川井坳陷赛汉组沉积物源分析及其对砂岩型铀成矿的控制作用

李西得,孙 祥,邱林飞,田明明

(核工业北京地质研究院,北京 100029)

0 引 言

川井坳陷作为二连盆地五大坳陷之一，是在海西期褶皱基底上发育的中新生代大型坳陷盆地，东西长240 km，南北宽40～80 km，面积约1.7万km2。核工业系统自20世纪90年代以来，先后开展了多轮砂岩型铀矿潜力评价和铀矿勘查工作，近年来川井坳陷先后在南部达格图山间盆地和东北部桑根达来凹陷取得了找矿突破。在以往的砂岩型铀矿评价和勘查过程中，针对川井坳陷铀源、构造分区、构造演化过程、建造类型和沉积相条件等，开展了大量的工作，但针对赛汉组砂体碎屑物源的研究工作相对较少。综合分析赛汉组物源特征，对评价砂体含铀性，厘清赛汉组沉积充填特征和沉积相空间展布，进而支撑铀成矿有利部位的空间定位，具有重要的指导意义。

1 区域地质背景

川井坳陷位于西伯利亚板块与华北板块缝合线部位，是在天山—兴蒙造山系的基础上发育起来的以裂陷为主要特征的中、新生代陆相沉积盆地[1-2]。西部为狼山—宝音图隆起带，南部为阴山—温都尔庙隆起带，东部与乌兰察布坳陷以隘口相接，北部为索伦山隆起带(图1)。

图1 川井坳陷地质构造简图Fig.1 Geological structure map of Chuanjing Depression

2 赛汉组岩石学矿物学特征

2.1 岩石学特征

川井坳陷赛汉组(K1s)为一套辫状河三角洲、湖相沉积，岩性为黄色、杂色、灰色砂质砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及褐煤等，平原相带的岩石组合中正向韵律特征明显，以粗粒碎屑为主体；前缘相带中为多个正向和反向韵律的叠置层，以中细粒碎屑为主体。岩性以砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩为主，其次为中细砂岩。砂岩本身胶结疏松，泥质胶结为主，透水性一般，有时泥质含量较高，渗透性较差；砂岩多为块状均质结构，碎屑物质均呈次棱角状、次圆状，磨圆度较差，分选性差。显示了快速堆积、搬运距离短的特征。

赛汉组在各地段岩性组合存在较大差异，白音查干凹陷西缘、南缘以冲积扇入湖为主要特征，主要为一套黄褐色、浅灰色、灰色砂砾岩夹灰色泥岩为主，中央隆起带两侧的桑根达来、得日斯地段，顶部主要为紫红色、红色、杂色泥岩、粉砂岩和砂岩，局部多含砾石，中下部为灰色、灰绿色中粗粒砂岩，多夹泥岩、粉砂岩。达格图凹陷主要为一套红色、红褐色、灰色、灰绿色砾岩夹灰色泥岩。

这种差异的出现，主要由于赛汉期，川井坳陷以北东东向岛状展布的巴音杭盖、白音花两个中间凸起将北部的白音查干凹陷、桑根达莱凹陷同南部的包龙凹陷分割开，局部发生连通，三个凹陷各自具备独立的湖盆特征，为相对独立的沉积体系。

2.2 矿物学特征

通过对白音查干凹陷薄片的观察，对岩石颗粒成分、填隙物成分及结构特征等有了较全面的了解。岩石成分主要为石英、长石、各种岩屑、云母片等。部分石英具波状消光，长石以斜长石为主，具高岭土化现象。岩屑成分有石英岩、片岩、千枚岩、岩浆岩、泥质岩等各种岩块。其中以花岗岩屑(图2(a)、2(b)、2(c))、变质岩屑含量最多。白音查干凹陷岩石成分的另一特点是云母含量较高，以白云母为主(图2(d))，个别岩石中含量高达40%。凹陷内岩石的成分成熟度普遍较低，从以上特点可以看出，碎屑颗粒的搬运距离较短，物源区较近，凹陷南北为不同物源。

根据岩矿分析结果，下白垩统赛汉组砂岩以长石砂岩为主，长石石英砂岩次之。碎屑物中主要成分(石英、长石、岩屑)含量，按福克砂岩分类法将样品分类，赛汉组砂岩有四种类型：以长石砂岩为主(占51.5%)，其次长石石英砂岩(占39.4%)，最少为岩屑长石砂岩(占0.06%)，见个别岩屑砂岩。在长石砂岩中岩屑的含量不是很高(一般在5%以内)，而长石砂岩中石英的含量接近70%，靠近长石石英砂岩分布区域，又可说明赛汉组沉积环境较为稳定，即有较好的成矿空间。

3 赛汉组沉积物源分析

3.1 重矿物组合特征

岩芯样品分析表明，重矿物成分主要以磁铁矿、石榴石为主，其次为电气石和锆石，其中磁铁矿平均为43.6%，石榴石平均为25.5%，电气石平均为12.0%。绿帘石、金红石、十字石、锡石、角闪石、红柱石所占比重较低，部分样品中可见黝帘石、蓝晶石、榍石、辉石和磷灰石等。平面上，从盆地边缘至中心，稳定重矿物相对含量增加，而不稳定重矿物含量则相对降低，白垩系地层沉积物来自盆地周缘，沉积物沿凹陷边缘向凹陷中心推进。

对比碎屑岩和蚀源区花岗岩重矿物组合特征可佐证，二者具备相似的重矿物组合，均为碎屑锆石、磷灰石含量较高，金红石、榍石相对较少，显示了二者在物源上具有联系性(图3)。

图3 白音查干西缘碎屑岩和蚀源区花岗岩重矿物组合特征对比Fig.3 Comparison of heavy mineral assemblages between clastic rocks and granites in the western margin of Baiyinchagan area

3.2 微量元素和稀土元素

从稀土元素配分曲线(图4)上可以看出，上白垩统砂岩，侏罗纪、石炭纪花岗岩，石炭纪、志留纪和中元古代变质岩均表现为Eu负异常，且曲线形态均为富集轻稀土的右倾式。推测古近纪—早白垩世碎屑岩、中生代至晚古生代花岗岩的原岩均与早古生代至元古代变质岩关系密切。

图4 川井坳陷盖层与基底稀土元素MORB标准化配分曲线对比图Fig.4 Comparison of MORB standardized distribution curves of rare earth elements in caprock and basement of Chuanjing depression

从碎屑岩与变质岩微量元素洋中脊玄武岩(mid-ocean ridge system，MORB)标准化蛛网图(图5)上可以看出，白垩系碎屑岩表现为高场强元素P、Ti的亏损，而变质岩则表现为P、Ti富集；在碎屑岩与花岗岩微量元素MORB标准化蛛网图(图6)上，白垩系碎屑岩与中生代至晚古生代花岗岩曲线形态相似，均表现为高场强元素Nb、P、Ti等的富集，据此推测白垩系碎屑岩的物源与中生代至晚古生代花岗岩关系更为密切。

图5 川井坳陷盖层砂岩-变质岩微量元素MORB标准化蛛网图Fig.5 Standardized spider diagram of MORB trace elements in caprock sandstone-metamorphic rocks in Chuanjing depression

图6 川井坳陷盖层砂岩-花岗岩微量元素MORB标准化蛛网图Fig.6 Standardized spider diagram of MORB trace elements in cap rock sandstone-granite in Chuanjing depression

4 碎屑物源与铀成矿关系探讨

综合前人研究资料[3-5]，以巴音前大门—白云鄂博EW向断裂构造为界，分属2个不同的大地构造分区，北部凹陷区以中央隆起带和NE向断裂构造为界，可进一步可划分为三个凹陷和两个凸起五个次级构造单元(图7)，已知湖盆主要位于巴音杭盖、德日斯、桑根达来等地段，具多中心沉积特点，赛汉期为各自独立的沉积单元，二连期泛连通。

图7 川井坳陷构造分区图Fig.7 Structural zoning map of Chuanjing Depression

由于川井坳陷为近物源堆积产物，具有近物源、多物源、小水系粗碎屑等沉积背景，岩屑成分复杂，来源众多。平面分布上在不同源区边缘物质组成不同，近花岗岩蚀源区的南部断陷盆地，以花岗岩岩屑为主；北部白音查干凹陷，以片岩、板岩、变质砂岩等岩屑为主[6-10]。

从重矿物和微量元素、稀土元素特征分析，中央隆起带在赛汉期出露地表，不仅提供了部分沉积物源，同时控制了整个盆地的古水流方向和沉积相空间展布，将川井坳陷从中间阻挡分割成若干个独立的沉积体系。结合目前已发现砂体空间分布推断，中央隆起带两侧坡度较缓，发育一系列辫状河道和三角洲砂体。

结合基底不同岩性分布区域和分布范围来看：西部狼山岩体、乌尔禾岩体广泛出露地表，为西部主要基底岩性，具有较高的U含量和Th/U比值，南缘广泛分布富铀花岗片麻岩基底，晚期酸性侵入岩较多，具有较高的U、Th、K含量和Th/U比值。同时，南部蚀源区狮子头岩体及其外围发育多个地表热液型铀/钍异常点。中央隆起带以古元古界片岩为主要出露地层，也具有相对较高的U、Th、K含量。北部蚀源区以新元古界—古生界海相地层为主，属贫铀地层[11-14]。因此，南部和西部蚀源区、中央隆起带铀源条件明显优于北部蚀源区。

综合川井坳陷近物源堆积和蚀源区不同岩性分布范围判断，南部、西部和中央隆起带两侧的赛汉组砂体，由于近缘基底铀源条件较好，赛汉组含矿层具有相对较高的初始铀含量，为砂岩型铀成矿奠定了基础，是较有利的找矿部位。

5 结 论

1)赛汉组岩石成分主要为石英、长石、各种岩屑、云母片等。岩屑成分有石英岩、片岩、千枚岩、岩浆岩、泥质岩等，不同地段碎屑物源存在明显差异。

2)重矿物成分主要以磁铁矿、石榴石为主，其次为电气石和锆石，稀土元素配分曲线和微量元素曲线显示，下白垩统砂岩与中生代至晚古生代花岗岩和中元古代至古元古代的变质岩系具有相似的岩石地球化学特征。推测赛汉组砂岩碎屑锆石主要来源于西部蚀源区的中生代至晚古生代花岗岩体，少量来自中元古代至古元古代的变质岩系，为近源沉积。

3)赛汉组碎屑沉积多具近物源、多物源、相变快的特点，岩石类型为低成熟度岩屑砂岩或长石岩屑砂岩，碎屑物主要来自于近源的花岗岩和变质岩蚀源区，中央隆起带是重要的物源区。

4)结合蚀源区不同岩性分布区域和分布范围，认为南部、西部和中央隆起带两侧的赛汉组砂体，由于近缘基底岩性条件较好，造成赛汉组含矿层具有相对较高的初始铀含量，为砂岩型铀成矿奠定了基础，是较有利的找矿部位。