鄂尔多斯盆地南部彬长地区直罗组后生蚀变特征研究

2023-12-09冯博王晓鹏武正乾王凯聂利刘凯鹏周伟

铀矿地质 2023年6期

冯博，王晓鹏，武正乾，王凯，聂利，刘凯鹏，周伟

（1.核工业二〇三研究所，陕西西安 710086）

［关键字］直罗组；蚀变特征；铀矿化；彬长地区

鄂尔多斯盆地作为我国第二大盆地，发现了丰富的煤、石油、天然气及铀等多种矿产资源，是我国重要的能源生产基地［1-2］。近20 年来，核工业系统在盆地北部先后发现东胜、大营、纳岭沟、塔然高勒等大型铀矿床［3-5］，吴仁贵、焦养泉、张字龙等对盆地北部沉积特征、沉积相分析以及后生蚀变进行了详细研究［6-9］。相比盆地北部地区，多数学者仅对盆地南部直罗组沉积特征、地球化学特征、油气对铀成矿的关系进行了研究［10-14］，但针对直罗组后生蚀变特征的研究相对薄弱。本文在观察、分析彬长地区鸭河湾矿产地直罗组砂体特征和铀矿化特征时，发现研究区含矿层中未发育典型褐黄色、黄色层间氧化带，多数发育灰绿色、灰白色蚀变带，铀矿体受灰绿色蚀变带的控制，成矿机制无法用典型的层间氧化带型铀成矿模式解释，具有独特的颜色和岩石地球化学特征。因此，需要进一步开展赋矿砂体蚀变带类型及其空间分布特征方面的研究，对确定找矿方向、总结找矿模式具有重要意义。本文应用水成铀矿理论，通过野外、钻孔观察、显微岩石学研究、扫描电镜等手段研究蚀变岩石颜色、矿物成分特征，理清该区存在的蚀变类型种类及组合关系，进一步探讨蚀变带空间分布特征及其与铀矿化的关系，建立铀矿找矿蚀变标志，有效地指导研究区铀矿找矿工作。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地在经历了长期多期次构造变动之后，现今盆地构造面貌总体上呈现南北走向、东缓西陡的不对称向斜构造。彬长地区构造位置位于渭北隆起西段，侏罗系总体为走向NE50°～70°，倾向NNW 的单斜构造，区域断裂构造发育较少，发育一系列平行于盆地边缘宽缓而不连续的褶皱［15-16］（图1）。研究区主要发育一套中生代陆相沉积，自下而上依次为三叠系延长组含砾砂岩、砂岩夹粉砂质泥岩，砂岩中含龟背石；中侏罗统延安组、直罗组和安定组，其中延安组含煤碎屑岩，是彬长地区次要含矿目的层；直罗组下段发育为灰绿色、灰色砂岩和砂砾岩，是研究区主要含矿目的层；上段发育为紫红色、灰绿色泥岩和砂岩，直罗组厚度40～215 m；安定组岩性主要为灰绿色泥质砂岩、紫红色细砂岩、泥岩夹白色钙质细砂岩（表1）。

表1 鄂尔多斯盆地及邻区中生代地层表Table 1 Mesozoic strata in Ordos basin and adjacent areas

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分示意图（据长庆油田，1992）Fig.1 Schematic diagram of structure division of Ordos basin（according to Changqing Oilfield，1992）

2 直罗组沉积特征

2.1 直罗组岩性特征

直罗组在盆地内普遍分布，与下伏延安组为平行不整合接触，与上覆安定组为整合接触。直罗组整体上表现出西部厚、东部薄，西粗、东细的特点。直罗组在盆地南部可分为上、下两段：下段岩性整体较粗，累计砂体厚度大，泥质含量较少，上段泥质含量增多，砂体厚度变薄（图2）。直罗组下段下部发育灰色、灰绿色、浅灰绿色块状中粗粒砂岩，称“七里镇砂岩”［13］，区域上分布较为稳定，底部常含砾石，有时夹灰色砾状砂岩或砾岩透镜体；下段上部发育紫红色粗砂岩、砾岩，与杂色泥岩、粉砂岩互层；直罗组上段的下部发育浅紫红色块状中-粗砂岩、砂砾岩，上部发育紫红色、褐色夹灰绿色杂色泥岩、粉砂岩与细砂岩互层。研究区内发育三叠系隐伏隆起，在隆起区周边不发育直罗组上段地层，隆起区内缺失直罗组。

图2 彬长地区直罗组综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of Zhiluo formation in Binchang area

2.2 直罗组砂体特征及沉积体系

彬长地区直罗组下段发育厚层砂体，岩性主要为灰色、浅灰绿色中-粗砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩，中-厚层状，SE—NW 向发育，在鸭河湾一带向NE 向发育分支，主砂体宽4.2～15.6 km，呈现南东宽、北西窄的特点。砂体厚度1.8～56.4 m，平均厚度18.1 m，含砂率30.19～91.14%，平均含砂率65.01%，砂体均一性好，分布较稳定，连通性好（图3）。砂岩以长石石英砂岩、长石砂岩为主，分选性差，次棱角状-棱角状磨圆，成熟度低，具有半韵律特征，见冲刷面，发育槽状交错层理，砂体中含少量炭屑、有机质和黄铁矿等还原介质，还原能力较强。从岩心、野外露头岩性观察结合沉积构造，认为彬长地区直罗组下段骨架砂体为辫状河河道亚相沉积，其砂体叠加厚度较大地区为河道主要流经区，砂岩较厚带的分布及变化反映了沉积物源方向和沉积体系展布特征［17］（图4）。彬长地区直罗组下段辫状河河道总体呈北北西向展布，在彬县-新民一带、长武-巨家一带、北极-永乐-罗川一带发育泛滥平原亚相沉积，以泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩为主。其下伏延安组湖沼相、上覆直罗组上段曲流河相沉积作为隔水层，与直罗组下段骨架砂体构成稳定的“泥-砂-泥”结构，是铀成矿有利的储层条件。

图3 研究区直罗组下段砂体厚度分布图Fig.3 Sand body thickness distribution map of lower Zhiluo formation in study area

图4 研究区直罗组下段沉积相图（据王凯，2023）Fig.4 Sedimentary facies map of lower member of Zhiluo Formation in study area（according to Wang Kai，2023）

研究区直罗组上段以曲流河相沉积为主，由河道沉积砂岩与河漫滩泥岩、粉砂岩构成多个二元结构，其砂体较薄，厚度0.8～12.6 m，平均厚度7.7 m，曲流河河道继承了早期辫状河河道，呈SE—NW 向发育，砂体中见有较好的铀矿化。

3 直罗组蚀变特征

3.1 蚀变类型

晚侏罗世以来，盆地发生多期抬升掀斜，使盆地西南缘直罗组抬升遭受剥蚀、地下水淋滤改造，同时，随着古气候持续干旱炎热，形成广泛发育的古层间氧化带和古潜水氧化带，后期油气渗出作用形成了后生还原蚀变［18-19］。通过对地表露头和钻孔岩性观测，直罗组蚀变类型主要有早期氧化蚀变和晚期还原蚀变两种类型。

早期氧化蚀变主要发育于直罗组上段及下段上部细砂岩、泥岩中，由紫红色、红褐色砂岩、泥岩、粉砂岩组成，厚度一般为10～45 m。直罗组下段上部与上段相似，发育紫红色氧化砂岩，夹灰绿色砂体条带、透镜体，向下灰绿色逐渐增大，直到直罗组下段中部发育浅灰绿色褪色蚀变砂体（图5）。

氧化砂体以长石石英砂岩、岩屑长石砂岩、长石砂岩为主，碎屑物成分主要为石英65%～80%、长石7%～15%、岩屑5%～15%、褐铁矿2%、黑云母<1%，未见炭屑，填隙物主要为微粒高岭土、伊利石，局部见少量方解石矿物。

直罗组上段所夹的灰绿色、灰白色砂体、下段发育的浅灰绿色砂体为紫红色砂岩发生还原褪色蚀变形成，砂体中发育弱高岭土化，不含炭屑、炭质纹层及有机质等还原介质，常见原生紫红色残斑（图6a），同时，与砂体接触的棕红色、紫红色泥岩发生褪色蚀变，形成灰绿色褪色蚀变边。褪色蚀变砂岩碎屑成分与氧化砂体相近，不同之处是褪色蚀变砂岩中暗色矿物主要为黄铁矿，局部见黑云母蚀变为绿泥石，见有残留褐铁矿颗粒（图6b），未见炭屑。钻孔中显示，褪色蚀变由上至下逐渐加强，还原褪色作用主要分布在渗透性较好的砂体中。

直罗组主要褪色蚀变为灰绿色，砂体呈现灰绿色原因在于含较多绿泥石，绿泥石多为黑云母还原形成，部分棕褐色黑云母矿物边缘褪色蚀变为绿泥石（图6c），且绿泥石中残留有早期褐铁矿粉末（图6d），因此，直罗组灰绿色砂岩是早期氧化岩石经后期还原蚀变形成。直罗组底部灰色含铀砂岩中常含大量炭屑物及黄铁矿等还原介质（图6e、f），未见氧化现象，为原生灰色砂体。

3.2 蚀变砂体空间展布特征

彬长地区直罗组蚀变垂向上分带明显，上段以氧化砂体为主，下段自上而下依次为紫红色氧化砂岩夹少量灰绿色、灰白色砂岩，灰绿色砂体及灰色砂体，铀矿化主要产于底部“灰绿色-灰色”接触部位，矿化呈层状、透镜状产出，与地层产状一致。

平面上氧化蚀变发育于彬州-鸭河湾-长武一带，原生灰色砂体分布于正宁-宁县一带及氧化带内的原生残留部位，灰绿色蚀变分布于氧化蚀变与原生砂体之间，即氧化—过渡带内（图7）。

图7 彬长地区中侏罗统直罗组下段地球化学图Fig.7 Geochemical map of the Middle Jurassic Zhiluo Formation in Binchang area

4 蚀变与铀成矿的关系

4.1 铀矿化特征

鄂尔多斯盆地南部直罗组铀矿化主要分布在彬长-店头地区，发现了店头铀矿床、鸭河湾矿产地，以及多个铀矿点，如炭店矿化点、焦坪矿化点等，铀矿化均产于直罗组下段氧化—还原过渡带内，垂向上产于氧化蚀变之下，灰绿色褪色蚀变与原生灰色砂体过渡部位。

彬长地区直罗组下段共发现7 个铀工业矿孔及大批矿化孔，矿化埋深198.8～796.2 m，含矿砂岩厚度0.1～5.8 m，该地区铀矿化主要发育在氧化带内的灰色残留体周边的氧化—还原过渡带内（图7），铀矿化产于灰绿色、灰色砂岩接触部位，赋矿岩石为浅灰绿色、灰绿色、灰色细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩，含大量炭屑（图6g）和黄铁矿。铀矿物主要为铀石，多呈微粒状集合体，微粒大小为0.02～0.05 mm，铀石常分布于炭屑中，且与黄铁矿伴（共）生（图6h）或充填在高岭石矿物颗粒间（图6i）。

4.2 后生蚀变作用与铀成矿关系

彬长地区直罗组下段下部沉积期气候温暖潮湿，发育富含还原介质的原生灰色砂体，下段上部及上段沉积期为半干旱—干旱气候，发育紫红色砂体。晚侏罗世和早白垩世末—古近系时期，区内发生抬升、剥蚀，来自蚀源区的富铀含氧流体渗入目的层发生潜水氧化作用、层间氧化作用，致使铀沉淀富集［20-21］；古近纪以来，来自深部的油气多期次、长期性地沿断裂、角度不整合、下切谷等渗入到直罗组，增强了氧化砂体的还原能力。随着油气等还原性流体的持续渗入，抑制了氧化作用的发展，层间氧化带前锋线遇到向浅部运移的油气，发生二次还原作用，使紫红色古氧化带褪色蚀变为灰绿色、浅灰绿色，发育范围较大的氧化—还原过渡带，在过渡带形成的酸性流体溶液促使砂岩中的U6+还原为U4+，与SiO2发生反应形成铀矿物，对前期形成的铀矿进行叠加改造；另一方面使早期阶段形成的沥青铀矿转变为铀石，对铀矿具有保护作用［22］。

垂向上，铀矿化产于直罗组下段灰绿色褪色蚀变与下部原生灰色砂体的过渡部位，与砂体中炭屑、黄铁矿密切相关；平面上，铀矿化受古层间氧化带前锋线控制，发育在氧化—还原过渡带内。根据后生蚀变与铀成矿的关系，认为氧化—还原过渡带为彬长地区铀成矿有利区，直罗组下段灰绿色褪色蚀变砂体与原生灰色砂体接触部位可作为研究区重点找矿层位。