伊犁盆地闊斯加爾地區(qū)西山窯組 上段有機(jī)碳、硫與鈾成礦的關(guān)系

陳虹 邱余波 李旭

摘 ? 要：為研究闊斯加爾地區(qū)有機(jī)碳和硫與鈾成礦關(guān)系，以西山窯組上段為研究層位，通過對(duì)不同分帶中的樣品分析結(jié)果得出鈾在氧化帶遷移、在過渡帶富集的成礦機(jī)制，有機(jī)碳、硫化物等還原質(zhì)與鈾呈正相關(guān)性，通過繪制有機(jī)碳及硫化物平面分布與鈾礦體關(guān)系圖，闡述了層間氧化帶在強(qiáng)還原質(zhì)富集地帶尖滅的特性，分析討論了“還原物質(zhì)富集帶”在鈾成礦過程中控制礦體產(chǎn)出空間的作用，揭示了“‘還原物質(zhì)富集帶控制鈾礦體的空間產(chǎn)出位置和形態(tài)”這一成礦規(guī)律。

關(guān)鍵詞：伊犁盆地;闊斯加爾;砂巖型鈾礦;還原障

伊犁盆地是我國首個(gè)千噸級(jí)可地浸砂巖型鈾礦基地，自上世紀(jì)90年代以來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了庫捷爾太、蒙其古爾、洪海溝等大型及特大型礦床[1-2]?。層間氧化帶地球化學(xué)分帶研究在鈾礦勘查及科研中不斷深 ? ? ? 化[3-9]，程明高、簡曉飛等三分為氧化帶、過渡帶和還原帶[10]，秦明寬五分為強(qiáng)氧化帶、弱氧化帶、鈾礦石帶、準(zhǔn)原生帶及原生帶[11]，針對(duì)不同分帶中鈾、有機(jī)碳及硫做對(duì)比研究，得出了較為系統(tǒng)、全面的規(guī)律，劉俊平、邱余波等對(duì)蒙其古爾鈾礦床有機(jī)碳成礦作用進(jìn)行研究，認(rèn)為有機(jī)碳及微生物對(duì)富大礦體形成起重要作用[12]，尹濤、伊海生等對(duì)闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段通過樣品對(duì)比做了有機(jī)碳、Fe2+及全硫與鈾的相關(guān)性分析，認(rèn)為鈾與Fe2+富集正相關(guān)，與有機(jī)碳、全硫相關(guān)性較弱[13]。通過綜合統(tǒng)計(jì)和連續(xù)砂體取樣分析的方式，針對(duì)微量鈾、全硫、有機(jī)碳等控礦因素做了詳細(xì)研究，闡述了還原障與鈾礦體產(chǎn)出空間的關(guān)系及意義，可為今后的鈾礦評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 ?地質(zhì)背景

伊犁盆地位于新疆西部邊陲，為哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊南北擠壓形成的造山帶山間盆地，大地構(gòu)造位置屬于伊犁-中天山微塊[14]。闊斯加爾地區(qū)位于伊寧凹陷南緣斜坡帶中西段，構(gòu)造位置為一次級(jí)背斜（烏庫爾其背斜）東翼，由晚漸新世至中新世（24 Ma）伊犁盆地發(fā)生的NS向不對(duì)稱擠壓作用形成，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)同時(shí)掀斜了本區(qū)的沉積蓋層，開啟了沉積蓋層接受大氣降水、地表徑流等含氧水補(bǔ)給的“構(gòu)造窗”[15]，侏羅系含煤地層地球化學(xué)環(huán)境，由于含氧含鈾地下水徑流被改造，為鈾元素活化、再富集提供了條件，地層傾向NE，傾角4°～8°（圖1）?。

地層自下而上依次為二疊系（P1w）火山碎屑凝灰?guī)r、中下侏羅統(tǒng)水西溝群（J1-2sh），中侏羅統(tǒng)艾維爾溝群（J2aw）、新近系（N）及第四系（Q）。中下侏羅統(tǒng)水西溝群不整合上覆于二疊系，為一套潮濕氣候條件下形成的、總體表現(xiàn)為具退積特征的沖積扇-扇三角洲-曲流河沉積體系下形成的暗色含煤碎屑巖建 ? 造[17-18]，自下而上依次劃分為八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）和西山窯組（J2x）。西山窯組上段（J2x3）屬曲流河沉積，發(fā)育在西山窯組頂部，分為上下兩個(gè)亞段，被灰色的粉砂巖、泥巖隔開，泥巖中含不穩(wěn)定薄煤層;巖性以灰色、灰白色、黃色中粗粒含礫砂巖、砂礫巖、中細(xì)粒砂巖與綠灰色、灰色粉砂巖、泥巖為主，形成較厚的砂泥互層結(jié)構(gòu)（圖2）;下亞段砂體發(fā)育不穩(wěn)定，上亞段有兩層主砂體，賦存工業(yè)鈾礦，層間氧化帶主要發(fā)育在上亞段疏松砂巖中，其前鋒線控制鈾礦的空間產(chǎn)出部位，鈾礦體在前鋒線100～200 m之間發(fā)育，規(guī)模較大。

2 ?層間氧化帶各分帶有機(jī)碳和硫的 ? ? ? ? 分布特征

根據(jù)砂體顏色、鐵礦物特征及其它地球化學(xué)指標(biāo)，闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段層間氧化帶沿含氧水流方向可劃分為氧化帶、過渡帶和原生巖石帶。垂直氧化帶前鋒線走向的方向上，表現(xiàn)為由氧化帶向原生巖石帶逐漸過渡，巖石也由強(qiáng)氧化的紅色、褐黃色向原生灰色、灰白色漸變，鈾礦化發(fā)育在氧化還原過渡帶中。有機(jī)碳、硫化物等還原質(zhì)在伊犁盆地普遍發(fā)育，在層間氧化作用過程中因地球化學(xué)環(huán)境變化而發(fā)生較大變化（表1）。由表1可見，鈾在過渡帶最高，原生帶高于氧化帶，還原帶中的鈾是氧化帶的2.5倍，過渡帶是氧化帶的18.9倍，反映了鈾在氧化帶遷移、在過渡帶富集的成礦機(jī)制;釷在氧化帶不同分帶中含量幾乎一樣，不易于遷移，可通過鈾釷比來分析巖石鈾的遷出率，以評(píng)價(jià)其鈾源條件;有機(jī)碳在氧化帶較低，過渡帶略高于還原帶;硫在氧化帶最低，過渡帶和還原帶遠(yuǎn)高于氧化帶，分別是其含量的10.5倍和8.6倍。

3 ?有機(jī)碳、硫與鈾礦化的關(guān)系

為更直觀的研究有機(jī)碳和硫在鈾成礦過程中的關(guān)系，選取闊斯加爾地區(qū)K50977孔西山窯組上段487.66～490.26 m巖心作為研究對(duì)象（圖3），連續(xù)取13件地球化學(xué)樣進(jìn)行分析，每件樣長20 cm。該段巖心具以下特點(diǎn)：①該段巖心為中粒巖屑長石砂巖，巖性無明顯垂向變化，且無明顯的碳屑及黃鐵礦結(jié)核等影響微量分析的因素，剔除了較多變量;②該段巖心顏色變化較連續(xù)，自上而下依次為黃色、淺黃色、灰色、淺黃色，為中、強(qiáng)氧化帶-弱氧化帶-過渡帶-弱氧化帶的一個(gè)相對(duì)完整、經(jīng)典的地球化學(xué)變化段;③該段發(fā)育鈾礦化，可同時(shí)研究鈾富集與硫、有機(jī)碳的對(duì)應(yīng)關(guān)系。樣品在核工業(yè)新疆理化分析測(cè)試中心采用滴定法測(cè)試完成，測(cè)試儀器為ICP-MS、ICP-OES及滴定管，儀器型號(hào)為NexION350X、Icap6300，測(cè)試結(jié)果如表2。

由表2可見，各參數(shù)結(jié)果差別較大，為方便較多指示因素同步對(duì)比，根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制各變量的散點(diǎn)曲線圖（圖3）。鈾在過渡帶急速富集成礦，在幾十厘米內(nèi)含量差別最大可達(dá)50倍，鈾的成礦過程嚴(yán)格受地球化學(xué)環(huán)境控制;硫在過渡帶中顯著增多，鈾礦化帶與硫富集帶范圍吻合較好，硫含量曲線峰型與鈾結(jié)合較好;有機(jī)碳在489.66～490.06 m含量最大，氧化帶在該處尖滅，成為地球化學(xué)障變化邊界，鈾急速富集;488.26～489.86 m硫和有機(jī)碳含量均明顯增高，層間氧化帶在遷移中未能將該還原質(zhì)富集區(qū)氧化，鈾因地化環(huán)境改變而持續(xù)富集成礦，在層間氧化帶中硫和有機(jī)碳的含量與鈾成礦呈正相關(guān)的關(guān)系。

4 ?還原質(zhì)與鈾礦化的空間關(guān)系及意義

4.1 ?有機(jī)碳和硫平面分布特征

有機(jī)碳主要是淺變質(zhì)的植物碎屑，它們?cè)谖⑸飬⑴c下通過分解產(chǎn)生H2S、CH4等氣體，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)周圍環(huán)境的Eh值急劇下降，由堿性介質(zhì)向中性和酸性轉(zhuǎn)變，形成有利于鈾沉淀的地化環(huán)境，導(dǎo)致氧化帶中的U6+還原沉淀[17]。闊斯加爾西山窯組上段有機(jī)碳具明顯的富集特征，有機(jī)碳最小0.010%，最大可達(dá)0.679%，富集區(qū)主要發(fā)育在北部，呈EW向帶狀蛇區(qū)展布，工業(yè)鈾礦帶發(fā)育在北部富集帶中，富集區(qū)控制鈾礦帶的空間產(chǎn)出位置和形態(tài)（圖4）。

硫主要來自碎屑變質(zhì)和微生物產(chǎn)生的H2S氣體和砂巖中的黃鐵礦，H2S氣體、黃鐵礦與有機(jī)碳作用相似，通過降低地化環(huán)境pH值參與鈾成礦[18]。此外，在伊犁盆地蒙其古爾鈾礦床Manitoba大學(xué)Fayek教授研究得出黃鐵礦的硫同位素組分-56.5‰～-68.4‰，具生物成因[11]，認(rèn)為微生物的硫也參與了鈾成礦作用。闊斯加爾硫含量在平面上的分布也具明顯的富集性，最小0.010%，最大0.617。與有機(jī)碳相似，硫富集區(qū)主要發(fā)育在北部，近EW向蛇區(qū)帶狀分布，工業(yè)鈾礦帶主要發(fā)育在硫富集區(qū)及其前部邊緣區(qū)，富集區(qū)也控制了鈾礦帶的空間產(chǎn)出位置和形態(tài)（圖5）。

4.2 ?有機(jī)碳和硫與鈾成礦空間關(guān)系的討論

從上述特點(diǎn)可得出，有機(jī)碳和硫的成因是同沉積的產(chǎn)物，其含量多少受沉積相和環(huán)境控制。因此，不是因?yàn)閷娱g氧化帶在某一地段尖滅導(dǎo)致有機(jī)碳和硫化物增多，而是層間氧化帶在強(qiáng)還原質(zhì)富集地帶尖滅的特性，有機(jī)碳與硫化物作為強(qiáng)還原質(zhì)構(gòu)成的“還原質(zhì)富集帶”導(dǎo)致U6+被還原以U4+的化合物沉淀富集。作為鈾成礦的關(guān)鍵因素，砂體中豐富的還原質(zhì)可為層間氧化帶提供較高的地球化學(xué)電位梯度[19]，“還原質(zhì)富集帶”的有無與空間位置決定了鈾成礦的規(guī)模：“富集帶”的出現(xiàn)導(dǎo)致層間氧化帶可以“急剎車”，鈾元素在該地段持續(xù)富集，形成工業(yè)鈾礦體;“富集帶”的位置決定鈾礦體的空間位置及規(guī)模，與露頭補(bǔ)給區(qū)太近，導(dǎo)致氧化帶發(fā)育規(guī)模太小，沒有從足夠多的還原砂體中活化鈾元素，與露頭補(bǔ)給區(qū)太遠(yuǎn)，導(dǎo)致U6+在氧化遷移過程中消耗過多，不利于富集，容易形成大而貧的異常帶。在砂巖型鈾礦評(píng)價(jià)過程中，砂體中的還原質(zhì)可作為重要依據(jù)來評(píng)價(jià)整個(gè)砂體的含礦性。

5 ?結(jié)論

（1） 闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段層間氧化帶可分為氧化帶、過渡帶和原生巖石帶，各分帶中鈾、有機(jī)碳及硫化物等含量變化明顯，鈾在氧化帶中遷移，在過渡帶中富集，有機(jī)碳與硫化物在過渡帶中含量最大，與鈾呈正相關(guān);

（2） 闊斯加爾西山窯組上段發(fā)育有機(jī)碳與硫化物富集而形成的“還原物質(zhì)富集帶”，導(dǎo)致層間氧化帶的尖滅及鈾礦體的產(chǎn)出，其控制了鈾礦體的空間產(chǎn)出位置和形態(tài)。

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Characteristics of Organic Carbon and Sulfur and Its Relationship to ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Uranium Deposit of Upper Xishanyao Formation ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?in Kuosijiaer Area of Yili Basin

Chen Hong，Qiu Yubo，Li Xu，Wang Shouyu，Liu Fuqiang，Zhang Lei

（Geologic Party No.216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：Uranium mineralization is controlled by interlayer oxidized zones in Kuosijiaer area，and there exist prominent zoning in the content of uranium，organic carbon and sulfide.This paper studied the uranium deposit of Upper Xishanyao formation to reveal the relationship between content of organic carbon，sulfur and uranium deposit in Kuosijiaer area.Statistics of analytical results of samples in different redox zoning，concluded that uranium transport in oxidized zones and precipitated in redox front，and uranium contents positively correlated with reducing substances，such as organic carbon，sulfide.Plane graph of relationship between uranium deposits and content of organic carbon，sulfide，indicated that interlayer oxidized zone pinch out in the zone where concentrating reducing substances.Reducing barrier played an important role to uranium deposit，which controlled the feature and ore body of uranium deposits.

Key words：Yili Basin;Kuosijiaer area;Sandstone-type uranium deposits;Reducing barrier