伊犁盆地南緣西段小泉溝群上段沉積特征與鈾礦化關(guān)系

郝以澤，賈智勇，王守玉

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

伊犁盆地鈾礦主要產(chǎn)出于侏羅系水西溝群、艾維爾溝群頭屯河組，以往在三疊系小泉溝群僅見零星鈾礦化。前人的鈾礦地質(zhì)工作程度偏低，僅對小泉溝群上下段地球化學(xué)環(huán)境、沉積相與鈾成礦關(guān)系進行了研究［1-2］。隨著勘查與研究工作的持續(xù)深入，自2019 年以來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了小泉溝群工業(yè)鈾礦體，在庫捷爾太鈾礦床南東側(cè)揭露到初具規(guī)模的工業(yè)鈾礦帶，長度超過3.2 km，并識別出上段巨厚泥巖與下段厚層礫巖之間發(fā)育有四套穩(wěn)定韻律層砂體，每一層砂體中均發(fā)育層間氧化帶及鈾礦化，拓展了找礦思路，擴大了找礦空間［3］。在以往生產(chǎn)中由于未對小泉溝群砂體進行精細劃分與研究，各個層位的鈾成礦有利地段不明確，已經(jīng)嚴重制約了進一步的找礦工作。本文通過沉積旋回、沉積相以及砂體非均質(zhì)性研究，了解小泉溝群各個層位層間氧化帶發(fā)育情況、找出鈾成礦的有利部位，嘗試解決前人遇到的找礦難題，為今后工作的開展提供可參考的依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

伊犁盆地是在天山造山帶所夾持的微地塊上發(fā)展演化而成的山間疊合盆地［4］。盆地南緣斜坡帶自西向東構(gòu)造變形強度呈現(xiàn)增強的趨勢，研究區(qū)位于南緣斜坡帶西段單斜區(qū)，構(gòu)造相對穩(wěn)定，地層總體呈單斜北傾，為鈾成礦有利構(gòu)造單元（圖1）。

圖1 伊犁盆地南緣構(gòu)造分區(qū)示意圖（據(jù)參考文獻［3］修改）Fig.1 Geological structure sketch in southern margin of Yili Basin modified（after reference［3］）

區(qū)內(nèi)發(fā)育的中新生代地層有：下三疊統(tǒng)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)艾維爾溝群、新近系和第四系。

小泉溝群下段上覆于下三疊統(tǒng)倉房溝群礫巖之上，地層平均厚度92 m，巖性以礫巖、砂礫巖為主，頂部穩(wěn)定發(fā)育的泥巖可作為區(qū)內(nèi)地層對比標志層。小泉溝群上段位于小泉溝群下段頂部泥巖之上至侏羅系八道灣組底部礫巖之下，地層平均厚度304 m，上段上部發(fā)育厚度大于200 m 的淺湖相深灰色泥巖，水平層理發(fā)育，夾薄層菱鐵礦；厚層泥巖之下，共發(fā)育四層主要砂體，巖性以砂礫巖、礫巖為主，總體呈正韻律產(chǎn)出［3］（圖2）。

圖2 研究區(qū)小泉溝群地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Xiaoquangou Group in the study area

2 小泉溝群旋回劃分依據(jù)

前人簡單地將小泉溝群分為厚大泥質(zhì)類巖石和粗大礫巖［5］。本次研究通過野外露頭調(diào)查，重新梳理地層巖性特征，根據(jù)橫向上發(fā)育穩(wěn)定的兩套厚度較大的砂體，將小泉溝群劃分為上下兩段。砂體巖性以礫巖為主，未見穩(wěn)定煤層或炭屑，僅在局部地段發(fā)育薄層灰色泥巖，缺乏還原介質(zhì)，整體顯示出沖積扇扇根亞相-扇中亞相的沉積特征。下段砂體粒度整體較粗，其底部礫石含量高且礫徑大，礫徑一般10～30 cm，分選性差，雜亂堆積，磨圓度中等-差，屬近源搬運，填隙物泥質(zhì)含量高，表現(xiàn)為泥石流沉積特征；向上礫石含量逐漸降低、礫徑變?。▓D3a），至下段頂部，漸變?yōu)橐惶缀穸却笥?0 m，泥質(zhì)含量較低、固結(jié)較疏松的棕黃色中-粗砂巖（圖3b）。上、下段之間發(fā)育厚8～12 m 的灰綠色泥巖夾薄層灰色泥巖（圖3c）。上段砂體粒度相對較細，巖性以砂礫巖為主，根據(jù)泥巖隔擋層、顏色及巖性組合，從下至上可劃分出四層主要砂體（圖3d）。第一層砂體為淺棕紅色細礫巖、粗砂巖及砂礫巖，礫石礫徑3～10 mm，固結(jié)較致密（圖3e）；第二層砂體為淺棕黃色礫巖、砂礫巖、粗砂巖互層，礫石礫徑5～30 mm，砂礫巖及粗砂巖中鐵質(zhì)含量較高（圖3f）；第三層砂體為淺棕紅色礫巖、砂礫巖互層，礫石礫徑5～30 mm，含鐵質(zhì)，夾中-粗砂巖及泥巖透鏡體（圖3g）；第四層砂體為棕黃色礫巖、砂礫巖互層，礫石礫徑5～30 mm，最大50 mm，中部砂礫巖內(nèi)含鐵質(zhì)（圖3h）。

圖3 研究區(qū)小泉溝群上段巖性特征照片F(xiàn)ig.3 Characteristics of lithology in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

結(jié)合鉆孔資料，認為小泉溝群下段（T2-3xq1）巖性以厚層礫巖為主，頂部為厚度穩(wěn)定的泥巖，該層位鈾礦化分布范圍小，僅研究區(qū)西段鉆孔中零星揭露；至上段（T2-3xq2）粒度變細，巖性以砂礫巖、粗砂巖為主，依據(jù)垂向巖性結(jié)構(gòu)可進一步識別出四個旋回（T2-3xq2-1、T2-3xq2-2、T2-3xq2-3、T2-3xq2-4），其 中T2-3xq2-1、T2-3xq2-2旋回巖性以砂礫巖為主，兩個層位均發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦體，其中Ⅱ旋回礦帶由3 個工業(yè)礦孔控制，平面上斷續(xù)發(fā)育于層間氧化帶前鋒線南側(cè)，總體呈條帶狀近東西向展布；T2-3xq2-3、T2-3xq2-4旋回巖性以粗砂巖為主，局部見透鏡狀泥巖，上段頂部為厚層深灰色泥巖（圖4），兩個層位暫未探索到工業(yè)礦體，少量的鈾礦化產(chǎn)出于層間氧化帶上、下翼部。

圖4 研究區(qū)小泉溝群東西向地質(zhì)剖面圖（據(jù)參考文獻［6］修改）Fig.4 Geological profile of Xiaoquangou Group in the study area（modified after reference［6］）

3 砂體非均質(zhì)性特征

大型骨架砂體為砂巖型鈾成礦流體提供了運移空間及儲存空間，砂體的非均質(zhì)性特征不僅可以影響含礦流體的運移速度，而且還會影響其運移方向。砂體非均質(zhì)性可分為平面特征和垂向特征，在平面上是砂體走向改變和橫向相變的結(jié)果；在垂向上表現(xiàn)為泥巖隔擋層數(shù)量和累計厚度以及砂巖粒度、沉積韻律等變化［7-10］。

3.1 砂體平面非均質(zhì)性特征

通過整理研究區(qū)內(nèi)鉆孔資料，發(fā)現(xiàn)小泉溝群上段第Ⅰ旋回砂體厚度為8～46 m，平均為23 m，砂體厚度主要分布于10～30 m 之間，占總孔數(shù)的77%（圖5a）；第Ⅱ旋回砂體厚度為9～50 m，平均為29 m，砂體厚度主要分布于10～40 m 之間，占總孔數(shù)的83%（圖5b）；第Ⅲ旋回砂體厚度為5～43 m，平均為19 m，砂體厚度主要分布于10～30 m 之間，占總孔數(shù)的72%（圖5c）；第Ⅳ旋回砂體厚度為5～43 m，平均為18 m，砂體厚度主要分布于10～30 m 之間，占總孔數(shù)的82%（圖5d）。

圖5 研究區(qū)小泉溝群上段砂體厚度統(tǒng)計Fig.5 Thickness of sand bodies in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

層間氧化帶前鋒線發(fā)育形態(tài)與砂體厚度及形態(tài)有著一定聯(lián)系，小泉溝群上段第Ⅰ、Ⅱ旋回砂體厚度大，且在橫向上三個扇體具有很好的連通性，有利于含鈾地下水的滲流，氧化帶前鋒線主要發(fā)育在砂體厚度20～40 m 之間，砂體變薄處收斂，砂體變厚處凸起，在洪海溝西側(cè)地區(qū)沿傾向發(fā)育最遠達6.9 km，未見鈾異常及礦化孔；在克其克博拉-瓊博拉地區(qū)沿傾向發(fā)育最遠達5.1 km，鈾異常及礦化孔發(fā)育在氧化前鋒線內(nèi)側(cè)850 m 范圍內(nèi)，工業(yè)鈾礦體發(fā)育在氧化前鋒線內(nèi)側(cè)，砂體厚度35～42 m 之間，多為翼部鈾礦體（圖6a、b）。小泉溝群上段第Ⅲ、Ⅳ旋回砂體規(guī)模及厚度相對較小，三個扇體相對獨立發(fā)育連通性較差，均發(fā)育東、西兩條層間氧化前鋒線，在洪海溝-克其克博拉地區(qū)沿傾向發(fā)育最遠達5.1 km，鈾異常及礦化孔多發(fā)育在氧化前鋒線內(nèi)側(cè)，砂體厚度10～25 m 之間；在瓊博拉地區(qū)沿傾向發(fā)育最遠達2.3 km，未見鈾異常及礦化（圖6c、d）。

圖6 研究區(qū)小泉溝群上段砂體厚度等值線圖Fig.6 Isoline map of sand body thickness in upper part of Xiaoquangou Group in the research area

3.2 砂體垂向非均質(zhì)性特征

砂體垂向特征主要通過砂體中的隔擋層及沉積物粒度變化來體現(xiàn)。研究區(qū)內(nèi)鉆孔資料表明，小泉溝群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回隔擋層發(fā)育0 層鉆孔占比56%～74%，1 層鉆孔占比15%～28%，2 層鉆孔占比5%～12%，大于2 層鉆孔占比3%～7%（圖7a）。小泉溝群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回隔擋層累計厚度0～1 m 鉆孔占比18%～31%，1～2 m 鉆孔占比5%～10%，大于2m 鉆孔占比2%～5%（圖7b），說明小泉溝群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回中隔擋層發(fā)育極少，砂體非均質(zhì)性主要體現(xiàn)在沉積物粒度變化。小泉溝群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回砂體中發(fā)育1 層韻律層鉆孔占比13%～38%，2 層韻律層鉆孔占比33%～49%，3 層韻律層鉆孔占比15%～30%，大于4 層韻律層鉆孔占比3%～10%（圖7c），在砂體中發(fā)育2～7 層韻律層時，工業(yè)礦孔占比8%，發(fā)育2～3 層韻律層時，礦化孔占比51%，發(fā)育0～2 層韻律層時，異常孔占比51%（圖7d）。

圖7 研究區(qū)小泉溝群上段隔擋層和韻律層統(tǒng)計圖Fig.7 Statistics of aquiclude and rhythmic layers in Upper Member of Xiaoquangou Group in the study area

4 沉積相平面展布特征

小泉溝群上段第Ⅰ旋回沉積時期，南部物源供給相對下段逐漸趨于穩(wěn)定，在研究區(qū)內(nèi)形成了西部洪海溝、中部克其克博拉和東部瓊博拉3 處供給的格局，由此構(gòu)成了3 個規(guī)模較大的沖積扇群（圖8a）。露頭區(qū)該套砂體粒度較粗，但各類牽引流所形成的板狀、楔狀交錯層理較為發(fā)育，同時砂體內(nèi)泥質(zhì)雜基含量較小泉溝群下段有所降低，整體顯示出扇中亞相辮狀河道的沉積特征。受物源供給量穩(wěn)定性差異影響，克其克博拉扇體砂體規(guī)模、穩(wěn)定性好于洪海溝扇體和瓊博拉扇體。

小泉溝群上段第Ⅱ旋回沉積時期，南部盆緣由于構(gòu)造活動不斷擠壓抬升，加之物源供給有所減少，水動力趨于穩(wěn)定，扇根亞相規(guī)模進一步縮小，扇中亞相規(guī)模有所擴大。在研究區(qū)內(nèi)形成了扇根亞相進一步向南萎縮，扇中亞相為主的沉積格局（圖8b）。露頭區(qū)該套砂體粒度整體仍較粗，各類交錯層理較為發(fā)育，在穩(wěn)定牽引流作用下，砂體內(nèi)泥質(zhì)雜基含量較第Ⅰ旋回更少。其中克其克博拉扇體砂體規(guī)模和穩(wěn)定性均好于西部洪海溝扇體及東部瓊博拉扇體。

圖8 研究區(qū)小泉溝群上段沉積相圖Fig.8 Sedimentary facies in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

小泉溝群上段第Ⅲ旋回沉積時期，南部物源供給進一步縮小，沖積扇向物源區(qū)萎縮，各扇朵體間連續(xù)性變差，造成砂體穩(wěn)定性變差，厚度由Ⅱ旋回的29 m 減薄至19 m，同時砂巖粒度也由砂礫巖變細為含礫粗砂巖、粗砂巖。主要發(fā)育扇中亞相沉積，在研究區(qū)內(nèi)仍發(fā)育了洪海溝、克其克博拉和瓊博拉三個沖積扇，其中洪海溝、克其克博拉扇體縮小，瓊博拉扇體增大（圖8c）。

小泉溝群上部第Ⅳ旋回沉積時期，南部物源供給大幅減少，水動力條件相對減弱，在各扇體的外圍，發(fā)育了一系列沿扇體展布的扇三角洲相沉積，扇根亞相由于盆緣持續(xù)的隆升剝蝕，基本消失，扇中亞相規(guī)?？s小。在研究區(qū)內(nèi)總體形成了洪海溝、克其克博拉和瓊博拉三個規(guī)模較大的沖積扇，在沖積扇北側(cè)發(fā)育較大規(guī)模扇三角洲相的沉積展布格局（圖8d）。露頭區(qū)和孔內(nèi)該套砂體粒度整體較細，在其頂部發(fā)育不穩(wěn)定的碳質(zhì)泥巖薄層或透鏡體，砂體內(nèi)也發(fā)育少量炭屑等有機質(zhì)，表明在湖侵背景下，區(qū)內(nèi)各沖積扇入湖相變?yōu)樯热侵尴嗟某练e特征。

5 沉積特征與鈾成礦關(guān)系探討

5.1 砂體的變異性控制鈾礦體的富集

5.1.1砂體滲透性變化影響鈾的富集

砂體滲透性對鈾富集的影響主要體現(xiàn)于氧化含鈾流體徑流過程中流速、方向發(fā)生的變化。在A04～A06 線因砂體內(nèi)部各向異性，包括地層沉積時形成的層理及砂體收斂方向等性質(zhì)引起局部地下水水動力條件發(fā)生變化，造成水體徑流速率改變從而引起氧化迅速減緩，增加了水巖作用時間及效果，在層間氧化帶變薄處前后段均出現(xiàn)鈾的富集（圖9）。

圖9 研究區(qū)小泉溝群上段地下水流向與層間氧化帶發(fā)育情況示意圖Fig.9 Schematic diagram of groundwater flow direction and interlayer oxidation zone in the upper part of Xiaoquangou Group in the study area

5.1.2砂體粒度變化影響鈾的富集

砂體粒度變化主要是由河道規(guī)模變化或遷移所引起，宏觀上包括突變及漸變兩類，其中突變多為小范圍內(nèi)粒度的快速變化，如泥巖突變?yōu)樯皫r，表現(xiàn)為巖性的劇烈變化；漸變多表現(xiàn)為粗粒巖性漸變?yōu)橹?細砂巖或泥巖，表現(xiàn)為礫石或砂質(zhì)碎屑含量、粒徑及分選性的變化。粒度變化直接造成了砂體滲透性改變或降低，從而造成徑流氧化水流速變化或減緩，導(dǎo)致水巖作用時間變長。此外，由于粒度變化多由相變引起，變化部位多出現(xiàn)還原介質(zhì)（有機質(zhì)、黃鐵礦）含量的升高，從而又為鈾富集創(chuàng)造了有利地球化學(xué)條件。

主要含礦層小泉溝群第Ⅱ旋回砂體過渡帶中鈾元素主要賦存在礫巖、砂礫巖中，砂礫巖中最高，中砂巖鈾含量最少，細砂巖中鈾含量高于粗砂巖（圖10a）。第Ⅱ旋回砂體氧化帶中鈾含量小于原生巖石帶，說明鈾元素從氧化帶至原生巖石帶發(fā)生了遷移，并在過渡帶富集（圖10b、c）。據(jù)蘇聯(lián)學(xué)者原生巖石地球化學(xué)類型分帶方案［11］，小泉溝群上段第Ⅱ旋回原生巖石類型屬灰色原生地球化學(xué)類型，砂體原生巖石帶中有機碳含量隨著巖石粒度變細，呈兩頭高中間低的特點，礫巖及細砂巖中含量較高，全硫含量在礫巖中含量最高，二價鐵含量與巖石粒度成反比，在細砂巖中最高。綜上可知，礫巖及細砂巖還原能力較強，砂礫巖次之，且細砂巖累計表面積較大，有利于鈾的吸附，故礫巖、砂礫巖及細砂巖為有利于鈾富集的地球化學(xué)巖石類型（圖10d）。

圖10 研究區(qū)小泉溝群上段第Ⅱ旋回不同粒度巖石地球化學(xué)統(tǒng)計圖Fig.10 Geochemical characteristics of rocks with different grain size in cycleⅡof the upper part of Xiaoquangou Group in the study area

5.2 沉積相特征與鈾成礦的關(guān)系

小泉溝群上段第Ⅰ旋回在平面上發(fā)育洪海溝、克其克博拉及瓊博拉3 個規(guī)模較大的扇體，砂體厚度由南向北逐漸減薄，克其克博拉扇體規(guī)模及厚度均大于洪海溝和瓊博拉扇體。底板埋深呈圍繞庫捷爾太微凸、烏庫爾其微凸展布的特征，顯示出地下水流向在洪海溝地段呈北西、庫捷爾太呈正北、蘇東布拉克西部北東、蘇東布拉克東部北西的特征。洪海溝扇體層間氧化帶延伸寬度大于8 km，空間變化復(fù)雜，砂體穩(wěn)定性差，鈾成礦潛力不佳；克其克博拉及瓊博拉扇體砂巖的連續(xù)性、穩(wěn)定性較好且粒度相對偏細，層間氧化帶延伸寬度1～6 km，層間前鋒線呈近東西向平緩波狀展布，克其克博拉地區(qū)揭露2 個異?？?，1 個工業(yè)礦孔，南部克其克博拉溝露頭砂體氧化強烈且發(fā)育鈾異常，該地段具備較好成礦前景。

小泉溝群上段第Ⅱ旋回在平面上由洪海溝、克其克博拉和瓊博拉3 個較大的扇體組成，砂體規(guī)模較第Ⅰ旋回增大。洪海溝扇體層間氧化帶延伸寬度大于8 km，層間氧化帶前鋒線于庫捷爾太地區(qū)呈近南北向展布，揭露到多個礦化孔；克其克博拉扇體層間氧化帶延伸寬度4～6 km，前鋒線呈近東西向平緩波狀展布，沿層間氧化帶前鋒線揭露2個工業(yè)礦孔、8個礦化孔及4個異常孔，該扇體前鋒線附近鈾成礦潛力較大。瓊博拉扇體層間氧化帶前鋒線控制程度較低，成礦前景不明。綜合砂體、沉積相及層間氧化、鈾礦化特征，認為克其克博拉扇體厚度適中，“泥-砂-泥”巖性結(jié)構(gòu)完善，空間展布穩(wěn)定，層間氧化及鈾礦化發(fā)育好于其他地段。

小泉溝群上段第Ⅲ旋回砂體厚度適中，“泥-砂-泥”巖性結(jié)構(gòu)仍較完善，但受物源供給減少影響，砂體空間穩(wěn)定性有所變差，平面上發(fā)育規(guī)模相比第Ⅰ、Ⅱ旋回明顯減小，收縮為洪海溝、克其克博拉及瓊博拉3 個小規(guī)模（東西5～8 km、南北8～18 km）的扇體。洪海溝扇體層間氧化帶規(guī)模較大，延伸寬度大于8 km，揭露到4 個礦化孔及2個異?？?；克其克博拉及瓊博拉扇體層間氧化帶延伸規(guī)模較小，寬度1～3 km，平面呈近北西-南東向緩波狀展布，揭露1 個異?？住Ｕw來看，洪海溝扇體發(fā)育大規(guī)模的層間氧化帶及鈾礦化，成礦條件優(yōu)于東部，但埋深較大，找礦潛力不佳?？似淇瞬├碍偛├润w砂體穩(wěn)定性較差，層間氧化帶控制程度低，目前尚未揭露到鈾礦化，但南側(cè)露頭區(qū)該砂體發(fā)現(xiàn)鈾異常顯示，可適當在該地段進行鉆探查證。

小泉溝群上段第Ⅳ旋回的發(fā)育規(guī)模與第Ⅲ旋回相似，具有一定的繼承性，但砂巖平均厚度變薄，空間展布穩(wěn)定性也總體較差，在平面上由洪海溝、克其克博拉及瓊博拉3 個較大規(guī)模扇體組成。瓊博拉扇體砂體規(guī)模及厚度均大于洪海溝和克其克博拉扇體，但工程控制程度較低，未揭露到層間氧化帶，含礦性尚不明朗；洪海溝扇體層間氧化帶延伸寬度大于8 km，砂體穩(wěn)定性好于東部，并且孔內(nèi)礦化線索也多集中在該扇體內(nèi)，共揭露4 個礦化孔、1 個異?？?，顯示該扇體成礦前景較好；克其克博拉扇體層間氧化帶延伸寬度1～5 km，層間前鋒線呈近北西－南東向波狀展布，揭露到3 個鈾礦化孔。整體來看克其克博拉層間氧化及鈾礦化發(fā)育好于洪海溝扇體，受該旋回砂體變化較大影響，找礦前景需進一步查證。

6 結(jié)論

1）小泉溝群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回砂體具備穩(wěn)定的“泥-巖-泥”結(jié)構(gòu)，具有形成層間氧化砂巖型鈾礦的潛力。小泉溝群上段第Ⅰ、Ⅱ旋回砂體厚度較大、連通性、滲透性較好，是未來找礦的主要目的層，克其克博拉-蘇東布拉克地區(qū)是鈾成礦有利地段，其次為洪海溝-庫捷爾太地區(qū)，瓊博拉-烏庫爾其地區(qū)鈾成礦潛力相對較差；

2）扇中亞相砂體厚度在20～40 m 之間，且砂體中發(fā)育多層韻律結(jié)構(gòu)，是有利于鈾成礦的巖相-巖性條件；

3）鈾礦化主要定位在砂體內(nèi)部粒度由粗變細的過渡部位。