伊犁盆地南缘洪海沟矿床头屯河组下段含矿砂体结构及氧化带分布特征

2023-09-30郭锐罗星刚王毛毛张虎军张占峰

铀矿地质 2023年5期

郭锐，罗星刚，王毛毛，张虎军，张占峰

（核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011）

自20 世纪90 年代以来，我国开始大规模的砂岩型铀矿勘查找矿工作，伊犁盆地作为我国重要的产铀盆地之一［1］，铀矿找矿突破主要集中在盆地南缘缓倾的单斜带上，并且已发现洪海沟、库捷尔太、乌库尔其、扎基斯坦、蒙其古尔等一批中-特大型砂岩型铀矿床。洪海沟矿床以往勘查重点层位为中侏罗统西山窑组上段［2-12］，但自2006 年核工业系统在洪海沟地区头屯河组下段砂体中发现了第一个工业铀矿孔，通过十几年的找矿工作探索，头屯河组下段已成为洪海沟地区目前重点勘查层位。前人对头屯河组下段研究主要集中在岩性-岩相、沉积相和铀矿化成因分析等方面［13-15］，对于含矿砂体骨架结构、氧化带分布特征尚未开展精细化的研究，制约着该地区砂岩型铀矿的勘查部署。

本文依托现有大量的钻孔原始资料，特别是将近三年已施工钻孔资料作为基础，以洪海沟矿床头屯河组下段为研究对象，从钻孔岩心编录入手，构建单井沉积地层划分，刻画连井砂体骨架结构，分析氧化带展布特征，探讨研究区内有利地段，以期为区内砂岩型铀矿找矿工作提供指导。

1 地质背景

伊犁盆地在大地构造单元划分上隶属于天山造山带中的伊犁-中天山微地块，是在塔里木板块和哈萨克斯坦板块南北向对冲挤压应力作用下形成的大型山间坳陷盆地，整体呈西宽东窄的楔形，向西延伸至哈萨克斯坦境内。伊宁凹陷即为“狭义的伊犁盆地”，是呈近东西向展布的向斜状盆地，轴部位于伊宁以南，北翼窄，南翼宽。以扎吉斯坦河为界，伊犁盆地南缘可划分为东部构造强烈活动区和西部构造相对稳定区。区内地层发育较为齐全，是伊犁盆地砂岩型铀矿有利构造样式。

洪海沟矿床位于伊犁盆地南缘西端，隶属于西部矿集区范围（图1a）。区内构造相对稳定，东部见隐伏断裂，中-新生代地层在每个断阶上总体呈向北缓倾的单斜，盖层由下而上划分为三叠系、侏罗系、新近系和第四系。赋矿地层为一套潮湿气候下形成的含煤碎屑和红-杂色碎屑建造。随着对研究区勘查程度的提高，目前洪海沟矿床以头屯河组下段为主要找矿层位（图1b）。

图1 伊犁盆地南缘西部矿集区矿带展布（a）和洪海沟矿床头屯河组铀矿带成果图（b）Fig.1 Sketch of the western mineralization cluster in south margin of Yili Basin（a）and the distribution map of ore-body in Toutunhe Formation of Honghaigou deposit（b）

2 地层特征

洪海沟矿床沉积基底为一套上古生界的海相火山喷发相、海相-海陆过渡相碎屑岩沉积组合。岩性为中酸性-中基性火山碎屑岩、中酸性喷发岩及凝灰岩。盖层主要为中-新代沉积岩，分别为三叠系小泉沟群（T2-3xq），侏罗系八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）和头屯河组（J2t），上白垩统（K2），古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）。其中上白垩统为干旱气候下的红色碎屑岩沉积，与侏罗系角度不整合接触，上覆古近系和新近系（E＋N）或超覆不整合于侏罗系之上，第四系覆盖。头屯河组在垂向上可划分为上、下两段，呈两套下粗-上细的正韵律产出，上、下段间发育一套厚层黄色、浅红色、浅紫色泥岩层，下段砂体发育较为稳定，与上段砂体整合接触，为主要的含矿岩段。

3 岩石学特征

通过对研究区岩心编录、钻孔数据统计，选取了5 个钻孔12 件样品鉴定发现，洪海沟矿床头屯河组下段顶部以杂色泥岩为分界，下段上亚段为一套中-粗砂岩，下亚段为一套灰色含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩，上下亚段之间夹不稳定灰色泥岩或灰黑色碳质泥岩，底部与下伏西山窑组第十二煤层整合接触，沉积环境为辫状河三角洲［15］（图2）。采用Folk［16］的砂岩分类方法，在（Q-F-R）三元图上进行投点看出（图3），洪海沟矿床头屯河组下段砂岩集中在分类图解的Ⅳ区，岩石类型主要为岩屑砂岩，碎屑组分中石英占比为41%～50%，平均为45.66%；长石占比为16%～20%，平均为17.66%；岩屑占比为35%～40%，平均为38%，反映了头屯河组下段砂岩成分成熟度低、近物源的特点。岩心编录发现，下段砂体氧化色多为浅黄色、黄色（图4a、b），灰色砂体中见密集集合状黄铁矿脉体（图4c）。镜下鉴定结果表明，头屯河组下段砂岩胶结类型主要为孔隙式接触胶结（图4d），分选性中等—差，碎屑颗粒磨圆度以次棱角状为主，其次为棱角状和次圆状，具有成分成熟度、结构成熟度均较低的特征。石英以单晶为主，钾长石多具有轻微蚀变现象（图4e），部分岩屑具有强烈绢云母化或经氧化铁染色呈浅褐色零星散布（图4f）。

图2 洪海沟矿床头屯河组沉积地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

图3 洪海沟矿床头屯河组下段砂岩分类Fig.3 Classification diagram of sandstone in the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

4 含矿砂体结构及铀矿化特征

基于对研究区目的层位的认识，结合钻探揭露的铀矿体分布特征，本文选取了4 条垂直矿体走向和2 条平行矿体走向的骨架砂体进行对比，刻画了洪海沟矿床头屯河组下段含矿砂体结构，总结了铀矿化特征（图5）。

图5 洪海沟矿床头屯河下段含矿砂体结构Fig.5 Stratigraphic structure of ore host sand bodies in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

洪海沟矿床头屯河组下段多发育砂岩型铀矿化，少数发育煤岩型铀矿化。南部近缘158—126 线地区，见矿深度介于509～530 m 范围内，含矿砂岩粒度较细，见于灰色细砂岩或砂-煤岩性接触部位，上部浅红色、浅紫色泥岩发育，下部第十二煤层稳定，属于砂-煤接触面型含矿砂体结构。东南部94—70 线地区，见矿深度介于465～694 m 范围内，具有多层氧化多层矿化的特点，中间夹不稳定泥岩隔水层，含矿岩性为灰色中-粗砂岩夹砂砾岩，上部泥岩为灰绿色夹浅红色，下部煤层含薄层泥岩，属于一杂两灰夹两黄的“杂泥-砂-灰泥-砂-灰泥”结构。中部K20 线地区，见矿深度介于594～612 m 范围内，含矿砂岩粒度较粗，但粒度变化不大，以灰色含砾粗砂岩与粗砂岩为主，上、下泥岩隔水层较为稳定，下层夹薄层煤线，发育一层氧化带，属于下灰上黄式“泥-砂-泥”结构。矿体厚大部位K36、K92 线地区，见矿深度分别介于658～695 m 与723～756 m 范围内，K36 线含矿层与第十二煤层接触，含矿岩性粒度中等偏大，多为灰色粗-中-细砂岩，铀异常峰值位于岩性变化接触部位，上部泥岩隔水层中夹不稳定氧化砂岩，下部与煤层接触部位显示自然伽马高值，具备与南部近缘158—126 线地区相似的类型；K92 线含矿砂岩与灰色泥岩接触，含矿砂岩多数为灰色粗砂岩，少数为黄色粗砂岩，含矿砂岩中夹一层稳定含矿泥岩，含矿层上部氧化砂岩中局部见薄层泥岩，呈透镜状分布，属于下灰上黄式“泥-砂-泥”与基底接触式“砂-泥”复合叠置结构。西北部K176 线地区，见矿深度介于782～791 m 范围内，含矿砂岩与灰色泥岩接触，含矿岩性与K36线相近似，铀异常峰值位于岩性变化接触部位，上部为杂色泥岩层，下部为稳定灰色泥岩层，属于基底接触式“泥-砂-泥”结构。

5 砂体空间展布特征

根据目前已有资料与钻孔揭露情况来看，洪海沟矿床头屯河组下段砂体局部地段可划分1～2 层砂体，下段砂体中以灰色泥质夹层划分上、下亚段，部分地段泥岩呈透镜状产出或不发育泥岩隔水层。平面上，头屯河组下段上亚段砂体较为发育，其中在32—94 线，砂体呈东西向产出，埋深195.50～643.70 m，呈蛇曲状展布，32—70 线砂体厚度主要介于15.50～19.80 m，最大揭露厚度可达32 m，砂体底板标高等值线急剧收敛，由800 m 降至550 m，变化较快，为砂体中含氧水体沿北西方向迁移提供了良好的水动力条件；在K36—K176 线，砂体呈北西向带状分布，下段上部砂体平均厚度为17.26 m，埋深586.85～815.50 m，砂体底板标高等值线较为宽缓，整体向北展布，其中K36 线、K88—K104 线砂体宽度向北东增厚，K36 线砂体平均厚度为23.50 m；K88—K104 线，砂体厚度介于7.90～27.50 m，平均厚度为18.85 m（图6a）。头屯河组下段下亚段砂体在110—K176 线较为发育，与上亚段展布方向相一致，整体以北西向为主，砂体平均厚度为9.50 m，埋深615.70～816.00 m，河道砂体形态简单，在K88 线以西，出现分流河道，直至K176 线逐渐变窄（图6b）。

图6 洪海沟矿床头屯河组下段上亚段（a）和下亚段（b）砂体厚度等值线图Fig.6 Contour map of sand body thickness in the upper（a）and lower（b）submember of the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

6 氧化带分布特征

根据已有钻孔数据统计，平面上，洪海沟矿床头屯河组下段氧化砂体整体呈南东-北西向展布，受层间氧化带前锋线控制，在86—110线与K40—K92 线发育两层氧化砂体。下段上亚段层间氧化带前锋线呈蛇曲状、舌状、缓波状向北西展布，氧化带规模长度约11 000 m，宽度介于1 000～8 000 m，厚0.9～24.80 m，埋深336.50～797.35 m（图7a）。下段下亚段层间氧化带主要发育在210 线以东K40—K92 及86—110 线地区，氧化砂体走向整体与上亚段相一致，110 线以东氧化砂体展布较为平缓，规模范围小，产出厚度薄，氧化砂体厚度介于0.50～18.50 m，平均为5.75 m，埋深349.50～728.90 m（图7b）。

图7 洪海沟矿床头屯河组下段上亚段（a）和下亚段（b）氧化砂体厚度等值线图Fig.7 Contour map of the thickness of oxidized sand body in the upper（a）and lower（b）submember of the lower member of Toutunhe Formation in Honghaigou deposit

剖面上，洪海沟矿床含矿层氧化砂体产出于头屯河组下段，其部位可划分为3 种样式，第一种含矿层氧化砂体产出于下段上亚段与杂色泥岩底板直接接触部位，以洪海沟南部近缘、中部以及北西部K128 线以西地区为代表，南部近缘地区层间氧化带前锋线呈东西向展布，134—94 线氧化带前锋线向南弯曲收敛，K28 线以东、K128 线以西氧化带前锋线弯曲显著，表明受河道砂体边界控制较为明显（图8）。第二种含矿层氧化砂体在上、下亚段均见产出，以110—70 线为代表，氧化砂体中间夹稳定灰色泥岩隔水层，层间氧化带前锋线呈近东西向展布，朝北西向迅速减薄（图9）。第三种含矿层氧化砂体只产出于灰色泥岩夹层下伏下亚段砂体，以洪海沟矿床北西向矿带K36—K128 线为代表，层间氧化带前锋线呈蛇曲状展布，灰色泥岩夹层与上部砂体接触部位普遍见铀异常信息显示（图10）。

图8 洪海沟矿床头屯河组下段K24－K04 线层间氧化带剖面图Fig.8 Profile of interlayer oxidation zone alone Line K24－K04 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

图9 洪海沟矿床头屯河组下段110—70 线层间氧化带剖面图Fig.9 Profile of interlayer oxidation zone alone Line 110—70 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

图10 洪海沟矿床头屯河组下段K36－K128 线层间氧化带剖面图Fig.10 Profile of interlayer oxidation zone alone Line K36－K128 in the lower member of Toutunhe Formation of Honghaigou deposit

结合洪海沟矿床头屯河组下段钻孔施工情况与砂体沉积特征分析，北西向主矿带东北侧层间氧化带前锋线控制较好的工业矿体，但西南侧氧化带揭露钻孔较少，层间氧化带前锋线尚未控制，推测西南侧地区可能存在另一条河道砂体，是下一步铀矿勘查工作的有利地段。