松辽盆地可地浸砂岩型铀矿成矿地质条件

【摘 要】松辽盆地为中国北方大型内陆盆地之一，总面积达26万平方公里，它位于中亚可地浸砂岩型铀矿带的东延部分，在盆地的发展过程中，发育有含油气建造，含煤建造和杂色陆相碎屑岩建造。在杂色碎屑岩建造中有层间氧化带和“泥―砂―泥”结构发育，同时盆地内具有良好的地下水循环体制，是寻找可地浸砂岩型铀矿的有利地区。

【关键词】松辽盆地；可地浸；铀矿；条件分析

松辽盆地位于我国东北，包括黑龙江西南部、吉林省西部、内蒙古自治区东部和辽宁省北部。

1 大地构造位置

在大地构造位置上，处于天山―兴蒙褶皱区（Ⅰ级），吉黑褶皱系（亚Ⅰ级）之松辽坳陷（Ⅱ级），西侧为大兴安岭优地槽褶皱带（Ⅱ级），内蒙古优地槽褶皱带（Ⅱ级）。南部与内蒙地轴（Ⅱ级）相接。见图1。

1.吉黑褶皱系

1-1 松辽坳陷

1-2 张广才岭优地槽褶皱带

1-3 佳木斯隆起

2.内蒙-大兴安岭褶皱带

2-1 大兴安岭优地褶皱带

2-2 内蒙优地槽褶皱带

3.中朝准地台

3-1 内蒙地轴

3-2 燕山台褶皱带

3-3 胶辽台隆

4.延边褶皱系

5.那丹哈达优地槽褶皱带（属锡霍特褶皱带）

6.上黑龙江冒地槽褶皱带（属蒙古-鄂霍次克褶皱带）

7.额尔古纳褶皱带

2 盆地特征

2.1 盆地基底

松辽盆地基底主要岩石类型有花岗岩、片麻岩、片岩、砂板岩、石灰岩等，在松辽盆地的中部以片麻岩一片岩为主，面积达3万平方公里，其西部以矿板岩―碳酸岩为主是兴安地槽的延伸部分，其东部是片岩―砂板岩―石灰岩分布区与吉黑地槽区相过渡。花岗岩是松辽盆地基底岩石的重要组成部分，分布广泛，可分为三个期次，有加里东期，海西期和燕山期。

松辽盆地基底断裂构造十分发育，对盆地的形成和发展起控制作用。在基底构造中，主要有北北向、东西向、北西向三组深断裂为主干断裂。北北向主干断裂有四条，它们具有切割深，规模大，活动时间长等特点。其中嫩江-白城-扎鲁特深断裂和依兰-伊通深断裂控制着盆地的东、西边界。孙吴-双辽断裂和海沦-伏龙泉断裂控制的盆地内二、三级构造单元，并决定着盆地内构造-沉积特征的东西分带特点。北西向断裂有五条，它们对盆地内部隆起坳陷和沉积格局起着控制作用。

2.2 盆地盖层

松辽盆地的盖层由上侏罗系、白垩系、第三系和第四系组成。其中上侏罗系和下白垩系为一套火山喷发岩和含煤建造，主要分布在断陷盆地中。中、上白垩系和下第三系为含油、气建造内陆河湖相碎屑岩系。上第三系为磨拉石建造和类磨拉石建造。第四系为洪积物、冰积物和风成砂等。盖层总厚度超过10000m。各层系之间虽有沉积间断，但一般无大的角度不整合。详见表1。

松辽盆地盖层构造以褶皱为主。褶皱构造一般为舒缓波状背向斜，地层产状平缓，倾角一般在1°-8°之间。例如大庆长垣、扶余鼻状构造和杨大城子复背斜等。在极个别地段也形成背斜隆起带，例如登娄库背斜隆起带、杨大城子背斜隆起带等。

松辽盆地盖断裂构造不太发育，主要有基底复活断裂、同生沉积断裂、沉积期后断裂三种。同生沉积断裂有可能控制有利沉积相带的展布，例如西拉木伦河断裂、海伦伦-伏龙泉大断裂等。

3 盆地演化历史

松辽盆地演化历史，各家都有不同的看法，但是盆地发展的主要阶段，还是很一致的。例如，盆地发展的裂陷、坳陷、萎缩等主要阶段的看法上是基本一致的。

这里要强调指出的是，不管那种划分方法都把盆地萎缩阶段从晚白垩世一直划到第四纪，跨时达88Ma，但是可地浸铀矿特别是渗入型铀矿的重要成矿期是在新第三纪至第四纪。所以这个时期的地壳运动性质是很重要的，特别是亚造山运动，要突出出来，做为重要阶段划分出来，为可地浸铀矿找矿服务。因此，把松辽盆地的演化历史划分为五个阶段，它们是：

1）热隆张裂剥蚀阶段；

2）裂陷阶段；

3）坳陷阶段；

4）萎缩阶段；

5）次造山运动阶段。见图2。

3.1 热隆张裂剥蚀阶段

时限范围：三叠纪至晚侏罗世（T-Ja）

地壳运动特点：盆地演化的早期阶段，在三叠纪至早-中侏罗世（J2-1），由于上地幔隆起、引起张裂、盆地处于剥蚀状态。到侏罗纪晚期（J3），张裂作用加强，产生切壳断裂，引起火山喷发，沉积有火石岭组火山岩系。

3.2 裂陷阶段

时限范围：早白垩世（K1）

地壳运动特点：早白垩世早期由于上地幔拱起幅度加大，地壳拉张作用加强，松辽盆地在近东西向引张应力场作用影响下，产生张性断裂，特别是孙吴-双辽深断裂的中段断裂作用十分活跃，形成一系列北北东向地垒和地堑，造成中央上隆两侧断陷的“中隆侧陷”的构造格局。

沉积物特征：这阶段沉积物为火山岩系，含煤岩系和红色碎屑岩系。沉积物分布在断陷中，面积一般为数百至数千平方公里。最大的齐家-古龙-乾安断陷的面积可达17200，东部太平川-朝阳沟断陷面积也达8100km2。

到早白垩世晚期，登娄库组沉积范围逐渐扩大，登一、二段分布在断陷中的沉积物连成一片。到登娄库末期沉积范围已达5万km2。已具有向大型坳陷过渡的特点。

3.3 坳陷阶段

白垩系的泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组沉积时期是松辽盆地大型坳陷阶段的形成和发展的全盛时期，该阶段形成的碎屑岩的厚度达3000m以上，沉积范围在20万平方公里以上。

时限范围：中白垩世（K2）

地壳运动特点：是以长期的稳定的快速沉降为主，并伴有间歇性的波动上升。由于长期快速沉降，在盆地中部形成较大面积的深湖区。这个时期，湖水的深度和分布范围，取决于地壳的沉降速度和沉积速度。在以沉降为主的总趋势下，当沉降速度大于沉积速度时，湖区范围扩大，湖水加深，形成湖浸序列。反之，当沉降速度小于沉积速度时，湖面缩小，湖水变浅，形成湖退序列。这个时期的沉积速率为。泉头组为120-290m/Ma，青山口至嫩江能减小到30-50m/Ma。

沉积物特征：这个时期的沉积物主要是河湖相碎屑岩、有灰色生油建造类型和红色碎屑岩建造类型等两种类型。沉积物在平面分布上和在剖面上都有明显的特征。在平面分布上的特点是：从盆地中心向外沉积物颗粒变粗。并且有环带状分布的特点。再从沉积物的颜色上看盆地中部为深、浅湖相黑色细粒沉积物，到盆地达部为冲积相砖红色沉积物。在剖面上分布的特点是反映出两个沉积旋迥，即泉头组和姚家组都是红色碎屑岩建造，在干热气候条件下水退的环境中形成的。青山口组和嫩江组都是黑色生油建造，在温湿气候条件下，水进的环境中形成的。详见沉积旋迥一览表2。

表2 沉积旋迥一览表

在嫩江组沉积后发生一次地壳运动，即所谓的嫩江运动，使整个松辽盆地普遍上升，但东部地区尤其明显，造成上白垩到第三纪长期沉积间断。同时沉积盖层发生褶皱形成短轴背、向斜。

3.4 萎缩阶段

时限范围：晚白垩世至下第三纪（K3-E）

地壳运动特点：晚白垩世早期。由于嫩江运动，使盆地东部大幅度抬升，沉降中心向中心转移。四方台组和明水组仅分布在盆地的西部地区，沉积面积只有7.3万km2。沉积速度缓慢，沉积速率仅21-41m/Ma，平均26m/Ma。下第三纪依安组，沉积区分布在松辽盆地西北依安一带。晚白垩世沉降中心向西转移；然后下第三纪又向西北转移；沉积面积从嫩江组的20多万平方公里到四方台、明水组的7.3万平方公里，再到依安组的2.1万平方公里。因此，从沉降中心的转移和沉积面积的逐渐缩小，都说明松辽盆地的坳陷阶段在萎缩。

岩性岩相特征：

四方台组、明水组以冲一洪积相碎屑岩为主，滨湖相地层为副。从岩相分布特征上看四方台组和明水组未见深湖和浅湖相地层的分布，滨湖相面积也很小。下第三纪依安组仅分布有冲一洪积相，根本就未见湖相地层，因此，从岩相的有无和分布这个侧面也反应出萎缩的特点。

构造运动：在K/E和E/N之间经历两次构造运动，使松辽盆地中的盖层出现两次不整合。在晚白垩世、老第三纪之间，松辽盆地整体抬升，古新世至始新工世长期风化剥蚀，未接受沉积。但是第三纪、新第三纪之间地层交角明显，说明积压强度大，这标志着松辽盆地大型陷阶段的结束。

3.5 差异运动阶段

时限范围：上第三纪第一四纪（N-Q）

松辽盆地进入新第三纪，盆地内普遍沉积一套拉石和类磨拉石建造。就说明当时盆地次造山运动发育，差异升降运动已开始。进入第三四纪地壳运动的特点更是以差异升降运动为主，据记载：“早更新世初期大兴安岭山地高仪400余米”“经早更新世较大幅度的抬升，大兴岭即线高度也只达到1000米左右”，后又经“中更新世、晚更新世和全新世的几度抬升，才达到现今的高度，伊-舒地和敦-密地也同时活动，与松辽盆地一起松成下降单位。这种升降运动使下降单位全面接受第四纪沉积。

沉积特点：该阶段沉积物主要是冲洪积物、冰积物、绍泽粘土、风成砂、风成黄土等。上第三纪磨拉石建造主要分布在盆地西部；冰积物分布在盆地的北部二道松花江以北地区；风成黄土主要分布在盆地东部和北部地区

4 可地浸砂岩型矿成矿地地质条件

4.1 地形地貌气候条件

4.1.1 地形地茂景观

松辽盆地地形地貌景观总是看是：平原-砂带-砂漠地貌景观。可以划分为平原区、砂带区、砂漠区。

平原区：主要分布在盆地东部和北部，即中长铁路沿线和哈尔滨至齐齐哈尔以北一带，特点是：黑土地，农业区。

砂带区：主要分布在双辽-洮安-线以东的长岭-安达-线以西。主要特点是第四纪风成砂的砂带呈东西向略向南突出的弧形展布，砂带间的低地多为沼泽富水带，砂带宽4-6km，砂带间距离大约6-10km。

砂漠区：主要分布在盆地西南部内蒙古自治区哲里木盟和兴安盟地区。以现代仍在活动的风成砂为主的地区。砂带和新月砂丘到处可见，砂漠区几乎没有腐值层，大气降水毫无阻阻拦的直接下渗。

总的看松辽盆地东部和北部为平原地貌，中部、南部和西南部为砂漠-砂带地貌景观。

4.1.2 气候条件

松辽盆地气候条件为干旱一半干旱气候条件。这从降雨量和蒸发量的比例关系、内陆河流的分布以及钙质蒸发岩带的出现等几个方面说明。

松辽盆地总的看西部降雨量小，东部降雨量大。西部降雨量：阿鲁科尔泌、奈曼旗、科右旗等降水量只有270-350毫米，盆地东部如舒兰降雨量达700毫米，但蒸发量相反，西部最大可达年蒸发量2800元毫米，东部年蒸发量只有1300-1400毫米，西部蒸发量是降雨的8倍，东部蒸发量只有1300-1400毫米。西部蒸发量是降雨量的8倍，东部蒸发量只有降雨量的2倍，因此，总的看西部为干旱区，东部和北部为半干旱区。

松辽盆地中内陆河流分布主要集中在两片地区，其中盆地西南部的通辽地区为最多，最发育。例如霍林河、乌尔吉木伦河等长达200-300km，从盆地西部边缘流到盆地中便潜入地下。此外，内陆河还在松辽盆地北部有所出现，例如在拜泉-依龙地区就有出现。

松辽盆地西南边缘，山脚地带出现一条钙质蒸发岩带，宽约20-40km，长达数百公里。钙质蒸发岩出现在距地表以下0.5-1m，主要出现在亚砂土层，向下进一步胶结坡残积层。在当地可做建筑石材，烧石灰等。同时在钙质蒸发岩带中发现有的低值异常。这都要在干旱气候条件下出现的特有产物。

在干旱气候条件下，地表植被不发育，有利于地表水的下渗，可以提高下渗水溶解氧的含量。

4.2 大地构造条件

4.2.1 大地构造条件

从大地构造位置上看，松辽盆地周围被亚造山带环绕。按B.M吉连杰也夫和R.M.绍尔的意见又可以划分为两个亚带：即穹形地垒构造带和穹形断块降起带，见图3。

穹形地垒构造带：分布在大兴安岭和张广岭一带，海拔标高在1000-1750m左右，主要由花岗石、火山岩和少量石炭-二叠系砂板岩、石灰岩组成。该构造带在更新世以后构造活化量为明显，表现为向上大幅度的抬升。

穹形断块隆起带：分布在穹形地垒构造带和盆地之间，围绕松辽盆地呈环状展布。其海拔标高在350-1000m间，为亚造山带中第2亚带。主要由花岗岩、火山岩和少量石炭一二叠系砂板岩组成。同样在更新世以后的构造活化期表现为断块抬升作用明显。断块活动最发育。

亚造山运动不仅可以导致盆地蚀源区的缓慢抬生，还可以造成蚀源区断裂构造的发育。因此，既有利于蚀源区岩石中的活化，又可以加强源区与盆地盖层之间的水动力联系。

4.2.2 基底松造条件

松辽盆地基底和深层构造十分发育，对盆地的形成和发展起控制作用。在基底松造中，主要有北北东向、东西向和北西向三组深断裂为主干断裂。北北向东主干断裂控制着盆地的东、西边界和盆地内二、三级松造单元，并决定着盆地内松造-沉积特征的东西分带特点。北西向断裂五条，它们对盆地内部降起与陷起着重要作用。此外，还有东西向断裂如西辽河断裂等。对松辽盆地南部的沉积格局起控制作用。

4.2.3 盖层松造条件

松辽盆地盖层中褶皱构造一般为舒缓波状的背向斜，地层产状平缓，倾角一般1o-8o之间，有利于含氧含水咱目的层内的缓慢运移，最终富集成矿。但在极个别地段也形成背斜隆起带，例如登娄库背斜隆起带、杨大城子复背斜带等，一些层位地接出露地表，形成构造窗，对地下水的运移和补给产生影响。

盆地盖层内断裂松造不发育，对盖层沉积破坏作用小，有利于大型砂体的形成。

4.3 岩相古地理条件

岩相古地理条件是重要的控矿因素，特别是岩相条件、砂体条件和岩性组合条件。

4.3.1 岩相古地理特征

松辽盆地是一个大型中新生代内陆断陷淡水盆地，面积达260000km2。盆地沉积相带发育，类型比较齐全。通过对岩石特征、沉积结构构造、沉积旋回、沉积韵律以及古生物等方面综合研究，将松辽盆地沉积相大体划分出：洪积相、河流相、滨浅湖相、深湖四个相带。松辽盆地在各个沉积时期，大都具有多物源、多沉积体积，带呈环状展布的特点，在盆地发生发展的漫长历史进程中，曾经历裂陷-坳陷-萎缩三个不同的演化阶段，在不同的演化阶段表现出各自的沉积特征。裂陷阶段：以洪积相、河流相为主，夹有湖相沉积，同时伴有大规模的火山喷发。该期沉积特点是坡度大，多物源/近物源，多沉积中心、分散小水系，具有快速的堆积性质，并存在东西分带的地貌特征，陷阶段：是盆地发展的全盛新，沉积稳定，沉积面积广，以河流、三角洲、湖相沉积为主。该期特点是距物源区、水流长、沉积中心较单一、相带宽展且平面分异性好，沉积厚度大。萎缩阶段：盆地缓慢上升，沉降和沉积中心逐步西移，沉积范围缩小，沉积以河流相和浅湖相为主，沉积厚度蒲，沉积特点为近物源，分散小水系，相带平面分异性差。

从松辽盆地沉积相分布特征上看，在盆地边缘地带分布有大面积的滨湖三角洲相、河漫滩相和河床相地层。在这些河湖过渡相带内，砂体分布广泛，厚度稳定，岩石性一般为含砾岩、粗砂岩和长石砂岩等。钻孔资料统计表明，单个砂体厚度一役在10-45m之间，平均在20m左右。例如：在康平-金宝屯地区10号勘探线上，7838孔与312孔相邻，两孔均在同一层位发现有反向旋迥，可确定为三角洲相，相带宽可达4000m以上，单个砂体厚度为20-50m，见图4。

类似的情况在盆地许多地区均有出现。

4.3.2 岩性组合特征

从岩性组合特征上看，松辽盆地盖层岩性组合以泥岩、砂岩互层为主，盖层内广泛发育“泥-砂-泥”地层结构，即在透水的砂体顶、底板岩石，应该是不透水的泥岩、粉砂岩。例如312孔矿化砂体，厚28.2m，其上为红色粉砂岩厚26.23m，其下为红色泥岩厚8m，见图3。这样的岩性组合条件是形成层间氧化带的基础。

4.3.3 古气候特征

从古气候特征上看，在松辽盆地发生发展的过程中，古气候明显呈现出干、湿交替的变化规律。例如，在泉头组（K2q）、四方台组（K3s）沉积期，气候干旱炎热，在嫩江组（K2n）、明水组沉积期，气候温暖潮湿。在气候温暖潮湿期间，由于植被发育，沉积物中有机碳含量高。有机碳、黄铁矿等有机介质的存在，对岩石中铀的富积有利。

4.4 后生氧化条件

松辽盆地盖层内后生氧化现象十分普遍，无论在地表露头，还是在钻孔内都有发现。主要表现为原生灰绿色、灰白色砂岩被氧化成黄褐色、土黄色，即褐铁矿化沿松散砂层发育，有的呈团块状，有的呈条带状，有的呈舌状等等，例如在保康砂体向北延伸的杨大城子一带的泉头组露头中发现褐铁矿化层位，铁矿化沿粗颗粒渗透姓能较好的层位发育，呈舌状向前延伸，砂层顶、底板岩颗粒较细，见图5这些现象 说明保康砂体有层间氧化带的存在。

后生氧化作用的发育，是可地浸砂岩石型矿成矿的重要条件；后生氧化现象的存在，是可地浸砂岩型矿成矿的重要条件；后生氧化现象的存在，是可地浸砂岩型矿找矿标志之一，因为该类型矿往往形成于氧化―还原过渡带上。

4.5 水文地质文件

从水动力条件上看，松辽盆地即是一个汇水盆地，又无疑是一个承压盆地，在近盆边缘的广大地区又肯定是渗入型水的分布范围。地下水的主要补给来源主要有大气降水、基岩裂隙水、深层地下水，补给方式包括直接补给和越层补给。排泄区大致有两处，即大安―哈尔滨段松花江、双辽地区的西辽河，排泄方式主要为含水层中的地下水通过断裂上升向上覆其它含水层排泄，然后通过其它含水层排泄于松花江和西辽河、东辽河。这些说明松辽盆地盖层地下水具有比较完整的补给―迳流―排泄的水动力系统。