伊犁盆地南緣含礦砂體特征與鈾成礦關(guān)系研究

康　勇，逄　瑋，任滿船，王　冰，張大緒

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，烏魯木齊830011）

伊犁盆地南緣含礦砂體特征與鈾成礦關(guān)系研究

康勇，逄瑋，任滿船，王冰，張大緒

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，烏魯木齊830011）

含礦砂體物質(zhì)成分、厚度、沉積特征與滲透性，是層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦不可或缺的因素。通過(guò)對(duì)伊犁盆地南緣中西段含礦砂體的厚度變化、沉積微相特征的系統(tǒng)分析。認(rèn)為不同沉積條件下，含礦砂體特征、砂體泥質(zhì)與粘土礦物含量及砂體中透鏡體泥質(zhì)隔擋層的數(shù)量、厚度不同，導(dǎo)致含礦主巖的還原能力、吸附能力的不同。地下水滲流模式的多樣性，使得伊犁盆地南緣的成礦模式具有多樣性。對(duì)砂體厚度研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)鈾礦體大都發(fā)育在砂體厚度變化的轉(zhuǎn)折部位，垂向上巖性由粗轉(zhuǎn)細(xì)的界面（氧化-還原界面）是工業(yè)鈾礦體易于富集的場(chǎng)所。

層間氧化帶；砂巖型鈾礦；砂體厚度；滲透性能；粘土礦物；成礦模式

0　引言

經(jīng)過(guò)核工業(yè)幾代人的不懈努力，伊犁盆地陸續(xù)探明了庫(kù)捷爾太、烏庫(kù)爾其、扎吉斯坦、蒙其古爾、洪海溝等多個(gè)大中型砂巖型鈾礦床（圖1）。前人對(duì)砂巖型鈾礦的成礦因素、控礦因素具有不同的認(rèn)識(shí)。張占峰等認(rèn)為構(gòu)造和地下水補(bǔ)徑排條件是鈾成礦的驅(qū)動(dòng)因素［1］；焦養(yǎng)泉等認(rèn)為砂體既是鈾成礦流體的運(yùn)移通道，也是鈾成礦的儲(chǔ)集空間，砂體結(jié)構(gòu)和規(guī)模適中的骨架砂體是鈾成礦的最基本條件和必備因素［2］，并提出了“砂巖型鈾儲(chǔ)層”的概念；多數(shù)研究者認(rèn)為充足的鈾源及含礦砂巖本身的還原能力是鈾成礦不可或缺的條件。筆者在砂巖型鈾礦成礦機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)沉積旋回砂巖不僅記錄該沉積期的氣候、環(huán)境及沉積水動(dòng)力特征，還有成礦期的后生蝕變特征。因此研究砂巖型鈾礦成礦機(jī)制，首先須要對(duì)每個(gè)沉積旋回砂巖進(jìn)行剖析和梳理，總結(jié)出其與鈾成礦的關(guān)系。

1　含礦主巖物質(zhì)成分

伊犁盆地南緣中下侏羅統(tǒng)水系溝群含礦主巖為塊狀構(gòu)造，以中-粗粒不等粒砂狀結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)膠結(jié)為主。巖石中顯微狀孔隙發(fā)育，連通性好。含礦砂體骨架顆粒主要由石英、巖屑和長(zhǎng)石三大礦物組成。不同含礦層位含礦主巖礦物巖石學(xué)特征及成礦規(guī)律有以下特征（表1）。

①含礦主巖為較典型的沉積環(huán)境下形成的高鋁硅酸鹽礦物組合，其巖性以碎屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和砂質(zhì)礫巖為主。

圖1　伊犁盆地鈾礦床分布簡(jiǎn)圖Figure1　Distribution of uranium ore deposits in Ili Basin

表1　伊犁盆地南緣中下侏羅統(tǒng)水西溝群鈾礦石礦物成分Table1 Ili Basin south margin middle and lower Jurassic Shuixigou Group uranium ore mineral composition

②從巖石礦物學(xué)特征看，平面上石英、巖屑含量變化不大，長(zhǎng)石含量自洪海溝至蒙其古爾鈾礦床呈變小趨勢(shì)。垂向上從三工河組向上值西山窯組上段，石英含量逐漸減小、巖屑和長(zhǎng)石含量增加，巖性由巖屑砂巖為主過(guò)渡為巖屑砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，至西山窯組上段過(guò)渡為長(zhǎng)石巖屑砂巖為主。

③長(zhǎng)石、巖屑中的黏土化普遍發(fā)育，氧化巖石見(jiàn)有不同程度的褐鐵礦化。黏土礦物、碳屑、弱氧化黃鐵礦、褐鐵礦粉末等是鈾吸附的主要集合體，黃鐵礦邊緣易伴生瀝青鈾礦和鈾石［5］。

④巖屑種類繁多，蝕源區(qū)巖性多樣。鈾礦石與盆地南部山區(qū)安山玢巖稀土元素分布型式相一致，表明南部的察布查爾山是水西溝群物源區(qū)。蒙其古爾鈾礦床酸性火成巖巖屑占巖屑總量的30%左右，表明來(lái)自鈾源豐富的酸性巖碎屑數(shù)量較多，這類巖屑的大量分布使上述含礦砂體本身即成為層間氧化成礦的鈾源提供者［6］。

2　含礦砂體厚度與鈾成礦關(guān)系

伊犁盆地南緣侏羅系砂體以沖積扇、三角洲平原河道相及曲流河相為主，空間上具有穩(wěn)定的泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)，單層砂體厚度一般為10～30 m?？v觀國(guó)內(nèi)外層間氧化帶砂巖型鈾礦，砂體厚度遠(yuǎn)大于伊犁盆地含礦砂體厚度的礦床比比皆是：內(nèi)蒙古東勝-榆林一帶直羅組含礦砂巖厚度變化為8～75 m［7］；內(nèi)蒙古巴彥烏拉地區(qū)賽漢組含礦砂體厚度40～100 m［8］；中央克孜勒庫(kù)姆、楚-薩雷蘇、錫爾河等中亞三大成礦域鈾礦化層位為白堊系-新近系，含礦砂巖沉積厚度巨大，500～3 000 m不等，許多大型、超大型鈾礦連成一片，礦體厚度大、品位高［9］。因此，單純考慮砂體厚度并不能分析其成礦的利弊。研究砂體厚度與鈾成礦關(guān)系時(shí)，應(yīng)首先考慮砂體的整體性和穩(wěn)定性，只有區(qū)域內(nèi)廣泛分布并且連通性好的砂體，才具備暢通的地下水徑流體系。另外，還有具備能足以推動(dòng)層間氧化帶不斷向前運(yùn)移的水動(dòng)力條件。伊犁盆地南緣侏羅系含煤地層還原介質(zhì)普遍存在，其獨(dú)特的“雙源性”（蝕源區(qū)和侏羅系本身均可提供鈾源）具備了鈾成礦物質(zhì)基礎(chǔ)。在相同成礦背景下，砂體自身厚度變化特征及砂體中的還原性物質(zhì)就成了鈾成礦的關(guān)鍵因素。

通過(guò)對(duì)洪海溝、庫(kù)基爾太、烏庫(kù)爾其、扎基斯坦、蒙其古爾等鈾礦床Ⅶ旋回、Ⅴ旋回等砂體的厚度研究，含礦砂體厚度與鈾成礦關(guān)系顯示以下特征：

①具備曲流河相沉積特征的Ⅶ旋回砂體，在空間上的“分合”程度較大。該旋回砂體發(fā)育較好的洪海溝礦床，空間上能識(shí)別出兩套具備各自獨(dú)立補(bǔ)-徑-排體系的砂體，并且延展性、連通性好。庫(kù)捷爾太礦床砂體厚大且疏松，層間氧化帶和鈾礦化發(fā)育不好，僅有400多米寬。在蘇東布拉克301線一帶亦出現(xiàn)類似特征。烏庫(kù)爾其地區(qū)Ⅶ旋回砂體發(fā)育較差，雖然在空間上能識(shí)別出2～4層砂體，但各亞層砂體相變較快，空間上分合較頻繁，由沉積中心向邊緣過(guò)渡較快，砂體厚薄變化不均，各相鄰兩層砂體間頻繁產(chǎn)生交叉徑流，在交叉水動(dòng)力體系甚至缺失地下徑流，形成的鈾礦體比較零散，往往呈“雞窩狀”，導(dǎo)致平面上工業(yè)鈾礦帶窄，連續(xù)性差，垂向上工業(yè)鈾礦體頻繁疊置。

②相比Ⅶ旋回，Ⅴ旋回砂體在伊犁盆地南緣中西段分布相對(duì)穩(wěn)定、連續(xù)，巖性同樣以固結(jié)疏松粗砂巖、含礫粗砂巖為主，為該旋回各亞層地下水運(yùn)移創(chuàng)造了良好的徑流條件，時(shí)有利于鈾成礦的砂體。

③平面上，工業(yè)鈾礦體大都發(fā)育在砂體厚度突變的界面上成礦流體運(yùn)移方向和流動(dòng)速度嚴(yán)格受砂體骨架發(fā)育形態(tài)控制。當(dāng)砂體厚度發(fā)生變化時(shí)，成礦流體的能量以及物質(zhì)運(yùn)移方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，多數(shù)情況下這種變化對(duì)鈾成礦有利。

從洪海溝鈾礦床Ⅶ2、Ⅶ1旋回，蒙其古爾鈾礦床Ⅶ、Ⅴ1等旋回含礦砂體編制的砂體等厚度與礦體形態(tài)展布圖看。

洪海溝寬敞Ⅶ2、Ⅶ1旋回砂體形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單。Ⅶ1旋回砂體主要沿K01線方向呈南東-北西向展布，由沉積中心向兩側(cè)收斂，工業(yè)鈾礦體大都分布于砂體厚度的漸變帶上（圖2）。Ⅶ2旋回砂體展布類似于Ⅶ1旋回砂體，不同的是該旋回砂體在K04線至K44線厚度驟減，工業(yè)鈾礦體恰好沿著砂體厚度驟減的邊緣線發(fā)育。

蒙其古爾鈾礦床各旋回砂體發(fā)育形態(tài)相對(duì)較復(fù)雜，工業(yè)鈾礦體多集中發(fā)育在砂體厚度變化的地段（圖3）。

綜上所述，縱觀伊犁盆地侏羅系水西溝群各層位砂體厚度變化與鈾礦體分布，不難發(fā)現(xiàn)含礦砂體“穩(wěn)中有變”的總體特征對(duì)成礦是十分有利的。即穩(wěn)定連續(xù)分布含礦砂體中，因沉積砂體厚度變薄或者砂體中泥質(zhì)夾層增多的部位是成礦有利部位。

3　砂體沉積特征與鈾成礦關(guān)系

圖2　洪海溝鈾礦床Ⅶ1旋回砂體等厚度圖Figure2　Honghaigou uranium ore deposit VII 1 cycle sandbody isopach

圖3　蒙其古爾鈾礦床Ⅴ22旋回砂體等厚度圖Figure3　Monqigur uranium ore deposit V22cycle sandbody isopach

由于砂體早期沉積的不均一性，加之后期沉積沖刷作用，同一沉積旋回不同地區(qū)的砂泥沉積體呈現(xiàn)不同的泥—砂—泥結(jié)構(gòu)。就泥—砂—泥結(jié)構(gòu)而言，伊犁盆地南緣砂體具備以下幾種特征：①砂體頂板泥巖沉積缺失，在蒙其古爾鈾礦床三工河組下段的頂板泥巖多處沉積缺失，形成了多處透水天窗；②砂體頂、底板隔水層分布穩(wěn)定，但沉積厚薄不均，局部地區(qū)甚至小于1 m；③單層含礦砂體的收斂沉積及砂體中沉積的大量低滲透性隔擋層（這種隔擋層亦包括后期壓實(shí)、成巖過(guò)程中形成的大面積鈣質(zhì)結(jié)核、鐵質(zhì)結(jié)核、硅質(zhì)結(jié)核等）。

與上述三種沉積類型相對(duì)應(yīng)的地下水滲流模式分別為：①越流滲流模式。蒙其古爾礦床P0-P31線三工河組上段的地下水滲流模式屬于越流補(bǔ)給成礦模式［10］，這種成礦模式在伊犁盆地南緣尚屬特例，但不一定是唯一特例；②穿越流滲流模式。當(dāng)含水層頂、底板隔水層過(guò)于薄弱，強(qiáng)大的滲透壓力會(huì)使得薄弱的頂、底板隔水層變成“弱透水層”，這樣，地下水就會(huì)透過(guò)“弱透水層”向上或者向下補(bǔ)給相鄰含水層；③繞流滲流模式。洪海溝鈾礦床西山窯組上段層間水存在繞流現(xiàn)象［11］。層間水運(yùn)動(dòng)不同于管中流體運(yùn)移，當(dāng)?shù)叵滤\(yùn)動(dòng)遇到透鏡體隔擋層或者收斂沉積的砂體時(shí)，成礦流體會(huì)迅速轉(zhuǎn)向周邊高滲透性的砂體中運(yùn)移。簡(jiǎn)言之，就是成礦流體在運(yùn)移的過(guò)程中遇到壁壘、障礙，而構(gòu)成壁壘、障礙的泥質(zhì)隔擋層攜帶的大量還原性物質(zhì)，繞流作用致使壁壘、障礙附近地下水流速明顯減緩，水—巖作用時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，這種滲流模式從時(shí)間和物質(zhì)上為鈾的沉淀和富集提供了十分便利的條件。

繞流滲流模式在伊犁盆地南緣很常見(jiàn)，作為壁壘的收斂性砂體，在繞流作用下成孤立的島狀還原砂體，砂體周圍及兩翼則屬氧化環(huán)境，這樣島狀還原砂體則有可能形成工業(yè)鈾礦化。

與洪海溝地區(qū)不同的是蒙其古爾鈾礦床以泥質(zhì)隔擋層取代了收斂性砂體，攜帶還原物質(zhì)的泥質(zhì)隔擋層會(huì)與周圍氧化環(huán)境形成強(qiáng)烈反差，從而形成明顯的氧化還原地球化學(xué)界面，泥質(zhì)隔擋層及其周邊砂體則變成了一個(gè)“鈾吸附體”。筆者通過(guò)對(duì)蒙其古爾鈾礦床泥質(zhì)隔擋層厚度及隔擋層與工業(yè)鈾礦體分布特征的分析，并結(jié)合工業(yè)鈾礦體的分布特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)分大部厚度為1～2 m的泥質(zhì)隔擋層周邊均伴有鈾礦體產(chǎn)出。當(dāng)泥質(zhì)隔擋層厚度超過(guò)2 m時(shí)，其周邊幾乎很少發(fā)育鈾礦體。工業(yè)鈾礦體多分布于泥質(zhì)隔擋層發(fā)育較集中且厚度變化適中的地段（圖4）。

圖4　蒙其古爾鈾礦床Ⅴ22旋回砂體中泥質(zhì)隔擋層等厚度圖Figure4　Monqigur uranium ore deposit V22cycle sandbody argillaceous barrier isopach

從蒙其古爾鈾礦床看，含礦砂體中常出現(xiàn)以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等為主透鏡體夾層，且大部分泥巖透鏡體周邊均富集有工業(yè)鈾礦體。砂體厚度驟減部位往往是工業(yè)鈾礦體的聚集部位。鈾礦體能在這些地方聚集，不僅與成礦流體流速減緩，水—巖作用時(shí)間增長(zhǎng)有關(guān)，還與這些變異部位原始有機(jī)質(zhì)及黏土含量偏高導(dǎo)致層間氧化帶很容易在這些地方尖滅有關(guān)，這些都是氧化-還原過(guò)渡帶形成的有利條件。

4　砂體骨架滲透性與鈾成礦關(guān)系

從物質(zhì)和能量守恒角度看，在一次完整交替過(guò)程中，成礦流體的氧化能力沿地下水流向會(huì)發(fā)生由強(qiáng)到弱的變化，原生地層的還原能力因此被不斷削弱，氧化帶前鋒線則在一次次水交替過(guò)程中不斷的向前推移，當(dāng)氧化-還原能力接近平衡時(shí)，才能形成相對(duì)穩(wěn)定的地球化學(xué)障。在這個(gè)過(guò)程中，水-巖作用完成了侵蝕（攜帶）-預(yù)富集-富集等過(guò)程，與該過(guò)程對(duì)應(yīng)的地球化學(xué)剖面則是鈾礦化-翼部礦體-卷頭礦體。

每個(gè)沉積旋回至少包含一套正粒序或逆粒序砂體，這種垂向上砂體巖性的變化會(huì)導(dǎo)致巖石滲透性能的不均一性。成礦流體優(yōu)先選擇滲透性好的部位通過(guò)。砂體中有大量成礦流體通過(guò)、滲透性好的部位，是氧化作用最強(qiáng)烈部位，而砂體頂、底部滲透性差的細(xì)砂巖，其氧化速度會(huì)滯后于滲透性好的粗砂巖，這些細(xì)砂巖在垂向上構(gòu)成了還原體。這種垂向上巖性變化的界面，便構(gòu)成了氧化-還原的分界面。也就是說(shuō)，砂體頂、底部巖性分界面是鈾礦預(yù)富集的有利部位，從而揭示了通常見(jiàn)到的鈾礦化、翼部礦體大都位于一套正粒序、逆粒序砂體頂部或者底部的原因。

5　結(jié)論

通過(guò)對(duì)伊犁盆地南緣含礦砂體特征與鈾成礦關(guān)系研究，得到以下認(rèn)識(shí)：

①伊犁盆地南緣含礦砂體均為較典型的沉積環(huán)境下形成的高鋁硅酸鹽礦物組合，以巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和砂質(zhì)礫巖為主要巖性。長(zhǎng)石、巖屑普遍發(fā)生黏土化，遭氧化的巖石發(fā)育不同程度的褐鐵礦化。黏土礦物、炭屑、弱氧化的黃鐵礦、褐鐵礦粉末等是吸附鈾的主要集合體。

②縱觀伊犁盆地侏羅系水西溝群各層位砂體厚度與鈾礦體分布特征時(shí)，認(rèn)為含礦砂巖中的“穩(wěn)中有變”沉積特征對(duì)鈾成礦是十分有利的，即穩(wěn)定連續(xù)分布含礦砂體中，因收斂沉積砂體厚度變薄或者砂體中泥質(zhì)夾層增多的部位是成礦有利部位。

③鈾礦體多賦存于砂體厚度急劇減薄，泥質(zhì)夾層增多，砂巖粒度由粗突然變細(xì)等部位，這種砂體變化由微相環(huán)境變化所致，這些變異部位往往是原始有機(jī)質(zhì)及黏土含量增高的部位。砂體的這種突變會(huì)造成層間地下水的流速減緩甚至流向發(fā)生改變，水巖作用時(shí)間延長(zhǎng)，層間氧化作用受阻。層間氧化帶迅速尖滅是形成氧化-還原過(guò)渡帶，促使鈾從水中沉淀，在砂體中富集的重要因素。

④垂向上的巖性分界面與氧化還原分界面在空間上具有一致性特點(diǎn)，往往是鈾礦體預(yù)富集的有利部位。在成礦的中、后期這些預(yù)富集的鈾礦體又會(huì)遭到溶蝕破壞，并隨著地下水運(yùn)移的方向不斷遷移、富集，形成鈾礦床。

［1］張占峰，蔣宏，王毛毛.蒙其古爾鈾礦床成礦驅(qū)動(dòng)因素及其在伊犁盆地找礦實(shí)踐中的意義［J］.礦床地質(zhì)，2010，29：165-166.

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［6］張占峰，蔣宏，李家金，等.新疆察布查爾縣蒙其古爾鈾礦床P31-P55線詳查地質(zhì)報(bào)告［R］.烏魯木齊：核工業(yè)二一六大隊(duì)，2009.

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Relationship between Ore-bearing Sandbody Features and Uranium Mineralization at South Margin of Ili Basin

Kang Yong，Pang Wei，Ren Manchuan，Wang Bing and Zhang Daxu
（No.216 Geological Team，China National Nuclear Corporation，Urumqi，Xinjiang 830011）

Material composition，thickness，sedimentary features and permeability of ore-bearing sandbody are indispensable factors for interlayer oxidized zone sandstone type uranium mineralization.Through systematic analysis of ore-bearing sandbody thickness varia?tion and sedimentary microfacies features at mid-west sector south margin of Ili Basin，considered that under different sedimentary con?ditions，different ore-bearing sandbody features，sandbody pastes，clay mineral contents，and amount，thickness of lenticular argilla?ceous barrier in sandbody caused different ore-bearing host rock reducing capacity and adsorptivity.Diversity of groundwater seepage models has caused diversity of mineralization models at south margin of Ili Basin.Study on sandbody thickness has found the pay grade uranium orebodies are mostly developed at sandbody thickness turning position，vertically lithological interface turning from coarse to fine（redox interface）.

interlayer oxidized zone；sandstone type uranium ore；sandbody thickness；permeability；clay minerals；mineralization model

P611

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.10.07

1674-1803（2016）10-0029-05

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（1212011220775）

康勇，（1981—），男，2005年畢業(yè)于東華理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，水文地質(zhì)高級(jí)工程師，從事鈾、煤礦水文地質(zhì)找礦工作。

2016-05-17

責(zé)任編輯：宋博輦