鄂尔多斯盆地北部杭锦地区直罗组下段沉积相特征分析

杨龙

摘要：沉积体系分析在可地浸砂岩型铀矿床的研究中起着非常重要的作用。因此，本文对鄂尔多斯盆地北部杭锦地区中侏罗统直罗组沉积体系特征、沉积相的空间展布等方面进行了研究，认为：沉积相的平面分布控制着砂体的空间展布，进而影响着赋铀砂体的空间分布；沉积相和沉积环境的演化创造了良好的岩相及岩性组合条件，有利于层间氧化作用的进行，控制了矿体规模。

关键词：鄂尔多斯盆地；直罗组下段；沉积相

1. 地质概况

1.1区域地质

鄂尔多斯地块是华北克拉通的一部分，也是其中最为稳定的一个块体。它是在华北克拉通的基础上，自中晚元古代接受沉积以来，在受古亚洲、特提斯和环太平洋三大构造域的作用下，交切、叠加与复合而形成的。由于其漫长的形成历史，鄂尔多斯盆地的构造面貌和演化较为复杂。盆地现今四周均被造山带围限，其南北分别为近东西向展布的秦岭构造带及阴山构造带，东西分别为近南北向展布的太行——吕梁构造带及贺兰山构造带，造山带与鄂尔多斯盆地之间以断陷相隔，构成南北向展布的矩形盆地，面积为25×104km2（图1）。中生代伊盟隆起北邻河套古隆起，向南与伊陕斜坡构成统一的稳定斜坡带，具近物源、构造环境相对稳定的特征，为延安组，尤其是直罗组砂体的发育和稳定展布创造了极为有利的构造条件。受燕山构造运动的影响，主要目的层直罗组沉积时，鄂尔多斯盆地北部古地形主体为北西高、南东低。燕山运动早期，鄂尔多斯盆地全面抬升，进入风化剥蚀阶段，但沉积间断期短，缺失地层不多，致使直罗组与延安组呈平行不整合接触。在地壳相对抬升的构造背景下，延安组遭受长期风化剥蚀，直罗期河流发下切侵蚀作用，使直罗组与延安组之间呈微角度不整合。

1.2 盆地沉积盖层特征

鄂尔多斯盆地发育的盖层包括中生界的三叠系（T）、侏罗系（J）、下白垩统（K1）和新生界的古近系（E）、新近系（N）、第四系（Q），各地层在横向和纵向上发育差异较大，其中三叠系、侏罗系和下白垩统是盆地沉积主体。

侏罗系在盆地东部一带呈南北向带状出露，向西及南西倾伏于下白垩统之下，为盆地重要的含煤地层，也是寻找铀矿的主要目的层。下白垩统在盆地北部广泛分布，是盆地西部主要找矿目的层。古近系和新近系零星出露，而第四系在盆地中部及南部大面积分布。

2. 沉积体系垂向展布特征

沉积体系是指与沉积作用相关的沉积相的集合体，一般理解为空间上有成因联系的沉积相所构成的三维地层单位。在沉积体系研究过程中，成因相的划分是识别沉积体系的重要工作之一。单孔成因相的组合特征及其垂向上的变化特征反映了其形成时期水动力条件、搬运方式及形成背景。

通过对工作区单孔垂向岩性组合特征、沉积旋回特征的研究，识别出辫状河、曲流河两个沉积体系。其中，直罗组下段下亚段均为辫状河沉积；上亚段绝大部分地区以曲流河沉积为主。在区内辫状河沉积进一步识别出河底滞留、心滩、泛滥平原等；曲流河亚相中识别出河底滞留、边滩、决口扇、天然堤、泛滥平原等。其中，河流相沉积经历了从早期辫状河沉积体系向晚期曲流河沉积体系的演化。下部的辫状河沉积砂体主要发育在风化剥蚀面上的深切谷地带中，向两侧减薄甚至缺失，中上部曲流河沉积则分布范围较广。其沉积类型总体上以河道充填沉积为主，同时发育有河道边缘沉积、泛滥平原和洪泛沼泽沉积等。

2.1 辫状河

辫状河沉积具有河道宽而浅，频繁摆动，游荡不定的特点，其对河岸侵蚀较快，天然堤及决口扇很难被保存下来，因此一般不发育天然堤或决口扇，而发育心滩，多数情况下，一旦辫状河发生决口，河道便直接改道，形成新的河道。在洪水期，降水供给充足，河道砂坝常被淹没；而在旱季枯水期，水流量减小，河道砂坝露出水面，河水被局限在河道砂坝间的狭窄河道中。洪水期与枯水期的每次交替，都将改变河道砂坝与河道相互间的形态和布局，因此，河道与河道砂坝的频繁迁移是辫状河流最重要的特点河道底部滞留沉积的岩性以砾岩-中粗砂岩为主，具有大型的槽状交错层理，且与下伏岩层具有明显的冲刷面。

心滩沉积，也叫河道砂坝沉积，岩性以粗粒、中——粗砂岩沉积为主，具有大型槽状或板状交错层理。心滩在垂向剖面上呈透镜状或板状，底冲刷现象明显。由于辫状河水流量随季节的更替而变化，因此，辫状河中心滩的形态及布局是极不稳定的。由于不同期次水流能量不同，所携带沉积物的粒度也大小各异，在垂向沉积序列上表现为多个不明显的正韵律结构或突变正韵律结构。由于新一期洪水带来的粗粒沉积物极易将上一期沉积下来的细粒物质破坏并搬运至下游，因此，辫状河心滩内部不易保留下细粒粉砂或泥质沉积。但当河道废弃或贫水期，也会沉积有部分粉砂或泥质夹层。

2.2 曲流河

曲流河沉积一般为单河道，河道曲率较大，坡降较小，水流量变化不大，沉积物粒度较辫状河要细。由于天然堤的存在，河道抗侵蚀性较强。曲流河的沉积过程中，主要以侧向加积作用为主，凹岸受到侧蚀垮塌，同时在凸岸沉积，形成点砂坝沉积，也就是边滩沉积，使得河道弯度不断增加。

通过典型钻孔垂向沉积序列的研究，发现大部分地区直罗组下段上亚段表现为明显的曲流河沉积，垂向上自下而上表现为向上变细的正韵律结构，整体“二元结构”明显。

天然堤沉积也是曲流河的主要特征之一，分布在河道两岸。天然堤是由于洪水期河水漫越河岸，当水流速度降低时，悬浮物质在岸边快速沉积而形成的。岩性主要以细-粉砂岩为主，相比边滩沉积较细，但要粗于泛滥平原沉积。垂向上，产于边滩沉积之上，发育各种小型沙纹层理、水平层理。厚度一般不大，小于5m。

泛滥平原沉积是曲流河沉积中分布面积最广的部分，沉积物主要是洪水带来的悬浮物质，在潮湿条件下，植物生长茂盛，可进一步发展为沼泽。工作区内钻孔中，该部分岩性主要以粉砂质、泥质沉积为主，夹有厚度不大的薄煤层。发育有水平层理，泥岩中可见炭屑、炭质植物根茎及黄铁矿结核，还原容量较高。在泛滥平原沉积中，见有决口扇沉积发育，沉积厚度不大，岩性以细砂岩为主，剖面上呈透镜状，横向连通性较差。

2.3 剖面成因相分析

工作区典型沉积剖面中，下亚段砂体表现为明显的泛连通状，砂体厚度大，连续性好，应为辫状河亚相中的河道砂坝沉积，也就是心滩沉积。自下而上为不明显的正韵律结构，垂向上具有明显的多期砂体相互叠加的特征，反映出了辫状河垂向加积的特点。砂体中，局部见有粉砂质、泥质夹层，夹层厚度小、连续性差，呈透镜状产出。河道砂坝顶部发育有较稳定的一套粉砂质、泥质隔水层，厚度较小，一般不超过10m，且夹有薄煤层，应为泛滥平原沉积（图2）。

上亚段砂体则表现出较为明显的下粗上细的“二元结构”，砂体具有侧向加积的特点，反映了河道的侧向迁移，剖面上可以见到单期河道明显的自下而上粒度变细的正韵律结构，具有典型的曲流河沉积特征。相比下亚段的辫状河亚相，上亚段的曲流河亚相中，泛滥平原的细粒沉积物规模明显增大，且有一定数量的决口扇发育。决口扇砂体呈透镜状，与两侧河道砂体相连，表现为洪水期河道决口沉积形成。

2.4 沉积体系空间展布特征

综合以上对单孔及剖面成因相的研究，结合野外钻孔岩心观察，认为工作区直罗组下段下亚段为辫状河沉积体系，上亚段为曲流河沉积体系。

2.4.1直罗组下段下亚段

在工作区东部，发育一条辫状河河道，河道宽5km～8km左右，规模很大，均呈近南北向展布，河流发育方向为从北向南，在主河道东侧，还存在一条规模相对较小的河道，其发育方向为由北东向南西，两条河道相互交织，向南与大营铀矿床辫状河道连为一体。泛滥平原主要分布于河道两侧，面状分布，在两条河道连接部位，也有小面积分布，呈不连续岛状。在工作区西部，辫状河主要发育在北部地区，发育方向由北西向南东，南部大面积为泛滥平原沉积。工业铀矿体受成因相控制明显，产于河道分叉的相变部位。

2.4.2直罗组下段上亚段

直罗组下段上亚段为曲流河沉积，由曲流河河道和泛滥平原构成。由于曲流河侧向迁移活跃且多为叠加河道，导致其河道范围很宽，最宽可达20km。曲流河道呈北西——南东向展布，贯穿整个工作区，向东与大营铀矿床相接。泛滥平原则大面积分布于河道两侧，呈带状、面状。在工作区东侧，发育一条北东——南西方向的小型曲流河道，与区内主干河道相接，本项目发现的直罗组下段上亚段工业铀矿体产于交接部位。

3. 结论

沉积相的平面分布控制着砂体的空间展布，进而影响着赋铀砂体的空间分布。工作区铀矿化主要赋存在直罗组下段的辫状河道砂体和部分曲流河道砂体中。产于曲流河道砂体中的铀矿化常与下部的辫状河道砂体相连通。孤立的曲流河道砂体不存在矿化现象，这主要是由于其不能形成特定的氧化还原环境而不利于铀富集成矿。直罗组下段下亚段辫状河砂体，其粒度较粗杂基含量少，有利于流体渗流；河道的上部、边部、河道拐弯分岔部位及河道间的沉积物粒度相对较细，泥质杂基含量相对较高，原始孔隙度不发育，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。从深部运移上来的油气，其本身是一种富含有机酸的还原性流体，油气与地层中的含铀流体在这些部位相互作用，从而有利于铀的沉淀和成矿。直罗组上段的曲流河道间泥岩和粉砂质泥岩，延安组的湖沼相泥岩、煤层及其河道间泥岩，分别构成了直罗组下段赋铀砂体的上下封闭层；另一方面，直罗组沉积时由早期的潮湿半干旱气候转变为晚期的炎热干旱气候，这些都为直罗组下段的层间氧化带的形成以及后期油气对铀的二次还原和沉淀成矿创造了良好的条件。大型主分流河道中铀异常较罕见，异常多发育在分流河道的两侧和河道的分岔拐弯处，且分流河道的砂体厚度不能太大，砂体厚度若大于40m，则异常较罕见。铀多赋存在河道砂体底部（靠近两侧），并在碳屑、煤屑、沥青脉或结核周围富集。铀的富集多处在氧化还原过渡环境，河道两侧和河道的分岔拐弯处是岩性的变化部位，并处在油气二次还原的过渡地带，有利于铀沉淀；碳屑、煤屑、沥青脉等有机质含量高处和局部泥质层处创造了良好的局部还原环境，铀被富氧的地下水携带到此部位时便被还原而沉淀下来。

参考文献：

[1] 李西得，巴音戈壁盆地塔木素地区巴音戈壁组上段铀储层砂体预测研究；

[2] 内蒙古杭锦地区铀资源调查评价报告