松遼盆地錢家店地區上白堊統輝綠巖特征及鈾成礦作用

顏新林

( 中國石油遼河油田分公司 勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

近年來，松遼盆地錢家店地區鈾礦勘探取得重大突破，相繼發現多個砂巖型鈾礦床，儲量規模逐年遞增，鈾資源量達到國家超大型砂巖型鈾礦床規模[1-10]。錢家店鈾礦的成功勘探與開發開辟陸相盆地砂巖型鈾礦勘查的新局面。

隨著鈾礦勘探開發的深入，錢家店地區北部多口鉆孔有一定規模的輝綠巖侵入，且在輝綠巖侵入周邊發現多個工業鈾礦床和鈾礦孔。火山巖在金、銅、錫、稀土、油氣[11-12]，以及鈾成礦中具有重要作用。人們對錢家店砂巖型礦床成因開展研究。陳曉林等[1]認為，錢家店地區姚家組巖相特征和砂體的非均質性對氧化帶及鈾礦化的分布、形態有明顯控制作用。龐雅慶等[2]分析巖心和剖面系統，認為辮狀河道層間氧化帶、泛濫平原與辮狀河道間泥巖層控制氧化帶前鋒線的形態與分布，進而控制鈾成礦作用的發生與鈾礦體的形態和分布。羅毅等[3-4]提出三位一體控礦理論，即錢家店鈾礦鈾富集成礦受“晚白堊世辮狀河道洼地、嫩江期末反轉隆升剝蝕構造天窗及貫通性基底斷裂”的控制，完善錢家店礦床成礦理論。焦養泉等[5]認為，砂巖型鈾礦不僅需要同沉積期的穩定構造背景，以及成礦期和適當掀斜作用的構造背景，有些礦床還需要成礦期后的構造環境。田時豐[6]、李宏濤等[7]、湯超等[8]認為，油氣與砂巖型鈾礦具有密切的時空聯系，油氣吸附作用和還原作用參與砂巖型鈾礦成礦過程。錢家店砂巖型鈾礦具體成因存在爭議，缺少輝綠巖分布、識別標志及其在鈾成礦中所起作用研究。

筆者利用巖心、測井和地震資料，識別松遼盆地錢家店地區輝綠巖侵入特征；應用鏡下薄片、包裹體測溫、U-Pb同位素定年、背散射電子成像和電子探針分析等，探討輝綠巖侵入與鈾成礦作用之間的關系，為輝綠巖識別、砂巖型鈾礦成因研究及砂巖型鈾礦勘探提供依據。

1 區域地質概況

研究區地處內蒙古自治區通遼市境內，構造上位于松遼盆地南部開魯坳陷的東北部錢家店凹陷[13]。該凹陷呈NNE-NE向狹窄條帶狀展布，長約為100 km，寬為9～20 km，面積約為1 280 km2，是開魯坳陷的一個次級負向構造單元(見圖1)。構造演化表明，錢家店凹陷的形成經歷早白堊世斷陷和末期抬升剝蝕、晚白堊世坳陷及末期的構造反轉和抬升剝蝕4個階段[14-15]。鉆井揭示，上白堊統主要包括青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)及嫰江組(K2n)，屬于河流相—湖泊相沉積，其中含礦層姚家組為辮狀河流相沉積，地層產狀平緩，具有良好的泥—砂—泥結構，單層砂體厚度為10.0～45.0 m，橫向分布穩定。孢粉資料及巖石學分析表明，含礦層姚家組砂體屬于干旱—半干旱古氣候條件，巖性以紅色為主，間夾淺灰色中細粒長石石英砂巖，巖石分選性較好，膠結物較少，泥質含量較低(體積分數一般小于15%)，孔隙度較高(多為25%～35%)，透水性好。礦區構造主要由北東向、近東西向和北西向幾組斷裂組成，斷裂的多期活動為深部流體向淺部氧化層運移有利通道提供便利條件。研究區多期構造活動導致大規模的基性巖漿活動，基性巖漿沿地層或斷裂上涌，在礦床內和周邊形成大面積的輝綠巖巖體及巖蓋。

圖1 松遼盆地錢家店地區姚家組上段構造分區及鈾礦帶與輝綠巖疊合Fig.1 Tectonic zoning and overlap of uranium deposits and diabasefrom the upper member of Yaojia formation in Qianjiadian area, Songliao basin

2 輝綠巖識別特征

2.1 巖石學特征

錢家店地區輝綠巖由古近紀侵入，在姚家組和嫩江組發育，在青山口組個別井中有鉆遇。姚家組輝綠巖巖心主要呈灰綠色(見圖2(a))或灰黑色，致密堅硬，呈塊狀，局部角礫化，構造裂縫和溶蝕縫發育，厚度從幾米到幾十米不等，最厚可達82 m。鏡下觀察輝綠巖具全晶質似斑狀結構(見圖2(b))，主要礦物有基性斜長石、輝石等，輝石呈他行，斜長石自形程度較好，呈長條狀，斜長石和輝石大小相近，或輝石略大于斜長石；次要礦物為黑云母、堿性長石、角閃石和石英等。在輝綠巖冷凝過程中有易揮發物質溢出，氣孔被方解石、石英和玉髓等礦物質充填。巖心水平和高角度構造縫、蛇曲形溶蝕縫發育，裂縫被方解石完全充填(見圖2(c))。

圖2 松遼盆地錢家店地區上白堊統輝綠巖巖石學特征

2.2 測井響應特征

根據研究區礦床中輝綠巖較發育的11口典型鉆井資料，輝綠巖厚度為35.8～82.0 m。在測井曲線上，輝綠巖自然伽馬、聲波時差和深、淺側向電阻率測井，與圍巖砂巖、鈣質砂巖、泥巖和凝灰巖沉積地層差異明顯(見表1和圖3)，具有“兩低一高”的測井響應特征。自然伽馬呈低值，為23.8～45.5 API(見表1)，曲線表現為高幅箱型。Th和U測井值較低，平均分別為2.7×10-6和2.3×10-6，顯示輝綠巖具有較低的放射性強度，輝綠巖的侵入難以提供成礦的鈾源。聲波時差也呈低值，曲線基本呈中高幅箱型，為48.0～65.0 μs·ft-1，表明輝綠巖巖性具有比較均勻致密特征。深、淺側向電阻率測井呈齒狀箱型，為500～1 080 Ω·m，較高的電阻率也表明研究區輝綠巖巖性具有致密特征。

表1 松遼盆地錢家店地區上白堊統輝綠巖測井響應參數

圖3 松遼盆地錢家店地區姚家組上段輝綠巖測井響應特征Fig.3 Logging response of diabase for the upper member of Yaojia formation in Qianjiadian area, Songliao basin

2.3 地震反射特征

輝綠巖巖性致密堅硬，孔滲低，密度大，聲波速度為4 869～6 350 m/s，侵入體與圍巖波阻抗差異明顯。地震剖面上，輝綠巖巖株侵入體刺穿巖層(見圖4(a))，向左右溢流順層分布(見圖4(b))，或穿層以指狀尖滅；穿層巖漿又重新順層溢流，或穿層尖滅，構成樹枝狀的輝綠巖侵入體結構。巖株在空間上被兩側地層夾于中間，內部反射結構雜亂，與圍巖反射特征差異明顯，呈中—低頻、中弱振幅，連續性差。順層的輝綠巖呈平行—亞平行反射結構，呈中—低頻、強振幅，同相軸連續性好，巖體與圍巖產狀一致，侵入過程是供給巖株熔漿擠入地層而冷凝固結的結果。穿層的輝綠巖同相軸連續性變差，呈粘連狀，以強振幅與弱振幅或強振幅粘連，巖體與圍巖存在明顯的角度不整合，侵入過程是巖漿穿切地層而冷凝固結的結果。

3 鈾成礦作用

3.1 輝綠巖侵入

成礦年齡是成礦機制研究的重要依據[3-4,15-16]。鉆探表明，錢家店地區鈾礦化較好的區塊一般淺部發育輝綠巖，輝綠巖從下部侵入到上白堊世地層。測定輝綠巖的侵入年齡與礦床的形成年代，能夠推測輝綠巖侵入與鈾成礦的聯系。采用Ar-Ar同位素測年法和U-Pb同位素定年法，分別測試輝綠巖和鈾礦石同位素年齡。Ar-Ar同位素測年選取礦化很好的Q1-02-02孔淺部新鮮輝綠巖樣品，兩次測定結果分別為(53.0±2.3)Ma和(45.8±8.0)Ma(誤差為1σ)，平均為(49.4±5.0)Ma(誤差為1σ)，與羅毅等[4]報導的輝綠巖脈K-Ar年齡(51.0 Ma)十分接近。

圖4 松遼盆地錢家店地區輝綠巖地震響應特征Fig.4 Seismic response of diabase in Qianjiadian area of Songliao basin

U-Pb同位素定年法誤差在2σ內，小于0.05‰，可信度高。U-Pb等時線處理后，對測試年齡綜合歸納，選取錢家店鈾礦床10個鉆孔、61件樣品進行測試，測試儀器為Isoprobe熱電離子質譜儀，擬合等時線相關因數大于0.980，成礦年齡為(89.0±11.0)Ma(見圖5(a))、(67.0±5.0)Ma(見圖5(b))、(53.0±3.0)Ma(見圖5(c))、(44.0±4.0)Ma(見圖5(d))、(40.0±3.0)Ma(見圖5(e))、(38.0±6.0)Ma(見圖5(f))。錢家店鈾礦成礦年齡(89.0±11.0)Ma與晚白堊世姚家組沉積年齡相當，表明鈾礦在姚家組沉積時期已經開始富集；鈾成礦年齡(53.0±3.0)Ma、(44.0±4.0)Ma、(40.0±3.0)Ma和(38.0±6.0)Ma與輝綠巖巖漿活動時期相當，或在鈾成礦后輝綠巖巖漿活動參與部分鈾礦床的形成。

圖5 松遼盆地錢家店地區鈾礦石U-Pb等時線年齡圖解Fig.5 U-Pbisochron diagrams of uranium ore in Qianjiadian area of Songliao basin

3.2 輝綠巖熱液作用

輝綠巖熱液活動與鈾沉淀富集密切相關[17-26]。輝綠巖熱液能夠為鈾成礦提供良好的地球化學環境，上侵從深部帶來富含CH4、H2S、H2和Fe2+等還原性流體，構成鈾還原沉淀的氧化—還原障；∑CO2、∑SiO2的流體能夠與深部地層中鈾結合，形成礦液的碳酸鈾酰離子和硅酸鈾酰離子，有利于鈾遷移沉淀[21,26-29]。高嶺石、水云母—絹云母等熱液蝕變黏土礦物具有很大的表面自由能和吸附能力，可較好地捕獲液體中的UO2+[23]。另外，由于輝綠巖巖漿上侵，含鈾巖層流體溫度升高，含氧、含鈾流體分子運動速度加快，含礦溶液物理化學平衡條件發生變化，促進流體中U的析出[30]。

錢家店地區鈾礦床表現為強烈的輝綠巖熱液作用改造，鈾礦熱液蝕變釋放出大量的Fe2+、Mg2+、Ca2+、Si4+、P5+和Ti4+等離子，含礦砂巖形成新生膠結物。鈾礦床中主要有脈狀硅化[9]、碳酸鹽化、高嶺石化(見圖6(a))、赤鐵礦化(見圖6(b))、黃鐵礦化(見圖6(c))、黃銅礦化(見圖6(d))、水云母—絹云母化[31-32]等熱液蝕變類型。利用電子探針對膠狀黃銅礦、黃鐵礦邊緣瀝青鈾礦進行測定(見圖6(e))，鈾礦主要為UO2(質量分數為40.75%～62.17%)、SiO2(質量分數為2.67%～17.90%)、P2O5(質量分數為5.73%～8.66%)和CaO(質量分數為2.03%～4.10%)等成分，其次為Al2O3、MgO、TiO2、FeO和PbO等成分，其質量分數少于1.00%。

圖6 松遼盆地錢家店地區輝綠巖熱液作用巖心、掃描電鏡和包裹體鏡下特征Fig.6 Microscopic characteristics of hydrothermalism core, scanning electron microscope and inclusion of diabase in Qianjiadian area, Songliao basin

原生包裹體均一溫度可以記錄含礦流體沉淀時的溫度[33-35]，判斷含礦流體是否經歷熱液改造。錢家店鈾礦床含礦層姚家組巖礦石中脈狀碳酸鹽(見圖6(f))、石英和長石等礦物，含烴鹽水包裹體均一溫度測定溫度大于100 ℃，大多集中在140～180 ℃之間；包裹體的鹽度為8.8%～43.4%，主要分布在12%～24%之間，與現測滲出流體的礦化度基本一致，包裹體的烴主要來源于侏羅系九佛堂組烴源巖[36]。包裹體溫度異常再次說明含礦層存在熱液作用，根據空間及含礦層熱蝕變礦物，含氧、含鈾低溫熱液的形成與研究區礦床內及邊緣古近紀輝綠巖巖漿活動有關。

3.3 輝綠巖滯水作用

在砂巖型鈾礦形成過程中，受青山口組和嫩江組大套氧化色泥巖隔擋，含氧、含鈾流體沿姚家組砂體移動，在氧化還原過渡帶處還原沉淀，形成鈾礦床。在地層中還原劑充足的情況下，鈾礦富集程度取決于含氧、含鈾流體在砂層中的流速，流速太快不利于成礦。

圖7 研究區輝綠巖與鈾礦體結構關系Fig.7 Diagram of the structural relationship between water stagnating of diabase and distribution of uranium ore body

錢家店地區淺灰色砂巖分選性好，膠結物較少，孔隙度較高，透水性好，含鈾流體流速快；廣泛分布的輝綠巖具有低孔、低滲的特點，結晶程度小，較致密，可以作為良好的滯水層，含氧、含鈾流體有充分的時間與還原物質相互作用，易于鈾的還原沉淀，形成規模較大的鈾礦床。在空間上，輝綠巖既有平行下伏地層以巖蓋(巖盤)狀分布，也有穿插地層以巖墻狀分布，在垂向和側向上具有較好的隔擋效果(見圖7)。另外，與輝綠巖接觸的圍巖(較軟紫紅色泥巖、砂巖)受到烘烤而變硬、褪色，加強輝綠巖附近巖性體的隔擋作用。在研究區北部發育構造剝蝕天窗(見圖1)，垂向分布的輝綠巖巖墻隔擋潛水氧化對鈾礦的破壞作用，側向上由巖性不整合導致的含鈾水體在其一側富集。

4 結論

(1)松遼盆地錢家店地區上白堊統廣泛發育輝綠巖巖株體，且多分布于工業鈾礦床和鈾礦點，可以根據巖性、測井和地震反射特征對它進行識別。

(2)U-Pb同位素定年測試鈾成礦年齡為(53.0±3.0)Ma、(44.0±4.0)Ma、(40.0±3.0)Ma和(38.0±6.0)Ma，與Ar-Ar同位素測年測定的輝綠巖侵入時間為51.0 Ma接近；或輝綠巖侵入時間在鈾成礦后，輝綠巖巖漿活動參與部分鈾礦床的形成。

(3)研究區含氧、含鈾低溫熱液的形成與礦床內及邊緣早白堊世輝綠巖巖漿活動有關，輝綠巖發育區巖漿活動產生的后期熱液改造作用及滯水作用，促使含鈾流體在其內部或邊緣富集而形成砂巖型鈾礦，成為砂巖型鈾礦勘探有利目標區。

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