三塘湖盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦條件

洪 濤

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三塘湖盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦條件

洪 濤

（東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌 330013）

三塘湖盆地位于新疆東北部，是一個北西向延伸的山間盆地。三塘湖盆地是形成層間氧化帶砂巖型鈾礦的有利區(qū)域。本文通過分析區(qū)域鈾成礦地質(zhì)條件，闡明了鈾源條件、構(gòu)造條件、水文條件、巖相條件、地形地貌及古氣候條件以及油氣條件對形成層間氧化帶砂巖型鈾礦的作用。

鈾礦；層間氧化帶；成礦條件；三塘湖盆地

層間氧化帶砂巖型鈾礦是我國重要的工業(yè)鈾礦類型。三塘湖盆地位于新疆東北部的北天山與中蒙邊界的阿爾泰山之間，東起淖毛湖戈壁，西與準(zhǔn)噶爾盆地相連，北起阿爾泰山，南到北天山，是中新生代形成的北西-南東向長條形盆地。20世紀(jì)90年代，多家核工業(yè)單位在盆地及周邊地區(qū)開展鈾地質(zhì)調(diào)查評價，確立了該區(qū)內(nèi)鈾礦找礦目標(biāo)類型為層間氧化帶型。鈾礦找礦的目的層有西山窯組、頭屯河組及昌吉河群，并在局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了受層間氧化帶控制的鈾礦化[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊和吐哈－準(zhǔn)噶爾板塊之間，寬約10~30km，長約300km，面積23 000km2，屬西伯利亞板塊南西陸緣增生帶，是華力西期構(gòu)造活動與中新生代后期造山作用形成的山間盆地。盆地四周是強烈的褶皺構(gòu)造所形成的中高山區(qū)，其褶皺構(gòu)造形成于早石炭世（C1）和早二疊世（P1）。盆地構(gòu)造格局表現(xiàn)為東北逆沖推覆隆起帶與西南逆沖推覆帶夾持的中央坳陷帶。中央坳陷帶又由十個次級構(gòu)造單元組成，自北西至南東依次為烏通凹陷、小青凸起、漢水泉凹陷、紅疙瘩凸起、條湖凹陷、岔哈泉凸起、馬郎凹陷、方方梁凸起、淖毛湖凹陷及蘇魯克凹陷（圖1）。從區(qū)域地質(zhì)和盆地特征分析，三塘湖盆地具有變質(zhì)巖基底、沉積巖基底和 T-Q山前陸相盆地沉積的結(jié)構(gòu)特點。

圖1 三塘湖盆地及紙房地區(qū)構(gòu)造單元分區(qū)略圖

1.斷裂 2.侏羅系邊界 3.古生界邊界 4.構(gòu)造單元界線

三塘湖盆地的基底分別為石炭系、二疊系及華力西期花崗巖及花崗斑巖。盆地內(nèi)花崗巖較發(fā)育，主要為華力西中期的產(chǎn)物，盆地具有非對稱結(jié)構(gòu)。盆地基底地層劃分見表1。蓋層主要有三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系（表2）。盆地構(gòu)造演化劃分存在分歧，分歧的焦點在于盆地發(fā)育起始時期以及晚二疊世盆地的性質(zhì)的認(rèn)識上。本文按趙澤輝的劃分觀點，可將盆地構(gòu)造演化劃分為三個階段：盆地基底形成階段，盆地發(fā)育階段以及后期盆地改造階段。其中盆地的基底形成又可以劃分為早石炭世洋盆俯沖活動大陸邊緣時期，晚石炭世碰撞造山時期和早二疊世后碰撞伸展轉(zhuǎn)換時期；盆地發(fā)育階段進(jìn)一步分為：①晚二疊世造山伸展斷陷盆地時期②二疊紀(jì)末期擠壓隆升時期③侏羅紀(jì)、早白堊世凹陷盆地時期④早白堊世擠壓逆沖時期[2]。

表1 三塘湖盆地基底劃分簡表

表2 三塘湖盆地蓋層劃分簡表

2 區(qū)域鈾成礦地質(zhì)條件

2.1 鈾源條件

層間氧化帶型砂巖鈾礦成礦條件中鈾源是一個重要條件，它主要指基底巖石的含鈾性、鈾的浸出率。三溏湖盆地鈾源較豐富，老地層中鈾含量一般為2.5×10-6，侏羅系與下白堊統(tǒng)鈾含量達(dá)2×10-6～4×10-6。在東部坳陷下白堊統(tǒng)及頭屯河組、西山窯組灰白－黃褐色含煤地層中，鈾含量高并形成異常或礦化帶。如三塘湖下湖的鈾礦化帶及淖毛湖地區(qū)的131號礦化點和石頭梅—三塘湖中湖一帶的129 號、127號礦化點。產(chǎn)于二疊系頂部的凝灰質(zhì)砂礫巖中的127號異常帶，斷續(xù)長50m地段，鈾含量一般為20×10-6～100×10-6，最高200×10-6 [3]。盆地航放資料表明蝕源區(qū)存在2.3～3.10nc/kg.h的偏高場。這些偏高場和鈾含量較高的地層，不僅提供盆地蓋層沉積物中的鈾，而且為盆地地表、地下水提供了鈾源。因此，盆地在進(jìn)行地球化學(xué)成礦作用中，有較好的鈾源物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 盆地構(gòu)造條件

三塘湖盆地面積大，在活動背景下存在相對穩(wěn)定的構(gòu)造區(qū)域。盆地中新生代是在三疊紀(jì)末準(zhǔn)平原化的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的，早白堊世末開始的區(qū)域性以近北東－南西向擠壓為主兼右行走滑的遞進(jìn)構(gòu)造作用（燕山運動），造成了盆地區(qū)域履逆沖斷裂帶大規(guī)模相間的宏觀構(gòu)造格局，以中央坳陷帶南北兩側(cè)的區(qū)域性逆沖斷裂帶，大規(guī)模沖斷活動為突出特征。造成中央坳陷帶的北西向復(fù)式向斜并伴生一系列次級北西向斷裂，同時發(fā)育北東向沖斷兼走滑和相應(yīng)的凸凹相間的斷塊活動，燕山運動造成了盆地區(qū)域性缺失晚白堊世地層。晚白堊世以區(qū)域擠壓兼走滑為特點的構(gòu)造作用的持續(xù)活動，在初始隆升剝蝕缺失晚白堊世，繼之因沖斷隆升的增強和坳陷的形成。在沖斷的中央坳陷帶中，控制了第三紀(jì)及至第四系以沖積、洪積為特點的粗碎屑巖沉積。最終形成了現(xiàn)今盆地南北緣強烈逆沖抬升，中央坳陷帶強烈斷陷且在北東向凸凹斷塊相間，上部為第三系、第四系大部分超覆的地形、地質(zhì)面貌。

各凹陷內(nèi)盆地基底埋深差異較大，侏羅系底板埋深500～2 500m，白堊系底板埋深600～850m，第三系底板埋深50～800m，第四系底板埋深400～1 060m。盆地除淖毛湖及三塘湖、咸水泉一帶存在于斷裂上盤而出露地表的侏羅系外，其它廣大區(qū)域皆為斷裂下盤深埋于地表以下500～2 200m。在中央坳陷帶內(nèi)由于燕山－喜山期的南北擠壓兼右行走滑的區(qū)域構(gòu)造作用形成的眾多切穿基底至侏羅系、白堊系乃至第三系的北西向、北東向、東西向的分支斷裂。這些斷裂多具有逆沖性質(zhì)，部分兼有扭性，構(gòu)成了盆地中新生代蓋層內(nèi)大大小小為數(shù)眾多的斷鼻、斷背斜、斷塊等構(gòu)造圈閉。這些構(gòu)造圈閉不僅破壞了盆內(nèi)蓋層在區(qū)域上的連續(xù)性，而且為后生層間氧化帶發(fā)育所必須的水動力機制帶來極大的影響，破壞了盆內(nèi)蓋層區(qū)域上地下水補、徑、排機制的一致性、使地下水的動力學(xué)機制變得異常復(fù)雜。通過以上推測，三塘湖盆地在新生代形成演化過程中，經(jīng)受了新構(gòu)造運動的強烈改造。

由于燕山運動、喜山運動的作用，侏羅系、下白堊統(tǒng)于晚白堊紀(jì)時被抬升出地表遭受剝蝕，在盆地凹陷內(nèi)局部存在蓋層產(chǎn)狀寬緩、構(gòu)造相對穩(wěn)定的斜坡帶，如漢水泉凹陷西段、淖毛湖凹陷北西側(cè)、蘇魯克凹陷南東部及紙房地區(qū)鹽池南東凹陷的南東部。構(gòu)造運動形成的斷裂成為凹陷內(nèi)有利的構(gòu)造排泄窗，在這些區(qū)域，相對穩(wěn)定的構(gòu)造作用有利于發(fā)育層間氧化帶發(fā)育。

2.3 水文地質(zhì)條件

盆地根據(jù)水流排泄方式可以分成滲入型盆地和滲出型盆地兩類。滲入型自流水盆地一般都不能形成具有工業(yè)價值的鈾礦床。滲入型自流水盆地因盆地地下水補給區(qū)與排泄區(qū)具有一定的高度差，為地下水中鈾的溶解與遷移提供了很好的水動力條件，是典型層間氧化帶砂巖型鈾礦不可或缺的有利成礦條件[4]。

三塘湖盆地是一個滲入型自流水盆地，具有豐富的水源補給區(qū)。盆地由基底到蓋層可以分為古生界、中生界、新生界3個水文地質(zhì)構(gòu)造層。中生界三疊系、侏羅系、白堊系個巖層中的承壓水很少有水力聯(lián)系，水力梯度隨地形往盆地中心遞減。由于沉積蓋層都經(jīng)歷了沉積、剝蝕-淋慮和埋藏封閉等3個水文地質(zhì)時期。此外，由徑流區(qū)到排泄區(qū)均見有斷裂和局部隆起，造成地下水的局部集中匯流和排泄，形成局部減壓區(qū)（帶）。這有利于層間氧化帶的發(fā)育，同時由于造山作用，盆地曾不斷隆起和沉陷，使沉積巖層中地下水從滲入狀態(tài)向滲出狀態(tài)多次交替，導(dǎo)致在排泄窗內(nèi)形成復(fù)雜的多階段的分帶。

三塘湖盆地東部拗陷排泄區(qū)位于牛圈湖、馬郎、汗虛一帶，補給區(qū)為南部的天山北山（巴里坤北山）、東南部的哈爾里克山以及北部的沙依蘇北山。地下水總體上自東南向北西徑流。三塘湖盆地西部拗陷補給區(qū)為北部的大哈甫提克山、呼洪得雷山、蘇海圖山及南部的莫欽烏拉山、白衣山、天山北山。排泄區(qū)位于盆地中部牛圈湖、鴨子泉、西峽溝一帶。西部拗陷還存在眾多的局部性排泄源。這些局部性排泄源主要分布于劉家井子－咸水泉一線及庫木蘇泉、漢水泉、玫瑰泉等。西部拗陷地下水總體流向是自北西向南東流。從古水文地質(zhì)分析，盆地中存在層間氧化帶的地層有中上三疊統(tǒng)、中侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)及第三系。

2.4 巖相條件

從鈾的成礦條件分析，有利于后生砂巖型鈾礦化形成的砂體類型必須是滲透性好的層狀砂體、席狀砂體、似層狀砂體或帶狀砂體。從沉積相和沉積體系來看，能形成這種砂體的沉積體系有辮狀河流沉積體系、辮狀三角洲沉積體系、扇三角洲沉積體系、濱湖三角洲沉積體系和濱海三角洲沉積體系等[5]。

三塘湖盆地侏羅系發(fā)育齊全、分布最廣。新疆各大盆地南北邊緣中下侏羅統(tǒng)發(fā)育有沖積扇、扇三角洲、辮狀河三角洲相沉積物，相帶中砂體厚度適中（10～40 m），固結(jié)較疏松，有機質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)含量較豐富，具發(fā)育層間氧化帶的巖性-巖相條件[6]。三塘湖盆地在早侏羅世時主要處于中新生代盆地的發(fā)育早期，湖盆繼承了三疊系準(zhǔn)平原化的格局。盆緣以沖積扇直接入湖形成扇三角洲相為特征，在盆中則為湖相；中侏羅世西山窯期。三塘湖盆地湖盆擴大，盆緣向南北擴展，現(xiàn)今盆地南北邊緣在當(dāng)時多處于湖相向扇三角洲相、辮狀河三角洲相、湖沼相過渡的邊緣，以薄層砂巖與厚層泥巖、煤層、煤線交互沉積以及含菱鐵礦為特征。中侏羅世晚期，古氣候逐漸向干旱、半干旱轉(zhuǎn)變，盆地湖盆開始萎縮，普遍發(fā)育辮狀河相、曲流河相沉積。中新生代構(gòu)造演化顯示了在局部區(qū)域存在構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的區(qū)域。如漢水泉凹陷西段、條湖凹陷北東部、淖毛湖凹陷北西側(cè)以及蘇魯克凹陷的頭屯河組（J2t）皆發(fā)育辮狀河相、辮狀河三角洲相沉積。另外，漢水泉凹陷西段的西山窯組（J2x）也發(fā)育辮狀河三角洲相沉積。辮狀河相、辮狀河三角洲相皆以發(fā)育大型席狀砂體為特征，對層間氧化帶的發(fā)育非常有利。

2.5 地形、地貌及古氣候條件

三塘湖盆地總體上呈西高東低和南北高中央低的態(tài)勢，地形反差大，海拔高度300～4 000m[7]。三塘湖盆地南為北天山支脈的巴里坤北山和麥欽烏拉山，北部和東北部為阿爾泰山系的東延支脈大哈甫提山和蘇海圖山，皆為中至中高山區(qū)，海拔2 000～3 000m。目的層位于中低山區(qū)或低山丘陵地帶，海拔1 000～500m。

蝕源區(qū)與沉積盆地的地形有一定的高差，從蝕源區(qū)向盆地中心，依次為中高山、中低山、低山丘陵、荒漠戈壁及鹽堿化地貌景觀，從而使目的層有利于接受蝕源區(qū)的含鈾含氧水補給。目的層侏羅系主要為溫暖潮濕氣候條件下形成的一套富含有機質(zhì)、黃鐵礦的含煤碎屑巖系，沉積期后一直為干旱、植被不發(fā)育的氣候環(huán)境，第四系廣布但厚度不大，都有利于含鈾的蝕源體強烈風(fēng)化剝蝕和氧化，有利于潛水和層間氧化。

2.6 盆地內(nèi)油氣資源條件豐富

三塘湖盆地油氣開發(fā)開始于1993年，隨著石油勘探程度的不斷提高，在盆地內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列油田。據(jù)新疆石油管理局資料，三塘湖盆地目前在條湖凹陷、馬朗凹陷已獲工業(yè)油流生油巖層主要為上二疊統(tǒng)及中下侏羅統(tǒng)。其中條湖凹陷以尋找侏羅系為油源的自生自儲油藏為主，馬朗凹陷以尋找二疊世為油源的自生自儲原生油藏和古生新儲的次生油藏為主。此外，在塘淺3井西山窯組中也發(fā)現(xiàn)了含油跡砂巖。1999 年吐哈油田公司接手三塘湖盆地勘探以來，發(fā)現(xiàn)了黑墩油田、馬中油田和南緣黑墩 2號含油氣構(gòu)造。目前已有北小湖、牛圈湖、黑墩、馬中四個油田投入開發(fā)[8]。

結(jié)合盆地的斷裂構(gòu)造發(fā)育特征來看，一些斷裂構(gòu)造切穿盆地基底，斷裂構(gòu)造延伸到J、k地層逐漸消失。油氣中含有的大量還原性氣體（CH4，H2S）逸出，沿斷裂構(gòu)造上升遷移，在層間與含氧含鈾的地下水相遇，使鈾還原富集。因此，豐富的油氣資源及切穿中新生代蓋層斷裂的存在為三塘湖盆地層間氧化帶的發(fā)育提供了充分的次生還原條件。

3 結(jié)論

三塘湖盆地鈾源較為豐富，存在活動背景下相對穩(wěn)定的構(gòu)造區(qū)域，存在發(fā)育大型席狀砂體為特征辮狀河相、辮狀河三角洲相，局部有利的補徑排條件、地形、地貌和古氣候條件，以及豐富的油氣資源條件。這些有利于形成層間氧化帶砂巖型鈾礦。

[1] 唐湘飛，周宏偉，孫鵬飛等.新疆三塘湖盆地砂巖型鈾成礦前景及新區(qū)找礦思路[J].新疆地質(zhì)，2009,27（1）.

[2] 趙澤輝，郭召杰，張臣等.新疆東部三塘湖盆地構(gòu)造演化及石油地質(zhì)意義[J].北京大學(xué)學(xué)報，2003,39（2）.

[3] 金和海.新疆三塘湖盆地蓋層特征及層間氧化帶砂巖型鈾礦遠(yuǎn)景分析[J].鈾礦地質(zhì)，2003，19（2）.

[4] 徐爭啟.鈾礦地質(zhì)與勘查實習(xí)教程[M] ，北京：地質(zhì)出版社，2013.

[5] 余達(dá)淦，吳仁貴，陳培榮.鈾資源地質(zhì)學(xué)[M]，哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2004.

[6] 張金帶.關(guān)于鈾礦地質(zhì)工作的幾點思考[J].鈾礦地質(zhì)，2003,19（6）.

[7] 劉惠華. 三塘湖盆地地貌對形成層間氧化帶砂巖型鈾礦的作用[J].西部探礦工程，2014，（8）.

[8] 王盛鵬.三塘湖盆地致密油地質(zhì)評價及有利探區(qū)[D] ，中國礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文（北京），2013.

Metallogenetic Conditions of Interlayer Oxidation Zone Sandstone Type Uranium Deposit in the Santanghu Basin

HONG Tao

（School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013）

The Santanghu basin is a NW-trending intermountane basin in the northeast of Xinjiang. Previous research results show that the Santanghu basin is an area favorable for formation of interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit. This paper has a discussion on ore-forming conditions for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit such as source, tectonic, hydrogeological, lithologic, geomorphic, climatic factor in the Santanghu basin.

Santanghu basin; interlayer oxidation zone; ore-forming geological condition

2017-10-18

洪濤（1993-），男，江西贛州人，碩士研究生，主要從事礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)研究

P619.14

A

1006-0995（2018）03-0441-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.021