黃少華秦明寬劉章月許　強(qiáng)郭　強(qiáng)

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 北京 100029；2.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）

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成巖作用與油氣侵位對(duì)砂巖鈾成礦的約束
——以準(zhǔn)南硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖鈾成礦為例

黃少華1,2秦明寬1,2劉章月1,2許強(qiáng)1,2郭強(qiáng)1,2

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 北京 100029；2.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）

摘 要為了解準(zhǔn)噶爾盆地南緣硫磺溝地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組砂巖成巖—流體演化與鈾成礦響應(yīng)，進(jìn)而客觀評(píng)價(jià)其成礦潛力。通過光薄片鑒定、X衍射、掃描電鏡分析得出：目的層主要為巖屑細(xì)砂巖，依次經(jīng)歷了淺埋藏、深埋藏和表生—熱液成巖階段，遭受較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)及溶蝕作用。其黏土礦物以高嶺石為主，碳酸鹽礦物有細(xì)亮晶和泥晶兩類，硅質(zhì)膠結(jié)微弱，局部見細(xì)晶黃鐵礦及其褐鐵礦氧化產(chǎn)物。成巖環(huán)境可能經(jīng)歷了由酸性到弱堿性再到酸性，由同生期氧化—淺埋期還原—短暫抬升期氧化還原過渡—緩慢沉降期還原增強(qiáng)—快速抬升期氧化的演化過程。砂巖中存在較多油氣包裹體；酸解總烴為5.72～449.14μL/kg，以CH4為主；方解石脈δ13CV-PDB為-25‰～-6.7‰，δ18OV-SMOW為11.1‰～18.9‰；結(jié)合野外調(diào)查認(rèn)為目的層存在一期中等偏弱的后生油氣侵位，從而影響了砂體的Eh及pH值。以上成巖過程及烴類流體活動(dòng)使得目的層早期形成了小型層間氧化帶型鈾礦并得以局部保存，晚期形成了一定規(guī)模的地表潛水氧化帶型鈾礦體。

關(guān)鍵詞準(zhǔn)噶爾盆地南緣 頭屯河組砂巖 成巖作用 烴類流體 砂巖型鈾礦

0 引言

砂巖型鈾礦以其資源量大、開采成本低、污染小及效益高等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)今世界各國(guó)鈾礦找礦的主攻類型［1］。截至目前，我國(guó)相繼在伊犁、吐哈、鄂爾多斯、松遼等盆地發(fā)現(xiàn)并探明了諸如庫(kù)捷爾太、蒙其古爾、十紅灘、東勝、錢家店等一批大型乃至超大型砂巖型鈾礦床。而具備相似鈾成礦條件的準(zhǔn)噶爾盆地至今未能實(shí)現(xiàn)鈾礦找礦的進(jìn)一步突破，迫切需要對(duì)其加強(qiáng)鈾成礦環(huán)境的全面分析研究。準(zhǔn)噶爾盆地南緣目前已發(fā)現(xiàn)了30余個(gè)鈾礦（化）點(diǎn)及異常點(diǎn)，大部分產(chǎn)于山前第一排構(gòu)造帶；含礦層位自二疊系到古近系均有分布，以侏羅系為主；礦化類型比較復(fù)雜，主要有層間氧化帶型、潛水氧化帶型和含地瀝青的復(fù)合成因型；總體上顯示出較好的找礦前景①②③④張金帶，李子穎，李友良，等.準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告，2010.董文明，王果，劉紅旭，等.新疆中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦條件和成礦模式研究［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告.2007.魯克改.新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣1：250000鈾資源區(qū)域評(píng)價(jià)年度報(bào)告［R］.核工業(yè)二一六大隊(duì)，2007.王果，魯克改，譚鴻贊，等.準(zhǔn)噶爾盆地侏羅—第三紀(jì)地層后生蝕變和油氣還原與找礦遠(yuǎn)景區(qū)選擇研究科研報(bào)告［R］，核工業(yè)二一六大隊(duì)，2005.。前人主要從構(gòu)造①［2］、巖石后生蝕變③［3］及地球化學(xué)特征［4］等方面對(duì)鈾成礦背景進(jìn)行了分析，得出構(gòu)造是控制該區(qū)砂巖型鈾成礦最為關(guān)鍵的因素。然而關(guān)于目標(biāo)層砂巖的物性特征、成巖作用類型、成巖序列、成巖環(huán)境演化、古流體演化及成礦響應(yīng)的研究極為不足，較大的影響了對(duì)該區(qū)鈾成礦潛力的客觀評(píng)價(jià)，急需作更深入的剖析。成巖作用過程中必然伴隨著物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)化和再分配，從而使地層中巖石物性、流體性質(zhì)、成礦物質(zhì)等發(fā)生一系列的變化［5-16］。近年來(lái)，隨著多種能源礦產(chǎn)同盆共存研究的開展［5-6］，將成巖作用及古流體演化結(jié)合應(yīng)用于鈾成礦過程的研究［8-9］，為砂巖型鈾成礦分析提供了一種新的研究思路和方法。本文采用該方法，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過鏡下光薄片鑒定、全巖與黏土礦物X衍射、掃描電鏡、流體包裹體，酸解烴及穩(wěn)定同位素分析等，首次從容礦建造的成巖作用過程及后生油氣侵位角度綜合探討了準(zhǔn)南硫磺溝鈾礦化帶頭屯河組砂巖鈾成礦過程，為該區(qū)進(jìn)一步的找礦部署提供成巖及古流體方面的依據(jù)，對(duì)含油氣盆地強(qiáng)構(gòu)造背景下砂巖型鈾礦的勘探具有重要的理論和實(shí)際雙重意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及礦化特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)三面被古生代縫合線所包圍的從晚石炭世到第四紀(jì)發(fā)展起來(lái)的典型大陸板內(nèi)疊合沉積盆地［17-19］。盆地基底具有“雙層結(jié)構(gòu)”特征，即前寒武紀(jì)結(jié)晶基底基礎(chǔ)上疊加了海西期造山褶皺帶［18］。中新生代沉積蓋層較為齊全，早中三疊世，盆地為統(tǒng)一的淺湖環(huán)境，沉積物以紅層為主；早中侏羅世，氣候溫暖潮濕、構(gòu)造性質(zhì)以伸展為主，盆地周緣形成了環(huán)帶狀河湖相含煤碎屑巖建造，構(gòu)成了主要找礦目的層；之后盆地構(gòu)造性質(zhì)及氣候環(huán)境發(fā)生倒轉(zhuǎn)，主要沉積了一套紅色或雜色碎屑巖［4，19］。受喜山時(shí)期古亞洲洋俯沖消減及其伴隨的增生造山作用，準(zhǔn)噶爾盆地南緣新構(gòu)造活動(dòng)極為強(qiáng)烈，形成了東西分段南北分帶的排子構(gòu)造格局①?gòu)埥饚?，李子穎，李友良，等.準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告，2010.［2，18-19］。其斷裂、褶皺構(gòu)造形態(tài)較為復(fù)雜，大致呈東西向展布；地層傾角整體較陡，多在35°～70°之間。相應(yīng)的古流體活動(dòng)亦較為強(qiáng)烈，較多深部烴類流體充注至滲透性較好的砂礫巖中，形成了獨(dú)山子、齊古等次生油氣藏；或上升逸散至地表形成了第一排構(gòu)造帶分布較廣泛的油砂巖、泥火山及地瀝青等③魯克改.新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣1：250000鈾資源區(qū)域評(píng)價(jià)年度報(bào)告［R］.核工業(yè)二一六大隊(duì)，2007.［2］。

秉承“強(qiáng)中找弱、弱中找強(qiáng)，強(qiáng)中找殘留”的找礦指導(dǎo)思想，烏魯木齊西側(cè)山前齊古—喀拉扎—托斯臺(tái)第一排構(gòu)造帶的硫磺溝地區(qū)被視為準(zhǔn)南最有潛力的找礦靶區(qū)①-④王果，魯克改，譚鴻贊，等.準(zhǔn)噶爾盆地侏羅—第三紀(jì)地層后生蝕變和油氣還原與找礦遠(yuǎn)景區(qū)選擇研究科研報(bào)告［R］.核工業(yè)二一六大隊(duì)，2005.。其中目標(biāo)層頭屯河組主要為溫暖潮濕氣候下沉積的一套含碳質(zhì)河湖相碎屑巖；并于晚期開始出現(xiàn)紅層，指示氣候由潮濕向干旱轉(zhuǎn)變。具體巖性為雜色、褐色、灰綠色夾紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖互層夾煤線和泥灰?guī)r［4，18］。其下部地層存在多套穩(wěn)定的“泥—砂—泥”沉積結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)及鐵硫化物含量較高，埋藏不深、膠結(jié)較疏松，是一套有利的鈾容礦層。本次樣品取自硫磺溝礦化帶近地表頭屯河組下段的鈾礦化砂巖及不含礦砂巖。

1.2 礦化特征及鈾的賦存形式

硫磺溝礦點(diǎn)主要由南翼的大沙溝礦區(qū)、北翼的小北溝礦區(qū)及東部的1、2、3號(hào)異常區(qū)組成①。其中大沙溝礦區(qū)砂巖氧化作用發(fā)育深度不大，工業(yè)鈾礦體的埋深不超過30 m，往深部異常強(qiáng)度降低，鈾礦化受潛水氧化帶控制。小北溝黃色氧化砂巖的發(fā)育深度明顯較南翼深，規(guī)模也較大；且同一砂體中通常出現(xiàn)斷續(xù)的兩層礦體，礦體在地表一般呈透鏡狀，應(yīng)屬于卷形鈾礦床兩翼的殘留礦體。鈾礦化主要賦存于頭屯河組下部黃色砂巖、細(xì)礫巖中，均見有瀝青質(zhì)和黃鐵礦，在黃色砂巖與灰綠色泥巖的接觸部位鈾礦化最好①②董文明，王果，劉紅旭，等.新疆中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦條件和成礦模式研究［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告.2007.③。由于樣品取自近地表，鈾礦化砂巖中的鈾多以吸附狀態(tài)產(chǎn)出，屬鈾云母類的次生鈾礦物，以鈣鈾云母、板菱鈾礦和含鈾有機(jī)質(zhì)為主［4］。其賦存形式主要有：①呈微細(xì)粒狀單礦物分布在碎屑顆粒的裂隙中（圖1a），或呈冰花狀吸附于粒間顆粒（黏土礦物）周圍（圖1b），大小一般小于1μm，集合體可達(dá)1～5 μm；②呈細(xì)粒狀及其集合體產(chǎn)于砂巖膠結(jié)物中（圖1c）；③未見明顯結(jié)晶形態(tài)，呈鈾酰氫氧化物和鈾酰硅酸鹽吸附于膠結(jié)物中或呈被膜狀分布在硫化物顆粒之間或邊緣，與巖石中黏土礦物、團(tuán)塊或草莓狀黃鐵礦、褐鐵礦等密切相關(guān)。

2 成巖作用與成巖演化序列

2.1 成巖作用類型

準(zhǔn)噶爾盆地南緣的構(gòu)造—沉積演化直接決定了侏羅系成巖演化的特殊性。通過巖礦薄片、X衍射及掃描電鏡等分析發(fā)現(xiàn)，此次頭屯河組砂巖主要為灰白色、淺黃色長(zhǎng)石質(zhì)巖屑細(xì)砂巖、巖屑細(xì)砂巖（圖1d），砂巖磨圓度較差，以棱角—次棱角為主；分選較差，成分及結(jié)構(gòu)成熟度均較低。整體上砂巖中石英含量較低（5％～47％）；長(zhǎng)石含量較高（14％～32％），以正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石為主；巖屑成分復(fù)雜（31％～58％），以變質(zhì)巖為主，其次為火成巖，含少量云母類礦物。砂巖從埋藏到現(xiàn)今經(jīng)歷了較復(fù)雜的成巖作用，主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕交代作用。

（1）壓實(shí)作用

砂巖的機(jī)械壓實(shí)作用較明顯，主要表現(xiàn)為碎屑顆粒間緊密堆積、孔徑減小、喉道變細(xì)。由于壓實(shí)作用的存在，塑（柔）性顆粒發(fā)生一定的彎曲、變形，但定向結(jié)構(gòu)不明顯；剛性顆粒大多以點(diǎn)線接觸為主，局部以點(diǎn)接觸為主（圖1d），粒間裂隙式膠結(jié)，局部基底式膠結(jié)；少見礦物顆粒破裂現(xiàn)象。

（2）膠結(jié)作用

砂巖中膠結(jié)作用普遍較強(qiáng)，膠結(jié)物含量一般為5％～40％，平均21％。主要包括黏土膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和鐵質(zhì)膠結(jié)。

①黏土膠結(jié)

砂巖雜基和黏土混合膠結(jié)最為發(fā)育，黏土礦物含量約占9.4％～24.9％。其中高嶺石極為發(fā)育，占黏土礦物總量的34％～98％，以自生成因?yàn)橹鳎饕剩ǘ逊e）書頁(yè)片狀、六角板狀和蠕蟲狀充填在粒間孔隙內(nèi)（圖1e）。伊利石和伊蒙混層次之，分別占黏土含量的0％～6％和0％～14％，掃描電鏡下伊蒙混層集合體常與伊利石呈不規(guī)則彎曲葉片狀、片狀充填在孔隙內(nèi)（圖1f）。僅個(gè)別樣品中見綠泥石呈葉片狀集合體充填在粒間孔隙內(nèi)，粒表可見不規(guī)則粒狀和玫瑰花瓣?duì)罹G泥石，且殘留黑云母碎片。

②碳酸鹽膠結(jié)

砂巖中碳酸鹽膠結(jié)作用發(fā)育較強(qiáng)，可分為早期泥晶碳酸鹽和晚期細(xì)亮晶碳酸鹽（圖1g，h，k），主要成分為方解石，粒間亦見少量白云石。泥晶碳酸鹽一般分布于顆粒周圍，呈微晶狀鑲嵌，少量以蠕狀產(chǎn)出，粒度多在0.01～0.03 mm。細(xì)亮晶碳酸鹽主要呈嵌晶狀充填在粒間孔隙中，以連晶式膠結(jié)形式產(chǎn)出。膠結(jié)物常弱交代石英、長(zhǎng)石等碎屑顆粒及水云母類黏土礦物，并包含細(xì)分散狀黃鐵礦及其氧化產(chǎn)物（圖1h）。

圖1　研究區(qū)頭屯河組砂巖鈾礦物及成巖作用鏡下照片a.呈微粒狀分布于碎屑顆粒裂隙中；b.局部放大2 000倍，呈冰花狀吸附于粒間顆粒周圍；c.砂巖碳酸鹽膠結(jié)物中的細(xì)球粒狀鈾礦物；d.鏡下全貌，顆粒間點(diǎn)線接觸；e.粒間書頁(yè)片狀、蠕蟲狀高嶺石；f.粒間彎曲葉片狀、片狀伊利石、伊蒙混層；g.黏土膠結(jié)為主、右下為伊蒙混層，見石英弱次生加大、少量碳酸鹽膠結(jié)及黃鐵礦氧化過程產(chǎn)物；h.含細(xì)分散黃鐵礦及其氧化物的細(xì)亮晶碳酸鹽膠結(jié)物；i.粒間黃鐵礦、白云石；j.長(zhǎng)石礦物溶解；k.細(xì)亮晶碳酸鹽充填交代水云母（黏土）；l.浸染狀鐵礦物的水云母交代。Fig.1 Photom icrographs of diagenesis and uranium mineral of J2t sandstone in the study area

③硅質(zhì)膠結(jié)

砂巖中存在弱的硅化現(xiàn)象，除局部微晶石英充填交代外，石英晶屑形成微弱的次生加大（圖1g），加大級(jí)別為1級(jí)。

④鐵質(zhì)膠結(jié)

鐵質(zhì)膠結(jié)作用發(fā)育較弱，主要為自生黃鐵礦，多以稠密浸染細(xì)晶、細(xì)分散狀產(chǎn)于碳酸鹽膠結(jié)物中及膠結(jié)黏土的集合體中（圖1g，h），少量呈莓球狀和立方體狀分布在粒間孔隙中（圖1i），表明其成巖環(huán)境為還原環(huán)境。這些黃鐵礦均不同程度的產(chǎn)生較強(qiáng)褐鐵礦化，形成含黃鐵礦殘留的褐鐵礦塊體及粒間裂隙式褐鐵礦膠結(jié)。電子探針分析得出，這種褐鐵礦的鈾含量較高，與原生黃鐵礦含鈾性（鈾吸附）有關(guān)。

（3）溶蝕和交代作用

砂巖中溶蝕作用較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石和方解石等礦物在酸性水介質(zhì)條件下發(fā)生溶蝕，形成了較多粒內(nèi)及粒間溶蝕孔（圖1 j）。而交代作用弱，對(duì)砂巖物性影響不大，主要表現(xiàn)為黏土及碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)碎屑物的弱交代，以及少量自生礦物相互之間弱的充填交代（圖1k，l）。

2.2 成巖演化序列

目的層砂巖成巖作用總體較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為砂巖最大埋藏深度較大，機(jī)械壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒間多以點(diǎn)線接觸為主，膠結(jié)類型為接觸式—孔隙式；但由于深埋時(shí)間不長(zhǎng)，自生礦物多為早期成巖礦物組合，如石英次生加大主要見1級(jí)次生加大邊，黏土礦物處在伊蒙無(wú)序混層階段；溶解作用較強(qiáng)但交代作用弱，可見細(xì)亮晶碳酸鹽充填交代水云母（黏土）（圖1k），指示水云母化的形成早于細(xì)亮晶碳酸鹽；褐鐵礦的硅質(zhì)膠結(jié)物充填或浸染狀鐵礦物的水云母交代等現(xiàn)象（圖1l），可能說(shuō)明黃鐵礦的形成最早，且后期發(fā)生褐鐵礦化。同時(shí)，其下伏西山窯組煤層鏡質(zhì)體反射率多在0.5％～0.7％間。根據(jù)巖相學(xué)特征，區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造背景等資料［20-21］，按照成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)［22］，將目的層砂巖成巖階段劃分為早成巖A，B期及表生成巖期。綜合各種成巖現(xiàn)象及成巖特點(diǎn)，認(rèn)為可能大致具有如下成巖演化序列（圖2）：長(zhǎng)石高嶺土化（酸性），自生黃鐵礦充填孔隙—少量蒙脫石薄膜，孔隙充填伊利石及伊蒙混層（弱堿性），早期泥晶碳酸鹽膠結(jié)—石英次生加大1級(jí)，局部微晶石英（集合體）的充填交代，長(zhǎng)石溶蝕形成少量次生孔隙（酸性）—晚期局部細(xì)亮晶碳酸鹽膠結(jié)并交代水云母，強(qiáng)烈高嶺土化、黑云母弱水化蝕變、褐鐵礦化（總體酸性）。由于自生礦物的形成總是會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，上述各成巖作用會(huì)出現(xiàn)疊置情況?？傮w上巖石可能經(jīng)歷了由酸性到弱堿性再到酸性、由同生期氧化—淺埋期弱還原、還原—短暫抬升期氧化還原過渡—緩慢沉降期還原增強(qiáng)—快速抬升期氧化的演化過程。該過程直接控制了砂巖中鈾的活化、遷移以及沉淀聚集。

圖2　研究區(qū)目的層砂巖成巖—流體演化圖Fig.2 Relationship between diagenesis-fluid evolution on J2t sandstone in the study area

3 油氣侵位證據(jù)

3.1 野外宏觀特征

前人研究①-④［2，4，19］及野外調(diào)查表明，準(zhǔn)噶爾盆地南緣新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈。其中，第一排構(gòu)造帶的大部分原生油氣藏可能已遭受破壞改造，油氣流體發(fā)生大規(guī)模重新運(yùn)移調(diào)整直至達(dá)到新的平衡，即沿?cái)嗔选⒉徽厦婕皾B透性較好的砂礫巖輸導(dǎo)層運(yùn)移至新的圈閉中成藏或沿通天斷層逸散至地表，局部地區(qū)（四棵樹）至今還可見正在發(fā)育的泥火山、油氣苗即為佐證。研究區(qū)烴類流體逸散較為明顯，喀拉扎斷裂構(gòu)造破碎帶中發(fā)現(xiàn)了較多暗色發(fā)亮的細(xì)脈狀地瀝青，常常伴隨強(qiáng)烈碳酸鹽化、黏土化和褐鐵礦化等后生蝕變以及方解石細(xì)脈穿插（圖3a，b），并導(dǎo)致了地表較強(qiáng)的鈾異常。雖然硫磺溝礦點(diǎn)地表未發(fā)現(xiàn)直接的石油降解產(chǎn)物—地瀝青，但216大隊(duì)實(shí)施鉆孔中的頭屯河組砂巖中均見有較多瀝青質(zhì)，且礦區(qū)與阿德崗礦點(diǎn)間的局部地段地表出露J2t組黑色油砂巖（圖3c），均表明目的層砂巖存在一定規(guī)模的油氣侵位。同時(shí)，礦區(qū)局部地表還發(fā)現(xiàn)較明顯的砂體油氣漂白現(xiàn)象，即整體呈黃色的J2t組鈾礦化砂礫巖被灰白色較疏松的砂礫巖所包裹（圖3d），或呈條帶狀產(chǎn)于灰白色砂礫巖與灰褐色泥巖交界處。分析認(rèn)為，褐紅色透鏡體及條帶應(yīng)為古層間氧化帶殘留，而灰白色砂巖主要是由后生油氣侵位導(dǎo)致的強(qiáng)烈黏土化所致，局部表現(xiàn)較強(qiáng)的鈣化。

3.2 油氣包裹體及酸解烴特征

次生油氣包裹體通常作為存在后生油氣充注的“痕跡化石”［6，9］。此次磨制了6件鈾礦化砂巖包裹體片在偏光和UV激發(fā)熒光顯微鏡下進(jìn)行觀察。砂巖碎屑顆粒周邊及膠結(jié)物受原油浸染而普遍顯示不均勻的淺藍(lán)色、褐黃色及淡黃色熒光（圖3e），大部分孔隙及微裂縫為褐色的油質(zhì)瀝青所充填（圖3f），這些都表明鈾礦化砂巖中存在明顯的油氣充注史。流體包裹體巖相學(xué)也表明，砂巖中發(fā)育豐富的次生油氣流體包裹體，主要見一期次，常沿石英碎屑內(nèi)的微裂隙成帶狀分布或沿石英碎屑的成巖期后微裂隙成帶狀分布（圖3g，h）；局部零星分布于亮晶方解石膠結(jié)物的微裂隙及長(zhǎng)石碎屑溶蝕孔洞內(nèi)。油氣包裹體主要由含烴鹽水包裹體和液烴包裹體組成，含少量氣液烴和氣烴包裹體，氣液比均小于5％。液烴包裹體一般與淡黃—灰色含烴鹽水包裹體共生（圖3g），發(fā)育豐度較低（GOI約1％～5％），主要呈褐色，顯示暗褐色的熒光或無(wú)熒光；大小集中在2～20μm；形態(tài)主要為條帶狀、橢圓狀及規(guī)則狀。氣烴包裹體主要呈灰色（圖3h），以圓球狀為主，無(wú)熒光顯示，約占 5％～10％。個(gè)別視域見少量呈淡黃色的氣液烴包裹體，顯示弱淺藍(lán)綠色熒光，約占5％。對(duì)含烴鹽水包裹體進(jìn)行均一溫度及冰點(diǎn)溫度的測(cè)試結(jié)果顯示，包裹體均一溫度及鹽度總體較低，分別介于40℃～109℃間及1.4％～23.18％間。其均一溫度主要存在一幕，集中分布于60℃～90℃間。雖然油氣侵位的具體時(shí)間暫時(shí)還不能精確厘定，但研究初步表明油氣侵位可能發(fā)生在喜山第二幕的上新世末至早更新世期間②［19］，時(shí)間相對(duì)較晚。

圖3　研究區(qū)油氣野外及油氣包裹體鏡下照片a.構(gòu)造破碎帶中的瀝青脈；b.方解石脈中包裹黑色瀝青；c.J2t組黑色油砂巖；d.油氣漂白砂巖包裹早期紅色氧化砂巖（J2t）；e.粒間黏土礦物及其基質(zhì)受原油浸染顯示淺黃綠色、淺藍(lán)色熒光；f.微裂縫被深褐色的瀝青所充填，顯示暗褐色熒光；g.沿切穿石英顆粒的成巖期后微裂隙成帶狀分布，呈褐色的液烴包裹體和淡黃—灰色的含烴鹽水包裹體；h.沿切穿石英顆粒的成巖期后微裂隙成帶狀分布，呈淡黃—灰色含烴鹽水包裹體和呈深灰色氣烴包裹體Fig.3 Field photos and hydrocarbon fluid inclusion optical photomicrographs in the study area

酸解烴是指巖石中由碳酸鹽、鋁硅酸鹽等礦物所包裹的C1～C5的氣態(tài)烴，其組分和濃度能夠較準(zhǔn)確的反映烴類流體對(duì)砂體后生還原作用的特點(diǎn)［23］。對(duì)本區(qū)目的層砂巖酸解烴的測(cè)試結(jié)果見表1，由表可得出：①砂巖中CH4、C2H2等烴類以及總烴含量（∑C1-5）相差很大，CH4含量介于 3.11～343μL/kg之間，極值339.89μL/kg；∑C在5.72～449.14μL/kg之間，極值443.42μL/kg，總體上顯示出烴宏滲漏的特點(diǎn)［24］。②C1/C2+反映甲烷占烴類氣體的比例，可見砂巖吸附烴中的烴類氣體均以甲烷為主，C1/C2+為54.37％～81.02％，平均71.87％。

表1　硫磺溝地區(qū)目的層砂巖酸解烴分析結(jié)果Table 1 Acidolysis hydrocarbon analytical resu lts of J2t sandstone in the Liuhuanggou area

3.3 方解石脈C-O同位素特征

為了更進(jìn)一步確定砂巖中后生烴類流體的存在及其來(lái)源，筆者采集了礦區(qū)南翼主要控礦斷裂—喀拉扎斷裂帶J2t地層中的5件方解石脈樣品，進(jìn)行了碳、氧同位素組成測(cè)試（表2）。通常，13C值從碳酸鹽到CO2、石墨，再到甲烷（CH4）逐漸虧損；如海相碳酸鹽的δ13C值約5‰～-2‰、沉積有機(jī)物的一般為-15‰～-35‰，而天然氣的則降至-40‰左右［25］。從測(cè)試結(jié)果及其性質(zhì)判別圖4可看出，樣品的δ13CV-PDB介于-25‰ ～-6.7‰間，平均-14.1‰；δ18OV-SMOW為11.1‰～18.9‰之間，平均15.22‰?？梢娖涮佳跬凰亟M成變化相對(duì)較小，與許多熱液礦床中形成的碳酸鹽類似。樣品投點(diǎn)基本落在沉積有機(jī)物脫羥基作用和有機(jī)質(zhì)氧化作用范圍內(nèi)，表明方解石可能來(lái)源于深部油氣熱鹵水，由沉積有機(jī)質(zhì)氧化作用以及輕微的海相碳酸鹽溶解作用等機(jī)制分餾而成。綜上所述，研究區(qū)主控?cái)嗔选鷶嗔褞Ь哂虚L(zhǎng)期活動(dòng)性，切穿了J2t組目的層。深部烴類流體在構(gòu)造活動(dòng)期沿喀拉扎斷裂帶上升逸散過程中必然會(huì)充注至滲透性較好的J2t組砂巖，破壞砂巖的地球化學(xué)環(huán)境平衡，降低pH及Eh值，并進(jìn)一步提高其還原容量，進(jìn)而控制著早期古礦體的保存及現(xiàn)代潛水氧化帶型鈾礦的形成［26-28］。

表2　研究區(qū)喀拉扎斷裂帶中方解石碳氧同位素測(cè)試結(jié)果Table 2 C and O isotopes results of calcite w ithin Kalaza fault in the study area

圖4　喀拉扎斷裂中方解石脈碳氧同位素組成判別圖（底圖［27］據(jù)York，etal.，1982）Fig.4 Composition of C and O isotopes at calcite within Kalaza fault（modified from York，etal.，1982）

4 成巖作用—烴類流體演化與鈾成礦

結(jié)合砂巖型鈾礦形成的深度范圍及目的層磷灰石裂變徑跡模擬結(jié)果①?gòu)埥饚?，李子穎，李友良，等.準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告，2010.，認(rèn)為本區(qū)目的層砂巖依次經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期的淺埋藏、短時(shí)期的深埋藏及快速抬升的表生—熱液成巖的演化過程（圖5）。

圖5　研究區(qū)目的層埋藏演化史Fig.5 Burial history of J2t stratum in Liuhuanggou area

淺埋藏階段：中侏羅紀(jì)至晚侏羅紀(jì)末期，隨著埋深的不斷加大，目的層砂巖水介質(zhì)條件由酸性氧化快速變?yōu)槿跛嵝匀踹€原，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石高嶺土化、自生黃鐵礦充填孔隙。由于砂巖中巖屑含量較高，而這些組分在上覆巖層及水體靜壓力作用下較易發(fā)生變形，使得砂巖中孔隙明顯減小，物性變差。晚侏羅紀(jì)末的燕山第二幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)致使目的層整體抬升［4，19］，氣候?yàn)楦珊怠敫珊担橘|(zhì)條件可能為弱酸弱堿性的氧化還原過渡環(huán)境，砂巖發(fā)生了第一次后生氧化作用②董文明，王果，劉紅旭，等.新疆中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦條件和成礦模式研究［R］.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報(bào)告.2007.（圖3d、圖5），形成了一定規(guī)模的層間氧化帶型鈾礦。之后目的層砂巖重新進(jìn)入緩慢埋深階段，長(zhǎng)石高嶺土化釋放出的K+及OH-提高了孔隙水的pH值（見方程式1），形成了少量蒙脫石薄膜。砂巖開始發(fā)育了早期泥晶碳酸鹽膠結(jié)并弱交代碎屑礦物（圖1g），孔滲性逐漸變差，不利于成礦流體在其中遷移。但早期碳酸鹽膠結(jié)物在一定程度上抑制了壓實(shí)作用，并為后期溶蝕孔隙的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［7-16］。

深埋藏階段：隨著砂巖進(jìn)一步埋深，水介質(zhì)條件變?yōu)槿鯄A性，高嶺石易于向伊利石轉(zhuǎn)化，并在原生高嶺石上生長(zhǎng)出不規(guī)則彎曲葉片狀的伊利石雛晶（見方程式2），蒙脫石明顯向伊蒙混層黏土礦物轉(zhuǎn)化（圖1 f）。隨后地層中的有機(jī)質(zhì)演化至半成熟，并伴隨釋放有機(jī)酸，富含SiO2的流體在酸性條件下，發(fā)生弱的硅化作用，反映為石英晶屑有微弱次生加大現(xiàn)象（圖1g）及微晶石英充填膠結(jié)，少量長(zhǎng)石溶蝕形成次生孔隙?？傮w上砂巖的成巖度逐漸增高。

表生—熱液成巖階段：受印藏碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)，研究區(qū)地層大約在古近紀(jì)末快速抬升掀斜出露地表［4，17-19］，目的層砂體再一次發(fā)生后生氧化作用（圖5）。該階段早期地層開始抬升，氣候干旱—半干旱且高嶺土化較強(qiáng)，水介質(zhì)出現(xiàn)了短暫的弱堿性，局部形成較多的細(xì)亮晶碳酸鹽膠結(jié)，并交代水云母類黏土礦物。晚期構(gòu)造抬升速率極快，礦體上部偏堿性氧化蝕變部分已經(jīng)被抬升剝蝕，使得目前砂巖主要表現(xiàn)為受氧化偏酸性流體改造的特點(diǎn)。即有機(jī)質(zhì)被消耗；黃鐵礦發(fā)生褐鐵礦化（圖1g，h），在碎屑顆粒表面形成高價(jià)鐵的氧化膜；碳酸鹽膠結(jié)物及長(zhǎng)石在大氣淡水、酸性流體淋濾溶蝕作用下發(fā)生水解，形成粒內(nèi)、粒間孔洞（圖1 j），促使砂巖孔隙度增大，透水性變好。物性良好的砂巖有利于現(xiàn)代地表含氧含鈾地下水在其中運(yùn)移和存儲(chǔ)，是晚期潛水氧化帶型鈾礦形成的有利因素之一。研究還表明［3-4，18-19］，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)使得砂巖在新近紀(jì)期間發(fā)生了一期中等偏弱的油氣侵位（圖3）。油氣侵位伴隨的酸性流體，不僅導(dǎo)致了砂巖高嶺土化極其強(qiáng)烈（含量在90％以上）；而且有利于砂巖本身的微量鈾得以重新活化運(yùn)聚。同時(shí)，它能夠進(jìn)一步提高砂巖的還原容量，一方面保存隱蔽早期形成的古礦體（圖3d），另一方面由于油氣賦存在于巖石裂隙或碎屑表面，或溶于含鈾含氧水中，能快速充分地吸附還原上覆巖層以及盆緣蝕源巖中淋濾出來(lái)的鈾，加快潛水氧化帶型鈾礦的形成速率。然而，研究區(qū)的喀拉扎控礦斷裂為壓性逆斷裂［4］，不利于油氣流體長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模的向上運(yùn)移，只在構(gòu)造活動(dòng)期間發(fā)生了烴類流體的淺層快速侵位，充注范圍可能不大，時(shí)間亦較晚，故油氣次生還原作用對(duì)早期古礦體的保存及加快晚期潛水氧化帶型鈾礦的形成可能只發(fā)育在局部地帶。

與中亞大型砂巖型鈾礦不同，國(guó)內(nèi)大部分砂巖型鈾礦均是在早期沉積預(yù)富集的基礎(chǔ)上經(jīng)后期表生流體次生改造再富集形成的，砂巖本身的內(nèi)鈾源通常是必須考慮的成礦要素［1］。一方面，前人通過對(duì)研究區(qū)頭屯河組鈾礦化砂巖與不含礦砂巖的Th、U含量測(cè)試，得出砂巖中U存在遷出現(xiàn)象，發(fā)生過一定的鈾成礦作用，可能形成了一些小型砂巖型鈾礦床①-③。另一方面，目的層雖然淺埋藏時(shí)間較長(zhǎng)，但早期抬升接受含氧水作用的時(shí)間偏短且晚期抬升速率過快，砂巖均沒有得到足夠充分的氧化蝕變改造（除氧化鐵離子遷移染色外），只發(fā)育成巖期含水介質(zhì)中部分離子的弱交代，如碳酸鹽及黏土對(duì)碎屑物的弱交代；水溶膠質(zhì)的附著再結(jié)晶，如石英晶屑的微弱次生加大（圖1g）。而砂巖中較多的長(zhǎng)石碎屑并沒有強(qiáng)烈溶蝕解體（微量鈾的主要載體），其所含的微量鈾得不到大量活化遷移，巖石本身萃取提供的鈾源較少，不利于大規(guī)模的鈾成礦作用。

綜上所述，研究區(qū)頭屯河組砂巖經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)、膠結(jié)及溶蝕作用，成巖作用對(duì)砂巖物性及水介質(zhì)條件的影響極其顯著，且晚期油氣侵位也較大的改變了巖石的地球化學(xué)環(huán)境。從成巖作用過程及油氣侵位角度來(lái)看，目的層砂巖可能發(fā)生過2期小規(guī)模的鈾成礦作用（圖5），早期形成了一些小型層間氧化帶型鈾礦并局部被油氣次生還原隱蔽保存（圖3d），晚期形成了小規(guī)模的地表潛水氧化帶型鈾礦體，且深部某些地段可能存在兩者疊加的小型富鈾礦體。而研究區(qū)要找到具有工業(yè)開采價(jià)值的大型外生砂巖型鈾礦床可能具有很大的難度。

5 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地南緣硫磺溝鈾礦化帶頭屯河組砂巖主要為巖屑細(xì)砂巖，常見自生黏土礦物主要為高嶺石，少量伊利石及伊蒙混層，石英次生加大微弱，膠結(jié)物主要為黏土礦物、泥晶及細(xì)亮晶碳酸鹽，常含黃鐵礦及其氧化物。綜合野外宏觀及室內(nèi)微觀觀察分析認(rèn)為，砂巖經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期的淺埋藏、短時(shí)期的深埋藏及晚期快速抬升的表生—熱液成巖演化，遭受了較強(qiáng)壓實(shí)、膠結(jié)及溶蝕等成巖作用。砂巖的成巖序列可能為：高嶺土化，自生黃鐵礦—早期泥晶碳酸鹽膠結(jié)，少量蒙脫石薄膜，孔隙充填伊利石、伊蒙混層—石英次生加大1級(jí)，高嶺石沉淀—晚期局部細(xì)亮晶碳酸鹽膠結(jié)，長(zhǎng)石強(qiáng)高嶺土化、弱水化黑云母、褐鐵礦化。成巖環(huán)境經(jīng)歷了由酸性到弱堿性再到酸性，由氧化—弱還原、還原—氧化還原過渡—還原增強(qiáng)—氧化的演化過程。同時(shí)，砂巖在古近紀(jì)之后存在一期快速小規(guī)模的油氣流體侵位。上述事件共同控制了鈾的活化、遷移及最終沉聚定位?？傮w上砂巖成巖度較高，可能遭受了早晚兩期氧化作用。即燕山第二幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致砂巖形成了一定規(guī)模的層間氧化帶型鈾礦并局部受油氣次生還原作用而得以保存，表生成巖階段形成了一些小型現(xiàn)代潛水氧化帶型鈾礦體。但由于氧化改造不充分，油氣侵位時(shí)間晚、范圍有限；且后期地層剝蝕速率大于或等于層間或潛水氧化發(fā)育速率，導(dǎo)致本區(qū)諸鈾礦點(diǎn)礦體延伸、厚度不大，品位不高，找礦難度大。

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Im pact of Diagenesis and Hydrocarbon Charging on Sandstone Uranium M ineralization：An examp le of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area，southern Junggar Basin

HUANG ShaoHua1，2QIN MingKuan1，2LIU ZhangYue1，2XU Qiang1，2GUO Qiang1，2
（1.Beijing Resources Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China；2.CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exp loration and Evaluation Technology，Beijing 100029，China）

Abstract：To study the relationship between diagenesis-fluid evolution and uranium mineralization of J2t sandstone in Liuhuanggou area，the southern margin of Junggar basin，finally assessing themetallogenetic potentiality.Bymeans of microscope，X-diffraction and scaning electron microscopy，the author conducted that the studied rock are mainly rock-fragment fine sandstone，which underwent shallow burial period，deep burial period and hypergene-thermal period diagenetic evolution，finally suffered from relatively strong compaction，cementation and dissolution.The clayminerals aremainly kaolinite.There are also some fine sparry andmicrite carbonateminerals，a few of siliceous cementations，fine grain pyrite and limonite locally.The diagenetic environmentmay experienced acid-weak alkalicy-acid and syngenetic oxidation-reduction in the shallow burial period-0xidation/reduction in the transitory elevation period -reduction enhancing in the deep burial period-oxidation in the period of large scale lifting evolutionary process. Simultaneously，hydrocarbon charging on the sandstone were proved by the following evidence：field investigating，oil and gas inclusions verificating，total acidolysis hydrocarbon range from 5.72μL/kg to 449.14μL/kg，mainly for the methane，C-O stable isotope values of calcite are-25‰～-6.7‰，11.1‰～18.9‰，respectively，which influenced the geochemical properties（Eh and pH）of sandstone.The above diagenetic and hydrocarbon evolution controlled the migration，accumulation and localization of uranium，namely it formated and locatly conserved some small interlayer oxidation type uranium deposits in the early phase and formed some groundsurface phreatic oxidation type uranium deposits in the later preiod.

Key words：southern margin of Junggar Basin；J2t sandstone；diagenesis；hydrocarbon；sandstone-type uranium deposit

第一作者簡(jiǎn)介黃少華 男 1989年出生 博士研究生 礦產(chǎn)普查與勘探 E-mail：huangshaohua20@126.com

通訊作者秦明寬 男 研究員級(jí)高級(jí)工程師 E-mail：qinmk9818@163.com

中圖分類號(hào)P612

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)：1000-0550（2016）02-0250-10

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.004

收稿日期：2015-05-20；收修改稿日期：2015-07-16

基金項(xiàng)目：核能開發(fā)科研項(xiàng)目（H1142）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41502099）［Foundation：Development of Nuclear Energy Research Project，No. H1142；National Natural Science Foundation of China，No.41502099］