准噶尔盆地东部恐龙沟地区中侏罗统头屯河组上段沉积相及与铀矿化关系

吴声明 唐湘飞 毛广振 牛军杰

摘   要：恐龙沟地区是近年来准噶尔盆地新发现的铀成矿地段，铀成矿目的层中侏罗统头屯河组上段沉积相特征研究相对较低。通过钻孔岩心编录、测井曲线解释和薄片鉴定等方法，对头屯河组上段沉积相特征进行研究。认为头屯河组上段含矿砂岩主要为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩，多发育平行层理，板状、槽状交错层理。概率累计曲线呈两段式、三段式和多段式分布。富含碳化植物碎屑，发育辫状河三角洲沉积体系。早期为辫状河三角洲平原亚相沉积，分流河道砂体连片分布;晚期为辫状河三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道和水下分流河道間发育，局部发育河口坝。通过对区内沉积相特征与铀成矿关系研究，认为头屯河组上段铀成矿主要受沉积相变、沉积旋回性、还原条件、砂体非均质性等因素控制。

关键词：准噶尔盆地;恐龙沟地区;头屯河组;辫状河三角洲;控矿因素

新疆准噶尔盆地是我国西北地区重要的砂岩型铀成矿区[1-2]。近年来，核工业二一六大队在盆地东部恐龙沟地区中侏罗统头屯河组首次发现工业铀矿。通过调查评价，进一步确立头屯河组为准噶尔盆地东部砂岩型铀矿找矿首选目的层位[3]。唐忠华等认为准噶尔盆地东部头屯河组主要为潮湿-干旱环境下沉积的一套细粒冲积扇体[4]，向盆地逐渐演变为河流相沉积;张满郎等利用层序地层学等认为准噶尔盆地东部头屯河组为三角洲-湖泊沉积体系[5];毛广振利用地层对比法对准噶尔盆地东部隆起区头屯河组进行沉积特征及成矿条件分析，对石树沟群齐古组和头屯河组进行划分和对比，认为头屯河组为辫状河三角洲沉积体系[6]，下部辫状河三角洲平原分流河道砂体为含矿流体运移提供了良好通道和铀聚集成矿的物质空间，头屯河组砂岩中富含有机质、黄铁矿等还原剂，为铀的沉淀富集提供了物质基础。本文在前人研究基础上，以头屯河组上段为目的层，据前人钻孔资料及近几年施工的钻孔，结合测井解释，总结沉积相类型及特征，编制头屯河组含矿段沉积相图，探讨其与铀成矿的关系，为该区下一步勘查工作提供了方向。

1  地质背景

恐龙沟地区位于准噶尔盆地东部隆起区与卡拉麦里山交接地带的石钱滩凹陷北缘（图1-a），西与黄草湖凸起相邻，东毗邻黑山凸起，北界为卡拉麦里山，南界为沙奇凸起。凹陷内地层发育较全，断裂发育，构造轴向呈NW向，地层多具靠山前变厚特点[7]。凹陷内目标层侏罗系发育齐全，露头广泛分布（图1-b）。

石钱滩凹陷内基底具双层结构特点，下部为前寒武纪结晶基底，上部为活动性较强古生界浅变质基底[8-9]。下古生界寒武系、志留系及奥陶系在盆缘零星出露，岩性以火山碎屑岩、碳酸盐岩为主。上古生界发育齐全，包括泥盆系、石炭系和二叠系，岩性以海陆交互相火山岩、火山碎屑岩及正常碎屑岩为主，少量碳酸盐岩。区内中新生代盖层主要为三叠系、侏罗系、新近系和第四系[8-9]。三叠系主要分布于区内北部盆地边缘;侏罗系在区内广泛分布，在盆缘至盆地腹部均有出露;白垩系仅分布于将军庙以西盆地腹部;区内缺失白垩系、古近系;侏罗系为该区主要铀矿找矿目的层，共划分为4组，分别为下侏罗统三工河组，中侏罗统西山窑组、头屯河组和上侏罗统齐古组（表1）。

区内头屯河组出露较广泛，分为上、下两段。下段底部与下伏西山窑组煤层、泥岩或灰白色砂岩呈平行不整合或角度不整度接触（图2），为潮湿-半潮湿条件下沉积的一套以灰、灰绿色泥岩为主的岩石组合（图2），夹薄层砂岩及砂砾岩或砾岩（表1，图c），厚120～220 m;上段为半潮湿-半干旱条件下沉积的一套泥岩杂色层（表1，图b），以褐红、浅黄色为主，夹灰、灰绿色薄层，厚层中细砂岩（图2），厚70～157 m;该段下部发育厚20～90 m的砂体，为区内主要铀矿找矿目的层（图2）。

2  沉积相分析

2.1  沉积相识别标志

恐龙沟地区头屯河组上段沉积早期，岩石以灰色为主，砂、泥岩发育碳化植物碎屑及根茎，反映其沉积于气候温暖湿润的还原环境;中晚期岩石多为杂色，以浅褐、灰绿色为主（表1，图1-b，d），褐红、浅黄、紫褐、紫红色次之，局部为灰、紫色。表明古气候由温暖潮湿向炎热干旱或准炎热干旱的气候环境转变。区内头屯河组上段砂岩以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩为主（图3-a），岩屑成分复杂，包括凝灰岩、花岗岩、泥岩、千枚岩和安山岩等。部分岩屑具轻微-中等程度绢云母化，总体上碎屑成分以岩屑为主，石英次之，长石含量较少，成分成熟度较低。碎屑颗粒磨圆，呈次棱角-次圆状，泥质填隙，固结较疏松-疏松，褐铁矿化、高岭土化较发育（图3-b～d）。表明沉积物搬运距离短，离物源区较近，具辫状河三角洲沉积特征。

恐龙沟地区头屯河组上段沉积构造多样，砂岩底部常发育冲刷构造，多见泥砾、大型板状交错层理、平行层理（图4-e～j），这些层理指示头屯河组上段砂岩在较强单向牵引流水动力条件下形成，反映急流及能量较高的平原分流河道沉积环境。粉砂岩多发育小型板状、槽状交错层理、波状复合层理（图4-m、n、o）;泥岩多发育水平层理;粉砂质泥岩多发育波状复合层理（图4-p），这往往是双向水流造成水体频繁进退的结果，多见于三角洲前缘沉积环境。

恐龙沟地区头屯河组上段砂岩概率累计曲线呈两段式、三段式和多段式。两段式跳跃总体含量85%～90%，曲线斜率70%～75%，分选性好。悬浮总体含量5%～10%，缺少滚动总体。频率分布直方图呈单峰不对称状，以细粒碎屑含量较高为主要特征，符合三角洲前缘水下分流河道特征（图5-a，b）。三段式和多段式以跳跃总体为主，跳跃总体含量40%～50%，曲线斜率55%～70%，分选性中等，显示水动力较强的沉积特征。滚动总体含量整体20%～30%，曲线斜率25%～30%，分选性中等-差，悬浮总体含量小于10%。频率分布直方图呈较明显双峰不对称状（图5-c，d），以粗粒碎屑含量较高为主要特征，显示水动力较强的分流河道沉积特征。

2.2  沉积相类型及特征

据上述沉积相识别标志分析，准噶尔盆地恐龙沟地区头屯河组上段沉积相为辫状河三角洲相，进一步分为辫状河三角洲平原和前缘两个亚相。

2.2.1  辫状河三角洲平原亚相

恐龙沟地区头屯河组辫状河三角洲平原亚相可进一步识别出分流河道和分流河道间微相。

分流河道微相  以厚层灰色中-粗砂岩为主，河道底部多发育薄层砂砾岩、砾岩。碎屑颗粒呈次棱角状-次圆状，分选性中等-差，高岭土化较发育，多发育条带状、块状碳化植物碎屑（图4-a，b，k，l）。河道底部冲刷明显，多见泥砾，上部砂岩多发育平行层理，大型板状交错层理（图4-e～i）。测井曲线形态以高幅度箱形和钟形为主要特征，顶底部多为突变接触（图6）。概率累计曲线主要为多段式和三段式（图5-c～d）。多段式粒级分布范围较广，斜率较小，反映沉积时期水动力条件以牵引流和重力流为主，沉积物分选性为中等-差;三段式粒级分布广，以跳跃总体为主，滚动和悬浮总体含量较少。

分流河道间微相  以厚层泥岩夹薄层粉砂岩为主，局部夹薄层细砂岩，多发育波纹层理（图4-m～o），多见碳化植物碎屑（图4-c），测井曲线多呈低幅度齿形（图6）。

2.2.2  辫状河三角洲前缘亚相

恐龙沟地区头屯河组上段辫状河三角洲前缘亚相可进一步划分为水下分流河道、水下分流河道间和河口坝微相。

水下分流河道微相  以灰、灰白色细砂岩为主，次为灰色中砂岩，局部发育灰色粗砂岩。高岭土化较发育，碎屑颗粒呈次棱角状-次圆状，分选性中等。砂岩层发育平行层理（4-j），由于波浪后期改造导致层理类型不及平原分流河道明显。测井曲线以中-高幅度钟形为主，底部多具突变接触特征（图6）。概率累计曲线主要为三段式和两段式（图5-a～b），缺少滚动总体。跳跃总体多呈两段式（图5-a），多反映双重水动力作用特征。曲线斜率较大，反映沉积物分选性好，水动力相对稳定。

水下分流河道间微相  以厚层泥岩、粉砂质泥岩为主，夹薄层粉砂岩。局部夹薄层细砂岩，泥岩多发育水平层理，粉砂质泥岩偶见波状层理（图4）。测井曲线形态多呈低幅度齿形（图6）。

河口坝微相  以灰色中、细砂岩为主，局部见粗砂岩。辫状河三角洲河口坝发育较少，区内仅少量钻孔识别出该微相。岩石垂向组合表现为由下向上变粗的反粒序沉积。测井曲线形态多具中等幅度齿化漏斗型特征（图6）。

2.3  沉积相平面展布特征

头屯河组上段下部为以薄层底砾岩、砂礫岩，厚层中、粗砂岩为组合的辫状河三角洲平原分流河道沉积，泥岩、粉砂岩为分流河道间沉积。垂向上逐渐变为厚层泥岩夹薄层细砂岩的辫状河三角洲前缘的水下分流河道、水下分流河道间沉积，局部发育河口坝。辫状河三角洲平原多发育于NE向和NW向，可进一步识别出分流河道、分流河道间微相。其中平原主河道贯穿K3线，呈NE向展布。河道砂体规模大，纵横向连通性较好。K3线主河道北西区域发育的河道规模一般，延伸距离较小。分流河道间在区内以东、以北区域较发育，分流河道间的发育影响砂体横向的连通性，造成区内东南向砂体横向联通性差。区内中部、北东部砂体横向具有良好的连通性（图7）。

辫状河三角洲前缘亚相多发育于区内以南、以西和西南区域，可进一步识别出水下分流河道、水下分流河道间微相，局部发育河口坝微相。靠近平原部分，水下分流河道活跃，受到湖水的顶托作用，河道不断频繁迁移改道，使区内中部及西部砂体连片分布，水下分流河道间零星发育。区内以南及南西区域，由于延伸距离较远，水下分流河道规模减小，水下分流河道间等泥质沉积逐渐增多，河道砂体呈带状分布，在河道末端发育河口坝。

据施工钻孔揭露，区内已发现铀矿体多富集在辫状河三角洲平原亚相分流河道砂体中，赋矿砂体多为稳定性好、纵横向连通性好、渗透性较好的砂体。砂体富含有机质、黄铁矿等有利还原剂（图4-a，b，k，l），易于形成氧化-还原地球化学障。平原分流河道砂体处于水上氧化环境向水下还原环境的过渡部位，这种地球化学反差（氧化-还原地球化学障）有利于铀的沉淀[10]。

3  沉积相对铀矿化控制分析

层间氧化带砂岩型铀矿成矿是受各种条件相互制约的复杂过程[11-12]。含矿地层岩性岩相特征是对砂岩型铀矿最根本的控制因素，直接控制矿体的展布、形态、规模及纵横向连续性等[13-15]。研究区位于奥克乌塔日什向斜北东端，整体由北、北东向南、南西倾斜，地层倾角较平缓，轴部接近水平，构造简单。露头区地层倾角8°～28°，向斜翼部或轴部地层倾角0.5°～5°。卡拉麦里山在晚白垩—中新世长期处于抬升剥蚀阶段，较利于盆缘至盆地腹部发育潜水、层间氧化带（图8）。

恐龙沟地区头屯河组上段铀成矿主要受以下因素控制：

平面上沉积相变位置控制铀矿化的产出  研究区头屯河组含矿砂体为辫状河三角洲平原上的分流河道成因。辫状分流河道向湖盆推进，变为辫状河三角洲前缘水下分流河道。河道分岔、变窄，出现分流和减速，导致砂体厚度迅速变薄，使水-岩反应时间变长，在氧化还原障作用下，铀不断富集沉淀。铀矿体产出于辫状河三角洲平原亚相向辫状河三角洲前缘亚相渐变部位（图7）。

沉积相控制地层垂向上沉积旋回性  头屯河组辫状河三角洲平原分流河道发育，一方面，控制了“泛连通性”砂体的分布，及层间氧化带发育方向;另一方面，区内头屯河组辫状河三角洲平原分流河道的变迁，导致砂体上下分流河道间泥岩发育，使砂体顶底板发育厚度大于5 m的灰色泥岩、泥质粉砂岩互层，可作为稳定的上下隔水层。地层具“泥-砂-泥”结构（图2），空间上控制了含铀富氧水的流向，有利于层间氧化带的发育（图8）。

沉积环境对砂体还原剂的控制  区内头屯河组沉积早期，气候温暖湿润，发育的辫状河三角洲平原分流河道富含大量碳化植物碎屑及自生颗粒状、瘤状黄铁矿（图4-a，b，k，l）。大量还原剂的存在为水岩反应提供了稳定的还原障，有利于铀的沉淀和富集。

砂体非均质性控制氧化带前锋线展布形态  平原分流河道的变迁导致砂体平面的移动和叠置，控制了层间含氧流体的运移方向。分流河道间一般发育丰富的有机质，河道的变迁一方面对河道间沉积物进行侵蚀，使河道底部滞留沉积砂体中卷入还原物质;另一方面分流河道间泥岩隔档层频繁分隔砂体，使层间含氧流体在相变位置运移阻力增加，形成“阻流作用”，促进了铀的富集沉淀，控制了氧化带前锋线的展布。

4  结论

（1） 研究区头屯河组上段含矿砂岩主要为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩，多发育平行层理，板状、槽状交错层理。概率累计曲线呈两段式、三段式和多段式分布，富含碳化植物碎屑，发育辫状河三角洲沉积体系。

（2） 研究区头屯河组辫状河三角洲沉积体系可进一步划分为辫状河三角洲平原亚相和辫状河三角洲前缘亚相。辫状河三角洲平原亚相可识别出分流河道微相，分流河道间微相。辫状河三角洲前缘亚相可识别出水下分流河道间微相、水下分流河道微相、局部发育河口坝微相。

（3） 研究区头屯河组上段地层厚层砂体上下均发育厚层泥岩，纵向上形成稳定的“泥-砂-泥”结构。横向上砂体的泛连通性好，有利于层间氧化带的形成。其赋存的铀矿体主要受沉积相变、沉积旋回性、还原条件、砂体非均质性等因素控制。

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Sedimentary Facies of the Upper Member of Toutunhe Formation of Middle Jurassic in Konglonggou Area， Eastern Junggar Basin and

Its Relationship with Uranium Mineralization

Wu Shengming，Tang Xiangfei，Mao Guangzhen，Niu Junjie

（Geologic Party No 216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：  The Konglonggou area is a newly discovered uranium metallogenic area in Junggar Basin in recent years，but its sedimentary facies characteristics of the upper member of Toutunhe Formation of Middle Jurassic in the uranium target layer are currently poorly studied. This article systematically analyzes the sedimentary facies characteristics of the upper member of the Toutunhe Formation through drilling cores， logging curves， and thin section identification data. It is considered that the ore-bearing sandstones in the upper member of the Toutunhe Formation are feldspathic lithic sandstones and lithic sandstones， with parallel bedding， tabular and trough cross bedding. The probability cumulative curve shows two-stage， three-stage and multi-stage distribution. It is rich in carbonized plant debris and develops braided river delta sedimentary system. Among them， during the early of the upper member of Toutunhe Formation， the braided river delta plain subfacies deposits and distributary channel sand bodies are contiguously distributed. For the later of the upper member of Toutunhe Formation， it turned out to be braided river delta front subfacies deposition， underwater distributary channel and underwater distributary channel development， local development mouth bar. Through the study of the relationship between the characteristics of sedimentary facies and uranium mineralization in the area，. It is considered that the uranium mineralization in the upper member of Toutunhe Formation is mainly controlled by sedimentary facies change， sedimentary cycle， reduction conditions ， sand body heterogeneity.and other factors.

Key Words： Junggar Basin; Konglonggou area; Toutunhe Formation;braided delta;ore-controlling factors