吐哈盆地大南湖地区砂岩型铀矿层间氧化带发育及其地球化学特征

刘治国，殷栋法，乔海明，尚高峰，杨兴

(1.核工业二○三研究所 咸阳 712000； 2.中煤地质工程总公司 北京 100040)



吐哈盆地大南湖地区砂岩型铀矿层间氧化带发育及其地球化学特征

刘治国1，殷栋法2，乔海明1，尚高峰1，杨兴1

(1.核工业二○三研究所 咸阳 712000； 2.中煤地质工程总公司 北京 100040)

吐哈盆地是我国西北地区一个重要的铀成矿基地，已经在北矿带、南矿带、八仙口等地段发现了工业矿床。盆地南缘东段地区是非常重要的成矿潜力区，通过对大南湖地区开展钻探工作，发现了部分铀矿化现象。经过野外岩心观察、综合剖面研究及元素分析，认为该地区可划分为氧化带、氧化还原过渡带、原生岩石带，从氧化带到原生岩石带，C有、Fe3+/Fe2+值、∑S具有从低变高的趋势；利用现代分析测试手段研究了不同岩石带内常量元素、特征元素和微量元素的地球化学特征，结果显示CaO、K2O、Na2O、MnO等活泼碱性金属在铀矿石中富集，V、Sc、Ga元素与铀、钍含量具有正相关性。为研究区砂岩型铀资源的进一步扩大提供了理论依据。

吐哈盆地; 层间氧化带;砂岩型铀矿;地球化学特征

0 前言

吐哈盆地是我国西北地区一个重要的铀成矿基地，已经在北矿带、南矿带、八仙口等地段发现了工业矿床。

为了扩大吐哈盆地砂岩型铀矿找矿成果，向盆地东南部开展工作十分有必要。

本次工作研究区位于新疆哈密盆地南缘东段，西自大南湖凹陷乔儿塔格，东至红岭坡，南界觉罗塔格山，北限于南湖凸起一线，东西长约60km，南北宽10～20km，总面积约900km2。行政区划隶属新疆维吾尔自治区哈密市管辖(图1)。

1 层间氧化带分带发育特征

层间氧化带是地下承压水对渗透性质不同的岩层长期进行逐渐淋滤、渗透、氧化作用的结果，具有较明显的地球化学分带现象。

通过对大南湖地区钻探施工和分析，根据该区层间氧化带中岩石矿物成分的变化、颜色，低价铁矿物的转变，炭屑、有机质的存在情况及Fe3+/Fe2+、S全等地化参数分析对比， 对该地区层间氧化带的分带发育特征进行了研究。

图1 工作区交通位置图Figure 1 Traffic position map of study area

为了深入研究该地区层间氧化带发育特征、探索其与砂岩型铀矿成矿的关系，结合钻探工程施工，绘制了该地区184号勘探线的剖面图(图2)。发现该区层间氧化带较为发育，大致为5层，呈条带状发育特征，各氧化带之间具备明显的分隔层。研究认为，该区层间氧化带整体上可大致划分为氧化带、氧化-还原过渡带和原生岩石带，但层间氧化带的严

格分带规律并不明显。

1.1 完全氧化带

一般情况下，根据岩石的颜色大致可以分出完全氧化亚带和不完全氧化亚带(图3)，但具体界线难以区分。

完全氧化亚带岩石主要表现为褐黄色、浅褐黄色，间或夹浅玫瑰红色，带的上、下两侧有时可见褪色蚀变成灰白色， 岩石内低价铁矿物(如黄铁矿、菱铁矿)全部或大部分氧化。完全氧化带主要发育于透水性好或较好的岩石中，部分由于地下水的后期改造出现钙质胶结，但岩石仍表现为褐黄色等。通过分析发现，岩石中有机质质量分数C有为0.02%～0.74%，平均为0.16%；Fe3+/Fe2+值为1.07～7.40，平均为4.35、∑S为0.01%～0.25%，平均值为0.04%。

1-煤；2-泥岩；3-粉砂岩；4-细砂岩；5-中砂岩；6-粗砂岩；7-砾岩；8-伽玛曲线；9-层间氧化带；10-推测铀矿体图2 184号勘探线地质剖面图Figure 2 Geological section of Line No.184

图3 144线层间氧化带分带特征图Figure 3 Line 144 interlayer oxidized zone zoning features

不完全氧化亚带岩石主要呈深浅不一的褐黄色、黄色、浅黄色或灰色带黄色、褐黄色晕斑，局部可见未彻底氧化的褐铁矿结核、不完全氧化的炭屑或炭屑，不完全氧化带主要发育于层间氧化带的前端，在层间氧化带两翼也可以出现。

该带可形成铀矿化或异常，含矿化砂岩颜色均为褐黄色。岩石中有机质含量C有为0.02%～0.74%，平均为0.23%；Fe3+/Fe2+值为1.31～4.61，平均为3.16；∑S为0.01%～0.07%，平均值0.02%。

1.2 氧化-还原过渡带

过渡带位于层间氧化带的前端及两翼。岩石多为疏松的深灰色、灰色、灰白色，有时为淡黄色或呈含黄色斑点、色晕的灰黑色矿石。黏土化蚀变较发育，主要为高岭土化，次为伊利石化；多见粉末状、微粒状黄铁矿、粉末状炭质物；矿石中存在大量吸附沥青铀矿；在某些钻孔中也可见到弱氧化矿化岩石，其特点是在灰色矿化段常见到黄色斑点、色晕。过渡带岩石有机物质量分数C有为0.07%～0.75%，平均0.34%；Fe3+/Fe2+值为0.77～6.55，平均为3.05；∑S为0.16%～3.66%，平均值为1.31%。

1.3 原生岩石带

由灰色、浅灰色、灰白色砂岩、含砾砂岩、砂质砾岩等组成。岩石中黄铁矿、炭屑物、菱铁矿、黑云母未发生明显变化，仅见长石及黑云母有轻微的水解现象。

其岩石中有机质质量分数C有为0.22%～1.19%，平均为0.60%；Fe3+/Fe2+值为0.56～1.80，平均值为1.24；∑S 0.03%～0.05，平均值为0.04%。

1.4 层间氧化带与铀矿化的关系

研究区内的铀矿化现象与层间氧化带发育存在直接的成因关系，铀矿化类型属层间氧化带型铀矿化。富氧水在层间运移的过程中，浸取所径流目的层中的铀元素形成富铀含氧水，富铀含氧水在向前运移过程中，随着自由氧的不断消耗，遇富还原介质的地球化学障，在还原地球化学障附近铀元素被还原沉淀，进一步富集后，形成铀矿化或铀异常。即铀矿化形成于氧化-还原过渡带；空间上，氧化-还原过渡带位于层间氧化带前锋线及距前锋线不远的层间氧化带的上、下翼。

2 层间氧化带地球化学特征

2.1 岩石化学成分

为了研究岩石化学成分，针对研究区大南湖地区后生氧化蚀变岩石、未蚀变原生灰色岩石及氧化还原过渡带附近的异常岩石(或矿石)进行了取样及化学成分分析工作，分析结果(表1)显示：

①SiO2含量在氧化岩石中最高，在铀矿石中次之，在原生灰色岩石中最低，其平均质量分数分别为77.75%、70.99%、64.71%，说明在后生蚀变过程中SiO2出现迁移或富集；②Al2O3在氧化带中含量最低，矿石带次之，原生灰色带最高，平均质量分数分别为10.55%、10.63%、14.51%， 反映了Al2O3地球化学性质比较活波，在蚀变岩石和矿石带带出，在原生岩石带沉淀现象；③TFe2O3、MgO在未蚀变原生灰色岩石中含量最高(3.04%、1.17%)，在后生氧化蚀变岩石中次之(1.75%、0.79%)，在铀矿石中最低(1.67%、0.64%)，反映了Fe2O3、MgO地球化学性质比较活波，有在氧化带、矿石带带出，在原生灰色岩石带有沉淀富集作用；④CaO、K2O、Na2O、MnO等活泼碱性金属均表现为在铀矿石中富集的地球化学现象；⑤P2O5则表现了相对稳定的的地球化学性质，各岩石带无明显的变化规律。⑥TiO2在氧化岩石中含量最低，矿石带次之，原生灰色带最高，平均质量分数为0.34%、0.39%、0.78%，与Al2O3有相同的地球化学性质。

图4 岩心氧化发育特征Figure 4 Core oxidation development features

%

注：样品分析由核工业203研究所分析测试中心完成，括号中数字为样品数。

2.2 特征元素地球化学特征

表2 氧化岩石特征元素化学分析结果表

注：样品分析由核工业203研究所分析测试中心完成

研究区特征元素分析结果(表2)表明：①U在氧化带中的含量最低，原生灰色岩石带中次之，氧化-还原过渡带最高，平均质量分数为3.03×10-6、7.15×10-6、80．61×10-6，说明含氧水将氧化岩石中的铀元素带入过渡带中；②Th由氧化带(7.39×10-6)、过渡带(8.08×10-6)到原生灰色带(8.34×10-6)中含量逐渐增高，但变化不大；③有机碳(orgC)在氧化带中含量最低，原生灰色带次之，过渡带最高，平均质量分数分别为0.23%、0.60%、0.64%，过渡带与灰色带含量几乎相等；④S在氧化带中的含量最低，原生灰色岩石带次之，过渡带含量最高，平均质量分数分别为0.02%、0.04%、0.51%，特高的硫含量与砂岩中的黄铁矿有很大关系，它与有机炭共同成为六价铀的还原物质；⑤Fe3+、Fe2+在原生灰色岩石中平均含量最高，无论是氧化带、过渡带还是原生灰色带Fe3+含量均比Fe2+含量高，与样品在干热气候中放置时间较长有关系；⑥Fe3+/Fe2+在氧化带中平均值为3.16，灰色带和原生还原带中平均 质量分数分别为1.59，1.24，具有较明显的由氧化到还原的比值降低的趋势，同时含矿岩石和异常岩石既有灰色也有黄色，对分析的结果也有一定影响。

2.3 微量元素地球化学特征

大南湖研究区70个样品做了微量元素化学分析，分析结果见表3，结果显示：

①V、Sc、Ga、Se均表现为在氧化-还原过渡带中含量最高，分别平均为76.24×10-6、11.87×10-6、17.25 ×10-6、0.67 ×10-6；在原生灰色岩石带次之，分别平均为60.60×10-6、9.45×10-6、13.91×10-6、0.07 ×10-6；在氧化岩石中最低，分别平均为40.30×10-6、5.25×10-6、9.9×10-6、0.05 ×10-6；反映了这些元素在氧化带带出，在氧化还原过渡带相对富集的地球化学特征，部分元素已经迁移至原生灰色岩石带。②V、Sc、Ga还表现出随岩石粒度变细含量增高的趋势，与铀、钍含量的变化具有一致性。③Se则表现出在氧化-还原过渡带随岩石粒度的变小，含量减少的趋势，在原生灰色岩石带随岩石粒度变小有不明显的增高。④Mo、Ge、Re元素表现出在原生灰、氧化带和氧化还原过渡带变化不大的地球化学特点。

表3 岩石微量元素化学分析结果表

注：样品分析由核工业203研究所分析测试中心完成

3 结论

1.大南湖地区具备较为明显的层间氧化带发育，整体上可大致划分为氧化带、氧化-还原过渡带和原生岩石带，但严格的分带界限并不明显；氧化带的发育有利于形成铀矿化的良好条件，与铀富集成矿密不可分。

2.通过取样分析，进一步研究岩石化学成分发现，氧化带的蚀变过程中SiO2出现过迁移或富集，Al2O3、TiO2则表现为在蚀变岩石和矿石带迁出，在原生岩石带沉淀的规律；CaO、K2O、Na2O、MnO等活泼碱性金属均表现为在铀矿石中富集的地球化学现象。

3.特征元素表现出了很强的分带性。U元素呈现出在地球化学分带中较为明显的从氧化带迁移、在过渡带富集的规律，铀元素的富集与有机炭、S有密切关系；无论是氧化岩石还是原生灰色岩石，总体上粒度越细，铀、钍含量越高；区内岩石原生地球化学类型为灰色-黑色，orgC含量0.60%，Fe3+/Fe2+=1.24还原能力强，有利于层间氧化带型铀矿床的形成。

4.微量元素V、Sc、Ga、Se呈现出了明显的分带分布特征，其中V、Sc、Ga表现出与铀、钍含量具有正相关性；Mo、Ge、Re则无明显分带分布特征。

[1]权志高,李占双.新疆十红滩砂岩型铀矿床基本特征及成因分析.地质论评[J].2002,48(4):430-436.

[2]权志高,张甲民,傅成铭,等.新疆哈密大南湖地区层间氧化带型铀成矿作用[J].西北地质.2011,44(4).

[3]陈绍藩, 王建永, 黄国龙, 等.吐哈盆地形成及其演化.世界核地质科学[J].2004,21(03):125-131.

[4]邵龙义, 高迪, 罗忠, 等.新疆吐哈盆地中、下侏罗统含煤岩系层序地层及古地理[J].古地理学报.2009,11(02):215-224.

[5]王正海, 焦养泉.吐哈盆地西南缘水西沟群沉积地球化学特征.煤田地质与勘探[J].2004,32(04):1-4.

[6]张连昌, 万博, 李文铅,等.新疆吐哈盆地南缘铜矿带含矿斑岩的地球化学及形成环境[J].岩石学报.2006,22(01):225-235.

Sandstone Uranium Ore Interlayer Oxidized Zone Development and Its Geochemical Features in Dananhu Area, Turpan-Hami Basin Its Geochemical Features in Dananhu Area, Turpan-Hami Basin

Liu Zhiguo1, Yin Dongfa2, Qiao Haiming1, Shang Gaofeng1and Yang Xing1

(1. No.203 Research Institute of Nuclear Industry, Xianyang, Shaanxi 712000; 2. China Coal Geological Engineering Corporation, Beijing 100040)

The Turpan-Hami Basin is an important uranium metallogenic base in Northwest China, and northern, southern and Baxiankou three pay grade ore belts have been found. The eastern sector of basin southern margin is an excellent metallogenic potential area. Through the drilling in the Dananhu area, has found some uranium mineralization phenomena. After field core observation, comprehensive sections study and elemental analysis have considered that the area can be partitioned into oxidized zone, redox transitional zone and primary rock zone, from the former to the latter, the Corg, Fe3+/Fe2+andΣShaveatrendfromhightolow.Usinguptodatemeansofanalysisandtestinghavestudieddifferentzonesmacroelement,eigenelementandmicroelementgeochemicalcharacteristics.TheresulthasshownthattheactivealkalimetalsincludingCaO,K2O,Na2OandMnOetc.haveenrichedinuraniumore;elementsV,ScandGahavepositivecorrelationwithuraniumandthoriumcontents.Thusthestudyhasprovidedfurtherexpandingofthesandstoneuraniumresourcesintheareawiththeoreticalbasis.

Turpan-Hami Basin; interlayer oxidized zone; sandstone uranium; geochemical characteristics

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.08

1674-1803(2017)05-0039-06

刘治国(1983—)，男，甘肃陇西人，2008年毕业于长春工程学院资源勘查工程专业，工学学士，长期从事砂岩型铀矿勘查与研究工作。

2017-04-01

文献标识码：A

责任编辑：宋博辇