吐哈盆地十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床的控矿构造及控矿机理探讨

乔海明， 宋 哲， 刘治国

(核工业二〇三研究所， 陕西 咸阳 712000)



吐哈盆地十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床的控矿构造及控矿机理探讨

乔海明， 宋 哲， 刘治国

(核工业二〇三研究所， 陕西 咸阳 712000)

十红滩铀矿床是产于吐哈盆地西南缘艾丁湖斜坡带上层间氧化带砂岩型铀矿床，分析了该矿床与区内局部构造的关系，认为局部构造通过控制局部范围内地下水的水动力条件，从而控制着层间氧化带的发育、展布及其铀矿化的形成和空间定位。提出单斜构造是形成该类型矿床最基本条件，在单斜构造基础上发育的断裂、背斜构造能通过改变局部范围内地下水动力特征，促使层间氧化带砂岩型铀矿床的形成。提出在该类型矿床勘查中应该加强局部构造的分析与研究，将有助于勘查工程的部署，提高找矿成果。

层间氧化带；砂岩型铀矿床；水动力；构造；十红滩

乔海明，宋哲，刘治国.2016.吐哈盆地十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床的控矿构造及控矿机理探讨[J].东华理工大学学报：自然科学版，39(3)：217-222.

Qiao Hai-ming, Song Zhe, Liu Zhi-guo.2016.The ore-controlling structures and ore-controlling mechanism of interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit in Shihongtan of Turpan-Hami basin[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(3)：217-222.

吐哈盆地是被哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块所夹持并被天山古生代褶皱造山带围限的山间盆地。由于构造的不均一性，又将盆地划分为三个次级构造单元，即北部坳陷、艾丁湖斜坡带和南湖隆起。目前发现的十红滩铀矿床位于该盆地西南缘的艾丁湖斜坡带上。但与东西长120 km以上的艾丁湖斜坡带相比较，铀矿床仅赋存于其中东西长不到20 km的十红滩地区。对于造成这一现象的原因，在地质勘查过程中可谓众说纷纭，直接影响本区勘查工作的工程部署。本文试图从控矿构造方面进行分析，希望对该区的扩大找矿工作有所裨益。

1 矿床的地质特征

十红滩铀矿床为典型层间氧化带砂岩型铀矿床，含矿层为中侏罗统西山窑组，自下而上依次分为西山窑组第一、二、三、四岩性段，均属于潮湿环境下形成的含煤碎屑岩建造。目前发现的铀矿床以矿区中部的鹰嘴崖断裂为界，分为南、北、中三个矿带，其中的南矿带形成于十红滩背斜东西两翼、鹰嘴崖断裂以南的西山窑组第一岩性段下部的辫状河砂体中，矿体基本上环绕十红滩背斜展布，只是在远离背斜西翼，矿体展布基本平行于盆缘走向。北矿带则主要产于鹰嘴崖断裂以北的西山窑组第三岩性段下部的辫状河砂体中，矿体呈蛇曲状平行于鹰嘴崖断裂。中矿带产于鹰嘴崖断裂以南十红滩背斜以西的西山窑组第二岩性段的辫状河三角洲砂体中。近两年在靠近鹰嘴崖断裂附近发现一个新的铀矿带，尽管其主要赋存于西山窑组第一岩性段中，但考虑其与鹰嘴崖断裂的关系，应该归属于北矿带。

层间氧化带控制着十红滩铀矿床的形成和铀矿床的分布范围，沿着承压含水层发育。走向断续延伸上百公里，倾向延伸0.5～5 km，埋深32～450 m，颜色以褐黄色为主，次为玫瑰红色。氧化—还原过渡带为灰色、深灰色，夹淡黄色、黄色斑点，含少量炭屑。原生带为灰色—深灰色，含炭屑和黄铁矿。矿体以卷状、似卷状赋存于层间氧化带前锋线上。矿区以南大约10 km为盆地的蚀源区觉罗塔格山，主要由富铀的石炭系、志留系凝灰质粉砂岩、英安玢岩、斜长安山玢岩、火山角砾岩、石英片岩、大理岩及华力西期花岗岩等组成，富含构造裂隙水及风化裂隙水，是艾丁湖斜坡带侏罗系含水层含氧、含铀渗入地下水的主要补给源。北部为盆地地下水—地表水的汇水—排泄中心—艾丁湖，是艾丁湖斜坡带地区侏罗系地下水的区域排泄区(图1)。

图1 十红滩地区铀矿地质图 Fig.1 The uranium geological map in Shihongtan 1.古近系鄯善群；2.中侏罗统西山窑组第三岩性段；3.中侏罗统西山窑组第二岩性段；4.中侏罗统西山窑组第一岩性段；5.下侏罗统三工河组；6.下侏罗统八道湾组；7.上石炭统迪哈儿组；8.不整合接触界限；9.地层界限；10.断裂构造；11.背斜；12.向斜；13.西山窑组第一岩性段层间氧化带前锋线；14.西山窑组第二岩性段层间氧化带前锋线；15.西山窑组第三岩性段层间氧化带前锋线；16.铀矿带

2 十红滩主要控矿构造

在板块运动及造山带构造隆升作用的控制下，吐哈盆地南缘经历了4个大的构造演化阶段，即新疆古陆台发展阶段；准—吐陆块南缘被动大陆边缘沉积阶段(ε-C2)；岛弧前缘推覆体构造带及类前陆盆地发育阶段(C2-T)；次造山区—稳定斜坡带发育阶段(J-Q)。

十红滩铀矿床的U-Pb等时年龄测试发现，南矿带成矿年龄为104 Ma，24(23) Ma和7 Ma；北矿带成矿年龄为81 Ma，24 Ma和8.8 Ma，代表早白垩世晚期、渐新世末期、中新世晚期三个矿化期，表明南北矿带基本是同期成矿，本区成矿具有长期性和多阶段性特点，尤其是渐新世末期以后新构造运动对该矿床形成发挥了重要的影响作用。

2.1 单斜构造

十红滩地区的单斜构造是艾丁湖斜坡带的一部分。该斜坡带东起了墩隆起，西至托克逊凹陷，南始觉罗塔格山山前，北到艾丁湖，东西长约120 km，南北宽约15 km。基底埋藏较浅，几十米至3 500 m。沉积盖层是在早中侏罗世温暖湿润气候条件和稳定的“觉罗塔格次造山区—艾丁湖稳定斜坡带”构造背景下沉积了一套冲积河湖相含煤碎屑岩建造(古抗衡等，2010)。砂体主要为一套辨状河沉积和三角洲沉积，砂岩主要为长石岩屑砂岩或岩屑砂岩，疏松、渗透性好，粒度以中—粗粒居多，炭屑、有机质等还原剂丰富。砂体上覆、下伏湖相、沼泽相泥岩、煤层等，构成利于承压水径流的泥(煤)—砂—泥(煤)结构。沉积作用结束后的燕山晚期运动，由于盆地北缘博格达裂谷带中央回返隆升及其向盆地的推挤冲掩，吐哈盆地完全与准噶尔盆地隔断，成为天山山间盆地。在此构造背景下，盆地南缘地区整体抬升、掀斜，缺失白垩系沉积，形成了目前的艾丁湖斜坡带。在十红滩地区侏罗系遭受剥蚀，自南向北依次出露下侏罗统八道湾组、三工河组和西山窑组。

2.2 褶皱

区内褶皱主要为复式宽缓波状短轴背、向斜，褶皱轴向主要为NW向、NNE向。

NNE向褶皱主要为十红滩鼻状背斜，是十红滩铀矿床南矿带的主要控矿构造。该背斜位于鹰嘴崖断裂以南，属短轴背斜，轴向250°，翼部倾角15°～25°，向北倾没。核部地层为下侏罗统八道湾组，两翼由里向外依此过渡为下侏罗统三工河组和中侏罗统西山窑组。在两翼地层中，可以看见发育的张裂隙，其中充填有地下水蒸发作用形成的石膏脉体。由于核部张裂隙发育，更容易遭受风化剥蚀作用，因此形成由东、西两翼向核部倾斜的负地形。在背斜核部的局部低洼处生长有芦苇，表明该部位地下水位埋深相对较浅。

图2 十红滩地区地震地质剖面Fig.2 The seismic geological section in Shihongtan1.第四系；2.古近系；3.中侏罗统西山窑组第三岩性段；4.中侏罗统西山窑组第二岩性段；5.中侏罗统西山窑组第一岩性段；6.下侏罗统三工河组；7.下侏罗统八道湾组；8.煤层及编号；9.断裂构造；10.钻孔；11.地震测线

NW向褶皱主要有位于白咀山北部的白咀山鼻状隆起，向北西方向倾没，轴向320°，长度大于6 km，宽约1 km。白咀山南向斜，轴向300°，核部地层为老第三系鄯善群，长度约5 km，宽约1 km。位于十红滩以西南的东底红滩背斜，轴向280°，核部地层为下侏罗统三工河组，长度大于3 km。八仙口复式小背斜，位于八仙口南部，轴向310°，核部地层为下侏罗统三工河组，长度3km左右，地层产状15°～30°。这些NW向褶皱构造主要为复式宽缓波状短轴背、向斜，在地震剖面和铀矿勘探孔中均有反映，但是总体规模较小，对地下水的运动以及层间氧化带的发育影响不大。

2.3 断裂构造

区内断裂构造主要是在近南北向挤压应力状态下形成，方向主要有近东西向、近南北向、北东向和北西向4组，主体上为压扭性断层。对于十红滩铀矿床具有重要控制意义为鹰嘴崖断裂(F1)。

鹰嘴崖断裂位于十红滩铀矿床中部。在铀矿勘查和瞬变电磁测量过程中被发现，在煤矿勘查地震测量中进一步被验证(图2)。该断裂为逆断层，走向NW，倾向SW，倾角约70°。靠近十红滩背斜东西两侧附近地区，断距较大，最大达250 m。在地表形成明显的负地形，北盘呈坡面向南西方向倾斜的陡崖。远离背斜向东西两侧10 km左右以外，在地表表现的不很明显。北东盘在地表出露地层主要为西山窑组第四岩性段。南西盘在十红滩背斜以东主要出露地层为西山窑组第二岩性段和第一岩性段。十红滩背斜以西，南西盘主要出露地层为主要为第四岩性段，北东盘被古近系鄯善群覆盖。因此十红滩背斜以东该断裂断距较大，构造强烈，以西断距小，构造作用相对较弱(图2)。

F0断裂近东西向沿盆缘展布，由十红滩西部的苏巴什延伸到白咀山以东，断续延伸近80 km，为南倾推覆型断层。大部分地段直接暴露地表，在十红滩地段被盖层覆盖。在苏巴什南疆公路边可以见到石炭系逆冲到古近系鄯善群之上。Fj2断裂位于十红滩矿床北矿带以北，为雷达影像解释成果，地震资料亦有反映。在地表无明显迹象，产状、性质不明。Fg2、Fg10断裂为地震解释成果，方向主要为近南北向，均表现为压扭性断裂，在铀矿勘查剖面地层对比中有明显反映，但在地表无明显显示。这些断裂总体规模较小，对区内地质构造格局、地层产状、层间氧化带影响不大。

3 构造对矿床控制作用分析

在一些产铀的中、新生代盆地边缘，往往呈现出长达几十公里至几百公里的构造斜坡带，尽管斜坡带各处有利于铀成矿的条件基本相同，但铀矿床并不连续出现，究其原因在与斜坡带各地段的局部构造的不尽相同(徐高中，2003)。由于各种局部构造的性质特征、分布范围及所处位置等参数不同，决定了该构造中地下水富水性、渗透性和径流方向上的差异。层间氧化带砂岩型铀矿床是承压含水层中地下水与围岩进行相互作用的结果，地下水的水动力特征控制着铀矿床的形成与分布(刘金辉等，2002)。

具有一定规模并长期稳定的单斜构造是形成层间氧化带砂岩型铀矿床最基本的条件，这是因为只有这种单斜构造才能保证来自于蚀源区的含氧、含铀大气降水渗入补给容矿层，保证层间氧化带的持续发育和有足够的铀在层间氧化带前锋线富集形成工业铀矿化。艾丁湖斜坡带的主要沉积盖层为侏罗系，尤其是中侏罗统西山窑组的河流相砂体具有延展性好、疏松、透水的特征，砂体上覆、下伏的湖相泥岩和沼泽相煤层，隔水性能好，构成良好的隔水顶、底板，非常利于层间水的径流，即这种沉积建造特征为层间氧化带及其铀矿化的形成提供了有利的作用空间(乔海明，2002)。燕山晚期的南北向弱挤压运动，致使觉罗塔格山隆升，侏罗系抬升遭受剥蚀，从南向北依次出露下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组第一、二、三、四岩性段，形成了艾丁湖斜坡带，倾斜总体为NE。这时，吐哈盆地气候趋于干热，觉罗塔格山作为吐哈盆地南缘地下水的主要补给源，含氧含铀水通过侏罗系在地表的露头，补给侏罗系承压含水层，地下水沿地层倾斜方向径流，发生层间氧化作用，在西山窑组中形成与盆缘近乎平行的SE向层间氧化带以及81～104 Ma的铀矿化。这一过程直到古新世的红色泛盆沉积才结束，持续时间大约50 Ma(图3)。

古近系末期，吐哈盆地气候更加干燥，降雨量更加稀少，每年不足20 mm。受近南北向区域挤压应力的影响，十红滩地区北西西向，北东向基底断裂复活，在总体构造斜坡带的基础上，形成南北分带、东西分块的构造格局(傅成铭等，2006)。在南矿带形成了十红滩背斜，致使靠近背斜东西两翼的地层分别向东、向西倾斜，由于十红滩背斜核部遭受剥蚀，侏罗系含水层与第四系含水层导通，发生水力联系，含水层间进行垂向补给，增加了局部地段地下水的补给量，地下水径流方向由南北向转变为由西向东和由东向西，水力坡度加大，径流速度增加。层间氧化带延伸方向也由SE向改变为近南北向，形成了环绕十红滩背斜的南矿带。即该背斜作为水文地质窗(局部补给源)，增加局部地段地下水的补给量，加快地下水的径流速度，促使了层间氧化带的形成，对南矿带的形成与空间定位具有非常重要的控制作用。

与十红滩背斜同期形成的鹰嘴崖断裂在十红滩矿床形成过程中发挥了双重作用。首先由于该断裂的发育，形成了该区另一个水文地质窗，加快了断裂以南地下水动运动速度，作为局部排泄源促使了南矿带的形成。其次由于断裂南盘逆冲上升，白垩纪形成的层间氧化带向前推进，致使十红滩背斜以东古近系、西山窑组第三岩性段全部、第二岩性段上部(向东过渡为第一岩性段)遭受剥蚀，残留的西山窑组第二岩性段(向东为第一岩性段)容矿层全部被氧化，原来形成铀矿化被破坏，越过鹰嘴崖断裂，作为局部补给源，通过不整合面和断裂构造形成的张裂隙补给西山窑组第一、二、三岩性段含水层，形成了与鹰嘴崖断裂近于平行的X1，X2，X3层间氧化带，控制了北矿带的形成和定位。

图3 十红滩地区白垩纪层间氧化带前锋线位置推测图Fig.3 The position prognosis map of interlayer oxidized zone front in Cretaceous Period in Shihongtan1.中侏罗统西山窑组第四岩性段；2.中侏罗统西山窑组第三岩性段；3.中侏罗统西山窑组第二岩性段；4.中侏罗统西山窑组第一岩性段；5.下侏罗统三工河组；6.下侏罗统八道湾组；7.上石炭统迪哈儿组；8.不整合接触界限；9.地层界限；10.推测地下水流向；11.推测西山窑组第一岩性段层间氧化带前锋线；12.推测西山窑组第二岩性段层间氧化带前锋线；13.推测西山窑组第三岩性段层间氧化带前锋线；14.推测铀矿带

水文地质孔抽水试验发现十红滩背斜东翼南矿带含矿含水层的渗透系数为0.14～0.53 m/d，单位涌水量为0.008～0.162 L/(m·s)(乔海明等，2005)，南矿带西翼含矿含水层的渗透系数为0.045 m/d，单位涌水量0.003 8 L/(m·s)，即背斜东翼地下水径流速度和富水性大于西翼。造成这一结果的原因与鹰嘴崖断裂在十红滩背斜东西两侧构造强度相对强弱有关，即背斜以东的构造强度稍强于背斜以西。这从背斜以西存在西山窑组第三岩性段，而背斜东侧完全被剥蚀以及该断裂在地表的出露情况可以看出。由于水动力的相对差异性，导致背斜以东南矿带向南延伸的长度明显大于西翼，而且也使背斜西侧西山窑组第二、三岩性段层间氧化带没有越过鹰嘴崖断裂而在其南侧发育，同时控制了这中矿带定位于鹰嘴崖断裂以南地区。

中新统末至今，尽管盆地北部发生强烈的挤压抬升和逆冲断褶构造，但是盆地以南基本处于缓慢抬升过程，基本保持了前期的构造格局，该阶段铀的成矿作用以叠加富集作用为主。

4 结论

局部构造是通过影响局部范围内地下水水动力条件，控制层间氧化带的展布及其铀矿床的形成和空间定位的，尤其是在干旱少雨的地区，局部构造能发挥局部富水作用和导水作用，促使中新生代盆地层间氧化带砂岩型铀矿床的形成。铀矿化可以定位于局部构造形成的水文地质窗上游，也可以是下游。单斜构造是形成层间氧化带砂岩型铀矿床的最基本条件，配合其上发育的断裂构造、背斜构造等更能促使该矿床的形成。在中新生代盆地进行该类型矿床勘查过程中，要特别重视局部构造分析与研究，其对矿床勘查工程部署、提高找矿成果具有重要的指导意义。

傅成铭，邱林. 2006.吐哈盆地十红滩铀矿床构造特征及其与铀矿化时空关系研究[J].新疆地质， 24(2):192-196.

古抗衡，陈祖伊. 2010.正向构造对层间氧化带砂岩型铀矿成矿和定位的控制[J]. 铀矿地质， 26(6):361-354.

刘金辉，孙占学，陈功新. 2002.新疆伊犁盆地512 矿床水文地球化学特征[J].华东地质学院学报,25(4):271-274.

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乔海明.2002.738铀矿床碳酸盐产出特征及成因机制探讨[J].华东地质学院学报,25(2):128-131.

徐高中. 2003.吐哈盆地南缘构造演化及其对层间氧化带砂岩型铀矿成矿作用的控制[J].铀矿地质，19(3)：137-147.

The Ore-controlling Structures and Ore-controlling Mechanism of Interlayer Oxidation Zone Sandstone Type Uranium Deposit in Shihongtan of Turpan-Hami Basin

QIAO Hai-ming, SONG Zhe, LIU Zhi-guo

(NO.203 Research Institute of Nuclear Industry,Xianyang,SX 712000,China)

The Shihongtan uranium deposit is the interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit,and this uranium deposit generated in Aiding Lake slope in southwest margin of Turpan-Hami basin. The paper analyzes the relationship between the deposit and the local structure,and thinks that based on controlling hydrodynamic conditions of partial area, not only the development and the distribution of interlayer oxidation zone but also the formation and spatial location of uranium mineralization is controlled by the local structure.It indicates that monoclinal structure is the most fundamental conditions to form this type uranium deposit, the fractures and anticlines in the monoclinal structure can cause the formation of interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposits by changing the characteristics of partial groundwater.The study is conducive to exploring and improving ore-prospecting results by strengthening the analysis and research of local structure.

interlayer oxidation zone; sandstone type uranium deposit; hydrodynamic; structure; Shihongtan

2015-11-21

国家自然科学基金项目(4172254)；国家重点基础研究发展规划项目(2003CB214604)

乔海明(1963—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要从事铀矿地质研究。E-mail:qhm1963@aliyun.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.03.003

P619.14

A

1674-3504(2016)03-0217-06