伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体沉积特征及与铀矿化关系

潘澄雨，刘红旭，丁波，王永文，孟云飞，张晓

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

伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体沉积特征及与铀矿化关系

潘澄雨，刘红旭，丁波，王永文，孟云飞，张晓

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

通过对伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体平面和空间展布规律的分析，开展重点区块的沉积微相精细解剖，并探讨其与铀成矿关系。研究认为，伊犁盆地南缘西山窑组下段发育两个大型沉积朵体控制了两个大型矿集区。矿集区骨架砂体展布较厚，联通性强，具有良好的储层性质。西山窑组下段为扇三角洲沉积体系，发育平原和前缘亚相。主要的控矿微相为分流河道、水下分流河道与前缘席状砂。分流河道的矿体一般富集在粗粒砂体中，水下分流河道的矿体主要赋存在靠近泥岩特别是碳质泥岩或煤线的夹层附近，前缘席状砂的矿体主要发育在与河道过渡相连的中粗砾级砂体中。

砂岩型铀矿；骨架砂体；伊犁盆地南缘；沉积微相；矿集区

大型骨架砂体是指在盆地内，一种沉积体系中的大型连通砂岩体系，通常要剔除不能反映沉积格局砂层后的砂体，即剔除粉砂岩体以及1 m以下砂厚的透镜状产出砂体［1］。大型骨架砂体构成了大规模的地下水动力系统的载体，为铀成矿流体提供了运移通道，易于形成泥-砂-泥形态的容矿空间。对于骨架砂体的研究以往多应用于石油地质，通过研究砂体的非均质性对沉积盆地储层结构进行分析，其目的在于揭示由于砂体非均质性而导致的油气藏和油气开发的复杂性。在地浸砂岩型铀矿床的研究中，如何在沉积盆地内精确定位大型骨架砂体，如何描述微相的形态和空间展布，如何阐明相控铀成矿机理等，是层间氧化带砂岩型铀矿研究的核心问题［2-3］。大型骨架砂体的研究在层间氧化带砂岩型铀矿勘探中被应用于层间氧化带的空间定位与识别，研究者通过对鄂尔多斯盆地东北部直罗组层间氧化带大型骨架砂体空间形态的研究，定性其沉积体系为早期辫状河、辫状河三角洲与晚期曲流河、曲流河三角洲的复合叠加（焦养泉，2005）。研究认为骨架砂体对铀成矿的控制作用体现在两方面：一方面是砂体非均质性通过对铀成矿流体运移状态的影响进而实现对成矿的控制；另一方面可能与沉积环境相变导致还原物质增加有关（Jiao，et al.，2005）。刘武生等（2011）研究认为，伊犁盆地铀矿化与含矿建造中砂体特征密切相关，铀矿化主要赋存于砂地比高（＞0.45）、砂体厚度适中（17～32 m）的层位中；王勋（2013）通过对西山窑组下段骨架砂体的分析得出其发育辫状河三角洲沉积相的结论。

对于研究区骨架砂体沉积特征与铀成矿关系的结合还有待深入研究。笔者旨在通过对伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体沉积特征与沉积环境分析，结合前人研究成果，探讨沉积微相与铀成矿的关系，为选定成矿靶区提供指导。

1 区域地质背景

伊犁盆地位于我国新疆维吾尔自治区西北边陲，地处中哈边境线附近，在大地构造单元划分上归属于天山造山带中的伊犁—中天山微地块，其南侧以南天山为边界与塔里木板块相接，是在塔里木板块和哈萨克斯坦板块的南北对冲挤压应力作用下形成的内陆山间坳陷盆地，其形态成向东开口的狭长三角形［4-5］（图1）。

侏罗系是研究区的主要赋矿层位，上侏罗统缺失，中、下侏罗统从老到新分为八道湾组、三工河组、西山窑组和头屯河组，其中前三个组合称为水西沟群。水西沟群不整合上覆于三叠系，沉积厚度0～510 m，平均厚度约300 m。煤层是水西沟群的一大特征，共发育12层煤，从下到上依次用M1～M12表示，其中M5、M8和M10最为稳定，可作为区域标志层，以煤层为标志将这套地层划分为7个沉积旋回，依次用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ来表示。根据岩石特征与煤层标志划分为3个组，即Ⅰ～Ⅳ旋回为八道湾组（J1b），Ⅴ1～亚旋回为三工河组（J1s），～Ⅶ旋回为西山窑组（J2x）（图2）。

八道湾组（J1b）下部粒度较粗，为砾岩、砂砾岩、细砂岩。底部砾岩由大小不等的砾石或卵石、少量砂岩和泥岩组成，含赤铁矿结核，铁质胶结，地层非常坚硬，常构成正地形，称“达拉地砾岩”，是区域上的标志层，往上粒度减小，与下伏小泉沟群为小角度不整合接触；三工河组（J1s）以灰色砂岩为主，砂体厚度大，底部块状砂岩、砂砾岩，往上出现砂、泥岩互层，多呈下粗上细的正韵律，水平层理发育，上部为厚煤层（M8）；西山窑组（J2x）为灰色砂质泥岩、泥质砂岩及砂岩呈不均匀互层，下部煤层多，厚度大且稳定，往上煤层变少、变薄。含煤层韵律清楚，每个韵律由“含砾粗砂岩-细砂岩-粉砂岩-泥岩-煤层”组成；头屯河组（J2t）位于M12煤层之上，为一套河流相碎屑岩建造，岩性为黄白色-灰白色夹杂褐黄色砾岩、砂质砾岩、粗砂岩及棕红色－棕黄色泥岩、砂质泥岩，夹灰白色钙质砂质砾岩薄层。与下伏地层西山窑组（J2x）为不整合接触，局部直接超覆于八道湾组（J1b）或小泉沟群（T2-3xq）之上，其上被上中新统-上新统红层不整合覆盖。

图1 伊犁盆地及其周缘区域地质简图（据陈正乐，2008）Fig.1 Regional geological sketch of Yili basin and its peripheral region（After CHEN Zhengle，2008）

2 伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体沉积特征

图2 伊犁盆地南缘侏罗系划分简图（据核工业216大队内部成果修改，2012）Fig.2 Classification of Jurassic System in the southern margin of Yili basin（Modified after the internal report of Geologic Party No.216，CNNC，2012）

三工河组为湖侵体系域，冲积扇不发育。西山窑组下段沉积初期，随着三工河组水退，研究区范围形成低位体系域，以冲积扇下切河道为主要特征，此时高位域不发育。次级充填为水退背景下的进积充填序列，以扇三角洲沉积为主［6-7］，河道发育，砂体较厚，向北过渡为水下分流河道，砂体减薄并逐渐分叉。西山窑期为温暖潮湿气候，为煤层的发育提供了极其优越的古气候条件，第8煤层厚度在4～15 m之间［8］。

2.1 西山窑组下段骨架砂体特征

伊犁盆地南缘西山窑组下段发育3个大型骨架砂体群，分别位于盆地南缘的西部、中部和东部，骨架砂体厚度约在30～60 m，物源在南部蚀源区，砂体向北延伸，并且以骨架砂体为沉积中心，形成3个大型的沉积朵体（图3）。东段达拉地砂体较厚，中段和西段相对较薄，不过骨架砂体的整体平均厚度达到了25 m，属于沉积构造中“满盆砂”的格局［9-10］。

其砂地比值也反映出3个朵体状比值高异常区，这点与骨架砂体厚度的平面分布相对应，反映了骨架砂体在南缘的大致分布范围。砂地比值较不均衡，西段比值较高，其次为中段和东段，砂地比与砂体厚度展布存在一定程度的差异，局部地区出现砂体较薄而砂地比值却较高的情况，其原因可能是某些地区的地层本身较薄，导致砂体的厚度较小，但是砂地比值较大（图4）。

经过对比发现，在钻孔控制区域内，砂体厚度与砂地比值之间存在着很大程度上的对应关系，但又不完全如此。因此，沉积相研究必须将砂体厚度和砂地比值两者结合进行。

2.2 西山窑组下段沉积相展布

根据该地区的砂体展布特征和砂地比值展布特征，将伊犁盆地南缘西山窑组下段定为扇三角洲沉积体系，发育扇平原和前缘亚相，平面上依次向北展布。在平面上主河道和次级河道展布明显，沉积相类型主要有分流河道、水下分流河道、间湾和席状砂等（图5）。

3 伊犁盆地南缘西山窑组下段骨架砂体沉积特征与铀矿化关系

图3 伊犁盆地南缘西山窑组下段（亚旋回）骨架砂体厚度平面等值线图Fig.3 Contour map of skeleton sand body thickness of the lower member of Xishanyao Formation（subcycle）in the southern margin of Yili basin

图4 伊犁盆地南缘西山窑组下段（亚旋回）砂地比平面等值线图Fig.4 Contour map of sand body thickness percentage in the lower member of Xishanyao Formation（Vsubcycle）in the southern margin of Yili basin

3.1 骨架砂体展布与铀矿化的平面配置关系

西山窑组下段是伊犁盆地南缘砂岩型铀矿发育最多、最富的层位，其中主要的富矿集中区有蒙—扎—乌矿集区和库—洪矿集区。这些矿床除了乌库尔其矿床外几乎处于同一纬度上，距离蚀源区在5 km的范围之内。从几个矿床与沉积微相的展布关系来看，蒙其古尔矿床分布在主河道之中，扎吉斯坦矿床分布在次级河道之中、乌库尔其矿床分布在次级河道之中、库捷尔太矿床分布在主河道、次级河道以及前缘席状砂之中、洪海沟矿床主要分布在次级河道中（图5）。根据规模来看，蒙其古尔矿床矿化厚度大、矿体规模大、矿化品位高，可能与其所处的主河道沉积微相有直接联系。

图5 伊犁盆地南缘西山窑组下段沉积古地理图Fig.5 Sedimentary palaeogeographic map of the lower member of Xishanyao Formation in the southern margin of Yili basin

图6 蒙—扎—乌矿集区主砂体与次级砂体平面分布示意图Fig.6 Distribution map of main and secondary sand body in Meng-Zha-Wu ore-concentrated area

3.1.1 蒙—扎—乌矿集区

蒙—扎—乌矿集区位于南缘中段的沉积朵体上，主要由蒙其古尔、扎吉斯坦和乌库尔其3个大型矿床组成。砂体厚度较大，砂体以砾岩、砂质砾岩为主，砂体展布稳定，分布面积较广。从砂体厚度等值线来看，物源自SW向NE向供应，砂体向NE呈椭圆状展布，形成扎吉斯坦和蒙其古尔砂体集中区（图3）；从砂地比等值线图分析，砂体内部非均质性较强，形成多个呈岛状分布的低值区［11-12］（图4）。

蒙—扎—乌矿集区主砂体与次级砂体平面分布示意图（图6），图中紫色部分是砂砾岩、砾岩、含砾粗砂岩和粗砂岩的厚度集合，黄色部分是中砂岩、细砂岩的厚度集合，在地层整体出现“满盆砂”的情况下，可以用这种方法得出主砂体和次级砂体的平面分布情况，进而划分沉积微相。蒙—扎—乌沉积朵体发育两条主河道，而次级河道和席状砂在主河道周围展布。

蒙—扎—乌矿集区西山窑组下段以扇三角洲平原-前缘亚相为主，矿体的分布较零散，矿体可分为扎吉斯坦矿带和蒙其古尔矿带，矿带的分布受河道砂体控制，本区矿体一般赋存在主河道与次级河道的交汇处，近源的矿体可能是由于从主河道向次级河道过渡时砂体的非均质性及水动力发生改变，致使矿质沉淀富集形成；而在阿克加尔附近较远的矿体是由于前缘水下分流河道向席状砂过渡时砂体的非均质性改变造成的矿质沉淀富集形成（图6）。平面上富大矿体围绕扇平原心滩砂体周围呈不规则曲形展布或沿分流河道方向延伸，在前缘席状砂中也有分布。该时期扇三角洲砂体稳定，厚度大，利于后期成矿物质的运移，其中分流河道与水下分流河道在厚度和结构方面相对稳定，是成矿的优势相（图7）。

3.1.2 库—洪矿集区

库—洪矿集区位于伊犁盆地南缘西段沉积朵体上，由库捷尔太矿区和洪海沟矿区组成，西山窑组下段砂体厚度较大，砂体以砾岩、砂质砾岩为主，砂体稳定，分布面积较广。从砂体厚度等值线来看，物源由南部西天山供应，形成洪海沟和库捷尔太两个砂体集中区，主砂体呈NNE方向展布，库捷尔太北部出现一个朵状砂体高值区，砂体内部厚度值变化较大（图3）。

图7 蒙—扎—乌矿集区西山窑组下段沉积相与铀矿化配置关系图Fig.7 Sketch map showing relationship between sedimentary facies and uranium deposits of the lower member of Xishanyao Formation in Meng-Zha-Wu ore-concentrated area

该时期物源来自南部西天山，以扇三角洲沉积为主，河道程度较低，侧向河道迁移频繁，在范围内形成稳定较厚的砂体，河道向北延伸入湖，形成扇三角洲前缘水下分流河道，由水下分流河道和前缘席状砂两个微相组成，特点是水下分流河道间开始演变为泥岩为主，砂体厚度、粒度变差，砾岩含量和厚度明显减少。矿体的分布较集中，基本呈EW向垂直于河道，矿带的分布受河道砂体控制，平面上矿体集中分布于主河道与分支河道交汇处，体现了成矿受砂体非均质性的控制，为分流河道控矿（图8）。

伊犁盆地南缘西山窑组下段主要含矿微相为分流河道与水下分流河道（二、三级分流河道或水下分流河道），而位于水下分流河道两侧的前缘席状砂亦有成矿的潜力。

图8 库—洪矿集区西山窑组下段沉积相与铀矿化配置关系图Fig.8 Sketch map showing relationship between sedimentary facies and uranium deposits of the lower member of Xishanyao Formation in Ku-Hong ore-concentrated area

图9 西山窑组下段沉积微相与砂岩型铀矿空间关系图（据王勋，2013）Fig.9 Spatial relation between sedimentary microfacies and sandstone type uranium deposit of lower member of Xishanyao Formation（After WANG Xun，2013）

3.2 骨架砂体沉积相与铀矿化的空间赋存关系

西山窑组下段的矿体主要赋存在分流河道与水下分流河道中，少部分赋存于前缘席状砂之中。笔者对大量的含矿钻孔进行统计发现，西山窑组下段的砂岩型铀矿化与沉积微相在空间上的展布关系（图9）特点主要体现在以下两方面：首先矿体在分流河道中主要赋存在河床滞留的粗粒沉积砂体中；其次在水下分流河道中，矿体主要赋存在靠近泥岩特别是碳质泥岩或煤线的夹层附近，其主要原因可能是少量的夹层的存在一定程度上减缓了层间水的运移速度。

根据大量研究发现，伊犁盆地南缘西山窑组下段砂岩型铀矿化对微相环境有明显的选择性，扇三角洲平原分流河道微相、扇三角洲前缘水下分流河道和席状砂微相为研究区的优势相。垂向上主要是由于这种微相具有砂体厚度和规模大，透水性好，泥-砂-泥结构完整，走向、倾向上连通较好的主砂层（体），构成透水层，有利于蚀源区的在其中运移；并且这套地层是在潮湿气候条件下形成的，因此具有丰富的有机质等还原剂，有利于还原富集，也为层间氧化带的发育和铀矿的富集提供了空间，从而有利于铀矿床的形成。

产于三角洲平原分流河道相的砂岩型铀矿，矿体一般赋存于单层厚度10～35 m的分流河道砂体中，而主要矿体则往往赋存于单层厚度18～25 m的砂体中。在厚度小于10 m和大于35 m的砂体中，几乎没有工业矿化产出。不论在走向上还是在倾向上，矿化产出于砂体由厚变薄的部位，这种厚度变化不但表现在单纯的厚度减小，还表现在砂体内部出现泥岩透镜体（或夹层）使砂体的净厚度减小。特别是沿倾向砂体厚度突然减小或出现泥岩透镜体时，层间水的流速流向会随之发生变化，往往也是容易形成矿化的部位。

4 结论

根据研究区骨架砂体的砂体厚度与砂地比值的展布特征，将伊犁盆地南缘西山窑组下段定为扇三角洲沉积体系，平面上发育扇上平原和前缘亚相，微相类型主要有分流河道、水下分流河道、间湾和席状砂等。蒙—扎—乌矿集区与库—洪矿集区的成矿优势微相为分流河道微相、水下分流河道微相与席状砂微相，矿体的赋存主要受砂体非均质性的影响，分流河道的矿体一般富集在粗粒砂体中，水下分流河道的矿体主要赋存在靠近泥岩特别是碳质泥岩或煤线的夹层附近，前缘席状砂的矿体主要发育在与河道过渡相连的中粗砾级砂体中。矿体的赋存对于骨架砂体的厚度有一定要求，一般在厚度小于10 m和大于35 m的砂体中产出，矿化产出于砂体由厚变薄的部位，这种厚度变化不但表现在单纯的厚度减小，还表现在砂体内部出现泥岩透镜体（或夹层）使砂体的净厚度减小。

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Skeleton sand body depositional characteristics of the lower member of Xishanyao Formation and their relationship to sandstone type uranium mineralization in the southern margin of Yili basin

PAN Chengyu，LIU Hongxu，DING Bo，WANG Yongwen，MENG Yunfei，ZHANG Xiao
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Objective：Based on the skeleton sand body analysis in planar and spatial distribution rules of lower member of Xishanyao Formation，the key blocks of sedimentary microfacies are shown in detail in the article，and the relationship between sedimentary microfacies and uranium mineralization is explored. It is suggested that two large sedimentary bodies of the lower member of Xishanyao Formation control two key ore-concentrated areas（Ku-Hong and Men-Zha-Wu）at the southern margin of Yili basin. Skeleton sand body in ore-concentration areas has good reservoir properties due to its large thickness and strong connectivity.Fan delta sedimentary system which includes delta plain facies and delta front facies developed in the lower member of Xishanyao Formation.The main ore-controlling microfacies are distributary channel，underwater distributary channel and front sheet sand.Ore bodies ofdistributary channel are enriched in the coarse sand body and ore bodies of underwater distributary channel are enriched in the nearby shale，especially carbonaceous shale and coal line in general.Ore bodies of front sheet sand are enriched in the middle-coarse sand body that connected to the channel transition.

sandstone type uranium deposit；skeleton sand body；southern margin of Yili basin；sedimentary microfacies；ore-concentrated area

P611；P619.14

A

1672-0636（2015）04-0208-09

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.004

国家973项目（编号：2015CD453004）和国家863计划项目（编号：2012AA061801）联合资助。

2015-03-04；

2015-05-13

潘澄雨（1988—），男，新疆克拉玛依人，工程师，主要从事铀资源勘查、沉积盆地研究等相关工作。E-mail：PCYPL1988@126.com