庆安铁力地区铀矿水文地球化学找矿研究.docx

庆安 铁力地区铀矿水文地球化学找矿研究 韦红钢 , 孙占学 , 高柏(东华理工学院 , 江西 抚州 344000) 摘要 本文在资料调研的基础上 , 从基础地质条件出发 , 全面分析了研究区的水文地质条件 、水文地球化学特征及地下水的含铀性 , 较详细地阐述了庆安 铁力地区水文地质条件和水文地球化学 特征与铀矿化的关系 , 探讨和预测了两处铀矿成矿远景地段 。 关键词 水文地质条件 ; 水文地球化学特征 ; 远景地段 文章编号 100020658 (2005) 0520300206 中图分类号 P6141 3 文献标识码 A有 20 余个韵律层 , 但总体以泥岩 、砂质泥岩为主 , 属泛滥平原相沉积 。 上述 白 垩 系 砂 岩 、砂 砾 岩 颗 粒 较 粗 , 埋藏较浅 , 含水 条件 较 好 。区 内 新 生 界 第 三 系 地层缺失 , 第四系地层在区内分布较广泛 。11 2地质构造工作区位 于 松辽 盆地 东 北 隆 起 区 的 庆 安 次级隆起 区 内 , 其 东 和 东 南 与 蚀 源 区 相 邻 。 区内线性 构 造 发 育 , 走 向 主 要 为 N W 及 N E 向 , 其次是近 SN 向 。这些线性构造活动特点 以断块的抬升活动为主 。北东东向的民乐2新 民断裂 、大罗镇2柳河断裂可能构成本区地下 水的局部排泄源地 (图 1) 。11 3岩相古地理特征1区域地质背景11 1地层研究区位于 松 辽 盆 地 内 , 除 东 北 部 及 东 南部山地 丘陵 外 , 在 第 四系 松散 沉积 物 之 下普遍发育 巨厚 的中 生 界白 垩系 地 层 , 自 下 而上分为 : 泉 头 组 ( K2 q) : 分 布 广 , 但 在 本 工 作区内出 露很 少 , 仅 在 向阳 山林 场和 横 太 水文站一带 有 零 星 露 头 。主 要 为 棕 红 色 泥 岩 、 粉砂质泥岩和灰白色细砂岩 , 底部为砂砾岩 ,呈韵律沉积 。青山口组( K2 qn) :松嫩盆地内分布广泛 , 主 要 为 黑 、绿 色 泥 岩 及 砂 岩 , 但工作区内未见露头 , 含动 、植物化石较丰富 。 姚家组 ( K2 y) : 分布 范围 大 于 青 山 口 组 , 岩 石构成 以 泥岩 为主 , 夹砂 岩 , 工 作 区 内 有 零泉头组 ( K2 q) 沉 积 时 期在 登 娄 库 组( K2 dn) 基础上 ,星出露 。嫩江组( K2 n) :底部为黑灰色页岩 ,其早期属充填式沉积 , 故于中部为深 灰色 泥岩 与 灰白 色粉 细 砂岩 , 顶 部为泥质砂岩 、细砂岩 、中粗砂岩及含砾砂岩 ,西 部 和 北 部 盆 地 边 缘 无 沉 积 或 沉 积 很 薄 , 由国防科工委铀矿地质专项基金 。 收稿日期 2003212211 改回日期 2004203228 作者简介 韦红钢 (1972 ) , 男 , 讲师 , 1998 年毕业于东华理工学院水文地质专业 , 获硕士学位 。第 5 期韦红钢 , 等 : 庆安 铁力地区铀矿水文地球化学找矿研究301 图 1 庆安 铁力地区水文地质略图Fi g1 1 Sket ch hydro geolo gic map of Qi nga n Tieli a rea1 地下水流向 ; 2 局部排泄源 ; 3 地下水分区界线 ; 4 地下水类型 : 河谷平原区第四系 砂砾石孔隙潜水 ; 高平原区第四系砂砾石孔隙承压水 , 白垩系砂岩 、砂砾岩承压水 ;山地丘陵区基岩裂隙水 。具红色色调杂色砂岩组成 , 局部出现砂砾岩 。本组早期处于断坳陷发育时期 , 具有多中心 、 多物源 、近 物 源 、填 平 补 齐 的 沉 积 特 点 , 以 河流相 沉 积为 主 ; 中 期为 坳 陷 初 期 , 具 有 多 物源 、多体系 、呈放射状向中心汇集的特征 。 以河流相沉积为主 ; 期末局部为沼泽相 、浅2 滨湖相及半深水相 , 沉积厚度为 7001900 m , 见少量 介 形虫 、叶肢 介 、双 壳 类 及 植 物 化 石 等 。泉头组古气 候 为 干 燥 型 , 早 中 期 气 候 比 较干燥 、降雨量少 、河流量少 , 湖泊面积小 , 甚至导致低能河流干枯 ; 末期转为温湿气候 。大地区的沉积作用 。沉积相带宽且发育齐全 。本组早期 沉 积 时 气 候 潮 湿 , 整 个 湖 盆 快 速下沉 , 是 一 个 广 泛 的 湖 侵 期 , 湖 面 广 阔 , 达 6000 k m2 。姚家组 ( K2 y) 沉积时期 主要以温湿气 候为主 。嫩江组 ( K2 n) 沉积时期 为盆地最大湖 侵期 , 甚至 超 出 盆 地 现 有 边 界 。为 深 湖 、浅湖和浅滩相细粒碎屑沉积 。2区域水文地质条件21 1 地下水的赋存条件与分布规律工作区位 于 松 嫩 平 原 东 部 , 由 小 兴 安 岭 南端西北麓的 低缓 丘 陵区 过渡 到 山前 倾斜 平原区 , 海拔 170 400 m , 具有典型的自流水 斜地性质 。地质构造控制了全区的地貌轮廓 , 也控制 了区 域 水文 地质 条 件 。受 构造 运 动 的 影响 , 本 区于 白垩 世 堆 积 了 巨 厚 的 砂 岩 、砂砾岩 , 其中 孔 隙 、裂 隙 较 发 育 , 而 第 三 系 地青山口组 ( K2 qn) 沉积 时期在 盆 地内分布 广 泛 , 湖 侵 进 一 步 扩 大 。三 肇 、大 同 、古龙一 带 以 深 湖2半 深 湖 相 的 黑 色 页 岩 为 主 , 安达 、泰 康 、泰 来 一 带 则 为 浅 湖 相 的 泥 岩 、 砂岩呈不等厚互层 , 再向西和北为湖相2滨湖 相2三角洲相 。盆地北部始终存在 4 个物源区 , 而且物源 是最 大的 , 控 制着 中央 隆起 以 西 广302 铀 矿 地 质第 21 卷层缺失 。早 更新 世以 来 又陆 续沉 积了 较 厚 的第四系松 散堆 积物 , 从 而为 地下 水的 赋 存 提 供了较为有利的条件 。呼兰河及其 各 支流 河谷 漫 滩 堆 积 了 一 定 厚度的现 代冲 积物 , 并 赋存 了较 为丰 富 的 孔 隙潜水 。南部及东南 部 为 由 侵 入 岩 、火 山 岩 及 少 量碎屑岩 组成 的山 地 丘陵 区 , 因 受构 造 运 动 和风化作 用影 响 , 岩 石 在一 定深 度内 裂 隙 发 育 , 接受大 气降 水补 给 后可 形成 具一 定 规 模 的基岩裂隙水 。21 2 水文地质单元的划分根据区域地 质 条 件 、地 下 水 赋 存 特 征 和 水文地质结构 , 工作区可分为 2 个水文地质单 元 :(1) 山区 基 岩 水 文 地 质 单 元 。位 于 工 作 区东南部山区 ,地形上东南高 ,西北低 ,以赋存风化裂隙水和构造裂隙承压水为特征 ,接受大气降水和山区地表水补给 , 地下水 流 向 S E N W ,排泄方式为地下径流和各类泉水 。(2) 沉积 盆 地 水 文 地 质 单 元 。位 于 庆 安铁力平 原区 , 以 赋存 松散 岩 类 孔 隙 潜 水 及 承压水和碎 屑 岩 裂 隙 孔 隙 层 间 ( 承 压) 水 为 特征 , 接 受基 岩 裂隙 水 、大 气 降 水 和 地 表 河 水的补给 , 排泄方式为沼泽湿地和地下径流 , 通常以河谷洼地为排泄区 。21 3 地下水类型与含水岩组的划分根据地下水 赋 存 条 件 、水 理 性 质 和 水 力 学特征 , 将 本区 地下 水 类型 及含 水岩 组 进 行 了划分 (图 1) 。(1) 呼 兰河 及其 支 流河 谷平 原区 第 四 系 砂砾石孔 隙 潜 水 ( ) 。赋 存 于 漫 滩 区 ( 全 新 统) 砂 、砂砾石层中 ,含水层厚 310 m ,出水量 为 1050 m3 / h ,其中呼兰河河谷单井涌水量为 3050 m3 / h ,其它河谷单井涌水量为 1030 m3 / h ,含水层 之上 覆 盖薄 层的 淤泥 质 亚粘 土 ,水位埋深小于 5 m 。矿化度小于 1 g/ L ,水 化学类型为 H CO3 2Ca 型 。(2) 高 平原 区第 四 系砂 砾石 孔隙 承 压 水( ) 。地下水 赋 存 于 第 四 系 中 更 新 统 砂 砾 石层中 , 含水层厚度为 426 m , 含水层顶板埋深为 1038 m , 承压水水位埋深为 310 m ,单井涌水量一般为 1030 m3 / h , 局部地段达100 m3 / h 以上 , 矿化度小于 1g/ L , 水化学类 型为 H CO3 2Ca Na 或 H CO3 2Ca M g ( M g Ca) 型 。(3) 白 垩 系 砂 岩 、砂 砾 岩 承 压 水 ( ) 。 广泛分布于全区 , 含水层顶板埋深为 50 90m , 含水层厚度为 518 m , 水位埋深为 1020 m 。砂岩及与之 互层 泥岩 中 裂隙 发育 , 单 井涌水量为 1050 m3 / h , 地下水水化学类型 主要 为 H CO3 2Na 型 , 矿 化 度 多 小 于 1 g/ L 。 白垩系泉头组 地层 是 工作 区砂 岩 型铀 矿成 矿 的主岩 , 是 本 次 水 文 地 质 调 查 工 作 的 重 点 。 泉头组 承压 含 水系 统 为 一 套 灰 绿 、灰 白 、紫 灰色砂岩 、泥 质 砂 岩 , 底 部 砂 岩 、砾 岩 较 发 育 , 在工 作区 向阳 山 林 场 有 出 露 。岩 层 走 向 EW , 倾向 SN , 倾角 512。向上渐变为红 色砂岩 、泥 岩 互 层 , 再 向 上 变 为 灰 色 、灰 绿 色的泥岩 、砂质泥岩 , 有时夹薄层粉细砂岩 。 红色砂 岩 、泥 岩在 工 作 区 东 部 有 出 露 。钻 孔 揭露含 水层 岩 性在 盆 边 为 砂 岩 、砂 砾 岩 , 往 盆心为 细砂 岩 或粉 砂 岩 , 分 布 较 稳 定 , 常 由 多个含水层组成 , 单层厚 2 5 m , 水位埋深 大于 15 m 。据抽水试验资料 , 该含水层渗透 系数达 2 m/ d 以 上 , 说 明 含 水 层 岩 层 松 散 , 渗透性能良好 。(4) 山地丘陵区基岩裂隙水 ( ) 。分布 于本区 东南 部 山地 丘陵 区 , 地 下 水赋 存 在 古 生界变 质岩 、中生 界 火山 岩和 花 岗岩 的 构 造 风化裂隙中 。风化裂隙成面状分布 , 厚 2050 m 。地形起伏较大 , 水位埋深为 030 m , 井的出水量变化较大 (130 m / h) , 局部溢出地表成泉 , 水质较好 , 矿化度小于 01 5 g/ L 。3研究 区 地 下 水 的 补 给 、径 流 、排 泄条件由于本区的地形地貌 、地层岩性及构造 、 水文等 自然 条 件存 在较 明 显的 差异 , 地 下 水 的补给 、径流 、排泄状况亦有所不同 。3第 5 期韦红钢 , 等 : 庆安 铁力地区铀矿水文地球化学找矿研究303 南部及东南 部 山 地 丘 陵 区 , 系 小 兴 安 岭侵入岩 、火 山 岩 、碎 屑 岩 出 露 区 , 受 风 化 作 用及构 造 运动 影响 , 岩石 中 裂 隙 发 育 , 大 气 降水垂直 入渗 赋存 于 裂隙 带 , 形 成山 地 丘 陵 区基岩裂 隙水 , 其径 流 条件 主要 取决 于 地 形 及构造 条 件 , 总 的径 流趋 势 由 高 向 低 , 侧 向 补给平原 区地 下水 , 在 切割 强烈 处以 泉 的 形 式溢出地表 , 同时存在蒸发排泄及人工排泄 。 高平原区东 南 部 与 山 地 基 岩 接 触 , 构 成 强透水补 给边 界 , 可 得 到山 区地 下水 侧 向 径 流补给 , 含水 层 局部 盖层 较 薄 , 易 于 接 受 降 水入渗 补 给 , 补 给强 度较 大 。地 下 水 总 体 流 向自东南流往西北 , 水力坡度平均为 5 。由 于地处山 前 , 补 给 充 分 , 砂 体 较 为 发 育 , 径 流条件较 好 。构 造河 谷 洼地 为地 下水 良 好 排 泄场所 , 如民乐2新民断裂 、大罗镇2柳河断裂 (柳河河谷洼地) 为局部排泄源地 , 呼兰河河 谷洼地 (呼兰 河 断 裂) 为 本 区 地 下 水 区 域 排泄源地 (图 1) 。 发育于山地 的 数条 河流 将 高 平 原 区 切 割成若干河 间 地 块 , 形 成 局 部 地 下 水 分 水 岭 , 可导致地 下水 局部 流 向改 变 。本 区高 平 原 区 的第四系砂砾石 含水 层 的径 流条 件取 决 于地 理条件和 含水 层特 性 。因该 区地 下水 位 普 遍 高于漫滩 区 , 故 该层 水 除了 沿流 向向 下 游 径 流排泄外 , 还可 以侧 向 径流 的形 式补 给 河 谷 漫滩区潜 水 , 或 于大 型 河床 底部 直接 补 给 河 水 , 并有 一定 规 模的 人工 排 泄 。在 砂 砾 石 层 之下存在 着白 垩系 砂 岩含 水层 , 虽然 中 部 有 一定厚度 泥页 岩相 隔 , 但仍 有可 能存 在 二 者 相互间的越流排泄 。顶板埋深为 5090 m 的白垩系砂岩 ( 或 砂泥岩 互 层) 中赋 存 不均 匀层 间 裂隙 水 , 含 水岩组厚 度比 较稳 定 , 其中 地下 水流 向 大 体 同其上覆 第四 系砂 砾 石承 压水 一 致 , 含 水 层 主要接受 区外 侧向 径 流补 给 , 局 部受 上 覆 第 四系砂砾 石承 压含 水 层的 越流 补 给 。水 径 流 交替较 迟 缓 , 以 侧向 径流 排 泄 为 主 , 同 时 有 一定数量的人工排泄 。总之 , 本区具有良好的地下水补给 、径流 、排泄条件 , 地下水总体由东南流往西北 。区域排泄源在构造河谷呼兰河河谷洼地 , 补给区与 径流区之间还存在若干局部排泄源地 。这为层 间氧化带型铀矿化的形成创造了良好条件 。4地下水水化学特征为了解本 区 地 下 水 的 水 化 学 特 征 , 由 蚀源区至盆地中 心采 集 了水 质分 析 样品 送室 内Eh 、p H 、 Fe3 + 、 Fe2 + 、 SiO2 、分 析 , 并 对H2 S 等组分 进 行了 现场 测试 。根 据测 试数 据与收集的 资 料 , 绘 制 了 庆 安 铁 力 地 区 地 下 水水质三线图 ( 图 2) , 对工作区地下水进行 了水质 类型 的 分区 。本区 地下 水 分布 主 要 以 H CO3 2Ca 、 H CO3 2Ca Na 、 H CO3 2Ca M g型水 为 主 , 也 有 部 分H CO3 2Ca M g Na 、H CO3 2Ca M g 、 H CO3 SO4 2Ca Na 及H CO3 SO4 Cl2Ca Na 等 类 型 的 地 下 水 。总体看 , 矿化 度由 盆 地边 缘往 盆 地较 中 心 部 位逐渐增 高 , 水 化学 类型 则 由 H CO3 型逐 渐 演变为 H CO3 2Cl 型 , 符合盆地地下水的水文 地球化学分带规律 。图 2 庆安 铁力地区地下水水质三线图Fi g1 2 Tria ngle diagra m fo r i nt erp reti ng gro undwat er che mical qualit y of Qi nga n Tieli a rea地下水的含铀性551 1地下水中的铀 、氡含量及分布特征为研究本 区 地下 水的 放 射 性 水 文 地 球 化 学特征 , 对本 区地 下 水 , 特 别 是 对 距 蚀 源 区304 铀 矿 地 质第 21 卷20 k m 范围内的地下水进行了系统的放射性水文地质调查 , 采集了 202 个铀 、氡水样 。 根据 测 试 结 果 数 据 绘 制 成 地 下 水 中 铀 、氡分布图 (图 3 、图 4) 。同时 , 结合间距统计 量法进行 U 、Rn 异常下限的确定 , 从中可以 清楚地 看 出 , 向 阳山 林场 一 带 为 铀 、氡 复 合 异常区 。小烧锅至老石厂一带为单氡异常区 , 且有零星铀异常分布 。区地下水中的 V 、Mo 、Re 含量与铀的关系得出 , U2V 、U2Mo 均有 较明 显 的正 相 关 关 系 ,但 U2Re 相关不够明显 。51 3地下水中铀的存在形式本区地下 水 中铀 的存 在 形 式 采 用 最 新 版 本 的 地 球 化 学 模 式 程 序 P H R E EQ C ( Pa2k h ur st , 2000) 进行 。计算的结果表明 , 工作区地下水中的铀主要以 U O2 ( CO3 ) 22 的形式2存在 , 其 次 是 U O2 ( CO3 ) 42 和 U O2 CO3 ,少3量以 U O2 O H + 的形式存在 。6成矿远景区预测本研究区的目的层具有如下有利成矿条件 :(1) 有利 的 古气 候条 件目 的层 形 成 期为半干旱2干旱古气候 。目的层形成后经历了多次温 湿与 干 旱交 替古 气 候的 演变 。第 三 纪 以来长 期处 于 干旱 、半 干 旱 气 候 条 件 , 有 利 于层间氧化带的发育 。(2) 有利的岩性2岩相条件 目的层泉头 组属于陆 源 碎 屑 岩 , 砂 体 为 杂 、灰 色 , 岩 性 为含砾 砂岩 及 中粗 砂岩 , 总体 上 砂泥 结 构 较 好 , 而且地层倾角较为平缓 ( 15) 。发育有 辫状河 流相 和 三角 洲相 , 且很 可 能存 在 后 生 还原条件 , 即某些油气组分沿构造侵入 。图 3 庆安 铁力地区地下水中铀含量等值线图 ( 1026 g/ L )Fig1 3 Isoco ncent ratio n map of ura ni u m i n gro undwat er of Qi nga n Tieli a rea(3) 有利 的 构 造 条 件庆 安 铁 力 地 区在泉头 组沉 积 时是 沉降 缓 慢的 斜坡 区 , 第 四纪以后 , 由于 差异 升 降 运 动 , 东 南 部 强 烈 隆 升 , 最大超过 1000 m , 向北隆升幅度逐渐降 低 , 一般小于 10, 有利于地下水的补给 、径 流 、排泄 。图 4 庆安 铁力地区地下水中氡含量等值线图 (Bq/ L )Fig1 4 Isoco ncent ratio n map of rado n i n gro undwat er of Qi ngan Tieli a rea(4) 有利 的 后生 还原 条 件泉头 组 主 要形成于干热气候条件下 , 砂体中有机质不富 ,但松辽 盆地 盛 产油 气 , 该 区可 能 具备 后 生 还 原障 , 但需做进一步工作 。(5) 有利 的 水 动 力 条 件庆 安 铁 力 地51 2地下水中稀有元素含量与铀含量的关系层间渗入铀 矿 化 作 用 , 常 常 也 会 产 生 其 它成矿元素 (如 V 、Mo 、Re 等) 的富集 。因 此 , 这些元 素在 地下 水 中含 量的 增高 常 可 作 为间接的 找 矿 标 志 。通 过 研 究 庆 安 铁 力 地区自晚 白垩 纪 以来 , 属于 渗入 型 的自 流 水 盆地 , 且地 层总 体上 向 西 北 缓 慢 倾 斜 , 有 利 于 地下水的 补 给 、径 流 、排 泄 。通 过 同 位 素 分 析 , 补给 区在 研究 区 东 南 部 的 基 岩 山 区 , 径 流区为工作区 , 存在的局部排泄区有民乐2新第 5 期韦红钢 , 等 : 庆安 铁力地区铀矿水文地球化学找矿研究305 民断裂 、大罗镇2柳河断裂 , 呼兰河河谷洼地(呼兰河断裂) 为 本 区 地 下 水 区 域 排 泄 源 地 。 这种地 下 水的 补给 、径流 、排 泄 条 件 有 利 于 形成砂岩型铀矿化 。根据该区层 间 氧化 带砂 岩 型 铀 矿 的 形 成 条件 , 预测两片铀成矿远景区 :(1) 向阳山林场与八里川之间的地段 该地段距盆地南部边缘约 3 10 k m , 是本区的一 级铀 成矿 远 景区 。 其 北部 存 在 大 罗镇2柳河断裂 、民乐2新民断裂 , 是地下水的 局部排泄 源地 ; 目 的 层泉 头组 砂体 较 为 发 育 , 并有良 好的 泥岩 隔水 层 ; 向 阳 山 附 近 砂体处于 氧化 环境 , 沿 水流 方向 追索 该 层 砂 体可能找到铀矿化体 ; 存在 U 、Rn 复合异 常晕 ; 地表有铀矿化异常显示 。(2) 小烧锅 大罗镇 老石厂之间的地段本区的二级铀成矿远景区 。成矿条件与 A 地段相似 , 但存在单 U 、单 Rn 异常 , 而 U 、Rn复合异常晕少见 。 参考文献 1 黑龙江省地矿局 1 黑龙江区域地质志 M 1 北京 : 地质出版社 , 19931 2 A1 K1 利西秦 1 成 矿 作 用 水 文 地 球 化 学 M 1北京 : 原子能出版社 , 19831 3 蒋 芸译 , 地下水的排泄源是形成水成铀矿床的 聚矿构 造 J 1 西 北 铀 矿 地 质 , 19931 19 ( 1 ) :7982 . 4 Parkhurst D1L1 , Tho rstenso n D1 C1 , Plummer L1 N11 P HR EEQ E2a co mp uter p rogr