王守玉，羅星剛，劉富強

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

伊犁盆地南緣自西向東發(fā)育多個層間氧化帶型鈾礦床、礦點，礦化層位包括中下侏羅統(tǒng)及中上三疊統(tǒng)。前人從構造、沉積、地化及水文等角度對區(qū)內鈾成礦規(guī)律開展了大量研究，總結了伊犁式層間氧化帶型鈾成礦模式［1-7］。但從含礦砂體精細剖析角度分析鈾礦化特征則相對較少，且多集中在單個鈾礦床或某一層位［8-10］，缺乏綜合研究。從實際找礦應用來看，不同賦礦地段或層位砂體特征存在較明顯差異，針對上述問題，筆者借助研究區(qū)豐富的地質資料，以含礦砂體空間發(fā)育特征入手，開展鈾成礦分析，為下一步找礦工作提供地質依據。

1 地質概況

伊犁盆地為天山山脈隆升過程中局部凹陷下沉而形成的大型山間坳陷盆地［11］。研究區(qū)位于伊犁盆地南部斜坡帶，總體呈南高北低的單斜產出（圖1），南部蝕源區(qū)分布大面積石炭紀-二疊紀中酸性火山巖、花崗巖，鈾含量為（6.7～12.9）×10-6，整體為有利鈾成礦構造單元。區(qū)內鈾礦化主要發(fā)育在中上三疊統(tǒng)及中下侏羅統(tǒng)等中生代蓋層中，其總體為一套溫暖濕潤氣候背景下沉積的暗色含煤碎屑巖建造。

研究區(qū)受古氣候、物源供給、構造活動、古地勢等因素影響，發(fā)育了沖積扇、三角洲兩大沉積體系（圖2）。沖積扇沉積體系發(fā)育在中上三疊統(tǒng)小泉溝群（T2-3xq）和下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b），砂體具有粒度粗、厚度大、泥-砂-泥結構較完整、朵狀展布、煤層發(fā)育較差的重力流等特征；三角洲沉積體系發(fā)育在中下侏羅統(tǒng)三工河組（J1s）—頭屯河組（J2t），砂體具有粒度-厚度適中、泥-砂-泥結構完整、帶狀展布、煤層發(fā)育的牽引流等特征［12-13］。

2 砂體對鈾礦化控因分析

2.1 沉積相類型對鈾成礦的制約

圖1 伊犁盆地南緣地質構造略圖Fig.1 Geological structure sketch in southern margin of Yili Basin

砂巖型鈾礦的形成受沉積相帶制約［2-3］，區(qū)內鈾礦體主要發(fā)育在三角洲沉積體系中，其次發(fā)育在沖積扇沉積體系。具體到各沉積亞（微）相，三角洲相見礦孔主要分布在分流河道及水下分流河道微相，占比80%以上；沖積扇相見礦孔主要分布在扇中亞相，占比70%左右（表1）。分流河道與扇中亞（微）相水動力相對穩(wěn)定，植被發(fā)育，形成的砂體厚大且連續(xù)。受河流遷移影響，河道間泥巖或煤層被沖刷并進入砂體內部，形成條帶狀、透鏡狀炭屑。由于水動力條件減弱，有機質隨砂質碎屑的沉積而卸載，在分流河道相變或扇根-扇中過渡相變部位的砂體也隨之具備豐富的還原物質。平面上，各含礦層鈾礦體發(fā)育位置也集中于扇根-扇中、平原-前緣過渡部位及分流河道與河道間等相變部位（圖3）。

通過對比伊犁盆地南緣各含礦砂體鈾礦化發(fā)育特征與沉積亞（微）相之間的關系，可進一步總結出以下規(guī)律（表2）：

扇根亞相、分流河道中心往往由多層正韻律或塊狀砂體垂向疊置產出，形成厚度大（25～30 m）、粒度粗（粗砂巖-砂礫巖）、泥質隔水層少、層間氧化規(guī)模大（強氧化帶），以翼部泥巖或煤層礦化為主的鈾礦化類型。

扇中亞相、分流河道邊緣往往由正韻律砂體多層疊置產出（泥巖夾層穩(wěn)定），形成厚度適中（15～25 m）、粒度適中（中砂巖-含礫粗砂巖）、泥質隔水層穩(wěn)定、層間氧化規(guī)模弱（弱氧化帶-過渡帶）、以卷頭砂巖礦化為主的鈾礦化類型。

分流間灣砂體往往發(fā)育規(guī)模較小，多呈指狀中-細砂巖夾持于垂向厚層泥巖之中，層間氧化作用基本不發(fā)育，鈾礦化巖性以泥巖或煤層為主。

2.2 砂體厚度及粒度對鈾成礦的制約

砂體是層間氧化帶發(fā)育及鈾礦富集的載體，一般而言砂體厚度越大，層間氧化水徑流空間越大，氧化帶規(guī)模越大，遷移至前鋒線的鈾越多。受沉積相類型和沉積微相相變影響，區(qū)內有利鈾富集的砂體厚度存在一定差異。小泉溝群（T2-3xq）、八道灣組（J1b）為扇根-扇中亞相沉積，砂體厚度較大，區(qū)內見礦鉆孔超過70%發(fā)育在厚度大于15 m的砂體內；三工河組（J1s）主要為三角洲前緣亞相沉積，超過80%的見礦鉆孔發(fā)育在5～15 m 的砂體中；西山窯組上段—頭屯河組（J2x3—J2t）主要為三角洲平原亞相沉積，有利砂體厚度介于15～35 m，見礦孔占比達75%以上（表3）。

砂體厚度對鈾富集的影響表現(xiàn)在兩方面。一是砂體須具備一定的規(guī)模，從而為層間含氧含鈾水的滲流提供穩(wěn)定通道，南緣各含礦砂體除三工河組外（5～15 m），其余含礦層鈾礦體均發(fā)育在厚度大于15 m的砂體中；二是鈾礦體主要發(fā)育在穩(wěn)定、厚大砂體的邊緣部位，即沿砂體走向或傾向上厚度減薄或消失的部位。這種砂體厚度的變化不僅表現(xiàn)在單純的厚度減小，同時還表現(xiàn)在砂體內部有機質、泥質含量升高，砂體內部出現(xiàn)泥巖、煤層透鏡體或薄層，使得砂體凈厚度減薄。特別是沿砂體傾向上厚度突然減小或出現(xiàn)泥巖透鏡體時，層間含氧含鈾水流速、流向會隨之發(fā)生變化，造成水巖作用時間增大，形成鈾沉淀富集的有利空間。洪海溝鈾礦床西山窯組上段及頭屯河組、烏庫爾其鈾礦床西山窯組上段及三工河組均發(fā)育以上由砂厚變化形成的鈾礦體（圖4）。

圖2 伊犁盆地南緣地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of strata in the southern margin of Yili Basin

表1 伊犁盆地南緣含礦砂體沉積微相見礦情況匯總表Table 1 Summary of ore-hosting sand bodies in the southern margin of Yili Basin

圖3 伊犁盆地南緣西山窯組下段沉積相圖Fig.3 Sedimentary facies diagram of the lower member of Xishanyao Formation in the southern margin of Yili Basin

研究區(qū)工業(yè)鈾礦化主要發(fā)育在層間氧化帶前鋒線附近的淺黃色-灰色砂巖中，賦礦砂體包括砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖及細砂巖。見礦巖性在砂礫巖、含礫粗砂巖及粗砂巖中的比例達70%以上（表4）。按層位來看，小泉溝群、八道灣組、三工河組見礦巖性在砂礫巖、含礫粗砂巖（粗粒巖性）比例較高（＞40%）；西山窯組、頭屯河組見礦巖性在中-細砂巖（細粒巖性）比例較高（＞30%），總體呈現(xiàn)由下至上見礦巖性變細的趨勢。

從含礦砂體粒度來看，鈾成礦作用有選擇粗粒巖石沉淀富集的傾向，該現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由砂體粒度變化造成砂體滲透性變化，進而導致層間氧化作用發(fā)育受阻，水巖作用時間增長。層間氧化作用在砂體粒度變化部位停止或尖滅導致鈾的析出和富集。砂體粒度變化由河道遷移引起，包括突變和漸變兩類，其中突變多為小范圍內粒度的快速變化，如砂巖突變?yōu)槟鄮r或煤層；漸變多表現(xiàn)為粗粒巖性漸變?yōu)橹?細砂巖或泥巖，表現(xiàn)為礫石或砂質碎屑含量、粒徑及分選性的變化。此外，粒度變化部位有機質、泥質含量也相對較高，從而又為鈾沉淀、富集創(chuàng)造了有利地化條件。洪海溝鈾礦床西山窯組上段第12 煤層鈾礦體多發(fā)育在上覆頭屯河組底部砂巖突變接觸部位，砂體內層間氧化帶及鈾礦化則多發(fā)育在砂體粒度變細部位，即砂礫巖或粗砂巖內部出現(xiàn)的中細砂巖、泥巖團塊的部位（圖5）。

表2 伊犁盆地南緣沉積相與鈾礦化類型關系匯總表Table 2 Relationship between sedimentary facies and uranium mineralization types in the southern margin of Yili Basin

表3 伊犁盆地南緣不同厚度砂體見礦情況匯總表Table 3 Summary of ore hosting sand bodies of different thickness in the southern margin of Yili Basin

2.3 砂體空間形態(tài)對鈾成礦的制約

鈾礦化對特定砂體厚度（10～35 m）及粒度（中砂-砂礫巖）選擇的根本原因為砂體空間變化及其與構造展布形態(tài)的疊合性造成含氧含鈾水滲流狀態(tài)發(fā)生變化引起。其中砂體的連續(xù)性是層間氧化帶發(fā)育的先決條件，穩(wěn)定性則是鈾富集的關鍵因素。宏觀上來看，砂體空間形態(tài)的變化廣泛繁育，而在小范圍內由于砂體的粒度、夾層、巖性突變等因素的影響則頻繁發(fā)生。除去強烈構造的變形因素外，砂體空間形態(tài)主要由巖相變化引起。

圖4 烏庫爾其鈾礦床西山窯組上段東西向剖面示意圖Fig.4 The east-west section of the upper member of Xishanyao Formation in Wukurqi uranium deposit

表4 伊犁盆地南緣不同粒級砂巖見礦情況匯總表Table 4 Summary of ore hosting of sandstones with different grain sizes in the southern margin of Yili Basin

小泉溝群、八道灣組為沖積扇相沉積，平面砂體呈朵狀，由蝕源區(qū)向盆內展布，受辮狀河道遷移影響，沖積扇朵狀砂體多橫向相連。橫向上砂體厚度、粒度穩(wěn)定，縱向上砂體厚度、粒度及空間穩(wěn)定性變化較大。該類砂體往往形成圍繞沖積扇朵體發(fā)育的層間氧化帶前鋒線，鈾礦化多發(fā)于在朵狀砂體邊緣部位或相鄰朵狀砂體連接部位（圖6）。

三工河組—頭屯河組為三角洲相沉積，該類砂體多呈掌狀，由蝕源區(qū)向盆地內部展布，其中三工河組、西山窯組上段及頭屯河組掌狀砂體之間連續(xù)性較差，西山窯組下段掌狀砂體之間多發(fā)育小規(guī)模朵狀砂體，形成橫向連續(xù)的帶狀砂體。由蝕源區(qū)向盆地方向砂體平面由寬變窄、由直變彎、由穩(wěn)定變分散、垂向分叉（泥質夾層增多）或合并（泥質夾層被沖刷），從而形成層間氧化作用持續(xù)發(fā)育的“物理障”，引起層間氧化帶迅速尖滅或分叉，促使鈾從水中析出并沉淀富集，形成圍繞分流河道穩(wěn)定砂體邊緣變化部位的鈾礦體（圖7）。

圖5 洪海溝鈾礦床南西-北東向地質剖面圖Fig.5 SW-NE geological profile of Honghaigou uranium deposit

圖6 伊犁盆地南緣西段小泉溝群東西向地層對比圖Fig.6 East-west stratigraphic correlation of Xiaoquangou Group in the western segment of the southern margin of Yili Basin

砂體平面形態(tài)造成了含氧含鈾水平面滲流狀態(tài)的變化，進而控制了層間氧化帶發(fā)育規(guī)模與形態(tài)；砂體垂向上的空間疊置關系則造成了含氧含鈾水垂向的多層分帶。具體表現(xiàn)為隨著氧化帶的不斷推移，由于砂體粒度、夾層厚度與數(shù)量的變化，使得砂體厚度和連通性發(fā)生改變，造成氧化帶運移的方式、方向和發(fā)育規(guī)模的改變。區(qū)內氧化帶尖滅樣式可分為7 類，包括層間正常尖滅、砂體垂向分層尖滅、砂體頂、底板隔水層局部缺失下滲或越流尖滅，平面尖滅包括受河道分叉尖滅、河道邊界接觸部位尖滅、砂體內部穩(wěn)定性變差尖滅（圖8）。

圖7 伊犁盆地南緣西山窯組上段砂體厚度等值線圖Fig.7 Isoline map of sand body thickness in the upper member of Xishanyao Formation in the southern margin of Yili Basin

圖8 伊犁盆地南緣層間氧化帶尖滅樣式與鈾礦體產出形態(tài)示意圖Fig.8 Patterns of interlayer oxidation zone pinch-out and the shape of uranium ore bodies in the southern margin of Yili Basin

區(qū)內三角洲相砂體受分流河道頻繁遷移、分叉與匯聚的影響，鈾礦化類型包括以上所有7 種類型；沖積扇相砂體平面上呈朵狀垂直剝蝕界線，呈南北向展布，鈾礦化類型包括層間尖滅性、垂向分層尖滅性、河道分叉尖滅型共3 類（表5）。不同層間氧化帶尖滅類型的本質原因為相變導致砂體空間形態(tài)由直變彎或穩(wěn)定性（減薄、分叉、夾層增多）變差，從而造成含氧含鈾水出現(xiàn)分流或者流速及流向發(fā)生改變，促使鈾從中析出沉淀富集。

2.4 砂體垂向組合類型對鈾成礦的制約

依據視電阻率曲線垂向形態(tài)，將含礦砂體劃分出指型、鐘型、漏斗形、全韻律型、箱型及復合疊置型6 類［14-16］，各類砂體分布于河道不同部位，為河道橫向遷移、疊置成因（圖9）。

表5 伊犁盆地南緣砂體與層間氧化帶尖滅類型對照表Table 5 Types of sand bodies pink-out and interlayer oxidation zones in the southern margin of the Yili Basin

在砂體分類的基礎上，疊置伽馬測井曲線，開展砂體類型與鈾礦化特征相互關系的綜合判斷。統(tǒng)計表明，區(qū)內復合疊置型砂體為南緣最重要的見礦砂體，其次為箱型、鐘型、全韻律型砂體，指型和漏斗形砂體鈾礦化發(fā)育較差（表6）。

復合疊置型由箱型、鐘型垂向疊置組成，受河道沖刷影響，往往形成厚大、穩(wěn)定、疊置部位富含有機質等特征。區(qū)內該類型砂體礦化以卷狀為主，礦化品位、厚度及平米鈾量均較大；箱型砂體多為發(fā)育在分流河道中心，砂體厚度大、粒度粗，多構成地下水滲流的主通道，氧化強度高，礦化類型以上、下翼板狀為主；鐘型砂體多位于三角洲分流河道邊緣，鈾礦化以翼部板狀鈾礦化為主；全韻律型砂體多發(fā)育在河道邊緣，鈾礦化多發(fā)育在該類規(guī)模較大的砂體中上部或中下部；指型、漏斗型砂體多發(fā)育在河道間或扇端，砂體規(guī)模小，基本不發(fā)育鈾礦化。

2.5 沉積相巖性組合對地下水補-徑-排的制約

2.5.1 補給窗口

區(qū)內含礦砂體多以斜交帶狀與第四系接觸或直接出露地表（河流切割）。沖積扇相層間氧化帶前鋒線與扇體展布形態(tài)吻合較好，指示扇根部位構成補水窗口，由于扇根亞相以雜亂重力流沉積為主，砂體滲透條件較差，以其為補給窗口的地段，如烏庫爾其八道灣組下段砂體氧化程度偏低、前鋒線鈾富集能力弱。構造抬升期間，若扇根部位被剝蝕，層間氧化帶前鋒線鈾富集規(guī)模也相應加強，如庫捷爾太、蘇阿蘇向斜八道灣組下段（圖10）。

三角洲相砂體空間展布呈掌狀，由蝕源區(qū)向湖盆展開，即近蝕源區(qū)河道面積、厚度及規(guī)模較大，遠蝕源區(qū)河道分散性增強，面積、寬度及厚度減小。當補水窗口由近蝕源區(qū)河道根部開啟時，層間氧化帶多沿河道展布方向呈近南北凹凸延伸，如洪海溝地區(qū)西山窯組上段，烏庫爾其西山窯組上段、三工河組；蒙其古爾地區(qū)扎河上游補水窗口為分流河道，造成該礦床西側鈾礦化規(guī)模較小、連續(xù)性較差。盆緣構造破碎帶補水窗口位于河道根部，礦床東側層間氧化帶及鈾礦化規(guī)模和連續(xù)性也相對較好（圖11）。

2.5.2 徑流通道

圖9 砂體垂向類型與成因示意圖Fig.9 Vertical types and genesis of sand bodies

表6 伊犁盆地南緣主要見礦砂體鈾礦化特征匯總表Table 6 Uranium mineralization characteristics of ore hosting sand bodies in the southern margin of the Yili Basin

層間含氧含鈾水的滲流狀態(tài)同時受到砂體空間形態(tài)和構造展布樣式的雙重制約，若二者疊合性一致，則對層間氧化作用和鈾富集成礦的持續(xù)發(fā)育十分有利。洪海溝地區(qū)西山窯組上段河道砂體主體呈北西向展布，與區(qū)內單斜構造產出樣式一致，在多期次構造隆升作用下，層間氧化作用持續(xù)發(fā)育，形成沿主砂體邊緣發(fā)育的側向氧化及鈾礦體（圖12）。礦床東側墩買里附近砂體向北迅速減薄，砂體形態(tài)雖與構造展布方向一致，但氧化帶規(guī)模卻較小。

圖10 伊犁盆地南緣八道灣組下段沉積相圖Fig.10 Sedimentary facies map of the lower member of Badaowan Formation in the southern margin of Yili Basin

圖11 伊犁盆地南緣西山窯組上段沉積相圖Fig.11 Sedimentary facies map of the upper member of Xishanyao Formation in the southern margin of Yili Basin

南緣中部蒙其古爾地段受南北雙阻水斷裂夾持、東西向穩(wěn)定帶狀砂體共同影響，形成扎河上游、構造破碎窗雙重補給，北東向徑流的獨立地下水動力系統(tǒng)，形成區(qū)內獨特的受構造控制的側向氧化及鈾成礦模式。從地下水補給角度來看，蒙其古爾地區(qū)發(fā)育兩大補給窗口，相比較南緣其他礦床而言，隨含氧含鈾水進入層間砂體內的外部鈾源更好；從層間地下水滲流通道角度來看，區(qū)內三工河組—西山窯組東西向連續(xù)性均較好且富含還原介質，為層間氧化作用持續(xù)向北東側發(fā)育創(chuàng)造了有利巖性-巖相條件，形成雙補水窗口-單一徑流通道的有利鈾成礦地段；烏庫爾其地段則與蒙其古爾地段形成截然相反的補給-徑流狀態(tài)，來自南部的地下水在向北東、北西側滲流過程中，受分流河道砂體分叉、變窄、分散性增強影響，層間氧化作用隨之減弱，構成單一補水窗口-多徑流通道的鈾成礦特征。在空間上形成多條南北向延伸的層間氧化帶前鋒線，對鈾的持續(xù)富集與規(guī)?；I(yè)鈾礦帶的形成較為不利，從而形成分散聚集式的鈾礦化（圖13）。

2.5.3 排泄窗口

研究區(qū)含礦層排泄帶以伊犁河附近的隱伏斷裂為主，疊合局部地段的局部排泄帶，砂巖作為層間地下水排泄的窗口必然需要具備一定厚度與穩(wěn)定性。由區(qū)內砂體展布形態(tài)來看，三角洲相砂體的連續(xù)性好于沖積扇相，最明顯的差別為，三角洲相砂體是以穩(wěn)定或較穩(wěn)定河道形式產出，沖積扇相砂體則為非穩(wěn)定水體形成，排泄帶附近砂體的穩(wěn)定性與聯(lián)通性較差，除局部地段扇前發(fā)育穩(wěn)定辮狀河道外，多以扇端亞相泥質或細粒砂巖沉積為主。

圖12 洪海溝鈾礦床西山窯組上段砂體與鈾礦體展布圖Fig.12 Distribution of sand body and uranium ore body of the upper member of Xishanyao Formation in Honghaigou uranium deposit

圖13 伊犁盆地南緣中部西山窯組下段砂體與鈾礦體展布圖Fig.13 Distribution of sand body and uranium ore body of the lower member of Xishanyao Formation in the middle of the southern margin of the Yili Basin

3 結論

1）受構造、物源與湖侵共同影響，研究區(qū)發(fā)育了小泉溝群、八道灣組沖積扇相朵體狀砂體、三工河組-頭屯河組三角洲相掌狀砂體，三角洲相砂體位有利鈾成礦砂體。

2）區(qū)內有利鈾成礦的砂體集中在10～35 m的砂礫巖、含礫粗砂巖中，砂體對層間氧化帶的發(fā)育及鈾的富集具有直接控制作用，其中連續(xù)性為層間氧化帶發(fā)育的基礎條件，穩(wěn)定性和變異性制約了鈾礦化富集的部位。

3）砂體平面展布形態(tài)及垂向疊置關系制約了層間氧化帶發(fā)育的規(guī)模與形態(tài)，同時控制了氧化帶尖滅方式及鈾礦體的類型。

4）區(qū)內含礦砂體可分為箱型、鐘型、全韻律型、漏斗型、指型和復合疊置型，其中卷狀鈾礦化定位于復合疊置型砂體的變化部位，板狀鈾礦化定位于箱型、鐘型砂體中上部及中下部非均值性增強部位。

5）沉積相類型及其巖性組合控制了砂體空間展布形態(tài)，砂體、構造展布樣式及地下水徑流類型或途徑聯(lián)合制約了鈾礦體的空間分布及形態(tài)。