准噶尔盆地喀木斯特地区砂岩型铀矿控矿因素

黄澎涛

(中煤地质集团有限公司 中国煤炭地质总局特种技术勘探中心，北京 100040)

准噶尔盆地是我国西北地区重要的含油气盆地[2-4]，同时也是铀矿远景区之一，具有较好的铀矿资源潜力[5]。自20世纪50年代以来，在盆地内开展的铀矿地质勘查工作取得大量的成果[6-8]。特别是从上世纪90年代开始，开展以主攻地浸砂岩型铀矿为目标的系统调查评价工作，并取得很好的找矿成果和科研成果[9-10]。但缺乏系统性的成矿模式研究和找矿模型建立。

喀木斯特地区砂岩型铀矿位于盆地东北部。前人对研究区砂岩型铀矿目的层岩石学特征及其成矿意义等方面开展了相关研究工作[11]，开展了层序地层划分对比和头屯河组沉积演化模式建立[12]，并研究分析了成矿条件与找矿方向[5]。笔者针对喀木斯特地区砂岩型铀矿的控矿因素开展深入研究探讨，为盆地东北缘层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式的建立奠定基础。

1 区域地质概况

1.1 区域地质背景

研究区地处准噶尔坳陷区东北缘，陆梁隆起之滴南凸起的东部边缘，东南紧邻克拉美利山(图1)。

区域内出露地层主要以上古生界泥盆系和石炭系为主，中新生界三叠系、侏罗系和新近系次之，第四系分布比较广泛。基底由结晶岩系和盖层褶皱系组成，显示出双重结构特征，盖层岩系经历了海西，印支，燕山和喜马拉雅四个构造旋回的演化。东准噶尔褶皱造山带为盆地的北东及东侧边界。

区域断裂发育，主要表现为三组不同走向的断裂体系，即北东东向、 北西-北西西向和东西向断裂。断裂存在多期活动，海西、印支期形成的北西-北西西向断裂切割上古生界；燕山期又进一步活动断开中生界和先期构造形成北东东向和东西向断裂。

图1 准噶尔盆地构造单元划分图(据参考文献[5]) Figure 1 Junggar Basin structural element partition map (after reference [5])

区域岩浆活动发育，多集中在研究区的东南部。主要为华力西中期一套中酸性侵入岩和全蚀变超基性岩，整体呈北西向展布；亦有少量加里东期中酸性侵入岩分布于东北一带。

1.2 区域放射性异常

区域放射性异常的铀高值区集中分布于北部卡拉麦里山至野马泉一带，并不严格受某一层位控制。其成因除了与该区地层中铀丰度较高有关外，还与这一地段断裂构造和岩浆活动发育以及接受了铀的叠加富集等因素密切相关。

铀偏高场在蚀源区严格对应于出露的海西期碱性花岗岩；在盆地中，多片团块状偏高晕圈均处在盆缘的侏罗系和白垩系中，具有后期淋积富集的特点。铀低值区集中分布于西缘和南段盆地区中部，形成一条明显的“L”型低值带，与第四系沉积低洼处的沙丘、沙窝及盐碱地相对应。此外，沿整个卡拉麦里深断裂带均表现为铀相对偏低，显示断裂破碎部位的铀被淋出。

钍的高值晕圈主要分布在东北部，与地槽褶皱带内的海西期花岗岩出露范围极为吻合，而且丰度梯度变化明显。钍低值区与铀低值区分布形态一致，也形成一条“L”型低值带，同时，在蚀源区中还无规律地分布多片钍低值晕圈，反映出区域中钍元素分布的不均匀性。

钾元素除在东北部出现几片严格受花岗岩控制的高值晕圈外，整个区域多为正常场，且梯度变化很小，表明区内地层中钾的分布是比较均匀的。

区域放射性强度有着相同的特点：随着粒级的增大，放射性强度呈现减小的现象；在同粒组的岩石中，随着泥质成份的增多，放射性底数有所增大，这两种现象可能与泥岩对放射性的吸附作用有关。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区内大部分为第四系所覆盖，第三系和侏罗系有少量出露。钻探揭露地层由老到新依次为侏罗系下统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)，侏罗系中统西山窑组(J2x)、侏罗系中统头屯河组(J2t)，侏罗系上统齐古组(J3q)、新近系中新统索索泉组(N1s)和第四系(Q)。其中下侏罗统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)和中侏罗统西山窑组(J2x)主要是一套曲流河相沉积的陆源碎屑岩，中侏罗统头屯河组(J2t)和上侏罗统齐古组(J3q)主要是一套辫状河相沉积的陆源碎屑岩，而中新统索索泉组(N1s)则主要是一套湖泊相沉积的泥岩和细砂岩组合。地层倾向北西，倾角约4°～7°，地层较平缓。

2.2 构造

研究区内构造较为简单，总体为一个东南部扬起、西北方向向下倾斜的单斜构造。

区内共有3条次级断裂。F1正断层位于东部，走向北北东，倾向北西，倾角约70°，落差100～300m，断层的两端延展至区外。F2正断层位于南部，规模较小，走向近东西，倾向南南东，倾角约70°，落差10m，断层向西延伸至区外。F3正断层位于北部，走向北北西，倾向北北东，倾角约60°，落差400～1 000m，断层的两端延伸至区外。

2.3 岩浆岩

研究区岩浆活动较不发育，地表未见有岩浆岩侵出，通过钻孔揭露深部八道湾组上覆华力西中期花岗岩。在东南外围一带，有华力西中期的斑状黑云母花岗岩和全蚀变超基性岩出露。

2.4 层间氧化带

研究区的氧化带呈条带状分布，为层间氧化带，上下隔水层明显。头屯河组煤层上部普遍发育氧化砂体，放射性异常主要分布于该层氧化砂体底部。平面上分布较为连续，厚度较大，自7.15～87.25m，平均厚度33.35m，沿着上下隔水层随着地层倾斜发育。目前尚未控制住氧化前锋带，有待进一步加强控制。另外西山窑组上部也有氧化带与铀矿化发育，值得高度重视。

氧化砂体普遍发育赤铁矿化、褐铁矿化和黄钾铁矾化等常见的氧化作用，且见有大量铁质结核。有些氧化作用不彻底时还留下残斑块，隐约可见流体氧化改造痕迹。

氧化砂体具有明显的分带特征，主要表现为发生强烈褐铁矿化蚀变的褐红色、紫褐色强氧化带和发生黄钾铁矾化蚀变的褐黄色、亮黄色、浅黄色弱氧化带，矿体多发育于氧化-还原过渡区域。

3 矿体(层)特征

3.1 含矿地层特征

研究区主要含矿地层产于头屯河组下段发育的一套砂体中。砂体顶部为绿色泥岩层，向下氧化砂体较为发育，多为氧化层，局部夹小层未氧化灰绿色钙质胶结砂岩层。

氧化层岩性为灰红色细砂岩、中砂岩，褐色含砾粗砂岩。自上而下由细变粗，表现为多(半)个正韵律组合，韵律之间多为冲刷接触关系。砂岩一般碎屑成分以石英为主，长石次之，分选较差-中等，次棱角-次圆状状，多为泥质胶结，较疏松，少量灰色钙质胶结。底部多为含砾粗砂岩-砾岩组合，砾石呈现出细砾-中砾-粗砾变化趋势，局部见巨砾，与下部西山窑组煤层呈不整合接触关系。

砂体厚度最薄处为5m，最厚处110m，一般厚度50m左右，平均厚度35m左右。整体上表现为东部沉积厚度较薄，由南东缘向北西缘总体埋深逐步加大，变厚。结合砂体放射性异常特征综合分析，砂体厚度与放射性异常存在明显的正相关，及砂体越厚，越容易形成矿化。

3.2 含矿含水层顶底板特征

含矿含水层上部见一层泥岩，厚约4～12m，为隔水层盖层；其上仍有2～3层泥岩层，厚1～6m，亦可以作为良好的顶板隔水层。这些泥岩层有效阻隔了含矿含水层与中新统含水砂岩层之间的水力联系。

其底部与下伏西山窑组接触面上分布有一层厚约2～6m的泥岩、碳质泥岩、砂质泥岩层及B1煤层；平均厚度较大，结构稳定。这些底板隔水层阻隔了含矿含水层与西山窑组含水层之间的水力联系。

3.3 铀矿体特征

铀矿体均发育于头屯河组下段层间氧化带内。矿体分为上层矿体和下层矿体，呈板状分布。

上层矿体分布范围相对较少，所占面积较小，大致呈东西向条带状分布于研究区东南部。南北延展约500m，宽约260m，平均厚度为2.90m，平均品位为2.683 1×10-4。

下层矿体较为发育，矿化程度高，分布范围广，品位相对较高。矿体厚度变化范围为1.10～3.50m，平均厚度为1.78m，矿体品位变化范围为1.208 2×10-4～8.081 2×10-4，平均品位为3.541 1×10-4。

3.4 矿石类型及矿石矿物

研究区矿石类型多为砂岩型，部分为含砂砾岩。铀矿石主要为富炭屑的含铀碎屑岩，少量为富黄铁矿的含铀碎屑岩。

矿石中铀矿物细小，主要存在于碎屑颗粒之间的填隙物中及颗粒表面蚀变的裂理、裂缝中。通过对铀矿物进行电子探针分析，铀矿物主要为铀石、钛铀矿，少量铁钛铀矿、钙铀矿。

3.5 围岩蚀变

研究区围岩蚀变发育，主要表现为碳酸盐化、石膏化、黏土化、赤铁矿化、褐铁矿化和黄钾铁矾化。其中黏土矿物的存在及其相互转化与砂岩型铀矿成矿密切相关。

4 控矿因素

控矿因素研究是找矿工作中最基本的工作内容之一。通过剖析控矿因素，能够把握矿床成矿机制及时、空上的产出及分布特征，并在此基础上总结成矿规律，进而指导找矿工作。

4.1 地层因素

4.1.1 赋矿层位

研究区赋矿层位为典型的含煤碎屑岩建造，含矿层位主要位于头屯河组下段，含矿主岩为辫状河河道及河漫亚相的岩屑砂岩和长石岩屑砂岩。砂体厚度适中，一般厚度在20m以上，粒度粗，渗透性好。赋矿层位具较稳定的泥-砂-泥互层结构，这种结构为后期层间氧化带的发育提供了很好的地层条件。

4.1.2 沉积环境

含矿主岩的岩相古地理环境直接影响着地浸砂岩铀矿的形成。早侏罗世至晚侏罗世中期，在研究区内形成了一套以曲流河相为主的陆源碎屑岩，这些碎屑岩中富含煤层和植物化石。它们有利于厌氧生物的活动产生强还原气体，形成地球化学障，促使铀还原富集。

4.2 岩浆岩因素

研究区深部及东南外缘，发育有大量的二叠系、石炭系中酸性火山岩和华力西期中酸性侵入岩。其中火山岩U含量为4.89×10-6～7×10-6，花岗岩U含量为2.43×10-6～34.6×10-6，U丰度普遍偏高，是砂岩型铀矿形成的有利物源区。

4.3 构造因素

4.3.1 区域性构造

含矿建造形成于盆地早期潮湿下拗阶段，为灰色的原生还原环境，含矿建造形成后，气候转为干旱，经历了中新世时期的构造抬升、控制盆断裂后期活化、新的控矿断裂生成、控盆断裂中部错动形成构造补水窗等一系列的构造活动，直到形成现代的构造形式。

研究区位于构造斜坡带上，东南部隆起靠近盆缘，西北向盆地中间延伸，沉积厚度变大。整体走势相对平缓，矿体距盆缘很近，近物源沉积。总体而言，构造斜坡带上发育的SE-NW向产状的单斜地层，倾角平缓，有利于氧化流体在含水层中作缓慢的北西向移动，对砂体进行长期而又充分的氧化改造，从而形成分带清晰的层间氧化带。

4.3.2 次级构造

研究区内次级构造不甚发育，主要有三条正断层。这些次级断裂对成矿作用主要体现在两个方面：其一，深部地层中富含有机质和煤层，当断裂沟通深部时，易逸出的强还原气体(如CH4，H2S等)可沿断裂向上迁移，在其与层间含氧含铀地下水相遇处，便形成地球化学还原障，促使铀还原富集。其二，研究区内矿体未发现明显的断层切割和破坏，但这些断层(特别是断距较大的F1、F3断层)往往会错断头屯河组下段，起到隔水屏障的作用，限制了层间氧化层延展，从而控制矿体的空间展布。

4.4 水文地质因素

4.4.1 补-径-排泄体系

研究区地下水动力系统具备完整的补给-径流-排泄体系。侏罗系地下水补给源主要为东南部卡拉麦里山隆起区的地表及大气降水，在区内形成径流，于张性断层及乌伦古河地区排泄出地表。完善的补-径-排泄体系是层间氧化带形成的基础。

4.4.2 含隔水层结构

研究区含矿含水层顶底板各有一层泥岩，形成隔-含-隔水层结构。隔水层有效阻隔含水层中含矿流体向外扩散，将其约束在含水层中。同时制约了含水层的氧化-还原环境，为形成层间氧化带提供了有利的水文地质条件。

4.5 围岩蚀变因素

研究区氧化还原过渡带发生强烈的黏土化作用，形成较多的高岭土等黏土矿物，增加了该带吸附剂的含量和比表面积，同时弱酸性环境增强了黏土矿物对铀的吸附作用。当含矿流体沿着砂岩体的孔隙运移时，填隙物中的黏土矿物通过自身的表面吸附力对流体中的六价铀进行吸附，可导致黏土矿物表面吸附型铀矿化的富集。

4.6 气候与地貌环境因素

研究区晚侏罗世以来和现代的干旱气候明显，地表植被不发育，土壤层薄，盆地东北缘呈准平原化的丘陵、戈壁、沙漠地貌，潜水面一般为地下50m左右，局部地区更深(100m以上)。这种气候地貌环境有利于含氧含铀水向盆内渗流。

5 结论

通过上述，笔者认为在准噶尔盆地东北缘，富含氧和铀的流体自东南部花岗岩缓慢迁移至斜坡构造带的头屯河组下段砂岩体中，与自深部上逸具有强还原性的气体发生氧化还原反应，加之黏土矿物对六价铀吸附，最终形成铀的富集。这一过程中，层间氧化带严格约束了矿体的富集部位。