薩瓦甫齊鈾礦床成礦古水文地質(zhì)分析

林效賓，郝偉林，王志明

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

薩瓦甫齊鈾礦床位于南天山褶皺帶狹長(zhǎng)的庫(kù)爾干山間盆地內(nèi)，北部為天山造山帶，南部為塔里木盆地。受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間印度板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞的影響，薩瓦甫齊地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈擠壓與整體抬升。盆地北部以山前斷裂為界，出露石炭系（C）及海西期花崗巖構(gòu)成蝕源區(qū)；南部為滿蘇爾塔格隆起，阻隔了盆地與塔里木盆地的聯(lián)系。盆地沉積蓋層由三疊系、侏羅系、白堊系及第四系洪積-冰磧層構(gòu)成。中下侏羅統(tǒng)克拉蘇群（J1-2kl）是主要含礦巖系，為一套河湖相沉積的含煤碎屑巖建造［1］（圖 1）。

2 古水文地質(zhì)分期

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造演化特征及庫(kù)爾干山間盆地地層綜合柱狀剖面圖中反映的地層發(fā)育狀況和地層接觸關(guān)系，并結(jié)合對(duì)古地理、古氣候等資料的分析，從水文地質(zhì)旋回的觀點(diǎn)出發(fā)，可將山間盆地劃分為：三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅰ）、白堊紀(jì)至古近紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅱ）、新近紀(jì)至第四紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅲ）3個(gè)大旋回；每個(gè)旋回按區(qū)域沉降和剝蝕過程又可進(jìn)一步劃分為沉積水文地質(zhì)階段和淋濾水文地質(zhì)階段（圖2）。

3 古水文地質(zhì)條件演化特征

3.1 三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅰ）

3.1.1 沉積水文地質(zhì)階段（IA）

海西運(yùn)動(dòng)晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使新的古天山造山帶崛起形成。早二疊世晚期，石炭紀(jì)以來的大規(guī)模海侵全面退出本區(qū)。晚二疊世至早三疊世，庫(kù)爾干山間盆地形成，并開始了中生代以來的古水文地質(zhì)旋回演化階段。

受印支運(yùn)動(dòng)影響，早三疊世南天山造山帶隆起。早中三疊世，薩瓦甫齊地區(qū)總體上氣候干旱，植被不發(fā)育，屬于近山前的沖積扇相沉積。此時(shí)庫(kù)爾干盆地與塔里木盆地北緣仍處于同一構(gòu)造-沉積環(huán)境中，盆地北緣沿古天山坡腳發(fā)育了多個(gè)沉積扇并彼此連接呈裙邊狀沿EW向分布，地下水的總體流向由南天山剝蝕區(qū)向西南方向的古湖區(qū)流動(dòng)。到了三疊紀(jì)中晚世沉積時(shí)期，基本繼承了早三疊世的古水文地質(zhì)基本格局，但SN向擠壓運(yùn)動(dòng)較之前有所緩和，盆山高差減小，河流廣泛發(fā)育，天山開始被剝蝕。此時(shí)沉積物搬運(yùn)距離加長(zhǎng)，主要為扇三角洲相、辮狀河三角洲相沉積，而且在阿斯提勒克組中部發(fā)育有3個(gè)煤層，并具鈾礦化。三疊紀(jì)末，天山造山帶夷平作用達(dá)到準(zhǔn)平原化階段，降低了盆山高差，同時(shí)由于氣候變得溫暖潮濕，形成了成煤沼澤環(huán)境，薩瓦甫齊地區(qū)發(fā)育一套河流-沼澤相沉積［2］。

早侏羅世，庫(kù)爾干山間盆地和整個(gè)塔里木盆地一起受南方特提斯洋季風(fēng)和垂直地帶性的影響，氣候溫暖濕潤(rùn)。盆地周緣古隆起、高地大面積被剝蝕夷平，使區(qū)域古地貌進(jìn)一步趨于準(zhǔn)平原化，從而為侏羅系辮狀河三角洲相陸源碎屑含鈾含煤建造的廣泛發(fā)育構(gòu)成了有利條件。中侏羅世早期，古氣候仍屬溫暖濕潤(rùn)的環(huán)境，盆地北緣準(zhǔn)平原化進(jìn)一步發(fā)育完善，區(qū)域化辮狀河發(fā)育為其主要表現(xiàn)形式。從晚侏羅世開始，古水文地質(zhì)條件發(fā)生了較大的變化，古氣候也變得干旱炎熱，從此盆地步入了寬淺湖泊的氧化淋濾作用發(fā)展階段。

3.1.2 淋濾水文地質(zhì)階段（IB）

侏羅紀(jì)末的燕山期運(yùn)動(dòng)在該區(qū)表現(xiàn)較強(qiáng)烈，盆緣構(gòu)造強(qiáng)度增大，薩瓦甫齊盆地再次隆升剝蝕，缺失下白堊統(tǒng)沉積。此次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在烏什凹陷北部形成古隆起，致使該區(qū)三疊系—侏羅系的不同層位與上白堊統(tǒng)孤爾克蘇群形成角度不整合面。期間三疊系、侏羅系含水層經(jīng)歷了埋藏作用和淋濾作用并存期，由于盆地的隆升，滲入成因水在重力的作用下與上述古含水層中的沉積成因水發(fā)生混合、交替。但因盆地抬升幅度有限，淋濾作用階段較短，沿層間流動(dòng)的地下水滲入深度有限，與沉積水交替不充分，層間氧化作用不明顯。

3.2 白堊紀(jì)至古近紀(jì)水文地質(zhì)旋回（Ⅱ）

3.2.1 沉積水文地質(zhì)階段（IIA）

燕山運(yùn)動(dòng)晚期，受拉薩地體與羌塘地體碰撞的影響所致，盆地處于強(qiáng)擠壓構(gòu)造作用階段，構(gòu)造活動(dòng)變得異常強(qiáng)烈，天山整體隆升，盆山高差加大，盆地再一次的構(gòu)造沉降，但僅沉積了上白堊統(tǒng)孤爾克蘇群。巖性屬高能、高梯度沉積物，從巖屑成分分析，物源來自于震旦紀(jì)及石炭紀(jì)地層，根據(jù)現(xiàn)今地層出露特征，可推測(cè)當(dāng)時(shí)古河流的總體方向已由侏羅紀(jì)時(shí)的自西向東轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的自東向西。

3.2.2 淋濾水文地質(zhì)階段（IIB）

薩瓦甫齊地區(qū)在晚白堊紀(jì)—上新世期間一直處于隆升剝蝕狀態(tài)，滲入成因水在重力的作用下繼續(xù)驅(qū)替三疊系、侏羅系以及白堊系古含水層中的沉積成因水。此時(shí)期庫(kù)爾干盆地處于一種緩慢穩(wěn)定的抬升階段，在SN向應(yīng)力作用下，形成了盆地南深北淺，向S緩傾的構(gòu)造斜坡帶，構(gòu)成了良好的地下水補(bǔ)給-徑流-排泄水動(dòng)力環(huán)境，含鈾含氧水易于進(jìn)入含水層，再加上炎熱、干旱的古氣候環(huán)境，十分有利于含礦目的層中下侏羅統(tǒng)內(nèi)層間氧化帶的發(fā)育及鈾的富集成礦。

3.3 新近紀(jì)至第四紀(jì)水文地質(zhì)旋回（Ⅲ）

3.3.1 沉積水文地質(zhì)階段（ⅢA）

新近紀(jì)主要處于溫暖、半潮濕、半干旱的古氣候條件下。中新世期間，薩瓦甫齊地區(qū)的隆升速度增大，現(xiàn)在出露的上中新統(tǒng)地層主要分布于庫(kù)爾干山間盆地西南緣和滿蘇爾塔格南部神木園地區(qū)，該組在盆緣表現(xiàn)為棕褐色沖積扇相礫巖沉積，向盆內(nèi)漸變?yōu)榈[狀砂巖、粉砂巖和泥巖的寬淺湖相沉積。

3.3.2 淋濾水文地質(zhì)階段（ⅢB）

到了上新世末，受印度板塊與歐亞板塊全面碰撞影響，研究區(qū)進(jìn)入新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化階段，薩瓦甫齊地區(qū)及整個(gè)塔北地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造變形、隆升。在盆地SN向構(gòu)造應(yīng)力作用下，盆地北緣地層迅速抬升，原來產(chǎn)狀平緩的地層變得陡立甚至倒轉(zhuǎn)，含礦層抬升而部分剝失，各含水層普遍遭受淋濾、疏干作用，上部礦體被貧化改造，鈾等礦化元素向下遷移。

4 鈾成礦古水文地質(zhì)分析

根據(jù)盆地古水文地質(zhì)條件分析，薩瓦甫齊鈾礦床的古地下水成礦作用經(jīng)歷了鈾的預(yù)富集作用、層間氧化作用和后期改造及潛水氧化作用3個(gè)階段。

4.1 鈾的預(yù)富集階段（三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)水文地質(zhì)期）

侏羅紀(jì)時(shí)，由于溫暖潮濕氣候，沉積了一層富含有機(jī)質(zhì)的煤系地層。盆地西北部基巖出露區(qū)為古地下水的主要補(bǔ)給區(qū)，在風(fēng)化及大氣降水共同作用下，圍巖中的鈾易與沉積物一起，被氧化性的地表水和地下水?dāng)y帶至沉積層中。此時(shí)盆地成巖環(huán)境在開放體系下為氧化和弱酸性環(huán)境，沉積的細(xì)碎屑沉積物中出現(xiàn)較高含量的以吸附形式賦存的鈾元素；而此時(shí)有機(jī)質(zhì)和煤的成熟度較低，其吸附作用和還原作用并不明顯，導(dǎo)致吸附鈾與解吸鈾處于動(dòng)態(tài)平衡中，且在沉積物孔隙水中含有較高濃度的鈾。

進(jìn)入成巖早期后，隨埋深加大，機(jī)械壓實(shí)作用開始出現(xiàn)。隨著上覆地層壓力增加，碎屑顆粒接觸趨向緊密，砂巖孔隙減少，在泥質(zhì)砂巖、泥巖、有機(jī)質(zhì)及孔隙水中預(yù)富集的吸附鈾，會(huì)隨著孔隙水的排出而遷移到臨近的砂巖中，與成巖礦物發(fā)生作用，在砂巖層中重新富集（圖3A）。成巖階段后期，地層中有機(jī)質(zhì)和煤的轉(zhuǎn)化趨于停止。砂巖中石英次生加大停止生長(zhǎng)，成巖環(huán)境由先前的酸性向堿性轉(zhuǎn)化；不規(guī)則形狀黃鐵礦的出現(xiàn)，表明成巖環(huán)境由氧化向還原轉(zhuǎn)變。

通過對(duì)薩瓦甫齊礦床砂巖和泥巖的U-Pb同位素演化過程的計(jì)算，在成巖過程中，經(jīng)過各期次壓實(shí)作用，泥巖中有超過一半的鈾隨壓榨水進(jìn)入砂巖層，非含礦砂體在后期層間水淋濾作用下也有平均15%的鈾被地下水帶出，導(dǎo)致非含礦砂巖鈾含量變低。這說明含礦砂巖層和頂?shù)装迥鄮r在沉積時(shí)預(yù)富集鈾，泥巖和已被剝蝕的層間氧化帶的氧化帶部分的沉積碎屑巖均是鈾成礦的重要鈾源層。

4.2 鈾礦床層間氧化作用成礦階段（白堊紀(jì)—古近紀(jì)水文地質(zhì)期）

白堊紀(jì)末，塔里木盆地北緣轉(zhuǎn)為擠壓構(gòu)造環(huán)境，南天山于古新世發(fā)生一次強(qiáng)烈隆升，本區(qū)有利建造開始掀斜，中、下侏羅統(tǒng)目標(biāo)層抬升至地表，接受剝蝕以及含鈾含氧水的持續(xù)改造。始新世，南天山構(gòu)造活動(dòng)趨于穩(wěn)定，形成了本區(qū)多個(gè)層間氧化帶，有利于該區(qū)層間氧化帶的鈾成礦作用。此時(shí)期為主要淋濾水文地質(zhì)階段，在干旱氣候條件下的古大氣降水，在蝕源區(qū)溶濾溶解了圍巖中的鈾，成為含氧含鈾水，并轉(zhuǎn)入層間含礦含水層中，而進(jìn)行層間氧化作用。在前一階段砂巖中預(yù)富集的鈾也隨地下水遷移，進(jìn)入隔水覆蓋層或巖層的氧化還原帶及還原帶中，鈾沉淀富集并形成礦體（圖3B）。該古水文地質(zhì)期為盆地主要的成礦階段，目前，測(cè)得的鈾主成礦年齡39 Ma（單顆粒瀝青鈾礦年齡）就處在此期［4］。

4.3 鈾礦床后期改造及潛水氧化作用階段（新近紀(jì)—第四紀(jì)水文地質(zhì)期）

從古近紀(jì)末期直到中新世末（9～30 Ma），薩瓦甫齊地區(qū)隆升速度加快，含礦地層補(bǔ)給-徑流-排水動(dòng)力系統(tǒng)的補(bǔ)給能力增大，主成礦階段形成的礦體向盆地內(nèi)部推進(jìn)，早期形成的層間氧化帶前鋒線向下推移，礦化體或被疊加富集，或遷移至下方重新富集。

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后期，南天山強(qiáng)烈隆升，斷褶作用使礦區(qū)原本平緩的向斜構(gòu)造變形，兩翼地層陡直，甚至倒轉(zhuǎn)。砂體中古層間氧化帶絕大部分在擠壓抬升過程中被剝蝕殆盡。原來在平緩地層中滲流的層間水變?yōu)榇怪鄙舷虏▌?dòng)的潛水，并且在大氣降水及地表水的作用下，發(fā)育了較深的面狀表生氧化帶［5］。原上部礦體被淋濾、貧化改造，鈾等礦化元素向下遷移，在潛水氧化帶下部的潛水面附近重新富集，導(dǎo)致原層間氧化帶型鈾礦進(jìn)一步得到潛水氧化作用的改造（圖3C）。

4 結(jié) 論

（1）庫(kù)爾干山間盆地可劃分為：三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅰ）、白堊紀(jì)至古近紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅱ）、新近紀(jì)至第四紀(jì)古水文地質(zhì)旋回（Ⅲ）3個(gè)古水文地質(zhì)旋回；各旋回可進(jìn)一步劃分為沉積水文地質(zhì)和淋濾水文地質(zhì)兩個(gè)階段。

（2）建立了薩瓦甫齊鈾礦床的古水文地質(zhì)鈾成礦模式，將其分為鈾的預(yù)富集階段（三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)古水文地質(zhì)期）、鈾的層間氧化作用及成礦階段 （晚白堊紀(jì)—古近紀(jì)古水文地質(zhì)期）、鈾礦床后生改造及潛水氧化作用階段 （新近紀(jì)—第四紀(jì)古水文地質(zhì)期）3個(gè)階段。

［1］核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，核工業(yè)216大隊(duì)．新疆中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦條件和成礦模式研究［R］．北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2008．

［2］劉章月．新疆薩瓦甫齊地區(qū)構(gòu)造與砂巖型鈾成礦關(guān)系［D］．北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2008．

［3］申平喜．新疆溫宿縣薩瓦甫齊鈾礦床含礦砂體特征研究［J］．西部探礦工程， 2010， （8）:170-172．

［4］劉紅旭，董文明，劉章月，等．塔北中新生代構(gòu)造演化與砂巖型鈾成礦作用關(guān)系：來自磷灰石裂變徑跡的證據(jù)［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2009，26（3）:125-133．

［5］申平喜，李新衛(wèi)．新疆溫宿縣薩瓦甫齊鈾礦普-詳查報(bào)告［R］．西安：核工業(yè)地質(zhì)局211大隊(duì)，2008．