尹　濤　伊海生　邱余波　李彥龍　張　偉

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院；3.核工業(yè)二一六大隊(duì))

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伊犁盆地南緣闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段地球化學(xué)特征

尹濤1伊海生2邱余波3李彥龍3張偉3

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院；3.核工業(yè)二一六大隊(duì))

摘要以伊犁盆地南緣闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段為研究對(duì)象，對(duì)不同分帶中采集的35件樣品進(jìn)行地球化學(xué)參數(shù)特征的歸納和分析，結(jié)果表明：①?gòu)难趸瘞У竭^(guò)渡帶、還原帶，不同分帶中地球化學(xué)參數(shù)變化特征各異，其中U和有機(jī)碳的含量先增大后減少，表明在層間氧化帶發(fā)育過(guò)程中U和有機(jī)碳發(fā)生了活化遷移并沉淀富集；②全硫和Fe2+的含量變化趨勢(shì)相似，表現(xiàn)為隨氧化程度的減弱而逐漸增大，F(xiàn)e3+、Fe2+含量變化趨勢(shì)相反，2種離子含量此消彼長(zhǎng)，但總量基本保持不變。通過(guò)分析U與各還原性物質(zhì)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)U與Fe2+的富集沉淀表現(xiàn)為良好的正相關(guān)，其次是與全硫和有機(jī)碳，與Fe3+相關(guān)性較差。上述分析成果對(duì)于區(qū)內(nèi)鈾礦找礦工作有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞伊犁盆地西山窯組上段地球化學(xué)特征相關(guān)性

闊斯加爾地區(qū)位于伊犁盆地南緣烏庫(kù)爾其鈾礦床東部，具有一定的鈾成礦潛力，其中西山窯組上段是該地區(qū)主要的含鈾地層。烏庫(kù)爾其鈾礦床是我國(guó)20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的較重要的地浸砂巖型鈾礦床，隨著盆地勘查與科研工作的不斷深入，鈾成礦的研究相對(duì)較成熟，而盆地鈾礦找礦的工作難度也隨之越來(lái)越大。目前，伊犁盆地鈾礦勘探工作的重點(diǎn)正逐步向現(xiàn)有鈾礦床的深部和外圍拓展，闊斯加爾地區(qū)位于烏庫(kù)爾其鈾礦床外圍，該地區(qū)含礦地層發(fā)育的鈾礦物與盆地南緣其他鈾礦床的賦礦層系相似，其鈾源主要由含礦砂體自身和盆地南緣的蝕源區(qū)提供。隨著盆地整體勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)偏移，闊斯加爾地區(qū)的勘查工作變得越來(lái)越重要，由于現(xiàn)階段該地區(qū)勘查工作仍處于普查階段，相關(guān)研究工作較滯后，尤其是對(duì)于含礦地層的地球化學(xué)特征，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。為此，本研究采用分析微量鈾、有機(jī)碳、Fe2+、全硫等地球化學(xué)參數(shù)的方法對(duì)該地區(qū)地球化學(xué)特征與鈾成礦的關(guān)系進(jìn)行分析，為伊犁盆地鈾礦床外圍的鈾成礦勘查工作提供詳實(shí)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1區(qū)域地質(zhì)背景

伊犁盆地在大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚蠚w屬于天山造山帶中的伊犁—中天山微地塊，是天山山脈隆升過(guò)程中局部地區(qū)凹陷下沉而形成的大型山間坳陷盆地[1-2]。盆地總體可劃分為北部褶皺帶、中央凹陷帶和南部斜坡帶，且均沿EW向帶狀展布。在南北應(yīng)力擠壓作用下，盆地呈北陡南緩，東窄西寬，整體呈楔形，向西通向哈薩克斯坦，在我國(guó)境內(nèi)的伊犁盆地狹義上不包括昭蘇盆地，總面積約1.8×104km2[3-4]。闊斯加爾地區(qū)處于伊犁盆地南緣西段斜坡帶，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，為次一級(jí)微隆起，稱(chēng)烏庫(kù)爾其微凸起，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的構(gòu)造產(chǎn)出(圖1)。區(qū)內(nèi)沉積蓋層的出露或與第四系地層呈不整合接觸，為大氣降水對(duì)沉積蓋層的補(bǔ)給和排泄打開(kāi)了良好的構(gòu)造“窗”，從而為鈾成礦創(chuàng)造了良好的條件[5-6]。

圖1　伊犁盆地闊斯加爾地區(qū)大地構(gòu)造位置

伊犁盆地鈾礦化主要賦存于水西溝群(J1-2sh)的暗色含煤碎屑巖建造中[7]。西山窯組(J2x)為水西溝群鈾礦體最重要的賦存層位，其中西山窯組下段(J2x1)在整個(gè)盆地南緣中西段均賦存有工業(yè)鈾礦化，而西山窯組上段(J2x3)工業(yè)鈾礦化除了在洪海溝地區(qū)較發(fā)育外，在蒙其古爾、烏庫(kù)爾其等地區(qū)也有一定規(guī)模的工業(yè)鈾礦化發(fā)育[8]。闊斯加爾地區(qū)是烏庫(kù)爾其鈾礦床重要的資源接替區(qū)，具有一定的鈾礦資源潛力[9]。西山窯組上段(J2x3)在伊犁盆地南緣普遍發(fā)育，地層厚度20.1～123 m，平均厚約61.4 m[8]。在闊斯加爾地區(qū)該地層以頭屯河組(J2t)底部的含礫粗砂巖、砂礫巖和水西溝群(J1-2sh)的第10煤層(M10)為頂?shù)讟?biāo)志，地層發(fā)育，分層界線(xiàn)清晰，整體以粗砂巖為主，為正韻律沉積。

2地球化學(xué)特征

伊犁盆地南緣發(fā)育的層間氧化帶砂巖型鈾礦，其成礦原理和成礦規(guī)律基本與常規(guī)的砂巖型鈾礦一致，但也有其獨(dú)特的變化規(guī)律?？蓪r石色調(diào)、鐵礦物和其他地球化學(xué)指標(biāo)作為層間氧化帶地球化學(xué)分帶性劃分的基本依據(jù)。地球化學(xué)障壁的存在也是層間氧化帶砂巖型鈾礦的1個(gè)較重要的控礦因素[10]。地球化學(xué)障壁的存在使流經(jīng)砂體的層間氧化流體流速變緩，從而使含礦物質(zhì)發(fā)生沉淀、富集，形成鈾礦體。地球化學(xué)障壁的強(qiáng)弱會(huì)直接影響鈾礦石的品位。目前，主要通過(guò)分析氧化帶、過(guò)渡帶以及還原帶中的地球化學(xué)參數(shù)對(duì)地球化學(xué)障壁進(jìn)行研究，其中最能反映地球化學(xué)障壁相關(guān)特征的是還原性元素和變價(jià)元素在砂體不同分帶中的分布情況。

本研究采集了35件樣品并分析測(cè)試了不同氧化帶、過(guò)渡帶和原生還原帶中的還原性元素和變價(jià)元素的地球化學(xué)參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)不同分帶中的價(jià)態(tài)鈾、價(jià)態(tài)鐵、全硫、有機(jī)碳的含量參數(shù)的歸納、分類(lèi)和統(tǒng)計(jì)(表2)，揭示了該區(qū)西山窯組上段含鈾地層地球化學(xué)參數(shù)的變化特征。

由表1可知：①U含量自氧化帶、過(guò)渡帶到還原帶，表現(xiàn)為先增大后減小，其中氧化帶的含量最低，隨著氧化強(qiáng)度的減弱，U含量逐漸增高，在過(guò)渡帶達(dá)到最高(大于100×10-6)，至原生巖石帶有所下降，但其含量明顯大于氧化帶，U含量的變化特征表明U在層間氧化帶中發(fā)生了活化和向前遷移，并在過(guò)渡帶富集成礦；②有機(jī)碳是重要的還原物質(zhì)，其在含礦砂體中的含量變化規(guī)律與U非常相似，即過(guò)渡帶中含量最高，還原帶次之，氧化帶最低(圖2)，因有機(jī)碳在含氧含鈾流體的強(qiáng)烈氧化作用下會(huì)發(fā)生損耗，導(dǎo)致有機(jī)碳含量在氧化帶中有所降低，在過(guò)渡帶中含量升高，說(shuō)明有還原物質(zhì)參與了鈾成礦，使有機(jī)質(zhì)和含鈾物質(zhì)皆在過(guò)渡帶中沉淀與富集；③全硫在含礦砂體中含量的變化規(guī)律與有機(jī)碳區(qū)別明顯，從氧化帶到還原帶，全硫的含量變化呈逐漸增大的趨勢(shì)，表明隨著氧化程度的增強(qiáng)，原生砂巖中的硫化物發(fā)生交代和蝕變的程度相應(yīng)增大，同時(shí)可能有一些具有還原性質(zhì)的硫化物(如硫鐵礦等)在鈾礦體形成前或形成過(guò)程中逐步形成；④鐵離子是層間氧化帶分帶性判斷的1個(gè)重要地球化學(xué)指標(biāo)，F(xiàn)e2+表現(xiàn)出與全硫相近的變化規(guī)律，從氧化帶、過(guò)渡帶再到還原帶，F(xiàn)e2+含量逐漸增大，F(xiàn)e3+含量和w(Fe3+)/w(Fe2+)值的變化規(guī)律則與之相反，氧化帶中Fe3+含量明顯大于Fe2+，還原帶中Fe2+含量明顯大于Fe3+，但該2類(lèi)鐵離子的含量基本保持總量不變。一般情況下可將w(Fe3+)/w(Fe2+)值作為層間氧化帶分帶性的判定依據(jù)，不同地區(qū)的w(Fe3+)/w(Fe2+)值有所差異，一般來(lái)講，氧化帶w(Fe3+)/w(Fe2+)值遠(yuǎn)大于1，而w(Fe3+)/w(Fe2+)值小于或接近1時(shí)，則可初步判定為過(guò)渡帶，但具體劃分時(shí)還需同時(shí)參考U含量、有機(jī)碳含量等地球化學(xué)參數(shù)進(jìn)行判定。

表1　西山窯組上段巖石地球化學(xué)參數(shù)

注：U含量單位為(×10-6)。

表2　西山窯組上段巖石地球化學(xué)參數(shù)氧化還原分帶性統(tǒng)計(jì)

注：U含量單位為(×10-6)，還原帶U含量均值基于16件樣品計(jì)算得到。

圖2　氧化還原分帶地球化學(xué)參數(shù)百分比堆積柱狀圖

3相關(guān)性分析

闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段U與有機(jī)碳、全硫、Fe2+的聚類(lèi)分析和相關(guān)性分析結(jié)果揭示了U與各元素之間的相關(guān)性(圖3)，其中U與Fe2+相關(guān)性最佳，其次是與全硫和有機(jī)碳，而與Fe3+相關(guān)性較差。有機(jī)碳在各分帶中含量的變化與U相似，但由相關(guān)性數(shù)據(jù)分析可知，有機(jī)碳與U為正相關(guān)，相關(guān)性判定系數(shù)為0.499 7；全硫與U的相關(guān)性亦較低，相關(guān)性判定系數(shù)為0.443 9；U與Fe2+的相關(guān)性相對(duì)較好，為正相關(guān)，相關(guān)性判定系數(shù)為 0.620 3(圖4)。

圖3　西山窯組上段地球化學(xué)相關(guān)性分析

各分帶地球化學(xué)參數(shù)變化特征分析表明：①當(dāng)含氧流體流經(jīng)氧化帶時(shí)，巖石中的鈾(U4+)被氧化溶解成可溶性鈾(U6+)，含氧流體攜帶可溶性鈾(U6+)繼續(xù)向前遷移，使得氧化帶巖石中鈾含量明顯降低；②當(dāng)含氧含鈾流體流經(jīng)過(guò)渡帶時(shí)，隨著流體中氧的消耗和有機(jī)碳、全硫、Fe2+等大量還原物質(zhì)的加入，在過(guò)渡帶形成了氧化-還原地球化學(xué)障壁，使得可溶性鈾(U6+)被還原成鈾礦物(U4+)而富集沉淀，導(dǎo)致氧化還原過(guò)渡帶巖石中鈾含量急劇升高；③而當(dāng)?shù)竭_(dá)原生還原帶后，由于流體中幾乎不含氧和可溶性鈾(U6+)，以及大量還原性物質(zhì)的存在，使得氧化還原反應(yīng)基本停止，而原生還原帶巖石中鈾含量明顯大于氧化帶，且U4+含量與U6+含量相差微小，可能反映的是該2種鈾離子在原生砂體中的賦存狀態(tài)。

圖4　西山窯組上段U與Fe2+相關(guān)性圖解

4結(jié)論

(1)U含量隨著氧化程度的不同而變化，在氧化帶最低，其次是還原帶，而在過(guò)渡帶中達(dá)到最高，表明U在層間氧化帶中發(fā)育，發(fā)生了明顯的活化和向前遷移，并富集成礦。

(2)從氧化帶、過(guò)渡帶到原生還原帶，硫化物含量呈逐漸增大的趨勢(shì)，有機(jī)碳含量表現(xiàn)出與U相似的變化趨勢(shì)，表明在層間氧化帶發(fā)育過(guò)程中有機(jī)碳同樣易被氧化遷移。

(3)Fe3+與Fe2+含量揭示了Fe的一般變化規(guī)律，從氧化帶到原生巖石帶，F(xiàn)e3+含量逐漸降低，而Fe2+含量逐漸升高，此消彼長(zhǎng)，但二者總量基本保持不變，w(Fe3+)/w(Fe2+)值在一定程度上也反映了闊斯加爾地區(qū)西山窯組上段地球化學(xué)環(huán)境的分帶性。

(4)U與Fe2+富集沉淀為正相關(guān)，而U與有機(jī)碳、全硫的相關(guān)性較差。

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(收稿日期2016-02-25)

尹濤(1978—)，男，碩士研究生，610059 四川省成都市二仙橋東三路1號(hào)。