塔北托云盆地鈾礦主控因素分析

張明正，唐運濤，黃建樂，李炳謙

（核工業(yè)二一六大隊，烏魯木齊，830011）

研究區(qū)處于塔里木北緣鈾成礦帶，在該成礦帶已落實巴什布拉克、薩瓦布其和日達(dá)里克鈾礦床及塔里克等眾多鈾礦（化）點和大批異常點帶［1-4］，強(qiáng)烈的構(gòu)造作用是今后塔北鈾礦找礦工作難以突破的重要問題。處于塔北強(qiáng)構(gòu)造活動區(qū)山間裂谷盆地的托云地區(qū)也經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，前人對該區(qū)多側(cè)重于玄武巖和煤炭地質(zhì)研究，鈾礦地質(zhì)研究僅限于少量地表調(diào)查［5-7］。筆者通過對全區(qū)鈾礦地質(zhì)調(diào)查，在詳細(xì)剖析區(qū)內(nèi)含礦目的層巖性-巖相、構(gòu)造成礦與改造作用以及賦鈾砂體后生蝕變?nèi)齻€主控因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合深部鉆探查證，在構(gòu)造作用強(qiáng)烈的阿依拉蘇地段中侏羅統(tǒng)楊葉組中首次揭露到了深部工業(yè)鈾礦化，并由此提出強(qiáng)構(gòu)造區(qū)反向?qū)ふ覙?gòu)造穩(wěn)定埋深區(qū)層間氧化帶和鈾礦化的找礦思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

托云盆地地處中國烏恰縣北部，是天山造山帶內(nèi)經(jīng)多期次疊合形成的山間裂谷盆地，受天山造山帶（圖魯噶爾特斷裂帶F2和托云南緣斷裂TYSF）和塔拉斯—費爾干納走滑斷裂帶TFF（蘇約克斷裂F1）影響，形成了區(qū)內(nèi)以南北向為主，北北西向走滑為輔的構(gòu)造應(yīng)力場［2，4，7］。盆地基底主要由志留系、石炭系變質(zhì)海相碳酸鹽、碎屑巖組成，蓋層由中新生代近源陸相粗碎屑巖建造夾海相碳酸鹽巖和膏泥巖組成，另有始新世—早白堊世玄武巖發(fā)育［7-9］。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育層間氧化帶型鈾礦化，已發(fā)現(xiàn)的阿依拉蘇砂巖型鈾礦點就位于研究區(qū)北部圖魯噶爾特山前帶中侏羅統(tǒng)楊葉組巖層中（圖1）。

圖1 托云盆地阿依拉蘇礦點地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Ayilasu occurrence in Tuoyun basin

2 鈾礦化特征

通過對托云地區(qū)阿依拉蘇礦點地表鈾礦調(diào)查和鉆探查證，結(jié)合前人探槽和井探等地表工程，初步控制了地表沿沖溝長約200 m、寬10～20 m的含鈾砂礫巖帶（圖1a），向深部延深30～40 m處皆有異常，地表揭露礦體有一定的厚度，品位0.030%～0.373%；深部鉆探查證發(fā)現(xiàn)1個鈾礦工業(yè)孔（ZK3）和2個鈾異常孔，在ZK3鉆孔深部揭露到層間氧化帶過渡帶工業(yè)鈾礦體，礦體主要賦存于中侏羅統(tǒng)楊葉組（J2y）中段灰色、灰白色砂礫巖，巖石疏松，透水性好（圖2）。

圖2 ZK3鉆孔鈾礦體及層間氧化帶巖心Fig.2 Core of uranium ore body and deep interlayer oxidation zone in Borehole ZK3

3 鈾礦主控因素分析

通過對托云盆地含礦目的層、構(gòu)造、鈾源、水文地質(zhì)、古氣候及火山巖等因素分析，結(jié)合含礦目的層后生蝕變等特征綜合研究，認(rèn)為該地區(qū)主要控礦因素有3個。

3.1 含礦目的層

沉積地層是鈾成礦的主控因素之一，特別是沉積演化過程決定著鈾礦化的形成，而砂體是賦礦流體儲存、聚集的空間，連通性好、滲透性好的砂體有利于后生氧化作用的進(jìn)行，有利于鈾礦運移和聚集［8-9］。

區(qū)內(nèi)含礦目的層為中侏羅統(tǒng)楊葉組（J2y），主要分布于盆地西緣和南緣（圖1），為一套扇三角洲沉積，巖性以雜色泥巖，灰色、灰白色、淺紅色砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、深灰色粉砂巖、泥巖為主，夾灰黑色炭質(zhì)泥巖和煤線，局部發(fā)育褐紅色泥巖。整體分為上、中、下段（圖3），表現(xiàn)為上細(xì)中粗下細(xì)的沉積韻律特征，已揭露地層厚度645～1 346 m。下段（J2y1）為泛濫平原和湖沼相沉積，巖性為深灰色、灰色粉砂巖、細(xì)砂巖夾深灰色、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，含炭質(zhì)泥巖及煤線，在盆地內(nèi)揭露厚度約150 m（但未見底）。中段（J2y2）為一套干旱、半干旱與潮濕氣候交替條件下，由北部控盆斷裂（圖魯噶爾特斷裂）控制形成的以粗碎屑巖沉積為主的陡坡型扇三角洲沉積，厚約464～570 m。據(jù)其沉積特征可劃分為三個沉積旋回演化：下層旋回（J2y2-1）表現(xiàn)為前扇三角洲沉積，主要為泥巖與粉砂巖互層，局部夾含炭質(zhì)泥巖和煤線沉積；中層旋回（J2y2-2）表現(xiàn)為扇三角洲前緣河口壩及分支河道的砂礫巖、含礫砂巖、砂巖夾少量泥巖沉積，現(xiàn)已揭露到品位0.005 6%的鈾異常體和單層厚4～14 m、累計厚度18～103 m的氧化砂體；上層旋回（J2y2-3）表現(xiàn)為扇三角洲平原碎屑巖、分流河道粗碎屑巖（砂礫巖、含礫粗砂巖夾細(xì)砂巖）和漫流沉積巖（粉砂巖、泥巖），在其粗碎屑巖中揭露到工業(yè)鈾礦體和一定厚度的鈾異常體，另還揭露到單層厚5～57 m、累計厚度140～210 m的氧化砂體（圖2、3）。含礦粗碎屑巖主要為灰色、灰白色砂礫巖和含礫粗砂巖，巖石發(fā)育較強(qiáng)黏土化蝕變，且多為泥質(zhì)膠結(jié)，所含礫石和巖屑主要為火山碎屑物和陸相碎屑巖，磨圓以次棱角狀-次圓狀為主，分選中等-較差，巖石結(jié)構(gòu)成熟度整體較低，礫巖多發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造，砂巖多發(fā)育塊狀層理、平行層理和大型交錯層理，含少量炭質(zhì)碎屑及團(tuán)塊，整體巖石疏松，透水性好。上段（J2y3）為濱湖-泛濫平原相沉積，巖性以灰綠色、紫紅色、深灰色等雜色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖，沉積厚度約150～332 m。

圖3 楊葉組巖石綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Yangye Formation

區(qū)內(nèi)含礦目的層發(fā)育扇三角洲相沉積，賦礦砂體為碎屑、分流道相，砂體厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，透水性好，形成了良好的砂體，且層內(nèi)賦礦砂體上下部發(fā)育湖沼相、沖擊平原相穩(wěn)定泥巖隔水層，具備良好的“泥-砂-泥”地層結(jié)構(gòu)，有利于含鈾含氧流體運移、層間氧化帶形成和鈾富集，為區(qū)內(nèi)較好的鈾儲層。

3.2 構(gòu)造

3.2.1 構(gòu)造演化對鈾成礦的作用

托云盆地的形成經(jīng)歷了西伯利亞板塊與塔里木板塊反復(fù)交替的擠壓和拉張［10-12］。二疊紀(jì)末期至晚三疊世（P2-T3），受區(qū)域拉張沉降形成托云盆地雛形，表現(xiàn)為北部山系中天山造山帶形成初始鈾源供給；早侏羅世至中侏羅世（J1-J2），在西天山區(qū)域內(nèi)，一系列沿山前的斷裂和派生的隱伏斷裂組合開始發(fā)育，已初具形態(tài)的托云盆地南北發(fā)生斷裂沉降，形成斷陷盆地，在山前向盆地方向形成構(gòu)造斜坡帶，并由此發(fā)育山前帶的扇三角洲沉積體系，且南北天山山體發(fā)生剝蝕，為盆地提供了初始鈾源和物源，沉積地層原始鈾源預(yù)富集；晚侏羅至晚白堊世（J3-K2），燕山運動中后期的擠壓作用，使得盆地南北向區(qū)域性的地殼縮短，其北部中天山造山帶（圖魯噶爾特山系）更為強(qiáng)烈隆升剝蝕，形成北高南低的古構(gòu)造格局，但盆地的斷陷作用使得盆地并不與其造山帶同步隆升，另在上侏羅世和上白堊世發(fā)生隆升剝蝕，缺失上侏羅統(tǒng)和上白堊統(tǒng)，階段性的隆升使得盆地鈾未能得到較好的富集；古新世至始新世（E1-E2），中天山造山帶延續(xù)表現(xiàn)為剝蝕夷平，北高南低的構(gòu)造斜坡使得含鈾含氧水在古構(gòu)造斜坡帶更傾向于由北向南發(fā)育運移，同時喜山運動的遠(yuǎn)程效應(yīng)使得托云盆地周邊斷裂發(fā)生剪切作用，局部擠壓和伸展并存，由此形成再生斷陷盆地，盆地北緣繼續(xù)接受鈾源供給，形成區(qū)內(nèi)層間氧化帶型鈾礦；漸新世以來（E3—），喜山運動后期，天山造山帶強(qiáng)烈擠壓隆升，托云盆地內(nèi)部盆山接合處產(chǎn)生強(qiáng)烈逆沖，逆沖對盆地邊緣產(chǎn)生壓陷作用疊加在前期的斷陷盆地上，形成斷陷-壓陷疊加型高位盆地，深部礦體受逆沖作用得以抬升，甚至出露地表而遭受破壞。

3.2.2 構(gòu)造改造對鈾礦找礦的指示

對通常的盆地鈾成礦而言，有利的構(gòu)造單元為構(gòu)造單斜帶，但強(qiáng)烈的構(gòu)造活動使得單斜帶強(qiáng)烈變形，或抬升剝蝕、或逆掩深埋［13-14］。早期的構(gòu)造單斜帶為區(qū)內(nèi)層間氧化帶和鈾礦體的形成、運移和富集起到了重要的成礦、控礦作用，后期的構(gòu)造則對已形成鈾礦體的空間分布起到了強(qiáng)烈的改造作用，決定了鈾礦找礦的工作方向和空間定位。

針對后期的構(gòu)造改造作用，當(dāng)斷裂發(fā)生時氧化帶處于斷裂上盤，目的層及其氧化帶多被抬升地表遭受剝蝕；當(dāng)斷裂發(fā)生時氧化帶處于斷裂下盤，早期的氧化帶及其形成的鈾礦化會得以保存，由于含鈾含氧水補(bǔ)給窗口被斷裂封閉，之后氧化帶發(fā)育緩慢甚至停止，目的層及其氧化帶仍被埋在深部，形成盲礦體，則在其斷裂下盤具有較好的找礦價值［7，13-14］。

現(xiàn)今的阿依拉蘇礦點附近斷裂極其發(fā)育，以NW-NNW向斷裂為主（圖1a），走向106°～160°，傾角50°～72°，局部可達(dá)88°近直立，發(fā)育寬度一般僅數(shù)厘米，最寬可達(dá)2 m。通過AMT測量及鉆探查證，在礦點附近發(fā)育的阿依拉蘇斷裂（F1-2）因構(gòu)造逆沖斷裂，深部老地層因構(gòu)造而被抬升（圖4），另在斷裂下盤鉆探揭露到與地表相應(yīng)的氧化帶及鈾礦體，表明該處受后期構(gòu)造斷裂逆沖作用，氧化帶和鈾礦體隨地層被抬升，部分出露地表形成現(xiàn)今地表鈾礦體，部分則深埋地下形成“盲礦體”。目前深部鉆探查證也發(fā)現(xiàn)在阿依拉蘇斷裂（F1-2）上盤未揭露到鈾礦化信息（圖4中ZK0），但在斷裂下盤揭露到了工業(yè)鈾礦體及氧化帶（圖4中ZK3）。

圖4 阿依拉蘇地區(qū)T1號勘探線及其AMT反演電阻率解譯剖面圖Fig.4 Exploration Line T1 and resistivity interpretation profile by AMT inversion in Ayilasu area

區(qū)內(nèi)受后期構(gòu)造改造作用在托云盆地周緣山前形成山間殘留盆地，在山前發(fā)育不同規(guī)模的逆沖推覆構(gòu)造，目前發(fā)現(xiàn)的層間氧化帶及鈾礦化的單元就分布于阿依拉蘇沖斷褶皺帶中（圖5），即在其靠近山前的構(gòu)造三角帶以及山前疊瓦狀構(gòu)造深部則保留了部分鈾礦體，故在其靠近山前穩(wěn)定沉積區(qū)則為有利的鈾成礦單元。

圖5 托云盆地構(gòu)造樣式與礦體預(yù)測模式Fig.5 Structural types and prediction model in Tuoyun basin

3.3 后生蝕變

區(qū)內(nèi)發(fā)育的后生蝕變主要表現(xiàn)為層間氧化，受北部天山山系隆升所形成的圖魯噶爾特山—托云盆地的構(gòu)造斜坡帶控制，鉆探已揭露的層間氧化帶前鋒線距其隆起蝕源區(qū)最近約6 km，且沿北部隆起走向發(fā)育多個局部排泄源，山前向盆地發(fā)育常年流水，地下水和地表水橫穿侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系含水巖組，地下水補(bǔ)給源充足，補(bǔ)-徑-排較完善，有利于層間氧化帶向深部持續(xù)發(fā)育。楊葉組中的層間氧化帶是在半干旱-干旱氣候環(huán)境下含礦目的層沉積后形成的，含鈾含氧水對其原生砂體進(jìn)行后生氧化蝕變，其蝕變作用主要表現(xiàn)為黏土化（高嶺土化、絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化）、褐鐵礦化、黃鐵礦化等，局部發(fā)育星點狀、脈狀黃鐵礦，偶見少量炭質(zhì)（表1）。

表1 楊葉組層間氧化帶蝕變礦物組合特征Table 1 Mineral association of Yangye Formation for interlayer oxidation zone

區(qū)內(nèi)含礦目的層砂體主要為砂質(zhì)礫巖和巖屑砂巖，所含礫石和巖屑中的成分均以凝灰?guī)r、石英巖、硅質(zhì)巖、英安巖為主，填隙物主要由細(xì)粉砂和泥質(zhì)雜基組成，膠結(jié)物多為泥質(zhì)、黏土礦物和鈣質(zhì)，個別發(fā)育有鐵質(zhì)膠結(jié)物。賦礦巖石主要發(fā)育的黏土化蝕變多表現(xiàn)為巖屑和長石的高嶺土化和少量絹云母化，基質(zhì)多表現(xiàn)為碳酸鹽化、褐鐵礦化。黃鐵礦多以分散的星點狀、少量脈狀局部發(fā)育，偶見少量炭質(zhì)，其為鈾的還原富集提供了弱酸性的地球化學(xué)障。其中強(qiáng)烈的高嶺土化+碳酸鹽化是其賦礦砂體普遍發(fā)育的重要蝕變組合，該蝕變組合改變了含礦目的層砂體的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性，促進(jìn)了鈾的遷移和沉淀，同時也對鈾起到了一定的吸附作用，對賦礦砂體具有重要的指示作用。

通過野外及室內(nèi)巖石地球化學(xué)分析，沿層間氧化帶發(fā)育方向，砂體顏色依次可出現(xiàn)褐紅色、褐黃色、淺黃褐色、黃色、淺褐紅色、淺紅色、淺黃色、深灰色、灰色和淺灰色；且由于地表含氧水由砂體開啟部位沿地層傾向滲流，氧化作用由強(qiáng)變?nèi)?，沿層間水滲流方向巖石所表現(xiàn)出的礦物組合特征（表1）和巖石地球化學(xué)特征也不同（表2）。

表2 楊葉組砂體中不同地化分帶地球化學(xué)數(shù)據(jù)Table 2 Geochemical data of different geochemical zones in Yangye Formation

從不同分帶的地球化學(xué)特征發(fā)現(xiàn)（表2），Th/U在過渡帶（礦化帶）最低，原生帶次之，氧化帶最高；由于釷的地球化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，釷/鈾比值往往反映鈾的變化遷移，氧化帶巖石Th/U比值大大高于礦化帶，也大于原生帶，說明從原生帶變?yōu)檠趸瘞r鈾被活化帶出，并遷移至過渡帶沉淀富集（鈾被帶入）成礦。在砂巖鈾礦中常見鈾礦物與黃鐵礦共生，而S主要來自于黃鐵礦，過渡帶中也表現(xiàn)出較高S含量的特征，故可以作為含礦砂巖識別的一個地球化學(xué)標(biāo)志。另外在鈾礦運移過程中有機(jī)C既可充當(dāng)還原劑，還可以充當(dāng)吸附劑，所測樣品也表現(xiàn)出了原生帶含量最高，過渡帶次之，氧化帶含量最低的特點。

4 找礦方向

托云盆地屬塔北強(qiáng)構(gòu)造區(qū)的山間盆地，區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動強(qiáng)烈，地質(zhì)情況復(fù)雜，構(gòu)造運動使得研究區(qū)形成大量逆沖斷裂和褶皺，早期構(gòu)造控制了鈾成礦的空間定位，而后期斷裂構(gòu)造對區(qū)內(nèi)已形成的鈾礦體空間分布起到了明顯的改造作用。后期構(gòu)造作用使得深部含礦目的層中的富鈾礦體經(jīng)構(gòu)造抬升暴露地表，為鈾礦找礦工作提供了明顯找礦線索和研究方向，但構(gòu)造斷裂使其下盤目的層位相對下沉，埋深變大，既不利于層間氧化-還原成礦作用的進(jìn)行，也不利于找礦。強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升使得鈾礦體被抬升至地表后遭受長期剝蝕，但如果沒有構(gòu)造抬升而暴露地表，可能是盲礦，因此可通過地表已發(fā)現(xiàn)的鈾礦體，“反向”追溯層間氧化帶和深部鈾礦體，即在構(gòu)造相對穩(wěn)定地段且目的層埋深相對較淺的部位進(jìn)行深部找礦。即在褶皺沖斷帶的構(gòu)造抬升地段（如圖5中的沖起構(gòu)造、三角帶）尋找“盲礦”。

5 結(jié)論

1）托云盆地鈾礦形成于楊葉組扇三角洲相，含礦目的層賦鈾礦體主要受其扇三角洲平原亞相-碎屑流及分流河道相沉積控制，并主要賦存于砂礫巖和部分含礫粗砂巖。

2）盆地早期構(gòu)造斜坡帶控制了區(qū)內(nèi)鈾成礦格局，后期的構(gòu)造則對“古礦”空間定位造成了明顯的改造，同時也為強(qiáng)構(gòu)造區(qū)“露礦”找礦和深部“盲礦”找礦指示了新方向。

3）盆地內(nèi)含礦目的層砂體主要表現(xiàn)出強(qiáng)烈的高嶺土化和碳酸鹽化的后生蝕變組合特征，較高的S、有機(jī)C含量也對其分帶性起到了指示作用，其較強(qiáng)的后生蝕變作用促進(jìn)了砂巖型鈾礦的形成。