洪海溝鈾礦床頭屯河組下段砂體沉積特征及鈾礦化控因

羅星剛，王守玉，王芳霞，劉富強(qiáng)

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011）

伊犁盆地南緣是我國(guó)層間氧化帶砂巖型鈾礦的重要礦集區(qū)，通過近些年的地質(zhì)勘查工作將其劃分為西部礦集區(qū)（洪海溝鈾礦床、庫(kù)捷爾太鈾礦床）、中部礦集區(qū)（烏庫(kù)爾齊鈾礦床、扎吉斯坦鈾礦床、蒙其古爾鈾礦床）及東部礦集區(qū)（達(dá)拉地鈾礦床）。其中洪海溝鈾礦床位于伊犁盆地南緣斜坡帶西段，構(gòu)造不發(fā)育，主要含礦地層為中侏羅西山窯組上段（J2x3）、頭屯河組下段（J2t1），其中頭屯河組下段發(fā)育規(guī)模較大的典型層間氧化帶砂巖型工業(yè)鈾礦化。前人對(duì)洪海溝鈾礦床西山窯組上段（J2x3）鈾成礦成因做了較多研究，分析手段多從沉積相［1-3］、構(gòu)造［4］、非均質(zhì)性［5］、煤系［6-7］、滲透系數(shù)［8］等宏觀角度入手，具體到含礦砂體特征的精細(xì)刻畫則較少，而對(duì)頭屯河組下段（J2t1）砂體特征精細(xì)化研究則更少。筆者以頭屯河組下段（J2t1）沉積砂體為研究對(duì)象，從砂體沉積特征角度入手，解剖砂體垂向及平面展布特征，并分析其對(duì)鈾礦化的控制及影響，為下一步鈾礦勘查提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

洪海溝鈾礦床位于伊犁盆地南緣斜坡帶西部構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，屬于次級(jí)構(gòu)造單元洪海溝西部凹陷，礦床范圍內(nèi)未見斷裂構(gòu)造產(chǎn)出，僅在礦床東部見洪海溝斷裂，地層總體呈向北西的單斜產(chǎn)出［4］（圖1）。

圖1 伊犁盆地南緣構(gòu)造分區(qū)（據(jù)參考文獻(xiàn)［4］修改）Fig.1 Structural division of the southern margin of Yili Basin（after reference［4］）

主要含礦層位頭屯河組下段（J2t1）在礦床內(nèi)分布廣泛，均為暗色含煤碎屑沉積，其中頭屯河組煤層僅發(fā)育于下部且集中于礦區(qū)北西部，其中第十二煤層（M12）位于西山窯組上段，大部分與頭屯河組下段砂體直接接觸，第十三煤層（M13）位于頭屯河組下段砂體內(nèi)部，呈透鏡狀產(chǎn)出。地層總體呈南高北低、北西向的單斜產(chǎn)出，傾角平緩（9°～13°），中部存在一小型撓曲，傾角變陡（16°～23°），撓曲的存在為層間氧化水體遷移與鈾的富集起到積極作用。

2 沉積相特征

2.1 沉積特征

通過對(duì)巖心編錄、鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及鏡下鑒定成果的分析，認(rèn)為洪海溝鈾礦床頭屯河組下段（J2t1）主要發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相沉積（圖2）。

圖2 洪海溝K9615鉆孔頭屯河組下段沉積相綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of sedimentary facies of lower member of Toutunhe Formation of drill hole k9615 in Honghaigou deposit

2.1.1 辮狀河道微相

頭屯河組下段（J2t1）辮狀河道以砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖及中砂巖為主，垂向呈多個(gè)正韻律復(fù)合疊加的特征［9］。受辮狀河道橫向頻繁遷移的影響，區(qū)內(nèi)中、南部河道分叉、匯合作用明顯，從而導(dǎo)致河道在平面上分布廣泛。北部則發(fā)育北西及北東兩條分叉的辮狀河道，河道較為平直（圖3）。

圖3 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段沉積相展布圖Fig.3 Distribution of sedimentary facies of the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou uranium deposit

2.1.2 沖積平原微相

沖積平原則以厚層紅色、黃色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾薄層細(xì)砂巖為主，其垂向多分布于頭屯河組下段上部，中下部則多呈透鏡狀、條帶狀薄層［10］。受辮狀河道水動(dòng)力強(qiáng)且頻繁分叉、匯合影響，礦區(qū)中南部沖積平原微相分布多呈現(xiàn)較為局限的條帶，礦區(qū)北部主要分布于北東、北西兩條河道之間，分布較廣。

2.1.3 泥炭沼澤微相

頭屯河下段（J2t1）仍繼承中下侏羅統(tǒng)水西溝群時(shí)期潮濕的環(huán)境，于沖積平原低洼處及北部受到湖水影響的地段發(fā)育分布范圍局限的泥炭沼澤微相沉積，形成穩(wěn)定性較差的M13煤層（圖4），泥炭沼澤微相主要分布于礦區(qū)北西部。

圖4 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段M13厚度等值圖Fig.4 Thickness contour map of 13th coal seam in the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou uranium deposit

2.2 沉積演化

頭屯河組下段（J2t1）沉積期主要發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相沉積，經(jīng)歷了由早期濕潤(rùn)環(huán)境下的辮狀河道向晚期半干旱化的沖積平原沉積過程。該時(shí)期整體氣候上繼承了西山窯組的濕潤(rùn)環(huán)境，頭屯河組下段（J2t1）下部砂體初始顏色為灰色且內(nèi)見少量炭屑富集條帶，但晚期已開始逐漸向干旱化轉(zhuǎn)變，該時(shí)期煤層發(fā)育較差且頭屯河組下段上部以紅色、黃色、灰色等厚層雜色沖積平原泥質(zhì)沉積為主。

3 砂體沉積特征與鈾礦化

對(duì)于層間氧化帶砂巖型鈾礦來說，砂體是鈾礦化賦存的載體，因此分析其沉積特征及與鈾礦化之間的關(guān)系，對(duì)于鈾礦找礦工作十分必要［11-15］。

3.1 砂體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

頭屯河組下段（J2t1）砂體厚度較大，以黃色、灰色砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖及中砂巖為主，結(jié)構(gòu)成熟度及成分成熟度均較差（圖5a），砂體沉積構(gòu)造發(fā)育不明顯，多呈塊狀，局部見平行層理構(gòu)造（圖5b），底部多與M12直接接觸（圖5c），發(fā)育沖刷充填構(gòu)造。底部砂體內(nèi)多見少量炭屑富集條帶及黃鐵礦顆粒。

圖5 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段砂體特征Fig.5 Characteristics of sand body in the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou uranium deposit

頭屯河組砂體粒度分析結(jié)果顯示（圖6）：頻率曲線形態(tài)呈不明顯雙峰且不對(duì)稱狀，峰度值0.88～0.86，總體平緩；標(biāo)準(zhǔn)偏差1.18～1.32，顯示分選性較差，粗細(xì)粒碎屑混雜；概率累計(jì)曲線總體呈河道三段式，以跳躍總體為主，含量87%～94%，粒度區(qū)間反映粒度粗大，曲線斜率40%～70%，指示水動(dòng)力較強(qiáng)，滾動(dòng)總體0.5%～13%，懸浮總體6%～12%，顯示水動(dòng)力強(qiáng)度向北西向減弱的特征。

圖6 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段概率累計(jì)曲線圖Fig.6 Probability accumulation curve of lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou uranium deposit

綜上分析，頭屯河組下段（J2t1）砂體整體成熟度較差，為強(qiáng)水動(dòng)力條件下的辮狀河道牽引流沉積，水動(dòng)力條件整體較強(qiáng)；砂體整體層理發(fā)育不明顯，以塊狀構(gòu)造為主，碎屑顆粒間以接觸式、基底式膠結(jié)為主，孔隙之間連通性好，孔隙度16%～40%，有利于氧化水體于砂體內(nèi)的遷移，并為鈾的富集提供了空間；砂體內(nèi)炭屑、黃鐵礦發(fā)育，炭屑多富集呈團(tuán)塊狀、條帶狀，黃鐵礦多圍繞炭屑周緣發(fā)育，為氧化水體中鈾的富集提供還原劑，有利于鈾的吸附。

3.2 砂體垂向序列

頭屯河組下段（J2t1）底界為M12，頂界為厚層雜色泥巖，厚度11.20～68.80 m，平均37.76 m。砂體主要發(fā)育于中下部，厚度0.95～54.00 m，平均19.34 m，底板為區(qū)域穩(wěn)定的M12，在為砂體提供還原劑的同時(shí)構(gòu)成良好的底板隔水層。頂板為厚層泥巖，下部砂體頂端局部發(fā)育薄層M13，整體構(gòu)成“泥-砂-泥”的垂向序列（圖7），有利于含氧含鈾水體的遷移富集。砂體垂向粒序多呈一個(gè)或兩個(gè)下粗上細(xì)正韻律或正韻律組合產(chǎn)出，砂體厚度較大，以砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖及中砂巖為主，成熟度較差，底部多與M12直接接觸。

圖7 ZK86123 單孔垂向序列圖Fig.7 vertical sequence diagram of drill hole zk86123

北東向剖面Ⅰ-Ⅰ’顯示（位置見圖3），辮狀河道砂體分布呈面狀展布，SW-NE 向?qū)挾容^大（圖8），橫向辮狀河道遷移迅速，底部砂體發(fā)育較穩(wěn)定，多沖刷下伏M12；砂體發(fā)育較為集中于138～94 線，向南西及北東兩側(cè)砂體厚度減薄、粒度變細(xì)，砂體的這一展布特征引起氧化水體向北東及南西側(cè)遷移受到局限；單孔砂體垂向多由一個(gè)或多個(gè)正粒序疊置，底部多呈突變接觸，頂部漸變過渡為中、細(xì)砂巖或泥巖，局部砂體中發(fā)育薄層透鏡狀展布泥質(zhì)夾層或炭屑富集條帶或團(tuán)塊。以上特征一方面構(gòu)成層間氧化帶砂巖型鈾礦所需要的“砂-泥-砂”結(jié)構(gòu)，另一方面砂體垂向序列中出現(xiàn)的泥質(zhì)夾層、砂體分叉、巖性變化、炭屑團(tuán)塊或條帶導(dǎo)致氧化水體運(yùn)移受阻，造成鈾元素在遷移受阻部位逐漸富集，形成鈾礦化。主砂體較為穩(wěn)定且厚度較大，鈾礦化多發(fā)育于砂巖內(nèi)部，并且圍繞炭屑、泥質(zhì)薄層分布。

圖8 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段SW-NE 向連井剖面圖Fig.8 Profile of SW-NE neighbor wells for the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou uranium deposit

沿北西向剖面Ⅱ～Ⅱ'（位置見圖3），辮狀河道砂體向北西側(cè)具有厚度減薄、層數(shù)增多的特征，但砂體總體向北西向連續(xù)性較好，保障了層間氧化水體向北西遷移通道的暢通性（圖9）；單孔砂體底部與M12之間多發(fā)育泥質(zhì)薄層，內(nèi)部多見炭屑且向北西側(cè)厚度增大，而北西側(cè)砂體中上部多發(fā)育薄層M13，砂體內(nèi)見炭屑富集透鏡體、條帶。砂體垂向上仍具有“砂-泥-砂”組合特征，但內(nèi)部泥質(zhì)薄層層數(shù)較多，砂體頂部突變（直接過渡為泥巖），單層砂體的穩(wěn)定性整體變差，以上特征造成北西側(cè)鈾礦化場(chǎng)呈圍繞主砂體上下兩側(cè)的雙峰狀鈾礦化，礦化巖性多為主砂體上下兩側(cè)的泥巖或細(xì)砂巖（圖7）。

圖9 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段NW-SE 向連井剖面圖Fig.9 Profile of NW-SE neighbor wells for the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou uranium deposit

3.3 砂體平面展布

3.3.1 砂體、底板埋深展布與鈾礦化分析

頭屯河組下段（J2t1）發(fā)育1～2 層厚砂體，以下部砂體發(fā)育較為穩(wěn)定，為該層位主要含礦砂體。工程控制范圍內(nèi)揭露砂體長(zhǎng)度大于8 000 m，寬度500～5 000 m，砂體厚度0.95～54.00 m，平均19.34 m。砂體于54～110 線呈近東西向產(chǎn)出，K36～K104 線呈北西向帶狀展布，54～38 線呈北東向帶狀展布（圖10），砂體埋深166.00～753.05 m，平均514.60 m，南東部沿174 線南部至46 線中部底板海拔在小范圍內(nèi)由1 000 m 急劇減小為750 m，這為層間氧化水體向北西部遷移提供了良好的水動(dòng)力條件，而在礦區(qū)西北部底板等值線平緩，整體呈向北展布，則有利于氧化水體流速減緩，從而形成鈾礦化。

圖10 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段砂體等厚圖Fig.10 Sand body thickness isopach for the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou uranium deposit

3.3.2 氧化砂體展布及鈾礦化分析

頭屯河組下段（J2t1）層間氧化帶整體由南東向北西發(fā)育，層間氧化帶寬度1 100～4 700 m，厚度0.60～38.35 m，埋深297.20～719.35 m（圖11）。受砂體厚度減薄、粒度變細(xì)、砂體垂向泥質(zhì)夾層增多、底板埋深等值線變化及沉積相變?yōu)闆_積平原泥質(zhì)沉積等因素的影響，層間氧化砂體在區(qū)內(nèi)發(fā)育寬度、厚度變化較大。氧化帶前鋒線在礦床范圍內(nèi)呈南東-北西向展布，且氧化砂體厚度及寬度向北西部減薄、變窄。區(qū)內(nèi)46～126 線，受砂體厚度沿近東西向朝北急速減薄、垂向泥質(zhì)巖類厚度增大、砂體層數(shù)增多影響，層間氧化帶前鋒線呈緩蛇曲狀展布。表現(xiàn)為62～94 線，層間氧化帶向北西部凸出并形成環(huán)帶狀工業(yè)鈾礦化帶，94～134 線氧化帶前鋒線向南彎曲收斂，形成向南彎曲收斂的條帶狀工業(yè)鈾礦化帶，K36 線以西層間氧化帶前鋒線呈北西向蛇曲狀展布，形成北西-南東向展布的帶狀工業(yè)鈾礦化帶。

圖11 洪海溝鈾礦床頭屯河組下段氧化砂體等厚及礦體展布圖Fig.11 Map of oxidized sand body isopach and ore body distribution in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou uranium deposit

綜上分析，認(rèn)為頭屯河組下段砂體總體上沉積范圍廣、厚度大，發(fā)育有多條北西向河道，在河道砂體厚度變化大，鈾礦體主要富集于砂體厚度變化部位。需要注意的是洪海溝鈾礦床北西部于K36～K104 線發(fā)育一條北西側(cè)的辮狀河道，但在174～158 線間受辮狀河道分叉影響，該處分叉發(fā)育北部及南部?jī)蓷l氧化砂體，目前鉆探工作在北部氧化帶揭露出較好的工業(yè)鈾礦化帶，而南部氧化帶則揭露較少，但其沉積特征與北部相近，推測(cè)此處也可能存在另外一條工業(yè)礦化帶。而洪海溝斷裂東部砂體發(fā)育較好，且內(nèi)部見氧化砂巖，雖厚度不及西部，但也可進(jìn)行鉆探查證，驗(yàn)證其是否發(fā)育鈾礦化的存在。

4 結(jié)論

1）利用大量鉆孔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)分析測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為研究區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組下段（J2t1）主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，其中三角洲平原分流河道微相為層間氧化帶及鈾礦化發(fā)育的有利相帶。

2）通過梳理頭屯河組砂體垂向結(jié)構(gòu)、序列特征，認(rèn)為厚大、連續(xù)的砂體為氧化水體的遷移提供了通道；層理發(fā)育不明顯、孔隙之間連通性好、炭屑及黃鐵礦的發(fā)育為鈾的富集提供了還原介質(zhì)及容礦空間。在礦床中部厚大、穩(wěn)定的面狀砂體內(nèi)形成砂巖型鈾礦化。

3）通過對(duì)頭屯河組沉積微相、砂體空間展布形態(tài)、結(jié)合底板埋深、層間氧化帶前鋒線展布形態(tài)的對(duì)比研究，認(rèn)為目的層砂體垂向巖性序列組合樣式、平面展布形態(tài)共同決定了鈾礦化類型及富集部位，層間氧化帶前鋒線及鈾礦化主要發(fā)育在巖性-巖相變化部位，而構(gòu)造展布樣式則提供了層間氧化水體遷移的動(dòng)力條件。