趙 磊,胡兆國(guó),華 北,梅貞華,秦 峰,吳春文,王富偉,張之武,孫 峰,李 寧,王小玉

(1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250014；2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300；3.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257200；4.中國(guó)石油化工股份有限公司新疆新春石油開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，山東東營(yíng) 257000；5.中國(guó)冶金地質(zhì)總局，北京 100025)

0 引言

新疆準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)重要的砂巖型鈾礦成礦省(圖1a，張金帶，2016；朱鵬飛等，2018)，自中新生代以來(lái)該地長(zhǎng)期處于相對(duì)穩(wěn)定的沉積狀態(tài)，盆地邊緣形成了巨大的沉積物斜坡帶，加之新近紀(jì)以來(lái)，其長(zhǎng)期處于干旱-半干旱的氣候條件，為砂巖型鈾礦提供了良好的構(gòu)造條件和氣候條件。前人對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地鈾礦開(kāi)展了大量工作(劉健等，2003；高山林等，2006；郭召杰等，2006；張虎軍等，2012；何中波等，2016；陳奮雄等，2016；秦明寬等，2017；郭強(qiáng)等，2018；萬(wàn)漢平等，2020)，并且在盆地周緣陸續(xù)找到多處砂巖型鈾礦(點(diǎn))(張衛(wèi)民，2002；王果等，2016；何中波等，2018；王浩鋒等，2019)，但是前人工作主要集中于盆地東緣和北緣地區(qū)，以侏羅系、白堊系和古近系為主要找礦目標(biāo)層，盆地西緣研究工作相對(duì)薄弱，尤其對(duì)新近系成礦潛力未予足夠的重視。

近年來(lái)，在位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣、扎伊爾山以南的車排子凸起帶，油氣勘探工作在新近系中發(fā)現(xiàn)了放射性異常(余琪祥，2008；黨龍和唐湘飛，2015)，然而，車排子地區(qū)鈾礦化和油氣之間否存在成因聯(lián)系？砂巖型鈾礦成礦潛力和找礦方向如何？這些都是亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。鑒于此，本文通過(guò)對(duì)車排子地區(qū)地質(zhì)、地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地西緣區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造以及水文地質(zhì)條件，對(duì)車排子地區(qū)砂巖型鈾礦成礦條件和成礦方式進(jìn)行詳細(xì)研究，以探討區(qū)域內(nèi)砂巖型鈾礦成礦潛力和找礦遠(yuǎn)景。

1 成礦地質(zhì)背景

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，平面上呈近似三角形狀，其東為昌吉凹陷和中拐凸起，紅山嘴-車排子斷裂帶為二者界線；其南為四棵樹(shù)凹陷，以一系列近東西向斷層為界；其西和西北為扎伊爾山(圖1b)。車排子凸起隆升不均衡，總體上西北部扎伊爾山前隆起最高，向東、南隆起幅度逐漸降低，消失于奎屯-安集海一帶。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地大地構(gòu)造位置圖(a，據(jù)Pirajno et al.,2011)、準(zhǔn)噶爾盆西緣地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(b，據(jù)翟光明，1993修改)

1.1 構(gòu)造

車排子地區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造疊加改造，發(fā)育復(fù)雜的斷裂體系(梁宇生，2019)。受主斷裂紅山嘴-車排子斷裂影響，區(qū)內(nèi)次級(jí)斷裂多呈近NS向和近EW向，少量為NW-SE向(董大偉等，2015；胡秋媛等，2016)。斷裂以正斷層為主，傾向南東，傾角60°～70°(圖2)。

圖2 車排子凸起構(gòu)造圖(據(jù)董大偉等，2015修改)

1.2 地層

在車排子凸起基底之上依次沉積石炭系、侏羅系、白堊系、新近系和第四系(圖3)。石炭系為太勒古拉組(C2t)和包古圖組(C1b)，巖性為一套大洋島弧背景的火山巖-火山碎屑巖。侏羅系八道灣組(J1b)巖性主要為厚層的灰色、雜色礫巖和角礫巖，與下伏石炭系是角度不整合接觸。白堊系吐谷魯群(K1tg)巖性主要為淺紅色泥巖、淺灰綠色粉砂質(zhì)泥巖和灰綠色砂巖，與下伏侏羅系呈角度不整合接觸。新近系沙灣組(N1s)巖性以灰色、藍(lán)灰色泥巖、粉砂巖、灰白色細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖為主；塔西河組(N1t)，巖性組合上部為棕紅色、灰褐色泥巖和棕紅色粉砂質(zhì)泥巖夾少量灰色、棕紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，下部為褐灰色砂礫巖和棕紅色細(xì)砂巖，與下伏新近系沙灣組為整合接觸。第四系(Q)主要為風(fēng)積物和殘積物。其中沙灣組和塔西河組是區(qū)內(nèi)主要潛在含礦層位，巖石組合多具“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。

圖3 車排子地區(qū)地層剖面圖(剖面位置見(jiàn)左下角)

2 鈾礦化特征

通過(guò)對(duì)車排子地區(qū)內(nèi)油田測(cè)井和編錄資料進(jìn)行篩選和研究，擇優(yōu)選擇成礦潛力較好的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，了解鈾礦化及對(duì)應(yīng)砂體特征，為研究區(qū)內(nèi)成礦潛力提供依據(jù)。

2.1 放射性異常特征

本次研究通過(guò)對(duì)新疆車排子地區(qū)油田資料二次開(kāi)發(fā)利用，篩選GR異常值大于300 API石油探井50多孔，GR(自然伽馬)異常70多層，其中GR異常>600 API的有47層，GR異常>1000 API的有23層；GR異常厚度1.3～17.5 m，平均厚度5.30 m(圖4)。異常主要位于新近系沙灣組，白堊系吐谷魯群(K1tg)和塔西河組(N1t)中亦有少量分布，對(duì)應(yīng)巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖(圖5)。

圖4 車排子地區(qū)異常鉆孔分布圖

圖5 新疆車排子地區(qū)連井剖面

2.2 驗(yàn)證情況

本次研究工作在車排子地區(qū)共施工3個(gè)鉆孔，由北向南依次為1#，2#，3#(圖4)，其中一個(gè)為工業(yè)孔(3#)，另外兩個(gè)為鈾礦化孔(1#和2#)。鉆孔共揭露2套砂體，砂體厚度為4～15 m，屬較穩(wěn)定砂體，連通性較強(qiáng)，巖性以粗砂巖和含礫粗砂巖為主，屬?gòu)?qiáng)透水層。砂體呈淺灰白色，局部含有油跡或油斑，表現(xiàn)出還原性砂體特征，是非常有利的鈾礦化后生改造條件。砂體兩側(cè)圍巖為藍(lán)灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖石中多發(fā)育草莓狀或星散狀黃鐵礦，砂體及圍巖均處于還原環(huán)境中(圖6)。砂體中發(fā)現(xiàn)4段鈾礦(化)層，單層最厚為4.6 m，最高品位為0.0206%，平米鈾量最高為2.05 kg/m2；主要位于新近系沙灣組中，根據(jù)巖心顏色和巖心中含有大量黃鐵礦等特征表明鈾礦化主要位于過(guò)渡帶或偏還原環(huán)境內(nèi)。

圖6 3#鉆孔柱狀圖及γ測(cè)井曲線圖

3 成礦潛力分析

通過(guò)對(duì)車排子地區(qū)砂巖型鈾礦成礦潛力和找礦方向的分析，為下一步勘查工作指明方向。

3.1 鈾源條件

車排子凸起西北蝕源區(qū)的扎伊爾山中石炭系巖漿巖非常發(fā)育，主要為中酸性巖漿巖，這些地質(zhì)體中鈾含量為0.64×10-6～3.28×10-6，平均值為1.7×10-6；釷的含量為3.65×10-6～12.40×10-6，平均值為8.25×10-6，Th/U值為2.24～10，平均值為5.15(蘇玉平等，2006；王中剛等，2006；趙振華等，2006；宋繼葉，2014；魏少妮和朱永峰，2015)，活性鈾浸出率為1.64%～3.59%，平均值2.62%，浸出率為準(zhǔn)噶爾盆地周緣最高(宋繼葉，2014)。因此，這些相對(duì)富集U、Th且活性鈾浸出率高的巖體，是車排子地區(qū)鈾礦富集的主要源區(qū)，在風(fēng)化淋濾的作用下，形成富含鈾元素的流體(張宇龍等，2006)，為車排子地區(qū)源源不斷的提供鈾源。

相對(duì)于釷元素，鈾是變價(jià)元素，地球化學(xué)性質(zhì)較為活潑，且U6+易溶于水。在地表風(fēng)化淋濾作用下，鈾元素易于活化遷出，而釷元素基本仍保留在原地。巖石中，由于離子半徑相近，鈾釷元素往往相互伴生，其含量比值相對(duì)固定，因此Th/U比值一定程度上反映鈾源區(qū)鈾元素的活化遷移。

鈾源區(qū)中鋯石鈾釷含量能夠反應(yīng)原始巖漿的鈾含量(李耀菘等，1995)。蝕源區(qū)中酸性巖體中鋯石U含量為(6～188)×10-6，平均值為66×10-6；Th含量為(4～184)×10-6，平均值為46×10-6，Th/U比值0.37～1.52，平均值為0.71(宋繼葉，2014；魏少妮和朱永峰，2015)；全巖中Th/U值為2.24～10，平均為5.15。蝕源區(qū)巖體全巖中的Th/U值明顯高于鋯石中Th/U值，表明這些巖體成巖后，可能已經(jīng)向車排子凸起內(nèi)砂巖提供物質(zhì)來(lái)源。

3.2 構(gòu)造條件

新近紀(jì)以來(lái)(N-Q)，車排子凸起處于相對(duì)穩(wěn)定的沉積環(huán)境(楊勇等，2011；董大偉等，2015；胡秋媛等，2016)，來(lái)自北西、西部的物源在車排子凸起沉積了沙灣組、塔西河組等地層(蘇朝光和仲維蘋(píng)，2010)。地層由老到新，均超覆沉積，新地層將老地層封閉，地層沿傾向延續(xù)性較好，沿走向穩(wěn)定性較好，總體上由NE向SW地層厚度逐漸增厚。

這些地層均為區(qū)域性單斜地層，傾角在3°～10°之間。緩傾角地層控制了研究區(qū)水動(dòng)力系統(tǒng)格局，形成了完善而復(fù)雜的補(bǔ)-排-徑體系水動(dòng)力體系，控制著含礦流體的運(yùn)移方向，強(qiáng)化了水巖反應(yīng)與物質(zhì)交換，有利于層間氧化帶發(fā)育(張金帶等，2005；金若時(shí)等，2014)。此外，研究區(qū)地層中斷層構(gòu)造多切穿不同的地層，為含礦流體在不同層位物質(zhì)交換提供條件，同時(shí)，為還原性油氣運(yùn)移提供通道，有利于地球化學(xué)障的形成和含鈾流體的還原富集(劉文進(jìn)等，2019)。因此，本文認(rèn)為車排子凸起構(gòu)造體系具有較好的砂巖型鈾礦成礦構(gòu)造條件。

3.3 巖性、巖相條件

車排子地區(qū)主要含礦層位為新近系沙灣組，多具“泥-砂-泥”巖性組合結(jié)構(gòu)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)泥砂比約為1∶2(楊愷等，2012)。沙灣組內(nèi)砂體規(guī)模較大，厚度大(4～25 m)，砂體連續(xù)(圖7)，為砂巖型鈾礦成礦提供巨大的成礦空間。沙灣組平面沉積相呈NW-SE向展布，以沖積扇相和河流沉積相為主(楊少春等，2011；葉茂松等，2015)，沉積物源來(lái)自北西方向的扎伊爾山，源區(qū)的花崗巖類和火山巖類具有較高鈾豐度值。

圖7 車排子地區(qū)南北向沙灣組砂體分布圖

研究區(qū)內(nèi)砂體主要由灰白色含礫粗砂巖、粗砂巖和少量砂礫巖組成，巖石為中-粗粒，主要造巖礦物為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石及少量粘土礦物，巖石膠結(jié)物類型以鈣質(zhì)為主(圖8、9)。據(jù)春風(fēng)油田巖石物性分析資料統(tǒng)計(jì)，巖石孔隙度為22.9%～39.7%，平均值為33.6%；滲透率為(54.1～9490)×10-3μm2，平均值為3436.8×10-3μm2。砂體中巖石孔隙度高、滲透性好，為含鈾流體的運(yùn)移提供了良好通道。

圖8 灰白色粗砂巖

3.4 水文地質(zhì)條件

3.4.1 補(bǔ)-徑-排條件

車排子地區(qū)補(bǔ)給區(qū)主要為北部的扎伊爾山，補(bǔ)給區(qū)基巖主要由石炭系火山巖和花崗巖等組成。受區(qū)域性達(dá)爾布特?cái)嗔延绊?，源區(qū)巖石遭受強(qiáng)烈破壞作用，構(gòu)造裂隙水十分發(fā)育，是車排子地區(qū)主要補(bǔ)給源，其補(bǔ)給主要為大氣降水和冰雪融水。扎伊爾山山前有新近系出露或被第四系淺覆蓋，有利于新近系含水層地下水的補(bǔ)給。車排子凸起的地層傾向南東，地下水徑流方向與地層傾向一致，經(jīng)扎伊爾山源區(qū)不斷的補(bǔ)給，在新近系地層中，形成沿斜坡帶自流或承壓自流，新近系斜坡帶為徑流區(qū)。排泄方式主要為沿?cái)鄬悠扑閹判梗芯繀^(qū)主要排泄區(qū)為車排子凸起東部紅車斷裂一帶。區(qū)內(nèi)地下水由補(bǔ)給區(qū)至排泄區(qū)形成了一個(gè)完整的水循環(huán)系統(tǒng)，有利于含氧地下水?dāng)y帶活性鈾沿新近系地層運(yùn)移。

圖9 灰色砂礫巖

3.4.2 地下水化學(xué)特征

潛水水化學(xué)特征：扎伊爾山一帶，由于巖石強(qiáng)烈破碎，裂隙水較為發(fā)育，礦化度約為0.2 g/L，以HCO3-Ca型為主；在山前地帶礦化度升高，約為0.5 g/L，水化學(xué)類型主要為SO4·HCO3-Na·Ca型。

承壓水水化學(xué)成分，自北東至南西，由補(bǔ)給源區(qū)向盆地延伸，水化學(xué)類型由開(kāi)啟型HCO3-Ca水型逐漸演變?yōu)榉忾]型SO4·Cl-Na·Ca水型，水礦化度也逐漸升高，表明由NE至SW方向，地下水動(dòng)力逐漸變?nèi)?，砂體由氧化環(huán)境漸變?yōu)檫€原環(huán)境，砂體封閉性逐漸變強(qiáng)(余琪祥等，2010；占慶等，2015)。地層水化學(xué)特征分析表明研究區(qū)具備良好的地層水化學(xué)環(huán)境，為鈾礦床保存提供了保障。

3.5 氧化-還原條件

通過(guò)地球化學(xué)指標(biāo)樣統(tǒng)計(jì)分析，樣品基本反映目的層氧化還原特征，巖石顏色對(duì)氧化還原特征反映最明顯(劉健等，2003；李盛富和張?zhí)N，2004)。根據(jù)含礦層位砂體Fe3+、Fe2+、C有、S全等地球化學(xué)指標(biāo)(表1)，目標(biāo)砂體Fe3+/Fe2+比值介于0.65～2.45之間，目的層有機(jī)質(zhì)含量一般在0.02%～0.21%之間，在油氣活動(dòng)層位有機(jī)質(zhì)含量明顯增高，達(dá)到4.13%，同時(shí)S全含量增高，說(shuō)明油氣活動(dòng)為目的層補(bǔ)充了還原劑。

沙灣組砂體中Fe3+和Fe2+整體含量不高，由北向南鉆孔依次為1#、2#、3#(圖4)，鉆孔中沙灣組砂體Fe3+/Fe2+比值由北向南逐漸降低(1#為2.45～2.68、2#為1.33～1.48、3#為0.45～1.35)，其對(duì)應(yīng)的自然伽馬峰值強(qiáng)度依次升高(1#為795 API、2#為1668 API、3#為2912 API)。由研究區(qū)鉆孔Fe3+/Fe2+比值和自然伽馬峰值強(qiáng)度變化規(guī)律可知，北部砂體具有較好的氧化條件，保證了鈾元素隨含氧流體搬運(yùn)；向南砂體逐漸演變?yōu)檫€原環(huán)境，能夠形成有效的地球化學(xué)障。鈾礦儲(chǔ)層中具有低的有機(jī)質(zhì)含量，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)在參與鈾成礦過(guò)程中被大量消耗。同時(shí)，具有較強(qiáng)的還原性油氣為儲(chǔ)層補(bǔ)充還原劑，為鈾的快速還原沉淀提供保障。因此，沙灣組砂體中有利的氧化還原條件，為砂巖型鈾礦的形成提供了有利條件。鈾礦化主要位于過(guò)渡帶或偏還原環(huán)境內(nèi)，也證明了這點(diǎn)。

3.6 氣候條件和地貌特征

新近系以來(lái)，準(zhǔn)噶爾盆地西北部緩慢抬升，新近紀(jì)初期氣候潮濕，上新世變?yōu)榘敫珊?，更新世和全新世處于干旱期，氣候呈現(xiàn)干濕交替變遷特點(diǎn)，但整體趨于干旱(潘春孚等，2011)，含礦層位(新近系沙灣組)大面積出露地表。在干旱氣候條件下，植被不發(fā)育，有機(jī)物及腐殖質(zhì)等還原介質(zhì)較少，大氣氧能夠毫無(wú)阻擋地深入地下，進(jìn)入層間。同時(shí)，地殼抬升使地下水位下降，地下水的循環(huán)加劇，氧化帶沿可滲透性巖層向縱深發(fā)展，有利于鈾元素的活化、遷移，并提高鈾元素在水中的濃度，有利于在盆地中滲入成礦。

4 成礦潛力和找礦方向

基于對(duì)車排子地區(qū)鈾礦成礦條件的分析，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)放射性異常和已開(kāi)展的驗(yàn)證情況，對(duì)車排子地區(qū)成礦潛力及找礦方向進(jìn)行初步論斷：(1)車排子地區(qū)具備形成砂巖型鈾礦需要豐富的鈾源、較大規(guī)模的斜坡帶、有利的地下水補(bǔ)-徑-排系統(tǒng)及氧化還原環(huán)境等因素；(2)由于粘土礦物的吸附性，泥巖的吸附性往往高于砂巖。但是在車排子地區(qū)砂巖具有高GR異常值特征，我們認(rèn)為這是砂巖富集鈾礦物所致，也證明車排子地區(qū)具有較好的找礦潛力；(3)沙灣組砂巖性組合具有泥-砂-泥組合特征。巖石粒度較粗、泥質(zhì)含量低、孔隙度較高并且砂體的滲透性較好，有利于成礦流體的運(yùn)移；富含還原物質(zhì)有利于鈾礦的沉淀富集；(4)鈾礦化類型為油氣還原型。車排子地區(qū)鈾礦化與油氣均分布于盆地邊緣的斜坡帶中。從層位來(lái)看，油氣主要位于侏羅系和白堊系吐谷魯群，新近系沙灣組次之；鈾礦化主要賦存于新近系沙灣組和塔西河組，白堊系吐谷魯群次之。從空間來(lái)看，橫向上二者呈北東-南西向展布，縱向上呈上下疊置關(guān)系，鈾礦化位于油氣段上部(余琪祥等，2010)。鉆孔中含鈾礦化砂體中均含油跡或油斑。

由上述可知，沙灣組砂體自身還原物質(zhì)有限，還原能力不足，后期油氣的運(yùn)移擴(kuò)散增加了還原性，含鈾含氧流體沿砂體向中心運(yùn)移過(guò)程中，在補(bǔ)給水壓力與油氣滲出壓力相近的區(qū)域，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得鈾沉淀富集。

車排子地區(qū)主要找礦方向：(1)區(qū)內(nèi)油田鉆井中GR高異常，是最直接的指示標(biāo)志。GR異常厚度大、峰值高，異常面積大區(qū)域是尋找鈾礦層重要部位。(2)儲(chǔ)層為新近系沙灣組砂體，研究區(qū)東南部砂體厚度大，埋深小于700 m，油氣顯示較差的砂體是重要的找礦目標(biāo)層。(3)已見(jiàn)工業(yè)鈾礦體鉆孔，對(duì)其進(jìn)行追索，為尋找到較好的工業(yè)鈾礦體提供指導(dǎo)。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)車排子地區(qū)鈾源、構(gòu)造、巖性巖相、水文地質(zhì)、氧化還原環(huán)境及氣候及地貌特征等控礦因素分析研究，結(jié)合油田資料二次研究和放射性異常驗(yàn)證成果，認(rèn)為車排子地區(qū)具備良好的砂巖型鈾礦成礦條件。

(2)沙灣組地層中原始還原容量不足，后期油氣擴(kuò)散增加地層的還原容量，當(dāng)含鈾流體進(jìn)入砂體后，在油氣作用下造成鈾元素的富集。研究表明車排子地區(qū)鈾礦類型主要為油氣還原型。

(3)車排子地區(qū)主要目標(biāo)層為新近系沙灣組，砂體規(guī)模較大，沿走向和傾向連續(xù)分布；砂體孔隙度高、滲透性好等特征，有利于成礦流體的運(yùn)移，所處的還原環(huán)境有利于鈾礦的沉淀富集。

致謝：感謝郭鵬遠(yuǎn)博士和代俊峰博士在論文編寫(xiě)過(guò)程中給予的熱心幫助；衷心感謝兩位匿名審稿專家提出的寶貴修改意見(jiàn)。