伍 群，喬海明，武正乾

(中核集團(tuán)核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

十紅灘鈾礦床北礦帶沉積相與鈾成礦的關(guān)系

伍 群，喬海明，武正乾

(中核集團(tuán)核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000)

以十紅灘鈾礦床北礦帶中侏羅統(tǒng)西山窯組第三巖性段為主要研究對象，通過巖性、沉積序列分析、剖面對比分析及層間氧化帶特征，從沉積學(xué)的角度分析了北礦帶鈾礦化的發(fā)育條件和成礦機(jī)制，并分析認(rèn)為北礦帶西山窯組第三巖性段以辮狀河—沼澤相沉積為主。通過與氧化帶、鈾礦化的對比分析，發(fā)現(xiàn)西山窯組第三巖性段的巖相特征對氧化帶和鈾礦化的分布、形態(tài)有明顯的控制作用。

北礦帶；沉積相；層間氧化帶；鈾成礦

吐哈盆地十紅灘鈾礦床為典型的層間氧化帶砂巖型鈾礦床，由南、北、中三個(gè)礦帶組成，其中60%以上的資源量產(chǎn)于西山窯組第三巖性段中。并分析認(rèn)為北礦帶西山窯組第三巖性段以辮狀河—沼澤相沉積為主，辮狀河砂體作為容礦層已經(jīng)形成共識(shí)，砂體特征是控制鈾礦體規(guī)模和空間分布的最主要因素，而砂體又受沉積相控制，因此針對研究區(qū)找礦目的層的沉積相開展研究，而沉積微相與鈾礦化形成的關(guān)系研究在本區(qū)卻少有人觸及，沉積微相往往影響著鈾礦化的空間定位，無疑對于該礦帶的進(jìn)一步勘查具有重要的意義。

1 西山窯組第三巖性段的沉積相特征

1.1 單井沉積相

研究區(qū)西山窯組第三巖性段以辮狀河—沼澤沉積為主，該組上、中、下亞段分別發(fā)育一套河道沖填沉積砂體，其砂體粒度和穩(wěn)定性較好，上亞段頂部發(fā)育一套河漫沼澤沉積。垂向上，測井曲線主要表現(xiàn)為鐘形、平直形、箱形、低阻平直形，箱形和鐘形組合型曲線主要反映了河道充填砂體，主要由礫、砂組成。平直形及低阻平直形主要為河道間泥巖、泛濫平原河漫沼澤沉積、決口扇沉積，并且具有下粗上細(xì)典型的正粒序特征[1]。西山窯組第三巖性呈退積序列，表現(xiàn)為河道充填滯留沉積—心灘—泛濫平原/河漫沼澤沉積(圖1)，反映了河道多期次遷移與疊加。

圖1 北礦帶ZK15-43孔單孔沉積微相分析

1.2 連井沉積相分析

利用同一剖面的多個(gè)鉆孔的巖性顏色及測井曲線進(jìn)行對比分析，不僅可以查明辮狀河道砂體及隔水層的剖面形態(tài)，以及河道的下切和側(cè)向遷移現(xiàn)象，還可以反映出剖面中鈾礦化部位及氧化帶成礦方向。

從橫向剖面上來看，西山窯組第三巖性段(J2x3)以辮狀河—沼澤沉積為主，同時(shí)沉積了J2x3-1、J2x3-2、J2x3-33層砂體，從剖面圖可看出3層砂體主要為河道底部滯留沉積、心灘沉積，砂體之間為河道間沉積泥巖及沼澤沉積煤層，頂部沉積厚約15 m的泥巖和煤層，形成良好的隔水層頂板，厚度穩(wěn)定，為泛濫平原及河漫沼澤微相沉積。各層砂體之間滲透性、連通性、成層性均較好，并形成鈾儲(chǔ)存有利的“泥—砂—泥”結(jié)構(gòu)。

砂巖主要為礫巖、砂礫巖、粗砂巖，可見楔狀、板狀及小型槽狀交錯(cuò)層理，磨圓度差、分選差，總體較疏松，局部由于鈣質(zhì)膠結(jié)而顯致密，滲透性較好。含礦砂巖厚度較大，一般為10～40 m，主要為灰色，局部含大量的炭化植物碎屑、黃鐵礦結(jié)核。

1.3 沉積相特征研究與分析

在野外觀察分析的基礎(chǔ)上，收集了200余口鉆孔資料，在小層對比劃分的基礎(chǔ)上，分析鉆孔中砂體的發(fā)育與砂體相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上繪制了砂體厚度等值線圖和含砂率等值線圖。

砂體厚度等值線圖反映了骨架砂體的空間展布規(guī)律(圖2a)，砂體大致沿河道方向展布，并有沿北東向增厚的趨勢。該區(qū)砂體主要由多個(gè)沉積旋回的辮狀河心灘沉積、河道滯留沉積及泛濫平原沉積組成，砂體粒度較粗，砂體呈SW-NE向條帶狀展布，厚度由西南向東北向變厚，砂體主要集中在29～41、45～57和61～69線之間，在NE部逐漸變深，呈現(xiàn)出平原辮狀河道分叉的特點(diǎn)。砂體厚度厚度較大，最大達(dá)98 m左右，平均約為60 m，其中砂體厚度高值區(qū)代表辮狀河道、心灘沉積，砂體平面上呈舌狀分布。

圖2 北礦帶西山窯組第三巖性段(J2x3)砂體厚度及含砂率等值線圖

在統(tǒng)計(jì)的含砂率圖中可以看出(圖2b)，該層中含砂率較高，其與砂體等厚圖邊界基本一致。圖中含砂率高值區(qū)沿北東向河道中心分布，代表滯留沉積和心灘沉積。該區(qū)東北部含砂率相對比南部要高，含砂率最高到70%，平均約50%。同時(shí)低于50%的等值線也勾勒出泛濫平原和決口扇沉積區(qū)域，這對恢復(fù)研究區(qū)的古沉積環(huán)境、確定物源具有極為重要的作用。

根據(jù)砂體等厚度等值線圖和含砂率等值線圖，可以大致繪制出西山窯組第三巖性段沉積的平面展布圖(圖3)。對北礦帶第三巖性段沉積體系進(jìn)行了精細(xì)研究，第三巖性段辮狀河道由三期河道組成，分別由第三巖性段上、中、下亞段河道充填砂體組成。第三巖性段以河道充填、泛濫平原、河漫沼澤沉積為主，沉積微相類型單一，砂體厚度、粒度穩(wěn)定性好，有利于氧化流體的補(bǔ)給和運(yùn)移，多形成以卷狀為主的鈾礦體。

砂體厚度和含砂率由SW-NE向都呈現(xiàn)出減小—增大的特點(diǎn)，由于在河道范圍內(nèi)砂體的厚度和含砂率相對較大，再加上砂體等厚線圖和含砂率等值線圖的形態(tài)，判斷可能存在多條河道匯合或者單條河道分叉。但是，由于該地區(qū)西山窯組沉積時(shí)區(qū)域古水流方向主要為SW-NE向，并可能存在多支物質(zhì)來源，主要為盆地西南部基性—中酸性火山巖、火山碎屑巖及淺變質(zhì)海相碎屑巖、碳酸鹽組合[2]，因此可推斷為3條分支河道在該區(qū)匯合。

平面上，研究區(qū)內(nèi)主要分布的是辮狀河道沉積，以厚層砂巖為主。河道周圍為泛濫平原相沉積及決口扇沉積，以泥質(zhì)、粉砂質(zhì)沉積為主，砂巖厚度較小。辮狀河道中局部分布有河道間沉積，其砂巖厚度較薄，泥質(zhì)夾層增多且加厚，使含砂率值減小。河道間沉積無疑增加了平面上沉積物的非均質(zhì)性、使砂體的連續(xù)性變差，也使地下水在該處滲流時(shí)流速減慢，當(dāng)泥巖厚度很大時(shí)，會(huì)阻止地下水的流動(dòng)，可能對氧化還原過渡帶及鈾礦化的形成有利。

1 河道充填亞相黃色砂礫巖；2 河道充填亞相灰色砂礫巖；3 泛濫平原/河道間沉積黃色泥巖；4 泛濫平原/河道間沉積黃色泥巖；5 心灘沉積砂巖；6 層間氧化帶前鋒線；7 鈾礦體

圖3 北礦帶西山窯組第三巖性段(J2x3)沉積相、后生蝕變與鈾礦體空間分布關(guān)系

2 沉積相與鈾成礦關(guān)系的探討

層間氧化帶砂巖型鈾礦化的過程實(shí)質(zhì)上就是鈾的活化、遷移和沉淀的過程，是各種成礦要素相互作用、多種有利條件耦合的結(jié)果[3]。在三疊紀(jì)—中侏羅世，盆地內(nèi)形成了一套沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲及濱淺湖相含煤碎屑巖沉積，構(gòu)成該區(qū)重要的含鈾建造層，為鈾的預(yù)富集和后期成礦流體運(yùn)移提供通道。沖積扇—河流相沉積體系形成的厚大而穩(wěn)定的砂體是層間氧化帶砂巖型鈾礦賦存的良好載體，而湖沼環(huán)境中形成的泥巖、煤層則組成穩(wěn)定的隔水層，為層間氧化帶的形成和發(fā)展創(chuàng)造了條件[4]。

通常認(rèn)為，有利的成礦砂體厚度多在10～30 m之間，而北礦帶地區(qū)西山窯組第三巖性段砂體的中亞段、下亞段砂體厚度分別為10～30 m，砂體的穩(wěn)定性和連通性較好、粒度較粗、結(jié)構(gòu)疏松，使得氧化流體有充分的運(yùn)移空間。經(jīng)統(tǒng)計(jì)北礦帶97個(gè)工業(yè)孔中有81個(gè)孔的成礦砂體厚度在10～30 m，比率達(dá)83.5%。

2.1 砂體結(jié)構(gòu)對鈾成礦的影響

野外巖心編錄發(fā)現(xiàn)研究區(qū)含礦目的層砂體巖心疏松，膠結(jié)程度低，滲透性較好。上部泥巖或煤巖隔水層2～30 m，平均20 m左右；中間3層砂體厚度大多10～40 m，平面上砂體連續(xù)穩(wěn)定，由于河道橫向—縱向的切割，使目的層砂體連通性較好；下部為西山窯組二段厚層深灰色泥巖的底板隔水層，有機(jī)質(zhì)富集。但因鷹嘴崖斷裂南邊因后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層遭受剝蝕，使來自地表的含鈾含氧水直接垂向滲入含礦層中，發(fā)育潛水—層間氧化成礦作用。

2.2 沉積相控制

研究區(qū)發(fā)育單一的低彎曲度辮狀河相沉積，以辮狀河道、心灘砂體沉積為主，這類砂體由于沉積環(huán)境變化不大、物源供給相對穩(wěn)定，地層沉積厚度大，橫向展布寬，且經(jīng)過一定距離的搬運(yùn)，沉積物分選磨圓較好，因此滲透性能好，有利于地表水的滲入成礦作用發(fā)生。

2.3 容礦巖石控制

本區(qū)目的層容礦砂體主要以砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖為主的辮狀河沉積，粒度較粗，成熟度低，分選磨圓較好，多為次圓狀。巖石疏松，以雜基支撐為主，顆粒支撐次之，泥質(zhì)膠結(jié)，有機(jī)質(zhì)及黃鐵礦等還原介質(zhì)極為發(fā)育，具有較高的還原容量。因此，在地表含鈾含氧水的滲入過程中，巖石中的有機(jī)質(zhì)及硫化物不斷消耗地下水中的游離氧，一方面導(dǎo)致巖石本身發(fā)生后生氧化而呈現(xiàn)出從上向下由氧化到還原的地球化學(xué)分帶，另一方面使得地下水中高價(jià)態(tài)的鈾被不斷還原成低價(jià)態(tài)的鈾而逐漸沉淀下來，并富集成礦。另外巖石中長石、巖屑(多為花崗巖屑和火山巖屑)較多，因后生氧化蝕變而長石水解的產(chǎn)物及粒間的粘土礦物吸附并富集鈾。

2.4 砂體非均質(zhì)性變化對鈾成礦的控制

北礦帶地區(qū)西山窯組砂體雖較連通，但由于河道的多期次遷移疊加，導(dǎo)致垂向上在砂體之間出現(xiàn)多個(gè)泥質(zhì)夾層，由于剖面上巖相的變化，導(dǎo)致了砂體由均質(zhì)性向非均質(zhì)性變化。圖4所示剖面為北西南東向，基本上垂直于地下水的流動(dòng)方向。

圖4 北礦帶第三巖性段(J2x3)橫向剖面沉積相與鈾礦體剖面

圖4中西山窯組第三巖性段J2x3-2、J2x3-1兩個(gè)亞段的氧化帶距離長、規(guī)模大，并且兩個(gè)亞段氧化帶在泥質(zhì)夾層增多和河道間沉積的部位變薄，以至于局部尖滅。礦體主要位于剖面的中右側(cè)有河道間沉積和含泥質(zhì)夾層的部位。圖4中由于河道間泥巖的存在，使得氧化帶在ZK29-16鉆孔中出現(xiàn)分叉，并在ZK23-15、ZK35-3、ZK39W鉆孔中鈾礦化出現(xiàn)分叉。造成礦化如此分布的主要原因是泥質(zhì)條帶中富含有機(jī)質(zhì)，且地下水流速在巖性界面附近發(fā)生變化，導(dǎo)致鈾的沉淀富集。

3 結(jié) 論

1)通過巖心、測井曲線和巖性特征等分析認(rèn)為，北礦帶鈾礦床賦礦層位西山窯組第三巖性段主要為辮狀河道、心灘沉積，為一套砂礫巖組成的砂體，河道外側(cè)主要為泛濫平原、決口扇及河漫沼澤沉積，以泥巖、煤層沉積為主，河道頂部及底部形成一套穩(wěn)定的隔水層。

2)西山窯組第三巖性段為一北東向展布的河道，主要由三個(gè)次級(jí)河道組成，河道發(fā)育穩(wěn)定，為后期鈾成礦提供儲(chǔ)礦空間，河道中間出現(xiàn)有泛濫平原沉積，決口扇及沼澤沉積在平面上反映不是很明顯。

3)辮狀河道砂體良好的連通性為成礦流體運(yùn)移提供空間，是控制氧化帶發(fā)育及礦體富集程度的最有利砂體，辮狀河道在垂向上的巖性變化，特別是河道間沉積的出現(xiàn)，砂巖厚度的減小和砂巖中泥質(zhì)夾層增多，阻礙了氧化帶的繼續(xù)前進(jìn)，加上砂體本身所具有的還原能力，使氧化—還原過渡帶長期滯留在這些部位，鈾也不斷在其中富集成礦。

[1] 鄧小衛(wèi), 藺志璧, 王國慶, 等. 吐哈盆地十紅灘鈾礦區(qū)電測井曲線形態(tài)特征與沉積環(huán)境分析[J]. 鈾礦地質(zhì), 2007, 23(3): 170-176.

[2] 權(quán)建平, 徐高中, 李衛(wèi)紅, 等. 構(gòu)造對吐哈盆地西南部十紅灘砂巖型鈾礦成礦控制作用的研究[J]. 世界核地質(zhì)科學(xué), 2006, 23(1): 5-11.

[3] 陳奮雄, 聶逢君, 張成勇, 等. 新疆伊犁盆地蒙其古爾地區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組沉積相及其與鈾礦化的關(guān)系[J]. 古地理學(xué)報(bào), 2016, 18(5): 833-841.

[4] 王保群. 吐哈盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦條件分析及遠(yuǎn)景預(yù)測[J]. 鈾礦地質(zhì), 2000, 16(6): 321-326.

Sedimentary Facies of the Third Lithologic Section of Xishan Kiln Group in North Mine of Uranium Mineralization

WU Qun, QIAO Haiming, WU Zhengqian

(ResearchinstituteNo.203,CNNC,Xianyang,Shanxi712000,China)

Based on ten red beach uranium deposits in north ore belt of the third from Jurassic lithologic section as main research object, we have made an analysis of lithology, sedimentary sequence in the characteristics of interlayer oxidation zone，including metallogenic mechanism of uranium deposit in northern ore belt. Through a comparative analysis of oxidation zones and uranium deposits, we think the characteristics of rock facies in the third lithologic section of Xishan furnace have obvious control effect on the distribution and morphology of oxidation zone and uranium mineralization.

North ore belt; Sedimentary facies; Interlayer oxidation zone; Uranium mineralization

2017-06-10

中國核工業(yè)地質(zhì)局下達(dá)項(xiàng)目新疆吐哈盆地砂巖型鈾資源調(diào)查評(píng)價(jià)與勘查(201618)

伍群(1989-)，湖北安陸人，助理工程師，研究方向：鈾礦地質(zhì)勘查，手機(jī)：18409203203，E-mail：3318073211@qq.com.

P619.14

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.009