蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿体差异性及影响因素分析

2023-09-30张浩浩张虎军王守玉王福东邬力生

铀矿地质 2023年5期

张浩浩，张虎军，王守玉，王福东，邬力生

（核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011）

蒙其古尔铀矿床是目前我国现已发现的砂岩型铀矿床中品位最富、单位面积产矿量最高、可采资源最大的可地浸特大型砂岩型铀矿床，是伊犁盆地南缘可地浸砂岩型铀矿田的重要组成部分。前人针对矿床中段从沉积体系、成矿构造、成矿流体等方面开展了大量的研究工作，认为该矿床赋矿层位为潮湿、还原环境下冲积扇-扇三角洲-辫状河三角洲沉积体系［1-4］；区内存在多级断阶构造，地下水动力条件及层间氧化带的发育主要受北北西向及南北向张性或张剪性断裂控制［5-7］；成矿流体为层间含铀含氧水和还原性烃类［8-9］，然而矿床不同地段矿体规模和形态存在显著差异。鉴于此，本文对比不同地段西山窑组下段矿体差异性，从构造样式、砂体、层间氧化带和还原介质等影响因素进行分析研究，讨论矿体空间定位和差异性的制约因素，为该地区和其他地区铀矿勘查提供支撑和借鉴。

1 矿床地质特征

伊犁盆地为中国主要产铀盆地之一，大地构造单元属于天山造山带中的伊犁-中天山微地块，是在元古宇和古生界基底地块基础上发展起来的裂陷-坳陷复合型盆地，夹持于南北天山褶皱带间，为近东西向展布的向斜状盆地。向斜轴部位于伊宁以南，北翼窄，南翼宽。铀矿床集中分布在盆地南缘缓倾斜坡带，以蒙其古尔—扎基斯坦一带为构造活动强弱过渡区，东西向分别为构造活动增强区和稳定区（图1）。斜坡带发育的中-新生代地层有：中-上三叠统小泉沟群（T2-3xq）、中-下侏罗统水西沟群（J1-2sh）、新近系（N）和第四系（Q）。铀矿体赋存于中-下侏罗统水西沟群含煤碎屑岩系中。

蒙其古尔铀矿床位于伊犁盆地南缘构造活动强弱过渡区，次级构造单元属于扎吉斯坦向斜东南翼。区内构造变形复杂，褶皱和断裂发育。扎吉斯坦向斜向北东侧伏敞开，轴部位于扎吉斯坦河河谷地段，倾向为45°～48°，倾角为6°～8°。含矿层中-下侏罗统水西沟群三工河组—西山窑组为三角洲相暗色含煤碎屑岩建造。构造抬升期（J3q—Q）地表含铀含氧水渗入目的层，在灰色砂体中发育富大工业铀矿体（品位为1 ‰～2 ‰，平米铀量＞6 kg/m2）。铀矿体赋存于三工河组下段、三工河组上段、西山窑组下段和西山窑组上段砂体中，其中西山窑组下段为主要赋矿层位。

2 西山窑组下段矿体差异性

蒙其古尔铀矿床西山窑组下段铀矿带为区内规模最大的铀矿带，矿体规模和形态在矿床不同地段存在显著差异，根据矿体规模和形态差异将蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿体分为3段：西段（P48—P0线）、中段（P0—P55线）、东段（L57—L80线）。从西到东矿体规模变大，连续性变好，中部规模最大，连续性最好（表1）；按其所受控制的层间氧化带前锋线可分为南、北两个矿带（图2）。

表1 蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿体特征表Table 1 Ore body characteristics in the lower member of Xishanyao Formation in Mengqigur uranium deposit

图2 蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿带展布图Fig.2 Layout of ore belt in the lower member of Xishanyao Formation of Mengqigur uranium deposit

西段矿体受北东向水动力系统后期改造影响，发育南、北两条铀矿带，在P48—P30 线受砂体稳定性影响，发育环带状铀矿带。北侧矿带在P26—L0 线总体呈条带状展布，在P35—P55线、P55—L41线受砂体厚度增大影响，矿带向北东、北西凸出；南侧矿带在P32—P7 线呈连续条带状北东向展布；西南侧矿带呈围绕透镜状薄砂体的断续环带状。矿带整体连续性较差，剖面上呈短板状、透镜状，矿体较窄，平均厚度较小，平均品位较小。

中段矿体由南、北两个矿带组成。南部矿带呈孤岛状展布，以翼部矿体为主，基本为板状和似层状；北部矿带为主矿带，呈不规则的条带状，在P47—P55 线北部发生转折，呈“Z”字型，形态复杂；矿体在剖面上多呈短头长翼的卷状形态产出，空间形态严格受层间氧化带控制，分布于其上下两侧及尖灭线前方。总体来说，矿带连续性最好，剖面上呈长板状为主，矿体最宽，平均厚度最大，平均品位最高。

东段矿体仅发育北矿带，呈不规则条带状向北东方向展布，在L69—L49 线向北西凸出，矿体宽度变宽，以板状矿体为主；L33—L80 线矿带沿北东向延伸，主要以卷状矿体翼部为主。矿带连续性较好，剖面上呈短板状、长板状、短卷状，矿体较宽，平均厚度较大，平均品位较高（图3）。

图3 蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿体形态勘探线剖面示意图Fig.3 Schematic exploration profile showing the ore body in the lower member of Xishanyao Formation in Mengqiguer uranium deposit

3 影响因素分析

层间氧化带砂岩型铀矿体的形成和差异性的控制因素是多种多样的，各种成矿要素相互联系，相互作用，铀矿体的展布形态和规模是多要素耦合作用的结果。古气候、铀源、构造、岩性岩相、还原介质、层间氧化流体等因素是蒙其古尔铀矿床主要控矿因素［10-15］，其中古气候、铀源和岩性岩相在矿床尺度上差异性较小。因此本文选取差异性较大的控矿因素，对西山窑组下段不同地段矿体差异性进行分析。

3.1 构造样式差异性决定着矿体展布形态

矿床处于构造活动区扎河断裂的下盘，矿区内断裂构造发育，控盆断裂（F1、F2）和扎吉斯坦河断裂（F3）为阻水逆冲断裂组合，其逆冲阻水性质使矿床处于相对独立和稳定的构造成矿系统——总体呈北东向倾斜的斜坡带，倾角一般＜10°。

通过系统归纳矿床不同地段剖面特征，可将矿区内中-新生代盖层构造样式归为3 种基本类型：挤压对冲型、逆冲倒转型、断层掀斜型（图4）。

图4 蒙其古尔铀矿床不同地段构造样式示意图Fig.4 Schematic diagram of the structural patterns at different sectors of Mengqigur uranium deposit

1）挤压对冲型：主要发育在研究区P48—P0 线和P15—P55 线，由扎吉斯坦河断裂（F3）和控盆断裂（F1）组成，两个断层挟持形成对冲构造，造成挟持区块内地层弯曲（图4a、b、c、d）。

2）逆冲倒转型：在强烈的南北向挤压应力作用下，近北东向展布的逆冲控盆断裂（F1）高角度产出，倾角为50°～82°。盆缘山前出露有水西沟群，岩层倒转，倾向南东，倾角多大于50°，地层向盆内急剧下凹且产状变缓至5°～10°。倒转地层主要发育在P0—P7 线和L49—L104 线，在P0—P7 线盆缘逆冲断裂切割了侏罗系大部分层位，侏罗系上部层位褶皱变形，下部被逆掩于F1断裂之下；而东段L25—L80 线盆缘断裂展布于二叠系内，二叠系与侏罗系呈断层接触，侏罗系褶皱变形强烈（图4b、e）。

3）断层掀斜型：逆冲控盆断裂（F1）自西向东随着应力的释放，造成盆地中生代地层抬升，向盆地中心倾斜，主要表现为盆缘逆冲断裂仅切割了三叠系，侏罗系呈开启状态，主要发育在研究区L144—L188 线（图4f）。

各地段矿体形态主要受控于盆缘F1断裂。F1断裂在不同地段有正反两方面作用：该断裂是矿区南部的控盆断裂带，在矿床近东西向范围内，除矿区中段构造破碎窗外，均阻断了侏罗系与南部山区的水力联系，层间氧化表现为侧向氧化，造就了P48—P0 线西山窑组下段发育南、北两条矿带；该断裂导致P12—P7 线西山窑组下段产状变陡，后期氧化流体叠加富集作用减弱，致使矿带品位较中东段贫。

构造样式差异造成补给的多样性，蒙其古尔铀矿床总体受到扎吉斯坦河上游以及中部断裂破碎窗的双重流体来源的补给。矿床西段夹持于三条逆断层形成的向斜轴部，含铀含氧流体大致沿平行于断裂方向运移，造成侧向的蚀变分带，矿体呈现北东向展布的两条矿带；中段由于构造破碎窗形成的又一补给窗口，破坏了之前的矿体，使P0—P55 线矿体向北西方向明显突出，形成了现在复杂、富大的矿体形态；东段P57—L80 线地区在主成矿阶段主要接受南部盆缘地表氧化水的补给，形成东西向展布的氧化带和矿带，后期补给区在强烈的挤压变形后失去补水能力，只能接受来自扎河和部分沟溪的补给，其氧化能力和铀含量都大大降低，后期成矿和改造矿床的能力大大减弱，最终呈现出现今较为单一的矿体展布形态。

钻孔揭露结果表明，盆缘地区发育氧化砂体，说明矿床东段氧化带与蒙其古尔铀矿床主体有区别，不是地下水侧向氧化造成，而是由盆地边缘地表水入渗自南向北形成层间氧化带，后期构造倒转阻碍了露头地表水的大规模补给，成矿作用急剧减弱，缺少大规模后期表生流体的叠加改造作用。P0 线以西和P55 线以东地区由于盆缘断裂的逆冲推覆影响，地层的剧烈变形导致层间氧化流体补给减少，缺少后期补给渗入，主成矿期后没有经历明显的叠加和改造，或者改造较弱，使其成为一个构造圈闭在目的层中保存至今的“古矿体”。结合成矿年龄，铀矿床中西段矿体主要形成于4～12 Ma，东部地区卷头部位成矿年龄16.37 Ma 也证实了这一点［12］。

3.2 含矿砂体差异性决定着矿体连续性

西山窑组下段为三角洲沉积，含矿砂体以分流河道沉积为主，底部为细砾岩或含砾粗砂岩，与三工河组泥岩呈冲刷接触关系，向上粒度逐渐变细演化为粗砂岩和细砂岩，多期河道砂体叠加特征明显。整体上研究区西山窑组下段砂体厚度一般为20 m，稳定性、连通性较好，但不同地段仍存在差异。从砂体厚度等值线图中可以看出（图5），西山窑组下段砂体在研究区内平面上呈朵体分布，较厚砂体集中在P48—P16 线南部、P0—L40 线南部以及L9—L40 线南部。各地段中段砂体厚度最大，在P35—P55 线平均为27 m；其次为西段砂体，净厚度为22 m；东段砂体净厚度为19 m，自西向东砂体变异性整体呈增大趋势。研究区西山窑组下段砂体在各矿段垂向上非均质性变化较大，泥质岩夹层厚度从西段至东段由2 m 增至10 m，粒度从以砂质砾岩为主，逐渐过渡为中、粗砂岩。中段矿带砂体净厚度最大，泥岩夹层较少，变异系数最大，矿体垂向连续性最好，厚度最大。

图5 蒙其古尔铀矿床西山窑组下段砂体厚度等值线图Fig.5 The thickness contour map of sand body in the lower member of Xishanyao Formation in Mengqiguer uranium deposit

铀矿体沿单个朵体边缘展布连续性较好，朵体之间矿体不连续性，朵体沿走向越宽，矿体越长，朵体沿倾向越宽，矿体越宽。东部矿体沿走向连续性较好；中部规模最大，矿体连续性最好，东部次之，西部朵体规模最小，矿体连续较差。

含矿砂体差异性主要表现为平面上砂体形态、厚度的变化。研究区砂体虽较连通，但由于多期河道的迁移叠加砂体自西南到北东迁移较为频繁，砂体平面形态造成了含铀含氧水平面渗流状态的变化，从而形成层间氧化作用持续发育的“物理障”，引起层间氧化带迅速尖灭或分叉，促使铀从水中析出并沉淀富集，进而控制了矿体在平面上的连续性，影响矿体的宽度和长度。垂向上，含矿砂体差异性表现为砂体泥质夹层增多和粒度变细，层间含铀含氧水流速、流向会随之发生变化，造成水岩作用时间增大，抑制氧化带发育规模，进而控制矿体在垂向上的连续性，影响矿体的厚度。

3.3 层间氧化流体差异性决定矿体空间形态

从现代地表特征与地表水系分布来看，西段地下水渗入量高值区与扎吉斯坦河上游的现代地表水补给关系密切；中段高值区分布在P0—L40 线南部，氧化砂体厚度为15～25 m，在P0—P47 线南部厚度较大，一般为15～20 m，最大为30 m，呈北西、北东向展布，受砂体构形变化和双断裂夹持作用，氧化带延伸宽度大于2 500 m，尖灭至F3断裂附近，与盆缘断裂F1构造破碎窗有关，可以接受现代地表水系的持续渗入，造成了多次氧化作用的叠加。

研究区西段，由于受F1、F2和F3逆冲断裂组合和近北东向展布的单斜构造决定了矿区范围内含铀含氧水的总体径流方向为北东向（图6）。地下水在F1和F3所夹持的径流范围内，中部流速较大，形成短板状矿体，局部径流受阻，形成孤岛状、透镜状矿体，近断层部位流速相对较小，这些部位地下水径流受阻，形成了层间氧化-还原过渡带和短卷状矿体。受层间氧化流体径流方向控制，氧化-还原过渡带和铀矿（化）带沿地下水径流方向呈双条带状展布，矿（化）带呈双翼现象，垂向上多为以短板状、透镜状和短卷状为主的铀矿体。

图6 蒙其古尔铀矿床地下水补-径-排体系与西山窑组下段矿带分布图Fig.6 Groundwater recharge-run off-discharge system in Mengqiguer uranium deposit and the ore belt distribution in the lower member of Xishanyao Formation

研究区中段，受F1断裂构造破碎窗渗入补水的影响，氧化流体较西段增大，水动力趋于复杂，且露头砂体广泛发育黏土化，表明后期地表含氧水渗流作用较强，含氧水渗入作用明显。复杂的水动力条件导致P0—P55 线经历了更多的铀源补给，呈现出多期次叠加富集的特点［13-14］，在平面上形成了连续性较好的不规则条带状矿体，在垂向形成了长板状、长卷状富大矿体。

研究区东段，在盆缘F1断裂的逆冲推覆断裂作用下目的层倒转，露头砂岩位于盆地边缘，由于受到构造挤压，产状相对较陡。F1断裂阻断了盆缘和盆内地下水的联系，盆内仅接受北东向氧化流体补给，缺少地表含氧水对层间氧化带进行后期的改造和叠加作用，在平面上形成了宽度较窄的条带状矿体，在垂向形成了长板状、短板状、短卷状矿体。

3.4 还原介质差异性决定矿体规模

研究区有机质在各地段差异较大，表现出中段P0—P55 线最高，其次为L57—L0 线，西段P48—P0 线最低（图7）。有机质高值区呈孤岛状集中分布在中部P15—P55 线以及东部L57—L17 线，中部P23—L17 线含量最高，含量一般为0.20%～0.45%，氧化还原过渡带平均值为0.37%；研究区东段平均值为0.35%，L57—L17 线呈明显2 个孤岛状高值区，平均值为0.38%，L17 线以东平均值小于0.20%；研究区西段平均值为0.18%，仅在P40—P32 线以及P32—P16线南部含量为0.20%。硫化物含量变化规律与有机质相似表现出中东部最高，呈连续条带状分布，P48—P0线最低，呈零星孤岛状。

图7 蒙其古尔铀矿床西山窑组下段有机质等值线图Fig.7 Contour map of organic matter content in the lower member of Xishanyao Formation in Mengqiguer uranium deposit

研究区中东段P15—P55、L57—L0 线西山窑组下段过渡带砂岩有机质平均含量为西段P48—0 线2 倍以上，中东部过渡带全硫含量为西段全硫含量的3 倍（表2）。有机质、全硫含量平面分布特征可以看出有机质在氧化带最低，富集区在前锋线附近呈孤岛状、条带状展布，与矿体空间上的叠置性好，还原介质含量的差异与铀矿化的富集强度存在明显的正相关性，具体表现为中东段还原剂局部富集控制了铀矿体矿化强度，中东段矿体品位远高于西段。近年来的包裹体研究认为，高含量有机质的形成与煤系地层产生有机还原性流体有关［13］；均匀分布地高含量有机质在中东段富集也是矿体品位富、平米铀量大的原因之一。

表2 蒙其古尔铀矿床不同地段西山窑组下段参数对比表Table 2 Comparison of geochemical parameters in the lower member of Xishanyao Formation at different sector of Mengqigur uranium deposit

综上所述，蒙其古尔铀矿床西山窑组下段矿体的差异性受控于构造、含矿砂体、层间氧化流体、还原介质，是多种因素共同作用的结果，各因素之间相互影响［2，14-15］。构造运动给铀成矿作用提供了原始动力，构造运动的间歇性导致铀成矿的多期性，构造样式的差异性影响层间氧化流体的径流和汇集，决定了铀矿化的形成与定位；矿体、层间氧化流体和还原介质都赋存于砂体中，受控于含矿砂体空间展布形态和粒度的变化；层间氧化流体决定砂体中铀的迁移能力，还原剂容量决定砂体还原吸附沉淀铀的能力，两者相互作用是铀矿体形成的关键因素。而最大的差异主要表现在构造变形特征以及其导致的含铀含氧流体的补给方式，最终呈现出从西到东矿体规模变大，连续性变好，中部规模最大，连续性最好的格局。