準(zhǔn)噶爾盆地頂山地區(qū)烏倫古河組氧化帶元素地球化學(xué)特征及其與鈾礦化的關(guān)系

辛 秀， 許 強(qiáng)， 何中波

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083； 2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

準(zhǔn)噶爾盆地頂山地區(qū)烏倫古河組氧化帶元素地球化學(xué)特征及其與鈾礦化的關(guān)系

辛 秀1，2， 許 強(qiáng)2， 何中波2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083； 2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

主要對準(zhǔn)噶爾盆地頂山地區(qū)烏倫古河組潛水氧化帶和層間氧化帶的砂巖進(jìn)行主量元素、微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征分析和對比。主微量元素特征顯示：潛水氧化帶的黏土作用，碳酸鹽化作用，U、V、Mo的相關(guān)性比層間氧化帶強(qiáng)。稀土元素特征顯示：層間氧化帶與潛水氧化帶具統(tǒng)一的物源、沉積環(huán)境和構(gòu)造背景，潛水氧化帶輕重稀土分異程度、后生蝕變作用較層間氧化帶強(qiáng)，層間氧化帶Eu負(fù)異常較潛水氧化帶明顯。

頂山地區(qū)；潛水氧化帶；層間氧化帶；元素地球化學(xué)；鈾礦化

新疆維吾爾自治區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地處于中亞腹地，古生代時期是古亞洲洋的重要組成部分［1］。盆地位于天山、東西準(zhǔn)噶爾界山和阿爾泰山之間，是一個典型的中間地塊型山間盆地與周邊過渡型盆地的疊置區(qū)［2］。新疆維吾爾自治區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地北部地區(qū)，其范圍西起德倫山，東至青格里山，北至阿爾泰山，南至三個泉一帶，為半干旱-干旱大陸氣候。地貌上，北部為高山區(qū)，東部為中山區(qū)，總體上表現(xiàn)為北高南低、東高西低的地勢［3］。層間氧化帶砂巖型鈾礦是我國當(dāng)前主攻的重要鈾礦類型［4］，具有采冶成本低和環(huán)境保護(hù)有利等突出優(yōu)勢，是我國和世界當(dāng)前鈾礦找礦的主攻類型，頂山地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地的北部，是我國尋找可地浸砂巖型鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)段之一，具有一定的鈾礦資源潛力［5］。

1 地質(zhì)特征

1.1 構(gòu) 造

頂山地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地北緣烏倫古坳陷中紅巖斷階與索索泉凹陷的交接部位，北鄰烏倫古河，西鄰德南、石英灘凸起，南至三個泉斷裂，東達(dá)青格里底山。區(qū)內(nèi)的構(gòu)造主要為NW向的斷裂構(gòu)造，最主要的是吐絲托依拉斷裂，其次為黃花溝斷裂、烏倫古北斷裂、烏倫古南斷裂、陸東北側(cè)斷裂及索一紅南斷裂。吐絲托依拉斷裂為一大型隱伏同生斷裂，形成于海西期，喜山期再次復(fù)活，在古近系與新近系中形成了一些北陡南緩的褶皺構(gòu)造和一些小型的撓曲沉降洼地［6］。

1.2 地 層

頂山地區(qū)蓋層從下到上為上白堊統(tǒng)艾里克湖組（K2a）、紅礫山組（K2h）、古近系烏倫古河組（E2-3w）、新近系索索泉組（N1ss）以及第四系（Q）［7］， 見圖 1［8］。

艾里克湖組（K2a）：在研究區(qū)內(nèi)主要見于鉆孔中，巖性主要為中細(xì)砂巖（局部含細(xì)礫中粗砂巖）和較為發(fā)育的厚層泥巖，其中砂巖以淺灰色、白色、淺黃綠色為主，常帶粉色調(diào)，局部呈灰黃色、淺紅色。泥巖以棕紅色、淺紅色和紫紅色為主，局部呈綠灰色、雜色。

紅礫山組（K2h）：為一套干旱-半干旱氣候條件下形成的河流沉積物，總厚度為63.0～403.8m，平均厚度約283.4 m，頂部砂質(zhì)泥巖厚度一般在30～45m之間，分布廣泛而且穩(wěn)定，可作為區(qū)域地層劃分標(biāo)志層，也是烏倫古河組砂體層間氧化帶發(fā)育的區(qū)域性隔水底板。

烏倫古河組（E2-3w）：總體為一套濕熱氣候條件下形成的富含塊狀碳化植物殘骸和粉末狀黃鐵礦的灰色礫-砂-泥沉積組合，主要分布于研究區(qū)烏倫古河南岸的廣大地區(qū)，共發(fā)育兩種類型的氧化帶，分別為層間氧化帶和潛水氧化帶。層間氧化帶為一套厚大的礫巖、 砂礫巖、 （含礫）粗砂巖組合， 夾薄層泥巖；潛水氧化帶礫巖類巖石不發(fā)育，泥巖、粉砂巖厚度較大、較穩(wěn)定。該組與下伏紅礫山組呈角度不整合接觸?？偤穸葹?0.8～155.9m，平均厚度120.2m。

索索泉組（N1ss）：為一套干旱炎熱氣候條件下形成的紅色-雜色以泥質(zhì)巖為主夾細(xì)碎屑沉積物，含鈣質(zhì)。區(qū)內(nèi)地表分布廣泛，局部缺失。往東南部出現(xiàn)砂-泥互層，砂質(zhì)層增多，以雜色為主。與下伏地層烏倫古河組呈假整合或整合接觸，局部直接與紅礫山組呈角度不整合接觸。平均厚度59.1 m。

第四系（Q）：主要為一套松散的沖積、洪積砂土堆積物。平均厚度18m［9］。

研究層位為頂山地區(qū)烏倫古河組，研究對象為潛水氧化帶和層間氧化帶。其中，潛水氧化帶是在頂部無區(qū)域性隔水層的前提下，潛水垂向氧化含水層砂體，從而發(fā)育潛水氧化帶，鈾礦體位于潛水氧化帶底部氧化還原界面附近，礦體呈層狀或似層狀；層間氧化帶是潛水遇區(qū)域性隔水層轉(zhuǎn)為層間水，沿層間氧化含水層砂體發(fā)育而成，鈾礦體位于層間氧化帶前鋒部位即氧化還原界面附近，礦體往往呈卷狀［10］。

2 主量元素地球化學(xué)特征

2.1 潛水氧化帶

潛水氧化帶的樣品數(shù)量總計有31個，分別為氧化帶樣品10個、過渡帶樣品20個及還原帶樣品1個。氧化帶為黃色及黃灰混雜色粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖；過渡帶為黃綠色含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖，并伴有鈾異常現(xiàn)象；還原帶為灰色粗砂巖。

根據(jù)分析數(shù)據(jù)可以得出，潛水氧化帶主量元素的含量在過渡帶中最高，氧化帶中Al2O3、CaO的百分含量高于還原帶（表1）。這表明潛水氧化帶中砂體的黏土含量及黏土作用強(qiáng)度由過渡帶向氧化帶、還原帶逐漸降低；砂巖中碳酸鹽化強(qiáng)度從還原帶到氧化帶、過渡帶逐漸增強(qiáng)。

Fe2O3和FeO的百分含量及兩者之比基本能反映巖石形成的沉積環(huán)境、成巖作用及后生蝕變過程中的氧化還原性質(zhì)［10］。數(shù)據(jù)顯示頂山地區(qū)烏倫古河組氧化帶中Fe2O3的百分含量高于還原帶，F(xiàn)eO及w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值低于還原帶，最高值分布在過渡帶中。表明黃色砂巖為氧化環(huán)境，遭受了后生氧化蝕變［11］； 黃綠色砂巖的還原性最強(qiáng)， 經(jīng)歷過次生還原作用，并且 Fe的富集程度最高，在礦物學(xué)上主要表現(xiàn)為廣泛發(fā)育的黃鐵礦。w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值符合潛水氧化帶的分布規(guī)律，后生蝕變作用的強(qiáng)度在過渡帶最高。

根據(jù)主量元素中Al2O3、CaO、FeO與U的相關(guān)系數(shù)顯示（表2），U與Al2O3的相關(guān)系數(shù)為 0.58，與 CaO的相關(guān)系數(shù)為 0.10，與FeO的相關(guān)系數(shù)為0.73。U與FeO的相關(guān)性最大，其次是與Al2O3的相關(guān)性，這與過渡帶U、Al2O3和FeO含量最高的結(jié)果基本一致，再次表明過渡帶的黏土吸附作用及還原性程度最高，最有利于U的富集。U與CaO的相關(guān)系數(shù)較低，這應(yīng)該與砂巖中的碳酸鹽化較弱有關(guān)。

2.2 層間氧化帶

層間氧化帶的樣品數(shù)量總計54個，分別為氧化帶樣品24個、過渡帶樣品23個及還原帶樣品7個。氧化帶為黃色含泥礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、含礫中砂巖、含礫細(xì)砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖；過渡帶為黃綠色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、含礫中砂巖、含礫細(xì)砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖；還原帶為灰色砂礫巖、粗砂巖和中砂巖。3個帶中均伴有一定量的鈾異常。

由表1可見，Al2O3、CaO的百分含量都是過渡帶中最高，其次是還原帶和氧化帶。表明過渡帶中砂體的黏土含量及黏土作用強(qiáng)度高于還原帶，氧化帶強(qiáng)度最低；砂巖中的碳酸鹽化強(qiáng)度從過渡帶到還原帶、氧化帶逐漸降低。

FeO的百分含量及w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值為過渡帶中最高，氧化帶中最低，F(xiàn)e2O3的百分含量為氧化帶中最高，過渡帶高于還原帶。表明層間氧化帶中的黃色砂巖為氧化環(huán)境，受過后期氧化作用；黃綠色砂巖為還原環(huán)境，并且Fe2＋在過渡帶較氧化帶的百分含量明顯增高，表明Fe在過渡帶富集，主要以黃鐵礦的形式沉淀，過渡帶經(jīng)歷過較強(qiáng)的次生還原作用。后生蝕變作用的強(qiáng)度及還原能力為過渡帶中最強(qiáng)。

由表2所示，層間氧化帶中 U與Al2O3、CaO和FeO的相關(guān)系數(shù)分別為0.10、0.13和0.19，屬于弱相關(guān)，說明黏土作用等對層間氧化帶中的 U富集沒有起到至關(guān)重要的作用。

3 微量元素地球化學(xué)特征

V、Mo為U的伴生元素，分析微量元素V、Mo可以間接預(yù)測U的有利富集環(huán)境。由于鈾為活性元素，在氧化條件下易遷移，而Th為惰性元素，一般情況下不易遷移，所以其比值大小可以較好地反映砂巖在后期氧化或還原環(huán)境中鈾的遷移與富集［11］。

3.1 潛水氧化帶

潛水氧化帶中，黃色氧化帶的U平均含量為8.02μg·g-1，Th平均含量為3.97μg·g-1，w（U）/w（Th）的值為2.02；灰綠色過渡帶的U平均含量為 33.98μg·g-1，其含量最高值達(dá)59.3μg·g-1，Th平均含量為 5.05μg·g-1，w（U）/w（Th）值為6.72；灰色還原帶的U平均含量為5.07μg·g-1，Th平均含量為3.16μg·g-1，w（U）/w（Th）的值為 1.60（表 3）。w（U）/w（Th）值從灰色砂巖、黃色砂巖到灰綠色砂巖依次增高，說明鈾在潛水氧化帶上部發(fā)生遷移，并在過渡帶中富集。

潛水氧化帶中微量元素V、Mo與U都為正相關(guān)，V與U的相關(guān)系數(shù)為0.61，Mo與U的相關(guān)系數(shù)為0.15（表4）。

3.2 層間氧化帶

層間氧化帶中，黃色氧化帶的U平均含量為33.01μg·g-1，Th平均含量為3.57μg·g-1，w（U）/w（Th）的值為9.25；灰綠色過渡帶的U平均含量為47.47μg·g-1，其含量最高值達(dá)276 μg·g-1，Th平均含量為 4.25μg·g-1，w（U）/w（Th）的值為11.17；灰色還原帶的U平均含量為 7.72μg·g-1，Th平均含量為3.48μg·g-1，w（U）/w（Th）的值為2.22。w（U）/w（Th）值從灰色砂巖、黃色砂巖到灰綠色砂巖依次增高，并且灰色砂巖中的w（U）/w（Th）值明顯低于后兩者，說明層間氧化帶中的承壓水帶來了較高含量的鈾，并在過渡帶發(fā)生富集（表3）。一般情況下，黃色氧化帶中的w（U）/w（Th）值應(yīng)該最低，但本次數(shù)據(jù)顯示黃色氧化帶中的w（U）/w（Th）值比灰色還原帶中的 w（U）/w（Th）值高7.03，說明層間氧化帶的后生氧化時間較短，氧化還不夠徹底。

根據(jù)分析數(shù)據(jù)表明，V與U的相關(guān)系數(shù)為0.14，Mo與U不具有明顯的相關(guān)性（表4）。

4 稀土元素地球化學(xué)特征

由于硫化物和有機(jī)碳的氧化，在地球化學(xué)障帶前部的流體pH值降低時，稀土元素會從圍巖中汲出，然后隨溶液中和時沉淀，即在堿性障處沉淀。這些組分有時也稱局部再分配元素［11］。

4.1 潛水氧化帶

潛水氧化帶中，Y、ΣREE、LREE、HREE的含量最高值都出現(xiàn)在過渡帶中，其次是氧化帶和還原帶，表明潛水氧化帶中REE在后生蝕變過程中有所富集，且過渡帶REE含量明顯增高，說明過渡帶經(jīng)歷了較為復(fù)雜的后生蝕變作用，同時也表示過渡帶處于一種偏堿性的環(huán)境。LREE/HREE、LaN/YbN的值為氧化帶較高，其次為過渡帶，表明氧化帶和過渡帶的稀土元素分異程度相對較高（表5）。

稀土元素的分配曲線整體呈右傾，為富輕稀土、貧重稀土，Eu為負(fù)異常，δCe的值為0.92～0.95，基本不具有異常（圖2）。

4.2 層間氧化帶

層間氧化帶中， Y、 ΣREE、 LREE、HREE的含量從還原帶→氧化帶→過渡帶遞增，表明潛水氧化帶中REE在后生蝕變過程中有所富集，且其堿性程度逐漸降低；LREE/ HREE、LaN/YbN的值為還原帶最高，其次是氧化帶和過渡帶，其稀土的分異程度也逐漸降低，但各帶中LREE/HREE的差值較小，表明輕、重稀土的分餾不明顯，再次證明層間氧化帶所受的后生氧化作用時間較短，并且不夠徹底（表5）。

稀土元素的分配曲線呈右傾，輕稀土富集，重稀土虧損，Eu為負(fù)異常，δCe的值為0.94～0.95，基本不具有異常（圖2）。

5 潛水氧化帶與層間氧化帶對比分析

主量元素方面，潛水氧化帶的氧化帶和過渡帶中的Al2O3、CaO、FeO和Fe2O3含量比層間氧化帶稍高，表明潛水氧化帶中的黏土吸附作用、碳酸鹽化作用及表生氧化蝕變更強(qiáng)；層間氧化帶的過渡帶及還原帶中w（Fe2＋）/ w（Fe3＋）的值高于潛水氧化帶，表明層間氧化帶具有更大的還原容量，后期經(jīng)受過較強(qiáng)的次生還原作用。U與Al2O3、FeO在潛水氧化帶呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性。

微量元素方面，層間氧化帶中的U含量明顯高于潛水氧化帶，這與潛水氧化帶受較強(qiáng)的地表氧化作用有關(guān)。潛水氧化帶中V、Mo與 U具有較好的相關(guān)性。將本次采樣的其中一個鉆孔 ZK-1（圖 1）做成柱狀圖（圖3），其結(jié)果顯示：頂山地區(qū)烏倫古河組的巖性主要分為三大類，分別是黃色氧化砂巖、灰綠色砂巖及灰色原生砂巖，其對應(yīng)的分帶為氧化帶、過渡帶及還原帶。其中，潛水氧化帶的黃色砂巖頂深約131.1m，厚度約8.5 m；層間氧化帶的黃色砂巖頂深約195 m，厚度約11.7 m。圖3中的采樣位置及鈾含量曲線可見：潛水氧化帶中，砂巖的鈾含量整體較低，在氧化帶以下的灰綠色過渡帶砂巖中出現(xiàn)鈾含量的小峰值，并向原生灰色砂巖方向逐漸降低，這與潛水氧化帶鈾含量典型特征相吻合；層間氧化帶中，黃色氧化帶頂部和底部的砂巖中分別出現(xiàn)了一個鈾含量峰值，并且鈾含量各自向著兩側(cè)逐漸降低，其最高值出現(xiàn)在氧化帶頂部的氧化還原界面附近，達(dá)到276μg·g-1。鈾含量曲線在層間氧化帶整體呈現(xiàn)出雙峰的特征，這與層間氧化帶典型鈾含量特征比較一致。另外，由圖3可見，層間氧化帶的砂體粒度及透水性明顯強(qiáng)于潛水氧化帶，砂體厚度也相對較大，這對層間氧化帶鈾的富集起到了有利作用，同時也是潛水氧化帶鈾富集受到制約的因素。

稀土元素方面，潛水氧化帶和層間氧化帶的稀土分配模式表現(xiàn)出了良好的一致性，表明其具有統(tǒng)一的物源、沉積環(huán)境和構(gòu)造背景。從LREE/HREE、LaN/YbN和δEu的值來看，潛水氧化帶的分異程度更強(qiáng)，所受的后生蝕變作用更加強(qiáng)烈，而層間氧化帶具有更明顯的Eu負(fù)異常，但其所受氧化時間較短，氧化作用不夠徹底。

綜上所述，準(zhǔn)噶爾盆地頂山地區(qū)烏倫古河組層間氧化帶的鈾成礦潛力明顯好于潛水氧化帶。有利于鈾成礦的地區(qū)為層間氧化帶的氧化還原界面及堿性障附近；其次是潛水氧化帶中Al2O3、FeO、V、Mo和REE的高含量地段。

6 結(jié) 論

（1）經(jīng)過主量元素的分析，可以得出潛水氧化帶的黏土作用、碳酸鹽化作用相對較強(qiáng)，層間氧化帶的還原容量較大；U與Al2O3、FeO在潛水氧化帶呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性。

（2）經(jīng)過微量元素U、Th含量及其比值的分析，可以得出U在潛水氧化帶和層間氧化帶的氧化還原界面附近均發(fā)生富集，但在后者中的富集程度明顯更高；通過微量元素 U、V和 Mo的相關(guān)性分析，可以得出，在潛水氧化帶中V、Mo與U具有良好的相關(guān)性，而層間氧化帶中此地球化學(xué)特征相對較弱。

（3）經(jīng)過稀土元素分析，可以得出潛水氧化帶和層間氧化帶的稀土分配模式具有良好的一致性，前者的稀土元素分異程度更強(qiáng)、后生蝕變作用更加強(qiáng)烈，后者的Eu負(fù)異常更明顯、氧化作用較不徹底。

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Geochem ical characteristics ofW ulunguhe Formation oxidation zone and its relation to uranium m ineralization in Dingshan area，Junggar basin

XIN Xiu1，2，XU Qiang2，HE Zhong-bo2
（1.China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100029，China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The paper mainly analyzes and comparesmajor elements，trace elements and REE in the phreatic oxidiation zone and interlayer oxidized zone of Wulunguhe Formation in Dingshan area，Junggar basin.Characters of major elements and trace elements indicate that argillation and carbonatization and correlation of U，V and Mo in the phreatic oxidation zone are stronger than those in the interlayer oxidized zone.Conclusion from REE is as follows:there are congruent origins of sedimentation， depositional setting and tectonic setting.Differentiation of LREE and HREE and alterations in phreatic oxidation zone are more obvious than those in the interlayer oxidized zone. Negative anomaly of Eu in the interlayer oxidized zone is more obvious than that in the phreatic oxidation zone.

Dingshan area； phreatic oxidation zone； interlayer oxidation zone； geochemistry of element；uranium mineralization

P619.14；P595

A

1672-0636（2014）01-0016-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2014.01.003

2013-10-22；

2013-12-30

核能開發(fā)項(xiàng)目：準(zhǔn)噶爾大型疊合盆地地浸砂巖型鈾礦預(yù)測技術(shù)研究

辛 秀（1989—），女，內(nèi)蒙古牙克石人，碩士研究生，主要從事巖石學(xué)、礦物學(xué)和礦床學(xué)研究。E-mail:740639480@qq.com