沉积特征对砂岩型铀成矿类型的制约——以松辽盆地南部姚家组为例

马汉峰，罗 毅，李子颖，于振清

（1．核工业北京地质研究院，北京100029；2.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024006）

沉积特征对砂岩型铀成矿类型的制约
——以松辽盆地南部姚家组为例

马汉峰1，罗 毅1，李子颖1，于振清2

（1．核工业北京地质研究院，北京100029；2.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024006）

不同沉积体系砂体的特征不同，在后生铀成矿过程中所起的作用也不同。通过对松辽盆地南部姚家组地层沉积特征的研究，提出沉积特征对铀成矿类型有制约作用；上白垩统姚家组沉积体系以冲积平原、辫状河、三角洲和湖泊等为主，形成了稳定的泥-砂-泥地层结构，受沉积体系的控制，该区砂体厚度稳定、分布范围广，是松辽盆地南部寻找层间氧化带型铀矿的找矿有利目的层。

沉积体系；松辽盆地；姚家组；成矿条件；制约

地浸砂岩型铀矿床的形成需要诸多的条件［1-3］，这些条件中地层泥-砂-泥结构条件是影响地浸砂岩型铀矿形成和采用原地地浸法开采的最重要条件［3］，地层缺失泥-砂-泥结构，就无法形成层间氧化带型铀矿化；砂岩型铀矿体如果缺少顶底板泥岩隔水层，采用地浸法开采将极其困难。而泥-砂-泥地层结构的形成是和沉积作用和沉积构造演化分不开的，尤其和沉积体系关系密切，不同沉积体系由于砂体特征不同，泥岩层分布不同，会形成不同的地层结构，因而会影响后期的成矿类型［4］。松辽盆地南部姚家组广泛发育三角洲、辫状河沉积体系［5-6］，易形成稳定的泥-砂-泥地层结构，有利于层间氧化带型铀矿化的形成，钱家店和白兴吐铀矿床的发现证明了松辽盆地南部具有较大的寻找层间氧化带型铀矿的潜力。

1 区域地质

松辽盆地是我国北方一大型中新生代盆地，大地构造位置位于华北、西伯利亚板块和西太平洋夹持区的东部，基底由前震旦纪、古生代中深变质岩、浅变质岩，以及加里东期、海西期、印支期和燕山期等花岗岩组成［7］。松辽盆地盖层主要由沉积碎屑岩系构成，总沉积厚度>10 000 m。地层从上向下依次是第四系，新近系依安组，古近系泰康组、大安组，上白垩统明水组、四方台组、嫩江组、姚家组、青山口组和泉头组，下白垩统登娄库组、营城组及沙河子组。姚家组上段和下段是目前松辽盆地南部地浸砂岩型铀矿找矿的主要目的层位，其沉积体系属于冲积平原相、辫状河相、三角洲相和湖泊相沉积体系。上白垩统姚家组地层沉积韵律结构明显，发育两层砂体，砂体厚度大致接近，姚下段砂体厚度略大，该层砂体与青山口组顶部泥岩、姚家组上、下段之间的分段泥岩共同组成一套完整的泥-砂-泥地层结构，姚家组上段地层中的砂体与嫩江组底部泥岩和姚家组上、下段分层泥岩一起构成另一套完整的泥-砂-泥地层结构（图1），勘查结果表明，这两层砂体中均有工业铀矿体发育，取得了很好的找矿成果，因此，松辽盆地南部姚家组是寻找地浸砂岩型铀矿的主攻找矿目的层。

2 松辽盆地南部姚家组沉积特征

2.1 沉积体系及沉积相特征

图1 松辽盆地南部姚家组地层结构示意图Fig.1 Schematic map of stratigraphic structure of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

从松辽盆地南部姚家组岩相古地理图（图2）可以看出，姚家组主要发育辫状河体系、三角洲体系和湖泊沉积体系，仅西南部靠近盆缘部位发育少量冲积扇体系，松辽盆地东南缘广泛发育泛滥平原相沉积。而盆地南部则以辫状河体系、冲积平原体系为主，在湖泊沉积体系和冲积平原体系过渡部位发育有三角洲沉积体系。通过详细研究可以发现松辽盆地南部砂体比较发育，沉积物粒度较均匀，连通性和渗透性较好，并且砂体和其上、下隔水泥岩组成了稳定的泥-砂-泥地层结构。

2.2 沉积体系对砂体特征的制约

通过对松辽盆地南部大量钻孔中姚家组地层的统计观察，姚家组沉积是由冲积平原相、辫状河相和三角洲相组成，砂体发育，单层砂体厚n～n×10 m，累计厚度达30～90 m，组成砂体的岩性为中粗粒长石岩屑砂岩、中细粒长石岩屑砂岩、中粗粒岩屑长石砂岩、中细粒岩屑长石砂岩和少量泥质粉砂岩，姚家组砂岩为泥质和钙质胶结，固结程度较低，渗透性能较好。

图2 松辽盆地南部晚白垩世姚家组沉积期岩相古地理图Fig.2 Lithofacies&palaeogeographic map of sedimentary phases in Late Cretaceous Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

姚家组砂体可分为姚上段砂体和姚下段砂体两层砂体，这两层砂体的形成环境较为接近，均属于辫状河沉积体系和三角洲沉积体系。在钱家店矿区范围内其两层砂体中都有铀矿体产出，姚上段砂体底板埋深为187～255 m，单层砂体厚度为25～28 m；姚下段砂体埋深为226.0～304.70 m，单层砂体厚度为20．0～30．0 m，单层砂体最大厚度大于 40．0 m；砂体组成碎屑岩的成分包括：棱角状石英碎屑、岩屑及长石碎屑。岩屑成分很复杂，既有火山岩屑、变质岩屑，也有花岗岩屑。砂岩的胶结形式为基底式或孔隙式胶结，部分砂岩胶结物为碳酸钙，因此，其钙质量分数增高，绝大部分砂岩较疏松、渗透性较好，具较好透水性。

根据松辽盆地南部姚家组砂体所组成的砂岩颜色，姚家组砂岩可分为两大类型，即紫红色砂岩和灰色砂岩。大量钻孔观察表明，紫红色砂岩大部分分布在姚家组下段，在姚家组上段也有分布，该砂岩的特点是呈紫红色，块状层理，局部发育交错层理。其碎屑质量分数：85%～90%，泥质质量分数：10%～15%；砂岩的碎屑成分中石英质量分数：60%～65%，是碎屑的主体，岩屑占25%～30%，长石占5%～10%；紫红色砂岩碎屑的分选性较差、颗粒呈次棱角状到棱角状。本类型的砂岩成熟度低，胶结较为疏松，通常为孔隙式或基底式胶结，不含或含少量炭质和黄铁矿，大部分砂岩碎屑颗粒表面有铁染，在显微镜下有红边；灰色砂岩大部分位于姚家组上段，姚家组下段分布较少，这种砂岩一般呈灰色、灰白色，泥质质量分数多者为灰绿色，有机质质量分数多者为黑色和黑灰色，常见泥质、粉砂质夹层或透镜体，块状层理发育广泛，局部发育交错层理。灰色砂岩中碎屑质量分数占80%～90%，相对于紫红色砂岩质量分数减少，泥质质量分数占10%～20%，相对于紫红色砂岩质量分数有所增加，组成灰色砂岩的碎屑成分主要是石英 （45%～75%）、 长石（10%～15%）和岩屑（20%～35%），其相对比例和紫红色砂岩较为相似，灰色砂岩内的炭质碎屑呈细的条带状，沿砂岩的层理平行分布，炭质最多，质量分数可达3%～4%，显示该种砂岩有较强的还原容量。灰色砂岩中的黄铁矿呈聚斑状、分散状和结核状，碎屑颗粒分选性一般，磨圆度为次圆状到次棱角状，成分成熟度低，基底式胶结，胶结程度较低，钙质质量分数较高。

从松辽盆地南部姚家组砂体化学分析结果（表1）可以看出：姚家组砂岩的 w（SiO2）/w（Al2O3）值为 5．33～8．98， 平均值为 6．78， 与佩蒂庄分类中岩屑砂岩的平均值（8．16）相比，该区砂岩的 w（SiO2）/w（Al2O3）比值明显偏低，这说明该区岩石的成熟度较低。CaO在灰色砂体中砂的质量分数绝大部分＜4．00%，反映出砂体中碳酸盐质量分数较低，烧失量＜4．90%，与CaO质量分数相关关系不明显，说明砂体中砂岩的碳酸盐质量分数较低。从表1可以看出，松辽盆地南部砂体中砂岩的碱金属质量分数较低，w（Na2O+K2O）为 4．45%～6．41%， 且w（Na2O）＜w（K2O）， 具有富钾特征。 显示该区辫状河及三角洲沉积体系中的砂岩，其钾长石是长石碎屑组的主要成分，说明该区蚀源区岩石演化程度高，这种地质体的铀质量分数也较高，能为后期铀成矿提供铀源。

表1 松辽盆地南部姚家组砂岩化学成分结果表（据核工业243大队，2006）Table1 Chemical compositions of sandstones in Yaojia Formation in the southern Songliao Basin（After Geologic Party No.243， CNNC， 2006）

3 沉积体系对铀成矿水文地质条件的制约

水文地质研究表明，姚家组含水层的空间展布形态与姚家组沉积时的冲积平原、辫状河及三角洲沉积体系分布区大致吻合，含水层形态受各种体系中的亚相砂体形态控制，冲积平原上的辫状河和三角洲平原上的辫状分流河道发育连通砂体，洪泛期形成厚层泥岩，决定了本区含水层和隔水层界线明显。姚家组含水层厚度为20～50 m，含水层顶板埋深为140～230 m，岩性为中粗粒岩屑长石砂岩、中细粒岩屑长石砂岩、中细粒长石岩屑砂岩、含砾不等粒砂岩和含泥砾砂岩等。姚家组含水层的顶板隔水层为上白垩统嫩江组，底板隔水层为上白垩统青山口组，含水层的水化学类型为HCO3-—Cl-—Na+型和HCO3-—Na+型，与上层嫩江组和下层青山口组的水化学类型略有差别，姚家组地下水矿化度一般大于 1 g·L-1， 最高可达 8.8～43.7 g·L-1， 淡水和油田水的混合型地下水，pH值为8～9，属于弱碱性地下水。

上白垩统姚家组含水层地下水接受大气降水补给，大气补给的水以越流、构造剥蚀天窗和侧向径流等补给方式补给承压含水层。盆地周围基岩分布区的裂隙水在向盆内径流过程中，地下水沿渗透好的砂体向下渗透、补给姚家组层间水，或者从剥蚀构造天窗向下渗透，进入层间，形成层间的承压水，这些层间水在沿沉积层序径流时，如遇到断裂或连通性砂体，可以越流等形式补给其他含水层。

上白垩统姚家组中地下水径流方式表现为在松辽盆地南部大范围由蚀源区向盆地中心部位径流，从山前高平原向低盆内低平原径流，晚白垩世嫩江期末松辽盆地发生了强烈的构造反转隆升，由此引发的剥蚀作用所形成的构造天窗使地表水能够沿层间渗入，然后侧向径流，研究表明，地下水流向和沉积体系中砂体的展布方向基本一致，含水层的厚度也受沉积体系中砂体厚度的制约，松辽盆地有利的沉积体系及微相条件导致了松辽盆地南部具有形成砂岩型铀矿有利的水文地质条件，松辽盆地南部已发现的钱家店铀矿床及其东部的白兴吐铀矿床都发育在地表水能够渗入的莽格图天窗构造的两侧。

上白垩统姚家组承压水的排泄方式主要是沿断裂构造渗出，沟通下部层位和地表的贯通性断裂形成于晚白垩世嫩江期末，使得下部含水层中的地下水和地表潜水的水力联系加强，反转隆升剥蚀天窗构造、姚家组和贯通性断裂构成局部完整的补-径-排水动力系统，使得在后期改造成矿过程中地表水能源源不断地流入成矿，松辽盆地南部的断裂排泻区范围与现代老哈河、西辽河、东辽河、西拉木伦河和新开河流域位置大致相同。

4 沉积体系对姚家组铀矿化类型的制约

通过松辽盆地南部已施工钻孔中姚家组沉积体系发育与铀矿化类型关系研究可知，在盆地西南边缘（奈曼、洮南地区）沉积体系主要以冲积扇沉积体系为主，亚相及微相界线不清楚，砂体不稳定，缺少稳定的泥-砂-泥地层结构，渗入地层中的含氧含铀水以垂直运移作用为主，仅有少量发生侧向迁移，因此，仅形成了潜水氧化带型铀矿化（图3）。

图3 沉积体系对砂岩型铀矿类型的控制作用示意图Fig.3 Skech map showing control of sedimentary systems on the types of sandstone-type uranium deposits

从西南边缘逐渐向盆地内部，沉积体系以冲积平原为主，较难形成泥-砂-泥地层结构，而且所沉积砂岩多为紫红色，虽有灰色砂岩发育，但其中没有发现较好的铀矿化现象。在冲积平原和湖泊过渡部位，广泛发育辫状河、三角洲沉积体系，形成了稳定的泥-砂-泥结构，且各沉积体系中砂体的厚度适中，延伸稳定，有机炭、有机硫质量分数（11.46×10-6～17.06×10-6）高， 局部沉积洼地有铀的预富集现象，泥岩中的铀质量分数每吨可达十几克，辫状河道和三角洲体系内比大部分亚相都有利于发育稳定性较好的砂体，形成稳定的泥-砂-泥地层结构，因此，这两个沉积体系有利于层间氧化带型砂岩铀矿形成。该区已发现了钱家店、白兴吐等层间氧化型铀矿床，就是发育在这种有利的沉积体系内。

由此可见，松辽盆南部铀矿化发育的类型和沉积体系的展布有一定关系，有些沉积体系对形成潜水氧化带型铀矿化有利，另一些沉积体系对形成层间氧化带型铀矿化类型有利，因此，沉积体系对铀矿化类型起到一定的控制作用，冲积扇沉积体系及其中亚相更易形成潜水氧化带型铀矿化，辫状河和三角洲沉积体系及亚相更有利于形成层间氧化带型铀矿化。

5 结 论

沉积作用制约着地层结构、沉积体系和沉积体系各亚相的展布，以及其岩石类型的发育，从而也制约着其中发育的砂体规模、砂体特征、砂体的还原容量、砂体的铀质量分数和砂体后生蚀变等影响铀矿形成的条件和因素；松辽盆地南部上白垩统姚家组发育辫状河沉积体系、三角洲等沉积体系，这些沉积体系有利于形成稳定的泥-砂-泥地层结构，具备了形成渗入型铀矿的重要条件，是寻找原生沉积预富集后生层间氧化改造叠加型铀矿的有利目的层，而且目前已发现了钱家店铀矿床和白兴吐铀矿床，这说明了上白垩统姚家组具有良好的铀成矿条件及找矿潜力，应坚定该区的铀矿找矿信心。

当然，沉积作用仅是影响松辽盆地南部铀成矿类型的一个重要地质因素，还应把它和其他地质因素结合起来进行综合成矿预测。

［1］黄世杰.层间氧化带砂岩型铀矿的形成条件及找矿判据［J］.铀矿地质， 1994， 9（1）： 6-13.

［2］陈戴生，王瑞英，李胜祥，等.伊犁盆地若干远景地段层间氧化带砂岩型铀矿成矿机制及成矿模式［J］.铀矿地质， 1997， 13（6）： 327-335.

［3］王正邦.国外地浸砂岩型铀矿地质发展现状与展望［J］.铀矿地质， 2002， 18（1）： 9-21.

［4］马汉峰，罗 毅，李子颖，等.扎赉诺尔坳陷带砂体特征及找矿方向分析［J］.铀矿地质，2008，24（2）： 73-79.

［5］ 杨明达，杨明辉，刘鸿友，等.松辽盆地南部海坨子地区姚家组二、三段沉积微相研究［J］.石油实验地质， 2002， 24（4）： 348-353.

［6］ 杨会东，刘万洙，单玄龙，等.松辽盆地南部西部斜坡带三角洲前缘中沉积微相识别标志及其应用［J］.世界地质， 2005， 24（1）： 43-47.

［7］ 高瑞祺，蔡希源，徐 宏，等.松辽盆地油气田形成条件与分布规律［M］.北京：石油工业出版社，1997.

Constrain of sedimentary characteristics on the mineralization type of sandstone hosted uranium deposits—A case study of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin

MA Han-feng1，LUO Yi1，LI Zi-ying1， YU Zhen-qing2
（1.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.Geologic Party No.243， CNNC， Chifeng， Inner Mongolia 024006， China）

Sand bodies of different sedimentary systems have different lithologic characteristics and play different roles in the formation of epigenetic uranium ore mineralization.Sedimentary features of Yaojia Formation in the southern Songliao Basin are studied and，it is found that the sedimentary systems of Upper Cretaceous Yaojia Formation are mainly predominated by alluvial plain，braided river， delta and lake etc.， which forms a steady mud-sand-mud strata structure.Controlled by sedimentary systems， the sand bodies are characterized by steady thickness， large distribution.Therefore，Yaojia Formation in the southern Songliao Basin is the favorite sequence for prospecting inter-layered oxidation zone uranium deposits.

sedimentary systems； Songliao Basin； Yaojia Formation； metallogenic condition；constrain

P611.14；P598

A

1672-0636（2010）01-0006-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.01.002

中国核工业地质局生产项目（编号：DD0501）

2009-10-30；

2010-01-08

马汉峰（1969—），男，陕西乾县人，博士研究生，高级工程师，主要从事数学地质和区域铀资源评价工作。E-mail:mahanfeng@263.net