新疆卡拉達(dá)爾布拉克地段鈾成礦控因分析

王守玉，善曹特

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011）

卡拉達(dá)爾布拉克地段位于烏恰縣境內(nèi)，西臨巴什布拉克鈾礦床，二者均于下白堊統(tǒng)砂礫巖內(nèi)發(fā)育大量鈾礦化。前人對(duì)巴什布拉克礦床及東部卡拉達(dá)爾布拉克地段內(nèi)的礦點(diǎn)開(kāi)展了大量研究，認(rèn)為成礦類型為后期油氣改造型層間氧化砂巖鈾礦［1-5］，但從沉積特征及油氣還原角度分析鈾礦如何發(fā)育仍需進(jìn)一步探討。筆者從這兩方面開(kāi)展對(duì)目的層鈾礦化特征及控因分析，為下一步找礦提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)地處天山褶皺系巴什布拉克山前坳陷帶，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，逆沖斷裂及褶皺發(fā)育（圖1）。區(qū)內(nèi)地層從元古宇至新生界均有出露，北部為下元古界及古生界等區(qū)域鈾源層。目的層下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群分布廣泛，為干旱沖積扇-扇三角洲紅色砂礫巖夾泥巖組合，以砂體發(fā)育、原生紅色為典型標(biāo)志，其傾向南西，為傾角＜40°的單斜地層，臨近下元古界鈾源巖，為鈾成礦有利構(gòu)造單元。

圖1 喀什凹陷地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Geological structure sketch in Kashgar sag

2 沉積特征

2.1 巖性

總結(jié)野外調(diào)查、巖心編錄及鏡下鑒定成果，將目的層劃分為3段。

K1kz1為灰綠夾褐紅色礫巖、黃綠色泥巖，呈下粗上細(xì)正粒序。中下部為大段塊狀灰綠色礫巖夾薄層細(xì)砂巖，受沖刷影響，細(xì)砂巖呈不連續(xù)透鏡狀、薄層狀（圖2a）；上部為黃綠色泥巖與粉砂巖互層，橫向變化較大。礫巖內(nèi)發(fā)育塊狀構(gòu)造，板狀、楔狀交錯(cuò)層理，夾薄層泥質(zhì)條帶（圖2b、c）。碎屑顆粒呈點(diǎn)-線接觸，粒徑2～20 mm，雜亂堆積，分選、磨圓較差，反映近緣快速堆積。巖屑多為片巖、變質(zhì)砂巖，黏土礦物含量高，以泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)為主（圖2d）。

K1kz2下部發(fā)育數(shù)層灰褐、褐紅色礫巖，與細(xì)砂巖、泥巖復(fù)合疊加（圖2e）。該段細(xì)砂、泥巖層數(shù)增多，反映凹陷擴(kuò)張?jiān)斐蓭r相變化，河道遷移特征；上部為大段灰綠色礫巖夾薄層細(xì)砂巖。礫石粒徑3～20 mm，分選、磨圓差，局部呈弱定向疊瓦狀排列，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、泥質(zhì)。細(xì)砂巖呈薄層狀分布于礫巖之間，厚度變化大，局部發(fā)育薄層灰黑色泥巖（圖2f）。

K1kz3整體粒度細(xì)，為灰褐-褐紅色細(xì)砂巖與中砂巖互層，底部發(fā)育3～4層礫巖，沖刷下伏泥巖，但厚度較小。

2.2 沉積相

依據(jù)巖性特征，結(jié)合含砂率、測(cè)井等相標(biāo)志，認(rèn)為目的層為凹陷擴(kuò)張期沖積扇-扇三角洲相沉積，粒度向上變細(xì)。

2.2.1 沖積扇相

沖積扇相包括扇根、扇中兩個(gè)亞相，扇根亞相發(fā)育于K1kz2上部及K1kz1，扇中亞相僅發(fā)育于K1kz2下部（圖3）。

扇根亞相平面呈朵狀，含砂率向南降低呈條帶狀，受泥質(zhì)填隙物含量變化影響，電阻率測(cè)井曲線幅值變化劇烈呈高幅齒化菱形（圖4a），其垂向由塊狀礫巖、砂礫巖疊加，單層礫巖厚度＞20 m，礫石呈棱角-次棱角狀雜亂堆積。碎屑呈基底式、點(diǎn)-線式接觸，填隙物多為泥質(zhì)，受油氣還原改造，鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，充填并堵塞孔隙。細(xì)砂巖、泥巖厚度變化劇烈，呈透鏡狀、薄層狀，整體反映為近緣快速堆積的辮狀河道沖刷充填組合。

圖2 卡拉達(dá)爾布拉克地段砂礫巖巖石特征Fig.2 Lithological characteristics of glutenite in Garder Braquearea

圖3 克孜勒蘇群沉積相綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Kizilsu Group

圖4卡拉達(dá)爾布拉克地段克孜勒蘇群測(cè)井曲線特征Fig.4 Log curves of Kizilsu Group in Garder Braque area

扇中亞相為礫巖、含礫砂巖與中-細(xì)砂巖互層，電阻率測(cè)井曲線呈齒化鐘形（圖4a），構(gòu)成多個(gè)正粒序。局部發(fā)育薄層灰黑色含碳質(zhì)泥巖，細(xì)粒巖性層數(shù)增多，空間變化迅速，反映凹陷擴(kuò)張?jiān)斐蓭r相變化，辮狀河道規(guī)模減弱的特征。

2.2.2 扇三角洲相

扇三角州相發(fā)育于K1kz3，為厚層棕紅色中、細(xì)粒砂巖夾薄層泥巖，電阻率測(cè)井曲線呈低幅漏斗形、鐘形（圖4b）。該亞相粒度偏細(xì)，礫巖基本不發(fā)育，指示相對(duì)水平面升高，沖積扇向北萎縮。

3 油氣還原

目的層砂體為干旱紅色碎屑巖建造，缺乏還原介質(zhì)。下伏地層形成的油氣通過(guò)斷裂、不整合面上移，改變砂體顏色并還原砂體，為鈾礦化發(fā)育提供了還原性。

3.1 還原介質(zhì)及通道

還原介質(zhì)包括液態(tài)大分子有機(jī)組分C6-10HxOy（液態(tài)石油）及氣態(tài)小分子（CH4），二者造成砂體色調(diào)改變并形成地化分帶，將層間氧化水帶來(lái)的鈾酰絡(luò)離子次生還原并沉淀，在地瀝青及黏土礦物吸附作用下，形成鈾富集。K1kz1礫巖孔、裂隙中多見(jiàn)液態(tài)石油 （圖5a），邊緣發(fā)育鈣質(zhì)薄膜，裂解產(chǎn)物地瀝青多位于其上部。K1kz2砂體主要由氣態(tài)小分子（CH4）還原，液態(tài)石油及地瀝青發(fā)育較少。區(qū)內(nèi)油浸現(xiàn)象分布于斷裂及不整合面附近，還原后砂體呈灰色、藍(lán)灰色，指示油氣沿不整合面、斷裂運(yùn)移并于砂體內(nèi)遷移的特征［6-7］。

圖5 卡拉達(dá)爾布拉克地段克孜勒蘇群油氣顯示及還原特征Fig.5 Characteristics of oil and gas display and reduction featare of Kizilsu Group in Garder Braque area

3.2 還原特征

油氣還原過(guò)程中，氣態(tài)小分子組分與UO22+反應(yīng)后生成H+、HCO3-、SO42-等離子，與Ca2+反應(yīng)生成CaCO3，形成碳酸鹽膠結(jié)物，造成砂體致密。受巖性及還原介質(zhì)差異影響，油氣還原程度不同（圖5b）。K1kz3粒度細(xì)、孔隙小、斷裂不發(fā)育，油氣運(yùn)移阻力大，導(dǎo)致其仍保留原生紅色；K1kz2粒度粗、孔隙大，但中下部透鏡狀、薄層狀細(xì)砂巖-泥巖發(fā)育，形成大分子液態(tài)石油運(yùn)移封阻層，導(dǎo)致該段主要由氣態(tài)小分子CH4還原，但具不均勻特征（圖5c）；K1kz1粒度粗，孔隙發(fā)育，巖性均一，為油氣運(yùn)移良好通道，內(nèi)部多見(jiàn)地瀝青及液態(tài)石油，二者呈 “上下”分布，指示油氣深源來(lái)源性。該段砂巖多呈現(xiàn)還原灰綠、藍(lán)灰色調(diào)，指示其受油氣還原改造強(qiáng)烈。

4 鈾成礦控因

4.1 巖性組合

研究區(qū)鈾異常點(diǎn)巖性組合分為 “粗-細(xì)”組合（礫巖-細(xì)砂巖、泥巖）及 “單一巖性”組合（礫巖）兩類（表 1）。

4.1.1 “粗-細(xì)”組合

該組合發(fā)育于K1kz1頂部及K1kz2底部，其細(xì)砂巖、泥巖較為發(fā)育（圖6），為扇中亞相沉積，反映凹陷擴(kuò)張導(dǎo)致巖相變化頻繁的特征。

垂向多由灰綠色礫巖-黃綠色泥巖/細(xì)砂巖構(gòu)成，呈下粗上細(xì)正粒序。鈾富集有利部位為臨近細(xì)砂及泥巖的礫巖，伽馬照射量率值為100～1 000 nC·（kg·h）-1。 異常段砂體較疏松，呈灰綠色，黏土化、褐鐵礦化發(fā)育，指示砂體在接受層間氧化改造后，被后期油氣還原，氧化色被掩蓋。該組合中被油氣還原的細(xì)砂巖、泥巖構(gòu)成巖性阻隔，富鈾氧化水體在此處流速減緩，為鈾元素充分還原及富集提供了空間。當(dāng)巖性差異較大且泥巖還原性較強(qiáng)時(shí)，鈾元素還原充分并被礫石間黏土礦物所吸附，形成鈾礦化 （Ⅲ、Ⅵ）；當(dāng)巖性差異較小且還原性較差時(shí)，因還原性不足，只形成鈾異常（Ⅱ）。

表1卡拉達(dá)爾布拉克地段不同巖性組合鈾礦化表Table 1 Statistics of uranium mineralization of different rocks in Garder Braque area

圖6 卡拉達(dá)爾布拉克地段鈾異常點(diǎn) “粗-細(xì)”組合巖性序列Fig.6 “Coarse-fine” lithological combination sequence of uranium anomalies in Garder Braque area

4.1.2 “單一巖性”組合

該組合發(fā)育于K1kz1中下部，為扇根亞相厚層礫巖、砂礫巖互層沉積（圖7）。

垂向由灰綠色礫巖、砂礫巖構(gòu)成，巖性、粒度變化較小。鈾富集有利部位為粒度變化、還原性介質(zhì)富集處，伽馬照射量率值為100～800 nC·（kg·h）-1。 該組合中碳化植物碎屑等還原介質(zhì)為鈾富集提供了還原性及吸附性（Ⅶ）；當(dāng)還原介質(zhì)不發(fā)育且粒度差異較小，則無(wú)礦化形成 （Ⅹ）；當(dāng)砂體處于氧化還原砂體過(guò)渡部位，臨近還原砂體部位會(huì)出現(xiàn)鈾富集，且差異越大，富集程度越高 （Ⅷ）。綜上所述，該組合鈾富集有利部位為還原介質(zhì)含量高、粒度轉(zhuǎn)換及氧化還原過(guò)渡處。

4.2 油氣還原

4.2.1 地球化學(xué)特征

圖7 卡拉達(dá)爾布拉克地段鈾異常點(diǎn) “單一巖性”組合巖性序列Fig.7 “Single lithology” combination sequence of uranium anomalies in Garder Braque area

目的層受油氣還原改造明顯（表2），紅色與灰色巖性Fe2+含量平均為1.66%、1.84%，F(xiàn)e3+為2.11%、1.39%，F(xiàn)e2+/Fe3+平均值紅色巖性為0.79，灰色為1.42，顯示目的層在油氣改造下還原性增強(qiáng)；灰色與紅色巖性中Th/U值為0.58、2.67，指示在層間氧化水體作用下，鈾元素在氧化帶遷移并于灰色砂體內(nèi)富集；C有、S平均含量紅色巖性為 0.184%、0.093%，灰色為0.326%、0.603%，紅色明顯小于灰色，指示原生氧化砂體受油氣改造影響，C有、S含量升高，后期層間氧化發(fā)育造成二者含量再次降低。

4.2.2 不均勻性

受巖性差異及斷裂發(fā)育位置影響，油氣還原在平面及剖面上呈不均勻性（圖8）。

1）砂體內(nèi)泥質(zhì)填隙物含量高，同時(shí)受油氣還原造成鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，導(dǎo)致砂體致密、孔滲降低，阻礙氧化水體及后期油氣的運(yùn)移，進(jìn)而制約鈾的富集，并形成相同巖性顏色差異。K1kz2灰綠色礫巖內(nèi)部分布不規(guī)則透鏡狀褐紅色、紫色礫巖，二者界線呈指狀、波狀；2）巖性差異導(dǎo)致還原差異，細(xì)砂巖、泥巖及鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育處構(gòu)成油氣與含氧水體運(yùn)移阻隔層，兩側(cè)砂體還原程度不同。K1kz1-2礫巖孔隙發(fā)育，巖性疏松，為油氣、氧化水體運(yùn)移良好通道，呈灰綠色。K1kz3細(xì)砂巖、泥巖孔隙小，巖性致密，保留原生紅色；3）不整合面、斷裂及滑動(dòng)面構(gòu)成層間氧化水體運(yùn)移主通道，附近發(fā)育透鏡狀褐紅色礫巖；4）持續(xù)氧化還原造成砂體顏色存在過(guò)渡性，還原砂體接受富氧水體氧化，具氧化程度減弱 （褐紅—淺褐紅—黃色）特征。

表2 卡拉達(dá)爾布拉克地段克孜勒蘇群巖石地球化學(xué)參數(shù)Table 2 Petrogeochemical parameters of Kizilsu Group in Garder Braque area

選取b16線進(jìn)行垂向剖面分析（圖9），特征如下：

1）持續(xù)油氣還原造成砂體顏色改變及鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，阻礙晚期油氣及氧化水體遷移，造成層間氧化深度淺、規(guī)模小，呈指狀向深部穿插；2）砂礫巖內(nèi)部薄層細(xì)砂巖、泥巖對(duì)油氣、富氧水體運(yùn)移起阻隔作用，并構(gòu)成鈾富集有利部位。鈾礦體呈板狀、透鏡狀分布于巖性變化部位，受巖性差異控制；3）油氣還原范圍大，液態(tài)石油發(fā)育于鉆孔深部，向上為地瀝青，至淺部?jī)H發(fā)育黃鐵礦，指示油氣深部來(lái)源及分帶性，即深部砂體由液態(tài)石油及地瀝青還原，淺部砂體及泥巖由氣體小分子還原。

圖8 卡拉達(dá)爾布拉克地段克孜勒蘇群巖性分布Fig.8 Lithology distribution of Kizilsu Group in Garder Braque area

圖9 b16號(hào)勘探線剖面圖Fig.9 Section of exploration Line b16

4.3 鈾成礦階段

4.3.1 構(gòu)造與油氣活動(dòng)階段

研究區(qū)構(gòu)造演化受燕山及喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響， 分 4 個(gè)階段［8］（表 3）： 1） 晚三疊世—侏羅紀(jì)氣候濕潤(rùn)，受早期燕山運(yùn)動(dòng)影響，坳陷擴(kuò)張，發(fā)育中-下侏羅統(tǒng)含煤建造，為區(qū)域主要烴源巖；2）早白堊世，喀什凹陷大幅沉降，發(fā)育干旱紅色碎屑巖，為鈾成礦含礦建造；3）晚白堊世—始新世，沉降加速、海侵發(fā)生，發(fā)育海相碳酸巖及交過(guò)渡相雜色碎屑巖。伴隨幔源巖漿活動(dòng)及上覆地層壓力影響，侏羅系烴源巖熱演化程度提高，提前到達(dá)生油門(mén)限。目的層自生伊利石年齡為32.6～38.55 Ma、 18.79～22.60 Ma， 指示自始新世開(kāi)始出現(xiàn)油氣運(yùn)移，砂體還原性發(fā)育；4）漸新世以來(lái)，受喜山運(yùn)動(dòng)影響，南天山大規(guī)模隆升，造成地層掀斜并接受風(fēng)化剝蝕，層間氧化開(kāi)始發(fā)育，期間伴隨持續(xù)的油氣運(yùn)移，但受前期鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育影響，還原程度相對(duì)較弱。

表3 研究區(qū)構(gòu)造、油氣活動(dòng)階段Table 3 The stage of structure，oil and gas activities in Garder Braque area

圖10 卡拉達(dá)爾布拉克地段鈾成礦階段及特征Fig.10 Uranium metallogenic stage and characteristics in Garder Braque area

4.3.2 鈾成礦階段

油氣沿?cái)嗔?、不整合面向目的層運(yùn)移并造成砂體具備還原性，伴隨層間氧化，鈾富集開(kāi)始。受巖性特征、油氣還原不均性及構(gòu)造演化控制，鈾成礦分4個(gè)階段（圖10）：

1）早白堊世，受燕山運(yùn)動(dòng)影響，凹陷擴(kuò)張，氣候干旱，沉積K1kz棕紅色礫巖夾薄層細(xì)砂巖、泥巖，砂體不具還原性。

2）始新世，受巖漿活動(dòng)及地層壓力共同影響，中下侏羅統(tǒng)烴源巖熱演化提前成熟，形成油氣并沿不整合面、斷裂向淺部運(yùn)移，使目的層砂體顏色改變并具備還原性。

3）漸新世以來(lái)，目的層抬升并接受風(fēng)化剝蝕，層間氧化開(kāi)始發(fā)育。鈾礦石年齡為8.4～17 Ma［1］， 指示層間氧化始于海侵結(jié)束的漸新世。受巖性組合、斷裂位置、不整合面規(guī)模及鈣質(zhì)膠結(jié)物發(fā)育共同影響，鈾富集有利位置為氧化-還原過(guò)渡、巖性-粒度轉(zhuǎn)換、還原介質(zhì)富集部位，鈾元素在地瀝青及黏土礦物吸附作用下被保存，形成板狀、透鏡狀鈾礦體。

4）層間氧化帶發(fā)育后，油氣還原與層間氧化作用持續(xù)進(jìn)行，受前期油氣還原造成鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育、砂體致密影響，晚期油氣還原程度相對(duì)較弱，造成部分氧化砂體氧化色被掩蓋。晚期構(gòu)造抬升造成礦體被剝蝕，鈾元素重新分配，在地表形成鈾異常，部分隨氧化水體進(jìn)入深部形成二次鈾富集，這一動(dòng)態(tài)過(guò)程造成氧化還原界線不規(guī)則。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)目的層分為3段，K1kz3為棕紅色中細(xì)砂巖互層，K1kz2為厚層灰綠色-褐紅色礫巖夾薄層透鏡狀細(xì)砂巖、泥巖，K1kz1為厚層灰綠色夾褐紅色礫巖；沉積相為凹陷擴(kuò)張背景下干旱沖積扇-扇三角洲沉積，受河道頻繁遷移影響，砂體形態(tài)空間變化較大。

2）不整合面、斷裂及松散礫巖構(gòu)成油氣、富氧含鈾水體運(yùn)移通道，油氣還原具不均勻性、過(guò)渡性及深源性。透鏡狀、薄層狀細(xì)砂巖、泥巖及鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖對(duì)油氣、富氧水體運(yùn)移起阻隔作用。

3）受持續(xù)油氣還原與層間氧化發(fā)育的復(fù)雜影響，鈾富集主要受巖性組合類型、油氣還原不均勻性控制。有利成礦部位為巖性-粒度轉(zhuǎn)換、氧化還原過(guò)渡、還原介質(zhì)富集處，鈾礦體空間展布則受細(xì)粒巖性及鈣質(zhì)膠結(jié)發(fā)育位置共同控制。