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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (4): 503-510  
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张字龙, 范洪海, 贺锋, 刘红旭, 贾立城, 衣龙升, 杨梦佳. 鄂尔多斯盆地南缘彬县地区水文地球化学及铀成矿作用特征[J]. 地质通报, 2017, 36(4): 503-510.
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ZHANG Zilong, FAN Honghai, HE Feng, LIU Hongxu, JIA Licheng, YI Longsheng, YANG Mengjia. Features of hydrogeochemistry and uranium metallogenesis in Binxian County area on the southern margin of Ordos Basin[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(4): 503-510.
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基金项目

中国核工业地质局项目《鄂尔多斯盆地南缘铀成矿地质特征与远景评价》(编号:201586)、中核集团集中研发项目《鄂尔多斯盆地南部砂岩型铀矿关键因素识别与靶区优选》(编号:地LTD1601-3)和国家973项目《北方典型产铀盆地成矿机理与成矿模式》(编号:2015CB453004)

作者简介

张字龙 (1978-), 男, 在读博士生, 高级工程师, 从事铀矿地质工作。E-mail:39902807@qq.com

文章历史

收稿日期: 2016-10-18
修订日期: 2017-02-17
鄂尔多斯盆地南缘彬县地区水文地球化学及铀成矿作用特征
张字龙, 范洪海, 贺锋, 刘红旭, 贾立城, 衣龙升, 杨梦佳    
中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室/核工业北京地质研究院, 北京 100029
摘要: 水文地质作用是砂岩型铀矿成矿过程中不可缺少的重要作用之一。通过陕西彬县地区水文地质条件和水文地球化学环境分析,将中新生代地层地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碎屑岩类裂隙水3种类型。根据地下水的补给、径流、排泄条件,划分出水交替强烈带、水交替缓慢带和水交替滞缓带3个不同的水动力分带。不同类型地下水的含铀性、不同分带铀的运移和富集特征,以及酸、碱性地下水对围岩蚀变与铀成矿的作用表明,中侏罗统直罗组砂岩含矿含水层中铀成矿主要经历了沉积成岩时期铀的预富集作用、古地下水的后生改造叠加成矿作用和深部油田水的还原成矿作用,铀成矿作用为复合成因类型。
关键词: 水文地质    砂岩型铀矿    地球化学    铀成矿作用    
Features of hydrogeochemistry and uranium metallogenesis in Binxian County area on the southern margin of Ordos Basin
ZHANG Zilong, FAN Honghai, HE Feng, LIU Hongxu, JIA Licheng, YI Longsheng, YANG Mengjia     
Key Laboratory of Uranium Exploration and Evaluation Techniques, CNNC, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China
Abstract: Hydrogeological action is regarded as one of the important actions in the formation of sandstone type uranium deposits. According to analyzing the hydrogeological conditions and hydrogeochemical environments, the authors classified groundwater in Mesozoic-Cenozoic strata into porous water in loose rocks, porous-fissures water in cataclastic rocks and fissures water in cataclastic rocks. On such a basis, the water zones were divided into strongly, smoothly and steadily alternate aqueous zones based on charging, flowing and discharging conditions of groundwater. The uranium concentration of different groundwater types, the migrating and enriching characteristics of uranium in different zones and the roles played by acidic/alkali groundwater in wall rock alteration and uranium metallogenesis indicate that uranium metallogenesis in U-bearing aqueous sandstone strata of Middle Jurassic Zhiluo Formation mainly experienced sedimentary diagenetic pre-enrichment, paleo-groundwater's epigenic superimposition, and the reducing deposition of uranium in groundwater from deep oilfield, being a compound genetic type.
Key words: hydrogeology    sandstone type uranium deposit    geochemistry    metallogenesis    

“层间渗入成矿理论”和“水成铀矿床成矿理论”是自20世纪前苏联别列里曼A и、戈利得什金P и、布洛文K г等铀矿地质学家共同建立的[1-2],也是当今中国众多砂岩型铀矿地质学家最常用的方法理论。无论是研究砂岩型铀矿成矿过程、成矿作用、成矿机理,还是指导铀矿找矿及地浸开采,水文地质都占有重要地位。然而, 有关水文地质与矿产地质研究的课题和公开文献很少。如鄂尔多斯盆地,与铀相关的文章有上万篇之多[3-12],与水文地质相关的文章也较多,但仅局限于单一的水文地质研究[13-21],而有关水文地质与铀成矿有关的文章仅有少数的几篇[22-25]。由此可知,水文地质在当今铀矿找矿应用过程中被逐渐淡化。造成这种现象的原因主要是古水文地质研究存在一定的难度。本文通过彬县地区水文地质与铀成矿作用特征研究,呼吁大家重新重视水文地质在沉积型矿产中的重要作用。古水文地质的研究方法不仅要从直觉感知出发,而且要从理性上进行逻辑推理和判断,不仅要研究现代水文地质现象,而且要根据确定了的科学原理重现古代水文地质作用过程,从现实和历史、宏观和微观相结合的原则,以运动的、历史的、发展的角度去认识和解释问题。

1 概述

研究区主要位于陕西省彬县境内,地处陇东黄土高原东南部。区域水文地质单元属于泾河水系(图 1)。构造上主要位于鄂尔多斯盆地南缘渭北隆起北缘构造斜坡带上。盆地中新生界盖层主要由上三叠统、中侏罗统、下白垩统、新近系和第四系构成。区内含矿目的层主要是中侏罗统直罗组下段,其次是延安组。直罗组具有较明显的“泥-砂-泥”结构特征,发育砂体厚度不等的层间承压水含水层,这为层间氧化带砂岩型铀矿的形成创造了有利的条件。

图 1 彬县—旬邑县地区水文地质图 Fig.1 Hydrological geological map of Binxian County-Xunyi County area 1—第四系底部松散砂、砾石层孔隙水;2—新近系砂岩孔隙裂隙水;3—下白垩统砂岩孔隙裂隙水;4—中侏罗统砂岩裂隙水;5—上三叠统延长组砂岩裂隙水;6—水文地质分区及界线;7—现代地下水流向;8—地表水流向

泾河水系水文地质单元位于白于山分水岭以南,子午岭以西,西与平凉-泾阳和太阳山碳酸盐岩岩溶地下水系统相接,南为侏罗系隔水边界。四周为中低山环绕,为典型的高原盆地。总地势西北高东南低,发育有泾河扇状水系,地下水由东、北、西三侧向马莲河一带汇集,最终于彬县水帘洞流出汇入渭河,为该区的侵蚀基准面。中新生代沉积盖层的水文地质结构具有下(上三叠统—中侏罗统)、中(下白垩统)、上(上新统—第四系)3层结构的特征。中新生代以来,研究区缺失上侏罗统和上白垩统—古近系的沉积,从而形成2个长期的沉积间断。这2个沉积间断为区内古地下水淋滤作用的主要阶段,有利于古地下水的铀成矿作用,对研究区形成层间氧化带型砂岩铀矿创造了有利条件。

2 铀矿化特征

彬县地区铀矿化主要发育于直罗组下段辫状河砂体中,含矿主岩为灰白色含黄铁矿和炭屑粗砂岩,其次为与灰白色砂岩相邻的浅灰绿色中粗砂岩(图 2)。与铀共/伴生元素主要有Re、Se、V,其次是Sc和Mo。矿化岩石铀-镭平衡系数平均值为2.52,明显偏镭,说明研究区直罗组铀矿化形成时代较早,铀矿化主要与古氧化作用有关。含矿主岩灰白色砂体与灰绿色砂体的成因均与层间渗入流体蚀变改造作用密切相关,铀矿化受氧化还原过渡带控制明显,尤其是在氧化还原前锋线附近,发育辫状河道砂体,且富含有机质和黄铁矿的区域更易富集。另外,铀矿化还受砂体的非均质性控制,单一厚层砂体中铀矿化发育不如砂体中夹有薄层泥岩或粉砂质泥岩的砂体好,主要原因是砂体非均质性通过对成矿流体运移状态的影响进而实现对铀成矿的控制,另一方面可能与沉积环境相变导致还原性物质的增加有关[5],这与盆地北部东胜地区铀成矿特征相似。

图 2 钻孔ZK2-1(a) 和ZK3-1(b) 中铀矿化段柱状图 Fig.2 Uranium mineralization in ZK2-1(a) and ZK3-1(b)
3 水文地球化学特征及含水岩组的划分

根据区内地下水的赋存条件、含水岩类、富水程度和埋藏条件,可将中新生代地层地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碎屑岩类裂隙水3种类型(图 1)。

3.1 松散岩类孔隙水

主要分布于区内泾河河谷及其支流河谷,由第四系松散沉积物组成。第四系底部松散砂、砾石层为主要含水层,赋含孔隙潜水。含水层厚度一般为5.5~28.15m,水位一般为0.5~5m,主要由大气降水和河谷两侧的基岩地下水补给。水化学类型为HCO3-Na·Ca·Mg型水,矿化度一般小于1g/L。区内广泛分布的巨厚第四系黄土层为隔水层,而黄土层底部的松散砂、砾石层为微弱含水层,常见泉水出露。泉水水化学类型为HCO3-Ca · Mg型或HCO3· SO4-Ca· Mg型水,严格受大气降水的控制,水量受季节变化影响明显。

3.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

(1)新近系(N)砂岩、砾岩孔隙裂隙水

该类型水在研究区内广泛分布,大小沟谷均有出露。新近系下部的中粗粒砂岩和砾岩为主要含水层,厚约20m。以大气降水渗入补给为主,地下水化学类型为HCO3-Na· Mg型水,矿化度一般为0.3g/L左右。新近系上部以棕褐色泥岩、砂质泥岩为主,厚约80m,为隔水层。

(2)下白垩统洛河组(K1l)砂岩孔隙裂隙水

该类型水在研究区内沟谷中广泛出露,北部下伏于华池环河组(K1h)泥岩隔水层之下。地下水化学类型为HCO3-Ca· Mg型和HCO3· SO4-Na· Mg型水,pH值为7.4~8.3,矿化度为1.02~4.82g/L

3.3 碎屑岩类裂隙水

(1)中侏罗统直罗组(J2z)砂岩裂隙水

研究区中侏罗统直罗组大都深埋于下白垩统碎屑岩下,直罗组上段(J2z2)为棕红色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层砂岩,为隔水层;直罗组下段(J2z1)为灰白色、灰紫色、灰绿色、灰色粗砂岩、含砾粗砂岩及中、细砂岩,为区内主要含矿含水层。地下水化学类型为HCO3·SO4-Na·Mg型水和SO4· HCO3-Na· Mg型水,pH值为7.5~8.4,矿化度为3.9~7.1g/L

(2)中侏罗统延安组(T2y)砂岩裂隙水

研究区延安组为煤系地层,富水性微弱。在延安组中粗粒砂岩中有油气显示,如彬县地区的ZK1-1孔灰褐色中细砂岩和灰黑色炭质泥岩、灰色泥质粉砂岩中有油浸现象,为油浸砂岩。鄂尔多斯盆地南部,在中侏罗统延安组底部与上三叠统延长组顶部的不整合接触面通常赋含油田水,为高矿化度的Cl-Ca型水,pH值为8.2~9.2,矿化度为2.24~ 20.45g/L,处于深部封闭的还原环境。

(3)上三叠统延长组(T3y)砂岩裂隙水

上三叠统延长组黄绿色、灰绿色、深灰色中细砂岩为主要含水层,与炭质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、油页岩呈互层状。在鄂尔多斯盆地南部上三叠统延长组深部也赋存油田水,为高矿化度的Cl-Ca型水。

4 地下水的补给、径流、排泄条件及水动力分带

根据煤田及油田资料统计,侏罗纪—白垩纪沉积时期的古地下水流向在盆地南缘由南向北,盆地南部边缘蚀源区为古地下水的补给区,河湖三角洲相沉积区为古地下水的径流区,湖相沉积区为古地下水的排泄区。由于受新构造运动影响,研究区现代水流向由汇水盆地转变成泄水盆地,现代水文地质条件对目的层直罗组砂岩型铀矿化的形成不利。

根据区内地下水动力条件分析,可将区内地下水自上而下划分为3个分带。

(1)水交替强烈带:主要包括第四系及下白垩统含水层,为区内浅部地下水系统。含氧地下水具有较强的氧化溶滤作用,地下水中的各种离子成分处于不饱和状态,随地下水往深部迁移,也可称为元素迁移带。

(2)水交替缓慢带:主要为中侏罗统直罗组砂岩裂隙含水层。该带地下水交替缓慢,地下水溶解围岩中的各种离子成分逐渐达到饱和状态,地下水中溶解氧也逐渐被消耗。由于深部的还原水沿断裂构造破碎带上升运移到该层间承压含水层中,形成有利于铀成矿的水文地球化学环境,导致地下水中铀被还原沉淀、富集成矿。因此,该带也称为元素沉淀富集带,为地下水的氧化还原过渡环境。

(3)水交替滞缓带:主要包括中侏罗统延安组及上三叠统延长组含水层。为盆地主要的储油、储气层。该带地下水处于深层、高压、缺氧、封闭构造的还原环境,地下水富含H2S、CH4等还原性气体。该带地下水的补给、径流条件较差,多为古封存水。地下水交替滞缓,地下水中富集了大量的可溶性盐而形成高矿化度的氯化物型水。这种油田水对铀成矿作用具有较强的还原能力。

5 地下水的含铀性

为了更好地对比分析地下水中铀含量和地下水化学类型在不同氧化、还原环境下的变化规律,在彬县—旬邑地区共采集15个地下水样品,水样的采集以区内的钻孔、地下泉水、机井、自流井、民井和地下水露头为主。地下水样品的分析结果如表 1所示,研究区铀水异常含量为9.58~11.5μg/L。根据区内地下水中U含量的分布图(图 3),圈定铀水异常晕两片,其中彬县高渠-禄长村铀水异常晕面积为4km2,呈东西向展布;旬邑县纸房村-小寺子苗圃林场铀水异常晕面积为1.5km2,呈北东向展布。经钻探揭露,在彬县高渠-禄长村铀水异常晕内的ZK2-1孔和ZK3-1孔中均见到2层铀矿化。因此,铀水异常具有一定的浓集中心,可反映深部的铀矿化信息。这2片铀水异常晕的展布方向与层间氧化带前锋线的展布方向和位置相符,均处于氧化还原过渡地段的水文地球化学环境。

表 1 彬县—旬邑县地区地下水样品分析结果 Table 1 Groundwater sample analyses result in Binxian County—Xunyi County area
图 3 彬县—旬邑地区地下水铀含量分布 Fig.3 Uranium content distribution of groundwater in Binxian County-Xunyi County area 1—下降泉,左上样号,左下流量 (L/S),右上U含量 (μg/L);2—抽水井,左上样号,左下井深 (m),右上U含量 (μg/L);3—铀水异常点;4—铀水偏高点;5—水中U含量等值线(μg/L);6—铀水异常;7—铀水含量增高晕;8—铀水含量偏高晕

彬县地区铀水异常点的地下水化学类型为HCO3 · SO4-Na · Mg型和HCO3 · SO4-Na · Ca型水,pH值为7.20~7.48,矿化度为1.07~1.49g/L,均反映了氧化还原过渡地段的水文地球化学环境。铀水异常中的SO42-含量也较高,为162~362mg/L,SO42-/Cl-值为1.80~2.41,反映了该地段地层中黄铁矿遭受了某种程度的地下水的氧化作用,从而导致了地下水中SO42-含量的增高。其铀水异常晕的展布方向反映了层间氧化带前锋线的展布方向和位置,均处于氧化-还原过渡带的水文地球化学环境。因此,彬县地区处于铀成矿有利的层间氧化带发育区。

6 地下水对围岩的改造和蚀变作用

通过地表露头和钻孔岩心观察及镜下薄片鉴定,确定含矿目的层直罗组砂岩后生蚀变主要包括水赤铁矿化、褐铁矿化(包括黄钾铁钒)、碳酸盐化(方解石)、粘土化等。这些岩石后生蚀变的特征均是在不同环境,即氧化环境和还原环境条件下不同地下水介质作用的结果。这些后生蚀变作用的结果,使层间氧化带内砂岩的色调从强氧化带的紫红色、黄色、褐黄色→弱氧化带的浅黄色、灰黄色→过渡带的灰白色、灰绿色、灰色→还原带的灰色。其中过渡带是铀成矿的最有利区域。因此,通过研究地下水对围岩的蚀变作用来划分铀成矿区带非常必要。区内地下水对围岩的蚀变作用,按不同地下水介质条件可划分为酸性地下水介质和碱性地下水介质对围岩的蚀变作用2种类型。

6.1 酸性地下水介质对围岩的蚀变作用

酸性地下水介质对围岩的蚀变作用,绝大部分发生在氧化环境,尤其在潮湿气候条件下形成的煤系地层中更发育。酸性地下水介质的后生蚀变特征,主要表现为岩石褪色呈黄色、褐黄色、黄褐色和灰白色,并形成后生蚀变矿物褐铁矿、粘土矿物高岭石等,主要分布在层间氧化带的渗透性砂岩中。

研究区直罗组下段蚀变的灰白色粗砂岩和黄褐色、浅黄色粗砂岩,均在酸性条件下,通过地下水对黄铁矿的氧化作用而形成。这种黄色、褐黄色的酸性氧化蚀变作用期次与古地下水的淋滤作用阶段有关,而且与地层的沉积间断相对应。根据区内古水文地质条件分析,中侏罗统直罗组沉积后曾经发生过中侏罗世晚期—晚侏罗世和晚白垩世2期沉积间断期,期间地层抬升剥蚀,同时遭受古地下水的氧化和淋滤作用,有利于酸性地下水在直罗组砂岩中发生氧化和蚀变作用,形成酸性地下水后生蚀变作用。酸性地下水对围岩中的铀具有氧化溶滤作用,并且铀随地下水向深部迁移,在有利于铀成矿的氧化还原环境中,被还原沉淀富集成矿。

6.2 碱性地下水介质对围岩的蚀变作用

碱性地下水介质对围岩的蚀变作用在氧化环境和还原环境都有发生。在氧化条件下碱性地下水介质对围岩的蚀变作用,主要受干旱炎热的古气候条件控制,主要发育在砂岩和膏盐层中。还原环境中的地下水大都呈碱性,对围岩的蚀变作用不受古气候条件的影响和控制,主要发育在低渗透性砂岩中。碱性地下水介质的后生蚀变特征,主要表现为岩石的灰绿色蚀变及形成蒙脱石、伊利石、绿泥石、方解石、白云石、黄铁矿等蚀变矿物。铀矿化主要与灰绿色还原蚀变和有机质、黄铁矿有关,在氧化-还原过渡环境中的碱性地下水对砂岩铀成矿具有重要的作用。

晚侏罗世后,研究区古气候条件一直处于干旱炎热环境,植被不发育,地表水呈弱碱性,岩石的化学风化淋滤作用较弱,蒸发浓缩作用强烈,形成的风化产物均以伊利石为主,含高岭石较少。据钻孔水文地质编录,在区内的中侏罗统直罗组、延安组砂岩中发现伊利石。大部分的伊利石是由蒙皂石向伊利石转化而成,随埋藏深度的增加,由伊蒙混层逐渐向伊利石转化。一般砂岩粘土矿物的分布,从盆地边缘到盆地中心,从浅层到深层,随埋藏深度的增加具有蒙皂石和高岭石含量减少、绿泥石和伊利石含量增加的规律,说明研究区直罗组含矿砂岩经历过深埋、碱性蚀变作用。

7 古地下水的铀成矿作用

根据区内水文地质条件、地下水动力特征、水文地球化学环境及古水文地质的分析,中侏罗统直罗组砂岩含矿含水层中古地下水的铀成矿作用,主要经历了沉积成岩时期铀的预富集作用、古地下水的后生改造叠加成矿作用(层间氧化作用)和深部油田水的还原成矿作用,铀成矿为复合成因类型。沉积成岩时期铀的预富集作用 (即同生沉积) 是基础,多造成含矿地层中铀的偏高;古地下水的后生改造叠加成矿是区内最主要的成矿作用,形成层间氧化带型砂岩铀矿化;深部油田水的还原成矿作用既保护已形成的铀矿体不被破坏改造,又可叠加富集铀矿体。

7.1 沉积成岩铀预富集成矿作用

在直罗组沉积成岩过程中,形成了沉积成因水和压榨水动力体系。直罗组下段主要为温湿气候条件下的辫状河道沉积,沉积物中含有较多有机质,对来自秦岭蚀源区地下水中迁移的铀具有一定的吸附富集作用。另外,随着沉积物的增厚,流体压力逐渐增大,孔隙水的挤出程度增高。泥岩中可挤出的自由水进入砂岩(泥岩中往往富含有机质,这些有机质在泥岩成岩前可吸附铀及其他矿物质,泥岩成岩过程中可排挤大量水和矿物质),与砂岩挤出水一起沿砂岩侧向渗滤运动。沉积物中的有机质可从沉积水体中吸附一定量的铀,并随着埋藏压实作用而产生一定的预富集作用,形成铀的偏高场,成为铀进一步富集成矿的重要物质来源。中侏罗统直罗组砂岩铀含量为7.52×10-6,这足以证明直罗组在沉积成岩时确实发生了铀的某种程度预富集作用,具有明显的富铀砂体特征。据区内煤田钻孔资料,盆内深部还原环境下的直罗组仍存在大量放射性异常,这也是直罗组沉积成岩时发生了铀预富集作用的有利证据之一。因此,在温湿古气候条件下所沉积的富含有机质的砂岩,有利于铀的预富集作用,地层中预富集的铀也是后期氧化还原改造、铀进一步富集成矿的重要物质来源之一。

7.2 古地下水的后生改造叠加成矿作用

中侏罗统直罗组含矿含水层中的古地下水后生改造叠加成矿作用,主要为层间氧化作用形式,形成层间氧化带型砂岩铀矿。根据区内古水文地质条件分析,在中侏罗统直罗组沉积后,缺失中侏罗世晚期—晚侏罗世的沉积,形成了沉积间断,南部蚀源区均处于普遍风化剥蚀阶段,有利于大气降水的渗入和直罗组层间含矿含水层中古地下水的渗滤作用,层间渗入成矿时期的古地下水流向与中侏罗统直罗组沉积时期的古地下水流向一致,即由南往北流入盆地。来自于盆地南部蚀源区的含氧含铀地下水侧向渗入到中侏罗统直罗组含矿含水层中,在直罗组铀预富集作用的基础上,由于含氧含铀地下水的氧化溶滤作用,铀在层间含水层有利于铀成矿的水文地球化学环境中,即直罗组本身富含黄铁矿、有机质等还原溶量形成的水文地球化学障,地下水中的铀被还原沉淀和富集成矿,形成层间氧化带砂岩型铀矿化。下白垩统超覆沉积后,形成的层间氧化带型铀矿化被深埋于还原环境中。晚白垩世,盆地南部又抬升隆起,遭受到一次长期的风化剥蚀和渗入水的淋滤作用。风化剥蚀作用使中侏罗统直罗组再次抬升或裸露地表,接受大气降水的渗入补给和南部蚀源区含铀含氧地下水的侧向渗滤作用,进一步改造叠加先前的层间氧化带。晚白垩世,层间渗入成矿作用时期的古地下水流向基本继承了晚侏罗世由南往北的古地下水流向,使层间氧化带规模进一步扩大,并进一步改造叠加富集成矿。

7.3 深部油田水的还原成矿作用

区内深埋的中侏罗统延安组、上三叠统延长组均为盆地石油、天然气的主要储集层,富含油田水,均处于深层、高温、高压、缺氧、封闭构造的还原环境。深部油田水的水化学类型为Cl-Ca(Na)型水,矿化度一般大于5g/L,最高达130g/L,而且富含H2S、CH4、烃类等还原性气体,具有较强的还原能力。油气既可侧向运移,也可垂向运移。侧向运移的通道主要靠砂体的孔渗性,而垂向运移则主要凭借断层、裂隙等。由于该区断裂构造发育,主要有NE—NNE向、NW向和EW向断裂,大多为基底断裂,为区内主要的含水、导水、导气构造,这为含氧含铀地下水的渗入和加速地下水的循环创造了有利的水文地质条件,并对层间氧化带的发育和形成具有积极的促进作用。这些断裂构造控制了层间氧化带发育的形态,其断裂构造部位是层间氧化带发育的有利部位。该区断裂构造沟通了深部中侏罗统延安组、上三叠统延长组灰色生油、含煤碎屑岩建造,为深部油田水上升运移提供了主要通道。经钻探揭露,在彬县地区的ZK1-1孔灰褐色中、细砂岩和灰黑色炭质泥岩、灰色泥质粉砂岩中见油浸现象,为油浸砂岩。据煤田钻孔资料,也发现部分钻孔在中侏罗统直罗组砂岩中有油气显示,如X18孔在316.5~318.10m粗砂岩中含油,岩心含油面积占90%以上,且油外渗。深部油田水沿断裂上升运移到中侏罗统直罗组含矿含水层中,并与来自于浅部常温常压的含氧含铀地下水发生还原作用,形成氧化-还原过渡地段的水文地球化学环境,这种水文地球化学环境具有地下水化学类型、pH值、Eh值、温度、压力等变化的特征,导致来自于浅部含氧含铀地下水中的铀发生还原沉淀和富集成矿。因此,由这种油田水参与铀成矿作用形成的铀矿化,受断裂构造破碎带的控制。断裂构造破碎带不仅形成地下水的局部排泄带,同时也是承压水的减压带,为形成层间氧化带型砂岩铀矿创造了有利的水文地质条件。

8 结论

(1)彬县地区中新生代地层地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碎屑岩类裂隙水3种类型,其中中侏罗统直罗组下段为碎屑岩类裂隙水,水化学类型为HCO3· SO4-Na· Mg型水和SO4· HCO3-Na· Mg型水,为区内主要含矿含水层。

(2)彬县地区地下水在垂向动力分带自上而下可划分为水交替强烈带、水交替缓慢带和水交替滞缓带。其中水交替强烈带主要包括第四系及下白垩统含水层,为U元素迁移带,即氧化带;水交替缓慢带主要为中侏罗统直罗组砂岩裂隙含水层,为U元素沉淀富集带,即氧化-还原过渡带;水交替滞缓带主要包括中侏罗统延安组及上三叠统延长组含水层,为盆地主要的储油、储气层,这种油田水对铀成矿作用具有较强的还原能力,为还原带。

(3)地下水介质对围岩的蚀变作用主要有酸性和碱性2种,酸性地下水对围岩中的铀具有氧化溶滤作用,并且铀随地下水往深部迁移,在有利于铀成矿的氧化还原环境,铀被还原沉淀而富集成矿;碱性地下水介质的后生蚀变特征,主要表现为岩石的灰绿色蚀变,而铀矿化主要与灰绿色还原蚀变和有机质、黄铁矿有关,在氧化还原环境中的碱性地下水对砂岩铀成矿具有重要的作用。

(4)彬县地区中侏罗统直罗组含矿含水层中砂岩型铀矿化的形成,在沉积成岩时期铀的预富集作用基础上,经过晚侏罗世和晚白垩世2个沉积间断的层间氧化作用进一步改造叠加,以及深部油田水的还原成矿作用等,形成了复合成因的层间氧化带型砂岩铀矿化。

致谢: 核工业二〇三所李卫红研究员在项目野外工作和本文成稿过程中提出了宝贵的指导意见,样品采集工作得到核工业二〇三所李亚锋高级工程师的大力帮助,文章修改过程中审稿人提出建设性意见,在此一并表示诚挚的谢意。

参考文献
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