鄂爾多斯盆地南部寧縣新華地區直羅組沉積特征及鈾成礦條件分析

劉凱鵬，王曉鵬，武正乾，馮博，毛寧

（核工業二〇三研究所，陜西 西安 710086）

鄂爾多斯盆地目前是我國最大的砂巖型產鈾盆地之一，已查明的砂巖型鈾礦大多富集于中侏羅統直羅組，前人先后在盆地東北部落實了皂火壕、納嶺溝、柴登壕、大營、巴音青格利等一系列特大型、大型鈾礦床，在盆地西部落實了磁窯堡中型鈾礦床，在盆地南部發現了雙龍鈾礦床以及鴨河灣鈾礦產地、建莊、焦坪等眾多鈾礦化點，顯示出中侏羅統直羅組巨大的找礦潛力。相較盆地北部而言，盆地南部直羅組研究還是較為薄弱，重點研究區主要集中盆地東南緣，針對雙龍-店頭地區鈾礦地質特征、沉積相特征、成巖作用、流體包裹特征以及其與北部東勝地區的對比［1-6］，雙龍鈾礦床后生蝕變特征、成礦機制［7-8］，彬縣地區古地貌［9］、沉積相特征［10］、后生蝕變特征［11］以及南緣直羅組、洛河組物源［12-13］等方面進行了研究。前人勘探工作和研究主要針對鄂爾多斯盆地盆緣開展，隨著勘探程度不斷加深，盆地內部或盆地深部的鈾成礦條件亟需進行綜合分析和研究。隨著勘查工作的進行，盆地南部寧縣地區已成為中侏羅統直羅組勘查的重點區帶，新華地區又為寧縣地區重點地區。因此，本文以寧縣南部新華地區直羅組為研究對象，通過巖心觀察、沉積相劃分及測井資料分析，對直羅組砂體展布特征、層間氧化帶發育情況進行研究，綜合分析成礦條件，明確下一步勘查重點目標區，為后續勘查工作提供指導。

1 區域地質背景

新華地區地處鄂爾多斯盆地南部，構造位置位于渭北撓褶帶北緣，天環向斜東翼慶陽單斜南部（圖1a），呈北西向的平緩單斜構造。區內黃土覆蓋嚴重，未見到地層出露，鉆孔編錄發現，該地區中-新生代地層自下而上主要為上三疊統延長組、下侏羅統富縣組、中侏羅統延安組、直羅組、下白堊統宜君組、洛河組、環河組及第四系。其中，中侏羅統直羅組與下伏延安組為平行不整合接觸，與上覆下白堊統宜君組為角度不整合接觸。區內發育3 條北東向背向斜構造（圖1b），分別為：鄧家背斜、喬家廟向斜以及羅家堡背斜，背向斜兩翼地層傾角極緩，局部可見次一級褶曲構造。

圖1 鄂爾多斯盆地西南部構造簡圖（a）及研究區構造略圖（b）Fig.1 Structural sketch of the southwestern Ordos Basin（a）and the study area（b）

2 直羅組垂向沉積特征

通過巖心觀察、沉積構造識別和測井資料綜合分析，認為新華地區直羅組上段為曲流河相沉積，進一步可分為河道、邊灘、天然堤以及河漫灘微相沉積；直羅組下段為辮狀河沉積，可分為河道、心灘、泛濫平原微相沉積（圖2）。

圖2 新華地區ZKB163-2 孔綜合直羅組柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of borehole ZKB163-2 of Zhiluo Formation in Xinhua area

2.1 直羅組上段沉積特征

直羅組上段為曲流河相沉積。曲流河具有高彎曲度、側向遷移較弱以及寬深比小的特征，河道遷移過程中侵蝕加積作用明顯，邊灘發育，垂向上表現為“泥夾砂”二元結構。新華地區直羅組上段可進一步分為河道、邊灘、天然堤以及河漫灘4 個沉積微相。河漫灘是洪水期河床外側垂向加積形成的，主要以褐紅色粉砂質泥巖、泥巖為主（圖3a），發育水平層理；天然堤是河水越過河岸，攜帶的懸浮物沉積形成的，巖性主要為紫紅色、褐紅色泥巖夾紫紅色、灰綠色細砂巖（圖3b），測井曲線表現為伽馬、電阻率曲線呈鋸齒狀，自然電位曲線呈箱形鋸齒狀，井徑曲線在泥巖處擴徑明顯；邊灘是曲流河河道遷移及側向加積形成的，巖性主要為褐紅色、紫紅色粉砂質泥巖、砂質泥巖，局部可見少量礫石，可見滑塌構造，測井曲線表現為伽馬曲線呈中幅齒化鐘型，頂部漸變，底部突變，電阻率、自然電位曲線呈箱形鋸齒狀；河道沉積以褐紅色、紫紅色含礫粗砂巖、中砂巖沉積為主，發育大型槽狀交錯層理、褐鐵礦化斑點（圖3c、d），具沖刷面構造，單層砂體厚4～8 m，橫向連續性較差，測井曲線表現為伽馬曲線呈鋸齒狀，電阻率曲線呈鐘形，自然電位呈箱狀負異常，井徑曲線表現為縮徑。

圖3 新華地區直羅組巖心照片Fig.3 Photos of cores in Zhiluo Formation in Xinhua area

2.2 直羅組下段沉積特征

直羅組下段為辮狀河相沉積。辮狀河具有低彎曲度、側向遷移頻繁、荷載大及寬深比大的特征，心灘發育，垂向上表現為“砂夾泥”二元結構，砂體連通性較好。新華地區直羅組下段可分為河道滯留沉積、心灘及泛濫平原3 個沉積微相。泛濫平原是洪水期在河道外平坦地帶形成的細粒沉積，巖性主要為泥巖、粉砂巖（圖3e），發育水平層理、波狀層理，測井曲線上表現為伽馬曲線呈齒化箱形，電阻率曲線呈低幅度箱形，自然電位曲線呈微齒狀柱形，井徑曲線呈中-高幅度齒形；心灘發育在河道滯留沉積之上，是辮狀河中最發育的微相，由粗砂巖快速突變為泥巖，發育沖刷面（圖3f），砂體單層厚3～8 m，水平連通性差，顏色主要為灰綠色、灰色，可見綠泥石化、高嶺土化蝕變，發育槽狀交錯層理，測井曲線上表現為電阻率曲線呈中-低幅度齒化箱形，自然電位、井徑曲線呈微齒狀柱形；河道滯留沉積為強水動力條件下多套砂體相互堆疊形成的，以中粗砂巖為主，底部可見底礫巖沉積（圖3g），自下而上發育多個下粗上細的正粒序旋回，單層砂體厚20～30 m，砂巖中可見大量炭屑、泥礫、團塊狀黃鐵礦以及中等高嶺土化（圖3h、i），發育槽狀交錯層理、板狀交錯層理，與下伏泥巖呈沖刷接觸，測井曲線表現為伽馬曲線呈箱形，由于局部砂巖中存在鈾異常顯示呈高幅度齒形，電阻率曲線頂低突變為中-高幅度呈齒化鐘形，自然電位、井徑曲線呈頂底突變的箱狀負異常，與上下泥巖相比縮徑明顯，顯示出明顯的沖刷剝蝕特征。

2.3 直羅組有利沉積相類型

砂巖型鈾礦受沉積相展布控制。新華地區直羅組砂巖主要集中在上段曲流河河道、下段辮狀河河道及心灘沉積。直羅組上段曲流河河道沉積砂體厚度較薄，多呈透鏡狀，連續性差，呈孤立狀分布，很難形成帶狀分布的層間氧化帶，不利于鈾富集成礦。直羅組下段辮狀河河道沉積砂體厚度較大，連通性較好，砂體以粗碎屑沉積為主，具有良好的滲透性，有利于后期含氧水的滲入，形成大規模、連續性好的層間氧化帶。心灘沉積砂體厚度適中，但是砂體中泥巖隔水層較多，這就限制了層間氧化帶的形成，制約成礦規模?？偠灾?，直羅組下段辮狀河河道沉積為新華地區最有利的沉積相帶，心灘次之。前期勘查也在直羅組底部辮狀河河道砂體中發現了鈾礦化線索。

3 直羅組平面分布特征

通過對研究區內140 口鉆井進行分析、統計，繪制了直羅組埋深等值線圖、厚度等值線圖、沉積相等圖件（圖4、5）。

圖4 新華地區直羅組埋深、厚度等值線圖Fig.4 Contour map of burial depth and thickness of Zhiluo Formation in Xinhua area

3.1 直羅組展布特征

新華地區直羅組埋深在649～1 110 m 之間（圖4a），這與新華地區第四系黃土覆蓋有關，第四系厚度為12～248 m，馬蓮河附近第四系黃土覆蓋較少，故埋深較淺，在米家溝—馮家河—南車坪地區埋深在700～800 m 之間，向兩側埋深逐漸增大，在西北部店頭趙村—白店、東北部老莊地區埋深大于1 000 m，為研究區埋深最大區域。直羅組地層厚度在37～158 m 之間（圖4b），整體表現為北部厚，南部薄，呈北西向、北東向展布，在西北部崔家嶺—店頭趙村、白店—新華鄉—馮家河、東部部西華村—政平鄉—老莊一帶厚度大于70 m，在崔家嶺南部、馮家河西北部、西華村西南部一帶沉積厚度大于100 m，向南逐漸減薄，沉積厚度小于40 m。

3.2 直羅組上段展布特征

直羅組上部地層厚度變化較大，在0～54 m之間，南部呈南北向展布，北部呈北東向展布，局部遭受剝蝕，沉積厚度為0 m（圖4c）。在西華村—政平鄉—老莊以及崔家嶺西部一帶沉積厚度大于40 m，在勛家山—崔家嶺—店頭趙村、新華鄉東部、政平鄉南部一帶，沉積厚度小10 m，向兩側沉積厚度逐漸增加。在白店東南部、新華鄉西部、米家溝西部—新華鄉—馮家河—老莊西部一帶，直羅組上段沉積厚度為0 m，這是由于后期構造作用，使得直羅組地層局部抬升，直羅組上段遭受剝蝕形成的。

3.3 直羅組下段展布特征

直羅組下段地層厚度在20～74 m 之間，整體呈西北厚，東南?。▓D4d）。在崔家嶺—新華鄉—馮家河—西華村—老莊以北一帶直羅組下段地層厚度大于40 m，以南沉積厚度逐漸減小，小于30 m，在米家溝附近沉積厚度略有所增大。

直羅組下段作為主要含礦層，其砂體厚度在8～51 m 之間，呈西厚東薄、北厚南薄，變化較快，非均質性較強（圖5a）。在勛家山—崔家嶺—白店—店頭趙村一帶厚度大于30 m，呈南北向帶狀展布，向東逐漸變薄，在馮家河、老莊地區發育一些厚度在20～30 m 之間的小朵體。從含砂率等值線圖中可以看出（圖5b），含砂率大于50%的砂體呈南北向、東西向帶狀展布，在店頭趙村—崔家嶺—白店—新華鄉—勛家山一帶發育南北向的主河道，含砂率在60%～80%之間，崔家嶺—新華鄉一帶含砂率大于80%；在新華鄉—馮家河—西華村—老莊一帶發育東西向的次級主干河道，含砂率在50%～60%之間。結合砂體厚度等值線圖，新華地區直羅組下段主干河道沿店頭趙村—白店—崔家嶺—勛家山一帶呈南北向展布。

圖5 新華地區直羅組下段砂體厚度/m（a）、含砂率/%（b）、沉積相（c）以及氧化率/%（d）展布圖Fig.5 Distribution map of sandbody thickness（m）（a），percentage（%）（b），sedimentary facies（c）and oxidation rate（%）（d）of the lower member of Zhiluo Formation in Xinhua area

3.4 直羅組下段平面沉積相分布特征

結合新華地區直羅組下段砂體厚度等值線圖（圖5a）、含砂率等值線圖（圖5b）作直羅組下段沉積相圖（圖5c），從圖中可以看出，直羅組下段發育南北向、東西向的辮狀河河道，其中南北向主干河道主要位于店頭趙村、白店一帶，在崔家嶺—勛家山一帶匯合為一條河道，東西向主干河道位于崔家嶺—新華鄉—馮家河—老莊一帶，東西向、南北向主干河道在崔家嶺東部匯合；泛濫平原相主要為位于東南部頡家村—米家溝—政平鄉一帶。

前人對鄂爾多斯盆地直羅組沉積演化、古水流及沉積物源進行了研究，羅偉［14］認為盆地南部存在兩條主干河道，一條南北向，位于銀川—馬家灘—惠安堡—吳旗一帶，沉積物源為華北板塊北緣和阿拉善地塊東部的花崗巖，另一條為東西向，位于平涼—慶陽一帶，沉積物源為北祁連造山帶花崗巖；雷開宇等［12］認為盆地南部黃陵地區直羅組沉積物源來自于西北部阿拉善地塊的中酸性侵入巖及變質巖，彬縣地區直羅組成礦鈾源應該主要來自西部的北-中祁連造山帶及南部的北秦齡造山帶兩方面的供給；徐陽［7］認為直羅期西北部河流最發育，沉積碎屑的來源很可能是來自西北部。新華地區位于慶陽以南，彬縣以北，發育南北向、東西向辮狀河河道。

4 后生蝕變特征

4.1 氧化帶展布特征

直羅組下段作為新華地區鈾成礦有利相帶，對直羅組下段砂體氧化率進行了統計作圖（圖5d），從氧化率等值線圖中可以看出，新華地區氧化砂巖厚度在2～48 m，氧化率主要集中在10%～100%之間，展布方向與含砂率等值線基本一致，呈帶狀展布，變化較快，氧化非均質性較強，氧化水從北西向南東向流動，具體可以分為4 個帶：店頭趙村—崔家嶺—勛家山南北向展布帶、白店—南車坪北東向展布帶、崔家嶺—新華鄉—政平鄉東西向展布帶以及新華鄉—米家溝南西向展布帶，崔家嶺一帶為4 條氧化帶交匯地帶。崔家嶺東部、白店東北部以及新華鄉東一帶氧化率可達75%～100%，對比直羅組上段地層厚度等值線圖與直羅組下段氧化率等值線圖可以看出（圖4c、5d），這些氧化率高的區域是直羅組上段地層較薄或者是遭受剝蝕沉積厚度為0 的區域，這是由于構造活動使得直羅組上段地層局部抬升后遭受剝蝕，形成構造天窗，直羅組下段暴露地表，含氧水沿著構造天窗運移，直羅組下段砂巖受到氧化改造，形成層間氧化帶，使得直羅組下段氧化率在構造天窗附近顯著增高。

在研究區南部彬縣地區勘查中也發現了這一點，從彬縣地區南東向剖面圖中可以看出（圖6），在直羅組上段沉積厚度較薄或者未沉積的部位是層間氧化發育的有利部位，含氧水沿著直羅組上段構造天窗向兩側運移，在灰綠色與灰色砂巖界面形成鈾礦化，隨著直羅組上段厚度增大，氧化作用逐漸減弱，直羅組上段缺失地區為氧化率最高區域。

圖6 新華南部彬縣地區地層厚度與氧化關系圖Fig.6 Relationship between formation thickness and oxidation in Binxian County，south of Xinhua

4.2 煤田異常與氧化帶關系

對寧縣新華地區直羅組下段自然伽馬異常進行統計發現，埋深850～1 070 m，厚度為0.5～2.5 m，自然伽馬異常為548～2 130 API（表1），伽馬異常呈東西向、南北向帶狀展布，位于鄧家背斜與羅家堡背斜之間，沿喬家廟向斜分布（圖7）。其中，白店—崔家嶺—頡家村一帶呈南北向展布，馮家河—西華村—老莊呈東西向展布，伽馬異常展布與直羅組下段砂體展布、氧化帶展布方向一致，主要分布在辮狀河河道內氧化率大于25%的區域。

表1 新華地區直羅組下段煤田自然伽馬異常統計表Table 1 Statistics of natural gamma anomalies of coal field in the lower member of Zhiluo Formation in Xinhua area

圖7 新華地區煤田伽馬異常與氧化帶、沉積相展布關系圖Fig.7 The relationship between gamma anomaly，oxidation zone and sedimentary facies distribution in the coal field in Xinhua area

5 鈾成礦條件分析

新華地區位于天環向斜東翼慶陽單斜南部，區內構造發育，可見北東向的背向斜構造，存在構造隆起帶，形成構造天窗，使得直羅組下段暴露地表，含氧水沿著南北向河道運移，形成層間氧化帶。

直羅組下段主要為辮狀河相沉積，在研究區西部勛家山—崔家嶺—白店—店頭趙村一帶砂體穩定，厚度大于30 m，發育近南北向的主河道，含砂率大于60%，在崔家嶺以西含砂率可達80%～90%，以中-粗砂巖沉積為主，有利于后期氧化水沿河道滲流，形成層間氧化帶。直羅組底部砂巖中富含炭化植物碎屑、黃鐵礦等還原物質，并且由于直羅組辮狀河河道的下切作用使得延安組頂部遭受剝蝕［15］，局部地區直羅組砂巖與延安組富含還原物質的煤層、碳質泥巖直接接觸，而這種內部還原物質疊加外部還原物質的模式，可以大大增強砂體的還原能力，發育穩定的層間氧化帶和持續的鈾成礦［16］。煤田資料研究表明，新華地區直羅組下段砂巖中存在大量的自然伽馬異常，伽馬異常展布與直羅組下段砂體展布、氧化帶展布方向基本一致。前期在新華地區施工3 個礦化孔，礦化位于直羅組下段辮狀河河道砂體內部，厚度為0.50～2.20 m，品位為0.109%～0.211%，平米鈾量為0.30～0.75 kg/m2，具有較好的成礦條件。

根據研究區構造特征、砂體展布、層間氧化帶特征、鈾礦化信息以及煤田伽馬異常（圖7），可以看出研究區西北部店頭趙村—白店—崔家嶺一帶是鈾礦成礦最有利區域，既是南北向與東西向主干河道交匯部位，也是4 條層間氧化帶交匯部位。該區砂體較厚，大于40 m，層間氧化作用穩定，氧化率主要集中在50%～75%，同時存在大量連片的煤田伽馬異常，可以作為后期勘查的目標區域，但是該地區直羅組埋深較大，局部可能大于1 000 m。

6 結論

1）巖心觀察、沉積構造識別和測井資料綜合分析表明，新華地區直羅組上段為曲流河相沉積，可分為河道、邊灘、天然堤以及河漫灘微相沉積，直羅組下段為辮狀河相沉積，可分為河道、心灘、泛濫平原微相沉積。

2）直羅組下段作為研究區主要賦礦層位，砂體厚度適中，連通性較好，以中-粗砂巖為主，有利于含氧水滲入，富含還原物質，是研究區有利的沉積相帶。

3）新華地區構造發育，存在一系列構造隆起帶，層間氧化作用發育，直羅組下段砂體厚度適中，連通性好，富含還原物質，同時存在大量的煤田伽馬異常，具有較好的鈾成礦條件。

4）研究區西北部店頭趙村—白店—崔家嶺一帶作為氧化帶、辮狀河河道交匯部位，存在大量的煤田伽馬異常，可作為后期勘查工作的目標區域。