马尼特坳陷准栅地区赛汉组沉积特征及其对铀成矿的控制作用

2018-01-12韩效忠吴兆剑闫茂华

中国煤炭地质 2017年12期

韩效忠，胡航，吴兆剑，蒋喆，闫茂华

(中煤地质工程总公司北京地质调查分公司，北京 100040)

二连盆地是我国最重要的产铀盆地之一。该盆地五大坳陷之一的马尼特坳陷则是本区最主要的砂岩型铀矿产地，目前在马尼特坳陷南北缘各发现了一条铀成矿带。北缘大部分地区已基本探明，且局部地段已进入开采阶段，骨干矿床有白音乌拉铀矿床，其成矿类型为潜水-层间氧化带型[1-5]；南缘目前绝大部分区段的铀矿找矿主要处于调查-预查阶段，骨干矿床有恩格日因铀矿床，铀成矿类型与北缘相似，也为潜水-层间氧化带型。依据马尼特坳陷成矿条件分析，其南缘可能存在一条长度超过70km的铀成矿带，除恩格日因地区基本控制的近8km长的铀成矿带外，其余的大部分地区就铀矿找矿而言还只是调查阶段，工作程度极低，找矿空间广阔。

准栅地区位于马尼特坳陷南缘西段，距恩格日因铀矿床50多公里。从成矿条件来讲，与恩格日因铀矿床极为相似，从地理位置来讲，处于南缘预测铀矿带的最西南端，是架起这一70多公里长铀矿带的支点区域之一，起桥头堡的作用。在铀煤兼探项目实施过程中，在准栅地区发现了1个工业铀矿孔，2个铀矿化孔，煤田钻孔资料测井放射性异常显示，该区存在一条走向为NE向、长度为9km的铀异常带，该异常带能否发展成为铀成矿带，还需进行大量的研究和勘查工作。总之马尼特坳陷南缘铀矿，能否有所明显突破，事关该区找矿前景评价和工作部署战略定位，对于该坳陷南缘是否存在超过70km的铀成矿带有着重要影响。

砂岩型铀矿评价的关键因素之一是沉积特征分析。本文拟通过对该区主要含矿目标层赛汉组(K1bs)层序格架、砂岩特征、砂地比(砂岩厚度/地层厚度)等因素全面分析，探讨其对铀成矿的控制作用，为马尼特坳陷南缘铀矿找矿提供依据。

1 区域地质概况

马尼特坳陷基底由前侏罗系构成，包括古生界变质岩，中下侏罗统碎屑岩、火山岩及海西、印支、燕山多期中基性-酸性岩浆岩等，在盆地周边隆起区大面积出露(图1)。

下古生界为一套受到中等-浅变质作用的海相碎屑岩、碳酸盐岩夹中基性火山岩建造；上古生界为一套受到浅变质作用的浅海相、海陆交互相的碎屑岩、碳酸盐岩及海相火山岩、局部为陆相火山岩组成，岩性主要为变质石英砂岩、硬砂岩、灰岩、板岩和中性火山岩等。

中下侏罗统(J1-2)主要为一套内陆河湖相含煤碎屑岩建造，因受燕山早期构造运动及火山喷发作用影响，产状较陡，并遭受较强的热接触变质作用；上侏罗统主要为一套中酸性火山岩、火山凝灰岩及碎屑岩建造。

中新生代沉积盖层有白垩系下统巴彦花群(K1b)、白垩系上统二连组(K1e)、古近系伊尔丁曼哈组(E2y)、新近系中新统通古尔组(N1t)和上新统宝格达乌拉组(N2b)及第四系碎屑岩系。本区主要含矿地层为二连组和巴彦花群的赛汉组(K1bs)。

区内岩体主要分布在巴音宝力格和苏尼特隆起带上，呈岩基及岩株产出，岩性以酸性为主，中北部主要发育侏罗纪花岗岩，而南部则以二叠纪和石炭纪花岗岩为主。岩体的伽玛照射量率为9.55～10.06nC/kg·h，最高为12.13nC/kg·h[6]。这些岩体是本区铀成矿的主要供铀源体。

1-第四系；2-宝格达乌拉组；3-通古尔组；4-伊尔丁曼哈组；5-大磨拐河组；6-白音高老组；7-玛尼吐组；8-红旗组；9-林西组；10-哲斯组；11-大红山组；12-本巴图组；13-宝力高庙组；14-泥鳅河组；15-温都尔庙群；16-宝音图群；17-更新统玄武岩；18-花岗岩；19-花岗闪长岩；20-闪长岩；21-辉绿岩；22-超基性岩；23-断层(断裂带、断层和隐伏断层)；24-角度不整合；25-平行不整合；26-区域层间氧化带前锋；27-铀矿床(点)；28-古地下水流向图1 马尼特坳陷西段地质简图(隐伏断层据文献[6-7])Figure 1 Sketched geological map of western Manit depression (hidden faults after reference[6-7]

区内断裂主体走向为NE向，其中克拉麦里-二连和锡林浩特北缘区域性大断裂控制了坳陷的主体形成演化[8]，而次一级的坳陷内隐伏断层(F1-5)控制了内部凸起和凹陷分布特征，同时这些隐伏断层构成了层间氧化带局部排泄源，为坳陷南北双向供铀、形成平行两条铀矿带提供了基本地质条件。

2 赛汉组层序地层格架

2.1 层序地层划分

本次划分是在前期研究成果的基础上，根据研究区地质特征及勘探实际情况，运用层序地层学原理，对赛汉组进行地层的划分。

具体划分原则可以归纳为“寻标、先大、后小、旋回控”，即：首先寻找区域性的标志层，确定标志层后，遵循先大层后小层的原则，在沉积旋回的控制下，结合层序地层学原理对含矿地层进行划分。另外，在划分过程中，充分考虑了地层厚度、相变、高程以及横向的连续性等条件。

标志层主要有三套：①新近系底部杂色砾岩或含砾粗砂岩；②赛汉组中上部一套杂色或紫红色泥岩、泥质粉砂岩、煤层及与之对应的炭质泥岩；③赛汉组底部中粗砂岩河道冲刷面之下黑色泥岩(油页岩)。

综合大量马尼特坳陷南缘已知煤田和铀矿钻孔资料，依据目前层序地层学最新理论，采用沉积体系域的变化规律，将马尼特坳陷南缘含矿目标层赛汉组自上面下划分为K1bs3、 K1bs2和 K1bs1三个段。

(1)赛汉组上段(K1bs3)。岩性为灰色、灰绿色、黄色中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩及泥岩，砂岩分选性较好，以石英质为主，不发育煤层。岩性组合由2个明显下粗上细的正旋回构成，底部可见较为明显的冲刷面，河道特征非常明显，主河道宽度在1km左右，单个河道宽度不算大，但成NW向多条平行产出，砂岩具一定的连通性。在平面分布上，砂岩总体上显示南部粒度较粗，中北部粒度较细的特点，即离蚀源区较近时粒度较粗，远离蚀源区时粒度变细。综合分析认为本段处于高位体系域中。该层段在恩格日因、准栅等地区均有铀矿化显示，是马尼特坳陷南缘铀矿找矿的目标层位之一。

(2)赛汉组中段(K1bs2)。岩性主要为灰色、灰绿色泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩夹黑色炭质泥岩及煤层，与上段相比较岩石粒度明显变细，是该区主要含煤地层，含煤1～6层，其中可采煤层一层，煤层最厚者达10m以上。从沉积相来分析，该段主要为湖泊沼泽相，含砂地层为三角洲相上发育的分流河道，从钻孔未见明显的层理特征这一现象初步判断为水下三角洲平原亚相。总体处于湖泛时期的湖侵体系域。本层段是马尼特坳陷主要产煤层段。

4)操作灵活性：五防系统可实现在五防主站及子站开具操作票，进行操作；同样可在五防主站或任意五防子站回传操作记录，遇有临时操作任务时，可通过远程开操作票、网络传输操作票，进行操作任务的追加，具有更好灵活性。

(3)赛汉组下段(K1bs1)。岩性主要为砾岩到含砾粗砂岩。砾石粒径最大可达5～8cm，砾石成分为花岗岩，闪长岩，分选性差，次棱角状-棱角状。砂岩以粗砂岩为主，成分以石英为主，次为长石和暗色矿物，次棱角状、分选性一般，泥质胶结。在钻孔中未见明显层理。综合上述岩性组合产出状态，该段沉积物具近源快速堆积的沉积特点，为冲积扇相沉积，下部多为扇根到扇中相砾石、卵石的沉积组合，上部为冲积扇上发育的辫状水道沉积，显示出低位体系域沉积体系。该段在准栅地区未揭穿，其特征主要是依据恩格日因矿区进行总结的，本段是恩格日因铀矿床的主要含矿层位。

2.2 等时地层格架

为了突出准栅地区含矿目标层，精细研究砂岩、沉积相对铀成矿的控制作用，又将赛汉组上段进一步细分为两个旋回，称之为赛汉组上段上亚段(K1bs3-1)和赛汉组上段下亚段(K1bs3-2)，准栅地区目前发现的铀矿化主要发育在赛汉组上段上亚段中(图2)。

针对准栅地区，等时地层格架建立时选取了ZK208、ZK406、ZK604、ZK802和ZK1001进行垂直物源方向层序地层剖面对比(钻孔位置见图4，下同)(图2)，选取了ZK1800、ZK1802、ZK1812、ZK1804、ZK1806和ZK1816进行近平行物源方面层序地层剖面对比(图3)，目前揭露地层最深为赛汉组中段。从对比剖面来看，划分的地层具区域上可对比，相对等时的特征，说明该划分方案较为正确。

从垂直物源方向剖面来看，赛汉组上段上亚段和下亚段厚度变化不大，为50m左右，上亚段主河道砂岩位于ZK604一带，而下亚段主河道砂岩位于ZK802一带，指示主河道由老至新具有向SW偏移的趋势；此外，上亚段相较下亚段砂岩较为发育，反映了该区湖盆逐渐萎缩，盆缘抬升加速的过程。

从平行物源方向剖面来看，上亚段和下亚段厚度变化不大，河流相特点比较明显，剖面位置因距物源区相对较远，由SE向NW方向砂岩粒度变化不明显，各亚段总体上均由两个向上变细韵律组成。其中上亚段砂岩较发育，以三角洲平原亚相分流河流微相为主，下亚段砂岩发育相对较弱，也具三角洲平原亚相分流河道微相特征，这与垂直物源方向剖面反映的特点相类似，同样也指示湖盆萎缩的过程。

综合等时地层格架剖面，均说明将赛汉组划分为三段是合理的，同时将上段细分为上、下亚段在准栅地区是可进行区域对比的，这一方面说明地层划分是相对等时，同时对后期不同层位铀矿体连矿合理性将起到重要的指导作用。

图2 准栅调查区横剖面图Figure 2 Cross section of Zhunshan prospecting area

图3 准栅调查区18号线纵剖面图Figure 3 Line No.18 longitudinal section in Zhunshan prospecting area

3 含矿目标层沉积特征

本区铀成矿主要位于赛汉组上段上亚段中，因此本文重点对该层段沉积特征进行分析。

(1)赛汉组上段上亚段砂岩等厚特征。从图4中可知，调查区赛汉组上段上亚段砂岩主要分布在南部和北部边缘一带，砂岩厚度多大于30m，中部砂岩相对较薄，形成一个汇水洼地,其西部边界未控制，指示准栅凹陷比调查区范围要大。

(2)赛汉组上段上亚段砂地比特征。从准栅调查区砂地比等值线图(图5)来看，含砂区带砂地比多大于0.5，多数地段砂地比可达0.7～0.8。含砂率较低的区域分布在ZK205、ZK403、ZK601和ZK1412一带，其砂地比小于0.4。砂地比高值区和低值区相间分布，形成总体呈NW向的带状展布特征。

(3)赛汉组上段上亚段沉积相分析。根据赛汉组上段上亚段砂岩等厚、砂地比分布特征，并结合钻孔岩心分析，该亚段沉积相为三角洲平原亚相分流河道和分流间湾微相，钻孔岩心中该段砂岩未见明显的交错层理，指示其可能为下三角洲亚相部分。

图4 准栅调查区赛汉组上段上亚段砂岩等厚线图Figure 4 Isopach of sandstone in upper submember, upper member, Saihan Formation in Zhunshan prospecting area

图5 准栅调查区赛汉组上段上亚段砂地比等值线图Figure 5 Isogram of sandstone/ mudstone ratio of upper submember, upper member, Saihan Formation in Zhunshan prospecting area

4 铀成矿及其与沉积特征的关系

4.1 铀矿化特征

在准栅地区，目前施工了5个铀矿找矿钻孔，其中1个为工业孔，2个矿化孔，1个为异常孔，1个为无矿孔。已发现的达到工业品位的铀矿体有3～4层，基本上分布在同一砂岩当中，均可累积成一个矿体(图6)，矿体分布在赛汉组上段上亚段。其中 ZK4-8为工业孔，铀含量为1.05 kg/m2，见矿最深部位为154.35m，最高品位1.912 5×10-4，铀矿体单层最大厚度为2.10m，主体含矿围岩为砂岩(注：红色为铀矿体)。

该区铀成矿类型主要为层间氧化带，其氧化还原的地球化学分带十分清晰。在钻孔28-0中，从123～127m为黄色含砾粗砂岩(氧化带)，其下发育2m的灰色砂岩(还原带)，从129～140m为黄色中到粗砂岩，构成了厚为11m的层间氧化带，其下则为还原带(图7)。

4.2 沉积特征对铀成矿控制作用

本区已发现的主要铀矿体在平面上呈NE方向展布，铀矿体位于ZK1812、ZK802一带，从图4、图5分析来看，这些区域砂岩厚度大，砂地比值高，其沉积相带为分流河道微相，指示分流河道微相对成矿起到了明显的控制作用。

从图2来看，赛汉组上段上亚段和下亚段沉积特征较为相似，均表现出分流河道微相特征，但只有上亚段含矿，而下亚段未见铀异常显示。对比分析发现，上亚段砂岩粒度明显粗于下亚段，钻孔岩心也发现，上亚段相比较下亚段，砂岩疏松，渗透性较高，指示在沉积相带、供铀方向相同的条件下，较为粗粒、高渗透性的砂岩更有利于铀成矿。

图7 钻孔ZK28-0中层间氧化带示意图(128～148m)Figure 7 A schematic diagram of interlayer oxidized zone in borehole ZK28-0 (128～148m)

4.3 重点找矿方向

马尼特坳陷南缘恩格日因铀矿床矿体多层分布，其中赛汉组上段铀矿体由黄色砂岩与灰色砂岩界面控制，氧化还原界面清晰，为典型的层间氧化带砂岩型铀矿，砂岩分选性较好，沉积相带为河道相，但与下段铀矿体相比较，品位较低，多小于0.02%，矿量较小；赛汉组下段与上段相比较，这种氧化还原界面不是十分清楚，沉积相带为冲积扇，矿体厚度大，最厚段可达13m，品位高，局部铀品位高达0.1%，矿量大，是该矿床主要含矿层段。

准栅地区目前已发现的铀矿体位于赛汉组上段，成矿特征与恩格日因铀矿床上段铀矿体非常相似，同样也表现为矿体品位低，矿带窄的特点。因此笔者认为，目前准栅地区已发现的铀矿体非本区主要铀矿体，下一步工作可参考恩格日因铀矿床的特征，将主要找矿目标层定为赛汉组下段，重点找矿工程应布设在已知矿带SE侧靠近蚀源区的一带。