Analysis of the relationship between sedimentary characteristics and uranium deposits from the Neogene Shizigou Formation in Huatugou area, Northwest Qaidam Basin
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摘要:
研究目的 柴西北缘花土沟地区发育典型砂岩型铀矿床，铀储层为七个泉组、狮子沟组及油砂山组，狮子沟组介于七个泉组与油砂山组之间，正确认识狮子沟组沉积特征与砂岩型铀矿关系成为亟待解决的地质问题。
研究方法 本文基于柴达木盆地砂岩型铀矿找矿工作，研究了狮子沟组沉积特征，分析了狮子沟组地层层序格架、成因机制、物源特征与铀矿关系。
研究结果 跃进2号地区ZK10杂砂岩颜色为棕红色，主体上为钙质泥砂岩，属碳酸盐陆源碎屑杂砂岩，CIA=37.79~69.14，ICV=0.84~2.13，Σ=1.39~2.14，K2O/Na2O=0.90~1.18（平均为1.06），说明杂砂岩中钾长石或钾矿物较多。224~240 m处测得的GR为0~30 API，RT为-5~45 Ω·m，测井相为箱型，曲线的幅度较大。K2O/Al2O3=0.22~0.27，Ni/Co=0.34~0.53。
结论 狮子沟组在该地区为河流相沉积环境，其上段源岩物质为干燥寒冷的古气候环境下的首次沉积，含有黏土物质较少。杂砂岩原岩形成于大陆岛弧环境，其源岩为浅源的碱性长石数量较少的长英质岩石，该组沉积环境非常有利于铀矿形成。
Abstract:This paper is the result of mineral exploration engineering.
Objective Typical sandstone type uranium deposits are developed in Huatugou area, Northwest Qaidam Basin. The uranium reservoirs are Qigequan Formation, Shizigou Formation and Youshashan Formation, while Shizigou Formation is somewhere in between Qigequan Formation and Youshashan Formation. It is an urgent geological problem to correctly understand the relationship between sedimentary characteristics of Shizigou Formation and sandstone-type uranium deposits.
Methods In this paper, the sedimentary characteristics of Shizigou Formation are studied based on the sandstone-type uranium deposit prospecting work in the Qaidam Basin, and we analyzed the stratigraphic sequence frame, cause mechanism, provenance characteristics and their relationship with uranium ore from Shizigou Formation.
Results The colour of greywacke collected from ZK10 in Yuejin 2 area is brownish red, while the main body is calcareous argillaceous sandstone, which belongs to carbonate terrigenous clastic greywacke. Specific value of CIA=37.79-69.14, ICV=0.84-2.13, Σ=1.39-2.14, K2O/Na2O=0.90-1.18 (the average is 1.06), which indicated that there are relatively much more potassium feldspar or potassium minerals in the greywacke. The measuring result from a depth of 224 to 240 meter is GR=0-30 API, RT=-5-45 Ω·m. The logging facies is box type, and the amplitude of the curve is large. The measuring result of greywacke is K2O/Al2O3=0.22-0.27, Ni/Co=0.34-0.53.
Conclusions The sediment environment of Shizigou Formation in Yuejin 2 area belongs to fluvial facies. The source rocks of the upper Shizigou Formation contain less clay material, and were deposited for the first time under the dry and cold paleoclimate environment. The source rock of greywacke in the Shizigou Formation were formed in the continental island arc environment, which the sedimentary source rock of the greywacke is the alkali feldspar with a small amount of felsic rocks. The sedimentary environment of the formation is very conducive for the formation of uranium deposits.
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1. 引言
新生代地层在柴达木盆地内发育良好，连续且齐全的各级地层沉积序列得以完好保存。自新生代早期以来柴达木盆地由于地势原因发育成为一个内流汇水型盆地，周缘各期造山运动所剥蚀的各类陆源碎屑物质汇聚于此，而盆地内沉积层序特征及其各层序内部组成体系域特征是地壳沉降、湖盆水平面升降以及碎屑沉积物供给之间多种因素相互作用的产物，因此柴达木盆地的沉积地层层序可以详细记录以往地质运动过程，提供盆地内部及周边造山带各种地形地貌构造演化，如隆升剥蚀过程等详细和完整的构造运动（Yin et al., 2002，2007；Wang et al., 2006；辛后田等，2006；惠博等，2011；王艳清等，2012；宋光永，2020；张超等，2020）。前人对柴达木盆地板块归属、构造运动及沉积体系特征等方面做过很多研究，如方世虎等（2013）指出柴北缘在构造上缺乏主要滑脱层，在晚新生代强烈走滑与挤压等运动调整的控制下主要发育古老基底卷入式构造运动，形成独特的上、下构造层运动变形较一致的“破碎型”地层构造体系；王桂宏等（2004）发现在喜马拉雅运动阶段晚期，柴西北缘英雄岭与其附近区域基底由于受近SN向的区域挤压构造作用而大幅隆升，导致英雄岭地区隆起，其南侧局部地区产生拉张构造环境, 尕斯断陷湖盆也随之形成；吴因业等（2005）指出柴达木盆地的沉积层序特征由于受强烈构造活动和古气候变化等因素的影响，新近系属前陆期沉积，上新世狮子沟组沉积层序地层基本格架属新近系前陆盆地中前陆期Ⅲ级地层层序Ⅳ(SQ15)序列，发育属于盆地内湖退体系域（RST）中的沉积体系；隋立伟等（2014）认为从狮子沟组（N32）沉积时期开始，由于构造抬升作用强烈，沉积的地层发生剥蚀且剥蚀盖层厚度较大，构造带在该期断裂构造作用强烈。虽然前人已做过较多研究工作，但由于侧重的具体时期、区域、地层层位和研究方向不同，对该区域狮子沟组沉积相系勘查、物源特征及其与铀矿关系分析研究程度很低，狮子沟组源岩构造背景研究较为薄弱。
物源特征不仅影响铀矿储存沉积序列及铀运移路径，同时可控制含铀流体及赋铀砂体展布。本次研究中狮子沟组是指柴达木盆地西北部的一个区域，是研究柴北缘沉积特征及物源分析的重要窗口，本文通过对野外实测剖面和钻孔沉积相和精细层序地层学研究，包括对剖面编录、剖面岩性、测井岩心及室内薄片镜下鉴定等综合研究工作，对狮子沟组基本沉积特征描述、地层层序格架的构建和其成因机制解释等多个方面进行研究。在确立剖面、钻井基本层序地层特征的基础上，结合对跃进2号地区ZK10上新统狮子沟组杂砂岩的地球化学特征分析并运用主量元素及部分微量元素地球化学技术方法在沉积物物源分析中的应用，紧密结合区域乃至全盆地的地质构造背景开展深入的沉积地层层序研究，厘定高精度地层层序内部结构并探讨其时空展布规律，确定精确的沉积物源信息及源岩构造背景，最终确立研究区新生代狮子沟组沉积演化、物源特征及其与铀矿关系。
2. 区域地质概况
柴达木盆地位于欧亚大陆腹地，青藏高原东北部核心部位，青海省西北部（图 1a），南北宽约300 km，东西长约800 km，面积约26万km2，是一个巨大的典型菱形山间盆地，其西北为阿尔金山脉，西南为昆仑山脉，东北为祁连山脉（袁剑英等，2006；付锁堂，2010）。盆地呈北西西—南东东方向展布，构造带大体呈北西向展布，为中国四大盆地之一。其大地构造位置处于古特提斯喜马拉雅构造带与古亚洲构造域的结合部位（陈世悦等，2000）。根据板块构造理论分析，其应属于塔里木—中朝板块，位于冈底斯板块、扬子板块、哈萨克斯坦板块、印度板块和西伯利亚板块之间。
1—研究区范围；2—山脉；3—断裂；4—背斜构造单元；5—湖泊Figure 1. Simplified geological map of Tibetan Plateau and nearby area (a, after Wang Liang et al., 2010), DEM (Digital elevation model) map of Qaidam Basin (b, after Zhang Chao et al., 2020) and tectonic location map of Shizigou area, Qaidam Basin (c, after Lu Linlin et al., 2008)1-Study area; 2-Mountain range; 3-Fault; 4-Anticlinal unit; 5-Lake柴达木盆地总体上呈现边缘高、中间低，西北高、东南低的特点，是青藏高原北东部在侏罗纪地块的基础上由于复杂构造运动发育起来的中新生代沉积盆地（戴俊生和曹代勇，2000；戴俊生等，2003；蒋荣宝等，2008），盆地内部发育较厚的新生代地层，而其中新生代地层在盆地边缘的山前斜坡地带出露较多，盆地中部主要覆盖第四系沉积地层。新生代地层自上而下发育有七个泉组（Q1-2q）、狮子沟组（N2s）、上油砂山组（N2y2）、下油砂山组（N2y1）、上干柴沟组（N1g）、下干柴沟组（E3g）及路乐河组（E1-2l）共7套地层（曹国强等，2005；郭泽清等，2005）。
研究区位于柴达木盆地西北缘（图 1b），所属的盆地一级构造单元为柴西隆起；柴西隆起位于盆地西南部，基底为古生代浅变质岩系，具有相对柔性特征。西北界为阿尔金山，盆山之间深层以断裂接触，浅层为超覆接触；西南界为祁漫塔格山，盆山之间断褶带过渡，以断裂接触为主。二级构造单元主要是茫崖凹陷亚区狮子沟—油砂山构造带，构造带发育期主要为中新世，早期表现为次级小断块同沉积背斜构造，后期经压扭性构造强化，研究区位于油砂山Ⅱ号逆断层上盘，油砂山构造带油砂沟高点的西北部，加持于油砂山—干柴沟—油泉子一带与红柳泉断裂之间（图 1c），狮子沟组岩石地层特征在该地区非常具有代表性，其上部为第四系七个泉组，下部为上油砂山组（图 2）。
3. 狮子沟组地层结构
本次工作，在花土沟狮子沟地区进行了狮子沟组（N2s）剖面测量，剖面总体方位为222°，剖面长1.25 km。四川核工业283地质大队测的狮子沟组在狮子沟地区总体厚度约994 m，从实测剖面图可以看出，沿剖面方位，水平层理发育，岩性变化为砾岩、砂砾岩、粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩，岩性粒度表现为简单的从粗到细再到粗的沉积旋回（图 3）。由实测剖面可知，大套粉砂质泥岩夹砂砾岩层及粉砂岩为新近系狮子沟组（N2s）的主要岩性特征（图 4）。
图 3. 花土沟狮子沟地区狮子沟组实测剖面图❷1—残破积物；2—砾岩；3—粗砂岩；4—中砂岩；5—细砂岩；6—粉砂岩；7—泥岩；8—地层分界线；9—角度不整合；10—地层产状Figure 3. Measured section of the higher Shizigou Formation in Huatugou Shizigou area❷1-Residual deposit; 2-Conglomerate; 3-Coarse sandstone; 4-Medium sandstone; 5-Fine sandstone; 6-Siltstone; 7-Mudstone; 8-Stratigraphic boundary; 9-Angular unconformity; 10-Stratigraphic attitude
图 4. 花土沟狮子沟地区狮子沟组（N2s）岩性柱状图1—砾岩；2—粗砂岩；3—中砂岩；4—细砂岩；5—泥岩；6—砂质泥岩Figure 4. Lithologic histogram of the Shizigou Formation (N2s) in Huatugou Shizigou area1-Conglomerate; 2-Coarse sandstone; 3-Medium sandstone; 4-Fine sandstone; 5-Mudstone; 6-Sandy mudstone在花土沟跃进二号地区施工的钻孔ZK10内也揭露了狮子沟组（N2s）。从钻孔中可知，狮子沟组（N2s）颜色主要以绿灰色及灰红色为主，夹少量的棕红色、棕色及灰棕色，岩性主要为粉砂质泥岩、泥岩及粉—细砂岩（图 5a、b），局部夹少量的粗砂岩、含砾砂岩（图 5c）。与上覆第四系下—中更新统七个泉组（Q1-2q）呈角度不整合接触（图 4）。
图 5. 狮子沟组沉积岩特征a—狮子沟组泥岩与细砂岩分界线；b—ZK10，231.8 m处绿灰色粉—细砂岩；c—ZK10，229.3 m处绿灰色粗砂岩；d—粉砂岩与泥岩分界线；e—细砂岩；f—含矿砂岩；N2s—狮子沟组；N2y2—上油砂山组；Qz—石英；Pl—斜长石；Kfs—钾长石；Cal—方解石；Py—黄铁矿；Mt—磁铁矿Figure 5. Sedimentary rock characteristics of Shizigou Formationa-Boundary between mudstone and fine sandstone; b-Green gray powder-fine sandstone from ZK10, 231.8 m; c-Green gray crude sandstone from ZK10, 229.3 m; d-Boundary between powder sandstone and mudstone; e-Fine sandstone; f-Ore-bearing sandstone; N2s-Shizigou Formation; N2y2-Upper Youshashan Formation; Qz-Quartz; Pl-Plagioclase; Kfs-K-feldspar; Cal-Calcite; Py-Pyrite; Mt-Magnetite狮子沟组上段岩性在显微镜下见较明显混合分层沉积特征（图 5d），砂岩由砂（约80%）和填隙物（约20%）组成，杂基支撑，其中砂分选性较差，以粒度小于0.25~0.5 mm的中砂为主，含少量粒度小于0.06~0.25 mm的细砂和极少量粒度小于0.5~1.1 mm的粗砂，粒度小于0.03~0.06 mm的粉砂含量少于3%，砂磨圆整体呈次棱角状、次圆状，少量呈棱角状。成分为石英、长石、岩屑。其中石英（约31%）以单晶石英为主，含少量石英岩等多晶石英，单晶石英波状消光明显。长石（约45%）有钾长石和斜长石，斜长石具轻微—中等程度绢云母化。岩屑（约4%）有绢云母千枚岩、灰岩、单晶方解石（Cal）、霏细岩和鳞片状白云母等（图 5e）。含有极微量的重矿物如白钛石、角闪石、榍石等，零星散布。填隙物由粒度小于0.03 mm的细粉砂和泥质杂基（14%）、不均匀分布的泥晶方解石胶结物（4%）及他形晶的粒度小于0.01~0.2 mm且不均匀分布的黄铁矿及磁铁矿（2%）组成（图 5f）。董桂玉等（2007）将黏土矿物与碎屑矿物统一归于陆源碎屑，花土沟狮子沟组杂砂岩主体上为钙质泥砂岩，属碳酸盐陆源碎屑杂砂岩。
4. 样品采集、测试方法及结果
样品采集自跃进2号地区狮子沟组ZK10 223~241 m处，该段位于狮子沟组上段，岩性较完整且为典型富铀层位，能够很好代表狮子沟组综合岩性特征，共涉及14件样品（图 1，图 6），样品为灰绿色及棕红色杂砂岩，岩石固结程度为较疏松，碳酸盐含量为Ⅰ级，遇盐酸起泡。样品测试工作委托核工业新疆理化分析测试中心完成，包括主量元素及部分微量元素分析，其中主量元素用AxiosmAx-Icap6300型X射线荧光光谱仪测试完成，部分微量元素用NexION 350X-Icap6300 ICP-MS原子荧光X射线荧光光谱仪进行测试，实验测试执行标准分别为主量元素GB/T14506.1-2010和微量元素GB/T14506.30-2010，全部测试分析误差小于5%。
图 6. 跃进2号地区狮子沟组ZK10 223~241 m综合柱状图1—含砾砂岩；2—粗砂岩；3—中砂岩；4—细砂岩；5—粉砂岩；6—粉砂质泥岩；7—泥岩；8—自然伽马；9—电阻率Figure 6. Composite columnar diagram of Shizigou Formation of ZK10 223-241 m in Yuejin No.2 area1-Gravelly sandstone; 2-Coarse sandstone; 3-Medium sandstone; 4-Fine sandstone; 5-Siltstone; 6-Silty mudstone; 7-Mudstone; 8-Natural gamma; 9-Resistivity主量元素和微量元素测试结果（表 1）显示，14件砂岩样品常量元素化学成分SiO2、Al2O3、CaO、K2O、Na2O、Fe2O3、MgO、FeO平均含量分别为64.66%、13.05%、3.95%、3.13%、3.00%、2.02%、1.86%和1.84%，TiO2、P2O5和MnO平均含量均小于1%，LOI=0.49%~12.50%，表明砂岩样品中可能含有部分碳酸盐和有机质。CIA（化学蚀变指数）=[Al2O3/ (CaO*+Al2O3+K2O+Na2O)×100]，其中CIA计算要对CaO校正扣除化学沉积的CaO摩尔分数，CaO*= CaO-(10/3×P2O5)(Johnsson and Basu, 1993)；ICV（成分变异指数）=（CaO+K2O+Na2O+MgO+TiO2+MnO+Fe2O3)/Al2O3，为减小富钾矿物和后期成岩导致的K富集，ICV计算要对样品通过A-CN-K图解进行K校正（Nesbitt and Young, 1989; Cox et al., 1995）；σ（里特曼指数）=(K2O+Na2O)×(K2O+Na2O)/(SiO2-43)；样品CIA=37.79~69.14，ICV=0.84~2.13。Σ=1.39~2.14，K2O/Na2O=0.90~1.18，平均为1.06，说明杂砂岩中钾长石或钾矿物较多。
表 1. 狮子沟组杂砂岩样品主量元素和部分微量元素测试分析结果Table 1. Results of major and trace element analyses of mixed rocks of the Shizigou Formation
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5. 讨论
5.1 沉积环境
喜马拉雅中期地质构造事件主要开始于新近系中新世末期（N12），结束于新近系上新世中后期（N22），此事件在研究区的最主要表现形式是古近纪张扭性构造转变为新近纪以来的压扭性构造环境，花土沟英雄岭西北地区的阿尔金山附近发生隆升作用，盆地沉积中心发生向东和向南的逐渐迁移（王桂宏等，2004）。在柴达木盆地周边表现为上新世狮子沟组与上油砂山组之间的不整合沉积现象（图 5a），此不整合在盆地北部阿尔金山边缘及盆地西部咸水泉等地表现比较明显，新近纪狮子沟组角度不整合于上油砂山组或其他更老地层之上, 在柴达木盆地腹部则多表现为整合接触。柴北缘喜马拉雅期构造晚期运动十分强烈，表现在更新世以来的粒度较粗的砂砾石堆积以角度不整合形式直接覆盖在已褶皱变形的新近系狮子沟组之上（图 2），其相邻区域可见单斜的七个泉组和水平产出的晚更新世生成的砂砾石层。柴北缘阿尔金山系向南逆冲推覆于新近系沉积地层之上，是该期山前构造运动的具体反映，该逆冲构造控制着盆地盖层的沉积作用。
狮子沟组是一套以较粗碎屑为主的沉积，主要发育绿灰色、棕色、棕红色及棕灰色粉砂质泥岩、泥岩、砾岩、砂砾岩夹薄层粉细砂岩组成的多个规模不等、大小不一的向上变细的正韵律旋回（图 4），属低位体系域的河流相沉积或冲积扇相沉积。其下部以粒度较大的粗砂岩、含砾砂岩及少量砾石为主，下部中新世上油砂山组与之呈明显的冲刷风化侵蚀等不整合接触关系，接触部位交错层理发育（图 4，图 5a），砾石分选及磨圆性中等—好，表现为长石、石英及岩屑为砾石成分的砾岩相，为河床滞留沉积的主要特征；中部发育粗—中砂岩，上部发育中砂岩、细砂岩、砂质泥岩及泥岩等；沉积层序由多个上部中砂岩—细砂岩—粉砂岩及砂质泥岩—泥岩互层、中部粗—中砂岩及下部或底部粒度较大的砾岩—含砾砂岩—粗砂岩构成的沉积旋回（图 4）；其中底部及下部细砂岩具较明显的交错层理，中间夹粉砂岩、细砂岩水平沉积层理，层理规模向上越来越小，属于边滩沉积特征；泥岩水平层理发育，属于堤岸沉积特征。而河床滞留、堤岸、边滩沉积三种微相构成一套完整河流相沉积序列。新近系中新世油砂山组和上新世狮子沟组岩石粒度均具有粗—细—粗的沉积变化特征，前者为河湖相杂色细碎屑杂砂岩，后者主要为绿灰色、棕红色粗碎屑杂砂岩，且后者在盆地内的分布范围明显减少，反映了新近纪以来柴北缘陆相盆地由湖相转化为山间河流相，即盆地逐渐收缩的演化趋势。
碎屑沉积岩结构成熟度的高低，可反映古环境下水动力条件及其对沉积地层改造作用的强弱，结构成熟度高可反映古环境为高能潜水环境，反之则代表快速堆积或者低能渗水环境。成分成熟度与结构成熟度常为正相关关系，即成分成熟度高的碎屑沉积岩其结构成熟度往往较高，反映较强的水动力条件，如砂坝、浅滩等沉积环境；成分成熟度低往往反映较低水能古环境，如滨湖、深湖相。根据碎屑沉积岩中不同组分含量及其变化可进行结构成熟度的判断，比如泥质含量高往往可以说明沉积岩结构成熟度及成分成熟度低。对研究区内ZK10采取的杂砂岩进行薄片鉴定，其中大部分样品细砂、粉砂含量较高，泥质含量较少，碎屑物粒度分布不均匀，等粒度聚集呈条带状相间分布，使岩石局部略具层状构造（图 5d）。大部分样品泥质含量较低，说明成分成熟度较高，推测为水动力较强的河流相沉积或河流体系环境。
钻孔测井曲线的形态纵向上的变化可反映沉积过程中沉积能量的变化过程，该过程既包括沉积物分选性及粒度的垂向变化，也包括物源供应和水动力在其沉积过程中的各种变化。曲线的幅度较大一般反映碎屑沉积物粒度粗、泥质含量比较低，分选性较好，可间接反映水流能量较高，碎屑物的沉积发生在高能环境下；反之，代表低能水流特征。由ZK10中224~240 m处测得的GR为0~30 API，RT为-5~45 Ω·m，测井相为箱型（图 4），曲线的幅度较大。综上所述，狮子沟组沉积环境为典型的河流相沉积。
5.2 物源分析
在沉积学中，沉积物源分析包括古地貌的重塑、古侵蚀地区的判别、古河流体系的复原、物源区源岩的性质、沉积盆地构造背景以及古气候的推测判定等，物源分析是恢复古环境及判别盆地在沉积过程中大地构造背景的重要手段，对沉积盆地的研究意义重大。目前主要的研究手段包括岩相的纵向叠置和侧向变化、沉积地层的发育形态（包括不同地层沉积界面和接触关系特征等）、地球化学综合特征及其变化、不同矿物的组合特征及其成分变化等，由于碎屑沉积物性质不同，在搬运、风化及沉积过程中源岩地球化学特征、岩性等会有不同的响应。在某种程度上，沉积物成分和地球化学特征是沉积物源和沉积盆地大地构造背景及古气候古环境的变化函数, 沉积物成分时空变化的不同可反映沉积盆地不同的沉积环境演化特征，而在地球化学方面，不同元素在沉积地层中的富集状况取决于碎屑沉积物的分选搬运沉积、成岩作用、风化作用、不同元素的水动力地球化学性质及物源区源岩性质等因素的综合影响。综合上述因素，地球化学与其他技术方法相结合，为实现物源研究的定性及定量分析提供了可能。
5.2.1 源岩风化作用与沉积环境研究
CIA（化学蚀变指数）可用来反映源岩风化程度（Nesbitt and Young, 1982；刘兵等，2007），而砂岩沉积时期的古气候可以由风化程度进行大致反演。当CIA=85~100时代表风化程度强烈，指示气候炎热潮湿；当CIA介于65~85时代表风化程度中等，指示气候湿润温暖；当CIA=50~65时代表风化程度较低，指示气候干燥寒冷（Nesbitt and Young, 1982）；同时，ICV（成分变异指数）可用来指示源岩在沉积完成之后是否参与再旋回或沉积时是否经历风化作用等（Cox et al., 1995）。其中，当ICV＞1时，指示非黏土矿物在未成熟样品中含量较高，归于地质运动过程中的首次沉积（Vandekamp and Leake, 1985）。当ICV值＜1时，说明绢云母、蒙脱石等黏土矿物在成熟样品中含量较高，指示沉积源岩为首次沉积但经历了强烈风化作用或者经历了地质运动的再旋回作用（冯连君等，2003）。样品H01- H14的CIA= 37.79~69.14，大部分介于50~65，平均值为58.41，总体上随着深度增加CIA值逐渐降低；ICV=0.85~ 2.13，平均值为1.14且大部分大于1，总体上随深度增加ICV值逐渐增加；CIA及ICV值的综合特征指示狮子沟组上段源岩物质为在构造活动时期干燥寒冷的古气候环境下的首次沉积，含有黏土物质较少。
沉积岩的颜色对分析沉积环境具有重要指导意义。碎屑沉积岩颜色通常会受两个因素影响，一是铁元素在沉积岩中的氧化态形式，二是有机质在沉积岩中的含量。研究区内狮子沟组主要颜色有绿灰色、红棕色及灰棕色等（图 4，图 5），其中棕色、灰棕色通常反映沉积环境为氧化或强氧化环境，沉积物中含有氧化铁物质染色，主要形成于海陆过渡带或大陆环境，棕红色主要是由于沉积岩中含有铁的化合物如氧化物或氢氧化物，铁元素常以Fe3+、Fe2+形式存在于沉积岩中，往往形成于干旱—半干旱强氧化或氧化陆地环境，绿灰色沉积岩是由于氧化铁在后期发生过还原作用，碎屑沉积物中Fe3+被还原为Fe2+所导致。ZK10常出现棕红色说明沉积环境为干旱—半干旱陆地氧化环境，与通过CIA推测的该段沉积古气候为干燥条件相吻合。
5.2.2 源岩构造背景
柴达木盆地属于柴达木陆块，该陆块是亲扬子陆块的大型盆地地质体（葛肖虹和刘俊来，2000；陈能松等，2007），由于古陆块都经历了漫长且较复杂的地质构造演化，如今的大地构造格局的基本定型主要在印支运动之后（郭进京等，1999），因此不能以各个（微）陆块的当今地质状态，讨论其在以往各个地质构造时期有可能的构造格局，但以现代各地质陆块和（微）陆块记录的各类地质事件作为地质线索对其发生的大地构造演化进行研究和探讨却不受影响。
盆地构造背景限定沉积盆地的物源属性，是进行盆地物源分析的基础。综合分析沉积杂砂岩的地球化学特征，可以在反映沉积时期源岩成分的同时反演其构造背景。前人将各盆地构造类型根据地壳综合性质分为四大类型：活动大陆边缘、大洋岛弧、被动大陆边缘及大陆岛弧（Bhatia, 1983, 1985；陈小双等，2018）。
盆地杂砂岩沉积物中Al、Ti元素的含量常被用作盆地陆源碎屑沉积岩稳定贡献量的重要指标（贺子丁等，2012），Th元素因为最难溶，性质相对稳定，而且Th元素只随陆源碎屑沉积物搬运，对沉积源区特征的分析很有价值，因而能反映源区的多种地球化学性质（Mclennan and Hemming, 1993；Rollinson，1993；杨桐旭等，2023）。杂砂岩中Al2O3含量与TiO2及Th含量呈现正相关性（图 7），也印证了Th主要来自陆源碎屑，并且受到后期成岩作用的影响微弱。在杂砂岩其他主量元素中，相比与K2O、Na2O在搬运过程中K+、Na+离子的较强活动性及CaO来源的不确定性，SiO2、Fe2O3和MgO等氧化物稳定性相对较高。微量元素如Th、Ni等活动性较弱，难溶于水，在物质搬运沉积成岩及后期风化过程中该成分几乎不变（Floyd and Leveridge, 1987），保留了较完整的源岩地球化学特征，该特征可以很好地反映杂砂岩物源区性质，用来进行物源示踪及判断源岩区域地质构造背景（Taylor and Mclennan, 1985; Mclennan et al., 1995；余超，2019；叶现韬和张传林，2020）。
图 7. 狮子沟组杂砂岩样品中TiO2、Th与Al2O3相关性图解Figure 7. Correlations of TiO2, Th and Al2O3 in miscellaneous sandstone of the Shizigou Formation根据Fe2O3-Al2O3/SiO2构造环境判别图解（图 8a）及F1'-F2'判别函数图（图 8b），狮子沟组杂砂岩大部分源岩形成于大陆岛弧环境，表明新近系末期研究区碎屑物质原岩大部分来自于大陆岛弧的构造背景。
图 8. 柴达木盆地狮子沟组杂砂岩Fe2O3-Al2O3/SiO2构造环境判别图解（a）及F1'-F2'判别函数图（b）（底图据Bhatia, 1983）Figure 8. Construction environment discrimination diagram of Fe2O3-Al2O3/SiO2 (a) and discriminant function diagram of F1'-F2' (b) of miscellaneous sandstone of the Shizigou Formation in Qaidam Basin (after Bhatia, 1983)Bhatia(1983)通过采集古代及现代不同区域不同大地构造部位砂岩样品进行系统的分析测试及总结归纳，得出4种构造环境常量元素值（表 2），狮子沟组杂砂岩常量元素含量与之对比发现，其与大陆岛弧常量元素含量相契合，进一步推测狮子沟碎屑杂砂岩原岩形成于大陆岛弧构造环境。
表 2. 狮子沟组杂砂岩及各种构造环境中砂岩主要常量元素含量参考值Table 2. Reference value of major element content in greywacke of Shizigou Formation and sandstone of various tectonic environments
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Al2O3与TiO2的比值可用来指示杂砂岩沉积物来源：当Al2O3/TiO2＜14时，表明杂砂岩沉积物来源于镁铁质岩石；当Al2O3/TiO2=19~28时，表明杂砂岩沉积物来源于长英质岩石（Girty et al., 1996）。狮子沟组杂砂岩Al2O3/TiO2=18.37~42.86，平均值为24.57，绝大多数Al2O3/TiO2=19~28，说明狮子沟组杂砂岩沉积物来源于长英质岩石。此外，K2O/Al2O3值可以反映杂砂岩物源区内碱性长石含量多少，当杂砂岩中K2O/Al2O3＞0.5时，表明杂砂岩母岩中碱性长石含量相对较大；K2O/Al2O3＜0.4时，表明杂砂岩母岩中碱性长石含量较少（Cox et al., 1995）。狮子沟组杂砂岩K2O/Al2O3=0.22~0.27，表明狮子沟组杂砂岩母岩中碱性长石数量较少。
一般认为Ni比Co更易于在地壳较深部位富集，高的Ni/Co比值代表源岩来自深源（严炳铨等，1993），狮子沟组杂砂岩Ni/Co=0.34~0.53，小于1，说明源岩的浅源特征。前人通过对泥岩和砂岩地球化学特征研究认为不活泼微量元素Ni比较稳定，能够用来判别原始物质来源（Bhatia and Crook, 1986）。狮子沟组杂砂岩中Ni=11.30×10-6~41.62×10-6，可以利用Floyd et al.（1989）给出的Ni-TiO2图解模板（图 9）进行投图，解释物源区的物质组成为长英质，与上述通过Al2O3/TiO2值判断相一致，表明狮子沟组杂砂岩沉积物源岩为浅源的碱性长石数量较少的长英质岩石。
图 9. 狮子沟组杂砂岩Ni-TiO2判别图（底图据Floyd et al., 1989）Figure 9. Ni-TiO2 discriminant graph of greywacke of Shizigou Formation (after Floyd et al., 1989)柴达木盆地被昆仑山、阿尔金山及祁连山所环绕，刘康等（2020）通过对柴达木盆地红沟剖面碎屑锆石U-Pb及Hf同位素分析认为东昆仑在新生代成为盆地主要物源区之一，祁连山在晚中新世（10~12Ma）为盆地重要物源区；王艳清等（2012）通过轻、重矿物组合、稀土元素分配等方面确定阿尔金为盆地渐新世主要物源区之一。结合盆地周缘出露岩石情况、源岩性质及前人研究，狮子沟组物质主要由中酸性火山岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、花岗斑岩及部分变质岩经风化搬运沉积形成。
5.3 含铀前景分析
盆地中沉积体系岩性、岩相及层位空间组合特征对砂岩型铀成矿起主要控制作用（艾桂根，2001），花土沟地区新近系狮子沟组砂岩胶结程度较差，粒度为中细粒—中粗粒，中细—中粗砂岩岩层较厚（10~38 m），含泥质相对较少且常与砂岩互层产出（图 4），上部及下部泥岩段形成不透水的隔断层，砂泥比值较小，孔隙度及渗透系数较大，富含黄铁矿等还原性物质（图 5f），发育河流相沉积，上述狮子沟组综合沉积特征是砂岩型铀矿成矿非常好的沉积单元，狮子沟组下部油砂山组也为含铀层位，其中下油砂山组以薄层—中厚层状砂岩、砾岩为主，砂岩与泥岩互层；上油砂山组以厚层状砾岩为主，夹含砾砂岩；油砂山组砂体厚度适中，存在隔水层，倾角较缓，孔隙度较大，与狮子沟组沉积环境非常相似，有利于铀矿形成。在跃进二号地区狮子沟组上段226~240 m处API值较高（图 6），在狮子沟组中发现大量铀石等铀矿物存在，证明了狮子沟组为花土沟地区重要的含铀岩系。
6. 结论
（1）狮子沟组剖面的杂砂岩粒度具有从粗到细再到粗的沉积旋回特征；跃2地区狮子沟组杂砂岩符合河床滞留、堤岸、边滩沉积3种沉积特征，从其分选、磨圆性、结构成熟度、测井曲线形态及沉积特征等方面综合分析，狮子沟组为河流相沉积环境。
（2）狮子沟组上段源岩物质为在构造活动时期干燥寒冷的古气候环境下的首次沉积，含有黏土物质较少；狮子沟组杂砂岩原岩形成于大陆岛弧环境，其源岩为浅源的碱性长石数量较少的长英质岩石。
（3）综合狮子沟组沉积特征，证明该组为花土沟地区重要的含铀岩系。
注释
❶ 中国地质调查局天津地质调查中心. 2018. 北方重要盆地砂岩型铀矿调查与勘查示范项目成果报告[R].
❷ 中国地质调查局天津地质调查中心. 2021. 鄂尔多斯、柴达木等盆地砂岩型铀矿调查成果报告[R].
致谢
野外工作得到四川省核工业地质局二八三大队青海铀矿地质调查项目部全体同仁的大力协助，文章投稿及修改过程中得到了《中国地质》编辑部郝梓国老师、成都理工大学宋昊老师及匿名审稿专家的热心指导，为本文的修改和完善提出了宝贵的建设性意见，在此一并向他们表示诚挚的谢意。
创新点：通过研究发现，研究区狮子沟组上段源岩物质为干燥寒冷的古气候环境下的首次沉积，其源岩为浅源的碱性长石数量较少的长英质岩石。
Highlights: The study shows that the source rocks of the upper Shizigou Formation deposited for the first time under the dry and cold paleoclimate environment, which the ingredient is the felsic rocks with a small amount of alkali feldspar.
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图 8 柴达木盆地狮子沟组杂砂岩Fe2O3-Al2O3/SiO2构造环境判别图解（a）及F1'-F2'判别函数图（b）（底图据Bhatia, 1983）
Figure 8.
图 9 狮子沟组杂砂岩Ni-TiO2判别图（底图据Floyd et al., 1989）
Figure 9.
表 1 狮子沟组杂砂岩样品主量元素和部分微量元素测试分析结果
Table 1. Results of major and trace element analyses of mixed rocks of the Shizigou Formation
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表 2 狮子沟组杂砂岩及各种构造环境中砂岩主要常量元素含量参考值
Table 2. Reference value of major element content in greywacke of Shizigou Formation and sandstone of various tectonic environments
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