蒙其古爾礦床西山窯組下段砂體發(fā)育特征及其對(duì)礦化控制研究

陳文正，張虎軍，張 磊，黨 龍

蒙其古爾礦床是“十一五”期間伊犁盆地南緣找礦勘查的重要成果，礦床的發(fā)現(xiàn)和勘查經(jīng)歷了預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、鉆探查證、成礦規(guī)律深化和再認(rèn)識(shí)、礦體控制和資源量擴(kuò)大等階段，是成礦理論完善和找礦勘查實(shí)踐相互促進(jìn)、共同深化的典型范例。一系列的勘查和科研工作仍在進(jìn)行中，控制和預(yù)測(cè)資源量有望達(dá)到超大型規(guī)模。該礦床資源儲(chǔ)量規(guī)模大，具備較好的地浸開(kāi)采條件，“十二五”期間已經(jīng)列為大型地浸礦山的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

20世紀(jì)90年代初以來(lái)，伊犁盆地找礦中取得了突破，成為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的可地浸砂巖型礦產(chǎn)資源基地，其礦體主要分布在中下侏羅統(tǒng)水西溝群（J1-2sh）暗色含煤碎屑巖建造中，包括下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）、三工河組（J1s），以及中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）地層都發(fā)育有較大規(guī)模的礦體。目前，伊犁盆地南緣砂巖型礦體勘查工作主要集中在中西段。蒙其古爾礦床位于伊犁南緣中部礦集區(qū)，礦床規(guī)模達(dá)到特大型，資源量仍持續(xù)增加，勘查工作逐步向深部推進(jìn)，勘查深度由300 m逐步到800 m，尤其是礦床東部郎卡以東地段，少數(shù)鉆孔突破1000 m后仍可揭露到較好的層間氧化帶和工業(yè)礦體。研究區(qū)西山窯組下段在礦區(qū)東段顯示出較大的礦產(chǎn)資源潛力，是今后礦產(chǎn)資源擴(kuò)大的主攻層位。通過(guò)對(duì)蒙其古爾礦床西山窯組下段砂體發(fā)育特征進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，以砂巖型礦體控礦因素—砂體發(fā)育特征為切入點(diǎn)，對(duì)區(qū)內(nèi)西山窯組下段成礦規(guī)律做了系統(tǒng)分析和總結(jié)，為蒙其古爾礦床外圍找礦工作提供理論依據(jù)及借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

蒙其古爾礦床最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)50年代中后期，60年代至90年代勘查停滯。2000年至2013年，核工業(yè)二一六大隊(duì)在蒙其古爾地區(qū)開(kāi)展了系統(tǒng)的找礦勘查，先后有大調(diào)查和地勘費(fèi)項(xiàng)目在蒙其古爾地區(qū)發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦化；隨后以“攻深追控、多層同步、分段勘查”的總體工作思路開(kāi)展了普查和詳查工作，目前礦床已達(dá)到特大型規(guī)模。

伊犁盆地是天山造山帶中的山間盆地，在大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚蠚w屬天山造山帶中的伊犁-中天山微地塊，盆地夾持于哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊之間，盆地呈東窄西寬的楔形展布。研究區(qū)位于伊犁盆地南緣斜坡帶中東部，西鄰扎吉斯坦礦床，東至切金溝，東西長(zhǎng)近12 km，構(gòu)造單元?jiǎng)澐痔幱谝晾缗璧啬暇墭?gòu)造活動(dòng)區(qū)，次級(jí)構(gòu)造單元?dú)w屬于郎卡倒轉(zhuǎn)凹陷。向西與扎吉斯坦屜狀向斜相接，該向斜整體上呈西南、西北和東南三面翹起，向北東方向敞開(kāi)的構(gòu)造形態(tài)，向斜的軸部位于扎吉斯坦河河谷地段，傾向45°～48 °，傾角6°～8 °。蒙其古爾礦床夾持于南部F1斷裂和北部F3斷裂之間總體呈傾向北東的緩傾斜單斜帶上，地層傾角平均不大于10 °。

區(qū)內(nèi)中下侏羅統(tǒng)水西溝群(J1-2sh)超覆不整合于石炭系基底之上，為一套陸相含煤碎屑巖沉積，可見(jiàn)十二層煤(M1-M12)，其中以M5、M8、M10發(fā)育最為穩(wěn)定，為區(qū)內(nèi)地層劃分和對(duì)比的標(biāo)志層 。通過(guò)近年來(lái)在該礦床的礦勘查工作，西山窯組下段工業(yè)礦帶面積最大，連續(xù)性最好，也最具有成礦潛力。

2 巖性特征

中侏羅統(tǒng)西山窯組下段地層厚度在50m～75m，由2～3個(gè)厚度不一下粗上細(xì)的正韻律沉積組合構(gòu)成。巖性為灰色、灰白色、黃色、褐黃色粗粒砂巖、含礫粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖及灰色泥巖、粉砂巖及煤。砂體主要發(fā)育于下部，巖性以灰色和灰白色粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖為主，具有較強(qiáng)的粘土蝕變現(xiàn)象。頂部為區(qū)域穩(wěn)定發(fā)育的第八煤層，厚度較大。

2.1 砂巖發(fā)育特征

研究區(qū)目的層砂體凈厚度介于8.80m～38.80m之間，平均22.18m，其中P44線-P0線一帶砂體厚度多大于20m，P0線-P13線砂體厚度相對(duì)減薄，厚度集中于17m～20m，P13線-L0線砂體厚度較大，平均大于25m，L0線以東厚度多小于20m，且呈現(xiàn)向東減薄特征。雖然砂體厚度呈現(xiàn)東西兩端厚，中部較薄的特征，但連井剖面顯示砂體連續(xù)性仍較好。

區(qū)內(nèi)砂巖以含礫粗砂巖、粗砂巖為主，垂向多由2～3個(gè)正粒序疊加呈復(fù)合正粒序組合特征，電阻率曲線形態(tài)常表現(xiàn)為：鐘型、箱型。各正粒序砂體底部多見(jiàn)沖刷構(gòu)造，砂體內(nèi)多見(jiàn)水平層理、平行層理及交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，但受后期蝕變改造影響，局部砂體層理不明顯。

砂巖碎屑成分以石英和巖屑為主，少量長(zhǎng)石，砂體底部多見(jiàn)礫石，整體反映出不穩(wěn)定碎屑含量較高的特征，指示臨近物源區(qū)的近緣沉積特征。鏡下觀察顯示，碎屑顆粒見(jiàn)填隙物含量較高，以孔隙式膠結(jié)為主，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主。研究區(qū)砂體受層間氧化流體改造，后生褐鐵礦化、粘土化蝕變普遍發(fā)育，砂巖色調(diào)由原生灰色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色、紅色。其中氧化帶砂巖發(fā)育強(qiáng)-弱的褐鐵礦化及粘土礦化，有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦及炭屑等還原物質(zhì)含量較低；還原帶砂巖中則多見(jiàn)炭屑及黃鐵礦，其中炭屑多呈條帶狀及團(tuán)塊狀，黃鐵礦則多呈細(xì)粒狀和集合體狀。

2.2 煤發(fā)育特征

西山窯組下段頂部發(fā)育厚層M8，為區(qū)域穩(wěn)定的標(biāo)志層，其厚度介于16.15m～33.40m之間，平均19.34m。煤層的發(fā)育在為目的層砂體提供穩(wěn)定隔水層的同時(shí)也提供了豐富的還原性介質(zhì)。

3 巖相特征

3.1 單孔剖面特征

總結(jié)巖芯編錄成果，結(jié)合單井垂向分析，認(rèn)為研究區(qū)西山窯總結(jié)巖芯編錄成果，結(jié)合單井垂向分析，認(rèn)為研究區(qū)西山窯組下段主要發(fā)育扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前緣水下分流河道沉積，砂體具有以下沉積特征：

（1）砂體厚度大（平均＞20m），受分流河道遷移擺動(dòng)影響，各正粒序旋回頂部細(xì)粒巖性發(fā)育較差，且多被上部旋回砂體沖刷，同時(shí)構(gòu)成多個(gè)正粒序垂向疊加，形成復(fù)合正粒序特征。

（2）由南西向北東向砂體整體呈現(xiàn)厚度減薄、粒度變細(xì)、層數(shù)增多，泥巖層數(shù)增多、厚度加大的特征，反映研究區(qū)砂體由南西側(cè)扇三角洲平原分流河道向北東向過(guò)渡為扇三角洲前緣水下分流河道的特征。

（3）砂體厚度大，粒度偏粗，多為砂礫巖、含礫粗砂巖及粗砂巖，碎屑顆粒粒徑粗，分選性差，磨圓呈次棱角狀，長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定礦物含量較高，反映與物源區(qū)較近的近緣沉積特征。

（4）研究區(qū)砂體整體呈現(xiàn)出中部（P0線-P13線）?。?7m～20m），兩側(cè)（P0線以西、P13線以東）厚（＞20m）的特征，且砂體層數(shù)也在P13線附近出現(xiàn)層數(shù)增多的特征，推測(cè)該線附近為河流入湖位置。

3.2 連井剖面特征

通過(guò)單孔分析，認(rèn)為研究區(qū)目的層主要發(fā)育扇三角洲相沉積，以扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前緣水下分流河道為沉積主體，在蒙其古爾-郎卡一帶形成較穩(wěn)定的且連通性較好的分流河道，并于P11線以東由扇三角洲平原相變?yōu)樯热侵耷熬壪嗨路至骱拥?。連井剖面顯示，目的層砂體具有穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，砂體厚度一般20 m左右，粒度粗，滲透性好。從研究區(qū)近北東向剖面可看出自西向東砂體厚度逐漸變薄，從30 m減至10 m，粒度從砂質(zhì)礫巖為主逐漸過(guò)渡為中、細(xì)砂巖。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)砂體厚度與礦體的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)礦體一般分布于厚度大于5 m的砂體中，小于5 m的砂體中一般不發(fā)育層間氧化帶及礦化，砂體厚度在8m～20 m時(shí)礦化最好。研究區(qū)西山窯組下段含礦砂體厚度大都在5m～30 m，砂體連通性、穩(wěn)定性較好總體有利于層間氧化帶的發(fā)育和礦化的形成。砂體多數(shù)表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正韻律沉積特征，部分地段呈細(xì)-粗-細(xì)全韻律沉積特征。砂體一般發(fā)育1～2個(gè)泥質(zhì)巖夾層，厚度大都小于1 m，礦體主要賦存于下部砂體中。

3.3 砂體厚度平面展布特征

目的層砂體在伊犁南緣中下侏羅統(tǒng)水西溝群中規(guī)模大、穩(wěn)定性、連通性、成層性較好，一般由2～3層砂體組成。從砂體厚度等值線圖可看出，砂體厚度一般5m～20m，最大厚度32.40 m，最小厚度6 m，平均厚度23 m，砂體底板埋深200 m～980 m，由南西到北東方向逐漸變深。

可以得知，目的層砂體于P48-L80線整體呈北東向展布，在L57-L17線以L41線為中心形成兩個(gè)砂體高值集中區(qū)，分別為P55-L49線和L25-L17線，厚度25m～30 m，在L41線以L4116為中心形成砂體低值區(qū)，最小砂體厚度11.60 m，L60線以東砂體厚度逐漸減至5 m。富大礦體主要分布在砂體厚度較大區(qū)域和砂體厚度由厚變薄的過(guò)渡部位，砂體厚度小的地段礦體寬度也較小，形態(tài)也較為復(fù)雜。

3.4 沉積相平面展布特征

伊犁盆地南緣在中生代沉積時(shí)期，經(jīng)歷了中上三疊統(tǒng)小泉溝群中-晚期的水進(jìn)、下侏羅統(tǒng)八道灣組的水退、三工河組的水進(jìn)、中侏羅統(tǒng)西山窯組下段的水退、西山窯組中段的水進(jìn)，到西山窯組上段的水退，在水西溝群沉積晚期，也就是頭屯河組沉積期前，湖水已逐漸退出盆地南緣；

總結(jié)單孔垂向特征，結(jié)合連井剖面、砂體平面展布特征，認(rèn)為研究區(qū)西山窯組下段主要發(fā)育扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前緣水下分流河道沉積。其平面展布顯示出，蒙其古爾礦床西山窯組下段發(fā)育兩條穩(wěn)定的北東向展布的河道。河道向郎卡一帶延伸，并于P31線位置入湖，由扇三角洲平原分流河道轉(zhuǎn)變?yōu)樾纬缮热侵耷熬壦路至骱拥馈?/p>

受湖水頂托作用影響，水下分流河道水動(dòng)力減弱，造成水下分流河道分叉，并形成分流間灣泥巖沉積，這一過(guò)程造成砂體厚度減薄、分叉、粒度變細(xì)等特征，研究區(qū)P55線以東砂體粒度整體較西部變細(xì)、礫石含量明顯減少的特征。受北部F3斷裂及南部F1斷裂夾持影響，研究區(qū)含氧含礦水主要呈南西—北東向運(yùn)移，砂體在這一方向連續(xù)性較好，從而形成在P7線沿北東方向順河道展布方向呈條帶狀展布的礦體。該時(shí)期扇三角洲平原砂體穩(wěn)定，厚度大，利于成礦物質(zhì)的運(yùn)移，其中臨近分流間灣處砂體厚度相對(duì)較小，有機(jī)質(zhì)含量及泥巖相對(duì)較多，造成含氧含礦水運(yùn)移速度減慢，平面上富大礦體圍繞扇平原分流河道間灣周圍呈不規(guī)則曲形分布，成為礦體富集的主要沉積控制因素。在P0線以西受構(gòu)造破碎窗含氧含礦水補(bǔ)給及砂體穩(wěn)定性較差影響，礦體的分布也較為零散。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)西山窯組下段主要發(fā)育砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、粉砂巖和泥巖，多發(fā)育2-3層比較穩(wěn)定的砂體，垂向上表現(xiàn)為正韻律或多個(gè)正韻律垂向疊置。

（2）研究區(qū)西山窯組下段主要發(fā)育扇三角洲平原分流河道及前緣水下分流河道，水下分流河道砂體富含有機(jī)質(zhì)，具泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，為賦礦有利砂體。

（3）通過(guò)砂體、沉積相平面展布形態(tài)分析，認(rèn)為西山窯組下段砂體空間分布特征，決定了有利礦化部位為沉積相、砂體厚度變化部位，而F1、F3雙斷裂夾持形成的北東向穩(wěn)定斜坡為含氧含礦水運(yùn)移提供了動(dòng)力條件。此外東西向砂體連續(xù)性較好，層間氧化發(fā)育共同決定了郎卡地區(qū)仍有較好的找礦前景，也是該區(qū)今后找礦的重點(diǎn)地段。

蒙其古爾地區(qū)砂巖型礦體找礦勘查實(shí)踐過(guò)程充分體現(xiàn)了礦體找礦工作的反復(fù)性和長(zhǎng)期性?？辈槌晒闹卮笸黄频靡嬗趯?duì)成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)的提高，尤其是詳查階段成礦模式的建立對(duì)資源量持續(xù)擴(kuò)大至關(guān)重要。加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的科研工作，完善成礦理論并指導(dǎo)勘查是成果擴(kuò)大的有力保障。

蒙其古爾礦床勘查過(guò)程中引入了淺層地震、音頻大地電磁測(cè)深物探方法，解決了控礦構(gòu)造、地下水動(dòng)力場(chǎng)研究中的部分問(wèn)題，為礦床成因分析提供了支撐。同時(shí)，蒙其古爾礦床地下水動(dòng)力機(jī)制復(fù)雜，未能采用有效方法查明成礦流體補(bǔ)徑排機(jī)制，尤其是三工河組上段“溢流”成礦模式缺乏數(shù)據(jù)的支持，只停留在理論推測(cè)階段，需要在找礦技術(shù)和方法方面進(jìn)一步加以創(chuàng)新。