張 曉，宋繼葉，倪仕琪，李真真

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.國防科技工業(yè)核材料技術(shù)創(chuàng)新中心，北京100029）

伊犁盆地南緣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一系列的砂巖型鈾礦床和鈾礦點(diǎn)， 自西向東依次分布有洪海溝、 庫捷爾泰、 烏庫爾其、 扎吉斯坦、 蒙其古爾及其東延部分（郎卡地區(qū)）等砂巖型鈾礦床以及達(dá)拉地等煤巖型鈾礦床， 其鈾成礦時(shí)序普遍具有幕式特征， 且均具有多層性、 多階段和多種成因類型的成礦特征。 在鈾成礦年齡方面，前人做了大量的研究工作［1-8］，但研究對象一般僅限單個(gè)鈾礦床或鈾礦點(diǎn)， 且使用方法不統(tǒng)一、 分析樣品情況不一致， 一直以來年齡數(shù)據(jù)未得到系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析。 本次研究是借助伊犁盆地多年來累積的豐富資料，并開展了補(bǔ)充研究工作： 采集伊犁盆地蒙其古爾鈾礦床東延部分（郎卡地區(qū)）的鈾礦石樣品， 挑選瀝青鈾礦顆粒并制靶， 對其中晶形發(fā)育良好的瀝青鈾礦采用LA-ICP-MS 方法分析測試U-Pb 同位素年齡，與收集的前人同位素年齡綜合分析， 對上述問題展開深入的研究和對比， 通過研究形成較系統(tǒng)的成礦年齡認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

伊犁盆地是在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)裂谷基礎(chǔ)上發(fā)展演化而成的內(nèi)陸中新生代山間斷陷-坳陷復(fù)合型盆地［9-10］，呈西寬東窄的三角形夾持于天山造山帶內(nèi)。 從大地構(gòu)造位置上來看，處于哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾古板塊南緣的伊犁（伊犁—伊塞克湖）地塊之上［11］。 伊犁盆地南鄰哈里克—那拉提碰撞造山帶， 北依科古琴—博羅科努陸內(nèi)造山帶，東端以天山為界，西端與哈薩克斯坦相接， 在我國境內(nèi)面積達(dá)1.63×104km2。

伊犁盆地自下而上可劃分三個(gè)構(gòu)造層：中晚元古代古老結(jié)晶基底、 古生代直接褶皺變形基底以及中-新生代沉積蓋層。前寒武紀(jì)古老結(jié)晶基底在盆地南緣未出露， 為一套變質(zhì)的海相復(fù)理石建造和碳酸鹽巖建造； 古生界為盆地直接褶皺基底， 廣泛出露于南、 北蝕源區(qū)，由一套石炭—二疊紀(jì)中酸性火山巖、碎屑巖組成， 其中石炭系出露地層主要有上石炭統(tǒng)腦蓋吐組（C2n）、下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組（C1d）和阿克沙克組（C1a）； 中-新生代沉積蓋層自下至上依次發(fā)育小泉溝群（T2-3xq）、水西溝群（J1-2sh）、頭屯河組（J2t）、 白堊系（E）和新近系（N）和第四系（Q）， 主要含礦目的層層位中下侏羅統(tǒng)水西溝群和中侏羅統(tǒng)頭屯河組，為一套河流相、湖沼相暗色含煤碎屑巖建造，發(fā)育12 層煤，自下而上劃分了8 個(gè)旋回。其鈾成礦類型以層間氧化為主， 其次為潛水氧化； 賦礦巖石以砂巖為主， 其次為泥巖和煤巖。 伊犁盆地南緣西部以層間氧化帶型砂巖型鈾礦化為主，少量泥巖中存在鈾礦化信息；東部層間氧化帶砂巖型鈾礦化發(fā)育， 同時(shí)存在大量潛水氧化， 至達(dá)拉地存在大量煤巖型鈾礦化。

受基底構(gòu)造格局以及后期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制， 伊犁盆地南緣斜坡帶在東西向上表現(xiàn)出明顯的分塊特性（圖1）——西段斜坡帶（構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)）、中段褶坳段（構(gòu)造過渡區(qū)）、東段褶隆段（構(gòu)造活動(dòng)區(qū)），控制了鈾礦體發(fā)育形態(tài)，在平面上，呈現(xiàn)蛇曲狀，自西向東（礦床及礦點(diǎn)）發(fā)育不連續(xù)，具有明顯的間隔性；剖面上， 具有明顯的層狀特征， 各層位鈾礦體呈現(xiàn)疊瓦狀排列， 各層礦體之間發(fā)育穩(wěn)定的泥質(zhì)隔水層。

2 鈾成礦時(shí)代特征

圖1 伊犁盆地南緣中生代構(gòu)造示意圖［12］Fig.1 Schematic map showing the Mesozoic tectonic at the southern margin of Yili basin［12］

前人對伊犁盆地南緣鈾成礦年代學(xué)研究過程中， 使用多種分析測試方法對不同的含礦層樣品進(jìn)行測試 （包括全巖U-Pb 同位素、瀝青鈾礦U-Pb 同位素、 鈾礦物鉛化學(xué)年齡等），取得了一系列的數(shù)據(jù)成果，本次采用的瀝青鈾礦LA-ICP-MS 方法分析U-Pb 同位素年齡數(shù)據(jù)，不僅豐富了該地區(qū)U-Pb 同位素年齡測試方法，同時(shí)對空白區(qū)域 （郎卡地區(qū)）的同位素年齡進(jìn)行了補(bǔ)充。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

鈾賦存的巖石有砂礫巖、 含礫砂巖、 砂巖、 粉砂巖、 泥巖以及煤巖等， 具有經(jīng)濟(jì)意義的主要為層間氧化帶型砂巖鈾礦化。目前，大部分學(xué)者認(rèn)為層間氧化帶型砂巖鈾礦化是來自蝕源區(qū)的含鈾含氧水沿盆地蓋層透水性砂體或者裂隙滲入和流動(dòng)， 在氧化還原過渡帶沉淀成礦， 且成礦是一個(gè)連續(xù)的過程， 具有“幕式”或階段性特征。

本文對伊犁盆地南緣產(chǎn)出礦床的U-Pb 同位素年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)， 部分鈾成礦年齡早于地層沉積時(shí)代， 認(rèn)為可能是由蝕源區(qū)搬運(yùn)沉積而來。 對含礦目的層沉積期以來的年齡（199.6 Ma～）進(jìn)行分析（圖2、3）， 特征如下：

圖2 伊犁盆地南緣鈾成礦年齡數(shù)據(jù)分布圖Fig.2 Distribution of uranium metallogenic age at the southern margin of Yili basin

1）成礦年齡從老到新都存在，且具有連續(xù)性，表明鈾成礦過程是連續(xù)的；

2）成礦年齡具有階段性，在沉積成巖期（199.6～145.5 Ma）有少量鈾成礦顯示，存在鈾的預(yù)富集作用；

3）伊犁盆地南緣沉積地層中下白堊統(tǒng)缺失，晚白堊世至古近紀(jì)（99.6～28.4 Ma）時(shí)期，盆地處于弱擠壓構(gòu)造環(huán)境， 從成礦年齡分布中可以看出該時(shí)期存在較弱的鈾成礦作用；

4）自中新世以來（23.3 Ma～），鈾成礦年齡分布逐漸密集， 說明該時(shí)期鈾成礦作用逐漸加強(qiáng)， 是主要的鈾成礦時(shí)期， 且成礦作用一直持續(xù)至今。

3 鈾源條件分析

3.1 含礦砂體物源

沉積地層中碎屑鋯石U-Pb 同位素年代學(xué)是研究碎屑物源的方法之一， 選擇蒙其古爾鈾礦床中下侏羅統(tǒng)水西溝群含礦層目的砂體中的鋯石進(jìn)行U-Pb 同位素地質(zhì)年齡測定。從鋯石的形態(tài)來看（圖4），鋯石顆粒大小形狀不盡相同，大多數(shù)鋯石棱角-次棱角狀，少數(shù)為帶剝蝕標(biāo)志的磨圓鋯石顆粒； 鋯石外形從橢圓粒到短柱狀、 長柱狀， 部分顆粒機(jī)械破碎嚴(yán)重， 表明經(jīng)歷了長距離的搬運(yùn)； 少數(shù)鋯石顆粒晶形完好， 應(yīng)為近源搬運(yùn)。 表明沉積物源情況復(fù)雜， 鋯石顆粒大多具明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，巖漿成因明顯。

圖4 鋯石形態(tài)特征、測點(diǎn)位置和年齡結(jié)果圖Fig.4 Morphological characteristics，determination location and age of zircon

圖5 鋯石U-Pb 年齡諧和曲線圖Fig.5 Harmonic diagram of zircon U-Pb age

圖6 鋯石U-Pb 年齡分布譜圖Fig.6 Histogram of zircon U-Pb age

據(jù)50 個(gè)鋯石測點(diǎn)的U-Pb 年齡結(jié)果來看（圖5）， 其中46 個(gè)點(diǎn)落在諧和線上， 諧和度為90%～110%，在年齡譜分布圖中顯示兩個(gè)主要年齡區(qū)間（圖6）：330～280 Ma，峰值年齡為320 Ma， 為石炭紀(jì)中-晚期至二疊紀(jì)早期；380～330 Ma，峰值年齡為350 Ma，為泥盆紀(jì)晚期至石炭紀(jì)早期。 含礦層砂體鋯石U-Pb 年齡代表了盆地內(nèi)沉積砂體物源區(qū)原巖的形成年齡， 前人對伊犁盆地南緣蝕源區(qū)內(nèi)花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb 年齡測定為316±41、293±18 Ma［14］。以 上 結(jié) 果 表 明， 伊犁盆地含礦砂體物源來自南部蝕源區(qū)的海西期花崗巖侵入體和石炭—二疊紀(jì)中酸性火山巖。

3.2 成礦鈾源

巖石的原始鈾含量（U0）和現(xiàn)在巖石中鈾的含量（U）變化（得失率FU）是砂巖鈾成礦過程中鈾源條件研究中非常重要的參量， 以期了解這些巖石作為成礦鈾源的供鈾能力。 通過測定巖石的Th/U 比值來計(jì)算U0和FU：k＝Th/U，U0＝k×U/4.2，F(xiàn)U＝（U-U0）/U0×100［13］。其中，若FU≈0 則樣品無后期鈾得失；FU＞0 則樣品有后期鈾疊加；FU＜0 則樣品有后期鈾丟失。

3.2.1 含礦層砂體鈾源條件

伊犁盆地南緣的含礦主巖以中下侏羅統(tǒng)水西溝群的巖屑石英砂巖為主， 選取含礦層沉積砂體中137 件巖石為研究對象， 據(jù)上文的計(jì)算方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表2）表明：其中131 件樣品FU＞0，說明含礦層鈾的富集主要自沉積成巖后不同程度獲得； 另有6 個(gè)樣品FU＜0，說明含礦層砂體中存在鈾的丟失現(xiàn)象， 沉積成巖后在層間流體的作用下， 砂體中鈾隨流體不斷遷移，為鈾的富集提供了一定的鈾源；在統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)樣品在沉積期后獲得了不同程度的鈾， 表明鈾成礦作用以沉積期后的疊加成礦為主， 鈾的獲得量要遠(yuǎn)大于丟失量，說明鈾源是多源的，除了沉積地層本身，更有層間滲入流體帶入的蝕源區(qū)風(fēng)化鈾。

表2 不同地球化學(xué)分帶鈾含量及其得失率值Table 2 Uranium content and uranium gain-loss ratio in different geochemical zones

3.2.2 蝕源區(qū)原始鈾含量及其變化

對伊犁盆地南部蝕源區(qū)海西期火山巖和花崗巖的37 個(gè)樣品的原始鈾進(jìn)行計(jì)算（表3），整體表現(xiàn)為鈾含量增加（FU＞0），主要是因?yàn)椴杉奈g源區(qū)樣品以靠近盆緣為主， 在長期的地表含氧含鈾水徑流過程中， 存在鈾遷入遷出的地化行為， 主要研究蝕源區(qū)鈾丟失的樣品（FU＜0）， 結(jié)果表明：1）29 個(gè)火山巖樣品中10 個(gè)存在鈾丟失，8 個(gè)花崗巖樣品中4個(gè)存在鈾丟失， 丟失鈾的火山巖樣品主要賦存于更靠近盆緣的上石炭統(tǒng)腦蓋吐組（C2n）；2）盆地蝕源區(qū)大面積出露的中酸性火山巖中鈾含量變化較大， 說明鈾遷移量較大；3）蝕源區(qū)花崗巖也存在一定鈾的得失，但在盆地內(nèi)出露面積較小， 鈾含量變化較火山巖小， 所以鈾遷移總量不大。 所以， 盆地基底風(fēng)化殼巖石在大氣降水的淋濾下形成含鈾含氧水， 沿?cái)嗔训炔粩酀B入含礦層， 為盆地砂巖型鈾礦的形成提供了重要的外源， 且以靠近盆源的腦蓋吐組中酸性火山巖為主要外源。

表3 伊犁盆地南緣蝕源區(qū)巖石原始鈾含量與現(xiàn)代鈾含量對比表Table 3 Original and modern uranium content of rocks in the source area at the southern margin of Yili basin

4 鈾成礦與構(gòu)造活動(dòng)時(shí)空耦合關(guān)系討論

伊犁盆地處于區(qū)域性天山造山帶之中，中新生代以來構(gòu)造變形強(qiáng)烈， 但盆地內(nèi)部具有南弱北強(qiáng)、 西弱東強(qiáng)的特點(diǎn)， 因而目前發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床主要分布于南緣扎吉斯坦斷裂以西的構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)和構(gòu)造活動(dòng)過渡區(qū)， 而東部構(gòu)造活動(dòng)區(qū)亦有礦床發(fā)現(xiàn)， 但規(guī)模局限。 主要是因?yàn)樵固箶嗔岩晕鞯貐^(qū)構(gòu)造活動(dòng)弱， 地層抬升平穩(wěn)， 剝蝕較少， 地下水動(dòng)力機(jī)制穩(wěn)定， 可以長期穩(wěn)定成礦， 而東部構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)， 引起地下水動(dòng)力條件強(qiáng)烈變化， 導(dǎo)致水動(dòng)力系統(tǒng)不穩(wěn)定， 不利于形成容礦系統(tǒng)， 不利于原有礦體的繼承性成礦作用， 且原有礦體很容易遭受改造， 成礦年齡測定也佐證了這一點(diǎn)： 東部達(dá)拉地成礦年齡大約為6.7～5.7 Ma，西部成礦年齡從老到新都存在， 說明東部鈾成礦作用不穩(wěn)定， 很難形成較大規(guī)模礦體；西部成礦作用持續(xù)至今，后期成礦作用疊加在早期成礦之上， 后生疊加成礦作用明顯， 有利于形成規(guī)模較大的礦體。

伊犁盆地南緣成礦年齡從老到新都存在，甚至存在早于地層沉積年代（199.6～145.5 Ma）的年齡， 可能是沉積期由蝕源區(qū)搬運(yùn)沉積而來。 沉積成巖階段， 伊犁盆地整體上處于弱伸展的成盆構(gòu)造環(huán)境， 存在區(qū)域性的夷平和斷陷沉降， 形成了不對稱向斜狀盆地形態(tài)，盆內(nèi)沖積扇-辮狀河-三角洲-湖泊沉積體系發(fā)育， 砂體發(fā)育規(guī)模大且延伸穩(wěn)定， 為盆地后期改造成礦提供了良好的容礦構(gòu)造。

晚白堊世—古近紀(jì)（99.6～28.4 Ma）， 盆地經(jīng)歷了燕山晚期、 喜山Ⅰ、Ⅱ期等地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)， 在燕山運(yùn)動(dòng)的影響下， 盆地?cái)D壓隆升， 接受剝蝕， 導(dǎo)致盆地缺失下白堊統(tǒng)， 該階段伊犁盆地南緣中下侏羅統(tǒng)灰色含煤碎屑巖建造廣泛出露地表， 來自南部蝕源區(qū)的含鈾含氧承壓水滲入到層間砂體中， 形成大規(guī)模的潛水氧化和層間氧化， 并伴有弱的鈾成礦作用， 顯示了伊犁盆地后生表生鈾成礦作用的開始。

新生代構(gòu)造活動(dòng)開始以來， 從成礦年齡主要集中在該時(shí)代可看出鈾成礦作用明顯強(qiáng)烈。據(jù)資料顯示［5，15-16］，伊犁盆地南緣新生代構(gòu)造活動(dòng)可劃分為五期（表4）。第一期始新世晚期-漸新世，該時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)于天山揭頂作用開始（24 Ma）的時(shí)間相對應(yīng)，在此之后，鈾成礦作用開始強(qiáng)烈， 所以天山揭頂運(yùn)動(dòng)是伊犁盆地鈾成礦關(guān)鍵的構(gòu)造活動(dòng)； 第二期為中新世（N1），在該時(shí)期，扎吉斯坦斷裂以東包括蒙其古爾礦區(qū)、 達(dá)拉地、 蘇阿蘇、 察布查爾等地發(fā)育了一系列的褶皺構(gòu)造， 導(dǎo)致蒙其古爾西部因褶皺掀斜而形成單斜， 形成了達(dá)拉地向斜、 蘇阿蘇向斜、 察布查爾背斜和向斜等， 地層出露地表， 遭受剝蝕， 接受地表含鈾含氧水的大量注入，之后開始大規(guī)模成礦；第三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（上新世（N2）），盆地南緣F1斷裂繼承性復(fù)活并向盆地方向逆沖， 發(fā)生強(qiáng)烈的隆升與沉降作用， 在蒙其古爾地區(qū)形成多處構(gòu)造天窗， 成為承壓含水層的重要補(bǔ)給源； 第四期為早更新世-中更新世， 盆地整體下沉， 接受沉積； 第五期為中更新世以來， 表現(xiàn)為差異升降， 構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈， 含鈾含氧水的持續(xù)補(bǔ)給使早期形成的鈾礦體繼續(xù)受到疊加改造， 使其礦化厚度、 規(guī)模不斷增大， 品位不斷增高， 且該成礦作用一直持續(xù)至今。

表4 伊犁盆地南緣新構(gòu)造活動(dòng)期次與鈾成礦年齡對比表Table 4 Comparison of nontectonic events and uranium mineralization age at the southern margin of Yili basin

5 結(jié)論

1）伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦具有多期性成礦特點(diǎn)，沉積成巖期（199.6～145.5 Ma）、晚白堊世至古近紀(jì)（99.6～28.4 Ma）、 中 新 世以來（23.3 Ma～）均存在鈾成礦作用，在中新世（23.3 Ma～）之后鈾成礦作用最為強(qiáng)烈。

2）鈾成礦具有雙鈾源的成礦特點(diǎn)：地層沉積時(shí)形成的富鈾砂體和蝕源區(qū)富鈾巖石近代風(fēng)化淋濾析出的鈾（主要是腦蓋吐組中酸性火山巖）。

3）伊犁盆地南緣鈾成礦作用主要集中在新生代構(gòu)造活動(dòng)以來， 天山揭頂作用是鈾成礦的關(guān)鍵致礦構(gòu)造， 鈾成礦作用與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次具有一致性，其中第三期構(gòu)造活動(dòng)（上新世N2）鈾成礦作用最劇烈。