松辽盆地协尔苏地区泉头组一段砂体及铀矿化特征分析

王黎明，韩志滨，侯晓光

核工业240研究所，辽宁沈阳 110032

松辽盆地协尔苏地区泉头组一段砂体及铀矿化特征分析

王黎明，韩志滨，侯晓光

核工业240研究所，辽宁沈阳 110032

松辽盆地南部协尔苏凹陷泉头组一段分为上、下两部分，下部为以泥石流为主的冲积扇相沉积，上部为冲积扇－辫状河相沉积．分析表明：下部砂体泥砾混杂、粒度较粗，不利成矿；上部主要发育两层砂体，砂体厚5～40 m，延伸稳定，有利于砂岩型铀矿化的形成.根据泉一段砂体的岩石学特征、岩石化学特征、后生氧化－还原特征认为，由于深部有机流体的后生还原作用及基底－盖层贯通断裂继承性活动对下部层位煤层气进行纵向疏导，泉一段砂体后生地球化学环境改变为还原环境，主要表现为发育煤成烃油浸砂岩及烃类质量分数很高，砂岩由原生红色褪色化成灰色、灰绿色；在此基础上，后期叠加层间氧化作用，但由于下部层位煤层气持续作用，本区氧化特征不明显，氧化砂岩以浸染状、斑点状、团块状和条带状残留于还原砂岩中.通过分析协尔苏凹陷钻孔岩心铀钍含量及铀矿化特征，认为达官五家子地段、塔林布敦吐地段泉一段砂体铀含量高，铀的活化迁移作用明显，砂体存在铀的后生富集；铀的存在形式主要为吸附铀，为黏土矿物及有机质，铀矿物主要为沥青铀矿.分析认为研究区具有较好的铀成矿潜力.

协尔苏凹陷；后生还原；层间氧化；铀矿化；后生富集；成矿潜力；松辽盆地

近年来，核工业部门在松辽盆地南部协尔苏凹陷针对目的层上白垩统泉头组一段开展了较为详细的区调工作，先后施工了几万米的钻探工作量，发现了一批铀工业矿（化）孔，具有较好的成矿潜力和找矿前景.分析找矿目的层砂体及铀矿化特征，建立成矿模式，分析铀成矿潜力，具有重要的理论和找矿意义.

1 研究区地质

1．1 区域构造位置

松辽盆地是发育在海西期褶皱基底之上的断陷盆地.其南部包括西部斜坡区、中央拗陷区、东南隆起区、西南隆起区及开鲁凹陷区.协尔苏凹陷位于西南隆起区东缘［1］①王黎明，等.内蒙古通辽市协尔苏地区1∶25万铀资源区域评价.核工业240研究所，2010.（图1）.

图1 松辽盆地南部拗陷构造单元区划图Fig．1 Tectonic map of the southern Songliao basin depressionI—西部斜坡区（Western Slope）；II—中央拗陷区（Central Depression）；III—东南隆起区（Southeast Uplift）；IV—西南隆起区（Southwest Uplift）；V—开鲁拗陷（Kailu Depression）；1—盆地边界（basin boundary）；2—I级构造单元界线（first-order tectonic unit）；3—次级凹陷（secondary sag）；4—研究区（study area）

1．2 基底特征

协尔苏凹陷基底是由前震旦纪深变质岩系、吕梁期—华力西期花岗岩所组成.断凹周边均有老地层分布，埋藏较浅，特别是西部的花岗岩体埋深只有300余米，应是盖层沉积早期主要的物源区之一.

1．3 沉积盖层

协尔苏地区发育的沉积盖层有下白垩统义县组（K1y）、九佛堂组（K1jf）、沙海组（K1s）、阜新组（K1f）及上白垩统泉头组（K2q）.下白垩统地层是盆地形成早期断陷阶段的沉积产物，主要为一套含煤岩系；至晚白垩世，松辽盆地整体转入拗陷阶段开始接受泉头组地层的沉积，岩性主要为砖红、紫红、棕红和杂色砾质砂岩、砂砾岩、砾岩和砾质泥岩，可分为4段，协尔苏地区缺失泉四段［2］②王黎明，等.内蒙古哲里木盟奈曼-甘旗卡地区1∶25万铀资源评价.核工业240研究所，2007..

1．4 构造

协尔苏凹陷构造发育，其中NNW向断裂3条，为区域孙吴－双辽深断裂带的组成部分；NEE向断裂2条，形成时间相对较晚，进而错断了NNW向断裂（图2）.这些断裂均为基底—盖层贯通断裂，控制着协尔苏凹陷展布，将其分割成隆－凹相间构造格局，也为煤层气及深部富铀热液流体向上运移提供了通道［3］.凹陷西侧发育海里吐花岗岩隆起，为本区主要铀源之一.此外，凹陷内发育多个局部洼陷，为铀成矿有利部位.

图2 协尔苏凹陷构造地质及铀矿化分布示意图Fig．2 Schematic structural map of Xiersu sag with distribution of uranium mineralization1—凹陷边界（sag boundary）；2—断裂（fault）；3—含矿砂体顶板等高线（roof isohypse of ore-bearing sandstone）；4—铀矿（化） 孔（uranium mineralization drill hole）；5—层间氧化带前锋线（front of interlayer oxidation zone）；6—地下水流向（direction of groundwater）

2 泉头组一段砂体特征

2．1 沉积相特征

协尔苏凹陷找矿目的层是上白垩统泉头组一段，是晚白垩世松辽盆地拗陷早期干旱炎热古气候条件下所沉积的红色建造.泉头组一段地层厚100～400 m，倾角5～10°，按其沉积特征分为上、下2部分.泉头组一段下部以泥石流沉积为主，岩性为含泥或泥质混杂砾岩、砂砾岩为主，大小混杂，分选磨圆差，砂体不发育；泉头组一段上部以冲积扇、辫状河沉积为主（图3），主要由一套灰色砂砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩夹砖红色粉砂岩、泥岩组成，砂岩多为长石石英砂岩，碎屑物质量分数约占90%.

2．2 砂体特征

泉头组一段主要发育2层厚大砂体（图4），局部发育3层砂体.其中第Ⅰ层砂体厚5～20 m，最厚达30 m以上；第Ⅱ层砂体厚10～40 m.第Ⅲ层砂体较薄，呈透镜状，不连续，不具规模.砂体岩性主要为灰色细砂岩、中砂岩、粗砂岩、少量钙质细砂岩，夹薄层砖红色、棕色泥岩、泥质粉砂岩.砂岩物质成分以石英、长石为主，少量岩屑，含有泥砾，分选好，磨圆为次棱角—次圆状，孔隙式胶结，局部见接触式胶结，固结程度较疏松—疏松，渗透性好.

图3 协尔苏地区泉头组一段上部沉积相图Fig．3 Sedimentary facies of the Quantou Formation in Xiersu sag1—冲积扇扇根（fan root）；2—冲积扇扇中（middle fan）；3—冲积扇扇尾（fan tail）；4—冲积扇扇间（inter－fan）；5—辨状河道（braid channel）；6—冲积平原（alluvial plain）；7—剥蚀边界（erosion boundary）；8—冲积亚相界线（subfacies boundary）；9—铀工业孔（industrial drill hole of uranium）

2．3 砂体岩石学特征

含矿主岩为泉一段紫红色粗—中粒岩屑长石砂岩（图5a）和灰色、灰白色、灰绿色细砂岩（图5b），局部含泥砾、炭质碎屑及褐铁矿化，中间夹薄层棕色、浅黄色细砂岩.

图4 协尔苏地区达官五家子地段苏2勘探线砂体剖面图Fig．4 Section of the sandstone along S2 exploration line in Xiersu sag1—泉头组二段（2nd mem．of Quantou fm．）；2—泉头组一段（1st mem．of Quantou fm．）；3—粗砂岩（coarse sandstone）；4—中砂岩（medium grained sandstone）；5—细砂岩（fine sandstone）；6—泥质细砂岩（argillaceous fine sandstone）；7—粉砂岩（siltstone）；8—泥质粉砂岩（argillaceous siltstone）；9—泥岩（mudstone）；10—钙质胶结（calcareous cement）；11—高岭土化（kaolinization）；12—泥砾（boulder clay）；13—褐铁矿化（ferritization）；14—勘探线走向（trend of exploration line）；15—钻孔编号及高程（drill hole code and altitude）

图5 泉头组一段含矿砂岩Fig．5 The ore-bearing sandstone of Quantou Formationa—紫红色含砾砂岩（purple pebbled sandstone）；b—灰色细砂岩（gray fine sandstone）

紫红色粗—中粒岩屑长石砂岩具粗—中粒砂状结构，颗粒支撑，接触式胶结.分选磨圆较好，以次棱角状、次圆状为主.石英占45%，长石占25%，岩屑占23%，胶结物占5%.岩屑有流纹岩、安山岩和细粒花岗岩，胶结物为碳酸盐和铁质.

灰色、灰绿色中—细粒岩屑砂岩为中—细粒砂状结构，颗粒支撑，接触式胶结.分选中等，磨圆度中等，以棱角、次棱角状为主.石英占40%，长石占20%，岩屑占30%，胶结物占10%.岩屑有流纹岩、凝灰岩.

2．4 砂体岩石化学特征

泉头组一段砂岩SiO2/Al2O3比值在5．01～7．39之间，明显低于佩蒂庄岩屑砂岩的平均值（8．16），说明岩石成熟度低，为近源搬运成因.

据佩蒂庄砂岩分类图解，泉头组一段29个砂岩样品落在长石砂岩区（图6），与镜下鉴定结果基本一致.这也说明泉头组一段砂岩总体成熟度偏低.

2．5 后生还原特征

2．5．1 砂体的还原容量

（1）有机炭及硫

泉头组一段有机炭质量分数低（表1），小于0．01%，明显低于成矿作用所需要（＞0．1%）的标准［4］.

硫质量分数介于0．034%～0．064%之间，平均0．048%.硫质量分数没有随铀质量分数增高而增加（表1）.岩（矿）心中几乎见不到黄铁矿，说明铀富集与硫关系不密切.

图6 泉头组一段砂岩SiO2/Al2O3－Na2O/K2O比值分类图Fig．6 Classification of the sandstone of Quantou Formation

表1 泉头组砂岩铀与还原剂分析表Table 1 Analysis of uranium and reducing agent in the sandstone of Quantou Formation

（2）油气

煤田部门在协尔苏地区施工的11孔724～779 m砾岩中有厚49 m油浸砂.在7833孔811～904 m泥岩中有4层沥青，单层厚度17 m左右.2007年核工业240所施工的 HⅢ－5孔367．5 m和HⅡ－1孔143 m紫红色砂岩都见到煤成烃油浸砂岩（图7），其他钻孔也有类似现象.

图7 紫红砂岩中的烃类物质Fig．7 Hydrocarbon material in purple sandstone

协尔苏地区泉头组砂岩烃类质量分数很高（表2），是通辽钱家店矿床姚家组的3～4倍.泉头组本身为原生氧化环境沉积，有机质质量分数不高，这说明其下部下白垩统含煤地层中的煤成烃、煤层气沿断裂上升进入泉头组砂体中.

表2 协尔苏地区泉头组一段烃质量分数分析结果一览表Table 2 Hydrocarbon analysis results of the Quantou Formation in Xiersu depression

2．5．2 后生还原改造

松辽盆地泉头组属于干旱－半干旱气候条件下的一套红色沉积，因此协尔苏凹陷泉头组一段原生地球化学环境为原生氧化环境，表现为砂岩以浅棕色、棕色细砂岩、中砂岩为主.

早白垩世，协尔苏断陷接受九佛堂组、阜新组煤系地层沉积.基底－盖层贯通断裂继承性活动，对下部层位煤层气进行了纵向疏导，对晚白垩世早期沉积的泉头组一段砂岩作用尤其明显.断陷区内泉头组一段原生红色砂岩普遍遭受煤成烃、煤层气后生还原改造，砂岩由原生红色褪色化成灰色、灰绿色.还原岩石中偶见炭屑及黄铁矿，炭屑呈灰色而未被氧化，是由于深部煤层气的还原作用形成的还原环境得以保存.岩心中黄铁矿呈团块状、细脉状及不规则的集合体.岩心中泉头组一段还原岩石的颜色在垂向上自上而下呈现出规律性变化，表现为从原生氧化的砖红色、棕色到后生还原的灰色、灰绿色，反映出还原流体来源于深部.

2．6 后生氧化作用

协尔苏断陷区内原生红色砂岩普遍遭受下部层位煤层气后生还原改造，断陷区内以灰色、灰绿色砂岩为主.后期叠加层间氧化作用，但由于下部层位煤层气持续作用，本区氧化特征不明显.氧化砂岩以浸染状、斑点状、团块状和条带状氧化黄色残留于还原砂岩中.

氧化砂岩与灰色、灰绿色砂岩从结构、构造、碎屑成分上具有相似的特征，总体呈黄色、浅黄色、黄灰色，岩性以细砂岩为主，见中砂岩、粗砂岩.后生蚀变类型主要有褐铁矿化、高岭土化、赤铁矿化.褐铁矿化多呈斑点状、团块状分布于氧化还原过渡带前锋线附近.高岭土化在区内相对较常见，发育于各种岩石中，但强度有所差别，一般灰色、浅灰色岩石中见弱高岭土化，氧化还原过渡带前锋线附近高岭土化较强（图8）.本区赤铁矿化有3种类型：1）在原生红色岩石中，代表了原生氧化环境；2）在渗透较好的砂岩、砂砾岩中，是褐铁矿化脱水产物，常发育于碎屑颗粒之间，与褐铁矿化混杂，成为胶结物的组成部分，代表了较强的后生氧化环境（图9）；3）与深部流体有关，见赤铁矿团块.

图8 ZK苏2－1孔高岭土化含泥砾细砂岩Fig．8 Kaolinized fine sandstone in ZK Su 2-1 drill hole

图9 ZK苏2-9孔赤铁矿化细砂岩Fig．9 Hematitized fine sandstone in ZK Su 2-9 drill hole

在成分上，后生氧化砂岩铁总量在1．80%～2．12%之间，Fe3＋含量0．88%～1．25%，Fe2＋含量0．87%～0．92%，Fe3＋/Fe2＋比值为0．96～1．44，与后生还原砂岩比值相近.

2．7 砂体的含铀性

协尔苏凹陷钻孔岩心共115个铀钍分析数据，其中铀矿化、铀异常分析数据列于表3，结果显示：

表3 协尔苏凹陷泉头组一段砂岩铀钍含量分析结果一览表Table 3 Analysis of uranium and thorium contents in the Quantou Formation in Xiersu depression

（1）塔林布敦吐地段泉头组一段共采集41个样品.其中4个样品铀含量达到工业品位，3个样品铀含量达到铀异常，其他铀含量2．79×10－6～30．90×10－6，平均值为10．34×10－6；钍含量3．34×10－6～8．15×10－6，平均值为5．09×10－6；Th/U比值0．01～1．55，显示泉一段砂体铀含量变化较大，铀的活化迁移作用明显.泉头组一段砂体存在铀的后生富集.

（2）达官五家子地段泉头组一段共采集62个样品，其中19个样品铀含量达到工业品位，11个样品铀含量达到铀异常，其他铀含量3．00×10－6～33．10×10－6，平均值为12．51×10－6；钍含量3．40×10－6～10．70×10－6，平均值为5．20×10－6；Th/U比值0．18～1．76，显示泉一段砂体铀含量变化较大，铀的活化迁移作用明显.泉头组一段砂体存在铀的后生富集.

3 铀矿化特征

协尔苏凹陷铀工业矿呈局部富集的形式，主要分布于塔林布敦吐、达官五家子2个地段.泉头组一段铀工业矿均发育于其上部，受泉头组一段上部沉积建造控制.此外铀矿产出在一定的标高位置，如塔林布敦吐地段主要位于375～395 m，达官五家子地段北部主要位于425～435 m，南部主要位于380～400 m.

铀成矿主要以局部相对富集的形式分布于凹陷内（图10）.矿（化）板状，主要受泉头组一段上部辫状河砂体中的层间氧化带控制［4］（图10），含矿主岩为灰色－灰绿色细砂岩、含泥细砂岩、泥质细砂岩.含铀成矿砂体后生改造强烈，砂岩普遍遭受煤层气褪色作用，含泥质砂岩中多见斑团及云团状原生红色砂岩残留.在成分上，有机炭、硫含量均较低，酸解烃含量较高，反映煤层气为主要还原物质.后生黄色氧化砂岩主要以浸染状、斑点状、团块状和条带状残留于灰色砂岩中.此外，矿化段附近赤铁矿化强烈，呈团块状，具有深部热液作用痕迹［5］.

区内铀的存在形式主要为吸附铀.吸附铀主要物质为黏土矿物及有机质.含铀矿物主要是砂岩中的碎屑钾长石、高岭石和方解石.铀矿物主要为沥青铀矿，较少呈显微粒状.

图10 协尔苏凹陷矿（化）体剖面示意图Fig．10 Section of the ore body in Xiersu sag1—泉头组二段（2nd mem．of Quantou fm．）；2—泉头组一段（1st mem．of Quantou fm．）；3—氧化带砂质含水层（sandstone aquifer in oxidation zone）；4—还原带砂质含水层（sandstone aquifer in reduction zone）；5—泥质隔水层（muddy watertight stratum）；6—断裂（fault）；7—层间氧化带前锋线（front of interlayer oxidation zone）；8—铀矿（化）体（uranium ore/mineralization）

4 结论

（1）协尔苏地区泉头组一段发育2层厚大砂体，为地浸砂岩型铀矿的形成提供了空间条件.

（2）泉头组一段上部以冲积扇、辫状河沉积为主，主要由一套灰色砂砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩夹砖红色粉砂岩、泥岩组成，岩性岩相有利于砂岩型铀矿（化）的形成.

（3）泉一段原生还原剂容量较低，但其下部发育有富烃的含煤层，烃类还原气体沿断裂和不整合面上升、运移、扩散进入泉头组砂体中，使其还原容量增大，表现为砂岩粒间孔隙普遍有油气成分，发育有丰度中等的液烃包裹体.这种油气后生改造作用为铀沉淀富集提供有效还原剂，并形成了泉头组一段的砂岩型铀矿化.

（4）泉一段砂岩后生蚀变明显，既有后生还原作用发生，后期又叠加后生氧化作用.

（5）在协尔苏凹陷的塔林布敦吐、达官五家子2个地段发现铀工业矿孔，表明有铀的成矿作用发生.

（6）松辽盆地南部类似协尔苏凹陷中的泉一段为地浸砂岩的找矿目的层，今后工作中应予以重视.

［1］赵忠华，张振强，于文斌，等．松辽盆地南部砂岩型铀矿成矿主控因素及找矿方向［C］．中国核学会2009年学术年会，2010．

［2］王黎明，刘长明，席海银，等．松辽盆地南部协尔苏凹陷构造沉积演化与铀成矿关系［J］．地质与资源，2009，18（4）：274－277．

［3］张振强，王黎明，宫文杰，等．松辽盆地南部海里吐地区油气对泉头组砂岩型铀成矿作用［J］．世界核地质科学，2009，26（4）：598－619．

［6］郭庆银，李子颖，王文广．内蒙古西胡里吐盆地有机质特征及其与铀矿化的关系［J］．铀矿地质，2005，21（1）：16－22．

［7］席海银，王黎明，卢胜军，等．松辽盆地南部协尔苏凹陷铀成矿控制因素与成矿模式探讨［J］．世界核地质科学，2012，29（2）：67－71．

CHARACTERISTICS OF URANIUM MINERALIZATION OF THE SANDSTONE OF THE FIRST MEMBER，QUANTOU FORMATION，IN XIERSU DEPRESSION，SONGLIAO BASIN

WANG Li-ming，HAN Zhi-bin，HOU Xiao-guang

No．240 Institute of Nuclear Industry，Shenyang 110032，China

The first member of Quantou Formation in Xiersu Depression，Songliao Basin，is divided into two parts．The lower part is dominated by alluvial fan facies；while the upper consists of alluvial fan-braided river facies．Analysis shows that the lower part is composed of mixed mud and gravels with coarse grains，which is adverse to mineralization．The upper part contains two layers of sandstone extending stably，with thickness ranging from 5 to 40 m，which is favorable for uranium mineralization．Because of the epigenetic reduction in deep organic fluid and the guidance of base-cap linked faults，the CBM in the lower layer moved upward，making the Quantou Formation changed to a reducing geochemical environment．By analysis of the contents of uranium and thorium and the characters of uranium mineralization，it is suggested that the amount of uranium is high in the sandstone of the first member of Quantou Formation in Daguanwujiazi and Talinbuduntu，with obvious activation and migration of uranium and epigenetic enrichment．The uranium exists mainly in adsorbent as clay minerals and organic matter．The main uranium mineral is pitchblende．It is concluded that the study area has a good potential for uranium mineralization．

Xiersudepression；epigeneticreduction；interlayeroxidation；uraniummineralization；epigenetic enrichment；potential of mineralization；Songliao Basin

2015－10－21；

2015－11－04．编辑：张哲．

中国核工业地质局铀矿地质项目．

王黎明（1969—），男，工程硕士，从事地质矿产勘查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区岐山东路4号，邮政编码110032，E-mail// 312290251@qq.com

1671-1947（2016）06-0550-08

P618.130.2

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