伊犁盆地南缘局部排泄源对铀成矿的影响

逄 玮， 康 勇， 王 冰

(核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011)



伊犁盆地南缘局部排泄源对铀成矿的影响

逄 玮， 康 勇， 王 冰

(核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011)

局部排泄源是地下水的局部泄水天窗，其成因大致可分为两类，一类是产生于构造动力的泄水天窗，另一类是由承压含水层顶、底板隔水层沉积缺失而引起的泄水天窗。在分析区域地质背景的基础上，结合遥感影像资料，分析了研究区因构造动力而产生的局部排泄源的分布特征。分析了局部排泄源对水动力条件、层间氧化带、铀矿体的空间定位关系等的影响。局部排泄源缩短了地下水的径流距离，对铀成矿有利。研究区隐伏性承压层间水排泄源对层间氧化带、地下水水文地球化学特征及矿体的定位均产生了较大的影响。构造动力成因的局部排泄源本身就是一把双刃剑，它既能助推铀矿带发育形成，也会对已形成的古矿床造成毁灭性的破坏。

伊犁盆地南缘；局部排泄源；成矿年龄；隐伏断裂

逄玮，康勇，王冰.2016.伊犁盆地南缘局部排泄源对铀成矿的影响[J].东华理工大学学报：自然科学版，39(3)：253-258.

Pang Wei, Kang Yong, Wang Bing.2016.Effect of local discharge sources in the southern Yili basin on uranium mineralization[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(3)：253-258.

中亚独联体五国几大铀矿域的铀矿化层位不尽相同，北哈萨克斯坦铀矿域矿化层位为志留-泥盆纪火山岩和沉积-变质岩；伊犁铀矿域为侏罗纪含煤岩系和早第三纪砂岩；中克兹库尔姆、楚萨雷苏和锡尔达林三个铀矿域为白垩-第三纪砂岩；费尔干纳铀矿域为早第三纪碳酸岩；曼格什拉克铀矿域为早-晚第三纪泥岩(姚振凯等，2000)。其中伊犁铀矿域是中国和哈萨克斯坦共同组成的跨国性铀矿域。1950年代至今的勘查工作显示，位于新疆西部伊犁盆地找矿类型已经由早期的煤岩型铀矿转变为主攻砂岩型铀矿；赋矿层位集中于中新生代侏罗系含煤岩系内；层间氧化带向盆地腹地推进的距离不长(平均推进长度约3～5 km)，并且随水动力条件的变化而变化(康勇等，2012)；水动力条件明显弱于中亚矿床推动层间氧化带向数公里乃至数十公里纵深推进的强水动力条件；含矿砂岩厚度介于10～30 m之间；成矿年龄要远远小于中亚几大铀矿域的成矿年龄，中亚矿床的成矿年龄最大为410～350 Ma，最小为50～60 Ma(姚振凯等，2000)，伊犁盆地矿床内的铀成矿期可分为四个期次：108～66 Ma、51～30 Ma、12～4 Ma、后生富集阶段则小于1 Ma①张占峰，蒋宏，李家金，等. 2009.新疆察布查尔县蒙其古尔铀矿床P0～P31线详查地质报告[R].核工业二一六大队.。研究区成矿作用一直延续至今，但层间氧化带发育的距离较短，不像中亚矿床持续滚动向盆地中心推进。推测研究区存在局部的排泄源。

1 区域地质背景

伊犁盆地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，该微地块除南天山外，总体上属于准噶尔-哈萨克斯坦板块，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大型内陆山间拗陷盆地。盆地夹持于科古琴-博罗霍洛-依连哈比尔尕陆内裂陷造山带(北天山)和哈尔克-那拉提板块俯冲碰撞造山带(南天山)之间，是在元古界和古生界基底地块基础上发展起来的裂陷-拗陷复合型盆地。盆地整体上呈西宽东窄的楔形，向西延伸入哈萨克斯坦境内，“广义的伊犁盆地”(包括尼勒克和昭苏盆地)在中国境内的面积为2.85万km2(张国伟等，1999)。

伊宁凹陷即为“狭义的伊犁盆地”，为呈近东西展布的向斜状盆地，向斜轴部位于伊宁市以南，北翼窄，南翼宽。后期构造运动的不均匀性决定了凹陷呈北强南弱、东强西弱的箕状断陷构造特征，向东、南两个方向抬升，可分为北部断隆带、中央洼陷带和南部斜坡带三个基本构造单元(图1)。

图1 伊宁凹陷南北向横剖面图(据石油系统资料)Fig.1 South and north cross-sectional view of Yining depression(according to the petroleum system data)1.第四系及新近系；2.古近系；3.白垩系；4.侏罗系；5.三叠系；6.二叠系；7.石炭系；8.志留系；9.断裂

南部斜坡带是伊宁凹陷内构造相对稳定区，中新生代地层在每个断阶上总体呈向北缓倾的单斜构造，地层发育较齐全。斜坡带东、西段后期构造活动，尤其是新构造运动强度有明显差异，西部构造活动较弱，为向北缓倾的单斜构造；东部构造活动强烈，由一系列排列紧密的背、向斜组成，断裂发育，局部中新生界在山前倒转产出。遥感影像和CSAMT测量解译成果表明：盆地南缘铀矿田处于南缘控盆断裂和向盆内约8～10 km的隐伏大断裂所夹持的断阶上，该隐伏断裂与盆地南缘铀成矿关系密切，是地下水补径排体系的重要组成部分①。

2 局部排泄源的成因

局部排泄源区别于区域排泄源，其受次一级水文地质单元的水动力条件控制，含义是指地下水在区域流动过程中由于局部减压区的存在，使承压水向上排泄出地表或排泄于上部含水层中的现象(李学礼，1998)。笔者认为研究区局部排泄源可分为两类，一是产生于构造动力的泄水天窗，标志是有上升泉(群)、矿化度增高点，或者是有氡及其子体异常(孙泽轩，1999)；另一种是由于承压含水层顶、底板隔水层沉积缺失而引起的，如蒙其古尔铀矿床的层间越流。研究区山前冲沟发育，野外路线水源点的调查过程中发现，山前冲沟中常发育有泉，不同性质的泉点指示了不同含水层地下水的减压位置，即局部排泄源。本文旨在进一步明确研究区含矿含水层与构造动力有关的泄水天窗，重点研究其成因、发育位置及对铀成矿的影响。

研究区西起洪海沟东至达拉第存在一条隐伏断裂带，遥感解译资料中该断裂为一条深色的条带，大致在东光乡三大队(阿尔玛勒)-下扎基斯坦村-二大队牧业队-前进大队四小队一线，该断裂不涉及地表②师志龙，王新华，段新生，等.2006.新疆察布查尔县扎吉斯坦-洪海沟地段铀矿预查报告[R].核工业二一六大队.。CSAMT测深资料和阿尔玛勒地区ZKA047孔资料显示：该断裂为一高角度逆冲推覆断层，断面向南倾。另外ZK257124钻孔资料显示，该断裂切割较深，几乎完全切穿了研究区主要产矿层，岩心挤压、揉碎的现象较严重，多处可见滑动面(图2)。受沿断裂带上升氧化性地下水的长期侵蚀，钻孔中断裂切穿部心见厚度较大的氧化色(以褐红色、褐黄色为主)泥岩。由于该断裂为压拗性，总体上具有阻水性，因此不能构成研究区产铀矿层地下水的区域排泄源。但上述研究资料表明，该断裂衍生出了串珠状的泉和隐伏富水带，这对研究区产矿层地下水局部径流形态产生了较大的影响。

图2 乌库尔其地区257线水文地质剖面图Fig.2 NO.257 line hydrogeological profile in the area of Wukuerqi1.第四系；2.新近系；3.侏罗系头屯河组；4.第四系松散堆积层；5.泥岩；6.砂岩；7.煤层；8.断层；9.层间氧化带；10.地下水流向。

由于该断裂是一条隐伏的阻水断裂，由断裂衍生出的多个局部泄水天窗，很难通过地表路线地质调查完全识别存在于深部的隐伏富水带。笔者综合研究遥感、钻孔资料及地表发育的泉水等资料认为，上述泄水点主要分布在东曼里(512矿区)以北、乌库尔其-扎基斯坦以北、阿尔玛勒(以泉的形成排泄)等地区。这些串珠状的富水带和泉点构成了研究区产矿层地下水局部排泄源(图3)。

图3 研究区局部排泄源分布特征Fig.3 Distribution characteristics of the local discharge source in the study area1.第四系；2.新近系；3.侏罗系；4.三叠系；5.二叠系；6.花岗岩；7.山区沉积岩水文地质亚区；8.河流；9.地下水流向；10.局部排泄源；11.钻孔及编号

3 局部排泄源对铀成矿的影响

局部排泄源控制和改变了层间水运动方式，进而改变矿体的定位规律(邓平，2001)。局部排泄源对铀成矿的影响表现在对水动力条件、层间氧化带的控制作用，以及对成矿水文地球化学条件、铀元素迁移的控制作用等。

3.1 局部排泄源对水动力条件、层间氧化带的控制作用

研究区局部排泄源的形成后，地下水局部运移速度加快、运移方向发生变化，局部地区地下水径流距离由原来的数十公里缩短至10～12 km。局部排泄源对地下水的改造、控制作用明显，地下水也由缓慢分散平移，转而向排泄通道汇聚运移，促使排泄源上游产铀矿层中地下水水交替频度升高。任满船等的一项研究充分证明了这一点：伊犁盆地南缘侏罗系含矿层早期地下水单期交替强度为1 135.89次，侏罗系晚期至白垩系，侏罗系含矿层地下水的交替强度明显增加，为1 957.87次，新近系至第四系侏罗系含矿层地下水的交替强度为2 036.09次(任满船等，2011)。

经过含氧成矿流体长期氧化性侵蚀，原生灰色含矿地层发育逐渐形成层间氧化带，氧化带前锋线始终处于动态平衡，其走向总体垂直于地下水的流向。当局部排泄源位于氧化带前锋线的上游时，对层间氧化带没有明显的改造作用。当局部排泄源位于氧化带前锋线的下游时，层间氧化带前锋线动态平衡在局部以较快的速度被“打破”，早先形成的层间氧化带前锋线在局部遭到突破，平面上突破纵深取决于局部排泄源窗的大小、成矿流体的能量、运移通道的透水性等因素。研究区乌库尔其地区，层间氧化带前锋线越过局部排泄源，产铀矿层砂岩以氧化性砂岩为主，如钻孔ZK257124、ZK417171，甚至位于排泄窗的泥岩也被氧化，如ZK257124。说明局部排泄源具有较强的氧化性。而阿尔玛勒地区局部排泄源附近的泉水中H2S的含量较高，表明局部排泄源地下水处于还原环境。

3.2 局部排泄源对铀成矿水文地球化学条件及铀元素迁移的影响

研究区产铀矿层水文地球化学条件由补给区至排泄区呈规律性变化。氧化带继承了补给区地下水、地表水特征，富含氧。地下水表现为低矿化度的HCO3-离子型中性淡水，矿化度不高为0.17～0.66 mg/l，pH值为7.06～8.60，Eh值253～804 mV，水中铀含量较高为2.6～1 200.0 g/L，其它指标(如溶解氧O2、Fe3+/Fe2+比值)含量较高，地下水表现为氧化型。当地下水迁移至氧化还原过渡带时，水中自由氧耗尽，pH值和Eh值降低，铀矿物富集沉淀(刘杰等，2013)。研究区地下水迁移至还原带时，水中HCO3-离子的含量大幅下降，地下水的矿化度升高为1.10～3.20 mg/L，水质类型以SO42-·Cl-或Cl-离子型为主，Eh值为-118 mV，水中几乎不含自由氧，水中铀含量大幅降低至1.5 g/L，地下水表现为较强的还原性。乌库尔其地区局部排泄源附近地下水水化学参数为：H2S含量较低，为0.08 mg/l，水中铀含量为1.13×10-6～4.22×10-6g/L，矿化度不高为0.35～0.72 g/L，pH值为6.46～7.30，地下水呈氧化性，地下水中的铀含量明显高于还原带。上述水文地球化学数据表明局部排泄源形成之后，新的径流通道也随之形成，排泄源上游的地下水快速向新的径流通道汇聚。来自上游大量的氧化水“越过”平衡障碍向排泄源运移，早期的地下水水文地球化学动态平衡被打破，局部排泄源的地下水水文地球化学特征发生转变，地下水中的铀含量比早先还原环境下有所提高。

3.3 局部排泄源对矿体空间定位的影响

局部排泄源和铀矿化经过四个阶段的演化后，局部排泄源最终表现为氧化型和还原型两种类型(刘金辉等，2003)。研究区由局部排泄源控制的铀矿体，往往“游离”于矿床某一特定含矿层的主矿体之外。氧化型局部排泄源：乌库尔其铀矿床三工河组下段工业铀矿体呈舌状向北西伸出，矿体及层间氧化带发育的位置、形态均发生了偏离(图4)；另一个例证来自于蒙其古尔铀矿床由越流形成的工业铀矿体(康勇等2010)。还原性局部排泄源：阿尔玛勒地区，局部排泄源含较高浓度的H2S气体，表现为还原性质，铀矿化位于局部排泄源的上游。

图4 乌库尔其铀矿床排泄源与铀矿体的空间定位关系Fig.4 The relationship between discharge source and uranium ore body of Wukurqi uranium deposits1．基岩；2．逆断层；3．推断断层；4．性质不明断层；5．三工河组段层间氧化带前锋线；6．钻孔；7．勘探线及编号；8．铀矿体

图5 局部排泄源与铀矿体的空间定位关系Fig.5 Spatial orientation of local discharge source and uranium ore body A、C为还原性局部排泄源；B为氧化性局部排泄源；D为残留铀矿化；1．隐伏断层；2．补给区；3．层间氧化带前锋线；4．铀矿体；5．铀矿化；6．局部排泄源；7．地下水流向

局部排泄源的形成和演化过程中，地下水和局部排泄源本身的水化学环境均发生缓慢变化，而铀矿体的最终空间定位关系取决于局部排泄源的氧化(还原)性质。当局部排泄源表现为还原环境，地下水中铀含量较低时，铀矿体位于局部排泄源的上游，并且铀矿体沿地下水流向发育宽度较大；当局部排泄源表现为氧化环境，地下水中铀含量较高时，铀矿化位于局部排泄源附近或者下游，局部排泄源上游往往有残留铀矿化存在(图5)。

综上所述，研究区由构造而引起的局部排泄源，缩短了地下水的径流距离，促进了铀矿体的多次叠加、富集，对铀成矿有利。根据研究区的水动力条件和含水层厚度，笔者认为合理的径流距离应当不超过15 km，所以并非径流越短就越好。大部分局部排泄源起因于构造，若构造活动较强烈，产矿地层被构造分割成若干小块，地下水排泄于地表，则对铀成矿不利。盆地北缘就是一个极好的例证。盆地北缘构造切割强烈，产矿地层经构造作用掀起、剥蚀，沿构造发育走向能发现串珠状的排泄于地表的泉水点，水样分析结果表明这些泉水点往往铀浓度较高，尤其是位于铀矿化点附近的侏罗系泉水。但在泉水点上游的径流区常发现一些零星的铀矿化点，却很难找到成规模的铀矿体。此外由各地质体明显偏高的钍铀比值(0.83～12.71)，不难发现从蚀源区到径流区普遍存在铀元素被活化迁移的现象。这就是说由于径流距离过短，铀元素不但没有在地层中聚集成矿，相反早期地层中预富集的铀矿化被地下水侵蚀带出。因此，构造排泄源本身就是一把双刃剑，它既能助推铀矿带发育形成，也会对已形成的古矿床造成毁灭性的破坏。

4 结论

(1)研究区由断裂而形成的局部排泄源主要分布在东曼里以北、乌库尔其-扎吉斯坦以北、阿尔玛勒(以泉的形成排泄)等地区，与隐伏断裂的形成密切相关。

(2)局部排泄源使得地下水局部运移速度加快、运移方向发生变化，局部地区地下水径流距离由原来的数十公里缩短至10～12km，从而使的排泄源上游产铀矿层中地下水水交替频度升高。

(3)来自局部排泄源上游大量的氧化水打破了早期的地下水水文地球化学障，局部排泄源自身的地下水水文地球化学特征发生转变，地下水中的铀含量比早先还原环境下有所提高。

(4)矿体的最终空间定位关系取决于局部排泄源的氧化(还原)性质。当局部排泄源表现为还原环境，地下水中铀含量较低时，铀矿体位于局部排泄源的上游，并且铀矿体沿地下水流向发育宽度较大；当局部排泄源表现为氧化环境，地下水中铀含量较高时，铀矿化位于局部排泄源附近或者下游，局部排泄源上游往往有残留铀矿化存在。

(5)构造排泄源本身就是一把“双刃剑”，它既能助推铀矿带发育形成，也会对已形成的古矿床造成毁灭性的破坏。

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Effect of Local Discharge Sources in the Southern Yili Basin on Uranium Mineralization

PANG Wei, KANG Yong, WANG Bing

(Geologic Paty No.216，CNNC，Urumqi，XJ 830011，China)

Local discharge source is the drainage skylight of groundwater. The causes can be roughly divided into two categories, one kind of drainage skylight is produced in the tectonic dynamics, another kind is caused by sedimentary gap of the top or bottom of the confined aquifer. Based on the analysis of regional geological background, combined with the remote sensing image data. Analyzes the distribution characteristics of the local discharge source generated by the tectonic dynamics. The effects of local discharge source on hydrodynamic condition, interlayer oxidation zone and the orientation of uranium ore body.Local discharge source shortens the runoff distance of groundwater, which is favorable for uranium mineralization. In the study area, the buried water discharge of confined water between layers has a great influence on the interlayer oxidation zone, the geochemical characteristics of the groundwater and the orientation of the ore body. Local discharge source caused by tectonic dynamics is a double-edged sword.It can promote the formation of uranium ore belt, and can also cause devastating damage to the ancient deposits has been formed.

southern margin of Yili basin;local discharge source; mineralization age; buried fault

2016-03-13

中国地质调查局项目“新疆伊犁盆地南缘可地浸砂岩型铀矿远景调查”(1212011220775)

逄 玮(1966—)，男，工程师，主要从事铀、煤矿勘探及矿山安全工作。E-mail:pangwei216@126.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.03.008

P612；P548

A

1674-3504(2016)03-0253-06