第一作者简介:张字龙,男,1978年生,2006年毕业于核工业北京地质研究院,获硕士学位,主要从事沉积学与铀矿地质研究.通讯地址:北京9818信箱 610室;邮政编码:100029;E-mail:zzl99132@tom.com.
综合前人的研究成果,结合野外地质考察,并通过 1048个煤田和核工业部钻孔岩心的编录统计,将鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统直罗组划分为上中下 3段.作者将直罗组下段作为研究目标层,分析了其砂体特征,含砂率,地层厚度和底板埋深等分布情况,结合野外地质露头和测井解释资料的综合研究,将研究区直罗组下段划分出 3种沉积相,分别为河流相,三角洲相和滨浅湖相.最后,通过东胜矿床沉积相与砂岩型铀矿的成矿关系研究,表明辫状河--辫状河三角洲相是鄂尔多斯盆地东北部最有利的沉积相,其次是曲流河--曲流河三角洲相,并简要阐述了东胜矿床外围今后找矿的重点区域为东胜地区西北部,榆林地区西部,横山地区西北部的辫状河道和三角洲平原分流河道发育的区域.
About the first author Zhang Zilong, born in 1978, graduated and gained his master’s degree from Beijing Research Institute of Uranium Geology in 2006, and is mainly engaged in researches of sedimentology and uranium geology. Address: postbox 9818,office 610, Beijing, 100029.E-mail:zzl99132@tom.com.
On the basis of summarizing the achievements of preresearchers, considering both the field geological survey and 1048 drilling core loggings from coal-mining companies and the Nuclear Industry, the Middle Jurassic Zhiluo Formation in the northeastern Ordos Basin was divided into three parts, the upper, the middle and the lower. This paper, aiming at the lower part of the Zhiluo Formation, analyzes the characteristics of sandbodies, the sand content, the thickness of each interval, and the depth of the floor. Combining with the integrated researches on the geologic outcrop and the interpretation of logging data, three types of sedimentary facies were divided in the lower part of the Zhiluo Formation, i.e. fluvial, delta, and shore and shallow lacustrine facies. Through the researches on the relationship between sedimentary facies and uranium metallogenesis in Dongsheng sandstone-type deposit, this paper reveals that the braided fluvial-braided fluvial delta facies is the most favorable in the northeastern Ordos Basin, and meandering fluvial-meandering fluvial delta facies the next. It also briefly described that in the future, the peripheral prospective areas of the Dongsheng deposit are the northwestern Dongsheng, the western Yulin and the northwestern Hengshan where braided channel and deltaic plain distributary channel are developed.
砂岩型铀矿床系指以砂岩(部分砂砾岩)为主岩的后生铀矿床(谈成龙和吴惠山等, 1997).砂岩型铀矿床的成矿因素很多, 其中, 砂体特征是控制铀矿体规模和空间分布的最主要因素, 而砂体又受沉积相控制, 因此针对研究区找矿目的层的沉积相开展研究, 对指导找矿具有重要意义.
在鄂尔多斯盆地东北部, 相关学者先后都进行了大量的研究工作, 并在找矿目的层岩性岩相特征(吴仁贵等, 2003), 后生蚀变特征(朱西养等, 2003; 肖新建等, 2004), 水文地质特征(陈法正, 2002)及其与铀成矿的关系等方面取得了大量成果(肖建新等, 2004; 焦养泉等, 2005; 向伟东等, 2006; 韩效忠等, 2008).其中不足的是这些成果绝大多数是针对东胜矿床开展的, 研究区域多限于东胜地区小区域内.目前, 该矿床已基本探明, 在矿床外围找矿, 寻找新的突破口已势在必行.另外, 长期以来研究区直罗组层间划分主要是通过岩石的颜色作为标志, 由此划分的层段不是等时的, 即造成将不同时代的地层划归为同一时代, 以此恢复的沉积相很难正确地反应当时的沉积特征, 造成对氧化带前锋预测和铀成矿赋存部位的确定出现偏差.作者利用地层学原理, 建立了研究区直罗组层序地层等时格架, 将直罗组划分为上中下3段.研究表明, 目标层沉积相的精细恢复, 对砂岩型铀矿找矿具有事半功倍之功效.作者拟在直罗组地层学研究的基础上, 对其沉积相进行精细划分, 探讨沉积相对铀成矿的控制作用, 为鄂尔多斯盆地东北部铀矿勘查工作提供依据.
鄂尔多斯盆地是在华北陆块鄂尔多斯地块古生代海相沉积地层之上形成的中生代陆相沉积盆地.盆地基底主要由太古代结晶基底, 早元古代和古生代沉积地层组成.盆地盖层主要由陆相碎屑岩沉积的三叠系(齐全), 中下侏罗统, 下白垩统, 新近系和第四系组成, 上白垩统至中新统缺失.
盆地东北部已发现的铀矿化主要集中在东胜地区(图 1), 赋矿层位以中侏罗统直罗组下段为主.矿化类型主要为层间氧化带砂岩型铀矿, 主要矿体位于层间氧化带前锋线(灰色砂体与灰绿色砂体过渡部位)附近, 矿体呈不规则的板状或卷状.含矿岩性为灰绿色, 灰色中粗粒长石石英砂岩, 分选一般, 钙质胶结, 较疏松, 富含有机质, 黄铁矿.铀矿物主要为铀石(向伟东等, 2006).矿化具多期次, 多阶段的特征.
根据野外地质露头, 钻孔岩心和测井解释资料的综合分析, 在研究区范围内对直罗组进行了地层划分(图2), 将直罗组划分为3段, 自下而上分别为直罗组下段, 直罗组中段和直罗组上段.
直罗组总体为河湖相碎屑岩建造, 与延安组呈不整合接触, 一般厚度为40~200, m, 厚度由东向西有变厚的趋势, 东部多小于40, m, 且向东明显变薄.直罗组下段分布范围广, 主要为河流--三角洲相沉积, 为浅色层, 岩性以灰色, 浅灰绿色, 灰绿色中--粗粒砂岩为主, 局部细砂岩, 分选性差, 碎屑呈次棱角状.交错层理发育, 有机质丰富, 含钙化木和黄铁矿.该层为研究区主要含矿层位.直罗组中段岩性以紫红色, 黄褐色, 灰绿色中粗粒砂岩, 细粒砂岩, 粉砂岩夹泥岩为主, 泥质, 铁质和钙质胶结, 胶结程度好.该段上部为水平层理, 下部为交错层理, 分选性好, 冲刷面发育.直罗组上段为紫红色, 红色泥岩, 粉砂质泥岩, 粉砂岩互层夹细砂岩, 局部有薄层石膏, 为河湖相沉积.
在前人研究成果和直罗组划分的基础上, 作者有针对性地对直罗组下段(主要含矿层)开展沉积相研究, 以便在今后更好地指导找矿工作.
根据岩性及岩性组合, 沉积构造, 测井曲线, 粒度分布特征, 砂体厚度及平面展布和含砂率等沉积相划分标志, 将鄂尔多斯盆地东北部直罗组下段划分出3种沉积相, 即河流相, 三角洲相和滨浅湖相.其亚相和微相划分详见表1.
2.1.1 河流相
主要发育砾质辫状河亚相, 砂质辫状河亚相和曲流河亚相.
砾质辫状河流亚相(图 3-A) 主要分布在研究区西北部的泊尔江海子地区, 含砂率可达80%以上.垂向沉积组合主要由底部滞留沉积, 心滩及顶部泛滥平原沉积组成.底部滞留沉积主要为砾岩, 粗砂岩及中粗砂岩.砾石主要由变质岩组成, 可见少量花岗质砾石, 砾径多为2~5, cm, 大者可超过5, cm, 分选性一般, 但不具混杂堆积特点, 磨圆度高, 测井曲线呈箱形(图3-A).砾岩具有北厚南薄的特点, 厚度在几十厘米到上百米不等, 这些特征反映该地区距物源相对较近, 但不具冲(洪)积扇特征.心滩沉积主要为粗砂岩和中粗砂岩, 砂体厚度大, 一个沉积旋回的砂体厚度就可超过30, m, 沉积构造以大型槽状交错层理和板状交错层理为主.
砂质辫状河流亚相(图 3-B) 主要分布在研究区西北部的罕台川--东胜地区及研究区中南部的榆林西部, 横山西北部地区, 含砂率多数大于70%.河道充填垂向沉积组合主要有河床滞留沉积和心滩及边滩沉积.其中河床滞溜沉积为块状复成分砾岩, 砂砾岩.砾石主要由石英质岩组成, 少量为花岗质和变质砾岩, 砾径多数小于2, cm, 磨圆及分选性均较好, 砾石层厚度为几厘米至几十厘米, 测井曲线呈钟形.罕台川地区砾石长轴方向近南北向展布, 并且有北厚南薄的变化, 表明罕台川地区古河道的局部流向是由北向南.心滩和边滩沉积以纵向砂坝和横向砂坝为主, 岩性主要为中砂岩, 中粗砂岩和中细粒砂岩, 单层砂体厚度一般为10~20, m, 具明显的正韵律结构.沉积构造发育有大型槽状交错层理和板状交错层理.测井曲线表现为较大幅度的箱形或钟形, 顶, 底界面一般为突变型, 也有底部突变型和顶部渐变型.
曲流河亚相(图 3-C) 主要分布在神木地区, 垂向沉积组合主要由底部滞留沉积, 边滩沉积和决口扇沉积组成, 二元结构明显.河道底部的滞留沉积以粗砂岩和含砾粗砂岩为主, 中, 细粒砂岩较少.砾石以石英质为主, 砾径一般小于3, cm, 厚度小于30, cm, 磨圆度和分选性好.沉积构造以中小型槽状交错层理为主, 其次发育平行层理, 正韵律明显.边滩沉积主要以中砂岩, 中粗砂岩及细砂岩为主, 有时为含砾砂岩及粉砂岩, 粒度变化范围大, 单层砂体厚度一般小于15, m, 主要以点砂坝呈孤立状产出, 侧向迁移现象明显.砂体下部具大型槽状或板状交错层理, 中上部为小型槽状交错层理或爬升波痕纹理, 顶部有时出现水平层理, 具典型的正韵律结构.测井曲线的外形呈圣诞树形或钟形.决口扇沉积以细砂岩, 粉砂岩为主, 在决口水道底部可见薄层中, 粗砂岩, 沉积构造主要为小型交错层理, 局部发育中型交错层理, 常见冲刷, 充填构造.
2.1.2 三角洲相
主要发育辫状河三角洲亚相和曲流河三角洲亚相.
辫状河三角洲亚相(图 4)主要分布在研究区北部的东胜地区及研究区中南部的榆林, 横山地区, 以三角洲平原沉积为主, 分流河道往往下切分流间湾沉积, 向上逐渐废弃, 局部过渡为泥炭沼泽沉积.河道底部冲刷明显, 岩性以粗砂岩, 中粗砂岩和细砂岩为主.
曲流河三角洲亚相主要发育在神木地区, 以三角洲平原沉积为主.分流河道砂体是三角洲平原的骨架砂体, 剖面上呈透镜状, 以细砂岩, 中细砂岩沉积为主, 规模比冲积平原上的河道要小很多.分流河道周围常常有一些细粒沉积物, 且河道内也发育一些槽状交错层理.
2.1.3 湖泊相
滨浅湖沉积在研究区神木, 横山, 安塞--延安一带东南部地区均比较发育, 以粉砂岩, 泥岩沉积为主.
滨湖亚相(图 5-A)以细砂岩, 粉砂岩互层沉积为主, 砾岩少见.碎屑分选, 磨圆较好.主要发育浪成沙纹交错层理, 波状层理, 单斜交错层理和变形层理.
浅湖亚相以粉砂岩, 泥岩互层沉积为主, 少量透镜状细砂岩, 局部夹薄层紫红色菱铁矿(图 5-B).可见不规则的水平层理, 小型交错层理, 波状层理及浪成波痕.生物化石丰富且保存完好, 以薄壳类, 介形类及植物化石为主.
通过对1048个煤田钻孔和核工业部钻孔数据分析, 系统地统计了研究区内各地区直罗组下段砂体厚度, 含砂率以及地层厚度等数据(表 2).由表2可知, 直罗组下段平均地层厚度为34.82, m, 自东向西总体上表现为由薄到厚的格局, 在泊尔江海子及高头窑南地区地层厚度达到50, m以上.全区的砂体平均厚度为25.59, m,
最大厚度也出现在高头窑南地区, 为92.10, m, 自东向西总体上表现为由薄到厚的格局, 砂体的空间展布形态能够反映当时分流河道的分布情况.含砂率是目标层砂岩厚度与地层厚度的比值, 是反映古沉积环境的重要参数.根据对直罗组下段岩性的含砂率统计表明, 东胜, 孙家梁--沙沙圪台--皂火壕--新庙壕和高头窑南一带的含砂率接近于100%, 含砂率较高.
在整理和总结前人(张泓等, 2008)研究成果的基础上, 结合野外露头考察, 进行了沉积相分析, 以直罗组下段地层厚度, 砂体厚度, 含砂率和底板埋深分布情况为基础, 遵照瓦尔特相变规律, 采用单因素分析和多因素综合作图法(冯增昭, 1992, 2004), 研究得出鄂尔多斯盆地东北部直罗组沉积早期沉积相平面分布特征(图 6).
从图6来看, 研究区在直罗组沉积早期河流相和三角洲相比较发育, 沉积相分布主要特征为:西北部泊尔江海子--东胜地区为辫状河和辫状河三角洲相.其中辫状河道位于温家梁以西,
河道宽度为30~35, km, 由温家梁向东胜东南方向延伸至神山沟一带, 河道频繁分叉, 分流间湾沉积比较发育, 神木地区为曲流河--曲流河三角洲相, 在大柳塔和店塔一带发育2条北西向的曲流河道, 规模较小, 宽度为4~8, km; 榆林地区为辫状河--辫状河三角洲相, 其辫状河道发育在乌审旗南, 河道规模要比东胜西北部的辫状河道小, 河道宽度为15~20, km, 在该辫状河东部发育面积较大的三角洲沉积, 由榆林市向东南延伸至横山--靖边县一带; 高家堡镇--响水--青阳岔等地区为滨浅湖相.河道之间为泛滥平原相沉积.
根据在鄂尔多斯盆地东北部发现的铀矿化显示, 辫状河--辫状河三角洲亚相是盆地东北部最有利的沉积相带, 主要见矿钻孔都位于该沉积相带中; 曲流河--曲流河三角洲亚相也是比较有利的沉积相带; 而滨浅湖相对砂岩型铀矿成矿不利, 在该沉积相带中目前还没有发现砂岩型工业铀矿化.
鄂尔多斯盆地铀矿化受辫状河--辫状河三角洲亚相, 曲流河--曲流河三角洲亚相控制的主要原因, 是这些沉积相顶底板发育由泥岩, 粉砂质泥岩组成的隔挡层, 中部砂体单层厚度较大, 延伸稳定, 孔渗性较好, 构成铀成矿的良好储集层.这种空间上组成的良好泥岩--砂岩--泥岩地层结构, 有利于后生改造层间氧化带型砂岩铀矿的形成.而滨浅湖相沉积砂体发育规模很小, 厚度薄, 胶结也往往比较致密, 不利于后生氧化改造作用, 对铀成矿条件不利.
在垂向分布上, 根据铀矿化与所在沉积相的空间关系, 发现铀矿化主要赋存在直罗组下段砂质辫状河亚相以及辫状河三角洲亚相的分流河道微相(图 7), 曲流河三角洲平原上的分流河道微相中局部也有铀矿化(图 8).
在平面展布上, 铀矿化分布与沉积相的关系由图9可知, 铀矿体主要分布在辫状河三角洲分流河道之中及辫状河主河道边部, 某些分流间湾中也有少量工业矿体分布.另据钻孔资料统计, 辫状河主河道厚度较大的砂体中心地带铀矿化并不发育, 而砂体厚度在30~40, m成矿概率较好, 砂体厚度在35, m左右最佳(焦养泉等, 2005).
形成上述分布特征的原因是辫状河--辫状河三角洲相砂体厚度较大(一般单层厚度大于20, m), 砂体互相切割, 叠置, 稳定性好, 粒度较粗, 杂基含量少, 有利于流体渗流, 成为该区主要控矿沉积相带.在辫状河主河道中部, 地下水流速更快, 且沉积时有机质含量相对较少(直罗组为非含煤层系), 被还原沉淀的少量矿体处于不稳定状态, 当下一次含氧含铀水流经此地时, 易被再次氧化带走, 因而在辫状河主河道中部不利于铀持续不断地还原沉淀.在辫状河主河道边部和辫状河三角洲分流河道部位沉积物粒度由粗变细, 泥质杂基含量相对较高, 有机质丰富, 在这些岩性变化的过渡部位, 有利于形成良好的氧化还原障, 从而有利于铀的沉淀和成矿.
在恢复研究区沉积相的基础上, 研究了沉积相与铀矿化的关系, 得出砂岩型铀矿主要赋存在辫状河主河道边部和三角洲平原分流河道分叉交汇的部位, 因此在其远景预测时, 古河道边部及三角洲平原分流河道将是重点预测区.依据不同沉积相富含有利成矿砂体的程度, 笔者认为, 以直罗组下段为找矿目的层的下一个找矿目标, 应放在东胜地区西北部, 榆林地区西部, 横山地区西北部的辫状河道边部及三角洲平原分流河道所在的区域.
作者声明没有竞争性利益冲突.
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