鄂尔多斯盆地鄂托克前旗地区层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件分析

第2期3月铀　　矿　　地　　质U ranium 　　　Geology

V o.l 21M ar .

N o .2

2005

鄂尔多斯盆地鄂托克前旗地区层间氧化带

砂岩型铀矿成矿条件分析

左文乾

(陕西省核工业地质调查院,陕西　西安　710054)

[摘要]本文通过对鄂尔多斯盆地鄂托克前旗地区区域地质概况、找矿目的层下白垩统志丹群华池-环河组地层岩性岩相和层间氧化带发育特征以及层间氧化带砂岩型铀矿化特征的研究,综合分析了该区层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件,认为该区具有较好的铀成矿环境和找矿前景。

[关键词]层间氧化带;砂岩型铀矿;成矿条件分析;鄂尔多斯盆地

[文章编号]1000-0658(2005)02-0079-06　　[中图分类号]P598　　[文献标识码]A

[收稿日期]2004-07-16　　[改回日期]2004-12-15

[作者简介]左文乾(1970-),男,高级工程师,1993年毕业于成都理工大学。

　　鄂尔多斯盆地北部可地浸砂岩型铀矿找矿和预测工作已进行多年,以下白垩统志丹群为目的层的铀资源远景预测工作取得了一定的成果和认识,其中在鄂托克前旗地区开展了1∶250000区域带钻预测验证工作,发现了较好的铀矿化,展示出鄂尔多斯盆地白垩纪地层铀矿找矿工作的良好前景。

1　区域地质概况

鄂托克前旗地区位于鄂尔多斯盆地北西部,处于二级构造单元天环向斜的东翼,东部与伊陕斜坡带相接。太古界、元古界构成了盆地的结晶基底,主要为一套深变质的麻粒岩、混合岩、片麻状花岗岩类和浅变质的绿片岩、千枚岩、大理岩及粘土质、长英质碎屑岩。古生界海陆交互相、湖相及干旱炎热气候条件下的沉积岩系构成了中生代盆地的沉积基底。侏罗系至下白垩统是盆地的沉积主体,其中侏罗纪沉积层构成了鄂尔多斯早白垩世自流水盆地的直接底板。新生界为

盆地消亡之后的产物,构成了白垩纪自流水盆地的沉积盖层。

盆地在古生代以前与华北地台同处一个构造单元,构造活动表现为和缓的振荡运动,加里东期全区上升为陆地,中石炭世—二叠纪本区接受了海陆交互相沉积,海西期台坳内部发生不均一性的隆起和拗陷,并有断陷产生。晚三叠世盆地才明显地从华北地台中分异出来,形成统一的内陆湖盆地,进入陆相发育阶段。总体表现为东部缓慢抬升,西部拗陷,并在隆坳两区间存在着差异性的抬升、下降,经过多次的抬升及沉降运动,形成了鄂尔多斯盆地的沉积地层和当今的地质地貌景观。

2　目的层地质特征

2.1　目的层地层划分与对比

白垩系下统志丹群自下而上分为7个岩组,分别对应于宜君组(K 1y )、洛河组(K 1l )、华池-环河组(K 1hc +h )、罗汉洞组

　铀矿地质第21卷

(K1lh)、泾川组(K1j)上下岩段和东胜组(K1d)(表1)[1]。其中,宜君组和东胜组分布局限,具体分析如下:

洛河组在盆地北部为棕红、紫红色砂岩、砾岩及泥岩互层,含孢粉及叶肢介化石,属于干旱气侯条件下的辫状河沉积。由盆缘向盆地中心泥质增多,有机质少,岩层均为原生红层,不具有形成层间氧化带的地球化学条件。

华池-环河组在全盆地分布广泛,且岩性差异较大,整合接触于洛河组之上。在毛盖图地区表现为一组温湿-半干旱气候条件下形成的褐红色、黄绿色、灰绿色、浅灰色的中细粒长石砂岩,夹多层的杂色泥岩、粉砂岩

表1　鄂尔多斯盆地白垩系南北地层对比简表

Table1　Strati g ra phic correl a tio n of C retaceous i n s outhern and nort hern O rdo sba si n

第2期左文乾:鄂尔多斯盆地鄂托克前旗地区层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件分析　81

和泥灰岩条带。泥质岩及粉砂岩中发育泥砾,水平层理、波状层理发育,偶见虫迹、植物碎屑等化石。砂岩胶结较疏松,透水性好,泥岩层较薄,上下水联系较密切,属河流相向湖相过渡的湖相三角洲相体系沉积。该层岩石颜色在东西方向上具明显的分带性,东部以褐红色、黄绿色为主,向西变为灰或灰绿色为主,显示了从强氧化到还原的地球化学环境标志,具备形成层间氧化带的地球化学条件。

罗汉洞组平行不整合于华池-环河组之上,是区内钙质含量较高的一套红层,岩性以紫红色、褐红色、浅褐红色细砂岩为主,夹薄层紫红色、褐红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩,为干旱气候条件下的河流相沉积层,不具备形成层间氧化带的条件。

泾川组仅分布在盆地西部和北缘,是区内沉积粒度最细,含泥质最多、含化石丰富的一套砂岩、泥岩地层。

可以看出,华池-环河组具有形成层间氧化带的有利岩性岩相和地球化学条件,为本区找矿目的层[2]。目前该层钻探控制深度453 m,可划分为11个缺失砾岩及粗砂岩的不完全韵律层。工作区内地层结构不甚相同,中部及南部的滨湖三角洲相地层中细砂岩至泥岩的韵律结构明显,各韵律层砂体厚度一般为20～60m,顶底板泥岩厚度较稳定,一般厚2～5m,局部可达9m,形成稳定的泥-砂-泥地层结构,利于形成层间氧化带;北部地区地层中无明显的粗、细韵律结构,砂体厚度巨大,局部可愈百米,泥岩类较少、较薄,且多呈透镜状,连续性差,对形成层间氧化带不利。

2.2　目的层砂体岩石学特征

找矿目的层下白垩统华池-环河组砂体的岩石矿物成分分析、鉴定和研究结果表明,含水透水砂体岩性主要为中细粒长石石英砂岩,碎屑物约占岩石的90%左右,填隙物约占10%。碎屑物主要是长石(50%～60%)、石英(25%～30%)、角闪石(5%～10%)、少量黑云母和白云母(1%左右),岩屑较少;重矿物主要为磁铁矿(1%左右),少量锆石、石榴石、绿帘石。此外,在岩石中还见少量炭屑物、黄铁矿等,填隙物主要是绿泥石、水云母,有少量方解石、方沸石,胶结类型主要为孔隙式、薄膜孔隙式,胶结程度较疏松,原生孔隙发育,渗透性较好。

2.3　目的层砂体粒度特征

通过对区内30个筛分粒度样品的分析可以看出:区内砂岩碎屑直径多在0.1～0.25 mm,计算可得特拉斯科分选系数S o=1.,不对称系数S k=0.347。反映该砂岩以中细砂粒度为主,具有分选性较好的正偏态特点。

在ZK-256孔采取2个薄片粒度样03L-09、03L-19,分别位于Ⅳ、Ⅴ韵律层,采用1/4间距进行薄片粒度分析,并绘制了粒度分布百分频率直方图和累计概率曲线图(图1)。

由粒度分布频率直方图可以看出,它不是一个高度集中的典型直方图,具有三角洲砂岩模式的特点。累积概率曲线图显示,砂岩的粒度平均值M分别为3.338、4.088,属粗粉砂-细砂岩类,曲线类型为二段式,由跳跃总体和悬浮总体组成,以跳跃总体为主,约占90%以上,斜度分别为50°、53°,分选性较好;悬浮总体含量低,小于5%,细截点(FT)分别为4.25、5.3,总体反映了较弱水动力条件下的滨湖三角洲沉积相的沉积特点。

2.4　目的层还原性特征

区内岩石原生色以灰色、青灰色及灰绿色为主,多见粉末状、短柱状、针状的炭屑物。据采集的环境样品分析结果,有机质含量一般为0.01%～0.25%,个别可达0.33%。另外,区内多见浅褐-深褐色、大小不一(0.1～1.0c m)的油斑,斑内可见黑色油迹物充填于粒间。镜下观察表明,这些碎屑颗粒均被超显微或显微状红色油迹渗染,部分还形成了特征的油气渗染边,油斑周边的粘土填隙物被油气渗染而呈褐色,反映了后生油气还原作用的强烈参与。

82　 铀矿地质第21

卷

图1　鄂托克前旗地区华池-环河组第Ⅳ、Ⅴ韵律层砂岩粒度分析图

F i g .1　Diagra m s s how ing res u lts o f grai n si ze an al ysis of sandstones fro m t he Ⅳand Ⅴr hy t h m s of

Hu ach i -Hu anhe For m ati on i n E t uokeqian coun t y area

a ———03L -9样品;

b ———03L -19样品。

3　层间氧化带特征

3.1　层间氧化带发育及展布

层间氧化带控制了铀矿体的形成和铀矿化的分布范围。区内层间氧化带主要发育于白垩系下统华池-环河组第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ韵律层,其中Ⅳ、Ⅴ韵律层发现铀矿化。在横剖面上,单层层间氧化带呈不规则的板状,其形态及厚度随着地下水流方向岩性的变化和岩石渗透性差异而变化。多层层间氧化带的组合呈前伸叠瓦状,随着地层倾斜及水流方向出现不同程度的向前延伸的层间氧化带。在纵剖面上,层间氧化带的形态取决于层间氧化带前锋线的位置和形态,呈板状或透镜状。平面上,层间氧化带的前锋线呈

蛇曲状。

3.2　基本特征

华池-环河组层间氧化带砂岩的氧化程度从东往西逐渐变弱,主要表现在从东往西砂岩颜色由黄褐色、灰褐色、灰黄色、灰黄绿色渐变为浅灰色、灰色及灰绿色。蚀变矿物褐铁矿、赤铁矿等逐渐减少,铀含量逐渐增大,三价铁与二价铁的比值逐渐降低。华池-环河组地层总体走向呈近南北向,倾向西,倾角较小(1°～3°),层间氧化带大体发育在地下300m 深度范围内,沿走向控制长度约25～30km ,沿倾向控制10～20k m ,目前控制情况见表2。

第Ⅳ沉积韵律层砂体厚度为20～75m ,上部和下部隔水泥岩层较薄,但较稳定。该

表2　鄂托克前旗地区层间氧化带特征表

Table2　Characteristi cs o f i nterl ayer o x i dati on zo ne i n E tuokeq i an county area

氧化带编号埋深(m)过渡带控制程度韵律层砂岩厚度(m)隔水顶底板稳定性铀矿化Ⅲ95～140未控制20～45较稳定未见

Ⅳ100～195局部控制20～75较稳定多层铀矿化Ⅴ175～260局部控制30～90较稳定见铀矿化Ⅵ230～300局部控制10～40较稳定未见

Ⅶ275～325局部控制25～30较稳定未见

韵律层含水砂体厚度适中,层间氧化带发育

较完全,从东往西氧化蚀变作用变弱,砂体颜色由褐红色、黄绿色向灰绿色、浅灰色过渡,植物炭屑增多,发育多层层间氧化带砂岩型铀矿化。第Ⅴ沉积韵律层砂体厚度为30～90m,上部隔水层较稳定,下部隔水层稳定,层间氧化带发育较好,该韵律层中也见有工业铀矿化。

4　铀矿化特征

区内钻孔中发现了较多铀矿化(异常)。按照矿化赋存的类型,可分为潜水-层间氧化带砂岩型铀矿化和层间氧化带砂岩型铀矿化。潜水-层间氧化带砂岩型铀矿化位于华池-环河组第Ⅳ层透水砂体的上部,矿化较弱,具有埋深浅、厚度薄、品位低的特点。而层间氧化带砂岩型铀矿化是本区的主要矿化类型,产于华池-环河组第Ⅳ层中下部、第Ⅴ韵律层砂体中。铀矿化多集中于氧化带前锋线附近,并严格受弱透水层和泥岩层的控制,呈多层性的特点。矿体多为透镜状、板状,埋深在166.75～241.80m,铀含量一般为0.01%～0.05%。矿化岩石为浅灰色、灰绿色、灰褐色中细粒长石砂岩,胶结程度较疏松,孔隙发育,渗透性较好,可见炭屑、黄铁矿细脉,有机质含量可达0.25%,含浅褐色油迹。区内铀矿化部位M o、V、Se、Sc、Re等伴生元素都存在富集现象,与铀的相关分析发现U 与Re正相关,与M o、Sc负相关,而与V、Se不相关。5　铀成矿条件分析

根据上述区域地质背景、目的层地质、层间氧化带和层间氧化带砂岩型铀矿化基本特征的综合分析,区内具有较好的层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件[3],具体表现在以下几个方面:

5.1　地貌、现代气候及古气候条件适宜

鄂托克前旗地区从早白垩世晚期开始,随着该区的构造抬升,已具备了准平原化丘陵、冲积平原地貌,气候逐渐转入干旱-半干旱,至全新世干旱气候条件下的沙漠化现象逐渐明显,形成了沙漠草地地貌景观。在持续时间达110M a的时期里,为目的层层间氧化带的形成提供了适宜的气候和古地理条件。

5.2　构造条件良好

鄂托克前旗地区位于鄂尔多斯盆地二级构造单元天环向斜苦水沟次级坳陷的东翼,与伊陕斜坡相接。晚白垩世至古新世中生代地层长期暴露于地表,伴随新构造运动的差异升降,对早期的层间氧化带起着推进和增强作用。区内存在的许多活动性隐伏断裂,对于层间水的越流排泄起了重要的作用,一些断裂则为地下油气上升、运移提供了主要通道。

5.3　水文地质及水化学条件有利

伊陕斜坡的掀斜抬升使华池-环河组地层长期裸露地表,接受大气降水补给,加强了含氧地下水的径流运动,有利于层间氧化带发育。区域上有一套完整的补给、径流、排泄水动力系统,并在径流过程中发育着局部84

　铀矿地质第21卷

的排泄区,为含铀地下水运移提供了条件。水中铀的分带性明显,表明存在水中铀富集,面状氧化带附近存在较多水中铀异常。总体反映该区良好的水文地质及水化学条件。

5.4　目的层岩相岩性条件较好

目的层在区域上具有从河流相到滨湖三角洲相再到湖相的沉积相变特征,层间氧化带发育在滨湖三角洲相部位。透水砂岩隔水顶底板由泥岩、粉砂质泥岩及弱透水砂岩组成,隔水条件较好。透水砂岩厚度一般为20～48m,渗透性较好,利于形成层间氧化带砂岩型铀矿化。

5.5　层间氧化带发育

鄂托克前旗地区在南北长70km,东西宽30km范围内,发育5条层间氧化带。这些层间氧化带具有延伸长、规模大、层数多等特点,显示了广阔的找矿前景。

5.6　较好的还原条件

目的层砂体在氧化带前锋位置附近有机质炭屑较丰富,在铀矿化好的地方,总有植物炭屑存在。另外,普遍发育油浸砂岩,说明深部的油气通过构造渗透到浅部地层,在砂体中形成广泛的二次还原障,对水中铀的迁移、富集起着重要作用。

5.7　较好的铀矿化显示

通过钻探揭露,区内目前已发现部分铀矿化工业孔及异常孔。铀矿化产于华池-环河组第Ⅳ、Ⅴ韵律层,总体显示了该区具有较好的成矿前景。

6　结论

总之,鄂托克前旗地区具有有利的层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件,目的层下白垩统志丹群华池-环河组发育多层层间氧化带,并在其中发现多处铀矿化,反映了该区较好的成矿前景。如果在对区内层间氧化带前锋线进一步控制的基础上,继续研究和分析层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件,探索铀矿化产出规律,将对在陆台型盆地白垩系中寻找可地浸砂岩型铀矿具有较重要的意义。

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Anal ysis on ore-for mation conditi ons of i nterlayer ox i d ation zone sandstone-type uran i u m deposit i n E tuokeqi an county area,O rdos basi n

ZUO W en-qian

(Geol ogic Su r ve y of Sha′an xiNucle a r Indu s tr y,X i′an,Sha′anxi　710054,Ch i na)

Ab st ract:Based on t he study achieve m ents of r egional geology,lit hologic-lithofacies characteristics of t he prospecti ng target horizon———H uachi-Huanhe Fo r m ati on,Zhidan G r oup,Lo wer C retaceous,develop m ent f eat ures of i nterl aver oxidation zone,as we ll as c har acteristics of sandstone-type ur aniu m m ineralization of in-t erlayer oxidation zone,or e-for mation conditions f o r sandstone-t ype urani um deposits of interlayer oxidati on zone have been co m prehensi vel y anal yzed in this paper.It is suggested t hat t he o r e-f o r m ation environ m ents in t he area ar e supe rior and good prospecting potential exists.

K ey words:interlayer oxi dation zone;sandstone-t ype ura niu m deposit;analysis on ore-for m ation conditions; or dos basin