塔北托云盆地铀矿主控因素分析

2021-07-24张明正唐运涛黄建乐李炳谦

世界核地质科学 2021年2期

张明正，唐运涛，黄建乐，李炳谦

（核工业二一六大队，乌鲁木齐，830011）

研究区处于塔里木北缘铀成矿带，在该成矿带已落实巴什布拉克、萨瓦布其和日达里克铀矿床及塔里克等众多铀矿（化）点和大批异常点带［1-4］，强烈的构造作用是今后塔北铀矿找矿工作难以突破的重要问题。处于塔北强构造活动区山间裂谷盆地的托云地区也经历了复杂的构造演化历史，前人对该区多侧重于玄武岩和煤炭地质研究，铀矿地质研究仅限于少量地表调查［5-7］。笔者通过对全区铀矿地质调查，在详细剖析区内含矿目的层岩性-岩相、构造成矿与改造作用以及赋铀砂体后生蚀变三个主控因素的基础上，结合深部钻探查证，在构造作用强烈的阿依拉苏地段中侏罗统杨叶组中首次揭露到了深部工业铀矿化，并由此提出强构造区反向寻找构造稳定埋深区层间氧化带和铀矿化的找矿思路。

1 区域地质概况

托云盆地地处中国乌恰县北部，是天山造山带内经多期次叠合形成的山间裂谷盆地，受天山造山带（图鲁噶尔特断裂带F2和托云南缘断裂TYSF）和塔拉斯—费尔干纳走滑断裂带TFF（苏约克断裂F1）影响，形成了区内以南北向为主，北北西向走滑为辅的构造应力场［2，4，7］。盆地基底主要由志留系、石炭系变质海相碳酸盐、碎屑岩组成，盖层由中新生代近源陆相粗碎屑岩建造夹海相碳酸盐岩和膏泥岩组成，另有始新世—早白垩世玄武岩发育［7-9］。区内主要发育层间氧化带型铀矿化，已发现的阿依拉苏砂岩型铀矿点就位于研究区北部图鲁噶尔特山前带中侏罗统杨叶组岩层中（图1）。

图1 托云盆地阿依拉苏矿点地质图Fig.1 Geological map of Ayilasu occurrence in Tuoyun basin

2 铀矿化特征

通过对托云地区阿依拉苏矿点地表铀矿调查和钻探查证，结合前人探槽和井探等地表工程，初步控制了地表沿冲沟长约200 m、宽10～20 m的含铀砂砾岩带（图1a），向深部延深30～40 m处皆有异常，地表揭露矿体有一定的厚度，品位0.030%～0.373%；深部钻探查证发现1个铀矿工业孔（ZK3）和2个铀异常孔，在ZK3钻孔深部揭露到层间氧化带过渡带工业铀矿体，矿体主要赋存于中侏罗统杨叶组（J2y）中段灰色、灰白色砂砾岩，岩石疏松，透水性好（图2）。

图2 ZK3钻孔铀矿体及层间氧化带岩心Fig.2 Core of uranium ore body and deep interlayer oxidation zone in Borehole ZK3

3 铀矿主控因素分析

通过对托云盆地含矿目的层、构造、铀源、水文地质、古气候及火山岩等因素分析，结合含矿目的层后生蚀变等特征综合研究，认为该地区主要控矿因素有3个。

3.1 含矿目的层

沉积地层是铀成矿的主控因素之一，特别是沉积演化过程决定着铀矿化的形成，而砂体是赋矿流体储存、聚集的空间，连通性好、渗透性好的砂体有利于后生氧化作用的进行，有利于铀矿运移和聚集［8-9］。

区内含矿目的层为中侏罗统杨叶组（J2y），主要分布于盆地西缘和南缘（图1），为一套扇三角洲沉积，岩性以杂色泥岩，灰色、灰白色、浅红色砂砾岩、含砾砂岩、砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩为主，夹灰黑色炭质泥岩和煤线，局部发育褐红色泥岩。整体分为上、中、下段（图3），表现为上细中粗下细的沉积韵律特征，已揭露地层厚度645～1 346 m。下段（J2y1）为泛滥平原和湖沼相沉积，岩性为深灰色、灰色粉砂岩、细砂岩夹深灰色、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩，含炭质泥岩及煤线，在盆地内揭露厚度约150 m（但未见底）。中段（J2y2）为一套干旱、半干旱与潮湿气候交替条件下，由北部控盆断裂（图鲁噶尔特断裂）控制形成的以粗碎屑岩沉积为主的陡坡型扇三角洲沉积，厚约464～570 m。据其沉积特征可划分为三个沉积旋回演化：下层旋回（J2y2-1）表现为前扇三角洲沉积，主要为泥岩与粉砂岩互层，局部夹含炭质泥岩和煤线沉积；中层旋回（J2y2-2）表现为扇三角洲前缘河口坝及分支河道的砂砾岩、含砾砂岩、砂岩夹少量泥岩沉积，现已揭露到品位0.005 6%的铀异常体和单层厚4～14 m、累计厚度18～103 m的氧化砂体；上层旋回（J2y2-3）表现为扇三角洲平原碎屑岩、分流河道粗碎屑岩（砂砾岩、含砾粗砂岩夹细砂岩）和漫流沉积岩（粉砂岩、泥岩），在其粗碎屑岩中揭露到工业铀矿体和一定厚度的铀异常体，另还揭露到单层厚5～57 m、累计厚度140～210 m的氧化砂体（图2、3）。含矿粗碎屑岩主要为灰色、灰白色砂砾岩和含砾粗砂岩，岩石发育较强黏土化蚀变，且多为泥质胶结，所含砾石和岩屑主要为火山碎屑物和陆相碎屑岩，磨圆以次棱角状-次圆状为主，分选中等-较差，岩石结构成熟度整体较低，砾岩多发育叠瓦状构造，砂岩多发育块状层理、平行层理和大型交错层理，含少量炭质碎屑及团块，整体岩石疏松，透水性好。上段（J2y3）为滨湖-泛滥平原相沉积，岩性以灰绿色、紫红色、深灰色等杂色泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩，沉积厚度约150～332 m。

图3 杨叶组岩石综合柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Yangye Formation

区内含矿目的层发育扇三角洲相沉积，赋矿砂体为碎屑、分流道相，砂体厚度大，结构疏松，透水性好，形成了良好的砂体，且层内赋矿砂体上下部发育湖沼相、冲击平原相稳定泥岩隔水层，具备良好的“泥-砂-泥”地层结构，有利于含铀含氧流体运移、层间氧化带形成和铀富集，为区内较好的铀储层。

3.2 构造

3.2.1 构造演化对铀成矿的作用

托云盆地的形成经历了西伯利亚板块与塔里木板块反复交替的挤压和拉张［10-12］。二叠纪末期至晚三叠世（P2-T3），受区域拉张沉降形成托云盆地雏形，表现为北部山系中天山造山带形成初始铀源供给；早侏罗世至中侏罗世（J1-J2），在西天山区域内，一系列沿山前的断裂和派生的隐伏断裂组合开始发育，已初具形态的托云盆地南北发生断裂沉降，形成断陷盆地，在山前向盆地方向形成构造斜坡带，并由此发育山前带的扇三角洲沉积体系，且南北天山山体发生剥蚀，为盆地提供了初始铀源和物源，沉积地层原始铀源预富集；晚侏罗至晚白垩世（J3-K2），燕山运动中后期的挤压作用，使得盆地南北向区域性的地壳缩短，其北部中天山造山带（图鲁噶尔特山系）更为强烈隆升剥蚀，形成北高南低的古构造格局，但盆地的断陷作用使得盆地并不与其造山带同步隆升，另在上侏罗世和上白垩世发生隆升剥蚀，缺失上侏罗统和上白垩统，阶段性的隆升使得盆地铀未能得到较好的富集；古新世至始新世（E1-E2），中天山造山带延续表现为剥蚀夷平，北高南低的构造斜坡使得含铀含氧水在古构造斜坡带更倾向于由北向南发育运移，同时喜山运动的远程效应使得托云盆地周边断裂发生剪切作用，局部挤压和伸展并存，由此形成再生断陷盆地，盆地北缘继续接受铀源供给，形成区内层间氧化带型铀矿；渐新世以来（E3—），喜山运动后期，天山造山带强烈挤压隆升，托云盆地内部盆山接合处产生强烈逆冲，逆冲对盆地边缘产生压陷作用叠加在前期的断陷盆地上，形成断陷-压陷叠加型高位盆地，深部矿体受逆冲作用得以抬升，甚至出露地表而遭受破坏。

3.2.2 构造改造对铀矿找矿的指示

对通常的盆地铀成矿而言，有利的构造单元为构造单斜带，但强烈的构造活动使得单斜带强烈变形，或抬升剥蚀、或逆掩深埋［13-14］。早期的构造单斜带为区内层间氧化带和铀矿体的形成、运移和富集起到了重要的成矿、控矿作用，后期的构造则对已形成铀矿体的空间分布起到了强烈的改造作用，决定了铀矿找矿的工作方向和空间定位。

针对后期的构造改造作用，当断裂发生时氧化带处于断裂上盘，目的层及其氧化带多被抬升地表遭受剥蚀；当断裂发生时氧化带处于断裂下盘，早期的氧化带及其形成的铀矿化会得以保存，由于含铀含氧水补给窗口被断裂封闭，之后氧化带发育缓慢甚至停止，目的层及其氧化带仍被埋在深部，形成盲矿体，则在其断裂下盘具有较好的找矿价值［7，13-14］。

现今的阿依拉苏矿点附近断裂极其发育，以NW-NNW向断裂为主（图1a），走向106°～160°，倾角50°～72°，局部可达88°近直立，发育宽度一般仅数厘米，最宽可达2 m。通过AMT测量及钻探查证，在矿点附近发育的阿依拉苏断裂（F1-2）因构造逆冲断裂，深部老地层因构造而被抬升（图4），另在断裂下盘钻探揭露到与地表相应的氧化带及铀矿体，表明该处受后期构造断裂逆冲作用，氧化带和铀矿体随地层被抬升，部分出露地表形成现今地表铀矿体，部分则深埋地下形成“盲矿体”。目前深部钻探查证也发现在阿依拉苏断裂（F1-2）上盘未揭露到铀矿化信息（图4中ZK0），但在断裂下盘揭露到了工业铀矿体及氧化带（图4中ZK3）。

图4 阿依拉苏地区T1号勘探线及其AMT反演电阻率解译剖面图Fig.4 Exploration Line T1 and resistivity interpretation profile by AMT inversion in Ayilasu area

区内受后期构造改造作用在托云盆地周缘山前形成山间残留盆地，在山前发育不同规模的逆冲推覆构造，目前发现的层间氧化带及铀矿化的单元就分布于阿依拉苏冲断褶皱带中（图5），即在其靠近山前的构造三角带以及山前叠瓦状构造深部则保留了部分铀矿体，故在其靠近山前稳定沉积区则为有利的铀成矿单元。

图5 托云盆地构造样式与矿体预测模式Fig.5 Structural types and prediction model in Tuoyun basin

3.3 后生蚀变

区内发育的后生蚀变主要表现为层间氧化，受北部天山山系隆升所形成的图鲁噶尔特山—托云盆地的构造斜坡带控制，钻探已揭露的层间氧化带前锋线距其隆起蚀源区最近约6 km，且沿北部隆起走向发育多个局部排泄源，山前向盆地发育常年流水，地下水和地表水横穿侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系含水岩组，地下水补给源充足，补-径-排较完善，有利于层间氧化带向深部持续发育。杨叶组中的层间氧化带是在半干旱-干旱气候环境下含矿目的层沉积后形成的，含铀含氧水对其原生砂体进行后生氧化蚀变，其蚀变作用主要表现为黏土化（高岭土化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化）、褐铁矿化、黄铁矿化等，局部发育星点状、脉状黄铁矿，偶见少量炭质（表1）。

表1 杨叶组层间氧化带蚀变矿物组合特征Table 1 Mineral association of Yangye Formation for interlayer oxidation zone

区内含矿目的层砂体主要为砂质砾岩和岩屑砂岩，所含砾石和岩屑中的成分均以凝灰岩、石英岩、硅质岩、英安岩为主，填隙物主要由细粉砂和泥质杂基组成，胶结物多为泥质、黏土矿物和钙质，个别发育有铁质胶结物。赋矿岩石主要发育的黏土化蚀变多表现为岩屑和长石的高岭土化和少量绢云母化，基质多表现为碳酸盐化、褐铁矿化。黄铁矿多以分散的星点状、少量脉状局部发育，偶见少量炭质，其为铀的还原富集提供了弱酸性的地球化学障。其中强烈的高岭土化+碳酸盐化是其赋矿砂体普遍发育的重要蚀变组合，该蚀变组合改变了含矿目的层砂体的孔隙结构和渗透性，促进了铀的迁移和沉淀，同时也对铀起到了一定的吸附作用，对赋矿砂体具有重要的指示作用。

通过野外及室内岩石地球化学分析，沿层间氧化带发育方向，砂体颜色依次可出现褐红色、褐黄色、浅黄褐色、黄色、浅褐红色、浅红色、浅黄色、深灰色、灰色和浅灰色；且由于地表含氧水由砂体开启部位沿地层倾向渗流，氧化作用由强变弱，沿层间水渗流方向岩石所表现出的矿物组合特征（表1）和岩石地球化学特征也不同（表2）。

表2 杨叶组砂体中不同地化分带地球化学数据Table 2 Geochemical data of different geochemical zones in Yangye Formation

从不同分带的地球化学特征发现（表2），Th/U在过渡带（矿化带）最低，原生带次之，氧化带最高；由于钍的地球化学性质相对稳定，钍/铀比值往往反映铀的变化迁移，氧化带岩石Th/U比值大大高于矿化带，也大于原生带，说明从原生带变为氧化带时铀被活化带出，并迁移至过渡带沉淀富集（铀被带入）成矿。在砂岩铀矿中常见铀矿物与黄铁矿共生，而S主要来自于黄铁矿，过渡带中也表现出较高S含量的特征，故可以作为含矿砂岩识别的一个地球化学标志。另外在铀矿运移过程中有机C既可充当还原剂，还可以充当吸附剂，所测样品也表现出了原生带含量最高，过渡带次之，氧化带含量最低的特点。

4 找矿方向

托云盆地属塔北强构造区的山间盆地，区内构造运动强烈，地质情况复杂，构造运动使得研究区形成大量逆冲断裂和褶皱，早期构造控制了铀成矿的空间定位，而后期断裂构造对区内已形成的铀矿体空间分布起到了明显的改造作用。后期构造作用使得深部含矿目的层中的富铀矿体经构造抬升暴露地表，为铀矿找矿工作提供了明显找矿线索和研究方向，但构造断裂使其下盘目的层位相对下沉，埋深变大，既不利于层间氧化-还原成矿作用的进行，也不利于找矿。强烈的构造抬升使得铀矿体被抬升至地表后遭受长期剥蚀，但如果没有构造抬升而暴露地表，可能是盲矿，因此可通过地表已发现的铀矿体，“反向”追溯层间氧化带和深部铀矿体，即在构造相对稳定地段且目的层埋深相对较浅的部位进行深部找矿。即在褶皱冲断带的构造抬升地段（如图5中的冲起构造、三角带）寻找“盲矿”。