邱余波， 羅星剛， 張磊， 苗辰若， 李剛

(核工業(yè)二一六大隊(duì)， 烏魯木齊 830011)

伊犁盆地自20世紀(jì)90年代開(kāi)展砂巖型鈾礦勘查以來(lái)，相繼發(fā)現(xiàn)了庫(kù)捷爾太、蒙其古爾、洪海溝等大型、特大型鈾礦床，取得了巨大的找礦成果，伊犁盆地已成為中國(guó)重要的可地浸砂巖型鈾礦產(chǎn)基地。前人對(duì)伊犁盆地砂巖型鈾礦的地質(zhì)特征、富集規(guī)律、成礦模式、地化特征等方面進(jìn)行了大量的研究，取得了豐富的研究成果[1-4]。在砂巖型鈾礦諸多控礦因素中，沉積相是砂巖型鈾礦的重要控礦因素，對(duì)含礦流體的富集和成礦至關(guān)重要[5-8]。侏羅系是盆地內(nèi)主要的鈾礦含礦層位，許多學(xué)者對(duì)其巖性巖相、沉積特征與鈾成礦的關(guān)系已進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究。李勝祥等[9]從研究伊犁盆地不同地段含煤地層巖性變化特征入手，提出沖積扇快速入湖的扇三角洲沉積相模式，指出濱湖三角洲相砂體是尋找層間氧化帶砂巖型鈾礦的主要部位。李彥龍[10]認(rèn)為水西溝群自下而上，可化為8個(gè)旋回，Ⅰ～Ⅳ旋回屬于沖積扇沉積；Ⅴ～Ⅷ旋回屬于扇三角洲沉積。劉家鐸等[11]認(rèn)為可地浸砂巖型鈾礦主要賦存于沖積扇扇中辮狀河道微相和三角洲平原分流河道及泥炭沼澤微相。劉陶勇等[12]提出砂體發(fā)育最好的河流相及扇三角洲平原相至前緣相，是形成后生層間氧化帶的有利層位；同時(shí)砂體粒度變細(xì)，滲透率降低的部位，利于層間水中遷移的離子沉淀下來(lái)。李勝祥等[13]進(jìn)一步指出辮狀河三角洲沉積體系是砂巖型鈾礦成礦最有利的沉積體系，三角洲前緣河口壩、三角洲平原辮狀河流、扇中-扇端及三角洲平原分流河道是砂巖型鈾礦主要的控礦沉積相。劉武生等[14]提出伊犁盆地砂巖型鈾礦化主要賦存在三角洲沉積體系中(78%)中，其次為沖積扇沉積體系(21%)。鈾礦化主要賦存于砂地比高(>0.45、砂體厚度適中17～32 m)的層位中。王勛[15]通過(guò)研究砂巖型鈾礦與沉積微相的空間展布關(guān)系，認(rèn)為西山窯組下段的主要控礦微相為分流河道，西山窯組上段的主要控礦微相為決口扇。吳斌等[16]提出沼澤微相的煤或含煤沉積的泥巖與分流河道(平原或前緣)微相的富鈾砂體在空間上呈共存共生關(guān)系，這種共生關(guān)系是沉積微相分異的結(jié)果。

隨著伊犁盆地砂巖型鈾礦勘查工作的深入推進(jìn)，勘查范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，往西已達(dá)到中哈國(guó)境線(xiàn)，往東也超過(guò)了切金溝，勘查工作也取得了新的成果和認(rèn)識(shí)。前人對(duì)沉積相與鈾成礦關(guān)系的研究，主要集中在20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)10年代，許多觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)已不能滿(mǎn)足目前的勘查工作，而且研究重點(diǎn)主要集中在砂巖型鈾礦賦存的有利沉積相帶，對(duì)不同沉積相的成礦潛力、不同微相對(duì)礦體的控制和制約并沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)、精細(xì)的研究。鑒于此，以伊犁盆地不同鈾礦勘查階段尤其是最近的勘查工作所收集的鉆孔資料為依據(jù)，結(jié)合最新勘查成果與認(rèn)識(shí)，對(duì)伊犁盆地南緣侏羅系沉積演化特征進(jìn)行了深入研究，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地分析和研究沉積相的類(lèi)型和沉積微相的變化對(duì)鈾成礦的控制作用，以期為伊犁盆地下一步鈾礦勘查工作提供科學(xué)、合理的理論指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

伊犁盆地夾持于塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊之間，為一南北擠壓應(yīng)力下形成的北陡南緩的箕狀不對(duì)稱(chēng)大型山間坳陷盆地[17-19]。盆地由北往南可分為北部褶皺帶、中央凹陷帶和南部斜坡帶3個(gè)東西向帶狀展布的構(gòu)造單元[20-21]。研究區(qū)位于南部斜坡帶中西部，是伊犁盆地鈾礦床集中分布的地區(qū)(圖1)，沉積蓋層自下而上為下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組，中侏羅統(tǒng)西山窯組、頭屯河組，新近系和第四系，鈾礦化主要賦存在中下侏羅統(tǒng)各地層中[22]。除鈾礦以外，伊犁盆地南緣煤層也很發(fā)育，從八道灣組下段到西山窯組上段在盆地南緣共發(fā)育12套厚度、規(guī)模不等的煤層，從下往上依次編號(hào)為M1～M12，其中M5、M8、M10在區(qū)域上穩(wěn)定發(fā)育，是研究區(qū)侏羅系地層劃分與對(duì)比重要的標(biāo)志層。

2 沉積演化特征

伊犁盆地南緣侏羅系八道灣組是在小泉溝群晚期湖水退出盆地南緣的基礎(chǔ)上而形成的沖積扇沉積。在八道灣組沉積初期，沉積物供應(yīng)量較大，沖積扇的沖積能量也較大，八道灣組下段的扇體往北延伸較遠(yuǎn)，且在研究區(qū)發(fā)育有較大規(guī)模的礫巖、砂礫巖沉積的扇根亞相，由于南部蝕源區(qū)沉積物供應(yīng)量逐漸減少，八道灣組上段的沖積扇體往南收縮，規(guī)模明顯減小，扇根沉積在研究區(qū)內(nèi)很少出現(xiàn)，且扇中沉積的規(guī)模也明顯變小。八道灣組的垂向粒序特征也表現(xiàn)為往上逐漸變細(xì)的正旋回，說(shuō)明沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件也在逐漸變小?？偟膩?lái)說(shuō)，八道灣組是一個(gè)退積的沖積扇沉積。

三工河組沉積早期，湖水又一次進(jìn)入盆地南緣，沉積環(huán)境逐漸由八道灣組的沖積扇過(guò)渡為扇三角洲。到西山窯下段沉積期，沉積物供應(yīng)量逐漸增大，加上三工河組時(shí)期就已經(jīng)進(jìn)入盆地南緣的湖水，在研究區(qū)形成了規(guī)模大、連續(xù)性好的扇三角洲沉積體。該沉積時(shí)期發(fā)育的大規(guī)模的三角洲平原和前緣分流河道砂體是研究區(qū)最主要的賦鈾礦空間。西山窯組下段發(fā)育的規(guī)模和厚度都很巨大的M8煤表明湖水在該時(shí)期已經(jīng)退出盆地，整個(gè)研究區(qū)為長(zhǎng)時(shí)期的沼澤沉積。

西山窯組中段沉積期，湖水又一次進(jìn)入盆地南緣，但是該時(shí)期沉積物供應(yīng)量較少，在伊犁盆地南緣主要發(fā)育濱淺湖的泥巖沉積，局部地段發(fā)育有灘壩砂體，但是在平面上不穩(wěn)定，且連續(xù)性較差。此外，由于湖水的升、降波動(dòng)，在湖水暫時(shí)退出盆地南緣時(shí)，還發(fā)育有一定規(guī)模的漫灘沼澤。在西山窯組沉積后期，沉積物供應(yīng)量又一次增大，沉積環(huán)境由湖泊沉積再次轉(zhuǎn)變?yōu)樯热侵蕹练e。到頭屯河組沉積時(shí)期，氣候已逐漸變得干旱炎熱，扇三角洲沉積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿鞒练e(圖2)。

圖2 伊犁盆地ZK6877孔侏羅系綜合地層柱狀圖Fig.2 Synthetic column map of Jurassic of ZK6877 in YiliBasin

總的來(lái)說(shuō)，伊犁盆地西南緣沉積環(huán)境、沉積相的演化主要受沉積物供應(yīng)量的變化，湖水的周期性退、進(jìn)，以及物源方向等因素的控制。在這三方面因素的綜合影響和驅(qū)動(dòng)下，研究區(qū)侏羅系的沉積環(huán)境從沖積扇、扇三角洲、濱淺湖逐漸演變?yōu)楹恿飨?，?jīng)歷了陸相沉積的不同沉積環(huán)境[23]。

3 沉積相的類(lèi)型對(duì)鈾成礦的控制

3.1 沖積扇

沖積扇砂體是由間歇性水流形成的一種極不穩(wěn)定的砂體，且沉積碎屑物的分選很差，碎屑顆粒也很粗大，砂體的這種結(jié)構(gòu)特征亦不利于有機(jī)質(zhì)的吸附，因此總體來(lái)說(shuō)沖積扇不是找鈾的有利相位。研究區(qū)沖積扇沉積主要發(fā)育在八道灣組地層，尤其是八道灣組下段，扇體規(guī)模較大，且是由多個(gè)沖積扇組成的沖積扇裙。研究區(qū)內(nèi)八道灣組下段沖積扇沉積只在墩買(mǎi)里的庫(kù)捷爾太礦床發(fā)育有一定規(guī)模的鈾礦體，其次是在洪海溝鈾礦床南部發(fā)育有零星的礦體。這主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)發(fā)育的沖積扇砂體粒度相對(duì)較細(xì)，厚度適中(東部的扇體厚度普遍較大，不利于含礦物質(zhì)的沉淀、聚集)且氧化帶前鋒線(xiàn)已推進(jìn)至扇中亞相，鈾礦體也主要賦存在扇根與扇中的相關(guān)部位,也就是砂體的厚度和粒度發(fā)生較大變化的部位(圖3)。

圖3 研究區(qū)下八道灣組下段沉積相與鈾成礦示意圖Fig.3 Sketch map of sedimentary facies and Uranium deposit of LowerBadaowan Formation in study area

3.2 扇三角洲

扇三角洲沉積主要有三個(gè)特點(diǎn)，一是發(fā)育有沼澤沉積的煤層，煤層可以提高地層的整體還原能力，同時(shí)煤層是很好的隔水層與分流河道砂體、分流間灣、前三角洲泥能構(gòu)成極好的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)；二是水上分流河道與水下分流河道連通，而水下分流河道通常往北延伸較遠(yuǎn)，大多能到達(dá)局部的排泄源，從而使得地下水的補(bǔ)徑排體系較為通暢；三是分流河道砂體的厚度適中，研究區(qū)三工河組和西山窯組下段砂體厚度大多在10～30 m，十分有利于含鈾物質(zhì)的富集、沉淀。因此，扇三角洲沉積砂巖型鈾礦的潛力和規(guī)模都比較大。比如研究區(qū)西山窯組下段的扇三角洲沉積，是伊犁盆地南緣鈾礦體最為發(fā)育的含礦層段(圖4)。

圖4 研究區(qū)西山窯組下段沉積相與鈾成礦示意圖Fig.4 Sketch map of sedimentary facies and Uranium deposit of Lower Xishanyao Formation in study area

3.3 河流相

河流沉積最大的特點(diǎn)是發(fā)育有一條方向性十分明顯的主河道(河床沉積)，河道兩邊則是細(xì)粒沉積的河漫沉積(通常為河漫灘、河漫沼澤)，再往外則是洪泛平原沉積的粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。通常情況下，河道展布方向與構(gòu)造所造成的地層傾向一致或者相差較小，鈾成礦的潛力相對(duì)較大。但是如果沉積期后的地層抬升，致使河漫灘被部分剝蝕，南部的河道砂體直接與上覆的松散第四系接觸，含氧含鈾流體通過(guò)第四系松散堆積物往下滲流進(jìn)入河道砂體中，比如洪海溝鈾礦床的頭屯河組仍有可能形成一定規(guī)模的鈾礦體[24]。

3.4 湖泊相

湖泊沉積主要發(fā)育在西山窯組中段和三工河組的局部地段，主要為淺湖-半深湖的泥巖沉積。西山窯組中段，主要為濱淺湖的泥巖沉積，局部地段發(fā)育有沼澤，而砂體發(fā)育不穩(wěn)定，且在平面上連續(xù)性差，因而不具備形成層間氧化帶的條件，沒(méi)有鈾礦化顯示。比如三工河組發(fā)育的扇三角洲在研究區(qū)西部，分流河道砂體不發(fā)育，主要為前三角洲和淺湖沉積的泥巖、粉砂巖，幾乎沒(méi)有鈾成礦能力，也不發(fā)育鈾礦體甚至是鈾礦化。

總的來(lái)說(shuō)，在伊犁盆地南緣扇三角洲沉積最有利于鈾成礦的發(fā)育，其次是河流相沉積，沖積扇相的鈾成礦潛力相對(duì)較差，但是在局部地段仍有一定的成礦能力，而湖泊相由于砂體發(fā)育差，不具備形成層間氧化帶的條件，在研究區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有成礦潛力。

4 沉積微相對(duì)鈾礦的控制

事實(shí)上，在大比例尺的礦床范圍內(nèi)，鈾礦體的形態(tài)、空間展布以及礦石品位與沉積微相的關(guān)系更為密切。大的沉積相類(lèi)型及其分布特征可以控制和影響鈾礦床內(nèi)鈾礦體的總體發(fā)育特征，但是具體到每條勘探線(xiàn)、每個(gè)鉆孔，由沉積微相的變化所引起的砂體厚度、粒度的變化、泥巖夾層的出現(xiàn)和缺失以及砂體形態(tài)的突然變化，是影響鈾礦體形態(tài)和品位的主要原因。

4.1 河心泥灘的出現(xiàn)與缺失對(duì)鈾成礦的影響

在厚大的河道砂體中，有時(shí)發(fā)育有厚度不等的泥質(zhì)夾層，河道砂體中出現(xiàn)泥質(zhì)夾層說(shuō)明在該沉積時(shí)期，攜帶砂質(zhì)碎屑的河水暫時(shí)繞過(guò)此處，從而形成砂體發(fā)育較差的河心泥灘。沿河道展布方向出現(xiàn)的河心泥灘使氧化帶突然變窄，在氧化帶前方的泥質(zhì)夾層與砂體之間或氧化砂體與還原砂體的過(guò)渡帶發(fā)育鈾礦體，如洪海溝鈾礦床西山窯組上段沿K01線(xiàn)出現(xiàn)的河心泥灘改變了含氧含鈾流體的滲流方向，鈾礦體主要發(fā)育在河心泥灘前方。穩(wěn)定出現(xiàn)的泥質(zhì)夾層在局部地段的缺失對(duì)鈾成礦影響同樣很大。比如在蒙其古爾鈾礦床三工河組下段和上段含礦砂體之間有一套穩(wěn)定出現(xiàn)的泥質(zhì)隔水層，在局部地段這套隔水層卻完全消失，使下段和上段的砂體合并在一起。下部三工河組下段含氧含鈾水透過(guò)天窗越流補(bǔ)給上部的三工河組上段，在三工河組上段含水層中形成向四周輻射的“磨菇”狀層間氧化帶尖滅閉合線(xiàn)(圖5)。

圖5 蒙其古爾鈾礦床三工河組層間水越流補(bǔ)給Fig.5 Overflowing of interlayer water of Sangonghe Formation in Mengqiguer Uranium deposit

4.2 水下與水上沉積對(duì)鈾成礦的影響

在伊犁盆地南緣，三角洲平原分流河道發(fā)育的鈾礦體比三角洲前緣水下分流河道發(fā)育的鈾礦體不管是礦體規(guī)模還是品位都要大很多。以闊斯加爾-扎吉斯坦地區(qū)西山窯組下段為例，從圖6可以看出，南部的扎吉斯坦礦床位于扇三角洲平原沉積，礦體形態(tài)較復(fù)雜，從物探測(cè)井解釋可知該礦床鈾礦石厚度大、品位高，估算的鈾礦資源量也比較大；北部的闊斯加爾地區(qū)主要為水下分流河道，鈾礦體的形態(tài)相對(duì)較簡(jiǎn)單，整體上垂直于分流河道展布方向呈條帶狀分布，從物探測(cè)井解釋可知該地區(qū)許多工業(yè)鈾礦孔的平米鈾量?jī)H達(dá)到工業(yè)指標(biāo)，鈾礦石品位較低，估算的資源量?jī)H為南部蒙其古爾礦床的1/10(圖6)。

圖6 闊斯加爾-扎吉斯坦地區(qū)西山窯組下段沉積與鈾成礦示意圖Fig.6 Sketch map sedimentation and uranium occurrences in Lower Xishanyao Formation in Kuosijiaer-Zhajisitan area

三角洲平原發(fā)育的鈾礦體較三角洲前緣品位高，規(guī)模大，主要有三方面的原因：首先是水下分流河道含礦砂體中炭屑、炭化植物碎屑含量比水上分流河道低，因此地球化學(xué)反差度也相對(duì)較低，由于水下分流河道往北延伸較遠(yuǎn)，層間氧化帶縱深發(fā)育均在5 km以上，地球化學(xué)障的形成更多依賴(lài)于遠(yuǎn)距離遷移含鈾含氧水中氧的消耗，所以形成的礦體規(guī)模相對(duì)有限；其次是在伊犁盆地南緣，水下分流河道砂體的規(guī)模較水上分流河道小，且分流河道間較大面積的分流間灣使分流河道之間的連續(xù)性變差，再加上水下分流河道的砂體的粒級(jí)相對(duì)較細(xì)，這些因素都使礦體的規(guī)模受到較大限制；此外，水下分流河道與水上分流河道相比，離物源區(qū)和鈾源區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，含鈾物質(zhì)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離搬運(yùn)，在河道砂體中的消耗和損耗比較大，因此鈾礦體的品位比三角洲平原水上分流河道低。

4.3 沉積砂體發(fā)育特征對(duì)鈾成礦的影響

在伊犁盆地南緣，適合于鈾成礦的砂體厚度在10～40 m，厚度太小賦礦的空間就越小，厚度太大不利于含鈾流體的富集與沉淀。比如闊斯加爾地區(qū)西山窯組下段超過(guò)80%的鈾礦化砂體厚度集中在15～25 m，洪海溝鈾礦床西山窯組上段，將近90%的鈾礦化砂體厚度集中在25～40 m(圖7)。鈾礦體主要賦存在既有利于還原物質(zhì)吸附，且滲透性相對(duì)較好、粒級(jí)適中的粗砂巖中。比如闊斯加爾地區(qū)西山窯組下段，超過(guò)80%的鈾礦化都賦存在粗砂巖和含礫粗砂巖中，洪海溝鈾礦床西山窯組上段，也是將近80%的鈾礦化主要賦存在粗砂巖中(圖8)。

圖7 砂體厚度與鈾礦化分布圖Fig.7 Chart of thickness of sand body and distribution of uranium mineralization

圖8 砂體粒級(jí)與鈾礦化分布圖Fig.8 Chart of grain size of sand body and distribution of uranium mineralization

5 結(jié)論

(1)伊犁盆地南緣侏羅系經(jīng)歷了八道灣期的沖積扇沉積，三工河—西山窯早期的扇三角洲沉積，西山窯中期的湖泊沉積，西山窯晚期的扇三角洲沉積，以及頭屯河期的河流沉積。

(2)沉積相的類(lèi)型決定鈾成礦的潛力和規(guī)模。扇三角洲沉積最有利于鈾成礦的發(fā)育，其次是河流相沉積，沖積扇沉積的鈾成礦潛力相對(duì)較差，但是在局部地段仍有一定的成礦能力，而湖泊相由于砂體發(fā)育差，在研究區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有成礦潛力。

(3)沉積微相控制著鈾礦體的形態(tài)和空間展布。穩(wěn)定的河道砂體中出現(xiàn)的泥質(zhì)夾層以及穩(wěn)定出現(xiàn)的泥質(zhì)夾層在局部地段的缺失對(duì)鈾成礦的影響均很大；扇三角洲平原分流河道發(fā)育的鈾礦體較扇三角洲前緣水下分流河道發(fā)育的鈾礦體品位高、規(guī)模大；由沉積微相的變化所引起的砂體厚度、粒度的變化，是影響鈾礦體形態(tài)和品位的主要原因。