王奇輝，周偉，武正乾，馮博，趙友東，王曉鵬

（核工業(yè)二〇三研究所，陜西西安 710000）

近年來，隨著鄂爾多斯盆地北部一系列大型、超大型砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，與北部鈾成礦條件相似的盆地南部已經(jīng)成為相關(guān)地質(zhì)單位和學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。鄂爾多斯盆地南部作為近年來砂巖型鈾礦勘查的重點(diǎn)區(qū)域，勘探實(shí)踐表明，彬州地區(qū)目前已落實(shí)中型礦產(chǎn)地一處，具有較好的成礦潛力。前人對該地區(qū)的研究成果，為該區(qū)內(nèi)的找礦工作奠定了基礎(chǔ)［1-4］。鈾儲(chǔ)層不僅能提供鈾成礦流體的運(yùn)移空間，同時(shí)也為鈾礦的存儲(chǔ)提供了空間［5-6］，但目前針對該區(qū)鈾儲(chǔ)層空間分布與古水動(dòng)力學(xué)研究程度偏低，成為制約該地區(qū)鈾礦勘查工作取得突破的關(guān)鍵問題。因此，針對鈾儲(chǔ)層的粒度特征與古水動(dòng)力學(xué)意義的研究顯得尤為重要。

本文以彬州地區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層為研究對象，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)鉆孔資料，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對中侏羅統(tǒng)直羅組下段鈾儲(chǔ)層砂體厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并繪圖，明確研究區(qū)鈾儲(chǔ)層的空間分布特征，依據(jù)野外露頭、鉆孔巖心等資料，對鈾儲(chǔ)層沉積環(huán)境進(jìn)行初步識(shí)別，應(yīng)用激光粒度分析儀法對直羅組鈾儲(chǔ)層進(jìn)行粒度分析，以C-M圖、累積概率曲線圖、頻率直方圖、粒度參數(shù)散點(diǎn)圖為主要依據(jù)，探討沉積物的搬運(yùn)方式、水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境等，并進(jìn)一步分析了古水動(dòng)力特征，為該地區(qū)鈾成礦沉積條件和鈾礦找礦工作提供一定幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部陜西旬邑縣-彬州-長武縣一帶，行政上隸屬陜西省咸陽市管轄，涉及陜西省旬邑、彬州、長武等縣區(qū)。

構(gòu)造上，研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部渭北隆起西北部與陜北斜坡的接觸過渡區(qū)，中生界蓋層總體構(gòu)成向北西緩傾的大型單斜構(gòu)造，在此單斜之上存在一些寬緩而不連續(xù)的褶皺，褶皺大多以背斜形式出現(xiàn)，背斜在彬州一帶呈近東西向，南翼較緩，一般為5°～10°，北翼較陡，一般在15°～20°。構(gòu)造環(huán)境總體較為穩(wěn)定，斷裂及巖漿巖不發(fā)育，與盆地北緣東勝產(chǎn)鈾地區(qū)構(gòu)造環(huán)境相類似。區(qū)內(nèi)地層由古生代基底和中新生代蓋層構(gòu)成，其中古生代基底主要為寒武系、奧陶系、石炭系、志留系、二疊系，中新生代地層主要由三疊系、侏羅系、白堊系、新近系以及第四系陸相粗碎屑沉積組成，鉆孔自上而下主要揭露第四系、新近系、白堊系環(huán)河組、洛河組、宜君組、侏羅系安定組、直羅組、延安組、富縣組、三疊系延長組等地層［7-8］，其中中侏羅統(tǒng)直羅組為區(qū)內(nèi)主要鈾儲(chǔ)層（圖1）。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖（a）和鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元分布圖（b）Fig.1 Geological map of the study area（a）and its location in of Ordos basin（b）

2 樣品采集與處理

研究區(qū)內(nèi)直羅組鈾成礦條件較好，根據(jù)多年來鉆探查證發(fā)現(xiàn)了大面積鈾礦化和異常。鑒于此，選擇區(qū)內(nèi)成礦效果較好的鉆孔，結(jié)合鉆孔分層信息和野外地質(zhì)編錄情況進(jìn)行取樣研究。共計(jì)采取研究區(qū)鉆孔粒度樣品33 件，樣品基本涵蓋了彬州地區(qū)鈾儲(chǔ)層的空間分布特征。

樣品的處理和測試工作委托北京遠(yuǎn)洋環(huán)宇石油技術(shù)有限公司完成，實(shí)驗(yàn)過程主要包括樣品預(yù)處理、樣品制備等，具體不作詳細(xì)論述，本測試采用激光法與篩分法相結(jié)合的方法對碎屑巖樣品進(jìn)行粒度測試。對于粒徑小于2 000 微米的顆粒，采用激光法；對于粒徑大于2 000 微米的巖石顆粒，采用篩分法進(jìn)行分析。測試儀器為激光粒度儀MS2000，并以我國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5434—2018《碎屑巖粒度分析方法》作為檢測依據(jù)，通過Grapher 3軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出直方圖和累計(jì)概率曲線，并計(jì)算出粒度參數(shù)：平均粒徑（Mz），標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ），偏度（Sk），峰度（KG），本文采用Fork的粒度參數(shù)公式，通過相關(guān)參數(shù)對鈾儲(chǔ)層粒度特征進(jìn)行分析。

3 沉積-巖石學(xué)特征

直羅組下段鈾儲(chǔ)層巖性以灰色、淺灰綠色粗砂巖、含礫粗砂巖為主，底界面一般發(fā)育較明顯的沖刷面，一般發(fā)育底礫巖、含礫粗砂巖，其內(nèi)部以含粗大的植物碎屑、炭屑、泥礫和發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理為主要特征（圖2a、b、c），局部夾泥巖細(xì)粒沉積物（圖2d）。砂巖礦物碎屑成分以石英為主、長石次之，并含少量云母，巖屑以變質(zhì)巖類、花崗巖類為主。礫石成分以細(xì)-粗礫的石英顆粒為主；分選性以中等為主，碎屑顆粒磨圓度呈次棱角狀-次圓狀，碳酸鹽含量一般為Ⅰ級(jí)，巖石固結(jié)程度較疏松；孔隙度介于5.02%～24.78%之間，多數(shù)大于15%，為中高孔隙度。滲透率變化范圍較大，最小值0.001 mD，最大值54.33 mD，平均值7.94 mD，屬中低滲透率。綜上分析，直羅組下段鈾儲(chǔ)層具有河流沉積特征。

圖2 研究區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層沉積-巖石學(xué)特征Fig 2 Sedimentary structural characteristics of uranium reservoir in the lower member of Zhiluo formation in study area

4 粒度特征分析

粒度分析很早就被廣泛應(yīng)用于沉積學(xué)的研究，特別是近年來，逐漸發(fā)展成為沉積環(huán)境研究的重要方法之一［9-14］。G.S.Visher［15］對現(xiàn)代和古代不同沉積環(huán)境的砂和砂巖的粒度概率曲線進(jìn)行了研究，取得了各種環(huán)境的典型曲線，為沉積分析提供了豐富的資料。通過沉積物粒度分析，不僅推斷其搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)方式的變化，而且還可判斷沉積物的來源，解釋沉積分異作用，判別古沉積相和環(huán)境。沉積物的粒度與水動(dòng)力條件有著密切的關(guān)系，粒度大小是受流水作用應(yīng)力強(qiáng)度控制的，與沉積物形成的環(huán)境關(guān)系極為密切。因此，粒度分析的資料，廣泛用來研究沉積巖的成因，作為研究沉積環(huán)境的方法之一［16-17］。樣品粒度參數(shù)與沉積物的形成環(huán)境有很好的相關(guān)性。經(jīng)常使用的粒度參數(shù)有粒度平均值、分選系數(shù)、偏度及峰態(tài)。粒度平均值反映沉積物粒度分布的中心趨勢和沉積介質(zhì)的平均動(dòng)能；標(biāo)準(zhǔn)偏差反映樣品粒級(jí)的分散和集中情況及代表樣品相對平均粒徑的分散程度，用來定量地解釋樣品的分選性；偏度反映中樞的相對位置偏度與沉積環(huán)境有一定的關(guān)系，構(gòu)成懸浮體細(xì)粒部分的變化對粒度分布的偏度有很大影響；峰度反映曲線峰的寬窄和尖銳程度，是頻率曲線尾部展開度與中部展開度之比，在剖面或區(qū)域上系統(tǒng)地研究粒度平均值的變化情況，可以了解物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的變化。

4.1 鈾儲(chǔ)層粒度參數(shù)特征

直羅組下段樣品的粒度參數(shù)特征為：平均粒徑（Mz）范圍為1.450～3.725；標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）范圍為1.631～5.458，分選為差-極差；偏度（Sk）為0.256～0.622，主要以正偏態(tài)-很正偏態(tài)為主，變化范圍較大，頻率直方圖以馬鞍形為主，峰度（KG）在0.696～1.543 之間，變化較大，均證明其沉積期物源多樣（圖3）。

圖3 直羅組下段鈾儲(chǔ)層典型粒度頻率直方圖Fig.3 Histogram of typical particle size frequency of uranium reservoir in the lower member of Zhiluo formation

樣品粒度參數(shù)特征表明彬州地區(qū)在中侏羅統(tǒng)直羅組下段鈾儲(chǔ)層具較為典型的河流沉積物特征，其樣品多以分選差-極差表明直羅組鈾儲(chǔ)層沉積期物源多樣，同時(shí)堆積埋藏速度快，且具有靠近物源、水流能量較高的特點(diǎn)，而受河水沖刷改造小，因此粒度變化大、分選差，由于河流砂礫中常摻有黏土、粉砂等懸浮物，故河流一般為正偏，峰度變化也比較大。

4.2 鈾儲(chǔ)層概率曲線特征

研究區(qū)直羅組下段樣品共計(jì)33 件，其中概率曲線基本為典型的“三段式”或“二段式”，在“三段式”概率曲線中，最為發(fā)育的為滾動(dòng)總體（40%～60%），跳躍總體（20%～30%）和懸浮總體（10%～30%）為次總體，跳躍總體和懸浮總體緩慢過渡而無明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，整體呈圓緩上拱的弧形，在“二段式”概率曲線中，最為發(fā)育的為懸浮總體（約60%），跳躍總體（約40%）為次總體，反映了直羅組下段鈾儲(chǔ)層砂體具牽引流的基本粒度特征（圖4）。

圖4 直羅組下段鈾儲(chǔ)層典型粒度概率累積曲線圖Fig.4 Cumulative probability curve of typical particle size of uranium reservoir in the lower member of Zhiluo formation

圖5 鄂爾多斯盆地南部彬州地區(qū)直羅組下段古水動(dòng)力圖Fig.5 Paleo-hydrodynamic map of the low member of Zhiluo formation in Binzhou area，southern Ordos basin

5 沉積體系與古水動(dòng)力特征及空間分布規(guī)律

5.1 沉積體系類型及空間分布規(guī)律

通過沉積-巖石學(xué)特征及粒度分析，結(jié)合野外露頭觀察、鉆孔巖心編錄、沉積編圖等工作，表明直羅組下段沉積期，盆地周緣地貌高差較大，古氣候繼承了延安組沉積時(shí)期溫暖濕潤的古氣候環(huán)境，來自南部及西南部的沉積物源供應(yīng)充足，沉積粒度較粗。河道充填以河道底部滯留沉積和河道多期次沖刷為特色。對直羅組下段單孔垂向序列進(jìn)行分析，垂向上表現(xiàn)為4-5 層正韻律砂體的多期次疊置，粒度以含礫粗砂巖、細(xì)礫巖為主。泛濫平原發(fā)育規(guī)模有限，主要分布于河道兩側(cè)地勢低洼的地帶，往往和決口扇以及越岸沉積共生，沉積物以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖或者粉砂巖為主，有機(jī)質(zhì)含量較高。研究區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層沉積體系類型為辮狀河沉積體系。

對研究區(qū)收集的煤田及鈾礦項(xiàng)目鉆孔資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，明確彬州地區(qū)直羅組下段（J2z1）鈾儲(chǔ)層砂體空間分布規(guī)律。彬州-長武地區(qū)直羅組下段砂體厚度1.8～42.60 m，平均厚度17.20 m，變化浮動(dòng)較大，變化系數(shù)0.59，說明砂體穩(wěn)定性略差。平面上，砂體自南東向北西呈不規(guī)則帶狀展布，砂體厚度南側(cè)厚北側(cè)薄，兩個(gè)高值區(qū)（砂體厚度大于20 m）呈長條帶狀由南東向北西方向延伸，厚度逐漸變薄，在中部朱家山偏西部位連通后再次分岔繼續(xù)向近北方向展布；中西部、東北部、東南部3個(gè)低值區(qū)（砂體厚度小于10 m）分布不連續(xù)，被高值區(qū)所分隔，另有數(shù)個(gè)呈孤島狀展布的低值區(qū)發(fā)育在高值區(qū)內(nèi)。彬州地區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層砂體廣泛發(fā)育，寬度10～20 km，長度大于50 km，景家河以南水口-胡家河地區(qū)發(fā)育近南北向鈾儲(chǔ)層砂體，該段可細(xì)分為水口-鴨河灣、朱家山-鴨河灣兩部分，皆從南東向北西方向延伸。在研究區(qū)北部景家河地段存在自西向東展布的連續(xù)厚大砂體（砂體厚度大于20 m）。由此，將研究區(qū)鈾儲(chǔ)層分為水口-胡家河地區(qū)近南北向鈾儲(chǔ)層砂體和景家河地段東西向鈾儲(chǔ)層砂體。

5.2 古水動(dòng)力特征分析及沉積環(huán)境指示意義

直羅組下段樣品的C-M 圖存在PQ 段和QR 段，主要集中于QR 段上部，缺少RS 段，反映了辮狀河道的C-M 特征，沉積物主要是呈跳躍方式搬運(yùn)的，少量呈滾動(dòng)方式搬運(yùn)（圖6）。其中，PQ 段C 值在?2 到?1.5 之間，反映C 值?。ɑ蛄６却螅?，說明水流速度快，牽引力大，代表河床底部沉積；QR 段C 值在0.5 到?1 之間，并與M值呈比例變化，代表河道砂壩沉積；RS 段不發(fā)育可能是由于水流作用強(qiáng)，細(xì)粒懸浮難以下沉，表明直羅組下段時(shí)期，河流的水動(dòng)力為中等，這些特征和前述概率圖是吻合的。就河道而言，底部的水動(dòng)力要強(qiáng)于河道上部，并沿主流線向兩側(cè)開始減弱。

圖6 直羅組下段鈾儲(chǔ)層C-M 圖Fig.6 C-M diagram of uranium reservoir in lower member of Zhiluo formation

結(jié)合研究區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層空間分布特征，對研究區(qū)粒度參數(shù)特征及概率曲線特征進(jìn)一步分析可得出彬州地區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層沉積期古水動(dòng)力圖（圖5），結(jié)合圖3 分析，樣品位置自南向北分別為ZK128-1、ZK36-1、ZK0-1、ZK251-1，根據(jù)頻率直方圖可看出，水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體自南向北樣本細(xì)粒成分占比逐漸增大，證明彬州地區(qū)水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體沉積時(shí)水動(dòng)力自南向北逐漸有減弱趨勢。由圖4 可見，景家河鈾儲(chǔ)層砂體東側(cè)ZK180-1 較西側(cè)ZK251-1 懸浮總體增多，表明景家河鈾儲(chǔ)層砂體水動(dòng)力自西向東有減弱趨勢，南北向鈾儲(chǔ)層（ZK1-1、ZK3-1）以“三段式”為主，景家河地區(qū)東西向鈾儲(chǔ)層（ZK251-1、ZK180-1）以“二段式”為主，總體相比，景家河地區(qū)鈾儲(chǔ)層較水口-胡家河鈾儲(chǔ)層沉積期懸浮總體增多，跳躍總體減少，牽引總體消失，佐證了南北向水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體形成期河流搬運(yùn)能力要高于東西向景家河地區(qū)鈾儲(chǔ)層河流。

6 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地南部彬州地區(qū)直羅組下段鈾儲(chǔ)層分為近南北向水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體和東西向景家河鈾儲(chǔ)層砂體。其中水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體可細(xì)分為水口-鴨河灣、朱家山-鴨河灣兩部分，皆從南東向北西方向延伸。

2）直羅組下段鈾儲(chǔ)層具牽引流的基本粒度特征，水口-胡家河、景家河鈾儲(chǔ)層砂體為辮狀河沉積體系，沉積期河流的水動(dòng)力為中等。

3）直羅組下段鈾儲(chǔ)層砂體水口-胡家河鈾儲(chǔ)層砂體沉積時(shí)古水動(dòng)力自南向北逐漸有減弱趨勢，景家河鈾儲(chǔ)層砂體沉積時(shí)古水動(dòng)力自西向東有減弱趨勢，水口-胡家河地區(qū)南北向形成期河流搬運(yùn)能力要高于景家河地區(qū)東西向河流。