新疆卡拉达尔布拉克地段铀成矿控因分析

2019-07-24王守玉善曹特

铀矿地质 2019年4期

王守玉，善曹特

（核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011）

卡拉达尔布拉克地段位于乌恰县境内，西临巴什布拉克铀矿床，二者均于下白垩统砂砾岩内发育大量铀矿化。前人对巴什布拉克矿床及东部卡拉达尔布拉克地段内的矿点开展了大量研究，认为成矿类型为后期油气改造型层间氧化砂岩铀矿［1-5］，但从沉积特征及油气还原角度分析铀矿如何发育仍需进一步探讨。笔者从这两方面开展对目的层铀矿化特征及控因分析，为下一步找矿提供地质依据。

1 地质概况

研究区地处天山褶皱系巴什布拉克山前坳陷带，构造活动强烈，逆冲断裂及褶皱发育（图1）。区内地层从元古宇至新生界均有出露，北部为下元古界及古生界等区域铀源层。目的层下白垩统克孜勒苏群分布广泛，为干旱冲积扇-扇三角洲红色砂砾岩夹泥岩组合，以砂体发育、原生红色为典型标志，其倾向南西，为倾角＜40°的单斜地层，临近下元古界铀源岩，为铀成矿有利构造单元。

图1 喀什凹陷地质构造略图Fig.1 Geological structure sketch in Kashgar sag

2 沉积特征

2.1 岩性

总结野外调查、岩心编录及镜下鉴定成果，将目的层划分为3段。

K1kz1为灰绿夹褐红色砾岩、黄绿色泥岩，呈下粗上细正粒序。中下部为大段块状灰绿色砾岩夹薄层细砂岩，受冲刷影响，细砂岩呈不连续透镜状、薄层状（图2a）；上部为黄绿色泥岩与粉砂岩互层，横向变化较大。砾岩内发育块状构造，板状、楔状交错层理，夹薄层泥质条带（图2b、c）。碎屑颗粒呈点-线接触，粒径2～20 mm，杂乱堆积，分选、磨圆较差，反映近缘快速堆积。岩屑多为片岩、变质砂岩，黏土矿物含量高，以泥质、钙质胶结为主（图2d）。

K1kz2下部发育数层灰褐、褐红色砾岩，与细砂岩、泥岩复合叠加（图2e）。该段细砂、泥岩层数增多，反映凹陷扩张造成岩相变化，河道迁移特征；上部为大段灰绿色砾岩夹薄层细砂岩。砾石粒径3～20 mm，分选、磨圆差，局部呈弱定向叠瓦状排列，胶结物为钙质、泥质。细砂岩呈薄层状分布于砾岩之间，厚度变化大，局部发育薄层灰黑色泥岩（图2f）。

K1kz3整体粒度细，为灰褐-褐红色细砂岩与中砂岩互层，底部发育3～4层砾岩，冲刷下伏泥岩，但厚度较小。

2.2 沉积相

依据岩性特征，结合含砂率、测井等相标志，认为目的层为凹陷扩张期冲积扇-扇三角洲相沉积，粒度向上变细。

2.2.1 冲积扇相

冲积扇相包括扇根、扇中两个亚相，扇根亚相发育于K1kz2上部及K1kz1，扇中亚相仅发育于K1kz2下部（图3）。

扇根亚相平面呈朵状，含砂率向南降低呈条带状，受泥质填隙物含量变化影响，电阻率测井曲线幅值变化剧烈呈高幅齿化菱形（图4a），其垂向由块状砾岩、砂砾岩叠加，单层砾岩厚度＞20 m，砾石呈棱角-次棱角状杂乱堆积。碎屑呈基底式、点-线式接触，填隙物多为泥质，受油气还原改造，钙质胶结发育，充填并堵塞孔隙。细砂岩、泥岩厚度变化剧烈，呈透镜状、薄层状，整体反映为近缘快速堆积的辫状河道冲刷充填组合。

图2 卡拉达尔布拉克地段砂砾岩岩石特征Fig.2 Lithological characteristics of glutenite in Garder Braquearea

图3 克孜勒苏群沉积相综合柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Kizilsu Group

图4卡拉达尔布拉克地段克孜勒苏群测井曲线特征Fig.4 Log curves of Kizilsu Group in Garder Braque area

扇中亚相为砾岩、含砾砂岩与中-细砂岩互层，电阻率测井曲线呈齿化钟形（图4a），构成多个正粒序。局部发育薄层灰黑色含碳质泥岩，细粒岩性层数增多，空间变化迅速，反映凹陷扩张造成岩相变化，辫状河道规模减弱的特征。

2.2.2 扇三角洲相

扇三角州相发育于K1kz3，为厚层棕红色中、细粒砂岩夹薄层泥岩，电阻率测井曲线呈低幅漏斗形、钟形（图4b）。该亚相粒度偏细，砾岩基本不发育，指示相对水平面升高，冲积扇向北萎缩。

3 油气还原

目的层砂体为干旱红色碎屑岩建造，缺乏还原介质。下伏地层形成的油气通过断裂、不整合面上移，改变砂体颜色并还原砂体，为铀矿化发育提供了还原性。

3.1 还原介质及通道

还原介质包括液态大分子有机组分C6-10HxOy（液态石油）及气态小分子（CH4），二者造成砂体色调改变并形成地化分带，将层间氧化水带来的铀酰络离子次生还原并沉淀，在地沥青及黏土矿物吸附作用下，形成铀富集。K1kz1砾岩孔、裂隙中多见液态石油（图5a），边缘发育钙质薄膜，裂解产物地沥青多位于其上部。K1kz2砂体主要由气态小分子（CH4）还原，液态石油及地沥青发育较少。区内油浸现象分布于断裂及不整合面附近，还原后砂体呈灰色、蓝灰色，指示油气沿不整合面、断裂运移并于砂体内迁移的特征［6-7］。

图5 卡拉达尔布拉克地段克孜勒苏群油气显示及还原特征Fig.5 Characteristics of oil and gas display and reduction featare of Kizilsu Group in Garder Braque area

3.2 还原特征

油气还原过程中，气态小分子组分与UO22+反应后生成H+、HCO3-、SO42-等离子，与Ca2+反应生成CaCO3，形成碳酸盐胶结物，造成砂体致密。受岩性及还原介质差异影响，油气还原程度不同（图5b）。K1kz3粒度细、孔隙小、断裂不发育，油气运移阻力大，导致其仍保留原生红色；K1kz2粒度粗、孔隙大，但中下部透镜状、薄层状细砂岩-泥岩发育，形成大分子液态石油运移封阻层，导致该段主要由气态小分子CH4还原，但具不均匀特征（图5c）；K1kz1粒度粗，孔隙发育，岩性均一，为油气运移良好通道，内部多见地沥青及液态石油，二者呈 “上下”分布，指示油气深源来源性。该段砂岩多呈现还原灰绿、蓝灰色调，指示其受油气还原改造强烈。

4 铀成矿控因

4.1 岩性组合

研究区铀异常点岩性组合分为 “粗-细”组合（砾岩-细砂岩、泥岩）及 “单一岩性”组合（砾岩）两类（表 1）。

4.1.1 “粗-细”组合

该组合发育于K1kz1顶部及K1kz2底部，其细砂岩、泥岩较为发育（图6），为扇中亚相沉积，反映凹陷扩张导致岩相变化频繁的特征。

垂向多由灰绿色砾岩-黄绿色泥岩/细砂岩构成，呈下粗上细正粒序。铀富集有利部位为临近细砂及泥岩的砾岩，伽马照射量率值为100～1 000 nC·（kg·h）-1。异常段砂体较疏松，呈灰绿色，黏土化、褐铁矿化发育，指示砂体在接受层间氧化改造后，被后期油气还原，氧化色被掩盖。该组合中被油气还原的细砂岩、泥岩构成岩性阻隔，富铀氧化水体在此处流速减缓，为铀元素充分还原及富集提供了空间。当岩性差异较大且泥岩还原性较强时，铀元素还原充分并被砾石间黏土矿物所吸附，形成铀矿化（Ⅲ、Ⅵ）；当岩性差异较小且还原性较差时，因还原性不足，只形成铀异常（Ⅱ）。

表1卡拉达尔布拉克地段不同岩性组合铀矿化表Table 1 Statistics of uranium mineralization of different rocks in Garder Braque area

图6 卡拉达尔布拉克地段铀异常点 “粗-细”组合岩性序列Fig.6 “Coarse-fine” lithological combination sequence of uranium anomalies in Garder Braque area

4.1.2 “单一岩性”组合

该组合发育于K1kz1中下部，为扇根亚相厚层砾岩、砂砾岩互层沉积（图7）。

垂向由灰绿色砾岩、砂砾岩构成，岩性、粒度变化较小。铀富集有利部位为粒度变化、还原性介质富集处，伽马照射量率值为100～800 nC·（kg·h）-1。该组合中碳化植物碎屑等还原介质为铀富集提供了还原性及吸附性（Ⅶ）；当还原介质不发育且粒度差异较小，则无矿化形成（Ⅹ）；当砂体处于氧化还原砂体过渡部位，临近还原砂体部位会出现铀富集，且差异越大，富集程度越高（Ⅷ）。综上所述，该组合铀富集有利部位为还原介质含量高、粒度转换及氧化还原过渡处。

4.2 油气还原

4.2.1 地球化学特征

图7 卡拉达尔布拉克地段铀异常点 “单一岩性”组合岩性序列Fig.7 “Single lithology” combination sequence of uranium anomalies in Garder Braque area

目的层受油气还原改造明显（表2），红色与灰色岩性Fe2+含量平均为1.66%、1.84%，Fe3+为2.11%、1.39%，Fe2+/Fe3+平均值红色岩性为0.79，灰色为1.42，显示目的层在油气改造下还原性增强；灰色与红色岩性中Th/U值为0.58、2.67，指示在层间氧化水体作用下，铀元素在氧化带迁移并于灰色砂体内富集；C有、S平均含量红色岩性为 0.184%、0.093%，灰色为0.326%、0.603%，红色明显小于灰色，指示原生氧化砂体受油气改造影响，C有、S含量升高，后期层间氧化发育造成二者含量再次降低。

4.2.2 不均匀性

受岩性差异及断裂发育位置影响，油气还原在平面及剖面上呈不均匀性（图8）。

1）砂体内泥质填隙物含量高，同时受油气还原造成钙质胶结发育，导致砂体致密、孔渗降低，阻碍氧化水体及后期油气的运移，进而制约铀的富集，并形成相同岩性颜色差异。K1kz2灰绿色砾岩内部分布不规则透镜状褐红色、紫色砾岩，二者界线呈指状、波状；2）岩性差异导致还原差异，细砂岩、泥岩及钙质胶结发育处构成油气与含氧水体运移阻隔层，两侧砂体还原程度不同。K1kz1-2砾岩孔隙发育，岩性疏松，为油气、氧化水体运移良好通道，呈灰绿色。K1kz3细砂岩、泥岩孔隙小，岩性致密，保留原生红色；3）不整合面、断裂及滑动面构成层间氧化水体运移主通道，附近发育透镜状褐红色砾岩；4）持续氧化还原造成砂体颜色存在过渡性，还原砂体接受富氧水体氧化，具氧化程度减弱（褐红—浅褐红—黄色）特征。

表2 卡拉达尔布拉克地段克孜勒苏群岩石地球化学参数Table 2 Petrogeochemical parameters of Kizilsu Group in Garder Braque area

选取b16线进行垂向剖面分析（图9），特征如下：

1）持续油气还原造成砂体颜色改变及钙质胶结发育，阻碍晚期油气及氧化水体迁移，造成层间氧化深度浅、规模小，呈指状向深部穿插；2）砂砾岩内部薄层细砂岩、泥岩对油气、富氧水体运移起阻隔作用，并构成铀富集有利部位。铀矿体呈板状、透镜状分布于岩性变化部位，受岩性差异控制；3）油气还原范围大，液态石油发育于钻孔深部，向上为地沥青，至浅部仅发育黄铁矿，指示油气深部来源及分带性，即深部砂体由液态石油及地沥青还原，浅部砂体及泥岩由气体小分子还原。

图8 卡拉达尔布拉克地段克孜勒苏群岩性分布Fig.8 Lithology distribution of Kizilsu Group in Garder Braque area

图9 b16号勘探线剖面图Fig.9 Section of exploration Line b16

4.3 铀成矿阶段

4.3.1 构造与油气活动阶段

研究区构造演化受燕山及喜山期构造运动影响，分 4 个阶段［8］（表 3）： 1）晚三叠世—侏罗纪气候湿润，受早期燕山运动影响，坳陷扩张，发育中-下侏罗统含煤建造，为区域主要烃源岩；2）早白垩世，喀什凹陷大幅沉降，发育干旱红色碎屑岩，为铀成矿含矿建造；3）晚白垩世—始新世，沉降加速、海侵发生，发育海相碳酸岩及交过渡相杂色碎屑岩。伴随幔源岩浆活动及上覆地层压力影响，侏罗系烃源岩热演化程度提高，提前到达生油门限。目的层自生伊利石年龄为32.6～38.55 Ma、 18.79～22.60 Ma，指示自始新世开始出现油气运移，砂体还原性发育；4）渐新世以来，受喜山运动影响，南天山大规模隆升，造成地层掀斜并接受风化剥蚀，层间氧化开始发育，期间伴随持续的油气运移，但受前期钙质胶结发育影响，还原程度相对较弱。

表3 研究区构造、油气活动阶段Table 3 The stage of structure，oil and gas activities in Garder Braque area

图10 卡拉达尔布拉克地段铀成矿阶段及特征Fig.10 Uranium metallogenic stage and characteristics in Garder Braque area

4.3.2 铀成矿阶段

油气沿断裂、不整合面向目的层运移并造成砂体具备还原性，伴随层间氧化，铀富集开始。受岩性特征、油气还原不均性及构造演化控制，铀成矿分4个阶段（图10）：

1）早白垩世，受燕山运动影响，凹陷扩张，气候干旱，沉积K1kz棕红色砾岩夹薄层细砂岩、泥岩，砂体不具还原性。

2）始新世，受岩浆活动及地层压力共同影响，中下侏罗统烃源岩热演化提前成熟，形成油气并沿不整合面、断裂向浅部运移，使目的层砂体颜色改变并具备还原性。

3）渐新世以来，目的层抬升并接受风化剥蚀，层间氧化开始发育。铀矿石年龄为8.4～17 Ma［1］，指示层间氧化始于海侵结束的渐新世。受岩性组合、断裂位置、不整合面规模及钙质胶结物发育共同影响，铀富集有利位置为氧化-还原过渡、岩性-粒度转换、还原介质富集部位，铀元素在地沥青及黏土矿物吸附作用下被保存，形成板状、透镜状铀矿体。

4）层间氧化带发育后，油气还原与层间氧化作用持续进行，受前期油气还原造成钙质胶结发育、砂体致密影响，晚期油气还原程度相对较弱，造成部分氧化砂体氧化色被掩盖。晚期构造抬升造成矿体被剥蚀，铀元素重新分配，在地表形成铀异常，部分随氧化水体进入深部形成二次铀富集，这一动态过程造成氧化还原界线不规则。