塔里木盆地北缘日达里克地区库车组下段砂岩岩石学及地球化学特征

李书海

摘  要：通过大量钻孔岩心的观察及样品数据统计分析，发现日达里克地区库车组下段砂岩成份成熟度及结构成熟度方面均较低，具近物源快速沉积特征。岩石为泥质胶结，固结疏松，属良好的铀储层。通过对砂岩地球化学特征的分析，部分元素含量变化与层间氧化分带关系明显，呈SiO2、Al2O3含量以氧化带为最高，过渡带次之，还原带最低的特点;CaO、MgO含量还原带明显高于氧化带和过渡带，这些规律能有效判别地球化学环境。原生带中C有，S全含量较伊犁盆地富铀砂体明显偏少，且过渡带中有机质的富集也不明显，对铀的富集不利。研究区铀富集的关键因素为层间氧化作用，有效判断地球化学分带是该区找矿的关键，结合研究区“反转式”层间氧化带找矿规律，将对找矿提供指示作用。

关键词：砂岩型铀矿;塔里木盆地;库车组;地球化学

塔里木盆地北缘因构造复杂，且存在多种矿产，前人对该区进行了较多研究，但主要集中在构造对成矿的作用等宏观方面[1-4]。研究区位于塔里木盆地北缘拜城凹陷以南，秋里塔格复背斜北翼，该区上新统库车组下段（N2ka）砂体具较大的铀成矿潜力[5-6]，但至今未有较大的找矿突破，需进一步对该区铀储层特征进行更细致、全面的研究。笔者旨通过对该区砂岩地球化学分带及岩石学特征研究分析，找到与铀矿化的关系，以提高对该区铀成矿的认识，为后续找铀矿提供基础支持。

1  地质概况及铀矿化特征

塔里木盆地北缘受中新世以来的强烈构造冲断变形作用，自北向南形成北部单斜带、直线褶皱带、拜城凹陷、秋里塔格复背斜、乌什凹陷、南部平缓背斜带和阳霞凹陷，各构造带在横剖面上的构造形成时间向南阶段性变新，即从北部的中新世到南部的第四纪，工作区位于秋里塔格复背斜西段北翼，属于相对稳定的向北倾斜的单斜带（图1）。

日达里克地区找铀目的层为上新统库车组下段，厚度1 000～1 280 m，岩性主要由浅褐红、灰黄、褐色泥岩、灰、灰白色砂砾岩、含砾粗砂岩及粗砂岩组成，砾石成分以硅质岩、凝灰岩及少量花岗岩组成，泥质胶结，岩石固结疏松。上新统库车组下段共划分出9个旋回（A1～A9），具正韵律特征，每个旋回均发育多层砂体，每层砂体厚变化较大，约5～50 m，层数一般为2到5层，旋回顶部泥岩隔水层厚4～98 m，砂泥比多在1～1.5。研究区各旋回原生带砂岩多为富铀砂岩。A1旋回原生带砂岩铀含量为10.30×10-6，A2旋回原生带砂岩中铀含量8.00×10-6， A3旋回原生带砂岩中铀含量6.64×10-6， A4旋回原生带砂岩中铀含量6.40×10-6， A5旋回原生带砂岩中铀含量6.87×10-6， A6旋回原生带砂岩中铀含量4.98×10-6， A7旋回原生帶砂岩中铀含量7.05×10-6， A8旋回原生带砂岩中铀含量6.32×10-6， A9旋回原生带砂岩中铀含量3.86×10-6。

2  层间氧化带发育样式

砂岩型铀矿床的形成需具备5个基本条件：①单斜构造带，岩层倾角约为10°最为有益;②泥-砂-泥空间结构，这种结构越多，铀成矿的层数就越多，且该砂岩必须是还原砂岩;③铀源，形成砂岩型铀矿床的铀主要来自周围铀含量较高的岩石，对砂岩型铀矿床的形成起决定性作用;④目的层具有补水窗口，砂岩的一端必须与蚀源区连通，保障含氧含铀水能顺利渗入目的层;⑤成矿之后矿体未被剥蚀，能够较好的保存[7-8]。

研究区含氧含铀水自南天山沿木扎尔特河流域SW向发育，在库车组目的层渗流距离长达60 km[6]，形成规模巨大的层间氧化带，在前锋线附近易形成铀矿体。后期由于构造的抬升隆起作用，研究区库车组发育的氧化带局部被抬升，形成该区特有的“反转式”层间氧化带（图2）。因秋里塔格复背斜构造作用，部分矿体、氧化带及前锋线被抬升、剥蚀，形成图2中的4个铀矿体富集位置。

据“反转式”层间氧化特点，地表见铀含量明显偏高的还原砂体，则向北寻找深部铀矿化体;地表出露完全氧化砂体，则应在秋里塔格复背斜南翼寻找铀矿化体。

3  岩石学及矿物学分析

本次研究，对层间各地球化学分带的砂体均采集了样品，共计51个，进行薄片鉴定工作。氧化带砂岩以浅褐红色、浅黄色中、粗砂岩为主（图3-a），发育强褐铁矿化;过渡带砂岩呈灰绿、灰色杂浅黄色中、粗砂岩（图3-b），局部发育褐铁矿化;原生带砂岩呈以灰色中、粗砂岩为主（图3-c），常见碳屑。

对采集的51个样品进行分选，研究区各地层分带中，砂岩岩屑含量最高，为32%～72%，次为石英，含量为20%～46%，长石最少，含量为8%～28%（图3-d，e，f），以岩屑砂岩为主，长石岩屑砂岩次之。砂体中石英以单晶石英为主，少量石英岩等多晶石英，部分单晶石英波状消光明显;长石为钾长石及斜长石，普遍具粘土化;岩屑主要为凝灰岩、千枚岩及灰岩岩屑。填隙物多为泥质杂基和粘土矿物，局部有方解石胶结物，填隙物含量约1%～17%，胶结程度以疏松、较疏松为主。可看出，该区砂岩在成分成熟度及结构成熟度方面较接近，均呈低成份成熟度及低结构成熟度，反映近源快速堆积和侵蚀时受到不完全风化沉积特征。过渡带是铀成矿的有利部位[9]，后续还应加强该区过渡带砂岩矿物学特征的研究。

4  砂岩地球化学分析

4.1  常量元素分析

Fe2O3，FeO，SiO2，MnO可有效指示层间氧化带的氧化还原环境[10]。Fe2O3和FeO的质量分数及两者之比值，可以反应出岩石的形成环境，若w（Fe2O3）/w（FeO）>1，可判断岩石处于氧化带环境，反之，则可判断岩石处于还原环境[11]。由表1可看出，自氧化带→过渡带→还原带w（Fe2O3）/ w（FeO）比值变化规律明显，还原带为0.52，过渡带为1.05，氧化带为1.18（表1）。

SiO2通常可以作为酸碱环境的重要指标[12]。经统计表明，还原带SiO2含量低于过渡带及氧化带，可能是因为砂岩中有机质在氧化的过程中产生的H2S及CO2增加了砂岩的酸度，使长石发生水解产生高岭石及SiO2：

4K（AlSi3O8）+4H2O+CO2=Al4（Si4O10）（OH）8+8SiO2+2K2CO3

层间水中CO2含量增加有利于SiO2溶解度提高，导致还原带砂岩中石英、玉髓等硅质的溶解，使还原带砂岩中SiO2含量减少，在过渡带因地球化学障的作用，SiO2溶解度降低， SiO2以石英的次生加大等作用，生成石英颗粒赋存于砂岩中[13]。MnO含量变化不大，均小于0.1%。

K2O，CaO，MgO，Al2O3主要与砂体的后生蚀变粘土矿化有关[10]，Al2O3的含量与粘土矿物的含量及粘土蚀变成正相关，自氧化带→过渡带→还原带，Al2O3的含量逐渐减少，表明层间氧化作用有利于粘土矿形成。CaO在氧化带中最低，在还原带中最高，推测可能是随着pH值降低，CO2与水中Ca2+反应生成钙盐沉淀物（碳酸钙），导致CaO降低。MgO在还原带明显高于氧化带和过渡带，表明MgO含量随着层间氧化作用发生迁移，MgO及CaO的含量是砂岩碳酸盐化的重要地化指标。TiO2，P2O5作为惰性组分[10]，自氧化带→过渡带→还原带，含量变化不大。

4.2  U与C有、S全及价态铁含量关              系分析

有机碳、全硫及Fe2+等含量在层间氧化带中是还原地球化学环境的重要指标，因该组分均具有在氧化带迁移、在过渡带聚集的特性，一般情况氧化带砂岩以低有机碳及全硫含量为特征，而过渡带以高有机碳、高全硫为特征，还原带该组分的含量位于氧化带和过渡带之间[12]。

研究区因硫化物含量总体偏少，Fe2+从氧化带到还原带呈增高趋势，但过渡带含量最高，在一定程度上反映出过渡带的还原性最强;Fe2+，Fe3+在过渡带含量都最高，说明过渡带的地球化学障对铁元素具一定的富集作用，且在层间氧化带中Fe同样具一定的迁移作用。

钍是惰性元素，不管在氧化带还是还原带均不易迁移，而铀是活性元素，一般在氧化条件下，铀易迁移（U6+），在过渡带中铀又发生沉淀（U4+）。因此，在后期还原或氧化环境中，可以用 U/Th 的变化来指示砂岩中铀的迁移和富集[16]。研究区氧化带砂岩中铀含量均值2.37×10-6，U/Th 为 0.41;过渡带铀含量平均为82.88×10-6，U/Th为12.75;原生带6.30×10-6，U/Th 为 1.1，说明铀在层间氧化作用下大部分发生迁移，并在过渡带中进行富集（表2，图4），可见层间氧化作用对铀的富集成矿起着关键作用。

5   結论

研究区砂岩以中、粗粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，泥质胶结为主，固结疏松，有利于含氧含铀水运移，属良好铀储层，砂岩成分成熟度及结构成熟度均较低，具近物源快速堆积特征。

SiO2，CaO，MgO，Al2O3等常量元素在各层间氧化带间变化规律明显，对层间氧化分带具有很好的指示作用，过渡带地球化学障对铁元素具有一定富集作用，导致总Fe含量在过渡带含量最大，研究区还原介质较少，有机质不够发育，对铀的富集不利。研究区铀富集的关键因素是层间氧化作用，而研究区层间氧化带规模巨大，具 “反转式”特征。

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Abstract：Through a large number of borehole core observation and sample data system statistical analysis，it is found that the composition maturity and structural maturity of the lower sandstone of kuqa Formation in Ridaric area are relatively low，it has the characteristics of near source rapid deposition，it is a good uranium reservoir with argillaceous cement and loose rock consolidation，Through the analysis of the geochemical characteristics of sandstone，the relationship between the variation of some elements and the interlayer oxidation zonation is obvious，The content of SiO2 and Al2O3 is highest in the oxidation zone， followed by the transition zone and the reduction zone.CaO and MgO are significantly higher in the reduction zone than in the oxidation zone and transition zone. These laws can effectively identify the geochemical environment.The total content of C and S is significantly less than that of uranium - rich sand bodies in Yili Basin，The accumulation of organic matter in the transition zone is not obvious，unfavorable to enrichment of uranium，the key factor of uranium enrichment in the study area is interlayer oxidation，how to judge geochemical zoning effectively will be the key to ore prospecting in this area，at the same time，combined with the prospecting rule of "reversed" interlayer oxidation zone in the study area， it will provide an indication for ore prospecting.

Key words：Sandstone-type uranium deposit;Tarim basin;Kuche Formation; Geochemistry