王 勛，蔡煜琦，張占峰，劉紅旭，劉俊平

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.核工業(yè)216大隊(duì)，新疆 烏魯木齊8300112）

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

蒙其古爾鈾礦床位于新疆伊犁盆地的伊寧凹陷南部斜坡帶。大地構(gòu)造上，伊犁盆地屬于天山造山帶的山間盆地，歸屬伊犁－中天山微地塊[1]。其南部緊鄰哈爾克－那拉提中、南天山板塊間的早中生代碰撞造山帶 （簡(jiǎn)稱哈－那帶），北部緊鄰科古琴－博努科努早、中古生代陸內(nèi)造山帶 （簡(jiǎn)稱科－博帶）。伊寧凹陷是伊犁盆地的次級(jí)構(gòu)造單元，其又劃分為中部深陷帶、西北次凹帶、東北次凹帶、中央次凸帶、東部次凸帶和南部斜坡帶6個(gè)構(gòu)造單元[2]。伊犁盆地沉積蓋層主要有三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系以及第四系（圖1）。

蒙其古爾鈾礦床賦礦層位為侏羅系中下統(tǒng)水西溝群 （圖1），是一套暗色含煤碎屑巖建造[3－4]，從下至上發(fā)育有12層煤及煤線。該礦床的礦化類型有層間氧化帶型、煤巖型以及泥巖型[5]，目前具有工業(yè)價(jià)值的為層間氧化帶砂巖型鈾礦。本文從沉積特征分析入手，對(duì)礦床的層間氧化帶砂巖型鈾礦化進(jìn)行 “定位”，旨在為伊犁盆地南緣今后的找礦工作提供有益的借鑒。

2 賦礦層砂體巖性特征

蒙其古爾地區(qū)賦礦砂巖主要呈 （淺）黃色、（淺）紅色及灰色，通常氧化帶的砂體為（淺）黃色或 （淺）紅色，還原帶砂體呈灰色。該地區(qū)的砂體物質(zhì)成分主要為石英和巖屑，長(zhǎng)石少量，常見(jiàn)白云母。灰色砂體中見(jiàn)有較多炭屑，主要呈星點(diǎn)狀順層分布。砂巖呈顆粒支撐結(jié)構(gòu)，分選較差，砂質(zhì)顆粒主要為次棱角狀 （圖2a），礫石主要呈次圓狀。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的巖屑成分與南緣基底巖石成分幾乎一致，主要有中酸性凝灰?guī)r、花崗巖等，充分反映了賦礦層近物源的沉積特征。

圖1 伊寧凹陷南北向剖面示意圖 （據(jù)核工業(yè)216大隊(duì)，2010修改）Fig.1 North－southward geologic section of Yining depression

圖2 蒙其古爾地區(qū)鈾礦賦礦層砂體巖性特征Fig.2 Lithologic feature of sandbody in ore－h(huán)ost strata in Mengqiguer

砂體普遍固結(jié)疏松，掃描電鏡下觀察，其孔隙大小在50～200μm，連通性好，為流體運(yùn)移及鈾礦化的形成與儲(chǔ)存提供了良好條件。巖石中鈾的主要存在形式為黏土礦物和有機(jī)質(zhì)吸附，賦存于粒間空隙中。

該地區(qū)砂巖為不等粒結(jié)構(gòu)，說(shuō)明其形成的水動(dòng)力比較強(qiáng)。概率累積曲線以兩段式、跳躍次總體為主，交截點(diǎn)在3Ф，反映了強(qiáng)水動(dòng)力條件下的牽引流特征。含礦層沉積構(gòu)造較為發(fā)育，鉆孔巖心可見(jiàn)沖刷面、槽狀交錯(cuò)層理、斜層理、平行層理、水平層理、卷曲變形層理等 （圖2b），充分反映了三角洲平原分流河道和三角洲前緣等微相的沉積特征。

3 沉積相特征

3.1 含礦砂體沉積特征

筆者選取了該地區(qū)的P25號(hào)勘探線鉆孔，重點(diǎn)對(duì)發(fā)育鈾礦化的三工河組和西山窯組下段沉積特征進(jìn)行分析。根據(jù)砂體和鈾礦體發(fā)育情況，以及氧化還原帶沿勘探線方向發(fā)育情況，將砂體分為3種類型，即含礦還原性砂體、無(wú)礦氧化砂體、無(wú)礦還原性砂體。

3.1.1 三工河組砂體主要特征

三工河組發(fā)育兩套砂體，對(duì)應(yīng)的是三工河組上、下段。兩套砂體的厚度均在10m以上，為下粗上細(xì)的正旋回結(jié)構(gòu)。砂體中間被薄層碳質(zhì)泥巖分隔，體現(xiàn)了明顯的 “砂包泥”特征。視電阻率測(cè)量曲線上，兩套砂體表現(xiàn)為底部突變、頂部漸變的鋸齒狀鐘型曲線疊加組合，充分表現(xiàn)了辮狀河道的沉積特征。

兩層含礦砂體均為還原性砂體。從鉆孔剖面對(duì)此發(fā)現(xiàn)，第1層砂體整體上延伸較好，第2層砂體有沿著勘探線殲滅的趨勢(shì)。

鉆孔巖心中見(jiàn)到明顯的沖刷－充填構(gòu)造、交錯(cuò)層理等，同時(shí)砂巖中發(fā)育有順層分布的炭屑和白云母，這也反映了其具有河道沉積的特點(diǎn)，又反映了三角洲的大形成環(huán)境。

砂體底部主要為砂礫巖和粗砂巖，屬河道滯留沉積。其頂部直接過(guò)渡為灰色泥巖構(gòu)成的分流間灣沉積。河道之間發(fā)育有薄層的碳質(zhì)泥巖，說(shuō)明其發(fā)育有河漫沼澤沉積微相，體現(xiàn)了三角洲平原的特征。因此可以確定，三工河組的沉積相主要為辮狀河三角洲平原亞相，同時(shí)可以識(shí)別出分流河道、分流間灣、河漫沼澤以及河口砂壩等沉積微相。

3.1.2 西山窯組下段砂體主要特征

西山窯組下段分為上、下兩亞段，鈾礦體發(fā)育在下亞段中，由3～6層砂體組成。其中，第3層砂體為下粗上細(xì)的正韻律結(jié)構(gòu)，底部見(jiàn)沖刷－充填構(gòu)造，主要為砂礫巖和粗砂巖等粗碎屑，具有明顯的河床滯留沉積特征；第4、6層砂體為泥巖中夾雜的薄層砂體，在剖面中的連續(xù)性差，以透鏡體形式存在，視電阻率曲線呈舌型；第5層砂體為底部細(xì)砂巖、頂部粗砂巖夾薄層泥巖，在剖面上由南往北殲滅?？傮w上看，第3層砂體為不含礦氧化砂體，穩(wěn)定性好；第4～6層砂體均為還原性砂體。西山窯組下段下亞段砂體具有明顯的三角洲前緣沉積特征，發(fā)育的沉積微相有河道沉積、河口砂壩、席狀砂壩以及分流間灣等沉積微相。從不同類型砂體可以看出，連通性好的河道砂體有利于層間氧化帶發(fā)育，連通性差和延展性不好的河口砂壩和席狀砂壩不利于層間氧化帶的形成。

3.2 沉積相平面特征

劉武生等人 （2009）研究表明，三工河組和西山窯組下段在伊寧凹陷南部斜坡帶主要發(fā)育三角洲平原相，其中蒙其古爾－烏庫(kù)爾其地區(qū)為一個(gè)大三角洲垛體，砂體由南往北向盆地中心延伸。本文主要探討的是礦區(qū)砂體特征和沉積微相與鈾成礦之間的關(guān)系，因此筆者對(duì)礦區(qū)進(jìn)行大比例尺的沉積相劃分，分析對(duì)比礦區(qū)內(nèi)沉積微相的發(fā)育特征。

3.2.1 三工河組下段沉積微相

三工河組下段具有辮狀河三角洲水下分流河道沉積特征 （圖3），其三角洲垛體往北東方向逐漸尖滅。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)砂體厚度在1～20m，主要集中在7～12m，砂地比 （砂體厚度與被統(tǒng)計(jì)地層厚度之比值）在0.3～0.7，主要集中在0.5～0.6，最大值為0.97。從該垛體的產(chǎn)狀判斷，沉積時(shí)水流方向?yàn)槟媳毕颉８鶕?jù)砂體厚度和砂地比值，將該垛體確定為1～4級(jí)分流河道體系。一級(jí)分流河道揭露極少，砂體厚度在15m以上；二級(jí)分流河道砂體在10m以上，砂地比值大于0.6，局部砂體達(dá)到15m、砂地比值0.9以上；三級(jí)分流河道砂體厚度在8m以上；四級(jí)分流河道河道砂體厚度在6～8m，砂地比值0.4～0.5，在三角洲垛體上表現(xiàn)為河道砂體疊置最薄弱位置，形態(tài)上類似于分流河道間沉積。三角洲河口砂壩和分流間灣位于研究區(qū)的北東方向，河口砂壩的砂體厚度在4～6m，砂地比值為0.3～0.4，分流間灣的砂體厚度在4m以下，砂地比值在0.2以下。

圖3 三工河組下段沉積相與鈾礦體分布關(guān)系圖Fig.3 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the lower member of Sangonghe formation

3.2.2 三工河組上段沉積相

通過(guò)對(duì)三工河組上段砂體厚度和砂地比值的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其具有東部比西部高的特點(diǎn)。該段砂體厚度為2～24m，主要集中在7～18m，砂地比值為0.11～0.89，主要集中在0.4～0.7，具有典型的辮狀河三角洲沉積平原相特征 （圖4）。從形態(tài)上看，該段主體為一個(gè)辮狀河三角洲垛體，主河道位于蒙其古爾東邊并且未見(jiàn)邊界，近東西向可識(shí)別出一條呈指狀分叉的二級(jí)分流河道，其砂體厚度在10m以上，砂地比值為0.5以上。該河道在西部有向北發(fā)展的趨勢(shì)，在二級(jí)分流的兩側(cè)發(fā)育有三級(jí)河道，砂體厚度為8～10m，砂地比值為0.4～0.5。在分流河道的前緣和側(cè)緣發(fā)育有河口砂壩，砂體厚度在6～8m，砂地比值0.3～0.4；分流河道之間發(fā)育有砂體厚度小于5m、砂地比值小于0.3的分流河道間沉積。

圖4 三工河組上段沉積相與鈾礦體分布關(guān)系圖Fig.4 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the upper member of Sangonghe formation

3.2.3 西山窯組下段下亞段沉積相

對(duì)西山窯組下段下亞段進(jìn)行砂地比值和砂體厚度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示其變化范圍較大。該層砂體的砂地比值為0.33～0.99，砂體厚度在15～39m。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)由南東至北西方向砂地比值變大，砂體厚度也有十分類似的展布規(guī)律。該層具有明顯的三角洲前緣沉積相特征 （圖5）。呈一個(gè)自南向北往盆地中心延伸的三角洲垛體。在其南東部發(fā)育一條近東西向的辮狀河二級(jí)分流河道，砂體厚度在30m以上，砂地比值在0.8以上。在二級(jí)河道的外圍發(fā)育三級(jí)河道，砂體厚度在25～30m，砂地比值0.7～0.8。在三級(jí)河道的外圍發(fā)育更次級(jí)的分流河道，砂體厚度在20～25m，砂地比值0.6以上。在分流河道的前緣發(fā)育河口砂壩，厚度在15～20m，砂地比值0.5～0.6；河口砂壩中間發(fā)育分流河道間灣沉積砂體，厚度在15m以下，砂地比值在0.5以下。

圖5 西山窯組下段沉積相與鈾礦體分布關(guān)系圖Fig.5 Relation of sedimentary faces to uranium mineralization in the lower member of Xishanyao formation

4 賦礦層沉積特征與鈾成礦的關(guān)系

4.1 巖性與鈾成礦

據(jù)前人研究[3]，該地區(qū)蝕源區(qū)的中酸性火山巖鈾含量達(dá) （4～14.3）×10－6（伽瑪能譜測(cè)量），石炭系凝灰?guī)r的古鈾量為20.966×10－6，明顯高于其目前的鈾含量 （8.41×10－6），說(shuō)明在后生改造過(guò)程中曾發(fā)生鈾的丟失。因此，來(lái)源于中酸性火山巖的碎屑物使得砂體中的原始鈾含量明顯偏高，為后期的鈾成礦提供了豐富的鈾源基礎(chǔ)。賦鈾層松散的砂體具備良好的連通性，十分有利于含氧水在砂體中運(yùn)移，為成礦作用提供了良好的條件。

4.2 沉積相與鈾成礦

伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦的成礦作用受沉積相控制，對(duì)現(xiàn)有砂巖型鈾礦床的研究表明，辮狀河三角洲沉積相最有利于成礦，濱淺湖沼澤沉積相最不利于成礦[6]。

蒙其古爾三工河組為三角洲平原亞相，西山窯組下段為辮狀河三角洲前緣沉積相，均表現(xiàn)為暗色含煤碎屑巖系，有機(jī)質(zhì)豐富，從而為層間氧化作用進(jìn)行和水中鈾的還原沉淀提供了有利條件。從沉積剖面上觀察，三角洲分流河道的側(cè)向遷移使得其具有穩(wěn)定的泥－砂－泥結(jié)構(gòu)，這對(duì)鈾的運(yùn)移－富集－儲(chǔ)存都十分有利。

通過(guò)鉆探資料分析，并對(duì)各層位砂巖型鈾礦體展布特征與沉積相空間關(guān)系的研究顯示，三工河組和西山窯組下段的工業(yè)鈾礦孔絕大多數(shù)位于分流河道中。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn) （表1～3），砂地比值在0.4以下的工業(yè)孔非常少。因此，在各種沉積微相中，分流河道是最主要的儲(chǔ)礦空間，分流河道間灣不利于鈾礦化發(fā)育。三工河組下段鈾礦化主要分布在二級(jí)分流河道及三級(jí)分流河道中；上段礦體主要分布在二級(jí)分流河道中。三工河組兩個(gè)旋回揭露的工業(yè)孔砂體厚度在8m以上，砂地比在0.5以上，主要分布在分流河道中；其次為厚度6～8m，砂地比在0.4～0.5的河口砂壩；厚度在6m以下，砂地比在0.4以下的越岸沉積席狀砂壩中也發(fā)育了少量的工業(yè)鈾礦化。

西山窯組下段最好的成礦空間并不是砂體厚度在30m以上的主河道砂體 （表3），而是厚度在15～30m、砂地比值＞0.6的二級(jí)河道和三級(jí)河道砂體；其次為厚度在10～15m、砂地比值在0.4～0.6的四級(jí)河道砂體；厚度在10m以下、砂地比值＜0.4的越岸沉積不利于砂巖型鈾礦形成。筆者認(rèn)為，厚度＞30m的辮狀河一級(jí)分流河道工業(yè)礦孔少，主要是因?yàn)楹穸却笄覠o(wú)阻隔層的砂體具有良好的孔隙度，使得其透水性強(qiáng)，在強(qiáng)水動(dòng)力條件下不利于地下水中的氧化鈾卸載。由二級(jí)分流河道疊置而成的垛體則因上、下隔水層發(fā)育，且橫向上的泥質(zhì)阻隔層也增多，使得主河道砂體中的水動(dòng)力強(qiáng)度減小，有利于成礦物質(zhì)發(fā)生卸載。二級(jí)分流河道發(fā)育更多的富含有機(jī)質(zhì)的分流河道間灣泥巖，使得砂體的還原性增加，從而更加有利于鈾的富集和存儲(chǔ)。

表1 蒙其古爾鈾礦床賦礦層砂地比值與工業(yè)孔分布的比例關(guān)系Table 1 Relationship between thickness ratio of sandbed to stata and percentage of commercial profitable boreholes in Mengqiguer deposit

表2 蒙其古爾鈾礦床賦礦層位三工河組砂體厚度與工業(yè)孔分布的比例關(guān)系Table 2 Relationship between sandbody thickness and the number percentage of commercial profitable boreholes of Sangonghe formation in Mengqiguer deposit

表3 蒙其古爾鈾礦床賦礦層位西山窯組下段砂體厚度與工業(yè)孔分布的比例關(guān)系Table 3 Relationship between sandbody thickness and the number percentage of commercial profitable boreholes of lower Xishanyao formation in Mengqiguer deposit

5 結(jié)論

（1）蒙其古爾地區(qū)賦鈾層沉積特征的研究表明，由于其近源沉積和周邊蝕源區(qū)存在大量中酸性富鈾火山巖，使得沉積地層的初始鈾含量偏高，從而為后期的工業(yè)鈾礦化提供了充足的鈾源。

（2）三工河組和西山窯組下段在沉積相上歸屬于辮狀河三角洲沉積體系。其中，三工河組發(fā)育分流河道、分流間灣以及泥炭沼澤等沉積微相，其下段在平面上可以進(jìn)一步劃分出四級(jí)分流河道，上段可以劃分出二級(jí)分流河道；西山窯組下段下亞段屬于三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道、分流間灣、河口砂壩、席狀砂等沉積微相，平面上可以劃分出三級(jí)分流河道。

（3）在蒙其古爾砂巖型鈾礦床中，三工河組分流河道是成礦最為有利的沉積微相，最有利于鈾礦化發(fā)育的位置為河床滯留沉積；在西山窯下段下亞段中，對(duì)成礦最為有利的沉積相微相為二級(jí)和三級(jí)分流河道，砂體厚度過(guò)大的一級(jí)分流河道并不利于成礦。

（4）砂體的穩(wěn)定性對(duì)于含氧和含鈾地下水在巖層中的運(yùn)移以及砂巖型鈾礦成礦作用具有至關(guān)重要的影響。

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