赛汉高毕地区赛汉组沉积结构单元分析

李洪军， 吕荣平， 聂逢军， 申科峰， 薛 伟，童波林， 于恒旭

(1.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074；2.核工业地质局二〇八大队，内蒙古 包头 014010；3.中国核工业集团公司地质矿产事业部，北京 100013；4.东华理工大学，江西 南昌 330013)



赛汉高毕地区赛汉组沉积结构单元分析

李洪军1，2， 吕荣平3， 聂逢军4， 申科峰2， 薛 伟1，2，童波林1，2， 于恒旭3

(1.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074；2.核工业地质局二〇八大队，内蒙古 包头 014010；3.中国核工业集团公司地质矿产事业部，北京 100013；4.东华理工大学，江西 南昌 330013)

下白垩统巴彦花群赛汉组是二连盆地乌兰察布坳陷赛汉高毕地区的铀矿储层，对其深入研究是进一步工作的需要。根据钻孔分析河流的沉积单元是一种比较成熟的方法，在河流沉积体系的研究中广为应用。通过分析，赛汉组在赛汉高毕地区砂层岩石类型简单，可分为7个岩相类型。根据界面特征、岩相组合、内部几何形态、外部几何形态和垂向剖面特征划分出5个结构单元：河道滞留沉积(CHL)、边滩(LA)、决口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原细粒(FF)。其中边滩(LA)是赋铀主要的结构单元，因此对其加强研究是进一步工作的重点。

赛汉组；岩相类型；结构单元；边滩沉积

李洪军，吕荣平，聂逢军，等.2015.赛汉高毕地区赛汉组沉积结构单元分析[J].东华理工大学学报：自然科学版，38(4)：383-390.

Li Hong-jun，Lü Rong-ping，Nie Feng-jun，et al.2015.Sedimentary structural element of Saihan group in Saihangaobi area[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：383-390.

结构单元分析法作为一种比较成熟的研究方法，在古代河流沉积、冲积扇沉积、现代河流沉积和海底水道等沉积体系的研究中广为应用。该方法由美国的Miall(1985，1988，1996)总结，我国主要在石油系统中有所应用(兰朝利等，1999；李阳等，2002)。该方法主要用于露头研究，也可以适用于地下岩心的研究。

结构单元作为沉积体系的一个构成部分，它大小等于或小于河道充填，比单个岩石相单元大，并以不同的岩石相组合、内部几何形态、外部几何形态和垂向剖面为特征。结构单元所指的地层单元以3级到5级界面为界，按成因进行分类。它所划分的沉积单元持续时间比层序地层学所划分的沉积单元持续时间短。它按照一系列界面级别，将地层划分不同等级结构单元，能系统和完整地恢复保存地层的沉积史。

赛汉高毕地区赛汉组地层发育，为一套砂岩、泥岩互层。其中部砂岩是主要赋铀储层。本次研究是对野外施工钻孔的岩心观察基础上，通过界面划分、砂岩粒度分析、岩相类型确定以及钻孔岩心资料对比，划分了赛汉组河流沉积结构单元。

1 地质概况

赛汉高毕地区位于二连盆地中部乌兰察布坳陷东部*核工业二○八大队.2003.内蒙古二连盆地乌兰察布拗陷东部1∶25万铀矿资源评价年度报告[R].，是夹持在西拉木伦和贺根山东西向基底大断裂之间相对稳定的区块(图1)。在该区已发现2082砂岩型铀矿床和501、502两个泥岩型铀矿化点。

区内基底和蚀源区(表1)有海西晚期花岗岩体、上古生界变质砂岩、粉砂岩和上侏罗统火山岩，以上岩层是区内沉积的物质来源。区内盖层主要包括白垩系巴彦花群阿尔善组、腾格尔组和赛汉组，古近系伊尔丁曼哈组，新近系通古尔组和宝格达乌拉组，局部可见第四系。

主要铀矿找矿目的层赛汉组在赛汉高毕地区分布广泛，埋深小于100 m*核工业二○八大队.2004.内蒙古二连盆地赛汉高毕-巴彦乌拉地区铀矿预查年度报告[R].。从钻孔中揭遇情况看，岩性主要为互层状灰绿色砂岩、砂砾岩、砂质泥岩、泥岩组成，并夹有砖红色砂质泥岩，灰黄色、灰白色砂岩、砂砾岩；纵向韵律明显，由下向上为砂砾岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩呈互层状。上限被中新统或始新统假整合所覆盖，下限被海西晚期花岗岩侵入或与白垩系下统腾格尔组等呈假整合接触。

2 岩相特征

2.1 主要岩石类型

赛汉组岩石类型主要是细粒碎屑岩，砾岩少量。进一步可分为细砾岩、砂质砾岩、泥质砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、粉砂质泥岩和泥岩。

(1)砾岩：包括细砾岩(图2a)、砂质砾岩(图2b)和泥质砾岩，浅灰色、灰色、绿灰色和灰绿色。成分以石英和花岗岩为主，少量砾石成分为泥砾，其中石英主要来源于中粗粒花岗岩、硅质岩和变质石英砂岩；砾径一般2～10 mm，少量50 mm；次棱角状到次圆状。砾石含量变化较大，30%～70%；胶结方式主要为接触式，少数为基底式胶结。砾岩中沉积构造比较少见，多呈块状。砾岩层厚一般为0.8～6 m。常见于砂岩层的底部。

(2)砂岩(图2c-e)：浅灰色、灰色和灰绿色，少数为灰白色、黄色。粒径一般为0.25～1.05 mm，从岩心编录和实验室样品镜下鉴定分析，成分以石英为主(约占50%～80%)，石英多为单晶石英，次为多晶石英(来自花岗岩的)，长石次之(约占15%～30%)，长石主要为斜长石，次为微斜长石和条纹长石，岩屑(约占0～25%)以花岗岩为主，可见火山岩、凝灰岩岩屑、变质砂岩岩屑及少许泥岩。云母少见，有机炭含量在局部较高，可达8%，但分布不均匀；重矿物见绿帘石、榍石、钛铁矿、普通角闪石、石榴石等；杂基物以水云母、高岭石为主，部分水云母见重结晶作用；胶结物以泥质、粉砂质为主，也有少部分以黄铁矿、针铁矿、褐铁矿为主。杂基支撑结构较多，颗粒支撑结构较少，碎屑物的分选性中等-差，磨圆度以次棱角状-棱角状为主。砂岩中的胶结物成分主要为高岭石，胶结方式主要为孔隙式-接触式。

砂岩中沉积构造发育，有平行层理、斜层理和交错层理，但是规模均较小。砂岩底部冲刷面发育，常含有泥质砾岩或砂质砾岩。

(3)粉砂岩(图2f)：多为浅灰色或灰绿色，粉砂结构。常有水平层理发育。粉砂岩中多发育灰绿色泥质条带，局部含有巢状砂。

(4)泥质粉砂岩、砂质泥岩(图2g)、粉砂质泥岩：灰绿色、绿灰色和褐色，泥质结构，炭屑和云母片常见，偶见细晶黄铁矿。

(5)泥岩：按颜色可分为两类，一类是红色为主夹有杂色的，另一类以灰绿色(图2h)为主。泥岩常呈块状，具有粘性和可塑性。红泥中可见染状铁锰质，绿泥中可见黄铁矿(结核状和细晶状)。

2.2 岩相类型及特征

根据Miall(1996)的岩相分类方案，在赛汉高毕地区可以把赛汉组分为7种岩相类型(表2)。

3 界面划分

为了划分结构单元，需正确鉴别和对比各级界面是十分必要的。Miall(1996)已经总结了野外露头的1-8级界面的特征、沉积单元、沉积相特征、沉积几何学以及作用时间的规模等；而胜利油田的李阳等(2001)总结钻孔岩心中1-6级界面的划分方案(李阳，2001；李阳等，2002)。两者划分原则基本是一致的。本文以李阳(2001)中1-6级界面的划分方案为基准，结合赛汉高毕地区赛汉组河流特征对其界面进行划分(表3)。

表1 赛汉高毕地区地层简表

表2 赛汉高毕地区赛汉组岩相类型

4 结构单元类型

4.1 结构单元概念

结构单元为沉积体系的一个部分，它的大小等于或小于河道充填，但比单个岩石单元大，并以不同的岩石组合、内部几何形态、外部几何形态和垂向剖面为特征(Miall，1985)。结构单元这个术语所指的地层单元以3级到5级界面为界。而且，结构单元分类是描述性的成因分类，据此Miall(1996)归纳出河流沉积中的9类基本结构单元。

4.2 结构单元划分

通过对钻孔的取心、测井、粒度等资料分析，赛汉组主要为曲流河沉积。根据界面的性质、不同的岩石组合、内部几何形态、外部几何形态和剖面特征，划分出河道滞留沉积(CHL)、边滩(LA)、决口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原细粒(FF)等5个结构单元(表4，图3)。

级别沉积界面典型厚度/m相特征界面特征1层系0.1～0.4单一的相交错层系界面,平的,没有侵蚀,通过交错层前积层的削平或楔形尖灭来辨认2层系组1～3同种相的叠加界面是平的,无侵蚀,界在的上、下相是一致的3大型砂体增生1～8顶部为泥披,底部为侵蚀面,泥砾发育低角度的,界面起伏不平,为一侵蚀面,界面上、下相组合类似4大型砂体,小型河道3～15顶部为泥披,底部为侵蚀面,泥砾发育;向上变细或变粗界面是平的或上凸的,界面上、下相组合不同5主要河道,大型洪泛单位3～35简单的河道充填,或大型砂体和其它小型沉积物的复合体界面平的至向上凹的,冲刷充填,底部滞流砾石6砂层组20～100与越岸沉积相关的河道复合体砂层组的界面

表4 赛汉高毕地区赛汉组沉积结构单元

图3 赛汉高毕地区赛汉组结构单元图Fig.3 The constitutional units of Saihan group1.3级界面；2.4级界；3.5级界面；4.泥岩、块状构造；5.水平纹层；6.低角度斜层理；7.板状交错层理；8.冲刷构造

4.3 结构单元特征

(1)河道滞留沉积结构单元(CHL)：呈透镜状或条带状分布，厚度一般小于2 m，主要以泥质砾岩或泥质卵砾岩为主，其次为砂质砾岩。砾石主要为细砾，砾径一般在0.2～1 cm，少数达5 cm，次棱角状。砾石含量变化较大，为40%～70%，砂泥质含量较高。滞留沉积中沉积构造不发育，砾岩常常显示为块状构造。滞留沉积位于河道沉积的最底部，冲刷现象十分明显，其下均发育有起伏不平的冲刷面，底部被5级界面所限定(图3)。在本区，河道滞留沉积较为发育。

(2)边滩沉积结构单元(LA)：边滩沉积也称为侧向加积砂坝，是曲流河沉积体系中最重要的沉积。由岩相St，Sr，Fl，Gm组成，主要以含砾中-粗粒砂岩为主，其次为细砂岩和砂质砾岩，再次为粉砂质泥岩和粉砂岩(以夹层形式存在)。粒度概率图为两段型(图4)，粒度中值一般在-0.08～2 φ，跳跃总体含量占60%～80%，跳跃总体斜率50°～70°；细截点较细(一般在1.5～2.5 φ)，反映了水动力条件中等略强、具有良好的分选性；悬浮总体的斜率较低，分选较差(图4)。

图4 赛汉组边滩沉积结构单元砂岩粒度概率曲线图Fig.4 The sandstone grain-size probability of sedimentation constitutional units of Saihan Group

边滩沉积结构单元发育有多种底形，下部有平行层理和板状交错层理，向上发育有斜层理和平行层理等。反映流态自下而上变小的趋势。边滩沉积结构单元中3级界面发育，以正韵律沉积为主，下粗上细，顶部具泥披，底部具泥砾或砂砾。

在本区边滩沉积结构单元呈板状或席状，厚度16～35 m，平均26.75 m。其顶部常被4级界面所限定，底部常被5或4级界面所限定。

(3)天然堤(LV)：赛汉组中天然堤较发育，由岩相Fl组成，主要是粉砂岩，其次是泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和砂质泥岩，可见到炭屑和云母片，发育有水平层理或斜层理。其结构单元主要由几十厘米厚的粉砂和泥质互层组成，每一个沉积韵律代表一次洪泛事件。本区天然堤呈带状，厚1.2～4 m，平均2.2 m。

(4)决口水道(CR)：其砂体呈透镜状和带状，规模取决于河流的大小，其深2～4.8 m。由岩相Sr、Fl等组成。主要岩性为含砾砂岩和细砂岩，其次是粉砂岩，底部常有砾质砂岩的滞留沉积，具槽状交错层理。决口水道的界面被4级界面所限定。

(5)洪泛平原细粒沉积单元(FF)：在该组中广泛发育，大面积分布。它主要由岩相Fm和Fsm组成，岩性为灰绿色含杂色或红色的泥岩、粉砂质泥岩。泥岩中可见细小炭屑、膜状铁锰质、细晶黄铁矿及其结核等特征矿物。该结构单元中主要发育块状层理和水平层理。

洪泛平原细粒沉积单元厚度变化较大，在本区厚度3～32 m，平均10.11 m。其几何形态多呈板状和席状。

4.4 结构单元与铀矿化关系

赛汉高毕地区的铀矿化受曲流河控制(图5)，已发现的铀矿(化)体多产于边滩沉积结构单元中，少量产在河道滞留沉积和洪泛平原细粒结构单元中(图3、图6)。铀矿体发育受砂体展布影响，在矿体内部有矿化体产出；矿体在剖面上形态以板状为主，少数为卷状，平米铀量多为1.2～2.0 kg，最高可达5.3 kg。其连续性较好，发育于含矿砂体的中下部，呈水平产状，与顶底的洪泛平原细粒沉积单元产状一致(图6)。

图5 赛汉高毕地区赛汉组岩相图Fig.5 The Saihan group Lithofacies in Saihangaobi region1.勘探线；2.铀工业矿孔；3.矿化孔；4.无矿孔；5.赛汉组缺失界线；6.岩相界线；7.边滩；8.洪泛平原

图6 赛汉高毕地区S0号勘探线剖面示意图Fig.6 The cross-section of the S0 exploratory line in Saihangaobi region1.赛汉组；2.岩相界线；3.钻孔柱；4.测井曲线；5.矿体；6.矿化体

5 结论及意义

对赛汉组岩心采用结构单元分析法来研究，取得如下认识。

(1)用结构单元分析法对赛汉组进行研究比用沉积微相研究法，对恢复保存该组地层的沉积史具有更好的完整性和系统性。

(2)在赛汉组中划分出5个结构单元：河道滞留沉积(CHL)、边滩(LA)、决口水道(CR)、天然堤(LV)和洪泛平原细粒(FF)。其中边滩(LA)和洪泛平原细粒(FF)结构单元最为发育，其次是决口水道(CR)和天然堤(LV)，再次为河道滞留沉积(CHL)。

(3)赛汉组中曲流河河道主要由边滩沉积结构单元构成，底部为河道滞留沉积，上部为洪泛细粒沉积；代表了一个沉积正韵律。该河道沉积中可见1-4个正韵律，其中单韵律最薄2.2 m，最厚可达31 m。总体表现为下粗上细的正韵律叠置层为特征，发育有块状层理、平行层理和斜层理。

(4)边滩(LA)中砂体最为发育，也是铀矿化赋集场所。

(5)通过结构单元的分析，可以准确定位铀矿化和确定矿体的产状。

兰朝利,李继亮，陈海泓.1999.冲积沉积结构单元分析法综述[J].地质论评，45(6)：603-612.

李阳，李双应，岳书仓，等.2002，胜利油田孤岛油区馆陶组上段沉积结构单元[J].地质科学，37(2)：219-230.

李阳.2001.河道砂储层非均质模型[M].北京:科学出版社.

Miall A.D. 1985．Architectural-element analysis: a new method of facies analysis applied to aluvial deposits[J].Earth Science Reviews，22:261-308.

Miall A D. 1988．Architectural elements and bounding surfaces in fluvial deposits:anatomy of the Kayente Formation(lower Jurassic)[J].Southwest Colorado Sedimetary Geology，55:233-262.

Miall A D.1996．The Geology of fluvial Deposits[M]. Berlin:Springer-Verlang:75-178.

Sedimentary Structural Element of Saihan Group in Saihangaobi Area

LI Hong-jun1，2， LÜ Rong-ping3， NIE Feng-jun4， SHEN Ke-feng2，XUE Wei1，2， TONG Bo-lin1，2， YU Heng-xu3

(1.China University of Geosciences, Wuhan, HB 430074, China；2.Geologic Party No.208, CNNC, Baotou, Inner Mongolia 014010, China；3.Administation of Geology and Mineral Resource,CNNC,Beijing 100013,China；4.East China Institute of Technology, Nanchang,JX 330013, China)

Bayanhuaqunsaihan group belonging Lower Cretaceous in Gaobi area is a uranium reservoirs that located in Wulanchabu depression of Erlianhaote basin. Its in-depth studies are needed for further work. According to the drill data, the analysis of the river sedimentary element, as a relative common method, has been extensively applied on studying fluvial deposits. Based on the analysis, Saihan group in saihangaobi region can be divided into 7 petrofacies, with simple sand rock association. On the basis of bounding surface features, petrofacies assemblage, internal geometry, external form and vertical profile, etc., it can be divided into 5 structural elements: the channel lag (CHL), the lateral accretion macroform (LA), the crevasse channel (CR), the levee (LV) and the floodplain fines (FF), in which the architectural elements of LA is the main uranium reservoir. Therefore, it’s necessary to make more study on this point in the next work.

Saihan group;lithofacies types;constitutional unit;point bar deposits

2014-12-11

李洪军(1975—)，男，博士，高级工程师(研究员级)，长期从事铀矿地质勘查与研究工作。E-mail: 208lhj@163.com 通讯作者：吕荣平(1982—)，男，硕士，工程师，从事铀矿地质工作。E-mail: liulangke 4@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.008

P588.2

A

1674-3504(2015)04-0383-08