準噶爾盆地東部將軍廟地區(qū)砂巖型鈾礦層間 氧化帶地球化學特征初步研究

毛廣振 唐湘飛 牛軍杰

摘 ? 要：通過對目的層層間氧化分帶巖石學、地球化學指標、常量元素及其變化規(guī)律的分析，初步研究了準噶爾盆地東部將軍廟地區(qū)砂巖型鈾礦的地質地球化學特征。研究認為：①將軍廟地區(qū)的層間氧化帶可分為強氧化亞帶、弱氧化亞帶、過渡帶和原生還原帶;②研究區(qū)氧化作用存在長時期間斷，造成過渡帶鈾富集較弱，礦帶范圍較局限;③SiO2、MgO和TiO2與鈾元素的富集具一定相關性。

關鍵詞：準噶爾盆地東部;將軍廟;砂巖型鈾礦;地球化學

層間氧化帶型鈾礦床是當今國內鈾礦勘查的主要目標之一，典型的層間氧化帶型砂巖型鈾礦床主要位于我國西北部的伊犁盆地和吐哈盆地。對于層間氧化帶分帶性、各分帶地球化學參數(shù)及其他常量、微量元素變化規(guī)律的研究一直是該類型鈾礦床研究的熱點。前人將伊犁盆地和吐哈盆地層間氧化帶鈾礦床中氧化帶分為完全氧化帶（強氧化亞帶）、不完全氧化亞帶（弱氧化亞帶）、過渡帶（鈾礦石帶）和原生還原帶，其特征元素U，Th，有機碳、∑S、Fe2O3/FeO值和伴生元素V，Se，Mo等都具明顯分帶性[1-8]。通過對典型層間氧化帶型鈾礦床常量元素地球化學行為做初步研究，認為SiO2、Al2O3和TFe2O3為活動組分，對層間滲入作用的地球化學響應最明顯[3，9-10]。

近幾年核工業(yè)二一六大隊相繼在準噶爾盆地東部卡姆斯特、將軍廟地區(qū)發(fā)現(xiàn)一定規(guī)模的層間氧化帶，局部發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾工業(yè)礦化[11]，并對鈾成礦地質條件、鈾成礦模式及找礦方向等進行研究[12-14]，研究認為卡拉麥里山南北兩側大地構造位置、古氣候、巖性-巖相、地下水等條件類似，將軍廟地區(qū)也具備卡姆斯特地區(qū)層間氧化砂巖型鈾成礦的地質條件，具一定找礦前景。筆者依托近年來將軍廟地區(qū)的鈾礦勘查和科研工作，通過對將軍廟地區(qū)層間氧化帶各分帶巖石學和地球化學指標的總結，對各分帶常量元素的遷入遷出特征分析，研究不同元素的地球化學行為和遷移規(guī)律，為該區(qū)鈾成礦規(guī)律建立了微觀認識，對下一步鈾礦找礦工作具指導意義。

1 ?地質概況

準噶爾盆地大地構造位置處于哈薩克斯坦-準噶爾地塊，屬于中亞造山帶西段中部[17]。石油部門將其劃分為6個一級構造單元，包括西部隆起、東部隆起、陸梁隆起、北天山山前沖斷帶、中央坳陷和烏倫古坳陷，以及44個二級構造單元（圖1-c）[18-20]。

研究區(qū)位于準噶爾盆地東部，一級構造單元上屬于東部隆起區(qū)，海西晚期受自西向東的擠壓作用和印支—燕山期自東向西的擠壓作用，形成了石樹溝凹陷、黃草湖凸起、石錢灘凹陷、黑山凸起和梧桐窩子凹陷等一系列“隆凹相間”的二級構造單元 ? ? ? （圖1-b），喜山期受自南向北的擠壓作用，形成平面上呈棋盤狀的構造格局[18]。

研究區(qū)基底具前寒武紀結晶基底和海西褶皺帶變質巖基底的雙層結構[11]，晚古生代地層分布廣，發(fā)育較全，泥盆系和下石炭統(tǒng)主要為海相火山巖、火山碎屑巖和陸源碎屑巖;上石炭統(tǒng)為海陸交互相沉積，下二疊統(tǒng)為陸相中基性火山巖建造，上二疊統(tǒng)為河湖相碎屑巖沉積。研究區(qū)北部卡拉麥里山分布大面積的晚石炭世—早二疊世富堿花崗巖帶。中新生代蓋層主要為下三疊統(tǒng)上倉房溝群、中上三疊統(tǒng)小泉溝群、中下侏羅統(tǒng)水西溝群、中上侏羅統(tǒng)石樹溝群及上新統(tǒng)獨山子組及第四系。區(qū)內侏羅系發(fā)育齊全，分布廣泛，水西溝群包括下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組及中統(tǒng)西山窯組，為一套河流-三角洲相的含煤碎屑巖建造;石樹溝群包括中侏羅統(tǒng)頭屯河組和上侏羅統(tǒng)齊古組，為一套湖泊-三角洲相雜色碎屑巖建造。

2 ?鈾礦地質特征

研究區(qū)鈾礦點、礦化點主要賦礦層位有中侏羅統(tǒng)西山窯組和頭屯河組，其中西山窯組主要發(fā)育煤巖型和燒結巖型鈾礦化，主要有石錢灘異常點、白礫灘礦點、金子溝礦化點、紅砂泉礦化點等;頭屯河組主要發(fā)育層間氧化砂巖型鈾礦化，主要在將軍廟地區(qū)。頭屯河組可劃分為上、下兩段。頭屯河組上段為厚層雜色泥巖、粉砂質泥巖夾薄層細砂巖、粉砂巖，顏色以紫褐色、紫紅色為主，多夾灰綠色團塊或條帶。下段為厚層灰綠色、灰色泥巖夾灰色細砂巖、中粗粒砂巖和礫巖。砂巖以巖屑砂巖為主，長石巖屑砂巖次之，屬辮狀河三角洲平原辮狀分流河道沉積砂體，砂體“泛連通性”較好，固結較疏松，為含礦流體運移提供了良好通道和鈾聚集成礦的物質空間。頭屯河組的“泥-砂-泥”結構穩(wěn)定，具備發(fā)育層間氧化的地層條件（圖2）。

3 ?層間氧化帶砂巖巖石學特征

層間氧化帶砂巖型鈾礦床分帶性最明顯的標志是后生蝕變的分帶性，主要表現(xiàn)為各分帶巖石學特征的不同，包括顏色、蝕變礦物和蝕變現(xiàn)象。含氧層間水在砂巖層間滲流運移，不斷將原生還原砂巖氧化，形成氧化帶;隨著水動力減弱或負載流體遇到巖性分叉或尖滅等情況，在還原劑的作用下，形成氧化-還原障，同時在吸附劑作用下，鈾富集沉積，形成過渡帶（鈾礦石帶）;在砂體連通性較好的層間順流體運移方向，在過渡帶前方未受到含氧水改造的砂體為原生還原帶。通過巖心觀察和巖礦分析，可根據砂巖顏色、蝕變現(xiàn)象等將研究區(qū)層間氧化帶分為強氧化亞帶、弱氧化亞帶、過渡帶和原生還原帶。

強氧化亞帶 ?以褐黃色、黃色為主（圖3-a，b），局部為褐紅色、紅褐色，發(fā)育強褐鐵礦化，碳屑、黃鐵礦等完全被氧化，且發(fā)育弱粘土化。

弱氧化亞帶 ?以淺黃色為主，或以淺黃色為主夾斑狀灰色，也有以灰色為主，夾斑狀黃色（圖3-c，d），局部可見未完全氧化分解的碳屑（圖3-d）。

過渡帶 ?砂巖以灰色、灰白色為主，富含碳屑等有機質（圖3-e），發(fā)育高嶺土化，鐵質礦物以黃鐵礦為主，多為草莓瘤狀或顆粒狀。

原生還原帶 ?以灰色、灰白色為主，富含碳化植物碎屑或莖稈（圖3-f），發(fā)育高嶺石化，鐵質礦物以黃鐵礦為主，少見菱鐵礦，以草莓瘤狀或它形顆粒狀為主（圖3-f）。

4 ?層間氧化帶巖石地球化學特征

對將軍廟地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組各氧化分帶中的砂巖進行了系統(tǒng)地采樣研究，層間氧化各分帶樣品基本能從巖石學特征上進行區(qū)分。通過分別對各分帶地球化學指標數(shù)據和常量元素數(shù)據進行歸類統(tǒng)計，并對各分帶各項數(shù)據取平均值，統(tǒng)計結果見表1，2。

4.1 ?層間氧化帶地球化學指標特征

根據層間氧化帶巖石顏色、蝕變現(xiàn)象和蝕變礦物的不同劃分將軍廟地區(qū)層間氧化分帶，可劃分為強氧化亞帶、弱氧化亞帶、過渡帶和原生還原帶，分別統(tǒng)計其地球化學指標的不同（表1）。

強氧化亞帶 ?全巖S平均含量0.17%;有機碳平均含量為0.17%;Fe3+/Fe2+值平均為1.70，表現(xiàn)為強氧化環(huán)境。U平均含量7.21×10-6，Th/U比值平均為1.03。

弱氧化亞帶 ?全巖S平均含量為0.08%;有機碳平均含量為0.14%;Fe3+/Fe2+的比值平均為1.40，表現(xiàn)為弱氧化環(huán)境。U平均含量為8.96×10-6;Th/U比值平均為0.85。

過渡帶 ?全巖S平均含量為0.4%;有機碳平均含量為0.37%;Fe3+/Fe2+值平均為1.40，表現(xiàn)為氧化還原過渡環(huán)境。U平均含量為62.80×10-6; Th/U比值平均為0.12。

原生還原帶 ?全巖S平均含量為0.25%;有機碳平均含量為0.29%;Fe3+/Fe2+值平均為0.77，表現(xiàn)為還原環(huán)境。U平均含量為8.60×10-6;Th/U比值平均為1.42。

氧化帶雖然可以根據顏色、蝕變礦物和蝕變現(xiàn)象劃分出強氧化亞帶和弱氧化亞帶，但其地球化學指標數(shù)據區(qū)分并不是特別明顯。從氧化帶、過渡帶和原生還原帶的地球化學指標來看，將軍廟地區(qū)層間氧化分帶性也較明顯。氧化帶以發(fā)育強褐鐵礦化，F(xiàn)e3+/Fe2+比值大于1.5，有機碳含量小于0.2%，全巖硫含量小于0.2%為特征;過渡帶（鈾礦石帶）以有機碳含量大于0.2%，全巖硫含量大于0.2%為特征;原生還原帶以Fe3+/Fe2+比值小于1，有機碳含量大于0.2%，全巖硫含量大于0.2%為特征。

4.2 ?層間氧化帶常量元素特征

對強氧化亞帶、弱氧化亞帶、過渡帶分別與原生還原帶的常量元素數(shù)據做差值處理，以分析其各元素的遷移特征（表3）。從統(tǒng)計結果來看，各分帶的常量元素含量與原生還原帶相比具較明顯變化，反映出層間氧化作用過程中，不同元素經歷了不同程度的帶入與帶出，與砂巖型鈾成礦具密切關系。

SiO2 ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶中含量平均增加了0.02%，表現(xiàn)為微弱的帶出。弱氧化亞帶中平均含量增加了1.82%;過渡帶中SiO2平均含量增加了3.95%，說明含鈾含氧水遷移過程中，存在SiO2遷移。

Al2O3 ?與原生還原帶相比，強氧化砂巖中Al2O3含量平均減少0.02%，而弱氧化帶中平均含量增加了0.27%，表現(xiàn)為帶入特征。而過渡帶中平均含量減少了0.09%，表現(xiàn)為微弱帶出特征。

TFe2O3 ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶、弱氧化亞帶和過渡帶整體為帶入特征。其中，氧化帶帶入特征最明顯，分別增加了0.27%和0.30%，表明含氧水中有鐵元素帶入;過渡帶平均含量增加了0.14%，也為帶入特征。

CaO ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶平均含量增加0.55%，表現(xiàn)為帶入;弱氧化亞帶中平均含量減少1.33%，表現(xiàn)為帶出;過渡帶平均含量減少1.83%，表現(xiàn)為帶出。

MgO ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶中為微弱的帶出;弱氧化亞帶為微弱帶入，平均含量增加0.12%;過渡帶表現(xiàn)為明顯帶入，平均含量增加0.37%。

K2O ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶表現(xiàn)為微弱的帶入，增加了0.03%;弱氧化亞帶表現(xiàn)為明顯的帶入，增加了0.38%;過渡帶平均含量減少0.01%。 ? ? ? ? ?Na2O ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶平均含量減少了0.08%;弱氧化亞帶平均含量減少了0.13%;過渡帶平均含量減少了0.28%。均表現(xiàn)為帶出特征。

TiO2 ?與原生還原帶相比，強氧化亞帶平均含量減少0.09%;弱氧化亞帶平均含量減少0.03%;而過渡帶平均含量增加了0.29%，為明顯的帶入特征。

P2O5和 MnO ?含量在各分帶中變化不大，屬于相對穩(wěn)定的化學成分。

5 ?討論

5.1 ?地球化學指標變化規(guī)律探討

氧化帶有機碳含量比還原帶明顯減少，說明在含氧水改造過程中，氧化帶中有機碳被氧化消耗。而過渡帶有機碳含量要比原生還原帶更高，說明鈾在富集過程中有機碳的還原或吸附作用具較大影響。相應的全巖S含量變化與有機碳含量變化一致，這與黃鐵礦伴生有機質有關，為鈾富集提供了高還原障。

鐵的地球化學行為是層間氧化帶分帶的基 ? ?礎[9]。各分帶Fe3+/Fe2+的比值不同，導致巖石顏色及鐵的蝕變現(xiàn)象在各分帶有規(guī)律的變化。自氧化帶到還原帶，全巖S，F(xiàn)e2+，有機碳含量都逐漸變多，F(xiàn)e3+/Fe2+的比值逐漸變小，說明巖石發(fā)生了氧化改造，氧化作用由強變弱。

Th/U比值由原生還原帶最大，氧化帶次之，過渡帶最小的特征，說明氧化帶砂巖在經歷含氧水改造的過程中，存在鈾的遷入與帶出，并在過渡帶中富集。鈾元素的富集與有機碳、黃鐵礦等還原劑的含量呈正相關，這與伊犁盆地層間氧化帶型鈾礦床類似[16]。將軍廟地區(qū)氧化帶中鈾元素的含量與原生還原帶相近，且原生還原帶與氧化帶的Th/U比值接近，弱氧化亞帶中存在未完全氧化的炭屑，說明氧化作用進行的還不完全，后期含氧水未能持續(xù)補給。將軍廟地區(qū)的氧化作用可能存在間斷，層間氧化作用未能長期持續(xù)發(fā)育，過渡帶鈾礦化品位偏低，鈾礦帶的范圍也較局限。

5.2 ?常量元素變化規(guī)律探討

前人通過對伊犁盆地、吐哈盆地等不同盆地中層間氧化帶砂巖型鈾礦床常量元素的地球化學行為研究認為[3，5-10]，在成礦流體（含鈾含氧水）運移過程中，隨著物理化學條件（溫度、壓力、Eh、pH等）的改變，伴隨著水-巖反應，砂巖作為載體，其中微量元素、常量元素必然也發(fā)生變化。砂巖在表生成巖過程中，除了受成巖作用影響，也受含氧水改造作用，在鈾成礦過程中常量元素也存在有規(guī)律的變化。將軍廟地區(qū)目的層各氧化分帶中常量元素在層間氧化帶各分帶的變化規(guī)律如圖4。

SiO2、MgO和TiO2 ?該組元素與地球化學指標的變化具一致性，由強氧化亞帶到弱氧化亞帶再到過渡帶，表現(xiàn)為逐漸增多。與原生還原砂巖相比，過渡帶中SiO2、MgO和TiO2都表現(xiàn)為明顯帶入特征，與鈾元素的富集具一定相關性。

Al2O3和K2O ?在弱氧化亞帶中，該組元素平均含量要比強氧化亞帶、過渡帶和還原帶要高。強氧化亞帶中溶液未接受氧化時，有機碳和S未消耗，溶液呈酸性，使長石大量水解成高嶺石，析出K+（反應1）。隨著氧化作用的進行，氧化帶逐漸呈中性-弱堿性，強氧化帶中長石不再水解。隨著大量K+的析出，在弱氧化帶中大量聚集，造成富鉀的堿性環(huán)境，使高嶺石向伊利石轉化（反應2），同時造成弱氧化亞帶中Al2O3和K2O的富集。而原生還原帶和過渡帶由于富含有機質、H2S等還原物質穩(wěn)定存在，溶液呈酸性，鉀長石等易水解成高嶺石，存在鉀的析出[15]。

CaO ?與原生還原砂巖相比，強氧化亞帶的CaO含量表現(xiàn)為明顯帶入，而弱氧化亞帶和過渡帶均表現(xiàn)為帶出特征。其差異性主要與成巖作用有關，局部鈣質膠結的砂巖含量要高。過渡帶砂巖由于受成礦流體影響，酸性環(huán)境下，不利于鈣質膠結的形成，所以平均含量較低。

6 ?結論

通過對準噶爾盆地東部將軍廟地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組層間氧化分帶的地球化學指標、常量元素相對變化的研究，得到如下結論：

（1） 根據Fe3+/Fe2+比值、Th/U、全巖S、有機碳等地球化學指標和巖石顏色、后生蝕變現(xiàn)象等，分別從微觀和宏觀上建立了將軍廟地區(qū)層間氧化帶分帶，可分為強氧化亞帶、弱氧化亞帶、過渡帶和原生還原帶。

（2） 根據氧化帶中微量鈾平均含量、Th/U比值與原生還原帶相近，及弱氧化亞帶中常見未完全氧化的炭屑，說明將軍廟地區(qū)的氧化作用存在間斷，層間氧化未能持續(xù)發(fā)育，造成過渡帶鈾礦化品位偏低，礦帶較為局限。

（3） 根據層間氧化分帶中各常量元素的變化規(guī)律，過渡帶的SiO2、MgO和TiO2與鈾元素的富集具有一定的相關性。

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The Geochemical Characteristics of Interlayer Oxidation Zone of ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Sandstone-type Uranium Deposits in Jiang Junmiao， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Eastern Junggar Basin

Mao Guangzhen，Tang Xiangfei，Niu Junjie

（Geologic Party No.216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：Based on the analysis of petrology，geochemical indicators，macroelements and their changing laws of the alteration zones of the ore-bearing target layer，this paper comprehensively studies the geological and geochemical characteristics of sandstone-type uranium deposits in the Jiang Junmiao area，the eastern Junggar Basin.According to the research，the post-alteration alteration in the study area can be divided into strong oxidation sub-band，weak oxidation sub-band， reduction zone and transition zone;the inter-oxidation failed to develop continuously，which is the reason for the low grade of ore-bearing sandstone;the enrichment of SiO2，，MgO and TiO2 ?in the study area has a certain concomitant relationship with uranium.

Keywords：Eastern Junggar Basin;Dinosaur Valley;Sandstone-type uranium deposit;Geochemistry