1、第 37 卷 第 2 期2017 年 6 月沉积与特提斯地质 Sedimentary Geology and Tethyan GeologyVol37 No2Jun2017文章编号 : 1009-3850( 2017) 02-0103-09腾格尔坳陷宝力根套海地区铀储层沉积特征及找矿方向!谢惠丽1，李西得1，汪洪强2，林效宾1，邹耀林1，陶思远1( 1 核工业北京地质研究院 ， 北京 100029; 2 中海油研究总院 ， 北京 100027)收稿日期 : 2016-12-13; 改回日期 : 2017-01-17作者简介 : 谢惠丽 ( 1988-)， 女 ， 博士 ， 工程师 ， 主要研究
2、方向为沉积学和铀矿地质学 。E-mail: 807506381 qq com资助项目 : 中国地质调查局 二连盆地腾格尔坳陷铀矿资源远景调查 子项目 ( DD2016013619)摘要 : 本文利用煤田钻孔资料 ， 结合区域地质特征 ， 首次对研究区铀储层砂体展布及规模 ， 以及铀储层沉积相带进行精细刻画 。在此基础上 ， 结合铀源 、构造 、煤田钻孔放射性测井和地面伽马能谱测量等因素 ， 对研究区铀成矿前景进行预测 。研究发现 ， 赛汉组铀储层砂体发育 ， 总体呈南东 北西向展布 。赛汉组下段砂体累积厚度 120 200m， 发育辫状河三角洲相 ， 其中辫状河三角洲平原分布广泛 ， 由 5
3、个正粒序沉积旋回构成 ; 赛汉组上段砂体累积厚度 50 90m， 发育辫状河相 ， 由 2 个正粒序沉积旋回构成 。研究区具有丰富的铀源 、有利的构造背景及沉积相带 ， 砂岩型铀成矿有利区平面上位于辫状 ( 分流 ) 河道砂体边缘靠近泛滥平原或分流间湾的部位 ， 垂向上位于 号和 号沉积旋回 。关 键 词 : 沉积特征 ; 铀储层 ; 找矿方向 ; 宝力根套海地区 ; 腾格尔坳陷 ; 煤铀兼探中图分类号 : P61914 文献标识码 : A引言近年来 ， 二连盆地铀矿勘查取得了一系列重大进展 ， 相继发现了一大批铀矿床和矿产地 ， 显示出铀矿资源的巨大潜力 1-3。但目前所发现的铀矿床主要集中
4、于二连盆地的次级构造单元乌兰察布坳陷和马尼特坳陷 ， 腾格尔坳陷铀矿勘查并无新的突破 。造成这种结果的主要原因是腾格尔坳陷基础地质研究程度低 ， 砂岩型铀矿的储层研究几乎空白 4。因此 ， 为了弄清研究区铀储层砂体的展布 、规模 、沉积相特征 ， 本文在研究区未施工铀矿钻孔 ，地质资料匮乏的情况下 ， 依据 “煤铀兼探 ”的指导思路 ， 利用收集到的煤田钻孔资料 ， 开展研究区铀储层沉积特征分析 ， 在此基础上 ， 结合铀源 、构造 、煤田钻孔放射性测井和地面伽马能谱测量等 ， 预测砂岩型铀矿的成矿有利区 。本研究对指导该地区下一阶段铀矿资源的勘查具有重要意义 。1 区域地质概况二连盆地是在内
5、蒙古 -大兴安岭华力西褶皱基底上发育起来的中新生代断陷沉积盆地 ， 可划分为北部断陷带 、中央隆起带和南部断陷带 3 个一级构造单元和马尼特坳陷 、乌兰察布坳陷 、川井坳陷 、腾格尔坳陷 、乌尼特坳陷和苏尼特隆起 ( 五坳一隆 ) 6个二级构造单元 ， 以及 53 个凹陷和 22 个凸起的三级构造单元 5-7( 图 1a) 。宝力根套海凹陷位于二连盆地腾格尔坳陷南部 ， 伸向温都尔庙隆起方向 ( 图1a)， 为非对称单断箕状凹陷 ， 可划分为东部陡坡带 、中央洼陷带 、西部斜坡内带和斜坡外带 4 个次级构造带 8、9( 图 1b) 。沉积与特提斯地质 ( 2)图 1 研究区区域地质概况a 二连
6、盆地构造单元略图 ( 据参考文献 6); b 宝力根套海凹陷某测线地震解译图 ( 据参考文献 9); c 宝力根套海地区区域地质图 1 第四系 ; 2 新近系 ; 3 上侏罗统 ; 4 二叠系 ; 5 上石炭统 ; 6 上志留统 ; 7 太古界 ; 8 侏罗纪花岗岩 、钾长岩 ; 9 晚古生代花岗岩 ; 10 流纹斑岩 ;11 研究区位置 ; d 研究区构造纲要略图 ( 据参考文献 10)Fig1 egional geology of the study area4012017 年 ( 2) 腾格尔坳陷宝力根套海地区铀储层沉积特征及找矿方向 !研究区位于宝力根套海凹陷西南部由 4 条正断层所围
7、限的矩形断块 ， 面积约 70km2， 周边发育大面积的花岗岩 ( 图 1c、1d) 。研究区煤田钻孔揭露的地层自下而上依次为上侏罗统 ( J3) 、下白垩统腾格尔组 ( K1bt) 、赛汉组 ( K1bs) 、新近系 ( N) 和第四系( Q) 。砂岩型铀矿找矿目的层主要为下白垩统赛汉组 ( K1bs)， 为本文所研究的目标层位 ， 其进一步可以细分为赛汉组下段 ( K1bs1) 和赛汉组上段 ( K1bs2)( 图 2) 。图 2 二连盆地腾格尔坳陷基底和盖层演化特征示意图 ( 转引自李洪军等 ， 2012) 1Fig 2 Evolution of the cover and baseme
8、nt of the Tengeerdepression， Erlian basin2 铀储层沉积特征21 铀储层砂体展布及规模基于研究区 112 口煤田钻孔资料 ， 对研究区赛汉组下段和上段砂分散体系进行分析 ， 由于大部分钻孔赛汉组下段均未打穿 ， 因此 ， 文中赛汉组下段砂体厚度小于 600m。211 赛汉组下段砂体厚度在 47 20 370 31m 之间 ， 平均为17595m， 主要分布在 120 200m( 占钻孔总数的4875%)( 图 3a)， 含砂率平均为 60 85%。砂体厚度高值区分布于研究区东南方向 ， 总体沿南东向北西展布 ， 沿砂体中心轴线方向 ( 南东 -北西方向
9、) 砂体厚度大 ( 180 240m)， 分布较稳定 ， 由砂体中心轴线向西南方向砂体频繁分岔呈鸟足状 ， 厚度明显减薄 ， 在研究区西南和西部存在两个砂体厚度极低值区 ( 图 3c) 。212 赛汉组上段砂体厚度在 1208 18136m 之间 ， 平均为 7571m， 主要分布在 50 90m( 占钻孔总数的 50%)( 图 3b)， 含砂率平均为 70 26%。赛汉组上段继承了赛汉组下段砂体的展布特征 ， 但其内部发育局部低值区 ， 砂体频繁分岔 ， 沿砂体中心轴线方向 ( 南东 -北西向 ) 砂体厚度大 ( 80 120m) 、宽度大 ( 3 4km)， 分布稳定 ， 而位于砂体中心轴
10、线两侧的区域砂体厚度迅速减薄 ( 图 3d) 。22 铀储层沉积相221 沉积相类型赛汉组沉积时期处于盆地断 拗转换期 ， 赛汉组下段地层为退积型沉积序列 ， 赛汉组上段地层为进积型沉积序列 ， 总体呈 “粗 -细 -粗 ”的结构特征 ， 反映了一个由水进到水退的沉积旋回 。综合钻孔岩性组合 、单井垂向序列 、沉积剖面等系列沉积学编图发现 ， 赛汉组下段主要发育辫状河三角洲相 ， 赛汉组上段主要发育辫状河相 。( 1) 辫状河三角洲相辫状河三角洲相在研究区赛汉组下段广泛发育 ， 主要包括辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘亚相 。辫状河三角洲平原总体由 5 个粒度向上变细的正旋回组成 ， 主要沉
11、积微相为辫状分流河道和分流间湾 ( 图 4a 和图 5) 。其中 ， 辫状分流河道以灰色 、灰白色中粗砂岩 、砂砾岩为主 ， 分选较差 ， 测井曲线以齿化箱形和钟形为主 ; 分流间湾岩性较细 ， 主要为煤层 、碳质泥岩 、深灰色泥岩和粉砂岩 ， 测井曲线多为弱齿形 -平直形 。辫状河三角洲前缘主要沉积微相为水下分流河道 、河口坝和前缘泥 ( 图 4b) 。水下分流河道是辫状分流河道入湖后在水下的延续 ， 其沉积特征类似于辫状分流河道砂体 ， 但厚度明显减薄 ， 分选较差 ，次棱角 -次圆状 ; 河口坝岩性为细砂岩 ， 从下而上显示由细变粗的倒粒序 ; 前缘泥岩性为深灰色泥岩和粉砂岩 ， 局部夹
12、薄层砂岩 ， 发育水平纹理 。( 2) 辫状河相辫状河相发育于赛汉组上段 ， 由 2 个正旋回组成 ， 主要包括辫状河道和泛滥平原亚相 ( 图 4a、4b 和501沉积与特提斯地质 ( 2)图 3 腾格尔坳陷宝力根套海地区赛汉组铀储层砂体展布及规模a 赛汉组下段砂体厚度频率统计 ; b 赛汉组上段砂体厚度频率统计 ; c 赛汉组下段砂体等厚图 ; d 赛汉组上段砂体等厚图Fig3 Distribution and scales of reservoir sandstones in the Baoligentaohai region， Tengeer depression图 5) 。其中 ， 辫
13、状河道以砾岩 、含砾砂岩和粗砂岩为主 ， 具有向上变细的正粒序特征 ， 测井曲线为钟形或箱形 ， 碎屑颗粒呈次棱角状 -次圆状 ， 分选差 ， 表明其离物源区较近 ; 泛滥平原相对不发育 ， 以细砂岩 、粉砂岩和泥岩等细粒沉积物为主 ， 可见碳质纹层 ， 测井曲线呈齿形 -平直 。从沉积剖面 ( 图 5) 中可以看出 ， 赛汉组下段相比于上段泥岩含量较高 ， 辫状河三角洲平原由 5 个正粒序沉积旋回构成 ， 具有泥 -砂 -泥的岩性组合特征 ， 顶部的 号旋回砂体最发育 ; 赛汉组上段辫状河道表现为一种 “泛连通 ”结构 ， 具有极大的宽 /厚比值 ， 由 2 个沉积旋回构成 ， 位于河道中心
14、部位的 号和 号沉积旋回之间的泥质隔层不发育 ， 其它部位的 号旋回顶部普遍发育薄煤层 。222 沉积相平面展布赛汉组下段沉积时期 ， 研究区由南东向北西依次发育辫状河三角洲平原 、辫状河三角洲前缘和滨浅湖 ( 图 5b 和图 6a) 。辫状河三角洲平原分布广泛 ， 其中辫状分流河道构成了其骨架 ， 主干河道源于研究区东南部 ， 沿南东向北西方向展布 ， 局部发育分流间湾 ; 辫状河三角洲前缘和滨浅湖分布范围有限 ， 仅在研究区西部和西南部分布 。赛汉组上段与赛汉组下段的沉积具有继承性 ，但由于湖盆的进一步收缩 ， 水退进一步加强 ， 由辫状河三角洲相演变为辫状河相 ， 其中河道充填构成了研究
15、区主体沉积 ， 泛滥平原仅局部发育 ( 图 6b) 。6012017 年 ( 2) 腾格尔坳陷宝力根套海地区铀储层沉积特征及找矿方向 !图 4 腾格尔坳陷宝力根套海地区典型钻孔单井相a ZK18-14 钻孔单井相 ; b ZK14-14 钻孔单井相Fig4 Sedimentary facies through the ZK18-14 well ( a) and ZK14-14 ( b) wells in the Baoligentaohai region， Tengger depression3 成矿地质条件与找矿方向31 丰富的铀源研究区周边蚀源区大面积分布海西期和燕山早期花岗岩 ( 图 1
16、c)， 铀丰度值普遍较高 ， 可以提供充足的铀源 。且在研究区的西部 、南部和南东部存在 3 个铀化探远景区 ， 并有铀矿化点和异常点的分布 ， 表明蚀源区大部分铀通过古水系携带搬运至盆地凹陷区 ， 形成铀富集 。32 有利的构造条件宝力根套海凹陷 1， 11经历了早期拉张断陷 、中期下沉拗陷和后期自东向西抬升剥蚀的区域构造演化过程 ( 图 2) 。赛汉组沉积后的构造抬升 ， 使赛汉组暴露地表遭受剥蚀 ， 有利于成矿流体从东向西渗入 ， 且成矿流体的运移方向与沉积期物源方向和沙体展布方向基本一致 ， 有利于潜水 -层间氧化带型砂岩铀矿床的形成 3。33 有利的铀储层及沉积相带铀储层砂体的规模在
17、一定程度上影响铀成矿的规模 。规模大 、连通性好的砂体 ， 既可以提供成矿物质的运移通道 ， 也可以提供铀成矿的空间 。研究区赛汉组铀储层砂体不仅发育 ， 而且厚度大 ， 为大规模铀矿的富集提供了空间保障 。陆相盆地最有利于铀成矿的沉积相为大型冲积扇前缘相 、滨湖三角洲相及部分冲积平原相 ， 而在陆相山间盆地主要为辫状河相及辫状河三角洲相 12-15。研究区广泛发育辫状河和辫状河三角洲相 ， 是有利于砂岩型铀成矿的沉积相带 。其中辫状河道和辫状分流河道砂体广泛发育 ， 具有良好的连通性 ， 有利于成矿流体的运移 ， 同时 ， 其在垂向上由701沉积与特提斯地质 ( 2)7 个正粒序沉积旋回构成
18、 ， 具有泥 -砂 -泥的岩性组合特征 ， 共同保证了多个稳定的成矿流体流动单元 。此外 ， 赛汉组泛滥平原和分流间湾中发育 1 20 层不稳定煤层和碳质泥岩 ， 可以为铀储层提供丰富的还原剂 ， 在氧化还原部位铀被还原 ， 沉淀成矿 。34 煤田钻孔放射性测井异常收集到的 8 口煤田钻孔放射性测井资料中 ， 其中的 5 口钻孔存在自然伽马测井异常 。其在平面上主要分布在辫状 ( 分流 ) 河道边缘靠近泛滥平原及分流间湾的部位 ( 图 8a、8b)， 可能与沉积环境相变导致还原物质增加 ， 使铀还原沉淀富集有关 ; 异常在垂向上主要分布于赛汉组下段顶部的 号沉积旋图 5 腾格尔坳陷宝力根套海地
19、区赛汉组沉积剖面 ( 剖面位置见图 3c)a 沿砂体中心轴线方向沉积剖面 ; b 垂直于砂体中心轴线方向沉积剖面Fig5 Cross-sections across the Baoligentaohai region， Tengger depression8012017 年 ( 2) 腾格尔坳陷宝力根套海地区铀储层沉积特征及找矿方向 !图 6 腾格尔坳陷宝力根套海地区赛汉组沉积相平面展布图a 赛汉组下段 ; b 赛汉组上段Fig6 Planar distribution of the sedimentary facies in the lower member ( a) and upper m
20、ember ( b) of the Saihan Formation in theBaoligentaohai region， Tengger depression图 7 腾格尔坳陷宝力根套海地区煤田钻孔放射性异常分布 ( 剖面位置见图 8)Fig7 Distribution of the radioactivity logging anomalies through the coalfield wells in the Baoligentaohai region， Tengger depression回和赛汉组上段顶部的 号沉积旋回 ( 图 7) 。对比分析发现 ， 号和 号沉积旋回砂体最为
21、发育 ， 砂体厚度大 、分布稳定 ， 且旋回顶底板均发育薄煤层 ，不仅可以为成矿流体运移提供通道 ， 而且可以为铀的沉积富集提供还原剂 ， 因此 ， 号和 号沉积旋回是最有利的成矿单元 。35 伽马能谱异常前人实践证明 ， 地面伽马能谱测量在铀矿找矿中效果明显 16-18， 研究区 A-A，测线伽马能谱测线测量结果显示 ， 在河道边缘部位 U、Th 含量和铀迁移901沉积与特提斯地质 ( 2)富集系数 ( 3( U) / ( Th) ( K) 明显高于背景值 ， 如图 8a 中 处所示 ， 处异常尤其明显 ， 说明该区具有铀富集现象 。测线两端的伽马能谱异常可能与剥蚀区分布的花岗岩有关 。图
22、8 腾格尔坳陷宝力根套海地区砂岩型铀成矿远景预测略图a 赛汉组上段沉积相平面展布叠加伽马能谱测量结果折线图 ; b 放射性测井异常典型煤田钻孔 ZK14-21; 1 辫状河道 ; 2 泛滥平原 ; 3 主流线 ; 4 物源方向 ; 5 无放射性资料钻孔 ; 6 放射性无异常钻孔 ; 7 放射性异常钻孔 ; 8 断层 ; 9 剥蚀线 ; 10 伽马能谱测量结果折线图 ; 11 伽马能谱测量异常部位 ; 12 地面伽马能谱测线 A-AFig8 Delineament of the prospective areas for the sandstone-type uranium deposits i
23、n the Baoligentaohai region， Tengger depression综上所述 ， 研究区具有丰富的铀源 、有利的构造条件 、有利的铀储层及沉积相带 ， 具有良好的铀成矿条件 。最有利铀成矿部位平面上位于辫状 ( 分流 ) 河道边缘靠近泛滥平原或分流间湾的部位 ， 垂向上位于 号和 号沉积旋回的部位 ， 且放射性测井及伽马能谱测量均发生明显异常 。4 结论( 1) 研究区赛汉组铀储层发育 ， 砂体总体沿南东向北西展布 ， 赛汉组下段砂体累积厚度主要分布于 120 200m， 赛汉组上段砂体累积厚度主要分布于 50 90m。( 2) 赛汉组下段主要发育辫状河三角洲相 ，
24、包括辫状河三角洲平原 、辫状河三角洲前缘和滨浅湖亚相 ， 其中辫状河三角洲平原分布广泛 ， 由 5 个正粒序沉积旋回构成 ; 赛汉组上段主要发育辫状河相 ，其中辫状河道亚相构成了研究区的主体 ， 由 2 个正粒序沉积旋回构成 。( 3) 研究区具有丰富的铀源 、有利的构造条件 、有利的铀储层及沉积相带 。平面上位于辫状 ( 分流 ) 河道砂体边缘靠近泛滥平原或分流间湾的部位 ， 垂向上 号和 号沉积旋回 ， 为研究区砂岩型铀成矿有利区 。参考文献 : 1 李洪军 ， 申科峰 ， 聂逢君 ， 等 二连盆地中新生代沉积演化与铀成矿 J 东华理工大学学报 : 自然科学版 ， 2012， 35( 4)
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30、earch Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China; 2 esearch Institue， CNOOC， Beijing100027， China)Abstract: The examination of the sedimentary characteristics of the uranium reservoirs is considered to be the ore-hunting prerequisite for the sandstone-type uranium deposits eported here are
31、the distribution and scales of theuranium reservoirs and division of sedimentary facies in the Baoligentaohai region， Tengger depression in terms ofcoalfield geophysical data and regional geology， and prediction of uranium potential on the basis of uranium source，structure， radioactivity logging and
32、 ground gamma spectrometry The uranium-impounding sandstones in the SaihanFormation are well developed and generally oriented to SE-NW The lower member of the Formation has a totalsandstone thickness of 120 200 m in the braided delta plain subfacies of the braided delta facies， and consists offive n
33、ormal graded depositional cycles The upper member of the Formation has a total sandstone thickness of 50 90 m in the braided river facies and consists of two normal graded depositional cycles The study area ischaracterized by abundant uranium sources， favourable structures and sedimentary facies The
34、 potential favourableareas comprise the braided distributary channel sandstones near the flood plain or interdistributary bay， and 5th and7th depositional cyclesKey words: sedimentary characteristics; uranium reservoirs; exploration potential; Baoligentaohai region; Tenggerdepression; coal-urianium exploration111
