洪海溝鈾礦床頭屯河組巖相特征及對鈾成礦的控制

邱余波 伊海生 羅星剛 王毛毛 喬 淇 劉 杰(1.成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059；.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 80011；.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059)

洪海溝鈾礦床頭屯河組巖相特征及對鈾成礦的控制

邱余波1,2伊海生3羅星剛2王毛毛2喬 淇2劉 杰2
(1.成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059；2.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011；3.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059)

頭屯河組是伊犁盆地近年來發(fā)現(xiàn)的砂巖型含鈾礦層位。通過對盆地南緣洪海溝鈾礦床頭屯河組重要的控礦因素——巖性巖相特征進行系統(tǒng)分析，找出其獨特的成礦規(guī)律，為該地區(qū)的鈾找礦工作提供重要的理論依據(jù)。根據(jù)研究區(qū)頭屯河組的巖性特征、砂體發(fā)育特征、砂地比平面展布特征，結合區(qū)域沉積體系演化特征，分析認為頭屯河組在研究區(qū)主要為1條近東西向展布的主河道，河道兩側(cè)為河漫灘，河漫灘外側(cè)為洪泛平原。在主河道的局部位置，砂體變薄，為河心泥灘沉積。沉積時期的沉積環(huán)境、河心泥灘的發(fā)育、沉積微相的相變對鈾成礦有著重要的控制作用，而含礦流體垂直于河道方向滲流并最終形成工業(yè)鈾礦體，是頭屯河組有別于其他含礦層位、獨特的鈾成礦模式。

洪海溝鈾礦床 砂巖型鈾礦 頭屯河組 巖相特征 控礦因素

在眾多鈾礦床類型中，砂巖型鈾礦床是指工業(yè)鈾礦化主要產(chǎn)于砂巖中的鈾礦床[1]。自從20世紀80年代末至90年代初，核工業(yè)地質(zhì)局鈾礦找礦工作重點就從南方的硬巖型轉(zhuǎn)移至北方盆地砂巖型，成效顯著[2-3]。伊犁盆地是我國重要的可地浸砂巖型鈾礦產(chǎn)基地[4]，鈾礦化主要分布在中下侏羅統(tǒng)水西溝群(J1-2sh)暗色含煤碎屑巖建造中，包括下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)以及中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)[5-6]。近年來，在洪海溝地區(qū)進行鈾礦地質(zhì)預查、普查過程中，在水西溝群上覆地層中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)發(fā)現(xiàn)了富含有機質(zhì)的原生灰色砂體、層間氧化帶及工業(yè)鈾礦化，為伊犁盆地南緣擴大鈾找礦遠景提供了新的層位[7]。以砂巖型鈾礦最重要的控礦因素——巖性巖相為切入點，對研究區(qū)頭屯河組鈾成礦規(guī)律進行了系統(tǒng)的分析和總結，以期為伊犁盆地南緣鈾礦地質(zhì)勘查提供新的理論依據(jù)，進一步擴大伊犁盆地鈾找礦方向。

1 地質(zhì)背景

伊犁盆地在大地構造單元劃分上歸屬于天山造山帶中的伊犁—中天山微地塊，是在天山山脈隆升過程中，局部地區(qū)凹陷下沉而形成的大型山間坳陷盆地[8-9]。盆地形成以后，新構造運動形成的金泉斷裂、霍城—托開斷裂將盆地劃分為北部褶皺帶、中央凹陷帶和南部斜坡帶等3個東西向帶狀展布的構造單元[10-11]。盆地內(nèi)鈾礦化主要分布在中下侏羅統(tǒng)水西溝群暗色含煤碎屑巖建造中，水西溝群共發(fā)育有12套煤層，從下往上依次編號為M1～M12，其中M8煤層厚度和規(guī)模最大，是區(qū)域內(nèi)地層劃分和對比最重要的標志層。該盆地砂巖型鈾礦成因主要為層間氧化帶型，賦礦部位為層間氧化帶的過渡帶，細菌等微生物在成礦過程可能起重要作用。

洪海溝鈾礦床位于伊犁盆地南部斜坡帶西部構造相對穩(wěn)定區(qū)，屬于次級構造單元洪海溝西部凹陷。研究區(qū)內(nèi)巖層整體上呈南高北低、北偏西的單斜產(chǎn)出，含氧含鈾地下水從南緣的山前流入該區(qū)，經(jīng)松散的第四系沖、洪積物往下滲流進入侏羅系地層，隨著構造、沉積等地質(zhì)特征的變化，含礦物質(zhì)逐漸沉淀下來形成鈾礦。含礦層系主要為水西溝群西山窯組上、下段，以及近年來新發(fā)現(xiàn)的頭屯河組。研究區(qū)地表幾乎都被第四系覆蓋，侏羅系地層出露很差，因此對該區(qū)地質(zhì)特征及成礦規(guī)律的研究主要依據(jù)鉆孔的地質(zhì)編錄和測井解釋資料。

2 巖相特征

2.1 沉積體系探討

關于伊犁盆地南緣頭屯河組的沉積體系，目前尚未有公開發(fā)表的研究成果，但是在鈾找礦過程中，主要有三角洲沉積和河流沉積2種不同的觀點。筆者認為在頭屯河組沉積時期，伊犁盆地南緣總體上為河流沉積，是因為：①伊犁盆地南緣在中生代沉積時期，經(jīng)歷了中上三疊統(tǒng)小泉溝群中—晚期的水進、下侏羅統(tǒng)八道灣組的水退，三工河組的水進、中侏羅統(tǒng)西山窯組下段的水退，西山窯組中段的水進，西山窯組上段的水退，在水西溝群沉積晚期，即頭屯河組沉積期前，湖水已逐漸退出盆地南緣；②從頭屯河組地層中的巖心中可以看到厚度和規(guī)模都比較大的以紫色、紅色為主色調(diào)的雜色泥巖，說明在頭屯河組沉積時期，氣候已開始由水西溝群的溫暖濕潤逐漸變得干旱炎熱，干旱的氣候?qū)е潞M一步往湖盆中心退縮，如果缺失湖泊穩(wěn)定的水體，也就沒有三角洲沉積形成的地質(zhì)、地貌條件；③沼澤沉積的煤層是三角洲沉積最重要的判別標志，許多學者把三角洲平原分流河道形象地比喻為三角洲平原的“骨架”，把沼澤沉積比喻為三角洲平原的“肉”，而伊犁盆地南緣頭屯河組地層除極少數(shù)鉆孔見有薄層煤線或炭質(zhì)泥巖外，絕大部分區(qū)域均未見到煤層。

2.2 巖性特征

頭屯河組(J2t)地層在盆地南緣普遍發(fā)育，厚度為11.2～242.2 m，平均為63.8 m。在研究區(qū)內(nèi)頭屯河組頂?shù)捉缇€清楚，上覆地層為新近系底部的鈣質(zhì)砂礫巖，下伏地層為西山窯組頂部的M12煤層，該煤層在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育相對較穩(wěn)定，是區(qū)域內(nèi)地層劃分和對比重要的標志層。巖性主要為砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、粉砂巖和泥巖，原生顏色主要為灰—灰黑色，由于原生砂體被后期含氧地下水氧化，被氧化的砂體以黃色為主，局部可見淺紅色、紫紅色。發(fā)育有2套比較穩(wěn)定的砂體，垂向上表現(xiàn)為2個明顯的正旋回組合。賦礦的砂體在研究區(qū)內(nèi)比較發(fā)育，厚度為6～76.3 m，平均為31.3 m，砂體整體呈近東西向展布，厚大砂體主要發(fā)育在研究區(qū)的中部，往南、北兩邊砂體發(fā)育逐漸變差，厚度逐漸變薄，鈾礦體多賦存在砂體由厚變薄的部位。

2.3 砂地比平面展布特征

地層中不同類型巖石的含量是編制不同時期定量沉積體系平面分布圖的重要依據(jù)，砂地比是指砂巖總厚度/地層厚度，即砂巖厚度與地層總厚度的比值，對巖性巖相具有較為敏感的反映，不同的砂地比反映不同的沉積環(huán)境，對沉積微相的劃分具有重要的指導作用。研究區(qū)內(nèi)頭屯河組地層砂地比為0.22～0.90，平均為0.56，在平面上呈近東西向展布。研究區(qū)中部砂地比值較高，普遍大于0.5，往北可以看出有逐漸變小的趨勢(見圖1)，南部為剝蝕區(qū)，剝蝕邊界線朝東偏北方向展布，102～38線南部，砂地比值仍比較高，普遍大于0.6，受地層抬升剝蝕的影響，再往南的巖性信息無法獲取，但是在118～150線的南部，砂地比卻有明顯減小的趨勢。此外，在118～102線中部以及78線中部，與周圍厚大砂體相比，砂體突然變薄，砂地比也急劇變小，而在134線北部，砂體形態(tài)呈往北“凸”的趨勢，砂地比亦有類似的變化。

圖1 研究區(qū)頭屯河組砂地比等值線

2.4 巖相平面展布特征

研究區(qū)內(nèi)頭屯河組主要為東西向展布的河流沉積，區(qū)內(nèi)巖相平面展布情況見圖2。在研究區(qū)中部，厚大的粗粒砂巖較為發(fā)育，多為含礫粗砂巖、粗砂巖，且泥質(zhì)夾層相對較少，為主河道發(fā)育的部位。由于沉積期后的構造活動，南部地層遭受抬升而被風化、搬運，東南部的主河道邊界已經(jīng)剝蝕，但西南部的砂體發(fā)育差，泥巖、粉砂巖卻比較發(fā)育，沉積環(huán)境已由主河道相變?yōu)楹勇┏练e。研究區(qū)北部，從5499#～54115#，110103#～110119#鉆孔的巖相變化可以看出，110103#、5499#鉆孔砂體比較發(fā)育，且粒度較粗，但往北400 m的110119#、54115#鉆孔砂體發(fā)育急劇變差，沉積環(huán)境由中部的河道沉積快速變?yōu)楹勇┏练e，再往北主要沉積粉砂巖、泥巖等細粒碎屑，局部間互有薄層的砂巖，沉積環(huán)境逐漸過渡為洪泛平原沉積。此外，在118～102線中部以及78線中部，與周圍主河道厚度砂體相比，砂體突然變差，為河心泥灘沉積。

3 巖相特征對鈾成礦的控制

根據(jù)研究區(qū)目前揭露的頭屯河組層間氧化帶發(fā)育特征以及工業(yè)鈾礦化的展布情況，結合鈾礦發(fā)育的巖相、構造、地下水動力等成礦條件，可知含氧含鈾地下水經(jīng)第四系松散沉積物往下滲流，從南部的剝蝕區(qū)開始，含氧含鈾地下水進入頭屯河組地層，垂直于主河道方向繼續(xù)往下滲流，在氧化還原過渡帶，含礦物質(zhì)逐漸沉淀下來形成鈾礦體，見圖3。

在鈾成礦過程中，沉積特征尤其是巖性巖相特征對鈾成礦有著比較重要的控制作用。盡管在頭屯河組沉積時期，伊犁盆地南緣的氣候已逐漸開始變得干旱，但是在頭屯河組沉積早—中期，部分地段仍保持著水西溝群沉積時期的濕潤氣候，為后期的砂巖型鈾成礦創(chuàng)造了原生的還原沉積環(huán)境，這也是伊犁盆地頭屯河組能發(fā)育形成工業(yè)鈾礦體的最基本原因。由圖3可知，主河道中的河心泥灘對含礦流體往北滲流具有較大的阻礙和制約作用，從而更進一步控制著鈾礦體的規(guī)模和連續(xù)性。此外，鈾礦體主要發(fā)育在巖相發(fā)生變化的部位，這是因為沉積碎屑在主河道北部的河漫灘突然變細，含礦流體滲流速度也隨之變慢，含礦物質(zhì)逐漸沉淀下來形成鈾礦。含氧含鈾地下水垂直于河道方向往下滲流，這與伊犁盆地其他含礦層位鈾成礦模式(含礦流體順著河道展布方向滲流)不同。通常情況下，垂直于河道方向不利于形成鈾礦體，這是因為河道兩側(cè)發(fā)育的是細粒沉積的河漫灘，由于缺失滲透性良好的徑流通道，含礦流體很難進入河道繼續(xù)往下滲流，在河道砂體中也就不會發(fā)育層間氧化帶，也不會更進一步形成鈾礦體。研究區(qū)之所以能垂直于河道發(fā)育形成鈾礦體，是因為后期構造使沉積地層往南抬升，河道南部的河漫灘部分被剝蝕，從而使得含氧含鈾地下水有機會進入主河道并進一步往下滲流形成鈾礦體。因此，研究區(qū)頭屯河組鈾礦體的發(fā)現(xiàn)，對進一步擴大伊犁盆地鈾找礦方向具有重要的借鑒意義。

圖2 研究區(qū)頭屯河組巖相平面展布

圖3 研究區(qū)頭屯河組鈾成礦示意

4 結 論

(1)研究區(qū)頭屯河組主要發(fā)育砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、粉砂巖和泥巖，原生顏色主要為灰—灰黑色，發(fā)育2套比較穩(wěn)定的砂體，垂向上表現(xiàn)為2個明顯的正旋回組合。

(2)研究區(qū)在頭屯河組沉積時期主要為1條近東西向展布的主河道，河道兩側(cè)為河漫灘沉積、河漫灘外側(cè)為洪泛平原，在主河道的局部位置，砂體變薄，為河心泥灘沉積。

(3)在鈾成礦過程中，頭屯河組早—中期的沉積環(huán)境、河心泥灘的發(fā)育、主河道與河漫灘的相變，對沉積期后鈾礦體的發(fā)育及空間展布有著十分重要的控制作用。含礦流體垂直于河道方向滲流并最終形成工業(yè)鈾礦體，是研究區(qū)頭屯河組獨特的鈾成礦模式。

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(責任編輯 王小兵)

Lithophase Characteristics of Toutunhe Formation and Its Control on Uranium Mineralization in Honghaigou Uranium Deposit

Qiu Yubo1,2Yi Haisheng3Luo Xinggang2Wang Maomao2Qiao Qi2Liu Jie2
(1.CollegeofAppliedNuclearTechnologyandAutomationEngineering，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China；2.No.216GeologicalTeam，ChinaNationalNuclearCorporation，Urumqi830011,China;3.InstituteofSedimentaryGeology，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

Toutunhe formation is the new-discovered stratum bearing sandstone-type uranium ore in Yili Basin in recent years.The lithology-lithophase characteristics that are the important ore-controlling factors of Tountunhe formation of Honghaigou uranium deposit in southern margin of Yili Basin is analyzed systemically so as to discover its special metallogenic regularity and to provide important theoretical evidence for the following uranium exploration work in Yili Basin.According to the characteristics of lithology，development of sandbody，and the ratio of sand to stratum，and combing with the evolution of regional sedimentary sysyem，it is concluded that，Toutunhe formation is a main channel along west to east.Both sides of the channel is the flood land，and outside of the flood land is the floodplain.In the local area of the main channel，the sandbody becomes thinner，and the sandbody is the mudflat deposition in the middle of channel.The sedimentary environment in the sedimentary period，the development of mudflat in the middle of channel and the phase change of sedimentary micro-phase are the important ore-controlling factors for uranium mineralization.The ore-bearing fluid that is perpendicular to the direction of the channel seeps and forms the industrial uranium orebody eventually，which is the special metallogenic model compared with other ore-bearing stratum in Yili Basin.

Honghaigou uranium deposit，Sandstone-type uranium ore，Toutunhe formation，Lithophase characteristics，Ore-controlling factor

2014-09-22

全國鈾礦資源調(diào)查評價計劃項目(編號：1212011220775)，整裝勘查關鍵基礎地質(zhì)研究計劃項目(編號：12120114007601)。

邱余波(1983—)，男，博士研究生。通訊作者 伊海生(1959—)，男，教授，博士，博士研究生導師。

P612，P512.2

A

1001-1250(2015)-01-090-04