伊犁盆地扎吉斯坦北部西山窯組下段砂體發(fā)育特征與鈾成礦的關(guān)系

杜 默，邱余波-2，陳文彬，張占峰，劉俊平

(1.核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011;2.成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，四川 成都 610059;3.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

伊犁盆地南緣可地浸砂巖型鈾礦控礦因素的研究表明，砂體發(fā)育特征對鈾成礦的控制作用十分明顯，砂體厚度及其空間展布的穩(wěn)定性，直接影響到砂體滲透性能的均一性，從而影響到層間水的水動力狀況，進(jìn)而影響到鈾成礦的規(guī)模［1］。隨著伊犁盆地扎吉斯坦地區(qū)鉆探工作的深入進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)扎吉斯坦地區(qū)南段地層受構(gòu)造作用較大，礦區(qū)內(nèi)次生斷層較多，對成礦影響大，礦體規(guī)模小于北段;同時，扎吉斯坦地區(qū)北段成礦規(guī)律和模式研究工作取得了較大的進(jìn)展。本文對該地區(qū)北段砂體發(fā)育特征與鈾成礦關(guān)系的初步分析，將有助于進(jìn)一步研究該礦床的鈾成礦規(guī)律及成礦模式，對指導(dǎo)和借鑒可地浸砂巖型鈾礦找礦工作具有一定意義［2］。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

扎吉斯坦礦區(qū)所處的伊犁盆地是在塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的南北對沖擠壓應(yīng)力下形成的大型內(nèi)陸山間坳陷盆地，形成于元古界、古生界基底之上，蓋層為中新生代陸相沉積［3］。盆內(nèi)發(fā)育近南北向、北東向和東西向3組次級斷裂和褶皺。扎吉斯坦礦區(qū)位于伊犁盆地南緣東部構(gòu)造活動區(qū)與西部穩(wěn)定區(qū)之間的中部過渡部位［4］。

伊犁盆地的直接基底為古生界［5］，其在盆地南部山區(qū)廣泛出露。海西運(yùn)動中晚期在區(qū)內(nèi)形成了鈾含量比較高的花崗侵入巖體及中酸性巖脈，為盆內(nèi)后生鈾礦的形成提供了豐富的初始鈾源。盆地沉積蓋層總體發(fā)育較為完整，自下而上有三疊系、侏羅系、新近系和第四系，其中中下侏羅統(tǒng)水西溝群為一套潮濕氣候條件下形成的含煤碎屑沉積，該群巖性組合具砂、泥、煤互層的三元結(jié)構(gòu)，是盆內(nèi)主要的鈾礦賦存地層。鈾礦化類型主要為砂巖型、泥巖型和煤巖型3類，砂巖型鈾礦化在規(guī)模上占絕對優(yōu)勢，以層間氧化成因?yàn)橹鳌?/p>

1.2 礦床地質(zhì)

扎吉斯坦礦區(qū)主體構(gòu)造是一個屜狀向斜，根據(jù)地層產(chǎn)出的形態(tài)、構(gòu)造及其穩(wěn)定性和斷層的發(fā)育狀況，可將扎吉斯坦礦區(qū)劃分為南、北兩段(圖1)。南段:位于F3斷層以南，中生代地層與古生代地層呈斷層接觸，局部發(fā)育次級斷層，中侏羅統(tǒng)水西溝群產(chǎn)狀變化較大，在南部山前地帶直立甚至倒轉(zhuǎn)，相應(yīng)層位埋深大。北段:位于 F3斷層以北，中生代地層與古生代地層呈超覆不整合接觸，褶皺及斷裂構(gòu)造不發(fā)育，由西南往東北呈穩(wěn)定平緩的單斜帶，相應(yīng)層位埋深淺。因此，本文將扎吉斯坦北段作為本次主要的研究區(qū)，其能更準(zhǔn)確地反映砂體發(fā)育特征與鈾成礦的關(guān)系。

圖1 扎吉斯坦地段構(gòu)造略圖［7］Fig.1 Schematic structural map of the Zhajisitan area(Yin Jianhua et al.，2003)

扎吉斯坦礦區(qū)的直接基底為石炭系、二疊系的灰?guī)r、濱海相碎屑巖、火山碎屑巖、中基性熔巖、中酸性火山巖及火山凝灰?guī)r。蓋層有侏羅系中下統(tǒng)、新近系、第四系。其中侏羅系中下統(tǒng)水西溝群(J1-2SH)為區(qū)內(nèi)的含礦和賦礦地層［6］，超覆不整合于石炭系基底之上，為一套陸相含煤碎屑巖沉積，可見13層煤(第一～第十三層煤)，以第五、六、八、十層煤最為穩(wěn)定。

2 砂體發(fā)育特征

2.1 基本特征

中侏羅統(tǒng)水西溝群西山窯組下段砂體(圖2)主要由淺灰色、灰色、深灰色、淺黃色、淺紅色、黃色砂礫巖、含礫粗砂巖、粗-細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層不等厚互層構(gòu)成，具有較理想的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)［8］。該段頂部為第八煤層，厚度一般在27m左右，相對穩(wěn)定，為區(qū)域標(biāo)志層。該段下部為區(qū)內(nèi)主要含礦砂體，在礦區(qū)分布也較穩(wěn)定且較厚，厚度一般為21m左右，凈厚度平均為19m，巖性以淺灰色、灰色、深灰色、灰黃色、淺紅色含礫粗砂巖、粗-細(xì)粒砂巖為主，內(nèi)部存在1～2層不穩(wěn)定的粉砂巖、泥巖和炭塊夾層。砂體形態(tài)為塊狀、板狀，分選性為較好-較差，磨圓度為次棱角-次圓狀，泥質(zhì)膠結(jié)為主，固結(jié)疏松，體現(xiàn)了一定的成熟度，說明經(jīng)過了一定距離的搬運(yùn)［9］。在垂向上粒度具有粗-細(xì)的正韻律特征，孔隙度和滲透性不均一。砂體普遍發(fā)育中等粘土化蝕變，含有機(jī)質(zhì)、炭屑，且含量相對較高，局部見黃鐵礦。氧化砂體中普遍發(fā)育分散狀、浸染狀褐鐵礦化蝕變。砂體以塊狀構(gòu)造和小型槽狀交錯層理構(gòu)造為主，細(xì)粒砂體中發(fā)育水平層理、微波狀層理［10］。

圖2 ZK6410鉆孔綜合柱狀圖Fig.2 Generalized column through the ZK-6410 well

視電阻率曲線值幅度的高、低是沉積物巖性、顆粒度、膠結(jié)物及其膠結(jié)程度、泥質(zhì)含量等因素差異的綜合體現(xiàn)，而這些因素的差異是沉積環(huán)境、水動力條件、沉積物供給條件等發(fā)生變化或變遷所造成的沉積物特征差異的具體反映［11］。通過對垂向上地層測井響應(yīng)特征的對比和研究，該段砂體視電阻率曲線值表現(xiàn)為幅度高、變化大，形態(tài)以鋸齒型和復(fù)合型為主［12］，反映了該段砂體的減積特征和正韻律現(xiàn)象［13］。

2.2 砂體橫向發(fā)育特征

中侏羅統(tǒng)西山窯組下段砂體在在橫向上具有一定的穩(wěn)定性和規(guī)律性(圖3)，砂體走向北東東向，傾向北東，沿走向砂體埋深西部淺，往東逐漸變深，砂體底板有一定的起伏，局部有微凹區(qū)。砂體展布穩(wěn)定且較均一，延伸性和連通性較好，厚度變化具有規(guī)律性，即向西北和北方向漸變薄。砂體粒度為粗-中-細(xì)粒級不等，砂體粒度在垂向上以下粗上細(xì)的遞變韻律為主，局部地段也有下細(xì)上粗的韻律。砂體粒度在走向上無明顯變化，沿傾向有變細(xì)的趨勢。在傾向方向上，薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖多以透鏡體的形式產(chǎn)出，極不穩(wěn)定，在剖面上不能自然連接，在礦體中難以形成穩(wěn)定的隔水層，其主要產(chǎn)出于砂體中部。在礦區(qū)東部，薄層泥巖、粉沙質(zhì)泥巖的夾層變厚且夾層數(shù)增多。層間氧化帶發(fā)育規(guī)模較大，沿砂體由南向北逐漸發(fā)育，其穩(wěn)定性受沉積環(huán)境、砂體厚度的影響。層間氧化帶主要分布于砂體的中下部，發(fā)育部位與砂巖的粒度和滲透性相關(guān)，在粒度較粗或滲透性較好的砂巖中發(fā)育最好［14］。氧化帶厚度由南往北依次變薄，并逐漸趨于尖滅。在礦區(qū)南部，層間氧化帶幾乎充滿整個砂體，其厚度與砂體厚度接近或相等。

圖3 西山窯組下段橫向剖面圖Fig.3 Cross section across the lower member of the Xishanyao Formation

2.3 砂體空間展布特征

鈾礦體空間展布總體上具有連續(xù)性和變化性的特點(diǎn)(圖4)，砂體厚度12m～25m，平均厚度19m，厚度變化較大，在砂體等厚度圖上表現(xiàn)出不完整的指狀特征。由東向西，具有朵狀和條帶狀特征，砂體由東向西呈現(xiàn)出厚－?。褡兓卣?。即F3斷層～032號線、046～070號線間砂體厚度相對較厚，為18～24m;032～046號線之間則相對較薄，為16～18m。F3斷層～032號線之間，其南部砂體厚度較厚，整體來看由南向北砂體有減薄的趨勢，其中016～024線之間砂體厚度變化復(fù)雜，該地段南部由南向北砂體厚度迅速由厚變薄再變厚，由于砂體滲透率和孔隙度突然變小，當(dāng)含氧含鈾水由南向北流經(jīng)時，造成水流方向的改變，形成繞流，以致于造成層間水及其物質(zhì)成分，包括鈾元素的重新分配，導(dǎo)致層間氧化帶發(fā)育的復(fù)雜化，進(jìn)而不利于層間氧化帶型砂巖鈾礦的形成。特別是厚大鈾礦體的產(chǎn)出，使得在016～024號線之間相對礦體規(guī)模較小，這種特征阻礙了含氧含鈾水的運(yùn)移，不利于鈾礦體的成礦。因此，砂體厚度的穩(wěn)定性使含氧含鈾水的補(bǔ)給通道暢通，有利于鈾礦體的形成，反之則不利于鈾礦體的形成。032～046號線之間，相對其東、西地段，砂體厚度相對穩(wěn)定，是中部砂體發(fā)育由厚變薄的漸變帶，在該漸變帶含氧含鈾水源流經(jīng)時，在由厚變薄的漸變地段，鈾礦經(jīng)過一系列化學(xué)物理反應(yīng)被吸附而沉淀下來，進(jìn)而有利于鈾礦體的形成。046～070號線間的南部砂體較薄，往北砂體變厚，再往西北角砂體又變薄。在062～070號線之間的東部砂體較厚，東西向砂體呈現(xiàn)出西厚東薄的趨勢，可以看出自046號線往西開始，砂體發(fā)育特征開始向礦區(qū)中部變薄，使得含氧含鈾水的運(yùn)移方向發(fā)生了改變，從由南至北漸漸過渡至由西至東。礦區(qū)的東北部為資料空白區(qū)。含氧含鈾水由南向北流經(jīng)處，砂體逐漸被氧化，氧化帶前鋒線在平面上展布呈相蛇曲狀延伸，鈾礦體大致沿氧化帶前鋒線兩翼分布。

圖4 砂體空間展布與鈾成礦關(guān)系示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the relationship between spatial distribution of sandstones and uranium mineralization

3 鈾成礦分析

砂體的厚度及其空間展布的穩(wěn)定性，影響了砂體滲透性能的均一性及層間水的水動力狀況，從而影響鈾成礦的規(guī)模。

研究區(qū)鈾礦化主要賦存于西山窯組下段砂體中下部具有高滲透性能的含礫粗砂巖中。砂體含有較高的有機(jī)碳，有機(jī)物碎屑經(jīng)成巖和后期改造作用成為良好的還原劑，保證了來自含氧水的活性鈾的沉淀、富集，為后期層間氧化帶型鈾礦的形成提供了條件［15］。

鈾礦體在剖面上由1層或1～3層單礦層組成，受層間氧化帶控制，產(chǎn)狀與砂體產(chǎn)狀基本一致，礦體埋深變化主要在傾向上，沿地層傾向埋深逐漸加大［16］。單層或多層礦層埋藏深度受地層傾斜、地形起伏控制。鈾礦石賦存于膠結(jié)疏松、滲透性較好、厚度穩(wěn)定、頂?shù)装寰蟹€(wěn)定隔水層的砂體中。少量礦化產(chǎn)在泥巖透鏡體中，但其一般不連續(xù)且厚度較小。礦體系屬后生層間氧化成因，富集及產(chǎn)出部位嚴(yán)格受層間氧化帶前鋒線及其兩側(cè)控制。鈾礦化的發(fā)生、發(fā)育與產(chǎn)出于層間氧化帶前鋒線及其兩翼的外側(cè)，即氧化-還原過渡帶并隨層間氧化帶的向前推移，砂巖型鈾礦體不斷向前推移［17］。各礦層由于所在砂體的厚度及其穩(wěn)定性、滲透性、還原劑等的差異，發(fā)育程度不盡一致。大多數(shù)礦體均發(fā)育于滲透性良好，膠結(jié)疏松的中-粗砂巖、含礫粗砂巖中，粒度過粗過細(xì)都不利于鈾礦的富集。

鈾礦體主要賦存于砂體厚度由厚變薄的過渡地段(即砂體厚度14～20m的區(qū)間)，這一厚度區(qū)間的砂體在空間展布上表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性和均一性。砂體厚度的逐漸遞減，影響到了砂體的滲透性和孔隙度的變化，即影響了層間承壓水在滲透過程中的暢通性，以至于在砂體由厚變薄的過渡帶，水流速減緩，鈾不斷沉淀下來，更有利于鈾礦體的富集。砂體厚度的穩(wěn)定性使含氧含鈾水的補(bǔ)給通道暢通，有利于鈾礦體的形成。而砂體迅速由厚變薄的地段，影響了層間承壓水在滲透過程中的暢通性，從而造成水流方向的改變，造成層間水及其物質(zhì)成分包括鈾元素的重新分配，導(dǎo)致層間氧化帶發(fā)育的復(fù)雜化，進(jìn)而不利于層間氧化帶型砂巖鈾礦特別是厚大鈾礦體的形成。含氧含鈾水由南向北流經(jīng)處，砂體逐漸被氧化，氧化帶前鋒線在平面上展布呈相蛇曲狀延伸，鈾礦體大致沿氧化帶前鋒線兩翼分布。鈾礦體空間展布總體上具有連續(xù)性和變化性的特點(diǎn)，正是砂體發(fā)育特征對鈾成礦控制作用的具體體現(xiàn)。

4 結(jié)論

(1)伊犁盆地扎吉斯坦地區(qū)北段西窯山組下段砂體在全區(qū)分布較穩(wěn)定且較厚，巖性以含礫粗砂巖為主，垂向粒序變化具有粗-細(xì)的正韻律特征。砂體橫向上具有延伸性和連通性，砂體走向北東東向，傾向北東，向西北和北方向砂體逐漸變薄。砂體空間上具有連續(xù)性和變化性的特點(diǎn)，該區(qū)域砂體由東向西呈現(xiàn)出厚－薄－厚變化特征，整體來看由南向北砂體有減薄的趨勢。

(2)鈾礦石賦存于砂體厚度分布相對穩(wěn)定、粒度較粗、孔隙度、滲透率較好、頂?shù)装寰蟹€(wěn)定隔水層的砂體中。鈾礦化的發(fā)生、發(fā)育、產(chǎn)出于層間氧化帶前鋒線及其兩翼的外側(cè)，并隨層間氧化帶的向前推移。砂體構(gòu)形變化的部位是成礦的有利部位，即砂體厚度由厚變薄的漸變過渡地段。

(3)砂體發(fā)育特征的不同，決定了它們具有不同的找礦潛力。砂體作為鈾礦化的補(bǔ)給通道，當(dāng)含氧含鈾水沿著水力坡度差由高向底流時，至氧化-還原過渡帶沉淀富集成礦;當(dāng)砂體由厚變薄時，層間水流滯緩、氧化作用較強(qiáng)烈，更利于鈾的遷移、富集及成礦。這一規(guī)律可為今后在伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦找礦和鈾成礦條件分析提供重要的借鑒。

致謝:本研究得到核工業(yè)二一六大隊(duì)一分隊(duì)相關(guān)技術(shù)人員的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝!

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