伊犁盆地位于哈萨克斯坦板块与塔里木板块夹持的伊犁板块上, 为一南北挤压应力下形成的北陡南缓的箕状不对称大型山间坳陷盆地。盆地整体上呈西宽东窄的楔形, 向西延伸入哈萨克斯坦境内, 狭义上中国境内的伊犁盆地不包括昭苏盆地, 总面积约为1.8× 10⁴ km²(张国伟等, 1999)。盆地可分为北部褶皱带、中央凹陷带和南部斜坡带3个东西向带状展布的构造单元(王军堂等, 2008)。洪海沟地区位于伊犁盆地南缘(图1), 构造上属于南部斜坡带西部构造相对稳定区, 次级构造单元为洪海沟西部洼陷, 区内无明显构造产出。研究区内岩层整体上呈南高北低、北偏西的单斜产出, 倾角一般9° ~14° ; 局部发育一些小的挠曲, 使岩层倾角在小范围内(100~300 m)变陡, 倾角变为16° ~23° , 是发育层间氧化带进而形成铀的迁移、富集和成矿的有利地段(罗星刚等, 2012)^①。

图1

Fig.1

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	图1 伊犁盆地洪海沟地区构造位置及地理位置Fig.1 Tectonic and geographic location of Honghaigou area of Ili Basin

伊犁盆地内铀矿化主要分布在水西沟群暗色含煤碎屑岩建造中(殷建华等, 2005)^②。从八道湾组下段到西山窑组上段整个水西沟群在盆地南缘共发育12套厚度、规模不等的煤层, 从下往上依次编号为M₁~M₁₂, 其中位于西山窑组下段上部的第8煤层(M₈)在区域内分布范围和厚度最大, 是水西沟群最重要的标志层; 其次, 位于西山窑组上段底部的第10煤层(M₁₀)以及八道湾组顶部的第5煤层(M₅), 在盆地南缘发育也较为稳定(张占峰等, 2012)^③。西山窑组是水西沟群最重要的赋矿层位, 其中西山窑组下段在整个盆地南缘中西段均赋存有工业铀矿化, 而西山窑组上段除了在乌库尔其、蒙其古尔地区发育小规模的矿体外, 工业铀矿化主要发育在盆地南缘西部的洪海沟地区。

西山窑组上段在盆地南缘普遍发育, 厚度在20.1~123 m之间, 平均厚度61.4 m。在洪海沟地区地层顶底界线清楚, 底部为中下侏罗统水西沟群的第10煤层(M₁₀), 顶部为水西沟群第12煤层(M₁₂)。岩性主要为灰色砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩, 含多层煤, 以M₁₂最为发育, 垂向上的粒度组成变化总体上呈下粗上细的正韵律或正韵律组合产出(图 2)。根据前人(李细根, 2002; 刘陶勇, 2004)研究, 该盆地砂岩型铀矿成因主要为层间氧化带型, 赋矿部位为层间氧化带的过渡带, 细菌等微生物在成矿过程中可能起重要作用。

图2

Fig.2

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	图2 伊犁盆地洪海沟地区中侏罗统西山窑组上段综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Upper Member of Middle Jurassic Xishanyao Formation in Honghaigou area of Ili Basin

西山窑组上段砂体以粗砂岩、砂砾岩为主, 少量中砂岩。砂体疏松, 分选中等或较差, 含矿粗砂岩粒径一般在0.5~1.5 mm, 砾石一般为砾径2~4 mm的细砾。砂体中含大量呈层状、块状、细小浸染状分布的炭化植物碎屑, 可见大量分散状或块状黄铁矿细晶(图 3-A)及黄铁矿充填炭屑现象。成分成熟度较低, 以岩屑为主, 镜下鉴定多为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩(图 3-B)。见有明显的底冲刷构造(图 3-C), 由于后生黏土化蚀变较为严重, 在粗粒砂岩中原生层理较难发现, 但是在细粒砂岩或粉砂岩中见有小型的板状交错层理、波纹交错层理(图 3-D)。

图3

Fig.3

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	图3 伊犁盆地洪海沟地区西山窑组上段岩性特征照片Fig.3 Photos showing lithologic features of the Upper Member of Xishanyao Formation in Honghaigou area of Ili Basin

视电阻率曲线多表现为带锯齿的箱型或松树型, 通过视电阻率测井曲线, 可以清楚地看出沉积地层的垂直层序(图 2)。一般情况下, 底部为砂砾岩、粗砂岩, 曲线的幅度最大, 且与下伏地层的突变型接触十分明显。往上, 随着岩性由粗砂岩到中砂岩至细砂岩的过渡, 曲线的幅值逐渐减小。再往上, 岩性过渡为粉砂岩或泥岩, 曲线的幅值最小。到地层的顶部, 为厚度不等的煤层(M₁₂), 曲线的幅度又突然增大。总体上, 视电阻率的幅值在垂向上表现为下大上小的正旋回。部分钻孔砂体中夹有薄层的泥岩和煤, 视电阻率幅值表现为多个正旋回组合。

通过对岩性特征的分析研究, 根据地层沉积碎屑结构、岩性组合、沉积韵律、沉积构造、测井曲线等特征, 认为洪海沟地区西山窑组上段为曲流河沉积(图 2), 且为离物源较近的山间河流, 并发育有河床滞流沉积、边滩、河漫滩、河漫沼泽等沉积微相。

砂岩型铀矿床的形成是一个复杂的地质历史过程, 是多种成矿条件相互约束、相互作用而成的。岩相岩性、构造、铀源三大条件的耦合奠定了成矿基础, 决定矿床的定位, 而氧化— 还原过渡带物理、化学、生物作用是导致铀富集成矿的直接因素(张字龙等, 2010; 李巨初等, 2011)。

综合研究区岩相岩性、构造、铀源等成矿条件, 洪海沟地区西山窑组上段地层赋存的铀矿体主要受以下因素控制:

1)河道砂体展布方向控制铀矿体在平面上的展布。含氧含铀的地表水或地下水, 从东南方向的构造高点, 沿着渗透性良好的河道砂体向下渗流(图 8), 绕过砂体不太发育的河心泥滩, 沿着砂体发育厚大的河道继续向下渗流, 在氧化还原过渡带含氧含铀矿物逐渐沉淀下来而形成沿河道砂体方向展布的铀矿体(图 9)。

图9

Fig.9

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	图9 伊犁盆地洪海沟地区K01勘探线剖面西山窑组上段沉积与铀成矿关系(剖面位置见图1)Fig.9 Relationship between sedimentation and uranium occurrences in the Upper Member of Xishanyao Formation along profile of No.K01 exploration line in Honghaigou area of Ili Basin(Location of the profile shown in Fig.1)

2)厚大河道砂体是铀矿体的主要赋存空间。砂体是可地浸砂岩型铀矿的载体, 砂体的分布控制了铀矿体的分布, 砂体的厚度及稳定性决定了层间氧化带发育的规模及铀矿体的空间分布, 一般来说, 砂体的厚度大、层间氧化带发育规模大, 铀成矿条件就越好。研究区西山窑组上段的矿体主要赋存在砂体厚度大于25 m的厚大河道砂体中, 而厚度小于25 m的砂体中铀矿体发育较差(图 10-A)。

图10

Fig.10

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	图10 伊犁盆地洪海沟地区西山窑组上段砂体厚度、粒级与铀矿化分布百分比图Fig.10 Percentage chart of thickness and grain size of sand body to Uranium mineralization in the Upper Member of Xishanyao Formation in Honghaigou area of Ili Basin

3)砂体粒度对铀成矿的控制。由于砂砾岩的碎屑粒度较粗大, 促使含氧含铀流体还原的硫化物、有机质等还原物质较难吸附其中, 而中— 细砂岩孔隙度、渗透性相对较差, 含矿流体在其中渗流也相对较困难, 因此铀矿体主要赋存在既有利于还原物质吸附, 且渗透性相对较好的粗粒砂岩中, 研究区西山窑组上段近80%的铀矿体都赋存在粒度适中的粗砂岩里(图 10-B)。

4)河道砂体中的泥质夹层对铀矿化的影响。砂体中的泥质夹层可使层间含铀含氧地下水的流速减缓, 水岩作用时间变长, 层间氧化作用受阻, 从而造成层间氧化带的尖灭, 形成氧化— 还原过渡带, 促使铀从含矿地下水中析出沉淀富集成矿。通常情况下, 泥质夹层的出现, 可使氧化带突然变窄, 如沿河道展布方向的K01勘探线剖面中的K0145孔泥质夹层的出现使氧化带突然变窄, 至K0177孔氧化带发生尖灭, 而在氧化带前方的泥质夹层与砂体之间或氧化砂体与还原砂体的过渡带发育铀矿体(图 9)。

此外, 地层产状及其变化对铀矿体赋存的位置也有较大的影响。从研究区M₁₀顶板海拔等高线可以看出(图 8), 南部的地层主要朝北西方向倾斜, 且产状比较陡, 而靠近北部的地层主要朝北倾斜, 产状相对较缓, 铀矿体发育在地层产状由陡到缓的过渡部位, 且主要矿体分布在地层产状较缓的一侧。

1)根据沉积碎屑结构、岩性组合、沉积韵律、沉积构造、测井曲线等特征, 可确定西山窑组上段在洪海沟地区主要为曲流河沉积, 并可进一步识别出河床滞留沉积、边滩、河漫滩和河漫沼泽等沉积微相。

2)洪海沟地区中侏罗统西山窑组上段的沉积相平面展布特征, 显示为中间为沿北西— 南东向展布的曲流河道, 河道两边南部为河漫沼泽、北部为河漫滩的分布格局。

3)综合研究区岩相岩性、构造、铀源等成矿条件, 洪海沟地区西山窑组上段赋存的铀矿体主要受河道砂体展布方向、河道砂体厚度、砂体粒度、砂体中的泥质夹层、地层产状等因素控制。

致谢 本论文完成过程中, 成都理工大学沉积地质研究院夏国清博士、吴驰华博士提出了很多宝贵的意见, 在计算砂体厚度、砂地比以及对文中等值线图等值线的圆滑和微调中, 蔡占虎硕士也做了很大的努力; 此外, 核工业二一六大队一分队的陈虹、乔淇、康勇、张虎军等在收集和整理钻孔资料过程中也付出不少的时间和精力。在此表示衷心的感谢!