準(zhǔn)噶爾盆地中新生代古氣候演化特征及對砂巖型鈾成礦作用的制約

楊燁，何中波

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

準(zhǔn)噶爾盆地中新生代古氣候演化特征及對砂巖型鈾成礦作用的制約

楊燁，何中波

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，是我國北方重要的砂巖型鈾礦產(chǎn)出盆地之一。來自古生物、沉積體系、孢粉的證據(jù)顯示，自中生代以來該盆地古氣候經(jīng)歷了5次的潮濕、半潮濕-干旱、半干旱的古氣候演化階段；鈾礦化產(chǎn)出層位為潮濕-半潮濕古氣候環(huán)境控制下的產(chǎn)物，潮濕-半潮濕古氣候環(huán)境之后的干旱-半干旱古氣候環(huán)境則有利于鈾的遷移及富集成礦。準(zhǔn)噶爾盆地的主要鈾礦找礦目的層為盆地的東緣、南緣和西北緣的侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組和頭屯河組；次要找礦目的層為西北緣的白堊系吐谷魯群、北部的古近系烏倫古河組。

準(zhǔn)噶爾盆地；砂巖型鈾礦；中新生代；古氣候演化

準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)大型的復(fù)合疊加盆地，位于中亞礦集區(qū)，具有較好鈾成礦條件，鈾成礦潛力大，是我國北方重要的砂巖型鈾礦產(chǎn)出盆地之一，一直受鈾礦地質(zhì)工作者們的關(guān)注。據(jù)前人研究資料，學(xué)者們在討論砂巖型鈾礦的成因機(jī)理時(shí)強(qiáng)調(diào)了古氣候演化的重要性，認(rèn)為這些砂巖型鈾礦盆地含鈾巖系沉積期的古氣候演化對鈾成礦起著十分重要的作用［1］，主要是由于在不同氣候條件下形成的沉積建造、容礦層巖性組合制約了含礦層砂體的發(fā)育及含鈾巖系內(nèi)部的還原容量。準(zhǔn)噶爾盆地自中生代以來的古氣候經(jīng)歷了多次干旱-潮濕的演變，筆者著重就盆地中新生代古氣候演化特征對砂巖型鈾成礦作用的制約展開討論，以期指導(dǎo)鈾礦找礦。

1 準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域地質(zhì)

準(zhǔn)噶爾盆地位于中國新疆北部，屬大型山間盆地，現(xiàn)盆地面積達(dá)13萬km2，處于次造山構(gòu)造環(huán)境（圖1）。盆地基底由前寒武紀(jì)結(jié)晶巖系和早、中古生代褶皺系組成；盆地蓋層是晚古生代，中、新生代陸相沉積為主的沉積巖系，其中中生代的三疊系為粗碎屑的紅色巖層，侏羅系為八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組的含煤巖系和齊古組紅色巖系，白堊系為紅色碎屑建造，這些層位具有良好鈾源條件，鈾資源勘探潛力大［1-5］。

2 準(zhǔn)噶爾盆地古氣候演化

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1Regional geological sketch map in Junggar basin

2.1 三疊紀(jì)—早侏羅世古氣候交替期

三疊紀(jì)—早侏羅世總體具熱帶干旱古氣候至亞熱-溫濕古氣候特征（圖2）。

早三疊世，準(zhǔn)噶爾盆地整體抬升并遭受剝蝕之后，進(jìn)入以伸展為主的沉降［4］。根據(jù)對早三疊世古水流分析和鉆孔資料分析，盆地的沉積中心位于瑪納斯湖附近，主要為一套細(xì)碎屑巖和碳質(zhì)泥巖的湖泊沉積體系［4］。沉積物主要為紅色巖屑砂巖，沉積韻律清晰，表明早三疊世的氣候變化比較穩(wěn)定。紅色巖層雜基含量高，結(jié)構(gòu)及成分成熟度低，其中含有較多的新鮮正長石，反映沉積環(huán)境為氧化條件下的快速堆積與快速埋藏［4］，為熱帶-亞熱帶、干旱-半干旱的古氣候環(huán)境。中三疊世地層上部夾有黑色煤層，晚三疊世郝家溝組孢粉組合以裸子植物為優(yōu)勢，蕨類孢子總量變低［6］，植被演替為氣候變化的直接證據(jù)，表明該地區(qū)的晚三疊世可能屬于溫帶-暖溫帶的潮濕氣候環(huán)境，中-晚三疊世準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了由半干旱向半潮濕轉(zhuǎn)化再轉(zhuǎn)化為潮濕的過程。

2.2 八道灣—頭屯河期古氣候交替期

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地中新生代古氣候演化特征Fig.2Characteristics of Mesozoic-Cenozoic paleoclimate evolution in Junggar basin

早中侏羅世八道灣期開始直至西山窯期均處于半潮濕-潮濕氣候的輕微波動環(huán)境下，至頭屯河期氣候則向亞熱-干旱氣候轉(zhuǎn)變。

八道灣期巖層下段為灰色礫巖和淺黃色、灰綠色砂巖，局部夾薄煤層，中段為以泥巖和粉、細(xì)砂巖為主；上段為粉、細(xì)砂巖夾黑色碳質(zhì)泥巖和煤層。在剖面露頭中可以見到疊錐灰?guī)r及菱鐵礦層，黏土礦物中高嶺石含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于伊利石含量，由于在潮濕氣候下沉積的巖石中高嶺石含量高，伊利石含量低［7］，這一時(shí)期孢粉數(shù)量比例最大的廣口粉屬Chasmatosporites和蘇鐵粉屬Cycadopites代表的氣候環(huán)境也基本一致，常見于熱帶溫濕環(huán)境中［8］，反映出該時(shí)期為溫帶潮濕氣候。

三工河早期發(fā)育暗色泥巖，至中晚期煤層和碳質(zhì)泥巖變少，甚至不發(fā)育，黏土礦物中伊利石含量增高，高嶺石含量降低［9］，同時(shí)干旱環(huán)境的克拉梭粉屬有個(gè)短暫激增又減少的過程，生物分異度及豐度顯著減少［8］，反映三工河早期為熱帶-亞熱帶環(huán)境。三工河中-晚期生物種屬增加及豐度又開始變大，中期代表潮濕氣候的紫琪孢屬略有增加，至晚期蕨類植物大量生長，裸子植物花粉以松柏類兩氣囊花粉和蘇鐵類單溝花粉為主，松柏類兩氣囊花粉在熱帶、亞熱帶及溫帶都很常見，指示干旱氣候的掌鱗杉科花粉克拉梭粉屬Classopollis也少量出現(xiàn)［8］，說明該時(shí)期氣溫不是很高，并已開始向潮濕氣候轉(zhuǎn)變，在末期已處于潮濕-半潮濕氣候中。

西山窯期，盆地在燕山運(yùn)動的擠壓作用下開始逐漸抬升，在水退的環(huán)境下沉積了含煤的碎屑巖層，該時(shí)期煤層發(fā)育，沉積有灰白、淺灰和灰綠色礫巖、砂巖夾碳質(zhì)泥巖、泥巖及煤層，與下伏三工河組整合接觸。該時(shí)期生物繁盛，其孢粉中蕨類孢子含量較下伏地層大幅下降，分異度低，屬種單調(diào)，呈不發(fā)育面貌，而裸子植物明顯占優(yōu)勢，表明該時(shí)期氣候可能為熱帶、亞熱帶或溫帶并且不適合蕨類生長的潮濕環(huán)境［8］，繼承了三工河末期的潮濕-半潮濕氣候并向熱帶潮濕氣候轉(zhuǎn)變。

頭屯河期，沉積地層的顏色由灰色、灰黑色、黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑?、淺灰、灰褐色、雜色及紅色巖相，同時(shí)，該時(shí)期的生物分異度及豐度減小，掌鱗杉科及南洋杉科花粉增加，氣候漸趨干旱，整體上為亞熱帶-熱帶半干旱氣候。

2.3 頭屯河—齊古期古氣候交替期

頭屯河期的古氣候變?yōu)楦珊禋夂颍R古晚期開始向半干旱-半潮濕的氣候轉(zhuǎn)變，至早白堊世變?yōu)榘氤睗竦臍夂颦h(huán)境。

頭屯河晚期已完全處于干旱的氣候中，齊古期發(fā)育一套紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾少量灰綠色砂巖、灰白色凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖的地層。孢粉組合中掌鱗杉科相關(guān)的花粉Classopollis接近10%。這一趨勢反映了準(zhǔn)噶爾盆地氣候在晚侏羅世為半干旱、半濕潤的特點(diǎn)［10］。

2.4 齊古期—早白堊世古氣候交替期

齊古中期為半潮濕-半干旱的氣候環(huán)境，晚期至早白堊世已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘氤睗駳夂?，并開始向干旱環(huán)境轉(zhuǎn)變，而早白堊世只經(jīng)歷了短暫的半潮濕環(huán)境之后則變?yōu)楦珊?半干旱氣候。

早白堊世，盆地整體開始沉降，沉積面積擴(kuò)大，至晚白堊世盆地抬升，沉積范圍又明顯變小。清水河早期經(jīng)歷了短暫的應(yīng)力松弛期，沉降速率較大，巖性以含礫細(xì)砂巖和細(xì)砂巖為主，經(jīng)歷了短暫的濕潤氣候，清水河末期開始變?yōu)楦珊?，呼圖壁組和勝金口-連木沁組發(fā)育褐紅色砂質(zhì)泥巖，為干旱-半干旱氣候［11］。

2.5 白堊紀(jì)至今的干旱沙漠氣候

白堊紀(jì)經(jīng)歷了短暫的潮濕-半潮濕氣候之后轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊?半干旱氣候至今。

古近紀(jì)時(shí)期，盆地南緣地區(qū)雖然受到燕山運(yùn)動的影響，但是并沒有從根本上改變盆地的構(gòu)造格局，基本上繼承了白堊紀(jì)穩(wěn)定的凹陷形態(tài)。紫泥泉子組主要巖性屬于河湖相碎屑巖，下部為紅色、灰色，上部為褐色、棕紅色，均為泥、砂的不等厚互層，下部較上部粒度更粗，反映沉積期氣候早期濕潤至中晚期轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊担?2］。烏倫古河組與紫泥泉子組為連續(xù)沉積，總體上為泥巖沉積，可見介殼灰?guī)r，含豐富的魚類、腹足類化石［13］。巖性總體為紅色和雜色巖層，偶夾紫紅色泥質(zhì)條帶，反映該時(shí)期應(yīng)處于干旱環(huán)境中。在盆地北部的烏倫古河流域?yàn)榫植砍睗癍h(huán)境，形成了一套灰色層。新近系沙灣組以褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，塔西河組巖性則以褐紅色砂質(zhì)礫巖為主，獨(dú)山子組以褐黃色砂質(zhì)泥巖、礫巖與砂巖互層較為常見。第四系西域組西域礫巖較為發(fā)育，夾灰色中粒巖屑砂巖、砂質(zhì)泥巖透鏡體等。這一地質(zhì)時(shí)期氣候呈現(xiàn)干濕交替的演變特征，但在整體上趨于干旱，朝干旱氣候方向發(fā)展［14］。

3 古氣候?qū)ι皫r型鈾礦的控制作用

3.1 潮濕-半潮濕古氣候控制含礦目的層

準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦賦礦層主要為侏羅系-古近系，其礦化有10個(gè)層組（表1），分別為：八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組、吐谷魯群（清水河組、呼圖壁河組、勝金口-連木沁組）、東溝組和烏倫古河組。

砂巖型鈾礦屬于沉積盆地內(nèi)表生后生水成鈾礦成因類型，因此中、新生代氣候條件演化對形成含礦建造和后生改造富集成礦作用均具有重要的作用。對于砂巖型鈾礦來說，中、新生代盆地蓋層形成期的氣候演化總體有一個(gè)由潮濕向干旱轉(zhuǎn)化的單旋回或多旋回的過程是必不可少的重要條件，潮濕氣候條件下形成的灰黑色陸相含煤碎屑巖建造、灰色陸相碎屑巖建造和由潮濕向干旱轉(zhuǎn)折過渡或交替期形成的雜色碎屑巖建造是有利于形成砂巖型鈾礦的含礦建造。

準(zhǔn)噶爾盆地的古氣候演化特征表明，盆地下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組，中侏羅統(tǒng)西山窯組和頭屯河組為潮濕氣候環(huán)境，沉積含煤巖系建造有利于砂巖型鈾成礦；齊古組時(shí)期為半干旱-半潮濕氣候環(huán)境，沉積陸相紅色碎屑巖建造，較有利于砂巖型鈾成礦。下白堊統(tǒng)吐谷魯群以辮狀河沉積和濱湖沉積為主，為潮濕氣候，據(jù)此說明準(zhǔn)噶爾盆地的主要找礦目的層為八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組和吐谷魯群。

準(zhǔn)噶爾盆地在潮濕氣候下形成的鈾礦床以大慶溝礦床為典型代表，該沉積層位主要為中侏羅統(tǒng)西山窯組，該組含煤地層大量產(chǎn)出，潮濕的古氣候環(huán)境使鈾儲層砂體中的還原介質(zhì)豐富而且分布均勻，該時(shí)期是大慶溝礦床主要的含礦層形成的時(shí)期。在地表含氧水的作用下，鈾源氧化為高價(jià)態(tài)，鈾活動性強(qiáng)并以水溶形式遷入沉積砂體中，在西山窯組大量產(chǎn)出的灰色還原砂巖層中轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r(jià)態(tài)而富集，并形成穩(wěn)定發(fā)育的層間氧化前鋒線。所以在潮濕氣候背景下的含鈾巖系中，還原性沉積物會形成地球化學(xué)障，并對砂巖型鈾礦化具有控制作用。該成礦時(shí)期的層間氧化帶往往規(guī)模有限，縱向延伸較長。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣硫磺溝礦點(diǎn)的產(chǎn)礦層位為頭屯河組，礦體賦存于頭屯河組下部的黃色砂巖、細(xì)粒砂巖中。該區(qū)域頭屯河期處于潮濕環(huán)境與干旱環(huán)境的轉(zhuǎn)換時(shí)期，砂體中的還原介質(zhì)豐度有限，分布不均勻，在垂向上還原介質(zhì)豐度具有逐漸減少的趨勢，在這種環(huán)境背景下，礦體為少量的卷狀和大量的板狀礦體產(chǎn)出［1］。

3.2 干旱古氣候控制鈾成礦作用過程

表1 準(zhǔn)噶爾盆地鈾礦化信息［15］Table 1Information of uranium mineralization in Junggar basin［15］

準(zhǔn)噶爾盆地在八道灣—西山窯時(shí)期、吐谷魯時(shí)期和烏倫古時(shí)期都經(jīng)歷了潮濕的古氣候環(huán)境，這一古氣候背景下形成含煤地層，并在含煤碎屑巖中有鈾的容礦層位產(chǎn)出，之后經(jīng)歷了頭屯河—齊古期以及古近紀(jì)中晚期至今長期的干旱環(huán)境，形成紅色巖層，有利于地下水滲入發(fā)育層間氧化帶，形成沉積改造型鈾礦床。干旱環(huán)境下的富氧含礦流體運(yùn)移到還原砂體區(qū)域，形成區(qū)域穩(wěn)定發(fā)育的層間氧化帶，并在還原層位形成鈾礦化。因此，干旱-半干旱氣候條件下形成的陸相紅色碎屑巖建造也可成礦，但在后生改造期必須有下伏層位滲出型油氣水還原作用的配合才可成礦，而氣候演化旋回晚期的干旱-半干旱條件是后生改造富集成礦的重要有利條件。古氣候單旋回演化的盆地一般只具有一個(gè)找礦目的層，古氣候多旋回演化的盆地或有下伏層位滲出型油氣還原流體后生改造作用參與的盆地可以有多個(gè)找礦目的層。在準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化的過程中，盆地內(nèi)部的構(gòu)造運(yùn)動差異性使原先沉積的地層被剝蝕掉了，從而造成準(zhǔn)噶爾盆地西北緣在侏羅系沉積之后，經(jīng)歷了構(gòu)造運(yùn)動改造，使得白堊系吐谷魯群出露地表，早白堊世之后經(jīng)歷了長期的干旱氣候，從而在吐谷魯群成礦，因此在構(gòu)造運(yùn)動的環(huán)境條件下，干旱的古氣候環(huán)境更有利于鈾成礦。

準(zhǔn)噶爾盆地北部氣候受地形和周圍海域的影響，該區(qū)域古近系烏倫古河期存在一段半干旱-濕熱氣候，該時(shí)期以頂山礦床為典型代表。溫濕氣候下沉積了富含炭化植物殘骸的礫-砂-泥沉積組合，下伏和上覆的干旱沉積使該時(shí)期形成一定規(guī)模的層間氧化帶，礦化或異常一般見于氧化帶底部附近和層間氧化帶的上下翼。

從氣候演化系列中看，準(zhǔn)噶爾盆地早三疊世氣候干旱，紅層廣布，晚三疊-早中侏羅世氣候轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗癫⒃谖魃礁G時(shí)期發(fā)育大量含煤巖系，這一時(shí)期形成大的容礦層位，并在晚侏羅-早白堊世以后經(jīng)歷長期的干旱氣候，使得大量的礦體均發(fā)育在中新生代的侏羅系和下白堊統(tǒng)當(dāng)中。

4 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地中新生代古氣候經(jīng)歷了5次潮濕、半潮濕-干旱、半干旱的交替過程，分別為三疊紀(jì)—早侏羅世古氣候交替期、八道灣—頭屯河期古氣候交替期、頭屯河—齊古期古氣候交替期、齊古期—早白堊世古氣候交替期、白堊紀(jì)至今的干旱沙漠氣候；

早-中侏羅世溫暖潮濕的氣候形成了八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組富有機(jī)質(zhì)的有利含礦建造，主要分布于盆地東緣和南緣和西北緣，為砂巖型鈾礦主要找礦目的層；早白堊世早期經(jīng)歷了短暫的潮濕-半潮濕氣候，在白堊系底部形成了含較多有機(jī)質(zhì)有利含礦建造，主要分布于盆地西北緣，為砂巖型鈾礦次要找礦目的層；始新世-漸新世，盆地北部的局部區(qū)域形成了烏倫古河組灰色層，為砂巖型鈾礦次要找礦目的層。自晚侏羅世開始，經(jīng)歷了齊古期、晚白堊-古新世、漸新世至今3個(gè)時(shí)期干旱-半干旱古氣候過程，有利于鈾的淋濾、遷移、滲入到含礦建造沉淀富集成礦，為砂巖型鈾礦主要成礦期。

［1］焦養(yǎng)泉，吳立群，彭云彪，等．中國北方古亞洲構(gòu)造域中沉積型鈾礦形成發(fā)育的沉積-構(gòu)造背景綜合分析［J］．地學(xué)前緣，2015，22（1）:189-205．

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Characteristics of Mesozoic-Cenozoic paleoclimate evolution and its constraint on mineralization of sandstone type uranium deposit in Junggar basin，Xinjiang，China

YANG Ye，HE Zhongbo

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Located in the north of Xinjiang，Junggar basin is on important basins which produce sandstone type uranium deposit in the north of China．Evidences from paleontology，sedimentary system and sporopollen show that palaeoclimate around the basin had experienced five time alternation from arid to humid during the Mesozoic，and that uranium producing formations were formed under the semihumid and humid paleoclimate environment，arid climate after the humid was propitious to uranium migration and enrichment．The main uranium prospecting target strata are the Badaowan Formation，the Sangonghe Formation，the Xishanyao Formation and the Toutunhe Formation of Jurassic in the eastern，southern and northwest margins of the basin．The secondary target strata are the Tugulu Group of Cretaceous in the northwest margin and the Wulunguhe Formation of the Paleogene in the north of the basin．

Junggar basin；sandstone type uranium deposit；Mesozoic-Cenozoic；the paleoclimate evolution

P619．14；P532

A

1672-0636（2016）03-0140-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2016.03.003

2015-08-10；

2016-04-01

楊燁（1988—），女，湖北孝感人，助理工程師，主要從事地球化學(xué)、古生物學(xué)、沉積學(xué)研究。E-mail:yycug015@gmail．com