吐哈盆地西南部中侏羅統西山窯組層間氧化帶型鈾礦勘探潛力分析

吐哈盆地西南部中侏羅統西山窯組層間氧化帶型鈾礦勘探潛力分析

新疆圖哈盆地是中國重要的可處理砂巖含礦盆地。目前，在西南緣發(fā)現了大型可支配砂巖含礦床，并在盆地其他區(qū)域發(fā)現了重要的含礦帶。自20世紀90年代起,許多鈾礦地質工作者對其進行了多方面的研究工作[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],對十紅灘鈾礦床成礦規(guī)律和控制因素的認識深化起到了積極地推動作用,但前人的工作主要偏重于礦床本身成礦條件、控制因素、礦床成因的研究,對礦床外圍區(qū)域鈾成礦條件分析和遠景評價尚顯不足。作者等有幸在吐哈盆地進行了多年的鈾資源調查評價工作,本文旨在通過對吐哈盆地西南部構造地質背景、找礦目的層、層間氧化帶、水文地質條件、巖石原生地球化學類型及區(qū)內已發(fā)現鈾礦床基本特征的綜合分析,指出區(qū)內進一步的找礦方向和主攻層位。1層間氧化帶和沉積相吐哈盆地是被天山古生代褶皺造山帶圍限的山間盆地,可劃分為北部坳陷、艾丁湖斜坡帶和南湖隆起3個一級構造單元,工作區(qū)位于艾丁湖斜坡帶中西段(圖1)。該盆地經歷了殘留坳陷發(fā)育、扭裂盆地發(fā)育、山間盆地發(fā)育和盆地消亡4個大的發(fā)展階段。在整個吐哈盆地的地質發(fā)展演化歷史中,艾丁湖斜坡帶都屬于相對穩(wěn)定的構造單元,缺失盆地最早期的二疊、三疊系蓋層沉積,早中期超覆沉積了中侏羅統水西溝群,西山窯期后處于長期隆升狀態(tài),直至新近紀古新世才沉積了鄯善群紅色碎屑巖建造。侏羅紀中后期之后,區(qū)內長期處于隆起狀態(tài),在區(qū)域氣候漸趨炎熱干旱的條件下,氧化作用不斷加強,含氧地下水沿水西溝群滲透性地層徑流,把還原環(huán)境下形成的灰色碎屑巖層不斷改造成紅色巖層,形成并發(fā)育層間氧化帶。區(qū)內的新構造作用起始于始新世末和漸新世初,并大致可劃分為E3/E2、N1/E3、Q/N13個大的幕次;新構造運動的特點為水平運動較強烈,垂直差異升降運動顯著。水平運動主要表現為山前活動性褶皺(白咀山、十紅灘、八仙口等短軸背、向斜)和活動性逆沖或平移斷裂較發(fā)育;差異升降運動主要表現為相對地形高差變化、斷裂兩側地層產狀顯著不同或老斷裂的復活。新構造運動形成的寬緩短軸褶皺構造,對于層間氧化帶型鈾礦床的定位十分重要,如十紅灘礦床南帶鈾礦體就賦存于十紅灘背斜翼部產狀變緩處;白咀山、迪坎兒等一些有較好鈾礦化顯示的地段,在構造上也都位于變形構造的翼部產狀陡、緩變異處。其機理可能在于褶皺構造控制著地下水的流動方向,而地層產狀的陡、緩決定著單位距離內的水落差,在有利地球化學類型巖石中或原生還原劑富集的背景下,就有可能進行較為充分的地球化學作用,使鈾還原沉淀。2砂體及目的層中下侏羅統水西溝群是區(qū)內鈾礦找礦目的層。水西溝群劃分為下侏羅統八道灣組(J1b)、三工河組(J1s),中侏羅統西山窯組(J2x)3個巖性組。八道灣組在迪坎兒以東缺失,在西段埋藏較深;三工河組以湖沼相沉積為主,缺乏有規(guī)模的砂體;在中段十紅灘地區(qū),八道灣組雖埋藏不深,但砂巖體厚度薄,延伸不穩(wěn)定,層間氧化帶發(fā)育很局限,找礦價值不大。因此水西溝群僅中侏羅統西山窯組具有真正的找礦價值,為區(qū)內主要找礦目的層。西山窯組可進一步劃分為4個巖性段:第一巖性段(J2x1)在十紅灘地區(qū)為辮狀河沉積,到東段迪坎兒及西段八仙口地區(qū)則相變?yōu)楹?湖沼相沉積;第二巖性段(J2x2)在中、西段均為河湖三角洲沉積,發(fā)育砂泥互層結構,在東段以湖相沉積為主;第三巖性段(J2x3)在十紅灘—迪坎兒地區(qū)為辮狀河沉積,發(fā)育厚大規(guī)模砂體,且迪坎兒地區(qū)厚度及粒度均大于十紅灘地區(qū),該套地層向西則相變?yōu)槿侵蕖酉喑练e;第四巖性段以湖沼相沉積為主,且由于后期剝蝕作用,在區(qū)內發(fā)育不全。西山窯組第一、二、三巖性段是區(qū)內最主要的含礦和找礦目的層(圖2)。找礦目的層含水透水砂體巖性均為長石質巖屑砂(礫)巖、巖屑砂(礫)巖,成分成熟度及結構成熟度均較低,這有利于原巖地層中的鈾在沉積過程中得以有效保存。砂巖主要碎屑成分為巖屑、長石、石英,次為重礦物和黑云母;膠結疏松—次疏松,以孔隙式膠結為主,少量為接觸式膠結,顆粒支撐為主;膠結物主要為泥質成分或粘土礦物,粘土礦物有高嶺石、蒙脫石、長石、伊利石等;巖石中普遍含有炭化植物碎屑、葉片、莖桿、煤屑等;自生礦物有黃鐵礦、方解石、綠泥石等;除含鈣質膠結砂(礫)巖外,目的層砂體中CO2含量總體<2%,其中十紅灘地區(qū):J2x1為0.192%,J2x3為1.701%;迪坎兒地區(qū):J2x2為0.284%,J2x3為0.196%;白咀山地區(qū):J2x2為0.198%,J2x3為0.223%;屬低碳酸鹽含量巖石。伴生元素V、Mo、Se、Re在砂體氧化蝕變過程中有地球化學富集現象;鈾、釷含量在目的層中有明顯遷移富集變化;鈾、釷平均值分別為7.36×10-6、5.06×10-6,鈾高出全盆均值3倍。3ssr-間氧化作用區(qū)內發(fā)育潛水、潛水-層間、層間3種類型的氧化帶,其中只有層間氧化帶具有成礦和找礦意義。層間氧化帶發(fā)育層位主要為中侏羅統西山窯組第一、三巖性段,其次為中侏羅統西山窯組第二巖性段,下侏羅統八道灣組、三工河組砂體中僅有局部發(fā)育。層間氧化帶顏色主要為褐黃色、玫瑰紅色,局部見米黃色、棕褐色等;層間氧化帶發(fā)育深度50～400m;厚度幾米～40m;層數累計>10層,其中西山窯組第一巖性段有2層層間氧化帶(x1-1、x1-2)和第三巖性段有3層層間氧化帶(x3-1、x3-2、x3-3)厚度大、延伸穩(wěn)定、氧化作用發(fā)育完全;前者控制了十紅灘鈾礦床南礦帶,后者控制了十紅灘鈾礦床北礦帶的主體;西山窯組第二巖性段亦發(fā)育有多層層間氧化帶,但單層厚度薄、規(guī)模小,僅在其中局部發(fā)現有薄層工業(yè)鈾礦化;下侏羅統八道灣組和三工河組發(fā)育的局部不穩(wěn)定層間氧化帶內,僅見有鈾異常或偏高。層間氧化帶只發(fā)育在具滲透性的含水砂(礫)巖中,具有明顯的水平分帶性,總體上可劃分為完全氧化亞帶、不完全氧化亞帶、氧化-還原過渡帶和原生巖石帶4個帶,鈾礦化嚴格受層間氧化帶控制,位于氧化-還原過渡帶內(圖3)。層間氧化帶在剖面上呈疊瓦狀,平面上呈蛇曲狀;區(qū)內層間氧化帶發(fā)育規(guī)模,走向斷續(xù)延伸百余千米,傾向延伸幾百米～5km。4地下水的補給、徑流、排泄系統區(qū)內地下水類型為基巖裂隙水、孔隙水和孔隙-裂隙水,屬吐哈盆地艾丁湖斜地Ⅱ2水文地質單元。該水文地質單元又可進一步劃分為泥盆—石炭系、侏羅系、古近—新近系和第四系4個含水巖組。中下侏羅統水西溝群含水巖組又可進一步劃分為八道灣含水層組(Ⅰ、Ⅱ含水層)、三工河含水層組(Ⅲ含水層)和西山窯含水層組(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ含水層)。西山窯含水層組Ⅳ、Ⅵ含水層是區(qū)內層間氧化帶砂巖型鈾礦化的主要賦存層位,其次為Ⅴ含水層。Ⅳ、Ⅵ含水層的主要特征為,厚度:Ⅳ含水層4.6～52.0m,平均15.1m;Ⅵ含水層6.3～53m,平均31.3m;粘粉質含量:Ⅳ含水層14.12%～22.44%,Ⅵ含水層7.9%～33.9%;滲透系數:Ⅳ含水層平均0.138～0.527m/d,Ⅵ含水層0.27m/d;單位涌水量:Ⅳ含水層0.0076～0.146L/s·m,Ⅵ含水層0.096L/s·m;靜止水位埋深:Ⅳ含水層平均41.29m,Ⅵ含水層平均86.6m。區(qū)內地下水具有完整的補給—徑流—排泄系統。含礦含水層主要補給源是南部覺羅塔格山前侏羅系基巖裂隙水,通過第四系潛水及斷裂間接側向補給含水層地下水;含礦含水層接受補給區(qū)地下水后沿含水層由南向北徑流;地下水排泄區(qū)主要在艾丁湖和局部斷裂排泄,排泄方式主要有3種,一是承壓地下水順層徑流,最后通過艾丁湖底部斷裂向艾丁湖排泄;二是通過隱伏斷裂帶垂直向上部含水層及潛水層排泄,此為區(qū)內鈾成礦地下水的主要排泄方式;三是層間水通過弱透水層,以分散的形式—越流排泄。中侏羅統西山窯含水層組Ⅳ、Ⅵ含水層的主要水文地球化學特征為:水質類型Cl·SO4-Na型;pH值7.10～7.26;礦化度8.27～9.79g/L;水中Fe2+/Fe3+>50;溶解氧0.2～2.0mg/L;Eh-44.0～42.4mV;水中鈾含量Ⅳ含水層為5.25×10-5～7.19×10-5g/L,Ⅵ含水層為3.83×10-5g/L;鈾在水中的主要存在形式為UO2(CO3)2-2,次為UO2(CO3)3-3。5砂體與地層蝕變按照前蘇聯依據巖石顏色、主要自生鐵礦物、有機質含量、鐵的價態(tài)劃分巖石原生地球化學類型的標準,對區(qū)內主要找礦目的層段巖石地球化學類型進行了劃分。結果顯示,區(qū)內中侏羅統西山窯組總體為灰色、黑色原生地球化學類型巖石。其中十紅灘地區(qū)找礦目的層西山窯組第一、二、三巖性段均為灰色、黑色巖石原生地球化學類型,且有機質含量明顯高于其他地段,顯示其巖石還原能力強,這與該區(qū)段找到了較大規(guī)模鈾礦體的結果相一致;白咀山、八仙口地段目的層砂體也為灰色、黑色巖石原生地球化學類型,巖石還原能力強,顯示了良好的找礦潛力;迪坎兒地區(qū)目的層砂體中有機質含量稍低于十紅灘、八仙口和白咀山地區(qū),缺少黑色原生地球化學類型巖石,總體為灰色原生地球化學類型,巖石還原能力中等,亦有一定的找礦潛力。八道灣組和三工河組砂體中有機質含量不均勻,總體為綠色—灰色巖石原生地球化學類型,還原能力較低,找礦潛力很小。區(qū)內的后生蝕變可分為后生氧化蝕變和后生還原蝕變兩大類。后生氧化蝕變的基本地質特征已在前面“層間氧化帶特征”部分進行了論述。后生氧化蝕變的礦物、地球化學標志有:有機質的氧化(燃燒),赤、褐鐵礦化(黃色、紅色蝕變),碳酸鹽礦物的氧化及局部富集、含二價鐵硅酸鹽礦物的氧化等;在潛水氧化帶還常見黃鉀鐵釩、石膏及錳的氧化物。其氧化蝕變的順序一般為有機質→鐵的硫化物(黃鐵礦、白鐵礦)→含鐵硅酸鹽(黑云母、綠泥石)。后生還原蝕變又可進一步劃分為還原硫化物化蝕變和還原潛育化蝕變;后生還原蝕變也常呈帶狀,硫化物還原蝕變主要礦物地球化學標志是硫化物、硫化鐵含量增高,以鐵的二硫化物黃鐵礦和白鐵礦分布最廣,其他硫化物很少見;潛育化蝕變發(fā)生在無氧化和無硫化物作用的沉積巖中,其特點是蝕變后巖石顏色呈白色、灰白色,是地球化學性質與硫化物蝕變相反的一種蝕變,表現為大量金屬元素的帶出。后生蝕變與鈾礦化的關系密切,后生氧化作用使鈾從沉積巖中帶出,鈾的沉淀發(fā)生在后生氧化蝕變與還原蝕變或還原帶的接觸處。6礦體及鈾礦物經過多年評價和勘查,區(qū)內已落實了十紅灘大型層間氧化帶型鈾礦床。主要工業(yè)鈾礦體賦存于中侏羅統西山窯組第一巖性段和第三巖性段,部分賦存于第二巖性段,賦存于第一巖性段的鈾礦體主要在南礦帶;賦存于第三巖性段的鈾礦體主要在北礦帶。十紅灘鈾礦床礦體形態(tài)以板狀為主,其次為卷狀,平面上呈彎曲的帶狀或塊狀;礦體埋深:南礦帶81.85～174.95m,平均128.4m;北礦帶239.55～372.00m,平均311.29m;礦體厚度:南礦帶1.6～10.15m,平均5.01m;北礦帶2.33～5.3m,平均4.193m;礦體品位:南礦帶0.01158%～0.06945%,平均0.03217%;北礦帶0.01183%～0.03532%,平均0.02858%。區(qū)內鈾礦石主要為疏松、次疏松灰色、深灰色長石巖屑砂(礫)巖和巖屑砂巖,少量為泥質和致密鈣質膠結砂(礫)巖。礦石以接觸式膠結為主,也見溶蝕孔隙式膠結;礦石中孔隙發(fā)育,主要為粒間溶孔和粒間/粒內裂隙復合型。礦石中粘土礦物主要為高嶺石,其次為伊利石、伊/蒙混層、蒙脫石和少量綠泥石。鈾的存在形式主要為吸附狀態(tài)(圖4～5)和鈾礦物,幾乎各為50%,其中鈾礦物80%以上是可溶鈾。鈾礦石中的伴生元素Mo、Se、Re、Ga、Sc濃度克拉克值都大于1,有地球化學富集現象。7紅灘鈾礦床地質背景及定位通過上述吐哈盆地西南部構造地質背景、找礦目的層、層間氧化帶、水文地質條件、巖石原生地球化學類型及區(qū)內已發(fā)現鈾礦床基本特征的綜合分析,顯示區(qū)內具有廣闊的層間氧化帶型鈾礦找礦前景。