伊犁盆地南缘西段小泉沟群上段沉积特征与铀矿化关系

2022-10-09郝以泽贾智勇王守玉

铀矿地质 2022年5期

郝以泽，贾智勇，王守玉

（核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011）

伊犁盆地铀矿主要产出于侏罗系水西沟群、艾维尔沟群头屯河组，以往在三叠系小泉沟群仅见零星铀矿化。前人的铀矿地质工作程度偏低，仅对小泉沟群上下段地球化学环境、沉积相与铀成矿关系进行了研究［1-2］。随着勘查与研究工作的持续深入，自2019 年以来陆续发现了小泉沟群工业铀矿体，在库捷尔太铀矿床南东侧揭露到初具规模的工业铀矿带，长度超过3.2 km，并识别出上段巨厚泥岩与下段厚层砾岩之间发育有四套稳定韵律层砂体，每一层砂体中均发育层间氧化带及铀矿化，拓展了找矿思路，扩大了找矿空间［3］。在以往生产中由于未对小泉沟群砂体进行精细划分与研究，各个层位的铀成矿有利地段不明确，已经严重制约了进一步的找矿工作。本文通过沉积旋回、沉积相以及砂体非均质性研究，了解小泉沟群各个层位层间氧化带发育情况、找出铀成矿的有利部位，尝试解决前人遇到的找矿难题，为今后工作的开展提供可参考的依据。

1 地质概况

伊犁盆地是在天山造山带所夹持的微地块上发展演化而成的山间叠合盆地［4］。盆地南缘斜坡带自西向东构造变形强度呈现增强的趋势，研究区位于南缘斜坡带西段单斜区，构造相对稳定，地层总体呈单斜北倾，为铀成矿有利构造单元（图1）。

图1 伊犁盆地南缘构造分区示意图（据参考文献［3］修改）Fig.1 Geological structure sketch in southern margin of Yili Basin modified（after reference［3］）

区内发育的中新生代地层有：下三叠统仓房沟群、中-上三叠统小泉沟群、中-下侏罗统水西沟群、中-上侏罗统艾维尔沟群、新近系和第四系。

小泉沟群下段上覆于下三叠统仓房沟群砾岩之上，地层平均厚度92 m，岩性以砾岩、砂砾岩为主，顶部稳定发育的泥岩可作为区内地层对比标志层。小泉沟群上段位于小泉沟群下段顶部泥岩之上至侏罗系八道湾组底部砾岩之下，地层平均厚度304 m，上段上部发育厚度大于200 m 的浅湖相深灰色泥岩，水平层理发育，夹薄层菱铁矿；厚层泥岩之下，共发育四层主要砂体，岩性以砂砾岩、砾岩为主，总体呈正韵律产出［3］（图2）。

图2 研究区小泉沟群地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Xiaoquangou Group in the study area

2 小泉沟群旋回划分依据

前人简单地将小泉沟群分为厚大泥质类岩石和粗大砾岩［5］。本次研究通过野外露头调查，重新梳理地层岩性特征，根据横向上发育稳定的两套厚度较大的砂体，将小泉沟群划分为上下两段。砂体岩性以砾岩为主，未见稳定煤层或炭屑，仅在局部地段发育薄层灰色泥岩，缺乏还原介质，整体显示出冲积扇扇根亚相-扇中亚相的沉积特征。下段砂体粒度整体较粗，其底部砾石含量高且砾径大，砾径一般10～30 cm，分选性差，杂乱堆积，磨圆度中等-差，属近源搬运，填隙物泥质含量高，表现为泥石流沉积特征；向上砾石含量逐渐降低、砾径变小（图3a），至下段顶部，渐变为一套厚度大于20 m，泥质含量较低、固结较疏松的棕黄色中-粗砂岩（图3b）。上、下段之间发育厚8～12 m 的灰绿色泥岩夹薄层灰色泥岩（图3c）。上段砂体粒度相对较细，岩性以砂砾岩为主，根据泥岩隔挡层、颜色及岩性组合，从下至上可划分出四层主要砂体（图3d）。第一层砂体为浅棕红色细砾岩、粗砂岩及砂砾岩，砾石砾径3～10 mm，固结较致密（图3e）；第二层砂体为浅棕黄色砾岩、砂砾岩、粗砂岩互层，砾石砾径5～30 mm，砂砾岩及粗砂岩中铁质含量较高（图3f）；第三层砂体为浅棕红色砾岩、砂砾岩互层，砾石砾径5～30 mm，含铁质，夹中-粗砂岩及泥岩透镜体（图3g）；第四层砂体为棕黄色砾岩、砂砾岩互层，砾石砾径5～30 mm，最大50 mm，中部砂砾岩内含铁质（图3h）。

图3 研究区小泉沟群上段岩性特征照片Fig.3 Characteristics of lithology in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

结合钻孔资料，认为小泉沟群下段（T2-3xq1）岩性以厚层砾岩为主，顶部为厚度稳定的泥岩，该层位铀矿化分布范围小，仅研究区西段钻孔中零星揭露；至上段（T2-3xq2）粒度变细，岩性以砂砾岩、粗砂岩为主，依据垂向岩性结构可进一步识别出四个旋回（T2-3xq2-1、T2-3xq2-2、T2-3xq2-3、T2-3xq2-4），其中T2-3xq2-1、T2-3xq2-2旋回岩性以砂砾岩为主，两个层位均发现工业铀矿体，其中Ⅱ旋回矿带由3 个工业矿孔控制，平面上断续发育于层间氧化带前锋线南侧，总体呈条带状近东西向展布；T2-3xq2-3、T2-3xq2-4旋回岩性以粗砂岩为主，局部见透镜状泥岩，上段顶部为厚层深灰色泥岩（图4），两个层位暂未探索到工业矿体，少量的铀矿化产出于层间氧化带上、下翼部。

图4 研究区小泉沟群东西向地质剖面图（据参考文献［6］修改）Fig.4 Geological profile of Xiaoquangou Group in the study area（modified after reference［6］）

3 砂体非均质性特征

大型骨架砂体为砂岩型铀成矿流体提供了运移空间及储存空间，砂体的非均质性特征不仅可以影响含矿流体的运移速度，而且还会影响其运移方向。砂体非均质性可分为平面特征和垂向特征，在平面上是砂体走向改变和横向相变的结果；在垂向上表现为泥岩隔挡层数量和累计厚度以及砂岩粒度、沉积韵律等变化［7-10］。

3.1 砂体平面非均质性特征

通过整理研究区内钻孔资料，发现小泉沟群上段第Ⅰ旋回砂体厚度为8～46 m，平均为23 m，砂体厚度主要分布于10～30 m 之间，占总孔数的77%（图5a）；第Ⅱ旋回砂体厚度为9～50 m，平均为29 m，砂体厚度主要分布于10～40 m 之间，占总孔数的83%（图5b）；第Ⅲ旋回砂体厚度为5～43 m，平均为19 m，砂体厚度主要分布于10～30 m 之间，占总孔数的72%（图5c）；第Ⅳ旋回砂体厚度为5～43 m，平均为18 m，砂体厚度主要分布于10～30 m 之间，占总孔数的82%（图5d）。

图5 研究区小泉沟群上段砂体厚度统计Fig.5 Thickness of sand bodies in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

层间氧化带前锋线发育形态与砂体厚度及形态有着一定联系，小泉沟群上段第Ⅰ、Ⅱ旋回砂体厚度大，且在横向上三个扇体具有很好的连通性，有利于含铀地下水的渗流，氧化带前锋线主要发育在砂体厚度20～40 m 之间，砂体变薄处收敛，砂体变厚处凸起，在洪海沟西侧地区沿倾向发育最远达6.9 km，未见铀异常及矿化孔；在克其克博拉-琼博拉地区沿倾向发育最远达5.1 km，铀异常及矿化孔发育在氧化前锋线内侧850 m 范围内，工业铀矿体发育在氧化前锋线内侧，砂体厚度35～42 m 之间，多为翼部铀矿体（图6a、b）。小泉沟群上段第Ⅲ、Ⅳ旋回砂体规模及厚度相对较小，三个扇体相对独立发育连通性较差，均发育东、西两条层间氧化前锋线，在洪海沟-克其克博拉地区沿倾向发育最远达5.1 km，铀异常及矿化孔多发育在氧化前锋线内侧，砂体厚度10～25 m 之间；在琼博拉地区沿倾向发育最远达2.3 km，未见铀异常及矿化（图6c、d）。

图6 研究区小泉沟群上段砂体厚度等值线图Fig.6 Isoline map of sand body thickness in upper part of Xiaoquangou Group in the research area

3.2 砂体垂向非均质性特征

砂体垂向特征主要通过砂体中的隔挡层及沉积物粒度变化来体现。研究区内钻孔资料表明，小泉沟群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回隔挡层发育0 层钻孔占比56%～74%，1 层钻孔占比15%～28%，2 层钻孔占比5%～12%，大于2 层钻孔占比3%～7%（图7a）。小泉沟群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回隔挡层累计厚度0～1 m 钻孔占比18%～31%，1～2 m 钻孔占比5%～10%，大于2m 钻孔占比2%～5%（图7b），说明小泉沟群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回中隔挡层发育极少，砂体非均质性主要体现在沉积物粒度变化。小泉沟群上段第Ⅰ-Ⅳ旋回砂体中发育1 层韵律层钻孔占比13%～38%，2 层韵律层钻孔占比33%～49%，3 层韵律层钻孔占比15%～30%，大于4 层韵律层钻孔占比3%～10%（图7c），在砂体中发育2～7 层韵律层时，工业矿孔占比8%，发育2～3 层韵律层时，矿化孔占比51%，发育0～2 层韵律层时，异常孔占比51%（图7d）。

图7 研究区小泉沟群上段隔挡层和韵律层统计图Fig.7 Statistics of aquiclude and rhythmic layers in Upper Member of Xiaoquangou Group in the study area

4 沉积相平面展布特征

小泉沟群上段第Ⅰ旋回沉积时期，南部物源供给相对下段逐渐趋于稳定，在研究区内形成了西部洪海沟、中部克其克博拉和东部琼博拉3 处供给的格局，由此构成了3 个规模较大的冲积扇群（图8a）。露头区该套砂体粒度较粗，但各类牵引流所形成的板状、楔状交错层理较为发育，同时砂体内泥质杂基含量较小泉沟群下段有所降低，整体显示出扇中亚相辫状河道的沉积特征。受物源供给量稳定性差异影响，克其克博拉扇体砂体规模、稳定性好于洪海沟扇体和琼博拉扇体。

小泉沟群上段第Ⅱ旋回沉积时期，南部盆缘由于构造活动不断挤压抬升，加之物源供给有所减少，水动力趋于稳定，扇根亚相规模进一步缩小，扇中亚相规模有所扩大。在研究区内形成了扇根亚相进一步向南萎缩，扇中亚相为主的沉积格局（图8b）。露头区该套砂体粒度整体仍较粗，各类交错层理较为发育，在稳定牵引流作用下，砂体内泥质杂基含量较第Ⅰ旋回更少。其中克其克博拉扇体砂体规模和稳定性均好于西部洪海沟扇体及东部琼博拉扇体。

图8 研究区小泉沟群上段沉积相图Fig.8 Sedimentary facies in upper part of Xiaoquangou Group in the study area

小泉沟群上段第Ⅲ旋回沉积时期，南部物源供给进一步缩小，冲积扇向物源区萎缩，各扇朵体间连续性变差，造成砂体稳定性变差，厚度由Ⅱ旋回的29 m 减薄至19 m，同时砂岩粒度也由砂砾岩变细为含砾粗砂岩、粗砂岩。主要发育扇中亚相沉积，在研究区内仍发育了洪海沟、克其克博拉和琼博拉三个冲积扇，其中洪海沟、克其克博拉扇体缩小，琼博拉扇体增大（图8c）。

小泉沟群上部第Ⅳ旋回沉积时期，南部物源供给大幅减少，水动力条件相对减弱，在各扇体的外围，发育了一系列沿扇体展布的扇三角洲相沉积，扇根亚相由于盆缘持续的隆升剥蚀，基本消失，扇中亚相规模缩小。在研究区内总体形成了洪海沟、克其克博拉和琼博拉三个规模较大的冲积扇，在冲积扇北侧发育较大规模扇三角洲相的沉积展布格局（图8d）。露头区和孔内该套砂体粒度整体较细，在其顶部发育不稳定的碳质泥岩薄层或透镜体，砂体内也发育少量炭屑等有机质，表明在湖侵背景下，区内各冲积扇入湖相变为扇三角洲相的沉积特征。

5 沉积特征与铀成矿关系探讨

5.1 砂体的变异性控制铀矿体的富集

5.1.1砂体渗透性变化影响铀的富集

砂体渗透性对铀富集的影响主要体现于氧化含铀流体径流过程中流速、方向发生的变化。在A04～A06 线因砂体内部各向异性，包括地层沉积时形成的层理及砂体收敛方向等性质引起局部地下水水动力条件发生变化，造成水体径流速率改变从而引起氧化迅速减缓，增加了水岩作用时间及效果，在层间氧化带变薄处前后段均出现铀的富集（图9）。

图9 研究区小泉沟群上段地下水流向与层间氧化带发育情况示意图Fig.9 Schematic diagram of groundwater flow direction and interlayer oxidation zone in the upper part of Xiaoquangou Group in the study area

5.1.2砂体粒度变化影响铀的富集

砂体粒度变化主要是由河道规模变化或迁移所引起，宏观上包括突变及渐变两类，其中突变多为小范围内粒度的快速变化，如泥岩突变为砂岩，表现为岩性的剧烈变化；渐变多表现为粗粒岩性渐变为中-细砂岩或泥岩，表现为砾石或砂质碎屑含量、粒径及分选性的变化。粒度变化直接造成了砂体渗透性改变或降低，从而造成径流氧化水流速变化或减缓，导致水岩作用时间变长。此外，由于粒度变化多由相变引起，变化部位多出现还原介质（有机质、黄铁矿）含量的升高，从而又为铀富集创造了有利地球化学条件。

主要含矿层小泉沟群第Ⅱ旋回砂体过渡带中铀元素主要赋存在砾岩、砂砾岩中，砂砾岩中最高，中砂岩铀含量最少，细砂岩中铀含量高于粗砂岩（图10a）。第Ⅱ旋回砂体氧化带中铀含量小于原生岩石带，说明铀元素从氧化带至原生岩石带发生了迁移，并在过渡带富集（图10b、c）。据苏联学者原生岩石地球化学类型分带方案［11］，小泉沟群上段第Ⅱ旋回原生岩石类型属灰色原生地球化学类型，砂体原生岩石带中有机碳含量随着岩石粒度变细，呈两头高中间低的特点，砾岩及细砂岩中含量较高，全硫含量在砾岩中含量最高，二价铁含量与岩石粒度成反比，在细砂岩中最高。综上可知，砾岩及细砂岩还原能力较强，砂砾岩次之，且细砂岩累计表面积较大，有利于铀的吸附，故砾岩、砂砾岩及细砂岩为有利于铀富集的地球化学岩石类型（图10d）。

图10 研究区小泉沟群上段第Ⅱ旋回不同粒度岩石地球化学统计图Fig.10 Geochemical characteristics of rocks with different grain size in cycleⅡof the upper part of Xiaoquangou Group in the study area

5.2 沉积相特征与铀成矿的关系

小泉沟群上段第Ⅰ旋回在平面上发育洪海沟、克其克博拉及琼博拉3 个规模较大的扇体，砂体厚度由南向北逐渐减薄，克其克博拉扇体规模及厚度均大于洪海沟和琼博拉扇体。底板埋深呈围绕库捷尔太微凸、乌库尔其微凸展布的特征，显示出地下水流向在洪海沟地段呈北西、库捷尔太呈正北、苏东布拉克西部北东、苏东布拉克东部北西的特征。洪海沟扇体层间氧化带延伸宽度大于8 km，空间变化复杂，砂体稳定性差，铀成矿潜力不佳；克其克博拉及琼博拉扇体砂岩的连续性、稳定性较好且粒度相对偏细，层间氧化带延伸宽度1～6 km，层间前锋线呈近东西向平缓波状展布，克其克博拉地区揭露2 个异常孔，1 个工业矿孔，南部克其克博拉沟露头砂体氧化强烈且发育铀异常，该地段具备较好成矿前景。

小泉沟群上段第Ⅱ旋回在平面上由洪海沟、克其克博拉和琼博拉3 个较大的扇体组成，砂体规模较第Ⅰ旋回增大。洪海沟扇体层间氧化带延伸宽度大于8 km，层间氧化带前锋线于库捷尔太地区呈近南北向展布，揭露到多个矿化孔；克其克博拉扇体层间氧化带延伸宽度4～6 km，前锋线呈近东西向平缓波状展布，沿层间氧化带前锋线揭露2个工业矿孔、8个矿化孔及4个异常孔，该扇体前锋线附近铀成矿潜力较大。琼博拉扇体层间氧化带前锋线控制程度较低，成矿前景不明。综合砂体、沉积相及层间氧化、铀矿化特征，认为克其克博拉扇体厚度适中，“泥-砂-泥”岩性结构完善，空间展布稳定，层间氧化及铀矿化发育好于其他地段。

小泉沟群上段第Ⅲ旋回砂体厚度适中，“泥-砂-泥”岩性结构仍较完善，但受物源供给减少影响，砂体空间稳定性有所变差，平面上发育规模相比第Ⅰ、Ⅱ旋回明显减小，收缩为洪海沟、克其克博拉及琼博拉3 个小规模（东西5～8 km、南北8～18 km）的扇体。洪海沟扇体层间氧化带规模较大，延伸宽度大于8 km，揭露到4 个矿化孔及2个异常孔；克其克博拉及琼博拉扇体层间氧化带延伸规模较小，宽度1～3 km，平面呈近北西-南东向缓波状展布，揭露1 个异常孔。整体来看，洪海沟扇体发育大规模的层间氧化带及铀矿化，成矿条件优于东部，但埋深较大，找矿潜力不佳。克其克博拉及琼博拉扇体砂体稳定性较差，层间氧化带控制程度低，目前尚未揭露到铀矿化，但南侧露头区该砂体发现铀异常显示，可适当在该地段进行钻探查证。

小泉沟群上段第Ⅳ旋回的发育规模与第Ⅲ旋回相似，具有一定的继承性，但砂岩平均厚度变薄，空间展布稳定性也总体较差，在平面上由洪海沟、克其克博拉及琼博拉3 个较大规模扇体组成。琼博拉扇体砂体规模及厚度均大于洪海沟和克其克博拉扇体，但工程控制程度较低，未揭露到层间氧化带，含矿性尚不明朗；洪海沟扇体层间氧化带延伸宽度大于8 km，砂体稳定性好于东部，并且孔内矿化线索也多集中在该扇体内，共揭露4 个矿化孔、1 个异常孔，显示该扇体成矿前景较好；克其克博拉扇体层间氧化带延伸宽度1～5 km，层间前锋线呈近北西－南东向波状展布，揭露到3 个铀矿化孔。整体来看克其克博拉层间氧化及铀矿化发育好于洪海沟扇体，受该旋回砂体变化较大影响，找矿前景需进一步查证。