王國(guó)榮，賈為衛(wèi)，杜默，黃松，魯克改，孫瀟

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011）

準(zhǔn)噶爾盆地南緣處于北天山山前斷褶帶，褶皺及斷裂發(fā)育，構(gòu)造較復(fù)雜，山前侏羅系廣泛分布，因出露的中下侏羅統(tǒng)主要呈原生灰色-灰綠色，前人對(duì)該區(qū)的中-新生界僅開展過(guò)少量的鈾礦找礦和評(píng)價(jià)工作［1］，但均未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2019 年核工業(yè)二一六大隊(duì)在對(duì)南緣開展鈾礦勘查時(shí)，在硫磺溝地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組發(fā)現(xiàn)多處工業(yè)鈾礦化，顯示了其良好的找礦潛力，為準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系鈾資源潛力的重新認(rèn)識(shí)評(píng)價(jià)和該區(qū)的新一輪鈾礦勘查工作帶來(lái)了契機(jī)和活力。本文以硫磺溝地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組沉積特征研究為切入點(diǎn)，探討了辮狀河相砂體對(duì)鈾成礦影響和制約作用。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地南緣地處北天山山前地帶，構(gòu)造單元屬盆地的北天山山前沖斷帶，位于北天山山前斷裂帶北緣，由盆地南緣、北天山山前發(fā)育的不同時(shí)期、不同性質(zhì)的斷層構(gòu)成斷裂體系，其多期構(gòu)造變形以逆斷層和褶皺為主要變形特征。南緣作為新近紀(jì)前陸盆地主體，西至四棵樹，東至東部隆起區(qū)，包括四棵樹凹陷、霍-瑪-吐背斜帶、齊古斷褶帶、阜康斷裂帶4 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元［2］。

北天山山前地帶古生界、中-新生界出露較為齊全（圖1）。古生界以泥盆系、石炭系為主，二疊系分布有限，以海相變質(zhì)碎屑巖、火山碎屑巖、火山巖為主，部分為海陸交互沉積，大面積出露有華力西期的花崗巖［1］。中-新生界的三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和新近系在盆地南緣出露齊全，其中侏羅系和白堊系為南緣的主要賦鈾層位［1，3］，本文主要討論侏羅系辮狀河沉積體系與鈾成礦關(guān)系。

2 侏羅系沉積特征

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣鈾礦地質(zhì)略圖Fig.1 Uranium geological map in the southern margin of Junggar Basin

侏羅系在盆地南緣與下伏地層一般呈角度不整合接觸，直至古生代基巖之上。昌吉坳陷是侏羅系主要的沉積和沉降中心，最大厚度達(dá)4 000 m 以上。侏羅系自下而上劃分為八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t）、齊古組（J3q）和喀拉扎組（J3k），以瑪納斯-昌吉一帶地層最厚，由此向東、西方向變?。?］。

2.1 侏羅系分布特征

侏羅系在盆地南緣出露較齊全，共發(fā)育上、下兩套含煤地層，總體為一套湖泊相或湖泊-三角洲相沉積，巖性組合為灰色、灰綠色泥巖夾薄層砂巖。八道灣組底部的沖積扇相主要見于后峽地區(qū)。三工河組為一套湖泊-三角洲相沉積，不含工業(yè)煤層。西山窯組總體為一套湖沼相沉積，含工業(yè)煤層，中下部普遍發(fā)育厚煤層，是良好的區(qū)域性對(duì)比標(biāo)志；上部主要發(fā)育薄煤層或煤線，盆地南緣中下侏羅統(tǒng)中常見煤層自燃現(xiàn)象。

頭屯河組中下部呈灰色-灰綠色調(diào)，向上紫紅、褐紅色泥巖、粉砂巖條帶逐漸增多，反映古氣候逐漸變得干旱、水體逐漸變淺的沉積環(huán)境。齊古組主要為一套河湖相褐紅、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾紫紅、灰綠色砂質(zhì)泥巖、砂巖及凝灰?guī)r，巖相、巖性比較穩(wěn)定，厚度以瑪納斯河地區(qū)最大，向東、西減薄?？M的巖性為山麓河流相的灰褐色礫巖夾褐色泥巖及礫狀砂巖，巖性、巖相變化大，呼圖壁河以西至瑪納斯河地區(qū)基本上以紅色礫巖為主，俗稱喀拉扎“城墻礫巖”［4-5］。

中侏羅統(tǒng)頭屯河組處于中下侏羅統(tǒng)含煤建造和上侏羅統(tǒng)紅色碎屑巖建造間的過(guò)渡單元，是盆地南緣侏羅系鈾礦化產(chǎn)出的主要層位。

2.2 中侏羅統(tǒng)頭屯河組沉積特征

頭屯河組巖性主要為厚層的塊狀砂巖與灰綠色、灰色夾紫紅色、褐紅色的條帶狀泥巖、砂質(zhì)泥巖的互層，夾碳質(zhì)泥巖、薄煤層和煤線?？傮w底部較粗，砂礫巖集中，中上部變細(xì)，以泥質(zhì)沉積為主，自成一個(gè)獨(dú)立的正旋回。下部地層以灰綠、灰色為主，紅色較少，上部則以紅色、雜色為主，條帶明顯，局部全為紅色，如安集海河上游全為紅色塊狀礫巖。

頭屯河組相環(huán)境跨度較大，山前以河流相、三角洲相為主，部分山前或山間地段底部發(fā)育沖、洪積扇堆積，向盆地方向則由三角洲相直至湖相（圖2）。自下而上，沉積粒度也逐漸變細(xì)，色調(diào)也由灰色-灰綠色逐漸變?yōu)殡s色條帶增多，沉積環(huán)境也由初期的溫濕氣候轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘母珊?半干旱環(huán)境［5］?？偤穸葹?80～654 m。

沖積扇相沉積主要發(fā)育于托斯泰-安集海河及南阜康向斜等地。巖性為黃綠、褐紅色礫巖夾砂巖、泥質(zhì)砂巖，礫石磨圓、分選差。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地南緣中侏羅世頭屯河期沉積相圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［6］修改）Fig.2 Sedimentary facies and paleogeography of Toutunhe Epoch in the Middle Jurassic in the southern margin of Junggar Basin（modified after reference［6］）

辮狀河相沉積分布于頭屯河及阜康-吉木薩爾一帶。色調(diào)一般下灰上雜，巖性為紫紅、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖夾灰色、灰綠色砂巖及礫巖透鏡體。底部沖刷明顯，具槽狀層理、交錯(cuò)層理、斜層理，砂粒、礫石分選、磨圓均好，砂泥比為0.2～0.7。

三角洲相沉積分布于石河子及烏魯木齊一帶。巖性為灰綠、褐紅色砂質(zhì)泥巖夾中-粗砂巖及礫巖，分選好，砂泥比為0.37～0.53。烏魯木齊妖魔山剖面本組巖性為砂巖夾泥巖，砂泥比高達(dá)6.34［1］。

3 硫磺溝地區(qū)頭屯河組辮狀河沉積與鈾成礦

通過(guò)硫磺溝地區(qū)野外露頭調(diào)查并結(jié)合鉆孔巖心觀察，頭屯河組可劃分為上、下兩個(gè)巖性段（圖3），其中下部巖性段以灰綠、灰色為主，紅色較少；上部巖性段則以紅色、雜色為主，條帶明顯，局部全為紅色。根據(jù)巖性組合特征，將頭屯河組下段進(jìn)一步劃分為5 個(gè)旋回，即Ⅰ～Ⅴ，其中Ⅲ旋回是研究區(qū)主要含礦巖性段。硫磺溝地區(qū)廣泛分布的頭屯河組總體為一套河流相沉積體系，且由下部的辮狀河相向上部的曲流河相過(guò)渡，其沉積標(biāo)志及成因類型分析如下。

3.1 頭屯河組主要巖相類型

沉積水動(dòng)力條件強(qiáng)弱的變化直接體現(xiàn)在沉積物巖性粗細(xì)和層理類型的差異，即不同的巖相類型代表了不同的沉積水動(dòng)力單元，是分析沉積物形成環(huán)境的重要指標(biāo)［7］。頭屯河組剖面露頭和巖心的巖性、粒度、沉積構(gòu)造等特征顯示，硫磺溝地區(qū)頭屯河組辮狀河與曲流河沉積主要發(fā)育以下11 種巖相類型（圖4）。

塊狀層理礫巖相（Gm）：礫石呈次圓狀-次棱角狀，分選較差-中等，礫徑一般為1～5 cm。礫石多呈塊狀堆積，厚度一般為0.2～2.0 m，礫巖底部一般發(fā)育較明顯的沖刷構(gòu)造，為辮狀河道底部滯留沉積的礫石堆積。

槽狀交錯(cuò)層理礫巖相（Gt）：礫巖中以發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理為典型特征。礫巖底界為槽形沖刷面，紋層在頂部被切割，紋層與層系界面斜交。沿槽狀交錯(cuò)層理的紋層面常可見磨圓相對(duì)較好的中細(xì)粒礫石呈定向排列，反映出辮狀河道在強(qiáng)烈沖刷、遷移和快速充填過(guò)程中的沉積。

板狀交錯(cuò)層理含礫砂巖相（Gp）：沉積碎屑粒度較礫巖相稍細(xì)，一般由分選中等、磨圓較好的粗砂巖組成，下切型和下截型板狀交錯(cuò)層理常呈多組出現(xiàn)，礫石沿板狀交錯(cuò)層理的紋層面定向排列，為順流加積作用下的辮流壩沉積。

圖3 硫磺溝地區(qū)頭屯河組綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive column of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

同心槽狀交錯(cuò)層理砂巖相（Sct）：以中粗砂巖中發(fā)育高角度的同心槽狀交錯(cuò)層理為特征，屬辮狀河道中上部沉積產(chǎn)物，由發(fā)育于辮流砂質(zhì)壩頂部的小型沖溝不斷下切并快速充填形成。

槽狀交錯(cuò)層理砂巖相（St）：以中細(xì)砂巖中發(fā)育低角度小型槽狀交錯(cuò)層理為特征，屬曲流河道下切、側(cè)向遷移和充填沉積的產(chǎn)物。

板狀交錯(cuò)層理砂巖相（Sp）：以中粗砂巖中發(fā)育多組板狀交錯(cuò)層理為典型特征，屬曲流河點(diǎn)壩側(cè)向加積的產(chǎn)物。

平行層理砂巖相（Sh）：由發(fā)育平行層理的中細(xì)砂巖組成，砂巖露頭常具裂線理，屬較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境的高流態(tài)面狀層流沉積，在辮狀河與曲流河體系中均可發(fā)育。

圖4 硫磺溝地區(qū)頭屯河組主要巖相類型Fig.4 Main lithofacies types of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

流水沙紋層理中砂巖相（Sr）：發(fā)育流水沙紋層理的中砂巖，由辮狀河道的河床底砂在單向水流作用下不斷向前遷移加積形成。

流水沙紋層理粉細(xì)砂巖相（Fr）：由發(fā)育較低幅度流水沙紋層理的粉細(xì)砂巖組成，形成于水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的邊灘或堤岸環(huán)境，屬于曲流河床砂底形側(cè)向加積的產(chǎn)物。

水平層理粉砂巖相（Fl）：粉砂巖中發(fā)育水平層理，屬于低能環(huán)境下辮狀河與曲流河河漫灘或天然堤細(xì)粒沉積。

塊狀層理泥巖相（M）：由塊狀泥巖組成，屬于辮狀河與曲流河泛濫平原沉積或曲流河廢棄河道沉積。

3.2 頭屯河組河流相砂體沉積特征

3.2.1 辮狀河相沉積砂體

總體來(lái)說(shuō)，硫磺溝地區(qū)的頭屯河組（特別是中下部）剖面上具有辮狀河沉積“砂包泥”的明顯特征，心灘沉積的礫巖、含礫中粗粒砂巖厚度較大。砂體中大型槽狀、板狀及塊狀層理極為發(fā)育，泛濫平原的細(xì)碎屑沉積較薄且連續(xù)性差。垂向上，常由多個(gè)單層砂體相互疊置組成厚大復(fù)合砂體，反映出多期的辮狀河道頻繁遷移改道、沖蝕下切和相互疊置的特點(diǎn)；沿走向呈厚的帶狀和復(fù)合席狀砂礫巖體，砂體寬度視厚度而異，如III 旋回厚大砂體沿走向發(fā)育寬度可超過(guò)15 km。河道亞相砂體的單期水道外觀形態(tài)多為頂平底凸的楔形，底部見滯留礫石沉積（圖5），與下伏泛濫平原細(xì)粒沉積為侵蝕接觸，底面起伏明顯；頂部細(xì)粒沉積較薄或不發(fā)育，整體呈弱正粒序。以單一河流過(guò)程（單期水道）堆積的最大砂體厚度而言，Ⅲ旋回一般可達(dá)10～25 m，但多期河道疊加的復(fù)合砂礫巖體厚度可達(dá)70～150 m（圖6）。

圖5 辮狀河道底部沖刷構(gòu)造及滯留沉積礫石Fig.5 Scour structure and retained gravel at the bottom of braided channel

圖6 硫磺溝地區(qū)頭屯河組主含礦段（Ⅲ旋回）辮狀河相砂體對(duì)比圖Fig.6 Comparative lithologic column of braided river facies sand body in main ore-bearing section（Ⅲcycle）of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

頭屯河組河道亞相砂體粒度變化范圍較廣，以含礫粗砂巖為主。該組下部（Ⅰ～Ⅲ旋回）的辮狀河道相以砂礫巖和含礫粗砂巖為主，礫徑一般為1～3 cm，最大為6 cm，磨圓度低，分選較差，顆粒支撐而且含泥質(zhì)少。大型槽狀交錯(cuò)層理（1～2 m）和板狀交錯(cuò)層理是頭屯河組下部辮狀河沉積的典型特征，反映出頭屯河組沉積時(shí)期總體水動(dòng)力條件較強(qiáng)；向上沉積構(gòu)造的規(guī)模和幅度均變小，說(shuō)明頭屯河組沉積中晚期水動(dòng)力逐漸減弱。

頭屯河組下部的辮狀河道亞相礫巖多呈塊狀構(gòu)造，或稍具一定的成層性，以塊狀層理礫巖相（Gm）為主，部分塊狀礫巖之上還發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理礫巖相（Gt）；砂礫巖以槽狀交錯(cuò)層理砂巖相（St）為主，厚大河道砂體露頭剖面則常由塊狀砂巖相（Sm）（圖7）和礫巖相（Gm）互層，厚層砂體中可見多個(gè)沖刷面，顯示辮狀河道砂體沉積過(guò)程中曾經(jīng)歷多次河道疊加事件。其上為發(fā)育水平層理或塊狀層理的灰綠色或灰色泥巖、粉砂巖，屬泛濫平原沉積。河道砂體之間及其內(nèi)部的這些細(xì)粒沉積物中，均未發(fā)現(xiàn)泥裂、古風(fēng)化淋濾帶等暴露標(biāo)志，反映出該時(shí)期的辮狀河體系具長(zhǎng)年性水流特征，而非暫時(shí)性河道，辮狀河體系典型的巖相垂向序列為Gm→Gt→Gp→Sm→Sct→Sh→Sr→M。

圖7 頭屯河組辮狀河道塊狀砂巖Fig.7 Honeycomb braided channel sandstone of Toutunhe Formation

河道砂體內(nèi)部大量分布的炭化植物莖干和硅化木（圖8），反映出頭屯河組沉積早期古氣候溫暖濕潤(rùn)植被發(fā)育，辮狀河源區(qū)高大的林木廣布，且較陡的地形坡度和較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，使辮狀河沉積物中裹攜有大量樹木枝干并保留形成化石。厚層砂體間夾薄層泥巖和粉砂巖的細(xì)粒沉積，發(fā)育水平層理和流水沙紋層理，屬泛濫平原沉積物。

圖8 辮狀河道砂體中的炭化植物莖干（a）和硅化木（b）Fig.8 Carbonized plant stems（a）and silicified wood（b）in braided channel sand bodies

單個(gè)河道化事件多形成無(wú)內(nèi)部沖刷面并缺乏明顯翼部的單層帶狀砂巖體，是由高水位時(shí)被加積和堵塞而形成的帶狀礫巖和砂巖，反映出短暫強(qiáng)水流在緩傾斜面上的卸載。直接覆蓋在細(xì)粒沉積物之上的砂礫巖、含礫粗砂巖，代表了決口河道的發(fā)育（圖9）具有一定的重力流沉積特點(diǎn)；而砂礫巖之上直接覆以暗色碳質(zhì)泥巖（圖10），則表示河道的迅速?gòu)U棄?？梢姷[質(zhì)河道穩(wěn)定性較差，河道側(cè)向加積形成的砂壩、礫壩及植物不甚繁茂的河堤，抵擋不住較強(qiáng)水動(dòng)力的沖擊而易于決口。決口洪水為濃度高的夾沙水流，一旦沉積下來(lái)，就表現(xiàn)為河間相較常見的含礫石細(xì)砂巖和分選很差的泥質(zhì)砂礫巖薄層，屬于沉積物重力流。

同時(shí)，頭屯河組下部辮狀河沉積受古河道控制相對(duì)較小，堤岸不發(fā)育或缺乏限制性河谷壁，河道穩(wěn)定性較低，較厚砂礫巖體往往呈復(fù)合席狀，說(shuō)明河流可以在沖積平原上任意遷移。這一組地層中既發(fā)育大量定河道的凸鏡狀砂礫巖體，又有由它所疊合形成以及側(cè)向加積形成的復(fù)合砂礫巖體。頭屯河組下部一個(gè)顯著的特點(diǎn)是粒度粗，而且粗碎屑在縱向上反復(fù)出現(xiàn)（圖6、9），不集中于特定部位。這意味著古河道并未約束于特定河谷地帶，河間帶和河道帶的分異不明顯。河道礫巖頂面具有波狀起伏的沖刷面，也提示河道充填以后被淺的網(wǎng)狀河道所改造［8］。這些都揭示頭屯河組沉積早中期在沖積平原上發(fā)育辮狀河體系。

3.2.2 曲流河相沉積砂體

頭屯河組由下向上砂體厚度逐漸減薄，泥巖顏色由淺灰和灰綠色逐漸過(guò)渡為紫紅色，反映出河道間沉積物長(zhǎng)時(shí)間處于暴露氧化狀態(tài)，河道逐漸被約束在一定河谷的地帶，遷移性減弱，辮狀河逐步向曲流河過(guò)渡（Ⅳ、Ⅴ旋回）。

圖9 硫磺溝地區(qū)頭屯河組Ⅰ旋回辮狀河相砂體對(duì)比圖Fig.9 Comparative lithologic column of braided fluvial sand bodies in the first cycle of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

圖10 廢棄礫質(zhì)河道上發(fā)育的泥炭沼澤被決口扇砂礫巖覆蓋Fig.10 Peat bogs developed on abandoned gravel channels covered by cleavage fan conglomerate

研究區(qū)內(nèi)的Ⅳ、Ⅴ旋回沉積，沿近東西-北東向縱剖面，由ZKA2 至ZKA6 可清晰地見到兩個(gè)曲流河道的發(fā)育、遷移、廢棄和新開（圖11），反映出研究區(qū)曲流河道自西向東的遷移過(guò)程。而且遷移不是依次漸進(jìn)，而是突然向東改到一個(gè)新位置，開掘新河道。Ⅳ旋回下部曲流河道在ZKA1 自下而上發(fā)育的第一層點(diǎn)壩砂體，在ZKA2 廢棄；在ZKA1 和ZKA2 由發(fā)育的第二層點(diǎn)壩砂體，向東河道砂體逐漸減薄，于ZKA3 和ZKA4 一帶洪水期發(fā)育決口扇砂體；并在ZKA5附近開掘新河道，發(fā)育點(diǎn)壩砂體，單個(gè)河道砂體的中央部明顯，兩翼發(fā)育薄層細(xì)砂巖，表明水流主要受限于特大洪水開辟的深切河床中，但受洪水作用在河道兩側(cè)出現(xiàn)近越岸片流，發(fā)育決口扇砂體，在地勢(shì)較低洼處（ZKA3）可形成一定規(guī)模的決口河道。

圖11 硫磺溝地區(qū)頭屯河組Ⅳ旋回曲流河相砂體對(duì)比圖Fig.11 Comparative lithologic column of the meandering fluvial sand bodies in the Ⅳcycle of the Toutunhe Formation in the Liuhuanggou area

相對(duì)而言，頭屯河組上段的曲流河道底部滯留礫石和砂巖均較下段辮狀河相沉積粒度變細(xì)。砂巖中的槽狀交錯(cuò)層理規(guī)模明顯變小，同時(shí)由河道側(cè)向加積形成的板狀交錯(cuò)層理普遍發(fā)育。泥巖中發(fā)育塊狀層理和水平層理，灰綠色與紫紅色呈條帶狀互層產(chǎn)出（圖3）。同時(shí)，上部沉積物中極少見植物碎屑；鉆孔巖心中Scoyenia（斯科陽(yáng)跡）遺跡相（Sc）的存在（圖12），代表了低能極淺水的緩流河堤岸帶沉積，并有周期性的暴露和洪水侵漫。沉積構(gòu)造、粒度及生物遺跡均體現(xiàn)出頭屯河組中晚期，古氣候逐漸趨于炎熱、干旱，地表植被不發(fā)育，地形坡度較緩，水動(dòng)力條件減弱的特點(diǎn)，即硫磺溝地區(qū)由早期的辮狀河轉(zhuǎn)入晚期的曲流河沉積環(huán)境［7］。

圖12 頭屯河組上部灰綠色粉砂質(zhì)泥巖中的Scoyenia 遺跡相（被紫紅色泥巖填充）Fig.12 Scoyenia facies in the grey-green silty mudstone（filled with purplish-red mudstone）in the upper part of Toutunhe Formation

不同于下部沉積的“砂包泥”，頭屯河組上部曲流河沉積具有較明顯的“砂泥間互”的特征（圖3 中的Ⅵ旋回），單套砂體即為單期曲流河道沉積。該剖面曲流河道砂體厚度一般為1.5～3 m，外觀形態(tài)為頂平底凸的寬緩楔形，河道砂體底部也可見薄層滯留礫石沉積，呈正粒序，典型巖相垂向序列為St→Sp→Sh→Fr→M。

由上述沉積組合特征可知，頭屯河組沉積時(shí)期，硫磺溝地區(qū)總的地理景觀是沖積平原中發(fā)育礫質(zhì)辮狀河道，或者說(shuō)辮狀河道分布于沖積平原之中，河道間的堆積面稍高于侵蝕基面，表現(xiàn)為泛濫平原、決口扇和極不穩(wěn)定的辮流壩、堤岸，有時(shí)暴露于水面之上。在寬闊的沖積平原背景中，大河道深3～8 m，寬度可超過(guò)千余米，搬運(yùn)礫石物質(zhì)。小河道為大河道的分流或決口水道，深3 m以內(nèi)，寬約幾米至幾十米。

3.3 頭屯河組辮狀河相砂體與鈾成礦

3.3.1 砂巖碎屑礦物組分與鈾成礦

對(duì)硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖碎屑組成的研究表明［3］，砂巖中巖屑和長(zhǎng)石含量較高（表1），成分成熟度指數(shù)Q/（F+R）為0.39～1.63，平均為0.81，成分成熟度總體較低，屬雜砂巖。砂巖類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖、部分為長(zhǎng)石砂巖（圖13）。頭屯河組雜砂巖成分以石英為主，次為長(zhǎng)石、巖屑。其中石英含量一般為28%～62%，平均為44%，石英以單晶為主，見少量石英巖和個(gè)別玉髓等多晶石英，單晶石英多具波狀消光現(xiàn)象；長(zhǎng)石含量為12%～52%，平均為32%，主要由鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石組成，斜長(zhǎng)石具輕微-中等程度絹云母化，部分斜長(zhǎng)石雙晶紋彎曲變形，鉀長(zhǎng)石具輕微程度泥化。巖屑含量為6%～48%，平均為24%，主要為凝灰?guī)r、英安巖、安山巖、霏細(xì)巖、玄武巖等，見少量鱗片狀黑云母、綠泥石等，不均勻分布，部分巖屑具輕微-中等程度絹云母化，個(gè)別具黃鐵礦化。重礦物呈微量，主要為磁鐵礦、赤鐵礦、綠簾石，呈他形粒狀在巖石內(nèi)呈零星散布。砂巖填隙物主要由泥質(zhì)雜基組成，并零星散布有黃鐵礦膠結(jié)物。

表1 硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖碎屑礦物含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of detrital mineral content in sandstone of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

本次對(duì)硫磺溝地區(qū)鈾礦石礦物的研究顯示，砂巖型礦石碎屑顆粒成分以長(zhǎng)石和石英為主，分選性較差，磨圓呈次圓-次棱角狀，填隙物以方解石和和黃鐵礦為主，雜基主要為細(xì)粒長(zhǎng)石、石英和黏土。碎屑顆粒邊緣出現(xiàn)明顯的溶蝕作用，碎屑顆粒中出現(xiàn)明顯的黏土化類蝕變，孔隙發(fā)育。鈾礦物在探針薄片中主要出現(xiàn)在碎屑顆粒邊緣，呈獨(dú)立礦物顆粒出現(xiàn)，大小在20～45 μm 之間，顆粒較大。通過(guò)能譜和電子探針分析（圖14），礦石鈾礦物中普遍含鉬、鈦的氧化物，其化學(xué)成分表現(xiàn)為UO2含量在15%～36%之間，TiO2含量在13%～27%之間，MoO2含量在15%～20%之間，按成分初步確定為鈾與鉬及鈦鐵氧化物共存的復(fù)雜鈾礦物類型。同時(shí)，鈾礦物顆粒的邊緣均出現(xiàn)的較明顯的長(zhǎng)石黏土化的特征（圖15），部分出現(xiàn)碳酸鹽化，揭示硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖型鈾成礦與長(zhǎng)石礦物的黏土化關(guān)系較為密切。

圖13 硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖分類圖Fig.13 Sandstone classification diagram of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖具有較低的礦物成熟度，反映出早中侏羅世隨著天山造山帶的長(zhǎng)期剝蝕，大面積的深成侵入體出露地表；中晚侏羅世的燕山運(yùn)動(dòng)，使作為物源區(qū)的天山造山帶構(gòu)造隆升，在頭屯河期辮狀河環(huán)境的較強(qiáng)水動(dòng)力條件下，砂巖沉積物中長(zhǎng)石碎屑取代巖屑而占重要地位。從砂巖組分來(lái)看，硫磺溝地區(qū)頭屯河組長(zhǎng)石含量高，則代表物源區(qū)分布有較多的中酸性花崗巖，砂巖鈾含量相對(duì)較高（表2），自身鈾源條件好。同時(shí)，鈾成礦過(guò)程中長(zhǎng)石礦物的普遍溶蝕增加了賦礦砂巖的孔滲性能，有利于砂巖型鈾成礦作用的發(fā)育，這可能也是這一地區(qū)頭屯河組中鈾礦化及異常廣泛發(fā)育，且有一定規(guī)模工業(yè)鈾礦體產(chǎn)出的重要原因。

圖14 含鉬、鈦的復(fù)雜鈾礦物背散射及能譜分析圖Fig.14 Backscattered electron image and energy spectrum of uranium minerals containing molybdenum and titanium

圖15 礦石中鈾礦物及碎屑礦物賦存特征Fig.15 Occurrence characteristics of uranium and detrital minerals in ores

3.3.2 辮狀河相砂體中的鈾礦化特征

準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系中的鈾礦化主要分布在硫磺溝地區(qū)及天山殘留盆地中（圖1）［1，3］，并以硫磺溝地區(qū)頭屯河組辮狀河相砂體中最為密集，規(guī)模相對(duì)較大。以單一河流過(guò)程堆積的最大砂體（單層砂體）厚度而言，該區(qū)Ⅰ旋回一般為8～20 m，Ⅲ旋回可達(dá)10～25 m，Ⅳ旋回一般為5～16 m，Ⅵ旋回（J2t上段）一般為1～5 m，上述單期河道砂體厚度代表了不同規(guī)模的古河流，反映出從頭屯河組沉積早期到中晚期，硫磺溝地區(qū)古水動(dòng)力強(qiáng)度逐漸減弱，并由早期的辮狀河體系向中晚期的曲流河體系演化。

表2 硫磺溝地區(qū)頭屯河組砂巖地球化學(xué)樣分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表［3］Table 2 Statistics of geochemical analysis data of sandstone samples of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

Ⅲ旋回多期河道疊加的復(fù)合砂礫巖體厚度可達(dá)70～150 m，顯示在這一沉積階段，古氣候濕潤(rùn)，物源區(qū)降水量豐沛，硫磺溝地區(qū)廣布長(zhǎng)期發(fā)育的礫質(zhì)辮狀河道。強(qiáng)勁的水動(dòng)力條件使河流從源區(qū)搬運(yùn)了大量粗大的樹木，并在河道底部滯留沉積并被河流攜帶的大量砂、礫掩埋，從而形成了Ⅲ旋回砂礫巖、含礫粗砂巖中大量炭化植物莖干及粗大樹干等的賦存，為本區(qū)砂巖型鈾成礦的奠定了較好的還原物質(zhì)基礎(chǔ)；同時(shí)，也制約了該區(qū)頭屯河組砂巖型鈾礦化的空間分布，即工業(yè)鈾礦體均賦存于Ⅲ旋回多期疊加的辮狀河道厚大砂體中（圖16），含礦巖性為灰白色含礫粗砂巖及砂礫巖。Ⅲ旋回辮狀河相砂體中初步揭露的鈾礦帶沿走向已超過(guò)3 000 m，沿傾向約400～800 m［3］，成礦條件極為有利。

辮狀河相厚大復(fù)合砂體對(duì)砂巖型鈾礦化的控制和定位，主要表現(xiàn)在3 個(gè)方面：首先，受自身沉積環(huán)境影響，辮狀河相沉積砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度不高，碎屑物粒度、填隙物含量等變化較快，物性差異較大，鈾礦化則主要賦存于粒度相對(duì)稍細(xì)的含礫中粗砂巖中（圖17），河道下部沉積的槽狀、塊狀層理的礫巖、砂礫巖中則少有鈾礦化發(fā)育；其次，由于碳質(zhì)、黃鐵礦等還原物質(zhì)在砂體中分布也極不均勻，從而導(dǎo)致含礦段常常出現(xiàn)多個(gè)放射性伽馬異常和礦化峰，強(qiáng)度較高的峰大多數(shù)選擇相對(duì)細(xì)粒和碳質(zhì)含量高的砂巖；第三，由于含礦砂體厚度可達(dá)100～150 m，故而在砂巖型鈾成礦過(guò)程中，成礦流體（含氧含鈾層間水）可能難以充滿整個(gè)砂體，這種情況會(huì)使層間成礦流體的承壓性相對(duì)較弱，相較于伊犁盆地可越流成礦的強(qiáng)承壓層間水［9］，二者所控制的鈾礦化的空間產(chǎn)出形態(tài)存在較明顯的差異，如硫磺溝地區(qū)頭屯河組的鈾礦化主要呈多層狀、板狀，而伊犁地區(qū)主要為卷狀礦體［3］。

在新疆地區(qū)的其他砂巖型鈾礦床中，當(dāng)含礦層砂體厚度較大時(shí)（一般大于70 m），礦體的形態(tài)亦以為似層狀、板狀主，幾乎未見卷狀礦體，如準(zhǔn)噶爾盆地東部的卡姆斯特礦區(qū)、塔里木盆地的薩瓦甫齊礦床、巴什布拉克礦床等［10］。厚大砂體中鈾礦化呈多層狀、板狀發(fā)育的特點(diǎn)，其影響及控制因素是否與硫磺溝地區(qū)類似？還需進(jìn)一步探討和研究。

圖16 硫磺溝地區(qū)辮狀河相砂體鈾礦化縱剖面圖Fig.16 Longitudinal profile of uranium mineralization of braided fluvial sand body in Liuhuanggou area

圖17 硫磺溝地區(qū)鉆孔頭屯河組含礦段柱狀圖Fig.17 Column diagram of ore bearing section of Toutunhe Formation in Liuhuanggou area

相較而言，準(zhǔn)噶爾盆地南緣硫磺溝地區(qū)的鈾成礦特征與塔里木盆地北緣薩瓦甫齊礦床具一定的可比性。二者均產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)辮狀河相的灰白色粗砂巖、砂礫巖中，含礦砂體高嶺石化強(qiáng)烈發(fā)育，礦體形態(tài)均以多層狀產(chǎn)出的板狀礦體為主，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育一定的油氣作用。對(duì)這一成礦類型，其控礦因素、成礦機(jī)理及找礦標(biāo)志等，目前尚不明確。

綜上所述，中侏羅統(tǒng)頭屯河組是準(zhǔn)噶爾盆地南緣鈾成礦最有利的層位：辮狀河相厚層狀砂礫巖的分布有利于成礦流體的大規(guī)模滲流；砂巖碎屑中大量長(zhǎng)石礦物的存在使砂體的富鈾性更好；長(zhǎng)石類礦物在成礦流體作用下普遍發(fā)生溶蝕和黏土化，提高了砂巖的孔滲性能；辮狀河環(huán)境使砂體中分布有大量的炭化植物枝干及黃鐵礦等還原物質(zhì)；砂巖自身所具備這些沉積及礦物組分特點(diǎn)，極有利于成礦過(guò)程中鈾元素的被還原沉淀和富集成礦，即：辮狀河體系下沉積的河道砂體，是硫磺溝地區(qū)砂巖型鈾成礦的最有利載體，并控制了這一地區(qū)侏羅系工業(yè)鈾礦化的空間分布。

4 結(jié)論

1）富含長(zhǎng)石類礦物及碳質(zhì)、黃鐵礦等還原物質(zhì)的中侏羅統(tǒng)頭屯河組辮狀河相砂礫巖體，是準(zhǔn)噶爾盆地南緣最有利的砂巖型鈾成礦地質(zhì)體，并控制了硫磺溝地區(qū)侏羅系工業(yè)鈾礦化的空間分布。

2）鈾礦化主要賦存于辮狀河道的中上部沉積中，礦石巖性以粒度相對(duì)稍細(xì)的含礫中粗砂巖為主，河道底部滯留沉積礫巖、下部的槽狀及塊狀層理的礫巖、砂礫巖中則少有鈾礦化發(fā)育。

3）受砂巖自身結(jié)構(gòu)成熟度不高、物性差異大，碳質(zhì)、黃鐵礦等還原物質(zhì)分布極不均勻等沉積特點(diǎn)影響，辮狀河體系沉積的厚大砂體中發(fā)育的鈾礦體形態(tài)以多層狀、板狀為主。