准噶尔盆地东部将军戈壁地区侏罗系砂岩型铀矿成矿规律研究及其意义

蒲小晨，唐湘飞，张强，吴声明，牛军杰，郭超

(核工业二一六大队，乌鲁木齐 830011)

0 引言

准噶尔盆地是中国重要的蕴藏多矿种的资源盆地，具有较好的砂岩型铀矿成矿潜力[1]。前人已对该区铀矿有所研究，张金带、王果等回顾和展望了目前已经发现的铀矿床和多个铀矿点并指出重要的铀成矿区[2-3]；苗培森等探讨了钻探工艺和成本的约束并指出找矿方向[4]，对深部找矿研究较少。中—上侏罗统西山窑组和头屯河组的赋铀砂体是今后找矿工作的方向。

近年来核工业二一六大队在准噶尔盆地东部的下侏罗统八道湾组和三工河组发现工业铀矿化信息，砂岩型铀矿找矿工作进入到一个新的阶段，由浅及深稳步推进，显示其良好的找矿潜力。将军戈壁地区已成为准噶尔盆地东部找矿主攻地段，研究该区铀成矿规律具有十分重要的意义，可为下一步准噶尔盆地其它地段铀矿勘查提供借鉴。

1 地质背景

研究区位于准噶尔盆地东部，夹持于卡拉麦里和博格达山之间，西与准噶尔盆地中央坳陷相邻，东至库普盆地西侧。根据新疆油田的划分方案[5]，准噶尔盆地东部卡拉麦里山以南可分为15个二级构造单元。盆地东部古生界、中-新生界出露较为齐全。古生界以泥盆系、石炭系及二叠系为主，在盆缘区出露，以海陆交互相火山碎屑、火山岩及正常碎屑为主，少量碳酸盐岩。中-新生界有三叠系、侏罗系和第四系，其中侏罗系为主要赋矿层位(图1)。

图1 准噶尔盆地东部区域地质略图Fig.1 Regional geological map of the east Junggar basin1.新生界；2.白垩系；3.侏罗系；4.三叠系；5.古生界；6.石炭纪碱性、中酸性花岗岩类；7.基岩区主要断裂；8.盖层区主要断裂；9.砂岩铀矿点、矿化点、异常点；10.研究区范围

2 侏罗系沉积特征

侏罗系在盆地东部与下覆地层一般呈角度不整合接触，侏罗系自上而下划分为八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)、齐古组(J3q)(图2)。八道湾组为温热潮湿环境沉积扇三角州相的灰色层，岩性为灰色砾岩、含砾砂岩、砂岩及灰色泥岩、粉砂岩、碳质泥岩，夹煤层或煤线，下部砾岩层属区域标志层[6]。三工河组为半潮湿环境沉积的辫状河三角州相，下部的厚层砾岩为区域标志层，上部为泥岩、粉砂岩。该组底部砂体在火烧山北部地段较厚，以粗砂岩和砂砾岩为主；在五彩湾地段厚度较薄，以粗砂岩和中砂岩为主。砂体在火烧山-帐蓬沟地段发育层间氧化带。砂岩氧化后多呈黄、褐黄、褐红色，与八道湾组呈平行不整合接触。西山窑组属温热潮湿环境下沉积，上段(J2x2)为沼泽相，下段(J2x1)为辫状河相；上段岩性主要为灰白色砂岩，灰色、灰绿色泥岩、碳质泥岩、泥质粉砂岩夹煤层；下段为灰色、灰白色的中、细砂岩，局部相变为粗砂岩，岩层中含大颗粒炭屑。头屯河组上段(J2t2)为滨浅湖相，下段(J2t1)为辫状河三角州相；J2t2为半潮湿-半干旱条件下沉积的一套滨浅湖相杂色层，颜色以浅褐色夹杂灰色、灰绿色薄层泥岩和粉砂岩，偶尔发育河流相中细砂岩；J2t1为潮湿-半潮湿条件沉积的一套灰色、灰绿色泥岩、砂岩及砾岩。齐古组(J3q)为一套干旱炎热气候环境下的滨浅湖相沉积，广泛发育红层[7-8]。

图2 准噶尔盆地东部侏罗系综合柱状图Fig.2 The integrated Jurassic column of the east Junggar basin

3 赋铀砂体成矿规律

3.1 砂岩碎屑矿物组分与铀成矿

侏罗系砂岩碎屑矿物组成：砂岩中岩屑和长石较高(表1)，成熟度指数Q/(F+R)为0.15～1.44，平均为0.50，成分成熟度总体较低。砂岩类型以岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩(图3a、图3d)。其中w(石英)为13%～59%，平均为32%；石英以单晶为主，少量石英岩和个别玉髓等多晶石英，单晶石英多具波状消光现象。w(长石)为1%～29%，平均为15%，主要由钾长石和斜长石组成，斜长石具轻微-中等程度绢云母化；钾长石具轻微程度泥化。w(岩屑)为30%～75%，平均为53%，主要为灰岩、霏细岩、英安岩、安山岩、千枚岩、绿泥石等，部分岩屑具轻微-中等程度绢云母化，个别具黄铁矿化。重矿物仅为微量，主要为磁铁矿、石榴石，它形粒状在岩石内呈零星散布。砂岩填隙物主要由泥质杂基和黏土矿物组成。

图3 侏罗系赋铀层位砂岩三角分类组合图Fig.3 Trianglar classification diagram of the Jurassic U-bearing sandstonea.头屯河组三角分类图；b.西山窑组三角分类图；c.三工河组三角分类图；d.八道湾组三角分类图

表1 侏罗系赋铀层位砂岩碎屑矿物含量统计Table 1 Statistics of detritus mineral content in the Jurassic U-bearing sandstone

砂岩矿物组分具以下规律，砂岩具有较低矿物成熟度，分选性中等-较好，地表砂岩多发育平行层理，及槽状交错层理，反映砂岩具有一定搬运距离，但搬运时间不长，沉积时水动力作用较强(图4a、图4c)。整体的长石含量较高，砾岩中有花岗岩砾石，反映物源区分布较多的中酸性花岗岩，自身铀源成矿条件好。填隙物中黏土矿物发育，说明铀成矿过程中长石矿物溶蚀作用较强，可以增加铀成矿过程中砂岩的渗透作用，有利于铀成矿的发育[9]，这也是侏罗系头屯河组、西山窑组、三工河组、八道湾组中铀矿化及异常普遍发育的重要原因。

3.2 砂岩地化特征与铀成矿

侏罗系赋铀层位地球化学分析数据统计结果(表2)和三维柱形组合图(图5)表明，过渡带砂体的w(U)值普遍高于还原带和氧化带，最高为251.30×10-6，w(C有)值在过渡带也最高，最高为0.33%，说明铀的富集与有机质含量的多少有密切的关系，铀与有机炭两者之间呈正相关。w(Fe3+)在氧化带明显高于过渡带和还原带，最高2.06%。w(Fe2+)在还原带明显高于过渡带和还原带，最高为2.17%，w(Fe3+)/w(Fe2+)值最高为1.78。铀钍呈负相关，此消彼长，w(U)/w(Th)值在过渡带反差最大，最高可达37.23，全硫含量在氧化砂岩中要比灰色砂岩中稍低。

表2 侏罗系赋铀层位地球化学分析数据统计Table 2 Statistics of geochemical data of the Jurassic System

通过数据分析对比发现，w(U)、w(C有)、w(Fe3+)、w(Fe2+)在氧化带、过渡带、还原带砂岩中的变化呈现出层间氧化的一般特性，与砂岩型铀矿层间氧化带成矿理论一致，还原性物质对铀成矿的作用明显，铀在前锋线上的富集通常为地下水溶液中U6+被还原成U4+形成铀矿物而沉淀的结果，铀的还原剂是砂岩中残留的炭化植物残屑和硫化物[10]，其中特别是黄铁矿。通常可以在层间氧化带的原生灰色带、氧化-还原过渡带中见到黄铁矿，但二者有巨大差别，原生灰色带中的黄铁矿是自生的，在成岩期时就已经存在，而过渡带中的黄铁矿则是与铀伴生而来，是后生的[11-12](图4d、图4f)。

图4 侏罗系赋铀层位砂岩特征Fig.4 Characteristics of the Jurassic U-bearing sandstonea.水平层理；b.水平层理和碳屑纹理；c.交错层理和炭屑纹理；d.灰色砂岩中碳化植物碎屑和根茎；e.浅灰色砂岩中碳化植物根茎；f.灰色砂岩中的黄铁矿颗粒集合体

图5 侏罗系地球化学三维柱形组合图Fig.5 Diagram of geochemical data of Jurassic system

3.3 氧化带与铀成矿

研究表明，铀矿化的形成主要受层间氧化带控制。古生界褶皱构成区内中-新生界盖层的基底，晚侏罗世末卡拉麦里断裂带发生东西向脆性走滑活动，沙帐断褶带发育，并形成帐蓬沟鼻隆，山前侏罗系自北东向南西掀斜，目的层砂体在盆缘开启，来自于北部卡拉麦里山古生界蚀源区的含铀含氧水沿地层倾斜方向进入层间砂体，层间氧化带开始发育。地下水在径流过程中也将地层自身中的铀浸出并不断向前叠加迁移，在水动力突然减缓、富含黄铁矿、有机质等还原介质的氧化-还原障附近，氧被消耗，地下水中铀被还原、沉淀富集成矿，铀矿化受层间氧化带前锋线的控制[13-16](图6)。

(1)层间氧化带与铀成矿

将军戈壁地区不同地段的头屯河组、三工河组、八道湾组层间氧化带前锋线均揭露到铀矿化、异常，并发现工业铀矿ZKA3和ZKB4。恐龙沟地段赋铀层位为头屯河组，岩性为灰色、浅黄色砂岩；帐篷沟东西两侧火烧山地段和大井地段赋铀层位为三工河组，岩性灰色细砂岩、砂砾岩及砾岩；帐篷沟以西五彩湾地段赋铀层位为八道湾组，岩性为灰色、浅黄色的细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩。对不同地段不同层位铀矿化对比分析发现，工业铀矿、铀矿化、异常赋铀层位具有下列特点：赋存于层间氧化带前锋线附近灰色层，赋存于层间氧化带中部所夹的灰色层，赋存于层间氧化带的上、下翼或卷头附近的灰色层。其中，前锋线附近的矿化、异常最为发育，且层数多、厚度大(图6)。

图6 侏罗系赋铀层位铀矿化对比图Fig.6 Comparative map of the Jurassic U-bearing strata1.头屯河组；2.三工河组；3.八道湾组；4.砾岩；5.砂砾岩；6.含砾粗砂岩；7.粗砂岩；8.中砂岩；9.细砂岩；10.粉砂岩11.泥岩；12.煤层；13.黄色；14.灰色；15.伽玛测井曲线及铀矿化品位(%)/厚度(m)；16.平米铀量；17.钻孔编号

(2)潜水氧化带与铀成矿

将军戈壁地区大庆沟铀矿床为西山窑组成矿的典型，矿化主要沿帐蓬沟背斜东西两翼断续分布，主要在东翼中部、南部地表富集，深部矿体主要分布在两翼的南部和东翼中部局部地段，为潜水氧化煤岩型铀矿床。铀矿体一般产于煤层上部和下部，地表煤层中部也含矿，矿体多呈透镜体，扁豆状和带状，矿体产状与岩层产状基本一致。虽然此类矿化体本身规模较小、前景有限，但近年来通过调查评价发现了地表氧化砂体，反映出可以形成层间氧化带，这为寻找砂岩型铀矿提供了重要信息。

4 结语

(1)将军戈壁地区赋铀层位碎屑物质组分研究显示，矿物组分成熟度低，分选性中等-较好，地表砂岩多发育平行层理，槽状交错层理。砂岩具有一定的搬运距离，但搬运时间不长，沉积时的水动力作用较强，离物源区较近，物源区分布多的中酸性花岗岩，砂岩自身的铀源成矿条件好，更有利于铀成矿的发育。

(2)将军戈壁地区赋铀层位地球化学数据统计拟合分析发现，铀、有机炭、Fe3+、Fe2+、硫化物在氧化砂岩、过渡带砂岩、还原砂岩中的含量变化展现出了层间氧化的一般特性，还原性物质对铀成矿的作用明显，铀在前锋线上的富集通常为地下水溶液中U6+被还原成U4+形成铀矿物而沉淀；铀的还原剂是砂岩中残留的碳化植物残屑和硫化物，铀矿体的形成符合层间氧化带砂岩型铀模式。

(3)通过不同地段不同层位铀矿化的对比剖析发现，赋铀层位层间氧化带附近铀矿化，层间氧化带前锋线控矿；下侏罗统三工河组和八道湾组找矿前景良好，拓展了准噶尔盆地东部的找矿空间。