準噶爾盆地喀木斯特地區(qū)砂巖型鈾礦控礦因素

黃澎濤

(中煤地質(zhì)集團有限公司 中國煤炭地質(zhì)總局特種技術(shù)勘探中心，北京 100040)

準噶爾盆地是我國西北地區(qū)重要的含油氣盆地[2-4]，同時也是鈾礦遠景區(qū)之一，具有較好的鈾礦資源潛力[5]。自20世紀50年代以來，在盆地內(nèi)開展的鈾礦地質(zhì)勘查工作取得大量的成果[6-8]。特別是從上世紀90年代開始，開展以主攻地浸砂巖型鈾礦為目標(biāo)的系統(tǒng)調(diào)查評價工作，并取得很好的找礦成果和科研成果[9-10]。但缺乏系統(tǒng)性的成礦模式研究和找礦模型建立。

喀木斯特地區(qū)砂巖型鈾礦位于盆地東北部。前人對研究區(qū)砂巖型鈾礦目的層巖石學(xué)特征及其成礦意義等方面開展了相關(guān)研究工作[11]，開展了層序地層劃分對比和頭屯河組沉積演化模式建立[12]，并研究分析了成礦條件與找礦方向[5]。筆者針對喀木斯特地區(qū)砂巖型鈾礦的控礦因素開展深入研究探討，為盆地東北緣層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式的建立奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)地處準噶爾坳陷區(qū)東北緣，陸梁隆起之滴南凸起的東部邊緣，東南緊鄰克拉美利山(圖1)。

區(qū)域內(nèi)出露地層主要以上古生界泥盆系和石炭系為主，中新生界三疊系、侏羅系和新近系次之，第四系分布比較廣泛?；子山Y(jié)晶巖系和蓋層褶皺系組成，顯示出雙重結(jié)構(gòu)特征，蓋層巖系經(jīng)歷了海西，印支，燕山和喜馬拉雅四個構(gòu)造旋回的演化。東準噶爾褶皺造山帶為盆地的北東及東側(cè)邊界。

區(qū)域斷裂發(fā)育，主要表現(xiàn)為三組不同走向的斷裂體系，即北東東向、 北西-北西西向和東西向斷裂。斷裂存在多期活動，海西、印支期形成的北西-北西西向斷裂切割上古生界；燕山期又進一步活動斷開中生界和先期構(gòu)造形成北東東向和東西向斷裂。

圖1 準噶爾盆地構(gòu)造單元劃分圖(據(jù)參考文獻[5]) Figure 1 Junggar Basin structural element partition map (after reference [5])

區(qū)域巖漿活動發(fā)育，多集中在研究區(qū)的東南部。主要為華力西中期一套中酸性侵入巖和全蝕變超基性巖，整體呈北西向展布；亦有少量加里東期中酸性侵入巖分布于東北一帶。

1.2 區(qū)域放射性異常

區(qū)域放射性異常的鈾高值區(qū)集中分布于北部卡拉麥里山至野馬泉一帶，并不嚴格受某一層位控制。其成因除了與該區(qū)地層中鈾豐度較高有關(guān)外，還與這一地段斷裂構(gòu)造和巖漿活動發(fā)育以及接受了鈾的疊加富集等因素密切相關(guān)。

鈾偏高場在蝕源區(qū)嚴格對應(yīng)于出露的海西期堿性花崗巖；在盆地中，多片團塊狀偏高暈圈均處在盆緣的侏羅系和白堊系中，具有后期淋積富集的特點。鈾低值區(qū)集中分布于西緣和南段盆地區(qū)中部，形成一條明顯的“L”型低值帶，與第四系沉積低洼處的沙丘、沙窩及鹽堿地相對應(yīng)。此外，沿整個卡拉麥里深斷裂帶均表現(xiàn)為鈾相對偏低，顯示斷裂破碎部位的鈾被淋出。

釷的高值暈圈主要分布在東北部，與地槽褶皺帶內(nèi)的海西期花崗巖出露范圍極為吻合，而且豐度梯度變化明顯。釷低值區(qū)與鈾低值區(qū)分布形態(tài)一致，也形成一條“L”型低值帶，同時，在蝕源區(qū)中還無規(guī)律地分布多片釷低值暈圈，反映出區(qū)域中釷元素分布的不均勻性。

鉀元素除在東北部出現(xiàn)幾片嚴格受花崗巖控制的高值暈圈外，整個區(qū)域多為正常場，且梯度變化很小，表明區(qū)內(nèi)地層中鉀的分布是比較均勻的。

區(qū)域放射性強度有著相同的特點：隨著粒級的增大，放射性強度呈現(xiàn)減小的現(xiàn)象；在同粒組的巖石中，隨著泥質(zhì)成份的增多，放射性底數(shù)有所增大，這兩種現(xiàn)象可能與泥巖對放射性的吸附作用有關(guān)。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)內(nèi)大部分為第四系所覆蓋，第三系和侏羅系有少量出露。鉆探揭露地層由老到新依次為侏羅系下統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)，侏羅系中統(tǒng)西山窯組(J2x)、侏羅系中統(tǒng)頭屯河組(J2t)，侏羅系上統(tǒng)齊古組(J3q)、新近系中新統(tǒng)索索泉組(N1s)和第四系(Q)。其中下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)和中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)主要是一套曲流河相沉積的陸源碎屑巖，中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)和上侏羅統(tǒng)齊古組(J3q)主要是一套辮狀河相沉積的陸源碎屑巖，而中新統(tǒng)索索泉組(N1s)則主要是一套湖泊相沉積的泥巖和細砂巖組合。地層傾向北西，傾角約4°～7°，地層較平緩。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，總體為一個東南部揚起、西北方向向下傾斜的單斜構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)共有3條次級斷裂。F1正斷層位于東部，走向北北東，傾向北西，傾角約70°，落差100～300m，斷層的兩端延展至區(qū)外。F2正斷層位于南部，規(guī)模較小，走向近東西，傾向南南東，傾角約70°，落差10m，斷層向西延伸至區(qū)外。F3正斷層位于北部，走向北北西，傾向北北東，傾角約60°，落差400～1 000m，斷層的兩端延伸至區(qū)外。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)巖漿活動較不發(fā)育，地表未見有巖漿巖侵出，通過鉆孔揭露深部八道灣組上覆華力西中期花崗巖。在東南外圍一帶，有華力西中期的斑狀黑云母花崗巖和全蝕變超基性巖出露。

2.4 層間氧化帶

研究區(qū)的氧化帶呈條帶狀分布，為層間氧化帶，上下隔水層明顯。頭屯河組煤層上部普遍發(fā)育氧化砂體，放射性異常主要分布于該層氧化砂體底部。平面上分布較為連續(xù)，厚度較大，自7.15～87.25m，平均厚度33.35m，沿著上下隔水層隨著地層傾斜發(fā)育。目前尚未控制住氧化前鋒帶，有待進一步加強控制。另外西山窯組上部也有氧化帶與鈾礦化發(fā)育，值得高度重視。

氧化砂體普遍發(fā)育赤鐵礦化、褐鐵礦化和黃鉀鐵礬化等常見的氧化作用，且見有大量鐵質(zhì)結(jié)核。有些氧化作用不徹底時還留下殘斑塊，隱約可見流體氧化改造痕跡。

氧化砂體具有明顯的分帶特征，主要表現(xiàn)為發(fā)生強烈褐鐵礦化蝕變的褐紅色、紫褐色強氧化帶和發(fā)生黃鉀鐵礬化蝕變的褐黃色、亮黃色、淺黃色弱氧化帶，礦體多發(fā)育于氧化-還原過渡區(qū)域。

3 礦體(層)特征

3.1 含礦地層特征

研究區(qū)主要含礦地層產(chǎn)于頭屯河組下段發(fā)育的一套砂體中。砂體頂部為綠色泥巖層，向下氧化砂體較為發(fā)育，多為氧化層，局部夾小層未氧化灰綠色鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖層。

氧化層巖性為灰紅色細砂巖、中砂巖，褐色含礫粗砂巖。自上而下由細變粗，表現(xiàn)為多(半)個正韻律組合，韻律之間多為沖刷接觸關(guān)系。砂巖一般碎屑成分以石英為主，長石次之，分選較差-中等，次棱角-次圓狀狀，多為泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，少量灰色鈣質(zhì)膠結(jié)。底部多為含礫粗砂巖-礫巖組合，礫石呈現(xiàn)出細礫-中礫-粗礫變化趨勢，局部見巨礫，與下部西山窯組煤層呈不整合接觸關(guān)系。

砂體厚度最薄處為5m，最厚處110m，一般厚度50m左右，平均厚度35m左右。整體上表現(xiàn)為東部沉積厚度較薄，由南東緣向北西緣總體埋深逐步加大，變厚。結(jié)合砂體放射性異常特征綜合分析，砂體厚度與放射性異常存在明顯的正相關(guān)，及砂體越厚，越容易形成礦化。

3.2 含礦含水層頂?shù)装逄卣?/h3>

含礦含水層上部見一層泥巖，厚約4～12m，為隔水層蓋層；其上仍有2～3層泥巖層，厚1～6m，亦可以作為良好的頂板隔水層。這些泥巖層有效阻隔了含礦含水層與中新統(tǒng)含水砂巖層之間的水力聯(lián)系。

其底部與下伏西山窯組接觸面上分布有一層厚約2～6m的泥巖、碳質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖層及B1煤層；平均厚度較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這些底板隔水層阻隔了含礦含水層與西山窯組含水層之間的水力聯(lián)系。

3.3 鈾礦體特征

鈾礦體均發(fā)育于頭屯河組下段層間氧化帶內(nèi)。礦體分為上層礦體和下層礦體，呈板狀分布。

上層礦體分布范圍相對較少，所占面積較小，大致呈東西向條帶狀分布于研究區(qū)東南部。南北延展約500m，寬約260m，平均厚度為2.90m，平均品位為2.683 1×10-4。

下層礦體較為發(fā)育，礦化程度高，分布范圍廣，品位相對較高。礦體厚度變化范圍為1.10～3.50m，平均厚度為1.78m，礦體品位變化范圍為1.208 2×10-4～8.081 2×10-4，平均品位為3.541 1×10-4。

3.4 礦石類型及礦石礦物

研究區(qū)礦石類型多為砂巖型，部分為含砂礫巖。鈾礦石主要為富炭屑的含鈾碎屑巖，少量為富黃鐵礦的含鈾碎屑巖。

礦石中鈾礦物細小，主要存在于碎屑顆粒之間的填隙物中及顆粒表面蝕變的裂理、裂縫中。通過對鈾礦物進行電子探針分析，鈾礦物主要為鈾石、鈦鈾礦，少量鐵鈦鈾礦、鈣鈾礦。

3.5 圍巖蝕變

研究區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，主要表現(xiàn)為碳酸鹽化、石膏化、黏土化、赤鐵礦化、褐鐵礦化和黃鉀鐵礬化。其中黏土礦物的存在及其相互轉(zhuǎn)化與砂巖型鈾礦成礦密切相關(guān)。

4 控礦因素

控礦因素研究是找礦工作中最基本的工作內(nèi)容之一。通過剖析控礦因素，能夠把握礦床成礦機制及時、空上的產(chǎn)出及分布特征，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)成礦規(guī)律，進而指導(dǎo)找礦工作。

4.1 地層因素

4.1.1 賦礦層位

研究區(qū)賦礦層位為典型的含煤碎屑巖建造，含礦層位主要位于頭屯河組下段，含礦主巖為辮狀河河道及河漫亞相的巖屑砂巖和長石巖屑砂巖。砂體厚度適中，一般厚度在20m以上，粒度粗，滲透性好。賦礦層位具較穩(wěn)定的泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為后期層間氧化帶的發(fā)育提供了很好的地層條件。

4.1.2 沉積環(huán)境

含礦主巖的巖相古地理環(huán)境直接影響著地浸砂巖鈾礦的形成。早侏羅世至晚侏羅世中期，在研究區(qū)內(nèi)形成了一套以曲流河相為主的陸源碎屑巖，這些碎屑巖中富含煤層和植物化石。它們有利于厭氧生物的活動產(chǎn)生強還原氣體，形成地球化學(xué)障，促使鈾還原富集。

4.2 巖漿巖因素

研究區(qū)深部及東南外緣，發(fā)育有大量的二疊系、石炭系中酸性火山巖和華力西期中酸性侵入巖。其中火山巖U含量為4.89×10-6～7×10-6，花崗巖U含量為2.43×10-6～34.6×10-6，U豐度普遍偏高，是砂巖型鈾礦形成的有利物源區(qū)。

4.3 構(gòu)造因素

4.3.1 區(qū)域性構(gòu)造

含礦建造形成于盆地早期潮濕下拗階段，為灰色的原生還原環(huán)境，含礦建造形成后，氣候轉(zhuǎn)為干旱，經(jīng)歷了中新世時期的構(gòu)造抬升、控制盆斷裂后期活化、新的控礦斷裂生成、控盆斷裂中部錯動形成構(gòu)造補水窗等一系列的構(gòu)造活動，直到形成現(xiàn)代的構(gòu)造形式。

研究區(qū)位于構(gòu)造斜坡帶上，東南部隆起靠近盆緣，西北向盆地中間延伸，沉積厚度變大。整體走勢相對平緩，礦體距盆緣很近，近物源沉積。總體而言，構(gòu)造斜坡帶上發(fā)育的SE-NW向產(chǎn)狀的單斜地層，傾角平緩，有利于氧化流體在含水層中作緩慢的北西向移動，對砂體進行長期而又充分的氧化改造，從而形成分帶清晰的層間氧化帶。

4.3.2 次級構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)次級構(gòu)造不甚發(fā)育，主要有三條正斷層。這些次級斷裂對成礦作用主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，深部地層中富含有機質(zhì)和煤層，當(dāng)斷裂溝通深部時，易逸出的強還原氣體(如CH4，H2S等)可沿斷裂向上遷移，在其與層間含氧含鈾地下水相遇處，便形成地球化學(xué)還原障，促使鈾還原富集。其二，研究區(qū)內(nèi)礦體未發(fā)現(xiàn)明顯的斷層切割和破壞，但這些斷層(特別是斷距較大的F1、F3斷層)往往會錯斷頭屯河組下段，起到隔水屏障的作用，限制了層間氧化層延展，從而控制礦體的空間展布。

4.4 水文地質(zhì)因素

4.4.1 補-徑-排泄體系

研究區(qū)地下水動力系統(tǒng)具備完整的補給-徑流-排泄體系。侏羅系地下水補給源主要為東南部卡拉麥里山隆起區(qū)的地表及大氣降水，在區(qū)內(nèi)形成徑流，于張性斷層及烏倫古河地區(qū)排泄出地表。完善的補-徑-排泄體系是層間氧化帶形成的基礎(chǔ)。

4.4.2 含隔水層結(jié)構(gòu)

研究區(qū)含礦含水層頂?shù)装甯饔幸粚幽鄮r，形成隔-含-隔水層結(jié)構(gòu)。隔水層有效阻隔含水層中含礦流體向外擴散，將其約束在含水層中。同時制約了含水層的氧化-還原環(huán)境，為形成層間氧化帶提供了有利的水文地質(zhì)條件。

4.5 圍巖蝕變因素

研究區(qū)氧化還原過渡帶發(fā)生強烈的黏土化作用，形成較多的高嶺土等黏土礦物，增加了該帶吸附劑的含量和比表面積，同時弱酸性環(huán)境增強了黏土礦物對鈾的吸附作用。當(dāng)含礦流體沿著砂巖體的孔隙運移時，填隙物中的黏土礦物通過自身的表面吸附力對流體中的六價鈾進行吸附，可導(dǎo)致黏土礦物表面吸附型鈾礦化的富集。

4.6 氣候與地貌環(huán)境因素

研究區(qū)晚侏羅世以來和現(xiàn)代的干旱氣候明顯，地表植被不發(fā)育，土壤層薄，盆地東北緣呈準平原化的丘陵、戈壁、沙漠地貌，潛水面一般為地下50m左右，局部地區(qū)更深(100m以上)。這種氣候地貌環(huán)境有利于含氧含鈾水向盆內(nèi)滲流。

5 結(jié)論

通過上述，筆者認為在準噶爾盆地東北緣，富含氧和鈾的流體自東南部花崗巖緩慢遷移至斜坡構(gòu)造帶的頭屯河組下段砂巖體中，與自深部上逸具有強還原性的氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，加之黏土礦物對六價鈾吸附，最終形成鈾的富集。這一過程中，層間氧化帶嚴格約束了礦體的富集部位。