新疆富蘊縣阿勒安道地區(qū)鈾礦地質(zhì)特征及成礦條件分析

王春暉, 陳 濤, 郭 望, 郭廣成

(中陜核工業(yè)集團二一一大隊有限公司,陜西 西安 710024)

0 引言

研究區(qū)位于準噶爾盆地東北緣喀木斯特煤田中南部,行政區(qū)劃隸屬阿勒泰市富蘊縣管轄。1956年至今有多家單位在研究區(qū)所屬的區(qū)域開展了多項煤礦、鈾礦勘查工作,并發(fā)現(xiàn)了大慶溝鈾礦床及多個礦點和異常點[1]。以往發(fā)現(xiàn)的鈾礦床(點)均位于研究區(qū)的南部及東南部,且對研究區(qū)的勘查工作集中于煤礦,缺少綜合鈾礦地質(zhì)調(diào)查與評價,為了響應全國找礦突破戰(zhàn)略行動,遵照“鈾煤兼探”勘查思路,在研究區(qū)開展鈾礦的找礦勘查與評價工作。重點是整理區(qū)內(nèi)有關煤炭勘查、開發(fā)的地質(zhì)資料,特別是煤田鉆探測井資料,結(jié)合1∶5萬放射性測量,開展選區(qū)研究,圈定鈾找礦靶區(qū),擇優(yōu)開展鉆探工程驗證[2],認為該區(qū)砂巖型鈾成礦具有良好前景,是下一步鈾礦勘查重點區(qū)域。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

在大地構(gòu)造位置上,研究區(qū)地處準噶爾盆地的東北緣,是準噶爾地塊的中心穩(wěn)定區(qū)[3],為哈薩克斯坦板塊的東延部分,是一個周緣被古生代縫合線包圍起來的晚石炭世到第四紀發(fā)展以來的大陸板內(nèi)沉積盆地[4](圖1)。

圖1 準噶爾盆地大地構(gòu)造位置圖

研究區(qū)位于準噶爾盆地北部烏倫古坳陷(一級構(gòu)造)索索泉凹陷(二級構(gòu)造)中 (圖2),是一個以中生界沉積為主的大型坳陷,主要由紅巖斷階帶和索索泉凹陷構(gòu)成。區(qū)域出露的地層包括古生界的泥盆系,中生界的三疊系和侏羅系,新生界的新近系和第四系,其中中侏羅統(tǒng)西山窯組為含煤地層,亦為該區(qū)含礦目的層。該區(qū)內(nèi)新生代地層分布區(qū)沒有強烈的斷裂和褶皺,一般為一個東南部隆起、西北向下傾斜的單斜構(gòu)造,地層相對緩慢[5],地層走向約NE75°,傾向約NW15°,地層傾角在4°～6°,局部可達15°。研究區(qū)內(nèi)中新生代地層中未見巖漿巖侵入。研究區(qū)外侵入巖分布廣泛,主要分布在卡姆斯特、阿拉比巴—巴斯他烏、姜格爾庫都克、達爾得嘎拉附近。巖體主要為中酸性侵入巖及基性—超基性巖體。

圖2 準噶爾盆地構(gòu)造單元劃分圖(據(jù)文獻[6]修改)

準噶爾盆地東部分布的煤礦井田有卡姆斯特煤田,富蘊縣阿勒安道南井田、富蘊縣阿勒安道西井田和富蘊縣巴斯他烏煤礦等。盆地東部侏羅系發(fā)現(xiàn)了大慶溝鈾礦床,白礫灘鈾礦點、華茨鈾礦點、金子溝礦化點、紅沙泉礦化點、石錢灘異常點和沙丘河異常點(圖3)。

圖3 鈾礦床(礦點)分布位置圖

在準噶爾盆地東北緣的卡姆斯特地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量的鈾礦點、礦化點,鈾礦化主要與層間氧化帶有關,多為砂巖型和煤巖型。由圖3可見,以往發(fā)現(xiàn)的鈾礦床(點)均位于研究區(qū)的南部及東南部。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

研究區(qū)出露地層主要為下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)、中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、中—上侏羅統(tǒng)石樹溝群(J2-3s),中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2)為主要含礦目的層(圖4)。

圖4 阿勒安道地層綜合柱狀圖

下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s):底部是一層礫巖,礫巖之上為一套細粒沉積,以泥巖為主,向上砂巖或粉砂巖逐漸增多,并常有深灰色泥灰?guī)r簿層及偶夾煤線。泥巖呈灰黃色、粉紫色,細膩質(zhì)純,簿片狀,含植物碎屑,巖性均一,沉積穩(wěn)定,地層厚度17.4～412.6 m。與下伏八道灣組呈平行不整合關系。

中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x):巖性為灰色、淺灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖、煤層,底部為一層砂礫巖和含礫粗砂巖,主要可采煤層4層。根據(jù)鉆探控制地層厚度平均為392.03 m。由B1煤層底板一套粗粒砂巖為界,分為上、下兩個巖性段。自下而上劃分為西山窯組下段(J2x1)和西山窯組上段(J2x2)。

中侏羅統(tǒng)西山窯組下段(J2x1):根據(jù)鉆探控制地層厚度36.26～388.43 m,平均厚度為248.89 m。巖性以粉、細、粗砂巖為主,底部為一巨厚層砂礫巖、含礫粗砂巖。夾4～5層薄煤層,煤層層位不穩(wěn)定。與下伏地層呈整合接觸。

中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2):該段為B1煤層底板一套湖濱相及河流相的灰褐色、灰色的砂巖、粉砂巖、泥巖互層沉積,根據(jù)以往鉆探控制地層厚度136.83～146.34 m,平均厚度為143.14 m。地層中含煤1～4層,煤層總厚平均為27.29 m。頂部為灰色泥巖,黑色煤,深灰色泥質(zhì)粉砂巖,灰色、土黃色細砂巖,淺褐色、褐色中砂巖。上部巖性為土黃色、淺黃色細砂巖,夾有薄層灰色粉砂巖、中砂巖,巖石中見有較多炭化植物碎屑。中部巖性主要為黑色煤、炭質(zhì)泥巖,灰色泥質(zhì)粉砂巖,灰白色細砂巖,中—粗粒砂巖。下部為黑色煤,灰白色粉砂巖,灰色細砂巖、中砂巖,淡黃色、灰色粗砂巖,該巖層段為主要鈾礦化賦存層位。底部為黑色煤、灰色粉砂巖、厚層粗砂巖。該巖層段為主要鈾礦化賦存層位。

鈾礦化賦存層位含礦砂體的巖性主要為成熟度較低的細粒巖屑砂巖、中—粗粒巖屑砂巖。按粒度劃分,主要為細砂巖、中砂巖、粗砂巖;巖石結(jié)構(gòu)有細粒結(jié)構(gòu)、中粒結(jié)構(gòu)、粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,成分由碎屑(78%)和膠結(jié)物(22%)構(gòu)成,碎屑中石英(30%)、長石(12%)、巖屑(63%)、云母(<1%),其巖屑主要為泥巖、板巖、中—酸性火山巖、粉砂巖、炭質(zhì)物。碎屑呈次棱角狀、次園狀分布,分選性中等—好。膠結(jié)物以方解石為主,為點—線狀接觸,孔隙式、接觸式膠結(jié)。碎屑物除均勻分布外,其碎屑之間被中—粗晶狀方解石充填膠結(jié),偶見高嶺石被方解石交代,黃鐵礦為不規(guī)則粒狀。

中—上侏羅統(tǒng)石樹溝群(J2-3s):巖性以紅色干旱河流湖相沉積為主,頂部為灰綠色及灰白色中粒砂巖,上部為紅色礫巖;中部泥巖及砂泥巖呈粉紫—褐紅色、灰綠色條帶狀;下部為黃綠色礫巖、砂巖和粉紅色泥巖,包含2～3層灰白色凝灰質(zhì)砂巖;底部為褐黃色厚層礫巖,富含瑪瑙礫石。

含礦層中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2)存在“泥(煤)—砂—泥”結(jié)構(gòu),根據(jù)沉積旋回自下而上可劃分為2～4小旋回,總體上,各旋回砂體多呈下粗上細的正韻律結(jié)構(gòu)。根據(jù)統(tǒng)計鉆孔巖礦情況,研究區(qū)的含礦層韻律旋回特征簡述如下:

第一韻律旋回厚度為39.4 m,巖性主要有灰色、土黃色細砂巖,淺褐黃色、淺褐色、褐色中砂巖。頂部見有灰色泥巖,黑色煤,深灰色泥質(zhì)粉砂巖,局部含有中礫巖。巖石局部見有少量炭屑,星點狀褐鐵礦。

第二韻律旋回厚度為8.4 m,巖性主要為土黃色、淺黃色細砂巖,夾灰色粉砂巖及淺灰色中砂巖,巖石中見有較多炭化植物碎屑。

第三韻律旋回厚度為35.7 m,巖性主要有黑色煤、炭質(zhì)泥巖,灰色泥質(zhì)粉砂巖,灰白色細砂巖、中砂巖、(含礫)粗砂巖。

第四韻律旋回厚度為30.6 m巖性主要有黑色煤,灰白色粉砂巖,灰色細砂巖、中砂巖,淡黃色粗砂巖,灰色含礫粗砂巖,底部有灰色粉砂巖出露。根據(jù)碎屑巖顏色變化特征和地球化學特征,中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2)地化環(huán)境主要為弱氧化偏還原環(huán)境(氧化—還原過渡帶)[7]。

2.2 鈾礦化特征

鈾礦化主要產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)西山窯組上段辮狀河三角洲砂巖層中[2]。巖性為灰色中—粗砂巖,較疏松,見有少量炭屑,星點狀黃鐵礦不均勻分布。礦體形態(tài)比較簡單,礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致,產(chǎn)狀較緩。根據(jù)鉆孔資料,中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2)碎屑巖顏色以灰白色、淺灰色和灰色為主,頂部為淺褐黃色至褐色巖石,根據(jù)顏色變化特征,地球化學環(huán)境主要為弱氧化部分還原環(huán)境。

根據(jù)氧化帶的成因劃分為層間氧化帶,主要分布在含礦砂體頂部韻律旋回中,氧化帶厚度從7.15 m至15.5 m,發(fā)育深度從68.8 m至666.0 m,其頂?shù)装鍘r性一般為泥巖、粉砂巖和煤,少量致密砂巖,巖層穩(wěn)定性較好,局部地層有缺失(表1)。

表1 中侏羅統(tǒng)西山窯組上段層間氧化帶特征

層間氧化帶的地球化學特征:在鉆孔中,巖層由褐色、淺褐黃色至灰色,巖層從上到下 Fe3+/Fe2+值為2.14～0.41,變化較大,平均值為1.42,隨著 Fe3+/Fe2+值向下逐漸降低,而γ曲線逐步增高(圖5)。

圖5 鉆孔礦段位置、巖性、γ曲線示意圖

砂巖型鈾礦化與有機碳(orgC)、∑S關系密切(表2),有機質(zhì)和黃鐵礦是地層中有效的鈾富集劑,對砂巖型鈾沉淀富集起著重要的作用?！芐含量基本代表巖石中黃鐵礦的含量,砂巖中∑S含量隨有機質(zhì)增加而增長,樣品中∑S總含量變化較大(0.024%～0.62%),∑S與鈾含量具有一定的相關性,表明鈾礦化與黃鐵礦關系密切。巖石中orgC在粗砂巖中含量較高,最高可達0.63%。經(jīng)相關性分析表明,巖石中鈾的富集程度與有機質(zhì)含量存在明顯的相關性。

表2 ZK15-02中侏羅統(tǒng)西山窯組上段地球化學特征

3 礦床成因類型及成礦模式

3.1 礦床成因類型

通過煤田鉆孔成果資料的收集、篩選、研究、與鄰區(qū)的對比等工作,研究區(qū)阿勒安道煤田含煤地層主要為侏羅系八道灣組和西山窯組[8-9],鈾礦主要賦存于侏羅系的西山窯組(J2x)和頭屯河組(J2t)中[10],并以煤鈾為同盆共存的特征產(chǎn)出,其成因類型為砂巖型鈾礦。

3.2 成礦模式探討

侏羅世早期盆地蝕源區(qū)長期暴露地表并遭受風化剝蝕,古氣候由潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊?半干旱[11]。該時期為含氧含鈾水補給時期,地下水由大氣降水和基巖裂隙水補給。在氧化環(huán)境中,U呈六價(U6+),U6+易于淋失并遷移,含氧水活化基巖以及賦礦砂巖中的鈾而形成含氧含鈾水,含氧含鈾水沿地層中的砂體向下滲透[11],形成沿河道砂體運移的含氧含鈾層間水,層間水在砂巖層中運移的過程中將鈾不斷淋出,向前繼續(xù)遷移富集。在遷移過程中,地層中的還原性物質(zhì)不斷消耗含氧含鈾水中的氧,直至消耗殆盡,形成氧化—還原過渡帶。地下水中的鈾一部分被部分氧化帶(過渡帶)中的炭化植物碎屑、黃鐵礦等吸附形成吸附鈾沉淀下來,形成砂巖型鈾礦[7]。

4 鈾成礦條件分析與找礦前景

4.1 鈾源條件

在研究區(qū)外圍有28個鈾礦點分布,4個鈾礦化點。外圍蝕源區(qū)圈定放射性異常場2處,主要位于中東部和西南部地區(qū)。其中,西南部異常主要位于中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t),呈NW向延伸,異常強度為3.32～3.92 nC/kg·h,最高為4.3 nC/kg·h。東南部異常場呈NE向延伸,異常強度在3.32～3.92 nC/kg·h之間,最高為4.88 nC/kg·h[12],主要位于下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)和中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)。外部豐富的鈾源,為鈾的富集與成礦提供了充分的物質(zhì)來源。

4.2 水動力及構(gòu)造條件

準噶爾盆地受喜馬拉雅構(gòu)造運動的影響,古近系遭受緩慢抬升和擠壓,盆地北部總體上表現(xiàn)為向南緩傾斜的巨大單斜帶內(nèi)發(fā)育數(shù)個近EW向凸起與洼地相間排列的構(gòu)造格局,基本上構(gòu)成了一個滲入型自流水盆地[1],促使含氧含鈾水滲入盆地內(nèi)。它具有完整的補—徑—排古地理地下水系統(tǒng),有利于層間氧化帶的發(fā)育和鈾的富集[13]。

4.3 古地理及古氣候條件

含礦層西山窯組上段(J2x2)為一套湖濱相及河流相的灰褐色、灰色的砂巖、粉砂巖、泥巖互層建造,形成時期為溫暖濕潤的古氣候,有利于富有機質(zhì)砂體的形成。

4.4 地層巖性巖相條件

含礦層西山窯組上段(J2x2)為一套湖濱河流相的砂巖、粉砂巖、泥巖(煤)互層建造,根據(jù)鉆孔控制含礦砂體厚度23.0～223.7 m,平均厚度70.2 m,組成了“泥(煤)—砂—泥(煤)”結(jié)構(gòu)[1],依沉積旋回自下而上可劃分為2～4小旋回,總體上,各旋回砂體多呈下粗上細的正韻律結(jié)構(gòu),是鈾成礦的有利地層結(jié)構(gòu)和層位條件[13]。

4.5 具有有利的儲礦部位

研究區(qū)處于靠近斜坡帶部位,地層產(chǎn)狀向南傾斜,角度一般不大。雖然坡度不大,但地下水仍然沿透水砂巖層向盆地中心滲透流動,容易形成層間氧化帶砂巖型鈾礦。研究區(qū)找礦目的層為侏羅系西山窯組,該組地層為河流、湖沼交互相沉積,有利于鈾的遷移富集。

4.6 找礦前景

綜上所述,研究區(qū)具有豐富的鈾源條件、有利的水動力條件、古地理及古氣候條件和地層巖性巖相條件等,綜上所述本區(qū)有較好的找礦前景[14]。

5 結(jié)論

(1)阿勒安道地區(qū)鈾礦為砂巖型鈾礦,鈾礦(化)段均位于中侏羅統(tǒng)西山窯組上段(J2x2)中,所賦存的含礦砂體較厚,形態(tài)呈層狀、似層狀,走向、傾向延伸均較穩(wěn)定。

(2)鈾礦(化)主要賦存于灰色細、中—粗粒砂巖。砂巖疏松程度以較疏松為主,含礦砂體透水性較強,展布較穩(wěn)定,可見有機質(zhì)、黃鐵礦等聚鈾劑,說明鈾的富集與還原介質(zhì)有關。

(3)研究區(qū)內(nèi)鈾礦(化)體主要分布于層間氧化帶附近的氧化還原過渡帶內(nèi),受氧化—還原過渡帶的控制。西山窯組上段地球化學環(huán)境主要為弱氧化—還原環(huán)境且具有“泥(煤)—砂—泥(煤)”韻律結(jié)構(gòu),說明鈾礦化的產(chǎn)出特征與巖石地球化學環(huán)境的變化有關。

(4)研究區(qū)具有豐富的鈾源條件、有利的水動力條件、古地理及古氣候條件和地層巖性巖相條件等,綜上所述本區(qū)有較好的找礦前景。