成礦潛力。

2.2.1 鈾元素特征

表1 松遼盆地北部依安地區(qū)四方臺(tái)組樣品分析結(jié)果Table 1 Sample analysis results of Sifangtai Fm in Yi′an area, northern Songliao basin

從圖6可看出，鈾平均含量從北到南逐漸變大；而從西到東鈾含量呈現(xiàn)先減少再增加的趨勢。結(jié)合圖5可知，泥巖中鈾元素含量較高，砂體中鈾元素含量較低。這也符合四方臺(tái)組砂體特征，向南部方向，砂體顏色加深，以灰色、深灰色為主;同時(shí)鈾元素含量也增高。這說明鈾被氧化水從北部析出運(yùn)移到南部，鈾被二次還原沉淀，在巖體中含量增多，該趨勢與地層特征變化非常吻合。

2.2.2 硫和鐵元素特征

通過對(duì)依安地區(qū)S和Fe等還原指示元素的分析可知，F(xiàn)e(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)(指w(Fe(Ⅲ))/w(Fe(Ⅱ))，下同)從北到南逐漸變大(圖7)，南部為3.963，北部為0.658，最大值約為最小值的6倍。w(S(Ⅱ))從北向南逐漸變小(圖8)，北部為0.385，南部為0.002。Fe(Ⅱ)和S(Ⅱ)等還原介質(zhì)變化范圍較大，砂體經(jīng)歷過多次氧化還原作用，北部w(S(Ⅱ))較大，F(xiàn)e(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)較?。辉谀喜康土騾^(qū)中，局部存在中硫區(qū)和高硫區(qū)，中硫區(qū)局部存在高硫區(qū)。在南部高Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)，區(qū)局部存在中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)區(qū)和低Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)區(qū)，中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)區(qū)局部存在低Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)區(qū)。

推測原生砂體為水下還原環(huán)境沉積，后因從北部、東北和西北部氧化水流經(jīng)，砂體被氧化，最后被從南部濱州斷裂涌上的還原物質(zhì)進(jìn)行二次還原。砂體被還原消耗了還原物質(zhì)，使得Fe(Ⅱ)和S(Ⅱ)等還原介質(zhì)在南部減少，生成Fe(Ⅲ)；北部Fe(Ⅱ)和S(Ⅱ)含量大于南部含量，F(xiàn)e(Ⅲ)含量小于南部。另外，前文論述的地層和砂體特征、鉆孔巖心中灰色砂體局部殘留黃色和灰黃色砂體，也證實(shí)了這一點(diǎn)。

2.3 南部鉆孔驗(yàn)證

通過鈾、硫和鐵元素變化趨勢的理論指導(dǎo)，對(duì)南部濱州斷裂附近的泰康地段進(jìn)行鉆孔施工，發(fā)現(xiàn)鈾礦化孔8個(gè)，鈾異?？?個(gè)，埋深多在450～640 m，鈾元素含量較北部顯著增多，效果良好。

在南部濱州斷裂附近進(jìn)行鉆探施工(圖9～10，圖9中紅線為伽馬值，圖10中黑線為圖9剖面所處位置)，結(jié)果顯示：砂體中鈾平均含量從北到南逐漸增加，多個(gè)鉆孔已達(dá)到礦化水準(zhǔn)，伽馬值約30 nC/(kg·h)。砂體以灰色調(diào)為主，為還原環(huán)境，多以細(xì)砂為主，粒度較北部變細(xì)，厚度變化不大，鈾元素較多,S(Ⅱ)元素較多，F(xiàn)e(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)較小。鉆探分析結(jié)果驗(yàn)證了前文推測的砂體北部氧化、南部二次還原鈾富集趨勢的正確性，該區(qū)域具備成礦潛力。

1—盆地邊界；2—四方臺(tái)組剝蝕界線；3—底板等值線。圖10 依安地區(qū)南部四方臺(tái)組鉆孔分布Fig. 10 Borehole distribution of Sifangtai Fm in the southern Yi′an area

3 討論

3.1 砂體后生蝕變改造因素

通過與其他鈾礦床對(duì)比可知，一般砂巖型鈾礦主成礦期在前，還原物質(zhì)滲出改造作用在后，將早期形成的礦體保護(hù)起來，同時(shí)也將早期黃色氧化帶二次還原成灰綠色或藍(lán)色，使鈾礦找礦更加復(fù)雜化[19]。如鄂爾多斯盆地東勝鈾礦床礦化產(chǎn)于直羅組灰綠色砂巖與灰色砂巖之間的過渡帶。這與本研究區(qū)情況十分相似，推測認(rèn)為在南部地區(qū)也經(jīng)歷過類似的早期氧化作用和后期二次還原作用，形成大量灰綠色砂體。

3.2 砂體后生蝕變與鈾礦化關(guān)系

還原物質(zhì)的還原作用包括對(duì)砂體的還原和對(duì)鈾的直接還原兩種。

對(duì)砂體的還原作用包括對(duì)氧化砂體的二次還原作用以及增強(qiáng)弱還原性灰色砂體的還原能力。無論是對(duì)氧化砂體的二次還原(褪色化蝕變)，還是增強(qiáng)灰色砂體的還原能力，均為砂體中鈾的沉淀富集準(zhǔn)備了局部還原環(huán)境，如同本研究區(qū)砂體中局部形成的炭化植物碎屑(圖11)。本區(qū)域成礦機(jī)理和松遼盆地南部錢家店特大型鈾礦床相同。

圖11 氧化砂體、弱氧化砂體、灰綠色砂體和炭化植物碎屑Fig. 11 Oxidized sand body, weakly oxidized sand body, grey-green sand body and carbonized plant debris

對(duì)鈾的直接還原作用體現(xiàn)在還原物質(zhì)既可存在于巖石裂隙或碎屑表面，也溶于含鈾含氧水中，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鈾含氧水的直接還原。研究區(qū)內(nèi)的淡黃色和灰色砂巖共存即為證據(jù)(圖3)。

圖3 依安地段ZKY2-2孔砂巖后生作用Fig. 3 Epigenesis of sandstone in hole ZKY2-2 in Yi′an area

3.3 鈾成礦潛力分析

研究區(qū)的ΔEh和pH低，可能是還原作用降低了鈾沉淀作用對(duì)ΔEh和pH條件的要求，使得ΔEh和pH低于一般成礦要求。值得注意的是，在鈾成礦作用過程中，還原物質(zhì)不僅起還原作用，還可能順著通道把下部層位中的鈾攜帶上升，并參與鈾的成礦富集作用，為鈾成礦奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

松遼盆地北部依安地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境為形成富鈾砂體和層間氧化帶，提供了有利的成礦環(huán)境。北西方向的濱州斷裂對(duì)工作區(qū)四方臺(tái)組砂體和元素含量起著重要影響，可能提供運(yùn)移通道，對(duì)還原物質(zhì)的生成及聚集起著控制作用，影響著物質(zhì)的分布，并控制著四方臺(tái)組砂體的氧化還原環(huán)境，為層間氧化帶含鈾含氧層間水的遷移和聚集提供了良好的條件。

依安地區(qū)尋找砂巖型鈾礦的有利目的層為該區(qū)南部上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組。通過鈾、硫和鐵元素分析和鉆孔驗(yàn)證得知，在南部砂體中有著很高的鈾元素含量，多個(gè)鉆孔達(dá)到礦化水準(zhǔn)。通過硫和鐵指示元素分析，推測砂體可能經(jīng)過原生沉積作用、后生氧化作用和在南部附近的二次還原作用，使得砂體中鈾平均含量由北向南部逐漸增加，可能在南部形成鈾礦床。通過與其他礦床對(duì)比，認(rèn)為研究區(qū)的四方臺(tái)組砂體成礦潛力類型屬于與還原物質(zhì)二次還原作用有密切關(guān)系的層間氧化帶型。