馮世榮，孫瀟，李曉紅

（核工業(yè)二一六大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011）

烏倫古坳陷鈾礦找礦目的層（圖1）為上白堊統(tǒng)紅礫山含水巖組（K2h）和古近系始-漸新統(tǒng)烏倫古河含水巖組（E2-3w）［1］。含水層為巨厚砂體，泥巖隔水層呈透鏡狀及似層狀，穩(wěn)定性差，造成含水層之間廣泛存在水力聯(lián)系。含水巖組由辮狀河相淺黃色、黃色局部褐黃色及淺灰色粗砂巖夾砂礫巖及中砂巖組成［2］。隔水層由褐紅色、棕紅色、淺褐紅色局部灰色、灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成［3］。其中烏倫古河含水巖組上段存在3～5層碳酸鹽化、鐵錳礦化及褐紅色泥巖中垂向裂隙狀褪色現(xiàn)象，基本上分布于斷裂破碎帶的上盤［4］。經(jīng)鉆探揭露目的層含水巖組砂體普遍處于弱氧化狀態(tài)。

紅礫山含水巖組（K2h）和烏倫古河含水巖組（E2-3w）混合地下水靜止水位埋深1.32～162.50 m，涌水量0.61～3.39 l/s，單位涌水量0.085～0.730 l·s-1·m-1，滲透系數(shù)0.085～3.68 m/d；地下水礦化度1.02～2.762 g/l，pH值7.16～8.10［5］，水質(zhì)類型從硫酸-鈣型到氯化物·硫酸-鈉型。從這些數(shù)據(jù)分析烏倫古坳陷鈾找礦目的層砂體含水，并且透水性好［6］。地下水屬于弱堿性或堿性低礦化度水（小于3 g/l）。因此，該地區(qū)水文地質(zhì)條件對(duì)形成鈾礦化有利［7］。

頂山礦點(diǎn)產(chǎn)于吐茲托依拉斷裂破碎帶上盤［8］烏倫古河含水巖組下段層間氧化帶兩翼及前鋒線灰色砂體，普遍發(fā)育黏土礦化，見少量的黃鐵礦化及炭化植物碎屑［9］。并且在礦點(diǎn)以南約1～2 km的烏倫古河含水巖組上段露頭區(qū)分布著3～5層碳酸鹽化、鐵錳礦化及褐紅色泥巖裂隙狀褪色現(xiàn)象。

從上述信息可以看出，這些碳酸鹽化、鐵錳礦化及褪色現(xiàn)象和鈾礦化都分布于斷裂破碎帶的上盤，賦存于同一層位。然而這些碳酸鹽化、鐵錳礦化及褪色現(xiàn)象產(chǎn)于這一層位的上段，而鈾礦化發(fā)育于下段（圖1）。那么，這些碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象代表什么地質(zhì)意義以及它們是怎樣形成的，它們與鈾礦化之間又有什么關(guān)系，本文對(duì)此展開討論。

圖1 烏倫古坳陷目的層水文地質(zhì)綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive hydrogeological column of target stratums in Ulungur Depression

1 碳酸鹽化及鐵錳礦化特征

1.1 碳酸鹽化及鐵錳礦化分布

如上所述，經(jīng)調(diào)查在有些斷裂破碎帶上盤烏倫古河組上段存在著3～5層碳酸鹽化、鐵錳礦化（圖2）及泥巖裂隙狀褪色現(xiàn)象（圖2c）。有的地段它們共生，有的地段單獨(dú)存在，通常分布于砂巖的頂?shù)装澹▓D2a），而錳礦化單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)位于砂巖中部（圖2f、g）。發(fā)育于泥巖中的主要為碳酸鹽化及少量錳礦化（圖2b、e），局部可見褐鐵礦化。

圖2 烏倫古坳陷烏倫古河組碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象Fig.2 Outcrops of carbonatation，ferro-manganese and the fading of mudstone of Wulunguhe Formation in Ulungur Depression

發(fā)現(xiàn)碳酸鹽化、鐵錳礦化及褪色現(xiàn)象出露于頂山鹽池以北、杜熱東南、三個(gè)泉及三個(gè)泉以北地帶（圖3）。鉆孔幾乎沒有揭露到碳酸鹽化，僅在分布于斷裂附近（吐茲托依拉斷裂）的鉆孔中見有少量的錳礦化，并且具有一定分布規(guī)律，都分布于斷裂構(gòu)造的上盤。這種現(xiàn)象說明碳酸鹽化、鐵錳礦化及褪色現(xiàn)象僅發(fā)育于斷裂破碎帶附近，并非普遍發(fā)育，與斷裂破碎帶關(guān)系較為密切。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)及資料推斷其與沿?cái)嗔哑扑閹仙暮嘟饘偕畈康叵蔓u水有關(guān)［10-11］。如沿吐茲托依拉斷裂破碎帶出露的自流孔、頂山鹽池水及沿三個(gè)泉斷裂破碎帶出露的泉水中鎂含量較高也可間接地佐證這一觀點(diǎn)（表1）。地下水中鎂含量一般在海相或存在白云巖的地層中較高，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料烏倫古坳陷基底為石炭系海陸交互相地層，并且通過該層位的有些斷裂也切穿了上部目的層。出露的這些水源點(diǎn)可能是沿這些斷裂破碎帶上升的深部鹵水與上部目的層地下水的混合水，引起水源點(diǎn)水中鎂含量較高，從而證實(shí)與斷裂破碎帶有關(guān)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地北部油氣田、油氣顯示區(qū)及鈣化、鐵錳化示意圖（據(jù)核工業(yè)二一六大隊(duì)內(nèi)部資料）Fig.3 Carbonatation，ferro-manganese，oil and gas distribution in northern Junggar Basin

表1 烏倫古坳陷地下水化學(xué)成分Table 1 Chemical compositions of groundwater in Ulungur Depression

1.2 碳酸鹽化及鐵錳礦化成因分析

1.2.1碳酸鹽化及鐵錳礦化的特點(diǎn)

發(fā)育于砂巖中的碳酸鹽化或產(chǎn)于頂、底板，或僅發(fā)育于頂板及底板；呈透鏡狀或似層狀，厚度一般0.2～0.5 m，局部可達(dá)1.0 m。產(chǎn)于泥巖中的呈串珠狀或樹枝狀，近似垂直于巖層，寬度一般1～3 cm，個(gè)別可達(dá)5 cm；若泥巖層較薄則貫穿整個(gè)層位，若泥巖層較厚因未完全出露因而不得而知，但推測(cè)也應(yīng)貫穿整個(gè)層位（圖2b）。

鐵錳礦化一般與碳酸鹽化共生，以錳礦化為主，局部有鐵礦化（圖2d）；呈透鏡狀及似層狀，局部地段的錳礦化呈團(tuán)塊狀及樹枝狀。產(chǎn)于砂巖中的厚度一般0.2～0.5 m，局部可達(dá)1.0 m。而產(chǎn)于泥巖中的一般為分布于次級(jí)裂隙中樹枝狀錳礦化（圖2e）。

褪色現(xiàn)象僅發(fā)現(xiàn)于褐紅色泥巖中，與泥巖中的碳酸鹽化類似呈串珠狀或樹枝狀，近似垂直于泥巖層，寬度一般1～3 cm，局部可達(dá)5 cm；若泥巖層較薄則貫穿層位，若泥巖層較厚因未完全出露就不得而知，但推測(cè)也應(yīng)貫穿了層位（圖2c）。

1.2.2碳酸鹽化及鐵錳礦化成因討論

總之，碳酸鹽化及鐵錳礦化現(xiàn)象是客觀存在的，關(guān)鍵是它們代表什么樣的地質(zhì)事件以及有沒有尋找鈾礦的意義？這才是關(guān)注的重點(diǎn)。

要回答這一問題，首先應(yīng)分析這些現(xiàn)象是怎樣形成的。從出露現(xiàn)象分析，一般認(rèn)為砂巖中的碳酸鹽化、鐵錳礦化是干旱氣候條件下同沉積形成的；而泥巖中的碳酸鹽化、錳礦化及褪色現(xiàn)象是因沉積后暴露地表形成龜裂，后期被上覆沉積物再次充填形成的。然而，若砂巖中的碳酸鹽化是同沉積形成的，一般呈層狀、透鏡狀，致密堅(jiān)硬，并且碳酸鹽呈結(jié)晶狀。而研究區(qū)的實(shí)際現(xiàn)象則不然，雖整體呈現(xiàn)似層狀、透鏡狀，但具體為“生姜”狀、較致密較堅(jiān)硬，碳酸鹽為非結(jié)晶狀。因此，推斷是后期形成的產(chǎn)物。

若發(fā)育于泥巖中的碳酸鹽化及褪色現(xiàn)象是由同沉積時(shí)“龜裂”現(xiàn)象引起，那么形狀應(yīng)該是從上到下的“楔”形，并不是串珠狀及樹枝狀的，而且不應(yīng)該切穿層位，即深度相對(duì)較淺；充填物應(yīng)該是上覆圍巖而不是化學(xué)成因的碳酸鹽，應(yīng)該是后期形成的產(chǎn)物。

鐵錳礦化，特別是錳礦化，如果是同沉積形成則要求氧化還原電位及pH值都比較高（Eh：+400～+450 mv，pH＞8.2）［10］。而該地區(qū)的鐵錳礦化普遍產(chǎn)于淺灰色、灰白色巖石中，顯然滿足不了同沉積的形成條件。經(jīng)資料查閱和分布位置綜合分析，認(rèn)為其應(yīng)屬于沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈亢嘟饘俚叵蔓u水形成［11］。

如圖4所示，深部高壓、高溫含還原性氣體及多金屬的地下水與淺層（一般指紅礫山含水巖組和烏倫古河含水巖組）低礦化度含氧水混合（化合）形成的產(chǎn)物或現(xiàn)象。這種現(xiàn)象類似于泉華，只是泉華是出露地表形成的產(chǎn)物，而該地區(qū)的碳酸鹽化及鐵錳礦化是在淺部地層及地下水中形成的產(chǎn)物［11］。

圖4 深部高壓地下水運(yùn)移及形成產(chǎn)物示意圖Fig.4 Schematic diagram of deep high-pressure groundwater migration and its product

確認(rèn)還原性氣體為H2S、CH4，而且CO2含量較高。從98007號(hào)供水井（圖3）冒出的氣流較大，然而H2S、CH4氣味較淡，推測(cè)大量氣體可能為CO2，也間接證實(shí)在斷裂破碎帶附近具備了形成碳酸鹽化的條件。頂山鹽池及附近的自流井及頂山鹽池水證實(shí)為含多金屬的咸水及鹵水［12］，金屬元素以MeCl絡(luò)合物的形式存在［10］。

當(dāng)這種深部地下鹵水進(jìn)入淺層砂巖時(shí)，在頂?shù)装逯饕纬商妓猁}化、錳礦化，其次形成鐵礦化。有的地段三者共生（頂山鹽池北部），有的地段碳酸鹽化和鐵錳礦化分離（三個(gè)泉洼地）。這種現(xiàn)象可能與不同地段深部地下鹵水中含有不同種類的金屬元素有關(guān)。而為什么僅分布于砂巖的頂?shù)装?，這可能與深部鹵水突破泥巖層時(shí)的減壓卸載及沿砂巖層向上運(yùn)移時(shí)遇到泥巖層時(shí)的阻擋（或擴(kuò)散減緩［13］）作用有關(guān)。

同時(shí)，這樣的地下鹵水含有還原性氣體時(shí)就造成了淺層砂體的次生還原，也就是形成了局部的還原性地球化學(xué)障。這為后期層間氧化帶的發(fā)育及砂巖型鈾礦化提供了必要的條件。當(dāng)然，這種發(fā)生于砂巖中的次生還原現(xiàn)象也應(yīng)屬于褪色現(xiàn)象。

當(dāng)這些地下鹵水進(jìn)入泥巖時(shí)，在主裂隙帶有的地段既形成碳酸鹽化又形成鐵錳礦化，在次級(jí)裂隙帶形成樹枝狀錳礦化及褪色現(xiàn)象；有的地段僅為碳酸鹽化或圍巖褪色現(xiàn)象；有的地段僅為鐵錳礦化。其形成原因基本與上述機(jī)理相同。

綜上所述，該地區(qū)的碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象，是沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈亢€原性氣體及多金屬地下鹵水，在淺部層位與低礦化度含氧地下水混合（化合）減壓卸載的產(chǎn)物，并非同沉積的產(chǎn)物。這些還原性氣體，為普遍被氧化蝕變的目的層形成層間氧化帶砂巖型鈾礦化提供了后生還原性地球化學(xué)障［14］。因此這些還原性氣體可能是該地區(qū)砂巖型鈾礦化形成的必要條件之一。而碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象，僅指示曾經(jīng)在這些地段發(fā)生過深部含還原性氣體及多金屬地下鹵水沿?cái)嗔哑扑閹蛏线\(yùn)移這一地質(zhì)事件，與鈾礦的形成并沒有直接關(guān)系，而與鈾成礦有關(guān)的是同期上升的還原性氣體。根據(jù)上覆的索索泉含水巖組（N1ss）中沒有發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象推測(cè)，這一事件應(yīng)發(fā)生于其沉積之前。

2 頂山礦點(diǎn)成因分析

頂山礦點(diǎn)屬于層間氧化帶控制的砂巖型鈾礦化點(diǎn)，已探明發(fā)育著兩層層間氧化帶。工業(yè)鈾礦化發(fā)育于W-Ⅰ號(hào)層間氧化帶前鋒線，而鈾異常發(fā)育于W-Ⅱ號(hào)層間氧化帶的下翼。

W-Ⅰ號(hào)層間氧化帶發(fā)育于地下水位以下（圖5）。礦化異常產(chǎn)于層間氧化帶上下翼及卷頭，普遍發(fā)育黏土礦化，見有少量的黃鐵礦化及炭化植物碎屑。

W-Ⅱ號(hào)層間氧化帶，除ZK14號(hào)鉆孔揭露到的以外，頂山礦點(diǎn)一帶基本上都位于現(xiàn)代地下水位以上（圖6）。鈾異常賦存于下翼的灰色、深灰色粗砂巖、中砂巖及砂礫巖中。其他僅發(fā)現(xiàn)有黏土礦化。

從圖5可看出，鈾礦化分散，圈不成礦帶，但將異?？紤]進(jìn)去就可以圈出礦化異常帶，并且清晰反映出是典型的層間氧化帶卷狀礦化異常帶。造成這種現(xiàn)象的原因較多，但主要可能與含水圍巖中還原劑的還原容量分布不均勻有關(guān)［9］。還原性較強(qiáng)的地段可能形成了礦化，甚至工業(yè)礦化，而較弱的地段僅形成異常甚至異常也沒有。

圖5 頂山礦點(diǎn)C號(hào)勘探線水文地質(zhì)剖面Fig.5 Hydrogeological profile of exploration Line C in Dingshan uranium occurrence

如表2：頂山礦點(diǎn)鐵元素總量分別為1.66%、1.65%、1.67%，其值低于新疆地區(qū)沉積構(gòu)造層鐵豐度的3.6%［15］；Fe3+/Fe2+值在氧化帶最高過渡帶最低灰色帶略有增高，基本符合層間氧化帶的典型分布特征；有機(jī)質(zhì)含量在地球化學(xué)分帶上略有變化，其變化規(guī)律與層間氧化帶發(fā)育的一般特征相悖；從氧化帶至過渡帶到還原帶，砂巖中鈾含量有低高低的變化特征，符合砂巖型鈾成礦規(guī)律。由此可見鈾成礦與砂體的氧化還原有關(guān)，但還原劑偏低。因此預(yù)測(cè)鈾的還原富集應(yīng)有沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈縃2S、CH4等還原性氣體的參與。

表2 頂山礦點(diǎn)烏倫古河組巖石地球化學(xué)參數(shù)特征Table 2 Characteristics of geochemical parameters of Ulungur Formation in Dingshan ore occurrence

SH-03號(hào)至SH-08號(hào)水源點(diǎn)分布于吐茲托依拉斷裂破碎帶的兩側(cè)（圖3），水中Cl-、Na+、K+及Mg2+離子含量明顯較高（表1），特別是頂山鹽池疊加了強(qiáng)烈的蒸發(fā)濃縮作用，使這些離子含量更高。顯然由河水補(bǔ)給的淺層地下水中這些離子要達(dá)到這樣高的含量是比較少見的，特別是Mg2+含量。因此，沿?cái)嗔哑扑閹Х植嫉牡叵滤瑧?yīng)該是沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈扛邏汉嘟饘俚叵滤u水）與上部淺層地下水混合的產(chǎn)物。

如表3：地下水中氧化還原指標(biāo)Fe2+、Fe3+離子含量較低，但是H2S、碘化物含量較高。顯然與上升的深部含還原性氣體的地下水有關(guān)。特別是碘化物，淺層地下水中含碘化物是很少見的，應(yīng)來源于深部?？傊?，以上指標(biāo)可以證實(shí)烏倫古坳陷沿著斷裂破碎帶分布的地下水，應(yīng)該是沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈扛邏汉嘟饘偌斑€原性氣體的地下水（鹵水）與淺層低礦化度混合形成的產(chǎn)物?？傊?，頂山礦點(diǎn)鈾礦化的形成與沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈扛邏汉嘟饘偌斑€原性氣體的地下水（鹵水）關(guān)系密切。

表3 烏倫古坳陷水源點(diǎn)氧化還原指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 3 Oxidation-reduction parameters of water source in Ulungur Depression

如圖6所示，根據(jù)現(xiàn)有資料綜合分析，頂山礦點(diǎn)也應(yīng)是沿切穿目的層含水巖組斷裂破碎帶上升的深部高壓含還原劑及多金屬地下鹵水，與經(jīng)目的層含水巖組開啟區(qū)補(bǔ)給的含鈾含氧水在其結(jié)合部位形成的氧化還原地球化學(xué)障上富集形成的產(chǎn)物。因此，頂山礦點(diǎn)的形成與沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈扛邏汉€原劑及多金屬地下鹵水關(guān)系較密切。結(jié)合前述，其頂山鹽池北部分布的碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象也證實(shí)了曾經(jīng)發(fā)生過沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈康叵蔓u水的事實(shí)。因此，認(rèn)為在烏倫古坳陷存在碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象的吐茲托依拉斷裂破碎帶、陸南-三個(gè)泉斷裂破碎帶及英1井-索索泉斷裂破碎帶地帶，其附近存在鈾礦化的可能性較大，是下一步開展工作的重點(diǎn)地帶。

圖6 頂山礦點(diǎn)成礦水文地質(zhì)條件綜合分析示意圖Fig.6 Sketch map of hydrogeological conditions of uranium metallization in Dingshan uranium occurrence

3 結(jié)論

1）烏倫古坳陷的碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象，是沿?cái)嗔哑扑閹仙纳畈亢€原性氣體及多金屬地下鹵水，在淺部地層中與低礦化度含氧水混合（化合）卸載的產(chǎn)物。

2）鈾礦化是該深部含還原性氣體及多金屬的地下鹵水與淺層含鈾含氧水，在二者形成的氧化-還原地球化學(xué)障處富集的產(chǎn)物，它們之間存在著較為密切的關(guān)系。

3）該地區(qū)淺部層位砂體普遍被氧化的情況下，如果在斷裂破碎帶附近存在碳酸鹽化、鐵錳礦化及泥巖褪色現(xiàn)象，證實(shí)在該斷裂破碎帶附近發(fā)生過含還原性氣體及多金屬深部地下鹵水向上運(yùn)移的事件，則預(yù)示著賦存鈾礦化的可能性也就較大，應(yīng)是工作的重點(diǎn)地段。

4）前期鈾礦勘查資料證實(shí)烏倫古坳陷的蝕源區(qū)地下水及地表水鈾含量較高［16］，并能夠補(bǔ)給到淺部找礦目的層中［17］，因此該地區(qū)具備尋找與深部含還原性氣體及多金屬地下鹵水相關(guān)的鈾礦化潛力。