萨瓦甫齐铀矿床成矿古水文地质分析

2013-03-06林效宾郝伟林王志明

世界核地质科学 2013年2期

林效宾，郝伟林，王志明

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029）

1 区域地质概况

萨瓦甫齐铀矿床位于南天山褶皱带狭长的库尔干山间盆地内，北部为天山造山带，南部为塔里木盆地。受新构造运动期间印度板块与欧亚板块持续碰撞的影响，萨瓦甫齐地区发生强烈挤压与整体抬升。盆地北部以山前断裂为界，出露石炭系（C）及海西期花岗岩构成蚀源区；南部为满苏尔塔格隆起，阻隔了盆地与塔里木盆地的联系。盆地沉积盖层由三叠系、侏罗系、白垩系及第四系洪积-冰碛层构成。中下侏罗统克拉苏群（J1-2kl）是主要含矿岩系，为一套河湖相沉积的含煤碎屑岩建造［1］（图 1）。

2 古水文地质分期

根据区域构造演化特征及库尔干山间盆地地层综合柱状剖面图中反映的地层发育状况和地层接触关系，并结合对古地理、古气候等资料的分析，从水文地质旋回的观点出发，可将山间盆地划分为：三叠纪至侏罗纪古水文地质旋回（Ⅰ）、白垩纪至古近纪古水文地质旋回（Ⅱ）、新近纪至第四纪古水文地质旋回（Ⅲ）3个大旋回；每个旋回按区域沉降和剥蚀过程又可进一步划分为沉积水文地质阶段和淋滤水文地质阶段（图2）。

3 古水文地质条件演化特征

3.1 三叠纪至侏罗纪古水文地质旋回（Ⅰ）

3.1.1 沉积水文地质阶段（IA）

海西运动晚期构造运动使新的古天山造山带崛起形成。早二叠世晚期，石炭纪以来的大规模海侵全面退出本区。晚二叠世至早三叠世，库尔干山间盆地形成，并开始了中生代以来的古水文地质旋回演化阶段。

受印支运动影响，早三叠世南天山造山带隆起。早中三叠世，萨瓦甫齐地区总体上气候干旱，植被不发育，属于近山前的冲积扇相沉积。此时库尔干盆地与塔里木盆地北缘仍处于同一构造-沉积环境中，盆地北缘沿古天山坡脚发育了多个沉积扇并彼此连接呈裙边状沿EW向分布，地下水的总体流向由南天山剥蚀区向西南方向的古湖区流动。到了三叠纪中晚世沉积时期，基本继承了早三叠世的古水文地质基本格局，但SN向挤压运动较之前有所缓和，盆山高差减小，河流广泛发育，天山开始被剥蚀。此时沉积物搬运距离加长，主要为扇三角洲相、辫状河三角洲相沉积，而且在阿斯提勒克组中部发育有3个煤层，并具铀矿化。三叠纪末，天山造山带夷平作用达到准平原化阶段，降低了盆山高差，同时由于气候变得温暖潮湿，形成了成煤沼泽环境，萨瓦甫齐地区发育一套河流-沼泽相沉积［2］。

早侏罗世，库尔干山间盆地和整个塔里木盆地一起受南方特提斯洋季风和垂直地带性的影响，气候温暖湿润。盆地周缘古隆起、高地大面积被剥蚀夷平，使区域古地貌进一步趋于准平原化，从而为侏罗系辫状河三角洲相陆源碎屑含铀含煤建造的广泛发育构成了有利条件。中侏罗世早期，古气候仍属温暖湿润的环境，盆地北缘准平原化进一步发育完善，区域化辫状河发育为其主要表现形式。从晚侏罗世开始，古水文地质条件发生了较大的变化，古气候也变得干旱炎热，从此盆地步入了宽浅湖泊的氧化淋滤作用发展阶段。

3.1.2 淋滤水文地质阶段（IB）

侏罗纪末的燕山期运动在该区表现较强烈，盆缘构造强度增大，萨瓦甫齐盆地再次隆升剥蚀，缺失下白垩统沉积。此次构造运动，在乌什凹陷北部形成古隆起，致使该区三叠系—侏罗系的不同层位与上白垩统孤尔克苏群形成角度不整合面。期间三叠系、侏罗系含水层经历了埋藏作用和淋滤作用并存期，由于盆地的隆升，渗入成因水在重力的作用下与上述古含水层中的沉积成因水发生混合、交替。但因盆地抬升幅度有限，淋滤作用阶段较短，沿层间流动的地下水渗入深度有限，与沉积水交替不充分，层间氧化作用不明显。

3.2 白垩纪至古近纪水文地质旋回（Ⅱ）

3.2.1 沉积水文地质阶段（IIA）

燕山运动晚期，受拉萨地体与羌塘地体碰撞的影响所致，盆地处于强挤压构造作用阶段，构造活动变得异常强烈，天山整体隆升，盆山高差加大，盆地再一次的构造沉降，但仅沉积了上白垩统孤尔克苏群。岩性属高能、高梯度沉积物，从岩屑成分分析，物源来自于震旦纪及石炭纪地层，根据现今地层出露特征，可推测当时古河流的总体方向已由侏罗纪时的自西向东转变为现今的自东向西。

3.2.2 淋滤水文地质阶段（IIB）

萨瓦甫齐地区在晚白垩纪—上新世期间一直处于隆升剥蚀状态，渗入成因水在重力的作用下继续驱替三叠系、侏罗系以及白垩系古含水层中的沉积成因水。此时期库尔干盆地处于一种缓慢稳定的抬升阶段，在SN向应力作用下，形成了盆地南深北浅，向S缓倾的构造斜坡带，构成了良好的地下水补给-径流-排泄水动力环境，含铀含氧水易于进入含水层，再加上炎热、干旱的古气候环境，十分有利于含矿目的层中下侏罗统内层间氧化带的发育及铀的富集成矿。

3.3 新近纪至第四纪水文地质旋回（Ⅲ）

3.3.1 沉积水文地质阶段（ⅢA）

新近纪主要处于温暖、半潮湿、半干旱的古气候条件下。中新世期间，萨瓦甫齐地区的隆升速度增大，现在出露的上中新统地层主要分布于库尔干山间盆地西南缘和满苏尔塔格南部神木园地区，该组在盆缘表现为棕褐色冲积扇相砾岩沉积，向盆内渐变为砾状砂岩、粉砂岩和泥岩的宽浅湖相沉积。

3.3.2 淋滤水文地质阶段（ⅢB）

到了上新世末，受印度板块与欧亚板块全面碰撞影响，研究区进入新构造运动演化阶段，萨瓦甫齐地区及整个塔北地区发生强烈构造变形、隆升。在盆地SN向构造应力作用下，盆地北缘地层迅速抬升，原来产状平缓的地层变得陡立甚至倒转，含矿层抬升而部分剥失，各含水层普遍遭受淋滤、疏干作用，上部矿体被贫化改造，铀等矿化元素向下迁移。

4 铀成矿古水文地质分析

根据盆地古水文地质条件分析，萨瓦甫齐铀矿床的古地下水成矿作用经历了铀的预富集作用、层间氧化作用和后期改造及潜水氧化作用3个阶段。

4.1 铀的预富集阶段（三叠纪—侏罗纪水文地质期）

侏罗纪时，由于温暖潮湿气候，沉积了一层富含有机质的煤系地层。盆地西北部基岩出露区为古地下水的主要补给区，在风化及大气降水共同作用下，围岩中的铀易与沉积物一起，被氧化性的地表水和地下水携带至沉积层中。此时盆地成岩环境在开放体系下为氧化和弱酸性环境，沉积的细碎屑沉积物中出现较高含量的以吸附形式赋存的铀元素；而此时有机质和煤的成熟度较低，其吸附作用和还原作用并不明显，导致吸附铀与解吸铀处于动态平衡中，且在沉积物孔隙水中含有较高浓度的铀。

进入成岩早期后，随埋深加大，机械压实作用开始出现。随着上覆地层压力增加，碎屑颗粒接触趋向紧密，砂岩孔隙减少，在泥质砂岩、泥岩、有机质及孔隙水中预富集的吸附铀，会随着孔隙水的排出而迁移到临近的砂岩中，与成岩矿物发生作用，在砂岩层中重新富集（图3A）。成岩阶段后期，地层中有机质和煤的转化趋于停止。砂岩中石英次生加大停止生长，成岩环境由先前的酸性向碱性转化；不规则形状黄铁矿的出现，表明成岩环境由氧化向还原转变。

通过对萨瓦甫齐矿床砂岩和泥岩的U-Pb同位素演化过程的计算，在成岩过程中，经过各期次压实作用，泥岩中有超过一半的铀随压榨水进入砂岩层，非含矿砂体在后期层间水淋滤作用下也有平均15%的铀被地下水带出，导致非含矿砂岩铀含量变低。这说明含矿砂岩层和顶底板泥岩在沉积时预富集铀，泥岩和已被剥蚀的层间氧化带的氧化带部分的沉积碎屑岩均是铀成矿的重要铀源层。

4.2 铀矿床层间氧化作用成矿阶段（白垩纪—古近纪水文地质期）

白垩纪末，塔里木盆地北缘转为挤压构造环境，南天山于古新世发生一次强烈隆升，本区有利建造开始掀斜，中、下侏罗统目标层抬升至地表，接受剥蚀以及含铀含氧水的持续改造。始新世，南天山构造活动趋于稳定，形成了本区多个层间氧化带，有利于该区层间氧化带的铀成矿作用。此时期为主要淋滤水文地质阶段，在干旱气候条件下的古大气降水，在蚀源区溶滤溶解了围岩中的铀，成为含氧含铀水，并转入层间含矿含水层中，而进行层间氧化作用。在前一阶段砂岩中预富集的铀也随地下水迁移，进入隔水覆盖层或岩层的氧化还原带及还原带中，铀沉淀富集并形成矿体（图3B）。该古水文地质期为盆地主要的成矿阶段，目前，测得的铀主成矿年龄39 Ma（单颗粒沥青铀矿年龄）就处在此期［4］。

4.3 铀矿床后期改造及潜水氧化作用阶段（新近纪—第四纪水文地质期）

从古近纪末期直到中新世末（9～30 Ma），萨瓦甫齐地区隆升速度加快，含矿地层补给-径流-排水动力系统的补给能力增大，主成矿阶段形成的矿体向盆地内部推进，早期形成的层间氧化带前锋线向下推移，矿化体或被叠加富集，或迁移至下方重新富集。

新构造运动后期，南天山强烈隆升，断褶作用使矿区原本平缓的向斜构造变形，两翼地层陡直，甚至倒转。砂体中古层间氧化带绝大部分在挤压抬升过程中被剥蚀殆尽。原来在平缓地层中渗流的层间水变为垂直上下波动的潜水，并且在大气降水及地表水的作用下，发育了较深的面状表生氧化带［5］。原上部矿体被淋滤、贫化改造，铀等矿化元素向下迁移，在潜水氧化带下部的潜水面附近重新富集，导致原层间氧化带型铀矿进一步得到潜水氧化作用的改造（图3C）。