李瑞霜,刘战庆,杨胜富

(1.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541004; 2.核工业二〇八大队,内蒙古 包头 014010)

0 引 言

鄂尔多斯盆地矿产资源丰富,盛产煤炭、石油、天然气、铀矿等多种能源矿产。盆地东北部砂岩型铀矿资源丰富,相继发现了东胜、罕台庙、大营、皂火壕、纳岭沟等多个大型、特大型砂岩型铀矿床。该类矿床是一种产于沉积盆地的外生矿床,具有规模大、采矿成本低、开采环保等优点[1-8]。盆地内铀矿床主要为层间氧化型砂岩型铀矿床,形成于承压含水层中,地层结构上具有明显的“泥岩→砂岩→泥岩”结构[9];其矿体规模和分布主要受砂体的沉积相控制,规模大、连通性好的砂体不仅为成矿物质运移提供了通道,而且为铀矿成矿提供了赋存空间[5];有利成矿的沉积相主要为辫状河相、三角洲相、冲积扇相等[2,9]。因此,研究砂体的地质特征和成因有利于查明铀成矿的空间分布和成矿规律[4-5,10]。

鄂尔多斯盆地东北部找矿类型为叠合复成因型，找矿层位主要是中侏罗统直罗组(J2z)、延安组(J2y)和下白垩统(K1)[6]。直罗组下段(J2z1)一直被视为盆地东北部砂岩型铀矿的主要赋矿层位。前人对该层位砂体的成因类型、沉积体系及空间展布等开展了大量研究[7-21]。张天福等对鄂尔多斯盆地东北缘侏罗系层序界面特征的研究表明，延安组至直罗组地层具有明显的“垂相分带”结构，铀矿层在三维空间中主要呈板状赋存于直罗组与延安组之上的“泛连通厚”辫状河道砂体中[3];林中湘等认为延安组作为区内重要的含煤地层,与上覆地层(直罗组)在空间上存在着“上铀下煤”的关系,而煤层与砂岩型铀矿密切相关,煤对铀的作用主要包括吸附作用、络合作用及还原作用等[9,11-17]。近年来,随着盆地北部砂岩型铀矿研究和开发程度的不断加深,通过钻孔揭露相继在延安组内发现了铀矿化线索,但是都以矿化点和异常点的形式分布,基本都集中在该组Ⅰ、Ⅴ岩段。本文通过对鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组沉积体系的岩性-岩相特征、砂体成矿有利度、岩石学、矿物学等特征进行全面剖析,并对铀源、古气候、水文地质、后生氧化蚀变等关键成矿条件进行探讨,以期拓宽寻找铀矿的空间,为下一步找矿提供依据。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是晚中生代形成的大型内陆坳陷盆地,面积约250 000 km2。其南、北缘分别受EW向祁连—秦岭构造带及阴山构造带边缘深大断裂的控制,而东、西边界则分别受到SN向太行—吕梁和贺兰山构造带限制,并与阿拉善地块和山西地块相分隔,形成SN向展布的矩型盆地,跨越了陕西、甘肃、宁夏、内蒙古及山西五省(区)的部分区域[图1(a)]。研究区位于鄂尔多斯盆地东北部伊盟隆起区,出露地层主要有三叠系、侏罗系和下白垩统。其中,侏罗系在东部、南部一带沿沟谷出露,向西和西南方向被下白垩统覆盖,发育有下侏罗统富县组(J1f)，中侏罗统延安组、直罗组和安定组(J2a);下白垩统广泛分布于北部和西南部;新近系上新统主要分布于北部、东南部;第四系在区内大面积分布。

图(a)引自文献[22],有所修改

2 延安组地质特征

鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组主要分布于川掌沟、四道柳川、神山沟一带,在北部天棉沟、罕台川亦有分布。岩性主要为灰色—灰白色中细砂岩，深灰色粉砂岩、泥岩、泥灰岩。延安组与下伏地层上三叠统延长组(T3y)呈角度不整合接触,与上覆地层中侏罗统直罗组呈平行不整合接触。

2.1 延安组与上、下地层对比

延安组与上覆地层直罗组之间界线较为明显,露头上延安组顶部发育风化壳。二者在岩性和颜色上差别较大:直罗组底部为中粗粒砂岩，而延安组顶部岩性为细砂岩;直罗组颜色一般呈黄绿色、灰绿色、紫灰色及暗紫色,而延安组呈灰色、灰黑色[图1(b)]。直罗组形成于半干旱—干旱气候环境,延安组形成于温暖潮湿向半干旱气候过渡的环境[23-24]。在植物及孢粉化石含量方面,延安组比直罗组植物化石明显少,如掌鳞杉科Classopollis、以桫椤科为主的光面三缝孢(Cyathidites和Deltoidospora)的孢粉组合含量在延安组的含量仅为直罗组的一半[24-27]。

延安组下伏地层富县组分布于清水川一带;而研究区内仅揭露到下伏地层延长组,缺失富县组。测井资料显示延安组砂岩一般为高阻砂岩,而延长组砂岩为低阻砂岩[25]。延长组顶部与延安组底部均发育有规模较大的砂体,二者之间有较明显的冲刷面,而延安组底部具有底砾岩。延长组以含砾粗砂岩和粗砂岩为主,顶部发育煤层、泥岩、粉砂岩等细粒沉积物,见镜煤条带或植物碎屑。

2.2 延安组分段对比

延安组由灰色—灰白色中细粒砂岩,深灰色粉砂岩、泥岩、泥灰岩、油页岩及煤层等组成,是一套在还原环境下以河流-湖相为主的沉积地层。根据沉积体系的演化和煤聚积的周期性,延安组自下而上可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5个岩段(图2～6),每个岩段顶部均发育煤层,被视为各岩段的分界标志。岩性粒度分层明显:上部(Ⅴ岩段)和下部(Ⅰ、Ⅱ岩段)粒度整体较粗,赋存煤层厚,但稳定性差,中部(Ⅲ、Ⅳ岩段)粒度较细,赋存的煤层多而薄。

图2 Ⅰ岩段砂体厚度等值线图及沉积体系

Ⅰ岩段(J2y1)以灰色、绿色中粗砂岩为主,含较多植物碎屑、镜煤条带和黄铁矿,顶部含煤层。粒度从下至上由粗变细,由3个旋回构成。每个旋回底部发育一套较大砂体,下部旋回顶部的泥岩已被冲刷,砂体连为一体(宝塔山砂岩),显示其为河道和泛滥平原、沼泽相的沉积环境。该岩段在垂向上具有完整的“泥→砂→泥”结构;横向上,研究区西部顶部6号煤层发育稳定;砂岩中长石黏土化强度东部比西部高,胶结程度由东向西呈“致密→较疏松→疏松”递变趋势。

Ⅱ岩段(J2y2)以灰色中粗砂岩、含砾粗砂岩为主,由多个从粗砂岩到细砂岩的正韵律层叠置而成,顶部见泥岩、煤条带、黄铁矿,泥岩中常见浅水植物根系化石及生物活动遗迹。顶部的5号煤层发育稳定,连续性较好,厚度大。

Ⅲ岩段(J2y3)以灰色泥岩、粉砂岩为主,见沙泥互层,发育黄铁矿,泥岩中见大量保存完好的碳化植物叶片,局部见水平层理、交错层理。该岩段分为2个旋回,以正韵律为主。顶部发育厚煤层,底部与Ⅱ岩段有较明显的冲刷面。

Ⅳ岩段(J2y4)以灰色泥岩、粉砂岩为主,见砂泥互层,局部泥岩中见构造裂隙,后期被砂岩充填。二者接触面上见大量黄铁矿结核,植物碎屑含量较多,且发育厚煤层。

Ⅴ岩段(J2y5)以发育2号煤层为标志,可见1、2层煤。该岩段由向上变细的2个岩性段组成：下段以灰色中细砂岩为主，砂岩泥质胶结,结构松散；上段以灰白色中粗砂岩为主,近顶部灰白色砂岩富含高岭土,泥质胶结,固结程度较高,见大量条带状煤屑,少量黄铁矿结核。

3 砂体及沉积体系特征

鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组发育较好的河流相砂体,各岩段砂体厚度不一,总体厚20～50 m。其中,Ⅰ、Ⅴ岩段分别发育辫状河沉积砂体和曲流河砂体,Ⅱ～Ⅳ岩段以三角洲平原相分流河道、分流间湾及泥炭沼泽沉积为主(图2～6)。

Ⅰ岩段砂体及沉积体系特征(图2)显示,河道砂体总体呈NE—SW向展布,具有北厚南薄特征。砂体多呈泛连通状分布,厚度较大(30～80 m),连续性好。其主要为辫状分流河道和心滩坝沉积,厚度大于40 m的砂体主要分布于区内中部、东部,自下而上呈明显的正韵律结构,多期砂体相互叠加的特征明显,显示辫状河道垂向加积的特征。铀矿化(异常)主要分布于砂体厚度为40～50 m的区域,即分流古河道边部[6,10,28-29]。该岩段砂体与直罗组成矿砂体相似,有利于形成铀矿。

Ⅱ岩段沉降中心位于研究区东部[图3(a)],其河流相砂体主要在中部、西部发育,南部发育鸟足状、树枝状三角洲砂体。砂体厚度为10～30 m。西部发育1条NE—SW向分流河道,砂体相对较厚且稳定,粒度较粗,多呈泛连通状分布。该岩段以三角洲平原相分流河道、分流间湾沉积为主[图3(b)]。

图3 Ⅱ岩段砂体厚度等值线图及沉积体系

Ⅲ岩段砂体及沉积体系特征(图4)显示,在沉积时,河流继承Ⅱ岩段持续在区内中部、西部发育,但水流方向有一定变化。其在柴登壕—罕台庙—塔拉壕一带仍以三角洲平原相为主;砂体呈指状展布,以分流间湾和分流河道毗邻为主。该岩段有两层灰色稳定的砂体,含大量有机质和黄铁矿,槽状交错层理发育,砂体厚度一般小于30 m,在区内东部砂体相对较厚,最厚可达50 m。

图4 Ⅲ岩段砂体厚度等值线图及沉积体系

Ⅳ岩段(图5)以三角洲平原相分流河道为主。分流河道继承早期河道,大致呈SN向延伸。砂体呈不规则蛇曲状展布,以多个倒粒序叠加为特征,厚度较小,连通性较差,后期含氧水极难渗入,该岩段砂岩以灰色为主,结核状黄铁矿、碳化植物碎屑大量发育,砂体厚度小于30 m。

图5 Ⅳ岩段砂体厚度等值线图及沉积体系

Ⅴ岩段(图6)沉积前期以三角洲相、湖相沉积为主，后期以河流相沉积为主。砂体呈NW—NE向条带状展布,主要为曲流河道及分流河道沉积。区内东部砂体发育好,厚度为20～30 m,最厚达40 m。

图6 Ⅴ岩段砂体厚度等值线图及沉积体系

4 岩石、矿物学特征

4.1 砂岩类型及组分

鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组砂岩以长石砂岩为主,约占83%,长石石英砂岩约占8%,成分成熟度相对较低。自北向南,石英碎屑占比逐渐增高,与蚀源区位于北部的地质事实[30]一致(图7)。

①为石英砂岩;②为长石石英砂岩;③为岩屑石英砂岩;④为长石砂岩;⑤为岩屑长石砂岩;⑥为长石岩屑砂岩;⑦为岩屑砂岩;图件引自文献[31]

延安组砂岩主要呈黑灰色、灰色、灰白色。砂岩碎屑物体积分数较高,为88%～92%,碎屑物中岩屑(花岗岩岩屑和石英岩岩屑)体积分数为2%～12%;石英(单晶石英和多晶石英)体积分数为58%～65%,单晶石英中见不规则裂纹将石英颗粒错裂,颗粒边缘被轻微溶蚀或被方解石等其他矿物交代[图8(a)];长石体积分数为31%～34%,正长石中可见尘点状黏土矿物,局部颗粒上见线状不透明铀质物定向分布及绿帘石化和绿泥石蚀变[图8(b)],斜长石中可见强烈绢云母化蚀变;黑云母体积分数为1%～3%,局部颗粒发生绿泥石化蚀变,并伴有不透明铀质物析出,局部黑云母褪色蚀变为白云母[图8(c)];重矿物(体积分数小于1%)成分较复杂,既有稳定组分锆石、石榴石及榍石,也有不稳定组分绿帘石[图8(d)]、黄铁矿等。砂岩中填隙物以杂基为主,但体积分数总体较低,显示延安组主要为牵引流沉积,机械分异作用较好。杂基成分主要为高岭石、伊利石、蒙脱石及绢云母等黏土矿物[图8(e)],呈云雾状充填于颗粒孔隙之间。胶结物成分以方解石、褐铁矿及绿泥石[图8(f)]为主。

Qz为石英;Cal为方解石;Ep为绿帘石;Ms为白云母;Bt为黑云母;Cly为黏土矿物;Chl为绿泥石

4.2 砂岩结构特征

延安组砂岩碎屑颗粒形态以次棱角状为主,碎屑物以颗粒支撑为主,次为杂基-颗粒支撑;胶结方式以孔隙式为主,次为接触式胶结,属于中等成熟度砂岩,与冲积扇后的近源砾-砂质辫状河沉积相对应。砂岩粒度概率累积曲线多为两段式和三段式,搬运方式主要为跳跃和悬浮,以悬浮为主。延安组Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ岩段粒度较粗,Ⅲ、Ⅳ岩段粒度较细,加之Ⅰ岩段下部存在一层较厚的砾岩层,其砂体具有良好的渗透性。

4.3 铀矿物存在形式

苗爱生等对鄂尔多斯盆地东胜铀矿床中的铀矿物研究表明,铀矿物主要为铀石和水硅铀矿,多呈板状和不规则粒状,具明显的溶蚀现象,铀石常与蚀变黑云母和黄铁矿伴生[32-33]。本次研究样品EY16-76取自钻孔ZK0延安组Ⅰ岩段氧化-还原过渡带中的灰色砂砾岩,铀矿物存在于砂岩孔隙中或黄铁矿等矿物晶间裂隙(或孔隙)中,铀矿物类型为铀石,形态主要为微粒状、短柱状,单颗粒径不高于10 μm,测试点166340可见铀石呈集合状产出[图9(b)]。自然界中铀石的化学式为U(SiO4)1-x(OH)4x,其中U含量(质量分数,下同)为53.13%～55.54%,Si含量为8.99%～10.81%,另有少许Ca、Fe、Al、Mg等杂质[34]。表1显示测试点166338与166340各元素含量。主元素为U,其归一化含量均超过50.00%(分别为63.78%和52.21%),Si归一化含量分别为10.69%和10.50%,其他元素有O、Fe、Na、Al。

Au*峰为杂散辐射峰,来自于光栏

表1 Ⅰ岩段灰色砂岩中铀矿物元素分析结果

5 层间氧化带特征及地球化学特征

鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组后生蚀变以层间氧化作用和还原作用为主,还原作用远大于氧化作用。氧化作用主要表现在Ⅴ岩段,呈黄色氧化及灰绿色氧化两种类型。还原作用主要表现在Ⅰ岩段,其富含煤层可以作为后生还原作用的介质,煤层气可以直接进入延安组砂体中发生还原作用。

5.1 Ⅴ岩段氧化带特征

在平面上,延安组Ⅴ岩段古层间氧化带仅在区内东部发育,氧化带前锋线呈NW—SE向展布,且未见完全氧化带(图10)。氧化-还原过渡带呈NE—SW向展布,平均宽度约为7 km,延伸距离受河道砂体发育的控制。

图10 Ⅴ岩段岩石地球化学示意图

在剖面上,鄂尔多斯盆地东北部氧化带砂体主要呈灰绿色,具有古层间氧化特征,氧化带前锋线附近可见铀矿化;而西南侧还原带砂体主要呈灰色、灰黑色,富含有机质、黄铁矿,表现为还原环境(图11),说明该区内延安组多被深埋而不易氧化。

图11 鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组东部典型剖面示意图

5.2 Ⅴ岩段地球化学特征

铀是否成矿,主要取决于层间氧化带前锋线还原障的还原能力。能使铀还原沉淀的地球化学障有有机质、H2S、Eh值、pH值、石油气等,但在无后生还原剂作用的背景下,起决定性作用的是原生岩石中的有机质碳含量(wC)，即岩石原生地球化学类型。根据岩石原生地球化学类型，将岩石还原能力划分为3个等级,分别为强还原能力(wC>0.30%)、中等还原能力(wC为0.05%～0.30%)和弱还原能力(wC<0.05%)[35]。从延安组Ⅰ、Ⅴ岩段砂岩与直罗组下段层间氧化带砂岩环境指标对比(表2)可以看出,延安组Ⅴ岩段灰色砂岩中有机碳含量(0.33%)远高于直罗组(0.16%),Fe2O3/FeO值为2.06,说明其具备强原生还原能力。

岩石学特征显示,氧化带及还原带岩石均以长石砂岩为主,还原带岩石中有机质含量高、Fe2O3/FeO值大,且氧化带黑云母明显被后生氧化。化学全分析结果(表3)显示，氧化带岩石烧失量明显小于还原带岩石,这可能与后生氧化时岩石中部分有机质被氧化逸失有关。

表3 Ⅴ岩段化学全分析结果

5.3 Ⅰ岩段氧化带特征

在平面上,延安组Ⅰ岩段完全氧化带呈SN、NE—SW向发育(图12)。该岩段氧化带发育程度及分布规律主要受河道砂体的控制,在河道砂体上游部位沿古河道呈带状展布,绿色砂岩充满整个含水层,厚度与河道砂体的厚度基本一致。绿色砂岩遭受早期氧化作用,其中的黄铁矿几乎全部被氧化,有机质含量很少。氧化-还原过渡带规模较大,呈NE—NW向发育。氧化带前锋线呈NW—SE向展布。还原带位于研究区西南部,中部见一处灰色残留体,形成该现象的主要原因是该区处于泛滥平原沉积相,砂体发育较薄,氧化流体难以进入。

图12 Ⅰ岩段岩石地球化学示意图

在剖面上,延安组Ⅰ岩段氧化带岩性为绿色砂岩,受地层倾向及砂体空间形态、厚度等因素控制,氧化-还原过渡带中砂岩多呈“下绿上灰”(图13)。氧化砂岩多呈单层产出,埋深变化较大,呈SN、NE—SW向逐渐变薄,直至尖灭。绿色砂岩厚度逐渐变薄,埋深加大,变化趋势与地层产状大致相同。局部受河道分叉及砂岩非均质性影响,氧化方向改变,有多层氧化现象。层间氧化带呈NE—SW向由浅变深,且靠近北部、东部的氧化砂岩厚度与含水层砂岩厚度基本一致,SW向氧化砂岩厚度小于含水层砂岩厚度,并向氧化带前锋线方向尖灭;氧化砂岩为绿色,呈“古氧化”特征。

图13 巴音温都尔地区地质剖面示意图

5.4 Ⅰ岩段地球化学特征

岩石原生地球化学类型直接受沉积、成岩环境控制。延安组Ⅰ岩段不同颜色反映出不同的地球化学特征,可划分为原生、后生岩石地球化学环境。

鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿的地球化学特征显示,灰色砂岩与绿色砂岩之间的全铁含量差别不大,绿色砂岩Fe2O3/FeO值略高于灰色砂岩,绿色砂岩具有较低的S和C含量及略高的Fe2O3/FeO值,说明其在变为绿色之前曾遭受较强的氧化作用[36]。Ⅰ岩段因后生岩石地球化学环境影响呈绿色砂岩。绿色砂岩FeO平均含量为1.78%,Fe2O3平均含量为2.33%,Fe2O3/FeO值为1.31;灰色砂岩FeO平均含量为1.65%,Fe2O3平均含量为1.59%,Fe2O3/FeO值为0.96;灰色砂岩中的S2-含量(0.04%)、有机碳含量(0.13%)高于绿色砂岩中的S2-含量(0.02%)、有机碳含量(0.06%)(表2)。上述特征说明延安组Ⅰ岩段绿色砂岩表现为氧化环境。

表2 延安组Ⅰ、Ⅴ岩段砂岩与直罗组下段层间氧化带砂岩环境指标对比

延安组Ⅰ岩段岩石原生地球化学类型受古气候条件和沉积、成岩环境以及地层中所含有机质、黄铁矿和煤层控制,表现为灰色砂岩。根据延安组Ⅰ岩段灰色砂岩中取样分析结果(表3),灰色砂岩中有机碳、S2-含量均比绿色砂岩中的高,分别为0.13%、0.04%，Fe2O3/FeO值为0.96。因此,延安组Ⅰ岩段灰色砂岩表现为还原环境。

5.5 与直罗组岩石地球化学特征对比

从表2可以看出,延安组中绿色砂体Fe2O3/FeO值为1.31,远大于直罗组绿色砂体中的Fe2O3/FeO值(0.55),且延安组绿色砂岩Fe2O3含量明显大于直罗组绿色砂岩,而有机碳含量相对较低,表明延安组绿色砂岩氧化能力大于直罗组绿色砂岩。延安组与直罗组灰色砂岩中有机碳含量基本一致,而延安组S2-含量明显低于直罗组,表明直罗组灰色砂岩具有更强的还原能力。

6 铀成矿条件分析

6.1 铀矿物质来源

鄂尔多斯盆地东北部目的层的铀矿物质主要来自于蚀源区岩石。盆地西北部、北部大面积分布的太古宙、早元古代结晶岩系和不同时代的花岗岩类岩体中U含量较高,是研究区内中侏罗统直罗组与延安组主要铀物质来源[2,30]。

盆地东北部的延安组和直罗组形成于温湿向干旱转变的气候条件,富含大量的腐殖质、炭质和煤层。这些有机质和微生物对U具有吸附作用,也具有较强的铀吸附还原能力,使地层在沉积过程中预富集了大量U[37]。延安组与直罗组砂岩的U含量分别高达12.8×10-6和15.8×10-6(表4),可作为后期铀成矿的重要内部铀源。延安组外部铀源丰富,来源广泛,完全具备形成层间氧化带型铀矿的物质条件。

表4 中侏罗统铀含量分析结果

6.2 砂体条件

水成铀矿理论认为,寻找有利的河道砂体是找矿的先决条件之一[38]。鄂尔多斯盆地北部直罗组赋矿砂体主要为直罗组下段辫状河沉积砂体及部分中段曲流河砂体[5-6,39-40]。延安组Ⅰ岩段以辫状河沉积为主,具有砂体厚度大、渗透性好等特点。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ岩段砂体欠发育,但泥岩、粉砂岩发育,是延安组Ⅰ岩段良好的隔水顶板,其下伏地层延长组褐红色泥岩可作为延安组Ⅰ岩段的隔水底板。延安组Ⅴ岩段以曲流河沉积为主,剖面上具“泥→砂→泥”结构,砂岩结构成熟度低,有机质及黄铁矿含量极高,属于强原生还原地球化学障。因此,延安组Ⅰ、Ⅴ岩段存在有利于层间氧化带形成的砂体条件。

6.3 古气候条件

古气候演化对铀富集与成矿起着重要作用[42]。鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿成矿作用发生在干旱气候条件下,或由潮湿向干旱的气候转变阶段[43]。这种气候条件有利于铀源体的强烈剥蚀氧化,使铀转入水体,有利于含氧含铀水沿高渗透的砂岩层向深部迁移,发育层间氧化带，从而使铀充分迁移并发生次生富集[21]。朱强等研究表明,直罗组形成于干旱—半干旱气候环境,延安组是在温暖潮湿向半干旱气候转变的气候条件下形成的[15]。在延安组沉积后,除早白垩世有短期温湿气候外,其他时期均以干燥气候为主。盆地及周边蚀源区长期处于风化剥蚀状态,有利于蚀源区含氧含铀水向盆中运移,并发生氧化作用。因此,盆地演化过程中古气候条件的变化有利于后生铀成矿。

6.4 水文地质条件

水文地质条件对于后生成因的层间氧化带型铀矿形成具有极为重要的作用[44]。产铀的沉积盆地应是大型自流水盆地,有丰富的水源补给区,有岩层产状舒缓的长距离径流区(有利于地下水缓慢流动和砂岩的充分氧化),并有明显的排泄区[21]。

研究区内侏罗纪盆地总体上显示为NW向高SE向低的丘陵古地形,古地形为SN向微倾斜的趋势。中侏罗世沉积期,在盆地内形成了延安组、直罗组等多层河流-三角洲相砂体,存在相对稳定的“隔水→含水→隔水”水文地质结构,平面展布规模大,连通性好,具备有利于层间氧化带发育的水文地质结构。在晚侏罗世渗入期,古气候转为半干旱、干旱环境,氧化作用发育,来自北部及东部古隆起上的含氧含铀水直接渗入补给,古地下水流向与当时的沉积物迁移和地层相带展布方向基本保持一致,有利于U稳定迁移、层间氧化带稳定发育及U在氧化带前锋线附近富集成矿。

6.5 层间氧化带条件

层间氧化带越发育,分带越明显,则矿化越好。东胜铀矿的铀矿体全部产于氧化-还原过渡带中,当完全氧化带中出现残留的灰色原始还原带时则发生铀矿化。绿色的古层间氧化带不仅是二次还原的产物,而且直接控制铀矿化和铀异常扩散晕[45]。延安组Ⅰ、Ⅴ岩段均发育区域性的层间氧化带，且层间氧化带分布广,分带性明显。延安组Ⅴ岩段古层间氧化带平面上形成NW向氧化带前锋线,并在氧化带前锋线附近已发现工业矿化。在平面上,延安组Ⅰ岩段铀矿化体主要产于氧化带前锋线附近的氧化-还原过渡带砂岩内。未氧化的砂岩富含有机质、黄铁矿及低价钒等,或深部有油气藏可能提供外来的还原物质(CH4、H2S等)[21]。铀矿化产于绿色砂岩与灰色砂岩过渡部位的灰色砂岩中。Ⅰ、Ⅴ岩段砂岩矿化部位均含有较多的植物碎屑、镜煤条带和黄铁矿。因此,研究区内延安组Ⅰ、Ⅴ岩段具备有利于铀成矿的层间氧化带条件。

7 结 语

(1)鄂尔多斯盆地东北部延安组属河流-三角洲沉积体系,岩性由灰色—灰白色中细粒砂岩,深灰色粉砂岩、泥岩、泥灰岩、油页岩及煤层等组成。岩性粒度分层明显，自下而上可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5个岩段。Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ岩段粒度较粗,赋存煤层厚,但稳定性差,Ⅲ、Ⅳ岩段粒度较细,赋存煤层多而薄。Ⅰ、Ⅴ岩段具备有利层间氧化作用的“泥→砂→泥”地层结构,砂体发育厚度较大，连通性好,沉积类型分别为辫状河沉积与曲流河沉积。

(2)延安组Ⅰ、Ⅴ岩段中的灰色砂岩有机碳、S2-含量比绿色砂岩高,且Fe2O3/FeO值高于直罗组灰色砂岩,具备较强的原生地球化学还原障,在氧化带前锋线附近均发育不同程度的铀矿化,并且铀矿化主要以铀石为主。

(3)延安组具有丰富的铀源条件,有利的砂体、古气候和水文地质条件,尤其是Ⅰ、Ⅴ岩段的层间氧化带发育较好且分带明显,其氧化-还原过渡带中的氧化带前锋线附近灰色砂岩具有较大的铀成矿潜力。

野外工作得到了核工业二〇八大队苗爱生研究员、王贵工程师等给予的支持和帮助,在此一并致以诚挚的谢意!