蒙其古尔地区赋铀层沉积特征及其与砂岩型铀矿的关系①

王 勋，蔡煜琦，张占峰，刘红旭，刘俊平

（1.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；2.核工业216大队，新疆 乌鲁木齐8300112）

1 研究区地质背景

蒙其古尔铀矿床位于新疆伊犁盆地的伊宁凹陷南部斜坡带。大地构造上，伊犁盆地属于天山造山带的山间盆地，归属伊犁－中天山微地块[1]。其南部紧邻哈尔克－那拉提中、南天山板块间的早中生代碰撞造山带 （简称哈－那带），北部紧邻科古琴－博努科努早、中古生代陆内造山带 （简称科－博带）。伊宁凹陷是伊犁盆地的次级构造单元，其又划分为中部深陷带、西北次凹带、东北次凹带、中央次凸带、东部次凸带和南部斜坡带6个构造单元[2]。伊犁盆地沉积盖层主要有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系以及第四系（图1）。

蒙其古尔铀矿床赋矿层位为侏罗系中下统水西沟群 （图1），是一套暗色含煤碎屑岩建造[3－4]，从下至上发育有12层煤及煤线。该矿床的矿化类型有层间氧化带型、煤岩型以及泥岩型[5]，目前具有工业价值的为层间氧化带砂岩型铀矿。本文从沉积特征分析入手，对矿床的层间氧化带砂岩型铀矿化进行 “定位”，旨在为伊犁盆地南缘今后的找矿工作提供有益的借鉴。

2 赋矿层砂体岩性特征

蒙其古尔地区赋矿砂岩主要呈 （浅）黄色、（浅）红色及灰色，通常氧化带的砂体为（浅）黄色或 （浅）红色，还原带砂体呈灰色。该地区的砂体物质成分主要为石英和岩屑，长石少量，常见白云母。灰色砂体中见有较多炭屑，主要呈星点状顺层分布。砂岩呈颗粒支撑结构，分选较差，砂质颗粒主要为次棱角状 （图2a），砾石主要呈次圆状。显微镜下观察发现，该地区的岩屑成分与南缘基底岩石成分几乎一致，主要有中酸性凝灰岩、花岗岩等，充分反映了赋矿层近物源的沉积特征。

图1 伊宁凹陷南北向剖面示意图 （据核工业216大队，2010修改）Fig.1 North－southward geologic section of Yining depression

图2 蒙其古尔地区铀矿赋矿层砂体岩性特征Fig.2 Lithologic feature of sandbody in ore－host strata in Mengqiguer

砂体普遍固结疏松，扫描电镜下观察，其孔隙大小在50～200μm，连通性好，为流体运移及铀矿化的形成与储存提供了良好条件。岩石中铀的主要存在形式为黏土矿物和有机质吸附，赋存于粒间空隙中。

该地区砂岩为不等粒结构，说明其形成的水动力比较强。概率累积曲线以两段式、跳跃次总体为主，交截点在3Ф，反映了强水动力条件下的牵引流特征。含矿层沉积构造较为发育，钻孔岩心可见冲刷面、槽状交错层理、斜层理、平行层理、水平层理、卷曲变形层理等 （图2b），充分反映了三角洲平原分流河道和三角洲前缘等微相的沉积特征。

3 沉积相特征

3.1 含矿砂体沉积特征

笔者选取了该地区的P25号勘探线钻孔，重点对发育铀矿化的三工河组和西山窑组下段沉积特征进行分析。根据砂体和铀矿体发育情况，以及氧化还原带沿勘探线方向发育情况，将砂体分为3种类型，即含矿还原性砂体、无矿氧化砂体、无矿还原性砂体。

3.1.1 三工河组砂体主要特征

三工河组发育两套砂体，对应的是三工河组上、下段。两套砂体的厚度均在10m以上，为下粗上细的正旋回结构。砂体中间被薄层碳质泥岩分隔，体现了明显的 “砂包泥”特征。视电阻率测量曲线上，两套砂体表现为底部突变、顶部渐变的锯齿状钟型曲线叠加组合，充分表现了辫状河道的沉积特征。

两层含矿砂体均为还原性砂体。从钻孔剖面对此发现，第1层砂体整体上延伸较好，第2层砂体有沿着勘探线歼灭的趋势。

钻孔岩心中见到明显的冲刷－充填构造、交错层理等，同时砂岩中发育有顺层分布的炭屑和白云母，这也反映了其具有河道沉积的特点，又反映了三角洲的大形成环境。

砂体底部主要为砂砾岩和粗砂岩，属河道滞留沉积。其顶部直接过渡为灰色泥岩构成的分流间湾沉积。河道之间发育有薄层的碳质泥岩，说明其发育有河漫沼泽沉积微相，体现了三角洲平原的特征。因此可以确定，三工河组的沉积相主要为辫状河三角洲平原亚相，同时可以识别出分流河道、分流间湾、河漫沼泽以及河口砂坝等沉积微相。

3.1.2 西山窑组下段砂体主要特征

西山窑组下段分为上、下两亚段，铀矿体发育在下亚段中，由3～6层砂体组成。其中，第3层砂体为下粗上细的正韵律结构，底部见冲刷－充填构造，主要为砂砾岩和粗砂岩等粗碎屑，具有明显的河床滞留沉积特征；第4、6层砂体为泥岩中夹杂的薄层砂体，在剖面中的连续性差，以透镜体形式存在，视电阻率曲线呈舌型；第5层砂体为底部细砂岩、顶部粗砂岩夹薄层泥岩，在剖面上由南往北歼灭。总体上看，第3层砂体为不含矿氧化砂体，稳定性好；第4～6层砂体均为还原性砂体。西山窑组下段下亚段砂体具有明显的三角洲前缘沉积特征，发育的沉积微相有河道沉积、河口砂坝、席状砂坝以及分流间湾等沉积微相。从不同类型砂体可以看出，连通性好的河道砂体有利于层间氧化带发育，连通性差和延展性不好的河口砂坝和席状砂坝不利于层间氧化带的形成。

3.2 沉积相平面特征

刘武生等人 （2009）研究表明，三工河组和西山窑组下段在伊宁凹陷南部斜坡带主要发育三角洲平原相，其中蒙其古尔－乌库尔其地区为一个大三角洲垛体，砂体由南往北向盆地中心延伸。本文主要探讨的是矿区砂体特征和沉积微相与铀成矿之间的关系，因此笔者对矿区进行大比例尺的沉积相划分，分析对比矿区内沉积微相的发育特征。

3.2.1 三工河组下段沉积微相

三工河组下段具有辫状河三角洲水下分流河道沉积特征 （图3），其三角洲垛体往北东方向逐渐尖灭。经统计发现，该地区砂体厚度在1～20m，主要集中在7～12m，砂地比 （砂体厚度与被统计地层厚度之比值）在0.3～0.7，主要集中在0.5～0.6，最大值为0.97。从该垛体的产状判断，沉积时水流方向为南北向。根据砂体厚度和砂地比值，将该垛体确定为1～4级分流河道体系。一级分流河道揭露极少，砂体厚度在15m以上；二级分流河道砂体在10m以上，砂地比值大于0.6，局部砂体达到15m、砂地比值0.9以上；三级分流河道砂体厚度在8m以上；四级分流河道河道砂体厚度在6～8m，砂地比值0.4～0.5，在三角洲垛体上表现为河道砂体叠置最薄弱位置，形态上类似于分流河道间沉积。三角洲河口砂坝和分流间湾位于研究区的北东方向，河口砂坝的砂体厚度在4～6m，砂地比值为0.3～0.4，分流间湾的砂体厚度在4m以下，砂地比值在0.2以下。

图3 三工河组下段沉积相与铀矿体分布关系图Fig.3 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the lower member of Sangonghe formation

3.2.2 三工河组上段沉积相

通过对三工河组上段砂体厚度和砂地比值的统计，发现其具有东部比西部高的特点。该段砂体厚度为2～24m，主要集中在7～18m，砂地比值为0.11～0.89，主要集中在0.4～0.7，具有典型的辫状河三角洲沉积平原相特征 （图4）。从形态上看，该段主体为一个辫状河三角洲垛体，主河道位于蒙其古尔东边并且未见边界，近东西向可识别出一条呈指状分叉的二级分流河道，其砂体厚度在10m以上，砂地比值为0.5以上。该河道在西部有向北发展的趋势，在二级分流的两侧发育有三级河道，砂体厚度为8～10m，砂地比值为0.4～0.5。在分流河道的前缘和侧缘发育有河口砂坝，砂体厚度在6～8m，砂地比值0.3～0.4；分流河道之间发育有砂体厚度小于5m、砂地比值小于0.3的分流河道间沉积。

图4 三工河组上段沉积相与铀矿体分布关系图Fig.4 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the upper member of Sangonghe formation

3.2.3 西山窑组下段下亚段沉积相

对西山窑组下段下亚段进行砂地比值和砂体厚度统计，结果显示其变化范围较大。该层砂体的砂地比值为0.33～0.99，砂体厚度在15～39m。经对比分析发现，该地区由南东至北西方向砂地比值变大，砂体厚度也有十分类似的展布规律。该层具有明显的三角洲前缘沉积相特征 （图5）。呈一个自南向北往盆地中心延伸的三角洲垛体。在其南东部发育一条近东西向的辫状河二级分流河道，砂体厚度在30m以上，砂地比值在0.8以上。在二级河道的外围发育三级河道，砂体厚度在25～30m，砂地比值0.7～0.8。在三级河道的外围发育更次级的分流河道，砂体厚度在20～25m，砂地比值0.6以上。在分流河道的前缘发育河口砂坝，厚度在15～20m，砂地比值0.5～0.6；河口砂坝中间发育分流河道间湾沉积砂体，厚度在15m以下，砂地比值在0.5以下。

图5 西山窑组下段沉积相与铀矿体分布关系图Fig.5 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the lower member of Xishanyao formation

4 赋矿层沉积特征与铀成矿的关系

4.1 岩性与铀成矿

据前人研究[3]，该地区蚀源区的中酸性火山岩铀含量达 （4～14.3）×10－6（伽玛能谱测量），石炭系凝灰岩的古铀量为20.966×10－6，明显高于其目前的铀含量 （8.41×10－6），说明在后生改造过程中曾发生铀的丢失。因此，来源于中酸性火山岩的碎屑物使得砂体中的原始铀含量明显偏高，为后期的铀成矿提供了丰富的铀源基础。赋铀层松散的砂体具备良好的连通性，十分有利于含氧水在砂体中运移，为成矿作用提供了良好的条件。

4.2 沉积相与铀成矿

伊犁盆地南缘砂岩型铀矿的成矿作用受沉积相控制，对现有砂岩型铀矿床的研究表明，辫状河三角洲沉积相最有利于成矿，滨浅湖沼泽沉积相最不利于成矿[6]。

蒙其古尔三工河组为三角洲平原亚相，西山窑组下段为辫状河三角洲前缘沉积相，均表现为暗色含煤碎屑岩系，有机质丰富，从而为层间氧化作用进行和水中铀的还原沉淀提供了有利条件。从沉积剖面上观察，三角洲分流河道的侧向迁移使得其具有稳定的泥－砂－泥结构，这对铀的运移－富集－储存都十分有利。

通过钻探资料分析，并对各层位砂岩型铀矿体展布特征与沉积相空间关系的研究显示，三工河组和西山窑组下段的工业铀矿孔绝大多数位于分流河道中。统计发现 （表1～3），砂地比值在0.4以下的工业孔非常少。因此，在各种沉积微相中，分流河道是最主要的储矿空间，分流河道间湾不利于铀矿化发育。三工河组下段铀矿化主要分布在二级分流河道及三级分流河道中；上段矿体主要分布在二级分流河道中。三工河组两个旋回揭露的工业孔砂体厚度在8m以上，砂地比在0.5以上，主要分布在分流河道中；其次为厚度6～8m，砂地比在0.4～0.5的河口砂坝；厚度在6m以下，砂地比在0.4以下的越岸沉积席状砂坝中也发育了少量的工业铀矿化。

西山窑组下段最好的成矿空间并不是砂体厚度在30m以上的主河道砂体 （表3），而是厚度在15～30m、砂地比值＞0.6的二级河道和三级河道砂体；其次为厚度在10～15m、砂地比值在0.4～0.6的四级河道砂体；厚度在10m以下、砂地比值＜0.4的越岸沉积不利于砂岩型铀矿形成。笔者认为，厚度＞30m的辫状河一级分流河道工业矿孔少，主要是因为厚度大且无阻隔层的砂体具有良好的孔隙度，使得其透水性强，在强水动力条件下不利于地下水中的氧化铀卸载。由二级分流河道叠置而成的垛体则因上、下隔水层发育，且横向上的泥质阻隔层也增多，使得主河道砂体中的水动力强度减小，有利于成矿物质发生卸载。二级分流河道发育更多的富含有机质的分流河道间湾泥岩，使得砂体的还原性增加，从而更加有利于铀的富集和存储。

表1 蒙其古尔铀矿床赋矿层砂地比值与工业孔分布的比例关系Table 1 Relationship between thickness ratio of sandbed to stata and percentage of commercial profitable boreholes in Mengqiguer deposit

表2 蒙其古尔铀矿床赋矿层位三工河组砂体厚度与工业孔分布的比例关系Table 2 Relationship between sandbody thickness and the number percentage of commercial profitable boreholes of Sangonghe formation in Mengqiguer deposit

表3 蒙其古尔铀矿床赋矿层位西山窑组下段砂体厚度与工业孔分布的比例关系Table 3 Relationship between sandbody thickness and the number percentage of commercial profitable boreholes of lower Xishanyao formation in Mengqiguer deposit

5 结论

（1）蒙其古尔地区赋铀层沉积特征的研究表明，由于其近源沉积和周边蚀源区存在大量中酸性富铀火山岩，使得沉积地层的初始铀含量偏高，从而为后期的工业铀矿化提供了充足的铀源。

（2）三工河组和西山窑组下段在沉积相上归属于辫状河三角洲沉积体系。其中，三工河组发育分流河道、分流间湾以及泥炭沼泽等沉积微相，其下段在平面上可以进一步划分出四级分流河道，上段可以划分出二级分流河道；西山窑组下段下亚段属于三角洲前缘沉积，发育水下分流河道、分流间湾、河口砂坝、席状砂等沉积微相，平面上可以划分出三级分流河道。

（3）在蒙其古尔砂岩型铀矿床中，三工河组分流河道是成矿最为有利的沉积微相，最有利于铀矿化发育的位置为河床滞留沉积；在西山窑下段下亚段中，对成矿最为有利的沉积相微相为二级和三级分流河道，砂体厚度过大的一级分流河道并不利于成矿。

（4）砂体的稳定性对于含氧和含铀地下水在岩层中的运移以及砂岩型铀矿成矿作用具有至关重要的影响。

[1]张国伟，李三忠，刘俊霞，等 .新疆伊犁盆地的构造特征与形成演化 [J].地学前缘，1999（4）：203－214.

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[6]张虎军 .伊犁盆地南缘构造及沉积演化与砂岩型铀矿成矿作用 [D].东华理工大学，2012.