塔里木盆地北緣日達里克地區(qū)砂巖型鈾成礦控礦因素淺析

李書海，呂俊維，陳瑞，善曹特，王強強，王元元

（核工業(yè)二一六地質(zhì)隊，新疆 烏魯木齊 830011）

塔里木盆地北緣經(jīng)前人多年工作，篩選出多個鈾礦找礦層位，日達里克地區(qū)主要找礦層位為庫車組。由于受復雜構(gòu)造、地層厚度及工作程度等原因的影響，導致對該區(qū)庫車組研究不夠深入。經(jīng)過多輪生產(chǎn)及科研工作，對區(qū)內(nèi)地層特征、鈾礦化發(fā)育及層間氧化帶發(fā)育特征有一定認識，取得一定找礦成果，確定日達里克地區(qū)具備進一步找礦潛力。但礦體富集時間短、砂體層數(shù)多、有機質(zhì)不夠豐富等，與傳統(tǒng)典型成礦理論存在較大差別[1-3]，對該地區(qū)鈾成礦控礦因素還存在疑惑。通過對該區(qū)鈾源、層間氧化帶、地球化學及砂體發(fā)育特征進行系統(tǒng)分析，剖析鈾成礦控礦因素，為今后找礦工作提供幫助。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于塔里木盆地北緣與南天山造山帶結(jié)合部位的庫車坳陷南緣秋里塔格復背斜帶中東段，秋里塔格復背斜受區(qū)域構(gòu)造作用，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，如亞克里克箱狀背斜和久依箱狀背斜及兩背斜之間的向斜構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)出露中新統(tǒng)吉迪克組、中新統(tǒng)吉康村組、上新統(tǒng)庫車組、下更新統(tǒng)西域組及全新統(tǒng)。目標地層為上新統(tǒng)庫車組，分為上下2段，而主要含鈾地層為庫車組下段（N2ka），厚度1 000～1 280 m，巖性主要由淺褐紅色、灰黃色、褐色及灰色泥巖，灰色、灰白色、淺黃色及淺褐紅色砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖及細砂巖組成。自下而上共劃分出Ⅰ～Ⅸ旋回，各旋回整體特征為下部以砂礫巖及砂巖開始，上部以褐紅色、淺褐黃色泥巖結(jié)束。砂體的頂、底板均發(fā)育穩(wěn)定的泥巖隔水層，具備良好的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，是發(fā)育層間氧化帶及鈾成礦有利相帶。

2 鈾礦化特征

研究區(qū)庫車組下段共劃分為9 個旋回，共發(fā)現(xiàn)12 層砂巖型鈾礦化或工業(yè)鈾礦，其中6 層砂體發(fā)育工業(yè)鈾礦，分屬于Ⅳ，Ⅴ，Ⅶ旋回，其中Ⅶ旋回含4層砂體（Ⅶ1，Ⅶ2，Ⅶ3，Ⅶ4）均揭露到工業(yè)鈾礦，Ⅳ，Ⅴ旋回各發(fā)育1層工業(yè)鈾礦，屬卷狀或翼部礦體。

礦帶寬50～200 m，品位0.016 3%～0.143 3%，通過對工業(yè)鈾礦體在不同粒級砂巖中富集情況的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，鈾礦體主要富集在中砂巖粒級以上的砂體中，粗砂巖占比最大（76%）；中砂巖、砂礫巖、礫巖占比居中，占比均為7%，總計占比21%，細砂巖中最少（3%）。揭露到的含礦砂巖多為灰色夾淺黃色、淺褐紅色團塊及斑點，且可見分布不均勻的炭屑、炭塊及灰色泥礫，多為卷頭礦體。

3 鈾成礦因素

砂巖型鈾成礦需有鈾源、砂體發(fā)育、“泥-砂-泥”空間結(jié)構(gòu)、層間氧化帶、還原介質(zhì)及構(gòu)造等條件[4]。在同一地區(qū)，相同成礦條件下，對關(guān)鍵控礦因素的分析非常重要，將直接影響找礦方向。

3.1 鈾源條件

盆地砂巖型鈾礦鈾源有2 個來源：蝕源區(qū)富鈾巖體及目的層本身[5]。在地表水及地下水流經(jīng)蝕源區(qū)地質(zhì)體時，水中游離氧與地質(zhì)體中鈾發(fā)生化學反應(yīng)，將鈾活化帶走，進入盆地。日達里克地區(qū)地下水補給區(qū)為蝕源區(qū)，古元古界片巖、青白口—石炭—二疊紀花崗巖地質(zhì)體鈾含量較高，均值為5.8×10-6，在游離氧的作用下，外遷了大量的活化鈾。目的層物源也來之上述含鈾地質(zhì)體，富含花崗質(zhì)碎屑，目的層鈾含量本底較高，這也是目的層本身能成為鈾源的重要原因。各砂體為富鈾砂體（鈾含量≥6×10-6）。盡管上新統(tǒng)庫車組目的層較新，成礦時間較短，但區(qū)內(nèi)鈾源豐富，蝕源區(qū)及目的層本身均可提供鈾，彌補了成礦時間不足的缺陷。

3.2 含礦砂體特征

砂巖是陸相含油氣盆地最主要的儲層類型，也是沉積型鈾礦成礦流體的運移通道和鈾成礦的儲集空間。因此，針對砂巖型鈾礦地區(qū)，對砂體的研究必不可少[6]。

庫車組下段共劃分出9個旋回，每個旋回均含1層及以上砂體，單層砂體厚度5～60 m。砂體整體特征為：自Ⅰ旋回至Ⅸ旋回單層厚度增大，層數(shù)增加，且單層砂體具正韻律特征，即自下而上為砂礫巖→含礫粗砂巖→粗砂巖→中、細砂巖。砂巖底部見沖刷-充填構(gòu)造，含泥礫，偶見重荷構(gòu)造和液化變形構(gòu)造，砂體內(nèi)部發(fā)育槽狀交錯層理構(gòu)造，測井視電阻率曲線多呈齒化的鐘形-箱型組合。

Ⅰ～Ⅲ旋回層厚172.36 m，累計砂體凈厚71.71 m，砂地比為0.42。砂體底部常見砂礫巖、含礫粗砂巖，且底部常見少量灰、淺褐黃色泥礫，揭露到工業(yè)鈾礦。Ⅳ～Ⅴ旋回層厚度173.96 m，累計砂體凈厚111.17 m，砂地比0.66，砂體由砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、細砂巖，夾灰色泥巖組成，均揭露到層間氧化帶及工業(yè)鈾礦。Ⅵ旋回層厚度149.90 m，累計砂體凈厚101.29 m，砂地比0.68，以砂礫巖、含礫粗砂巖及粗砂巖為主，夾中、細砂巖構(gòu)成，砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，夾2～15泥質(zhì)夾層，未揭露到工業(yè)鈾礦。Ⅶ旋回層厚251.57 m，累計砂體凈厚150.39 m，砂地比0.61。IV、Ⅴ、VII含礦層砂地比均大于0.6，單層砂體厚度為30～50 m，且在砂體底部多見灰色泥礫，粒徑為1～5 cm，局部見分布不均勻的炭屑及炭塊。

每個旋回砂體往往由多期次河道形成，理論上每一期河流體系結(jié)束后，應(yīng)有泛濫平原細粒沉積物，且植被發(fā)育，?？梢娞炕参锴o稈或根系。實際上，由于辮狀河流強烈沖刷作用，部分河流期次間的細粒沉積物往往會缺失或變薄[6]，各期次砂體連通。Ⅶ1亞旋回砂體中識別出6 期河流體系（PS1～PS6）（圖1）。但并非所有河道廢棄沉積的細粒沉積物均能保存下來，如A04 孔底部識別的兩個河流沉積體系（PS1，PS2），頂部細粒沉積物被后期河流強烈沖刷而消失。這些細粒沉積物，將Ⅶ1砂體分割為多層小砂體，從而減緩、阻擋含氧含鈾水的運移。劃分出多個穩(wěn)定的河流沉積體系，對層間氧化帶前鋒線的確定尤為重要，直接關(guān)系到過渡帶位置的確定。B01孔揭露到Ⅶ1亞旋回砂體基本已經(jīng)完全氧化，且自下而上氧化強度減弱，在氧化帶向前推進過程中，由于受到透鏡狀泥巖隔水層的作用，氧化帶在B02 及B03孔分叉，出現(xiàn)上下兩層氧化帶，由于層間氧化作用強度不同，出現(xiàn)前鋒線位置差異。上層砂體氧化帶前鋒線位于B01 與B02 之間，下層砂體氧化作用明顯較上部強，前鋒線繼續(xù)向前移動，到B03 附近（圖2）。

圖1 Ⅶ1亞旋回縱向典型剖面圖Fig.1 Section of exploration longitudinal typical Ⅶ1 in lower Member

圖2 Ⅶ1亞旋回橫剖面Fig.2 Section of subcycle Ⅶ1 of lower member

3.3 層間氧化帶

層間氧化帶砂巖型鈾礦為秋里塔格地區(qū)庫車組主要找礦類型。因此，層間氧化帶發(fā)育情況是控制該類鈾成礦的關(guān)鍵因素之一。

區(qū)內(nèi)氧化帶自南天山從北西向南東方向發(fā)育，氧化程度整體呈西強東弱、北強南弱，含氧含鈾水在庫車組目的層滲流距離長達60 km，形成規(guī)模巨大的層間氧化帶[7]。目前，研究區(qū)共揭露到14 層氧化砂體，氧化砂體多呈淺黃、淺褐紅、灰白色，局部可見淺黃及淺褐紅色斑點（圖3），平面上，氧化帶砂體呈舌狀展布，在剖面上多呈疊瓦狀。目前，秋里塔格復背斜南北兩側(cè)均揭露到層間氧化帶，氧化作用范圍大，在一定程度上抵消了砂體中還原劑含量少的不利因素。

需要說明的是，在秋里塔格隆起作用下，先期形成的層間氧化帶及過渡帶被抬升出露地表，部分被破壞，且在秋里塔格復背斜北側(cè)形成構(gòu)造掀斜成因反轉(zhuǎn)層間氧化。

3.4 有機炭

砂巖中富含還原介質(zhì)是層間氧化帶砂巖型鈾成礦關(guān)鍵因素之一。區(qū)內(nèi)還原介質(zhì)主要有機炭、黃鐵礦等，這些還原介質(zhì)有利于厭氧微生物活動，產(chǎn)生H2S，形成還原地球化學障[8]。同時，有機炭具有很強的吸附作用，在被分解為腐殖酸后能發(fā)生運移作用，在氧化還原過渡帶富集，工作區(qū)上新統(tǒng)庫車組為一套干旱、半干旱至潮濕氣候環(huán)境，植被發(fā)育差，砂巖中炭屑少。但目前揭露到的鈾礦化砂巖中往往能見到不均勻分布的炭化植物莖稈及葉片，相對高品位鈾礦石往往與炭屑直接相關(guān)。由表1可看出，Ⅳ～Ⅷ旋回原生帶砂巖有機質(zhì)含量均大于0.1%，且在過渡帶發(fā)生明顯富集作用，以Ⅶ旋回過渡帶有機炭含量最高（表1），有機炭含量呈控制鈾富集的關(guān)鍵因素之一。

表1 庫車組下段砂體有機炭含量Table 1 Organic carbon content in sand body of lower Kuche formation 單位：%

3.5 泥礫

區(qū)內(nèi)庫車組下段各旋回砂體中多見泥礫，且主要位于旋回劃分出的河流體系期次底部，泥礫粒徑1～3 cm，局部可達20 cm 以上，多呈滾圓狀、橢球狀和不規(guī)則狀，泥礫呈淺褐紅、淺褐黃、灰、深灰色（圖3）。泥礫多為河道岸邊細粒沉積物垮塌進入河道，與河道砂巖混雜，未經(jīng)過長距離搬運而在河道底沉積并得以保留下來。

圖3 日達里克地區(qū)砂巖層間氧化分帶特征Fig.3 Characteristics of interlayer oxidation zonation of sandstone in Ridalic

泥礫成分多為粘土礦物，具備吸附作用，在含鈾水經(jīng)過期間，泥礫能起到很好的賦礦作用，泥礫間相隔一定空隙，被砂巖充填，可減緩含鈾層間水流動速度，但又不完全阻擋水流經(jīng)過，使泥礫有機會大量吸附鈾，形成鈾礦化或工業(yè)鈾礦。

3.6 構(gòu)造

庫車坳陷具凹陷與凸起相間構(gòu)造格局，秋里塔格復背斜在上新統(tǒng)庫車組沉積早期—下更新統(tǒng)西域組沉積早期，為褶皺低隆階段，秋里塔格構(gòu)造帶褶皺變形，形成低隆背斜構(gòu)造。這一時期，秋里塔格南北兩側(cè)地層連通，含氧含鈾水自南天山蝕源區(qū)順目的層流入秋里塔格地帶，層間氧化帶不受該構(gòu)造影響，盆地內(nèi)為一個水文地質(zhì)單元。下更新統(tǒng)西域組沉積早期—上更新統(tǒng)新疆群沉積晚期，為推覆速隆階段，秋里塔格發(fā)生逆沖推覆快速隆起而遭受剝蝕，導致秋里塔格南北兩側(cè)地層斷開，破壞了原有地下水“補給-徑流-排泄”體系，秋里塔格演變成局部排泄源，日達里克地段窗口出露地表，排泄作用強烈，形成了一部分排泄源控礦礦體（圖4）。秋里塔格抬升隆起過程中，原本向南傾斜地層發(fā)生反向掀斜，形成“反轉(zhuǎn)式”層間氧化帶。

針對秋里塔格北側(cè)因構(gòu)造原因形成的形態(tài)“反轉(zhuǎn)”層間氧化帶，鈾成礦與找礦部位的判別，明顯與伊犁盆地這類發(fā)育正向?qū)娱g氧化帶的地區(qū)不同。“反轉(zhuǎn)式”層間氧化帶鈾成礦與找礦部位的判別是以過渡帶、原生還原帶露頭為線索，往蝕源區(qū)、補給區(qū)方向（北）尋找氧化帶和過渡帶鈾礦體為原則。

4 結(jié)論

日達里克庫車組下段是鈾礦賦存的主要層位，層間氧化成礦作用時間短，但該區(qū)鈾源豐富，南天山蝕源區(qū)及砂體本身均可提供鈾，一定程度上彌補成礦時間短的不利因素。

區(qū)內(nèi)庫車組下段屬辮狀河三角洲相，河道發(fā)育，每個旋回砂體較厚，多為數(shù)個河流期次沉積形成，在進行砂體對比劃分，尤其是在劃分層間氧化帶時，一定要按河流體系期次進行劃分，否則很容易穿層，導致過渡帶位置確定不準。層間氧化帶從北西向南東方向發(fā)育，氧化程度整體呈西強東弱、北強南弱。由于庫車組地層較新，成礦時間較短，鈾搬離氧化帶進入過渡帶時間也不夠，導致鈾多富集在過渡帶靠近氧化帶一側(cè)。各旋回原生帶砂巖有機炭含量均大于0.1%，且在過渡帶發(fā)生明顯富集，以Ⅶ旋回過渡帶有機炭含量最高，富集作用最明顯，有機炭含量是控制鈾富集的關(guān)鍵因素之一。

區(qū)內(nèi)庫車組下段各旋回砂體底部多見泥礫，在Ⅰ～Ⅴ旋回中發(fā)現(xiàn)較多由灰色泥礫控制的鈾礦化及工業(yè)鈾礦，后續(xù)還需加強相關(guān)研究。