伊犁盆地南緣洪海溝礦床頭屯河組下段含礦砂體結(jié)構(gòu)及氧化帶分布特征

郭銳，羅星剛，王毛毛，張虎軍，張占峰

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

自20 世紀(jì)90 年代以來，我國開始大規(guī)模的砂巖型鈾礦勘查找礦工作，伊犁盆地作為我國重要的產(chǎn)鈾盆地之一［1］，鈾礦找礦突破主要集中在盆地南緣緩傾的單斜帶上，并且已發(fā)現(xiàn)洪海溝、庫捷爾太、烏庫爾其、扎基斯坦、蒙其古爾等一批中-特大型砂巖型鈾礦床。洪海溝礦床以往勘查重點層位為中侏羅統(tǒng)西山窯組上段［2-12］，但自2006 年核工業(yè)系統(tǒng)在洪海溝地區(qū)頭屯河組下段砂體中發(fā)現(xiàn)了第一個工業(yè)鈾礦孔，通過十幾年的找礦工作探索，頭屯河組下段已成為洪海溝地區(qū)目前重點勘查層位。前人對頭屯河組下段研究主要集中在巖性-巖相、沉積相和鈾礦化成因分析等方面［13-15］，對于含礦砂體骨架結(jié)構(gòu)、氧化帶分布特征尚未開展精細(xì)化的研究，制約著該地區(qū)砂巖型鈾礦的勘查部署。

本文依托現(xiàn)有大量的鉆孔原始資料，特別是將近三年已施工鉆孔資料作為基礎(chǔ)，以洪海溝礦床頭屯河組下段為研究對象，從鉆孔巖心編錄入手，構(gòu)建單井沉積地層劃分，刻畫連井砂體骨架結(jié)構(gòu)，分析氧化帶展布特征，探討研究區(qū)內(nèi)有利地段，以期為區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦找礦工作提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

伊犁盆地在大地構(gòu)造單元劃分上隸屬于天山造山帶中的伊犁-中天山微地塊，是在塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊南北向?qū)_擠壓應(yīng)力作用下形成的大型山間坳陷盆地，整體呈西寬東窄的楔形，向西延伸至哈薩克斯坦境內(nèi)。伊寧凹陷即為“狹義的伊犁盆地”，是呈近東西向展布的向斜狀盆地，軸部位于伊寧以南，北翼窄，南翼寬。以扎吉斯坦河為界，伊犁盆地南緣可劃分為東部構(gòu)造強烈活動區(qū)和西部構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較為齊全，是伊犁盆地砂巖型鈾礦有利構(gòu)造樣式。

洪海溝礦床位于伊犁盆地南緣西端，隸屬于西部礦集區(qū)范圍（圖1a）。區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對穩(wěn)定，東部見隱伏斷裂，中-新生代地層在每個斷階上總體呈向北緩傾的單斜，蓋層由下而上劃分為三疊系、侏羅系、新近系和第四系。賦礦地層為一套潮濕氣候下形成的含煤碎屑和紅-雜色碎屑建造。隨著對研究區(qū)勘查程度的提高，目前洪海溝礦床以頭屯河組下段為主要找礦層位（圖1b）。

圖1 伊犁盆地南緣西部礦集區(qū)礦帶展布（a）和洪海溝礦床頭屯河組鈾礦帶成果圖（b）Fig.1 Sketch of the western mineralization cluster in south margin of Yili Basin（a）and the distribution map of ore-body in Toutunhe Formation of Honghaigou deposit（b）

2 地層特征

洪海溝礦床沉積基底為一套上古生界的海相火山噴發(fā)相、海相-海陸過渡相碎屑巖沉積組合。巖性為中酸性-中基性火山碎屑巖、中酸性噴發(fā)巖及凝灰?guī)r。蓋層主要為中-新代沉積巖，分別為三疊系小泉溝群（T2-3xq），侏羅系八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、西山窯組（J2x）和頭屯河組（J2t），上白堊統(tǒng)（K2），古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）。其中上白堊統(tǒng)為干旱氣候下的紅色碎屑巖沉積，與侏羅系角度不整合接觸，上覆古近系和新近系（E＋N）或超覆不整合于侏羅系之上，第四系覆蓋。頭屯河組在垂向上可劃分為上、下兩段，呈兩套下粗-上細(xì)的正韻律產(chǎn)出，上、下段間發(fā)育一套厚層黃色、淺紅色、淺紫色泥巖層，下段砂體發(fā)育較為穩(wěn)定，與上段砂體整合接觸，為主要的含礦巖段。

3 巖石學(xué)特征

通過對研究區(qū)巖心編錄、鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計，選取了5 個鉆孔12 件樣品鑒定發(fā)現(xiàn)，洪海溝礦床頭屯河組下段頂部以雜色泥巖為分界，下段上亞段為一套中-粗砂巖，下亞段為一套灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖，上下亞段之間夾不穩(wěn)定灰色泥巖或灰黑色碳質(zhì)泥巖，底部與下伏西山窯組第十二煤層整合接觸，沉積環(huán)境為辮狀河三角洲［15］（圖2）。采用Folk［16］的砂巖分類方法，在（Q-F-R）三元圖上進(jìn)行投點看出（圖3），洪海溝礦床頭屯河組下段砂巖集中在分類圖解的Ⅳ區(qū)，巖石類型主要為巖屑砂巖，碎屑組分中石英占比為41%～50%，平均為45.66%；長石占比為16%～20%，平均為17.66%；巖屑占比為35%～40%，平均為38%，反映了頭屯河組下段砂巖成分成熟度低、近物源的特點。巖心編錄發(fā)現(xiàn)，下段砂體氧化色多為淺黃色、黃色（圖4a、b），灰色砂體中見密集集合狀黃鐵礦脈體（圖4c）。鏡下鑒定結(jié)果表明，頭屯河組下段砂巖膠結(jié)類型主要為孔隙式接觸膠結(jié)（圖4d），分選性中等—差，碎屑顆粒磨圓度以次棱角狀為主，其次為棱角狀和次圓狀，具有成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度均較低的特征。石英以單晶為主，鉀長石多具有輕微蝕變現(xiàn)象（圖4e），部分巖屑具有強烈絹云母化或經(jīng)氧化鐵染色呈淺褐色零星散布（圖4f）。

圖2 洪海溝礦床頭屯河組沉積地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

圖3 洪海溝礦床頭屯河組下段砂巖分類Fig.3 Classification diagram of sandstone in the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

4 含礦砂體結(jié)構(gòu)及鈾礦化特征

基于對研究區(qū)目的層位的認(rèn)識，結(jié)合鉆探揭露的鈾礦體分布特征，本文選取了4 條垂直礦體走向和2 條平行礦體走向的骨架砂體進(jìn)行對比，刻畫了洪海溝礦床頭屯河組下段含礦砂體結(jié)構(gòu)，總結(jié)了鈾礦化特征（圖5）。

圖5 洪海溝礦床頭屯河下段含礦砂體結(jié)構(gòu)Fig.5 Stratigraphic structure of ore host sand bodies in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

洪海溝礦床頭屯河組下段多發(fā)育砂巖型鈾礦化，少數(shù)發(fā)育煤巖型鈾礦化。南部近緣158—126 線地區(qū)，見礦深度介于509～530 m 范圍內(nèi)，含礦砂巖粒度較細(xì)，見于灰色細(xì)砂巖或砂-煤巖性接觸部位，上部淺紅色、淺紫色泥巖發(fā)育，下部第十二煤層穩(wěn)定，屬于砂-煤接觸面型含礦砂體結(jié)構(gòu)。東南部94—70 線地區(qū)，見礦深度介于465～694 m 范圍內(nèi)，具有多層氧化多層礦化的特點，中間夾不穩(wěn)定泥巖隔水層，含礦巖性為灰色中-粗砂巖夾砂礫巖，上部泥巖為灰綠色夾淺紅色，下部煤層含薄層泥巖，屬于一雜兩灰夾兩黃的“雜泥-砂-灰泥-砂-灰泥”結(jié)構(gòu)。中部K20 線地區(qū)，見礦深度介于594～612 m 范圍內(nèi)，含礦砂巖粒度較粗，但粒度變化不大，以灰色含礫粗砂巖與粗砂巖為主，上、下泥巖隔水層較為穩(wěn)定，下層夾薄層煤線，發(fā)育一層氧化帶，屬于下灰上黃式“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。礦體厚大部位K36、K92 線地區(qū)，見礦深度分別介于658～695 m 與723～756 m 范圍內(nèi)，K36 線含礦層與第十二煤層接觸，含礦巖性粒度中等偏大，多為灰色粗-中-細(xì)砂巖，鈾異常峰值位于巖性變化接觸部位，上部泥巖隔水層中夾不穩(wěn)定氧化砂巖，下部與煤層接觸部位顯示自然伽馬高值，具備與南部近緣158—126 線地區(qū)相似的類型；K92 線含礦砂巖與灰色泥巖接觸，含礦砂巖多數(shù)為灰色粗砂巖，少數(shù)為黃色粗砂巖，含礦砂巖中夾一層穩(wěn)定含礦泥巖，含礦層上部氧化砂巖中局部見薄層泥巖，呈透鏡狀分布，屬于下灰上黃式“泥-砂-泥”與基底接觸式“砂-泥”復(fù)合疊置結(jié)構(gòu)。西北部K176 線地區(qū)，見礦深度介于782～791 m 范圍內(nèi)，含礦砂巖與灰色泥巖接觸，含礦巖性與K36線相近似，鈾異常峰值位于巖性變化接觸部位，上部為雜色泥巖層，下部為穩(wěn)定灰色泥巖層，屬于基底接觸式“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。

5 砂體空間展布特征

根據(jù)目前已有資料與鉆孔揭露情況來看，洪海溝礦床頭屯河組下段砂體局部地段可劃分1～2 層砂體，下段砂體中以灰色泥質(zhì)夾層劃分上、下亞段，部分地段泥巖呈透鏡狀產(chǎn)出或不發(fā)育泥巖隔水層。平面上，頭屯河組下段上亞段砂體較為發(fā)育，其中在32—94 線，砂體呈東西向產(chǎn)出，埋深195.50～643.70 m，呈蛇曲狀展布，32—70 線砂體厚度主要介于15.50～19.80 m，最大揭露厚度可達(dá)32 m，砂體底板標(biāo)高等值線急劇收斂，由800 m 降至550 m，變化較快，為砂體中含氧水體沿北西方向遷移提供了良好的水動力條件；在K36—K176 線，砂體呈北西向帶狀分布，下段上部砂體平均厚度為17.26 m，埋深586.85～815.50 m，砂體底板標(biāo)高等值線較為寬緩，整體向北展布，其中K36 線、K88—K104 線砂體寬度向北東增厚，K36 線砂體平均厚度為23.50 m；K88—K104 線，砂體厚度介于7.90～27.50 m，平均厚度為18.85 m（圖6a）。頭屯河組下段下亞段砂體在110—K176 線較為發(fā)育，與上亞段展布方向相一致，整體以北西向為主，砂體平均厚度為9.50 m，埋深615.70～816.00 m，河道砂體形態(tài)簡單，在K88 線以西，出現(xiàn)分流河道，直至K176 線逐漸變窄（圖6b）。

圖6 洪海溝礦床頭屯河組下段上亞段（a）和下亞段（b）砂體厚度等值線圖Fig.6 Contour map of sand body thickness in the upper（a）and lower（b）submember of the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

6 氧化帶分布特征

根據(jù)已有鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計，平面上，洪海溝礦床頭屯河組下段氧化砂體整體呈南東-北西向展布，受層間氧化帶前鋒線控制，在86—110線與K40—K92 線發(fā)育兩層氧化砂體。下段上亞段層間氧化帶前鋒線呈蛇曲狀、舌狀、緩波狀向北西展布，氧化帶規(guī)模長度約11 000 m，寬度介于1 000～8 000 m，厚0.9～24.80 m，埋深336.50～797.35 m（圖7a）。下段下亞段層間氧化帶主要發(fā)育在210 線以東K40—K92 及86—110 線地區(qū)，氧化砂體走向整體與上亞段相一致，110 線以東氧化砂體展布較為平緩，規(guī)模范圍小，產(chǎn)出厚度薄，氧化砂體厚度介于0.50～18.50 m，平均為5.75 m，埋深349.50～728.90 m（圖7b）。

圖7 洪海溝礦床頭屯河組下段上亞段（a）和下亞段（b）氧化砂體厚度等值線圖Fig.7 Contour map of the thickness of oxidized sand body in the upper（a）and lower（b）submember of the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

剖面上，洪海溝礦床含礦層氧化砂體產(chǎn)出于頭屯河組下段，其部位可劃分為3 種樣式，第一種含礦層氧化砂體產(chǎn)出于下段上亞段與雜色泥巖底板直接接觸部位，以洪海溝南部近緣、中部以及北西部K128 線以西地區(qū)為代表，南部近緣地區(qū)層間氧化帶前鋒線呈東西向展布，134—94 線氧化帶前鋒線向南彎曲收斂，K28 線以東、K128 線以西氧化帶前鋒線彎曲顯著，表明受河道砂體邊界控制較為明顯（圖8）。第二種含礦層氧化砂體在上、下亞段均見產(chǎn)出，以110—70 線為代表，氧化砂體中間夾穩(wěn)定灰色泥巖隔水層，層間氧化帶前鋒線呈近東西向展布，朝北西向迅速減薄（圖9）。第三種含礦層氧化砂體只產(chǎn)出于灰色泥巖夾層下伏下亞段砂體，以洪海溝礦床北西向礦帶K36—K128 線為代表，層間氧化帶前鋒線呈蛇曲狀展布，灰色泥巖夾層與上部砂體接觸部位普遍見鈾異常信息顯示（圖10）。

圖8 洪海溝礦床頭屯河組下段K24－K04 線層間氧化帶剖面圖Fig.8 Profile of interlayer oxidation zone alone Line K24－K04 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

圖9 洪海溝礦床頭屯河組下段110—70 線層間氧化帶剖面圖Fig.9 Profile of interlayer oxidation zone alone Line 110—70 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

圖10 洪海溝礦床頭屯河組下段K36－K128 線層間氧化帶剖面圖Fig.10 Profile of interlayer oxidation zone alone Line K36－K128 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

結(jié)合洪海溝礦床頭屯河組下段鉆孔施工情況與砂體沉積特征分析，北西向主礦帶東北側(cè)層間氧化帶前鋒線控制較好的工業(yè)礦體，但西南側(cè)氧化帶揭露鉆孔較少，層間氧化帶前鋒線尚未控制，推測西南側(cè)地區(qū)可能存在另一條河道砂體，是下一步鈾礦勘查工作的有利地段。

7 結(jié)論

1）洪海溝礦床頭屯河組下段砂巖類型主要為巖屑砂巖，巖石具有典型的低成分成熟度、低結(jié)構(gòu)成熟度特征。

2）洪海溝礦床頭屯河組下段可劃分出4 類含礦砂體骨架結(jié)構(gòu)類型：砂-煤接觸面型、一雜兩灰夾兩黃型、下灰上黃型、基底接觸式型，厚層砂體可能存在復(fù)合疊置結(jié)構(gòu)。

3）洪海溝礦床頭屯河組下段呈現(xiàn)3 種氧化帶產(chǎn)出樣式：含礦層氧化砂體產(chǎn)出于下段上亞段與雜色泥巖底板直接接觸部位，含礦層氧化砂體在上、下亞段均見產(chǎn)出，含礦層氧化砂體只產(chǎn)出于灰色泥巖夾層下伏下亞段砂體。