準(zhǔn)噶爾盆地東部將軍戈壁地區(qū)侏羅系砂巖型鈾礦成礦規(guī)律研究及其意義

蒲小晨，唐湘飛，張強(qiáng)，吳聲明，牛軍杰，郭超

(核工業(yè)二一六大隊(duì)，烏魯木齊 830011)

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)重要的蘊(yùn)藏多礦種的資源盆地，具有較好的砂巖型鈾礦成礦潛力[1]。前人已對(duì)該區(qū)鈾礦有所研究，張金帶、王果等回顧和展望了目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鈾礦床和多個(gè)鈾礦點(diǎn)并指出重要的鈾成礦區(qū)[2-3]；苗培森等探討了鉆探工藝和成本的約束并指出找礦方向[4]，對(duì)深部找礦研究較少。中—上侏羅統(tǒng)西山窯組和頭屯河組的賦鈾砂體是今后找礦工作的方向。

近年來(lái)核工業(yè)二一六大隊(duì)在準(zhǔn)噶爾盆地東部的下侏羅統(tǒng)八道灣組和三工河組發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化信息，砂巖型鈾礦找礦工作進(jìn)入到一個(gè)新的階段，由淺及深穩(wěn)步推進(jìn)，顯示其良好的找礦潛力。將軍戈壁地區(qū)已成為準(zhǔn)噶爾盆地東部找礦主攻地段，研究該區(qū)鈾成礦規(guī)律具有十分重要的意義，可為下一步準(zhǔn)噶爾盆地其它地段鈾礦勘查提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，夾持于卡拉麥里和博格達(dá)山之間，西與準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷相鄰，東至庫(kù)普盆地西側(cè)。根據(jù)新疆油田的劃分方案[5]，準(zhǔn)噶爾盆地東部卡拉麥里山以南可分為15個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。盆地東部古生界、中-新生界出露較為齊全。古生界以泥盆系、石炭系及二疊系為主，在盆緣區(qū)出露，以海陸交互相火山碎屑、火山巖及正常碎屑為主，少量碳酸鹽巖。中-新生界有三疊系、侏羅系和第四系，其中侏羅系為主要賦礦層位(圖1)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東部區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Regional geological map of the east Junggar basin1.新生界；2.白堊系；3.侏羅系；4.三疊系；5.古生界；6.石炭紀(jì)堿性、中酸性花崗巖類；7.基巖區(qū)主要斷裂；8.蓋層區(qū)主要斷裂；9.砂巖鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)、異常點(diǎn)；10.研究區(qū)范圍

2 侏羅系沉積特征

侏羅系在盆地東部與下覆地層一般呈角度不整合接觸，侏羅系自上而下劃分為八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J3q)(圖2)。八道灣組為溫?zé)岢睗癍h(huán)境沉積扇三角州相的灰色層，巖性為灰色礫巖、含礫砂巖、砂巖及灰色泥巖、粉砂巖、碳質(zhì)泥巖，夾煤層或煤線，下部礫巖層屬區(qū)域標(biāo)志層[6]。三工河組為半潮濕環(huán)境沉積的辮狀河三角州相，下部的厚層礫巖為區(qū)域標(biāo)志層，上部為泥巖、粉砂巖。該組底部砂體在火燒山北部地段較厚，以粗砂巖和砂礫巖為主；在五彩灣地段厚度較薄，以粗砂巖和中砂巖為主。砂體在火燒山-帳蓬溝地段發(fā)育層間氧化帶。砂巖氧化后多呈黃、褐黃、褐紅色，與八道灣組呈平行不整合接觸。西山窯組屬溫?zé)岢睗癍h(huán)境下沉積，上段(J2x2)為沼澤相，下段(J2x1)為辮狀河相；上段巖性主要為灰白色砂巖，灰色、灰綠色泥巖、碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾煤層；下段為灰色、灰白色的中、細(xì)砂巖，局部相變?yōu)榇稚皫r，巖層中含大顆粒炭屑。頭屯河組上段(J2t2)為濱淺湖相，下段(J2t1)為辮狀河三角州相；J2t2為半潮濕-半干旱條件下沉積的一套濱淺湖相雜色層，顏色以淺褐色夾雜灰色、灰綠色薄層泥巖和粉砂巖，偶爾發(fā)育河流相中細(xì)砂巖；J2t1為潮濕-半潮濕條件沉積的一套灰色、灰綠色泥巖、砂巖及礫巖。齊古組(J3q)為一套干旱炎熱氣候環(huán)境下的濱淺湖相沉積，廣泛發(fā)育紅層[7-8]。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系綜合柱狀圖Fig.2 The integrated Jurassic column of the east Junggar basin

3 賦鈾砂體成礦規(guī)律

3.1 砂巖碎屑礦物組分與鈾成礦

侏羅系砂巖碎屑礦物組成：砂巖中巖屑和長(zhǎng)石較高(表1)，成熟度指數(shù)Q/(F+R)為0.15～1.44，平均為0.50，成分成熟度總體較低。砂巖類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖(圖3a、圖3d)。其中w(石英)為13%～59%，平均為32%；石英以單晶為主，少量石英巖和個(gè)別玉髓等多晶石英，單晶石英多具波狀消光現(xiàn)象。w(長(zhǎng)石)為1%～29%，平均為15%，主要由鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石組成，斜長(zhǎng)石具輕微-中等程度絹云母化；鉀長(zhǎng)石具輕微程度泥化。w(巖屑)為30%～75%，平均為53%，主要為灰?guī)r、霏細(xì)巖、英安巖、安山巖、千枚巖、綠泥石等，部分巖屑具輕微-中等程度絹云母化，個(gè)別具黃鐵礦化。重礦物僅為微量，主要為磁鐵礦、石榴石，它形粒狀在巖石內(nèi)呈零星散布。砂巖填隙物主要由泥質(zhì)雜基和黏土礦物組成。

圖3 侏羅系賦鈾層位砂巖三角分類組合圖Fig.3 Trianglar classification diagram of the Jurassic U-bearing sandstonea.頭屯河組三角分類圖；b.西山窯組三角分類圖；c.三工河組三角分類圖；d.八道灣組三角分類圖

表1 侏羅系賦鈾層位砂巖碎屑礦物含量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of detritus mineral content in the Jurassic U-bearing sandstone

砂巖礦物組分具以下規(guī)律，砂巖具有較低礦物成熟度，分選性中等-較好，地表砂巖多發(fā)育平行層理，及槽狀交錯(cuò)層理，反映砂巖具有一定搬運(yùn)距離，但搬運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，沉積時(shí)水動(dòng)力作用較強(qiáng)(圖4a、圖4c)。整體的長(zhǎng)石含量較高，礫巖中有花崗巖礫石，反映物源區(qū)分布較多的中酸性花崗巖，自身鈾源成礦條件好。填隙物中黏土礦物發(fā)育，說(shuō)明鈾成礦過(guò)程中長(zhǎng)石礦物溶蝕作用較強(qiáng)，可以增加鈾成礦過(guò)程中砂巖的滲透作用，有利于鈾成礦的發(fā)育[9]，這也是侏羅系頭屯河組、西山窯組、三工河組、八道灣組中鈾礦化及異常普遍發(fā)育的重要原因。

3.2 砂巖地化特征與鈾成礦

侏羅系賦鈾層位地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)和三維柱形組合圖(圖5)表明，過(guò)渡帶砂體的w(U)值普遍高于還原帶和氧化帶，最高為251.30×10-6，w(C有)值在過(guò)渡帶也最高，最高為0.33%，說(shuō)明鈾的富集與有機(jī)質(zhì)含量的多少有密切的關(guān)系，鈾與有機(jī)炭?jī)烧咧g呈正相關(guān)。w(Fe3+)在氧化帶明顯高于過(guò)渡帶和還原帶，最高2.06%。w(Fe2+)在還原帶明顯高于過(guò)渡帶和還原帶，最高為2.17%，w(Fe3+)/w(Fe2+)值最高為1.78。鈾釷呈負(fù)相關(guān)，此消彼長(zhǎng)，w(U)/w(Th)值在過(guò)渡帶反差最大，最高可達(dá)37.23，全硫含量在氧化砂巖中要比灰色砂巖中稍低。

表2 侏羅系賦鈾層位地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of geochemical data of the Jurassic System

通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，w(U)、w(C有)、w(Fe3+)、w(Fe2+)在氧化帶、過(guò)渡帶、還原帶砂巖中的變化呈現(xiàn)出層間氧化的一般特性，與砂巖型鈾礦層間氧化帶成礦理論一致，還原性物質(zhì)對(duì)鈾成礦的作用明顯，鈾在前鋒線上的富集通常為地下水溶液中U6+被還原成U4+形成鈾礦物而沉淀的結(jié)果，鈾的還原劑是砂巖中殘留的炭化植物殘屑和硫化物[10]，其中特別是黃鐵礦。通?？梢栽趯娱g氧化帶的原生灰色帶、氧化-還原過(guò)渡帶中見(jiàn)到黃鐵礦，但二者有巨大差別，原生灰色帶中的黃鐵礦是自生的，在成巖期時(shí)就已經(jīng)存在，而過(guò)渡帶中的黃鐵礦則是與鈾伴生而來(lái)，是后生的[11-12](圖4d、圖4f)。

圖4 侏羅系賦鈾層位砂巖特征Fig.4 Characteristics of the Jurassic U-bearing sandstonea.水平層理；b.水平層理和碳屑紋理；c.交錯(cuò)層理和炭屑紋理；d.灰色砂巖中碳化植物碎屑和根莖；e.淺灰色砂巖中碳化植物根莖；f.灰色砂巖中的黃鐵礦顆粒集合體

圖5 侏羅系地球化學(xué)三維柱形組合圖Fig.5 Diagram of geochemical data of Jurassic system

3.3 氧化帶與鈾成礦

研究表明，鈾礦化的形成主要受層間氧化帶控制。古生界褶皺構(gòu)成區(qū)內(nèi)中-新生界蓋層的基底，晚侏羅世末卡拉麥里斷裂帶發(fā)生東西向脆性走滑活動(dòng)，沙帳斷褶帶發(fā)育，并形成帳蓬溝鼻隆，山前侏羅系自北東向南西掀斜，目的層砂體在盆緣開(kāi)啟，來(lái)自于北部卡拉麥里山古生界蝕源區(qū)的含鈾含氧水沿地層傾斜方向進(jìn)入層間砂體，層間氧化帶開(kāi)始發(fā)育。地下水在徑流過(guò)程中也將地層自身中的鈾浸出并不斷向前疊加遷移，在水動(dòng)力突然減緩、富含黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等還原介質(zhì)的氧化-還原障附近，氧被消耗，地下水中鈾被還原、沉淀富集成礦，鈾礦化受層間氧化帶前鋒線的控制[13-16](圖6)。

(1)層間氧化帶與鈾成礦

將軍戈壁地區(qū)不同地段的頭屯河組、三工河組、八道灣組層間氧化帶前鋒線均揭露到鈾礦化、異常，并發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦ZKA3和ZKB4?？铸垳系囟钨x鈾層位為頭屯河組，巖性為灰色、淺黃色砂巖；帳篷溝東西兩側(cè)火燒山地段和大井地段賦鈾層位為三工河組，巖性灰色細(xì)砂巖、砂礫巖及礫巖；帳篷溝以西五彩灣地段賦鈾層位為八道灣組，巖性為灰色、淺黃色的細(xì)砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖。對(duì)不同地段不同層位鈾礦化對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，工業(yè)鈾礦、鈾礦化、異常賦鈾層位具有下列特點(diǎn)：賦存于層間氧化帶前鋒線附近灰色層，賦存于層間氧化帶中部所夾的灰色層，賦存于層間氧化帶的上、下翼或卷頭附近的灰色層。其中，前鋒線附近的礦化、異常最為發(fā)育，且層數(shù)多、厚度大(圖6)。

圖6 侏羅系賦鈾層位鈾礦化對(duì)比圖Fig.6 Comparative map of the Jurassic U-bearing strata1.頭屯河組；2.三工河組；3.八道灣組；4.礫巖；5.砂礫巖；6.含礫粗砂巖；7.粗砂巖；8.中砂巖；9.細(xì)砂巖；10.粉砂巖11.泥巖；12.煤層；13.黃色；14.灰色；15.伽瑪測(cè)井曲線及鈾礦化品位(%)/厚度(m)；16.平米鈾量；17.鉆孔編號(hào)

(2)潛水氧化帶與鈾成礦

將軍戈壁地區(qū)大慶溝鈾礦床為西山窯組成礦的典型，礦化主要沿帳蓬溝背斜東西兩翼斷續(xù)分布，主要在東翼中部、南部地表富集，深部礦體主要分布在兩翼的南部和東翼中部局部地段，為潛水氧化煤巖型鈾礦床。鈾礦體一般產(chǎn)于煤層上部和下部，地表煤層中部也含礦，礦體多呈透鏡體，扁豆?fàn)詈蛶睿V體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致。雖然此類礦化體本身規(guī)模較小、前景有限，但近年來(lái)通過(guò)調(diào)查評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)了地表氧化砂體，反映出可以形成層間氧化帶，這為尋找砂巖型鈾礦提供了重要信息。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)將軍戈壁地區(qū)賦鈾層位碎屑物質(zhì)組分研究顯示，礦物組分成熟度低，分選性中等-較好，地表砂巖多發(fā)育平行層理，槽狀交錯(cuò)層理。砂巖具有一定的搬運(yùn)距離，但搬運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，沉積時(shí)的水動(dòng)力作用較強(qiáng)，離物源區(qū)較近，物源區(qū)分布多的中酸性花崗巖，砂巖自身的鈾源成礦條件好，更有利于鈾成礦的發(fā)育。

(2)將軍戈壁地區(qū)賦鈾層位地球化學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)擬合分析發(fā)現(xiàn)，鈾、有機(jī)炭、Fe3+、Fe2+、硫化物在氧化砂巖、過(guò)渡帶砂巖、還原砂巖中的含量變化展現(xiàn)出了層間氧化的一般特性，還原性物質(zhì)對(duì)鈾成礦的作用明顯，鈾在前鋒線上的富集通常為地下水溶液中U6+被還原成U4+形成鈾礦物而沉淀；鈾的還原劑是砂巖中殘留的碳化植物殘屑和硫化物，鈾礦體的形成符合層間氧化帶砂巖型鈾模式。

(3)通過(guò)不同地段不同層位鈾礦化的對(duì)比剖析發(fā)現(xiàn)，賦鈾層位層間氧化帶附近鈾礦化，層間氧化帶前鋒線控礦；下侏羅統(tǒng)三工河組和八道灣組找礦前景良好，拓展了準(zhǔn)噶爾盆地東部的找礦空間。