伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體沉積特征及與鈾礦化關(guān)系

潘澄雨，劉紅旭，丁波，王永文，孟云飛，張曉

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

伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體沉積特征及與鈾礦化關(guān)系

潘澄雨，劉紅旭，丁波，王永文，孟云飛，張曉

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

通過(guò)對(duì)伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體平面和空間展布規(guī)律的分析，開展重點(diǎn)區(qū)塊的沉積微相精細(xì)解剖，并探討其與鈾成礦關(guān)系。研究認(rèn)為，伊犁盆地南緣西山窯組下段發(fā)育兩個(gè)大型沉積朵體控制了兩個(gè)大型礦集區(qū)。礦集區(qū)骨架砂體展布較厚，聯(lián)通性強(qiáng)，具有良好的儲(chǔ)層性質(zhì)。西山窯組下段為扇三角洲沉積體系，發(fā)育平原和前緣亞相。主要的控礦微相為分流河道、水下分流河道與前緣席狀砂。分流河道的礦體一般富集在粗粒砂體中，水下分流河道的礦體主要賦存在靠近泥巖特別是碳質(zhì)泥巖或煤線的夾層附近，前緣席狀砂的礦體主要發(fā)育在與河道過(guò)渡相連的中粗礫級(jí)砂體中。

砂巖型鈾礦；骨架砂體；伊犁盆地南緣；沉積微相；礦集區(qū)

大型骨架砂體是指在盆地內(nèi)，一種沉積體系中的大型連通砂巖體系，通常要剔除不能反映沉積格局砂層后的砂體，即剔除粉砂巖體以及1 m以下砂厚的透鏡狀產(chǎn)出砂體［1］。大型骨架砂體構(gòu)成了大規(guī)模的地下水動(dòng)力系統(tǒng)的載體，為鈾成礦流體提供了運(yùn)移通道，易于形成泥-砂-泥形態(tài)的容礦空間。對(duì)于骨架砂體的研究以往多應(yīng)用于石油地質(zhì)，通過(guò)研究砂體的非均質(zhì)性對(duì)沉積盆地儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其目的在于揭示由于砂體非均質(zhì)性而導(dǎo)致的油氣藏和油氣開發(fā)的復(fù)雜性。在地浸砂巖型鈾礦床的研究中，如何在沉積盆地內(nèi)精確定位大型骨架砂體，如何描述微相的形態(tài)和空間展布，如何闡明相控鈾成礦機(jī)理等，是層間氧化帶砂巖型鈾礦研究的核心問(wèn)題［2-3］。大型骨架砂體的研究在層間氧化帶砂巖型鈾礦勘探中被應(yīng)用于層間氧化帶的空間定位與識(shí)別，研究者通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地東北部直羅組層間氧化帶大型骨架砂體空間形態(tài)的研究，定性其沉積體系為早期辮狀河、辮狀河三角洲與晚期曲流河、曲流河三角洲的復(fù)合疊加（焦養(yǎng)泉，2005）。研究認(rèn)為骨架砂體對(duì)鈾成礦的控制作用體現(xiàn)在兩方面：一方面是砂體非均質(zhì)性通過(guò)對(duì)鈾成礦流體運(yùn)移狀態(tài)的影響進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)成礦的控制；另一方面可能與沉積環(huán)境相變導(dǎo)致還原物質(zhì)增加有關(guān)（Jiao，et al.，2005）。劉武生等（2011）研究認(rèn)為，伊犁盆地鈾礦化與含礦建造中砂體特征密切相關(guān)，鈾礦化主要賦存于砂地比高（＞0.45）、砂體厚度適中（17～32 m）的層位中；王勛（2013）通過(guò)對(duì)西山窯組下段骨架砂體的分析得出其發(fā)育辮狀河三角洲沉積相的結(jié)論。

對(duì)于研究區(qū)骨架砂體沉積特征與鈾成礦關(guān)系的結(jié)合還有待深入研究。筆者旨在通過(guò)對(duì)伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體沉積特征與沉積環(huán)境分析，結(jié)合前人研究成果，探討沉積微相與鈾成礦的關(guān)系，為選定成礦靶區(qū)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

伊犁盆地位于我國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)西北邊陲，地處中哈邊境線附近，在大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚蠚w屬于天山造山帶中的伊犁—中天山微地塊，其南側(cè)以南天山為邊界與塔里木板塊相接，是在塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的南北對(duì)沖擠壓應(yīng)力作用下形成的內(nèi)陸山間坳陷盆地，其形態(tài)成向東開口的狹長(zhǎng)三角形［4-5］（圖1）。

侏羅系是研究區(qū)的主要賦礦層位，上侏羅統(tǒng)缺失，中、下侏羅統(tǒng)從老到新分為八道灣組、三工河組、西山窯組和頭屯河組，其中前三個(gè)組合稱為水西溝群。水西溝群不整合上覆于三疊系，沉積厚度0～510 m，平均厚度約300 m。煤層是水西溝群的一大特征，共發(fā)育12層煤，從下到上依次用M1～M12表示，其中M5、M8和M10最為穩(wěn)定，可作為區(qū)域標(biāo)志層，以煤層為標(biāo)志將這套地層劃分為7個(gè)沉積旋回，依次用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ來(lái)表示。根據(jù)巖石特征與煤層標(biāo)志劃分為3個(gè)組，即Ⅰ～Ⅳ旋回為八道灣組（J1b），Ⅴ1～亞旋回為三工河組（J1s），～Ⅶ旋回為西山窯組（J2x）（圖2）。

八道灣組（J1b）下部粒度較粗，為礫巖、砂礫巖、細(xì)砂巖。底部礫巖由大小不等的礫石或卵石、少量砂巖和泥巖組成，含赤鐵礦結(jié)核，鐵質(zhì)膠結(jié)，地層非常堅(jiān)硬，常構(gòu)成正地形，稱“達(dá)拉地礫巖”，是區(qū)域上的標(biāo)志層，往上粒度減小，與下伏小泉溝群為小角度不整合接觸；三工河組（J1s）以灰色砂巖為主，砂體厚度大，底部塊狀砂巖、砂礫巖，往上出現(xiàn)砂、泥巖互層，多呈下粗上細(xì)的正韻律，水平層理發(fā)育，上部為厚煤層（M8）；西山窯組（J2x）為灰色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖及砂巖呈不均勻互層，下部煤層多，厚度大且穩(wěn)定，往上煤層變少、變薄。含煤層韻律清楚，每個(gè)韻律由“含礫粗砂巖-細(xì)砂巖-粉砂巖-泥巖-煤層”組成；頭屯河組（J2t）位于M12煤層之上，為一套河流相碎屑巖建造，巖性為黃白色-灰白色夾雜褐黃色礫巖、砂質(zhì)礫巖、粗砂巖及棕紅色－棕黃色泥巖、砂質(zhì)泥巖，夾灰白色鈣質(zhì)砂質(zhì)礫巖薄層。與下伏地層西山窯組（J2x）為不整合接觸，局部直接超覆于八道灣組（J1b）或小泉溝群（T2-3xq）之上，其上被上中新統(tǒng)-上新統(tǒng)紅層不整合覆蓋。

圖1 伊犁盆地及其周緣區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)陳正樂(lè)，2008）Fig.1 Regional geological sketch of Yili basin and its peripheral region（After CHEN Zhengle，2008）

2 伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體沉積特征

圖2 伊犁盆地南緣侏羅系劃分簡(jiǎn)圖（據(jù)核工業(yè)216大隊(duì)內(nèi)部成果修改，2012）Fig.2 Classification of Jurassic System in the southern margin of Yili basin（Modified after the internal report of Geologic Party No.216，CNNC，2012）

三工河組為湖侵體系域，沖積扇不發(fā)育。西山窯組下段沉積初期，隨著三工河組水退，研究區(qū)范圍形成低位體系域，以沖積扇下切河道為主要特征，此時(shí)高位域不發(fā)育。次級(jí)充填為水退背景下的進(jìn)積充填序列，以扇三角洲沉積為主［6-7］，河道發(fā)育，砂體較厚，向北過(guò)渡為水下分流河道，砂體減薄并逐漸分叉。西山窯期為溫暖潮濕氣候，為煤層的發(fā)育提供了極其優(yōu)越的古氣候條件，第8煤層厚度在4～15 m之間［8］。

2.1 西山窯組下段骨架砂體特征

伊犁盆地南緣西山窯組下段發(fā)育3個(gè)大型骨架砂體群，分別位于盆地南緣的西部、中部和東部，骨架砂體厚度約在30～60 m，物源在南部蝕源區(qū)，砂體向北延伸，并且以骨架砂體為沉積中心，形成3個(gè)大型的沉積朵體（圖3）。東段達(dá)拉地砂體較厚，中段和西段相對(duì)較薄，不過(guò)骨架砂體的整體平均厚度達(dá)到了25 m，屬于沉積構(gòu)造中“滿盆砂”的格局［9-10］。

其砂地比值也反映出3個(gè)朵體狀比值高異常區(qū)，這點(diǎn)與骨架砂體厚度的平面分布相對(duì)應(yīng)，反映了骨架砂體在南緣的大致分布范圍。砂地比值較不均衡，西段比值較高，其次為中段和東段，砂地比與砂體厚度展布存在一定程度的差異，局部地區(qū)出現(xiàn)砂體較薄而砂地比值卻較高的情況，其原因可能是某些地區(qū)的地層本身較薄，導(dǎo)致砂體的厚度較小，但是砂地比值較大（圖4）。

經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在鉆孔控制區(qū)域內(nèi)，砂體厚度與砂地比值之間存在著很大程度上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但又不完全如此。因此，沉積相研究必須將砂體厚度和砂地比值兩者結(jié)合進(jìn)行。

2.2 西山窯組下段沉積相展布

根據(jù)該地區(qū)的砂體展布特征和砂地比值展布特征，將伊犁盆地南緣西山窯組下段定為扇三角洲沉積體系，發(fā)育扇平原和前緣亞相，平面上依次向北展布。在平面上主河道和次級(jí)河道展布明顯，沉積相類型主要有分流河道、水下分流河道、間灣和席狀砂等（圖5）。

3 伊犁盆地南緣西山窯組下段骨架砂體沉積特征與鈾礦化關(guān)系

圖3 伊犁盆地南緣西山窯組下段（亞旋回）骨架砂體厚度平面等值線圖Fig.3 Contour map of skeleton sand body thickness of the lower member of Xishanyao Formation（subcycle）in the southern margin of Yili basin

圖4 伊犁盆地南緣西山窯組下段（亞旋回）砂地比平面等值線圖Fig.4 Contour map of sand body thickness percentage in the lower member of Xishanyao Formation（Vsubcycle）in the southern margin of Yili basin

3.1 骨架砂體展布與鈾礦化的平面配置關(guān)系

西山窯組下段是伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦發(fā)育最多、最富的層位，其中主要的富礦集中區(qū)有蒙—扎—烏礦集區(qū)和庫(kù)—洪礦集區(qū)。這些礦床除了烏庫(kù)爾其礦床外幾乎處于同一緯度上，距離蝕源區(qū)在5 km的范圍之內(nèi)。從幾個(gè)礦床與沉積微相的展布關(guān)系來(lái)看，蒙其古爾礦床分布在主河道之中，扎吉斯坦礦床分布在次級(jí)河道之中、烏庫(kù)爾其礦床分布在次級(jí)河道之中、庫(kù)捷爾太礦床分布在主河道、次級(jí)河道以及前緣席狀砂之中、洪海溝礦床主要分布在次級(jí)河道中（圖5）。根據(jù)規(guī)模來(lái)看，蒙其古爾礦床礦化厚度大、礦體規(guī)模大、礦化品位高，可能與其所處的主河道沉積微相有直接聯(lián)系。

圖5 伊犁盆地南緣西山窯組下段沉積古地理圖Fig.5 Sedimentary palaeogeographic map of the lower member of Xishanyao Formation in the southern margin of Yili basin

圖6 蒙—扎—烏礦集區(qū)主砂體與次級(jí)砂體平面分布示意圖Fig.6 Distribution map of main and secondary sand body in Meng-Zha-Wu ore-concentrated area

3.1.1 蒙—扎—烏礦集區(qū)

蒙—扎—烏礦集區(qū)位于南緣中段的沉積朵體上，主要由蒙其古爾、扎吉斯坦和烏庫(kù)爾其3個(gè)大型礦床組成。砂體厚度較大，砂體以礫巖、砂質(zhì)礫巖為主，砂體展布穩(wěn)定，分布面積較廣。從砂體厚度等值線來(lái)看，物源自SW向NE向供應(yīng)，砂體向NE呈橢圓狀展布，形成扎吉斯坦和蒙其古爾砂體集中區(qū)（圖3）；從砂地比等值線圖分析，砂體內(nèi)部非均質(zhì)性較強(qiáng)，形成多個(gè)呈島狀分布的低值區(qū)［11-12］（圖4）。

蒙—扎—烏礦集區(qū)主砂體與次級(jí)砂體平面分布示意圖（圖6），圖中紫色部分是砂礫巖、礫巖、含礫粗砂巖和粗砂巖的厚度集合，黃色部分是中砂巖、細(xì)砂巖的厚度集合，在地層整體出現(xiàn)“滿盆砂”的情況下，可以用這種方法得出主砂體和次級(jí)砂體的平面分布情況，進(jìn)而劃分沉積微相。蒙—扎—烏沉積朵體發(fā)育兩條主河道，而次級(jí)河道和席狀砂在主河道周圍展布。

蒙—扎—烏礦集區(qū)西山窯組下段以扇三角洲平原-前緣亞相為主，礦體的分布較零散，礦體可分為扎吉斯坦礦帶和蒙其古爾礦帶，礦帶的分布受河道砂體控制，本區(qū)礦體一般賦存在主河道與次級(jí)河道的交匯處，近源的礦體可能是由于從主河道向次級(jí)河道過(guò)渡時(shí)砂體的非均質(zhì)性及水動(dòng)力發(fā)生改變，致使礦質(zhì)沉淀富集形成；而在阿克加爾附近較遠(yuǎn)的礦體是由于前緣水下分流河道向席狀砂過(guò)渡時(shí)砂體的非均質(zhì)性改變?cè)斐傻牡V質(zhì)沉淀富集形成（圖6）。平面上富大礦體圍繞扇平原心灘砂體周圍呈不規(guī)則曲形展布或沿分流河道方向延伸，在前緣席狀砂中也有分布。該時(shí)期扇三角洲砂體穩(wěn)定，厚度大，利于后期成礦物質(zhì)的運(yùn)移，其中分流河道與水下分流河道在厚度和結(jié)構(gòu)方面相對(duì)穩(wěn)定，是成礦的優(yōu)勢(shì)相（圖7）。

3.1.2 庫(kù)—洪礦集區(qū)

庫(kù)—洪礦集區(qū)位于伊犁盆地南緣西段沉積朵體上，由庫(kù)捷爾太礦區(qū)和洪海溝礦區(qū)組成，西山窯組下段砂體厚度較大，砂體以礫巖、砂質(zhì)礫巖為主，砂體穩(wěn)定，分布面積較廣。從砂體厚度等值線來(lái)看，物源由南部西天山供應(yīng)，形成洪海溝和庫(kù)捷爾太兩個(gè)砂體集中區(qū)，主砂體呈NNE方向展布，庫(kù)捷爾太北部出現(xiàn)一個(gè)朵狀砂體高值區(qū)，砂體內(nèi)部厚度值變化較大（圖3）。

圖7 蒙—扎—烏礦集區(qū)西山窯組下段沉積相與鈾礦化配置關(guān)系圖Fig.7 Sketch map showing relationship between sedimentary facies and uranium deposits of the lower member of Xishanyao Formation in Meng-Zha-Wu ore-concentrated area

該時(shí)期物源來(lái)自南部西天山，以扇三角洲沉積為主，河道程度較低，側(cè)向河道遷移頻繁，在范圍內(nèi)形成穩(wěn)定較厚的砂體，河道向北延伸入湖，形成扇三角洲前緣水下分流河道，由水下分流河道和前緣席狀砂兩個(gè)微相組成，特點(diǎn)是水下分流河道間開始演變?yōu)槟鄮r為主，砂體厚度、粒度變差，礫巖含量和厚度明顯減少。礦體的分布較集中，基本呈EW向垂直于河道，礦帶的分布受河道砂體控制，平面上礦體集中分布于主河道與分支河道交匯處，體現(xiàn)了成礦受砂體非均質(zhì)性的控制，為分流河道控礦（圖8）。

伊犁盆地南緣西山窯組下段主要含礦微相為分流河道與水下分流河道（二、三級(jí)分流河道或水下分流河道），而位于水下分流河道兩側(cè)的前緣席狀砂亦有成礦的潛力。

圖8 庫(kù)—洪礦集區(qū)西山窯組下段沉積相與鈾礦化配置關(guān)系圖Fig.8 Sketch map showing relationship between sedimentary facies and uranium deposits of the lower member of Xishanyao Formation in Ku-Hong ore-concentrated area

圖9 西山窯組下段沉積微相與砂巖型鈾礦空間關(guān)系圖（據(jù)王勛，2013）Fig.9 Spatial relation between sedimentary microfacies and sandstone type uranium deposit of lower member of Xishanyao Formation（After WANG Xun，2013）

3.2 骨架砂體沉積相與鈾礦化的空間賦存關(guān)系

西山窯組下段的礦體主要賦存在分流河道與水下分流河道中，少部分賦存于前緣席狀砂之中。筆者對(duì)大量的含礦鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，西山窯組下段的砂巖型鈾礦化與沉積微相在空間上的展布關(guān)系（圖9）特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩方面：首先礦體在分流河道中主要賦存在河床滯留的粗粒沉積砂體中；其次在水下分流河道中，礦體主要賦存在靠近泥巖特別是碳質(zhì)泥巖或煤線的夾層附近，其主要原因可能是少量的夾層的存在一定程度上減緩了層間水的運(yùn)移速度。

根據(jù)大量研究發(fā)現(xiàn)，伊犁盆地南緣西山窯組下段砂巖型鈾礦化對(duì)微相環(huán)境有明顯的選擇性，扇三角洲平原分流河道微相、扇三角洲前緣水下分流河道和席狀砂微相為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)相。垂向上主要是由于這種微相具有砂體厚度和規(guī)模大，透水性好，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)完整，走向、傾向上連通較好的主砂層（體），構(gòu)成透水層，有利于蝕源區(qū)的在其中運(yùn)移；并且這套地層是在潮濕氣候條件下形成的，因此具有豐富的有機(jī)質(zhì)等還原劑，有利于還原富集，也為層間氧化帶的發(fā)育和鈾礦的富集提供了空間，從而有利于鈾礦床的形成。

產(chǎn)于三角洲平原分流河道相的砂巖型鈾礦，礦體一般賦存于單層厚度10～35 m的分流河道砂體中，而主要礦體則往往賦存于單層厚度18～25 m的砂體中。在厚度小于10 m和大于35 m的砂體中，幾乎沒(méi)有工業(yè)礦化產(chǎn)出。不論在走向上還是在傾向上，礦化產(chǎn)出于砂體由厚變薄的部位，這種厚度變化不但表現(xiàn)在單純的厚度減小，還表現(xiàn)在砂體內(nèi)部出現(xiàn)泥巖透鏡體（或夾層）使砂體的凈厚度減小。特別是沿傾向砂體厚度突然減小或出現(xiàn)泥巖透鏡體時(shí)，層間水的流速流向會(huì)隨之發(fā)生變化，往往也是容易形成礦化的部位。

4 結(jié)論

根據(jù)研究區(qū)骨架砂體的砂體厚度與砂地比值的展布特征，將伊犁盆地南緣西山窯組下段定為扇三角洲沉積體系，平面上發(fā)育扇上平原和前緣亞相，微相類型主要有分流河道、水下分流河道、間灣和席狀砂等。蒙—扎—烏礦集區(qū)與庫(kù)—洪礦集區(qū)的成礦優(yōu)勢(shì)微相為分流河道微相、水下分流河道微相與席狀砂微相，礦體的賦存主要受砂體非均質(zhì)性的影響，分流河道的礦體一般富集在粗粒砂體中，水下分流河道的礦體主要賦存在靠近泥巖特別是碳質(zhì)泥巖或煤線的夾層附近，前緣席狀砂的礦體主要發(fā)育在與河道過(guò)渡相連的中粗礫級(jí)砂體中。礦體的賦存對(duì)于骨架砂體的厚度有一定要求，一般在厚度小于10 m和大于35 m的砂體中產(chǎn)出，礦化產(chǎn)出于砂體由厚變薄的部位，這種厚度變化不但表現(xiàn)在單純的厚度減小，還表現(xiàn)在砂體內(nèi)部出現(xiàn)泥巖透鏡體（或夾層）使砂體的凈厚度減小。

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Skeleton sand body depositional characteristics of the lower member of Xishanyao Formation and their relationship to sandstone type uranium mineralization in the southern margin of Yili basin

PAN Chengyu，LIU Hongxu，DING Bo，WANG Yongwen，MENG Yunfei，ZHANG Xiao
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Objective：Based on the skeleton sand body analysis in planar and spatial distribution rules of lower member of Xishanyao Formation，the key blocks of sedimentary microfacies are shown in detail in the article，and the relationship between sedimentary microfacies and uranium mineralization is explored. It is suggested that two large sedimentary bodies of the lower member of Xishanyao Formation control two key ore-concentrated areas（Ku-Hong and Men-Zha-Wu）at the southern margin of Yili basin. Skeleton sand body in ore-concentration areas has good reservoir properties due to its large thickness and strong connectivity.Fan delta sedimentary system which includes delta plain facies and delta front facies developed in the lower member of Xishanyao Formation.The main ore-controlling microfacies are distributary channel，underwater distributary channel and front sheet sand.Ore bodies ofdistributary channel are enriched in the coarse sand body and ore bodies of underwater distributary channel are enriched in the nearby shale，especially carbonaceous shale and coal line in general.Ore bodies of front sheet sand are enriched in the middle-coarse sand body that connected to the channel transition.

sandstone type uranium deposit；skeleton sand body；southern margin of Yili basin；sedimentary microfacies；ore-concentrated area

P611；P619.14

A

1672-0636（2015）04-0208-09

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.004

國(guó)家973項(xiàng)目（編號(hào)：2015CD453004）和國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2012AA061801）聯(lián)合資助。

2015-03-04；

2015-05-13

潘澄雨（1988—），男，新疆克拉瑪依人，工程師，主要從事鈾資源勘查、沉積盆地研究等相關(guān)工作。E-mail：PCYPL1988@126.com