新疆巴什布拉克铀矿床成矿地球化学环境分析

刘章月，邓华波，董文明，蔡根庆，刘红旭

（1.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029；2.中国地质大学（北京），北京 100083）

新疆巴什布拉克铀矿床成矿地球化学环境分析

刘章月1，邓华波2，董文明1，蔡根庆1，刘红旭1

（1.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029；2.中国地质大学（北京），北京 100083）

从地球化学角度，利用古气候条件和相关地球化学指标分析，指出研究区赋矿岩石形成于干旱的氧化环境；通过分析与铀矿化常见伴生元素组合结果，指出目的层曾遭受过不同程度还原性流体的改造，并在构造抬升期，地表氧化性流体顺层对目的层进行了再次改造，铀矿化则发生于两种不同性质流体混合改造部位。

地球化学指标；伴生元素组合；还原性流体

喀什凹陷位于西昆仑北缘冲断带和天山南缘冲断带的交汇部位，也是塔里木盆地非常重要的油气产区和远景区，但该区新构造运动异常强烈，特别是喀什凹陷北部受费尔干纳走滑断裂南延部分的影响，形成了成排、成带分布的挤压褶皱构造，早期油气藏遭受破坏，在地表形成多处油浸砂［1-2］。巴什布拉克铀矿床是塔里木盆地北部喀什凹陷与油气次生还原作用有关的典型铀矿床，虽然前人对其做了大量的工作，但对该矿床的成矿环境还存在分歧，特别是在赋矿蓝灰色岩石的原生性与次生改造性方面存在较大的争议［3-4］。本文主要从岩石地球化学角度，解剖该区赋矿岩石形成的地球化学环境和成矿流体性质，进而探讨该区铀富集成矿条件及规律。

1 区域地质特征

巴什布拉克铀矿床位于喀什凹陷北缘南天山山前逆冲-褶皱带中，喀什凹陷是塔里木盆地西南坳陷的一个次级构造单元，形成于二叠纪末南天山洋盆和古特提斯洋盆完成消亡之后，即，南天山造山带和西昆仑山造山带形成之时。由于印支构造运动才逐渐使喀什凹陷及柯坪断块与塔里木盆地分离出来，从侏罗纪开始，喀什凹陷作为一个相对独立的构造单元基本形成。

矿区基底为元古代结晶片岩。盖层由侏罗系、白垩系和新生界组成（图1）。中生代地层以角度不整合覆盖于元古界之上，并构成倾向S、SW方向的单斜构造层。赋矿层位为下白垩统克孜勒苏群（K1kz），主要分布于南天山山前，为一套色泽较鲜艳的褐红色砂岩和泥岩夹灰绿色砂岩、砾岩，中上部夹少量灰色薄层状细砂岩。矿体主要产于下白垩统克孜勒苏群下段灰绿色砂岩夹砾岩中，泥岩中也有矿化，厚度小、品位高，且矿层中有较多的固体沥青和油迹。矿体形态为层状、板状和透镜状，矿体受地沥青化岩石控制，矿体基本不超出地沥青分布的范围，主要产于含液态石油岩石上部30～50 m处，含液态石油岩石中没有铀矿化。

2 赋矿岩石（K1kz）形成环境

2.1 喀什凹陷早白垩世古气候特征

由于中侏罗时期泛大陆的裂解，特提斯海温暖潮湿的强烈季风逐渐趋于消失，亚洲的大气环流模式发生改变，在新疆转变为干旱的古气候环境。到早白垩世晚期，由于拉萨地体的碰撞，天山再次复活，形成足够高的山体，将来自北方的季风阻挡在天山北侧［6］，致使塔里木盆地处于干燥的气候环境，下白垩统地层中多含有膏盐成分。X衍射和扫描电镜分析表明［7］，塔里木盆地北缘下白垩统地层中普遍富含他生伊利石、绿泥石和绿-蒙混层矿物，这基本上反映了干旱炎热的古气候背景；另据前人资料［7-8］，塔里木盆地北缘早白垩世介形类化石均为淡水-半咸水生物。植物化石主要为热带、亚热带蕨类、松柏类中喜干燥环境的沙草蕨、海金沙科及掌磷杉科等。以上资料均表明，本区下白垩统克孜勒苏群形成于干旱—炎热半咸水环境，岩石颜色应以紫—红色调为主。

图1 喀什凹陷巴什布拉克地区地质略图［5］Fig.1 Geologic sketch of Bashibulake area in Kashgar depression［5］

2.2 地球化学指标及其地质意义

2.2.1 Fe2O3和FeO变化特征

Fe2O3和FeO的质量分数及两者之比基本能反映岩石形成的沉积环境、成岩作用及后生蚀变过程中的氧化还原性质。一般来说，若 w（Fe2O3）/w（FeO）＞1， 表明岩石形成于氧化环境，或遭受表生氧化蚀变；反之则形成于还原环境，或经历了次生还原作用。由表1可知，无论是地表还是深部泥岩中，Fe2O3含量均高于FeO （个 别 样 品除外），w（Fe2O3）/w（FeO）最低为0.93，个别地表红褐色泥岩达2.33。泥岩因其透水性弱，一般认为很难被氧化，故数据更能反映其形成于（弱）氧化环境。砂岩中Fe2O3和FeO含量均有所降低，但 w（Fe2O3）/w（FeO）值在 II、 III和 IV 带较大 （最小为 1.11， 最大为 2.44）， 而在I和 V带最小，反映砂体后期遭受还原程度有所不同。砾岩中FeO平均质量分数高出Fe2O3质量分数1.7倍左右，具较强还原特征。由此可见，本区含矿目的层原始沉积环境应为干旱氧化环境，在后期构造抬升和油气浸入阶段，由于砂岩和砾岩孔隙度较高，普遍被还原性流体改造（油气），使其呈现出弱还原特征。

2.2.2 TOC和S全变化特征

对于原生氧化砂岩和砾岩来说，由于一直处于氧化环境，其TOC和S全含量应较低，但本区砂岩和砾岩后期普遍遭受了还原性流体的改造，使局部具较高的TOC和S全含量（表 1）。

2.2.3 U和Th变化特征

由于铀为活性元素，在氧化条件下易迁移，而钍为惰性元素，一般情况下不易迁移，所以其比值大小可以较好地反映砂岩在后期氧化或还原环境中铀的迁移与富集。I带 （地表）由于受地表氧化影响，铀含量普遍偏低，w（Th）/w（U）值较高（表 1）。 随着取样深度的加大，砂岩颜色亦由红褐色变为灰、灰绿色，铀元素富集较明显，但在V带灰色砂岩铀质量分数最低为1.76×10-6，低于中亚原生红砂岩层的平均铀含量［11］，可能是由于该带油气浸入较晚（钻孔岩心中还残留液态原油），岩石还原褪色与铀富集不同步所造成。

3 成矿流体特征

在砂岩型含矿层段上，伴随着铀的沉淀，往往有一系列伴生元素随着铀的富集而在相应的地球化学障处沉淀。地球化学障往往又是综合性的，即，同时结合了氧化还原作用和酸-碱作用。对于不同地球化学性质的成矿流体，其元素组合亦不同，典型的砂岩型铀矿床与U伴生的元素组合有以下几组：

V-Mo-Re-Se组合：U和与其伴生的变价元素（V、Mo、Re、Se）含矿溶液形成的最主要原因是上述元素被氧化后从岩石中淋出，这种氧化-淋出的元素在氧化带尖灭处，即地球化学环境变为还原条件时，从水溶液中快速沉淀，这些元素通常也称为带入元素。一般在层间氧化带砂岩型铀矿床中最常见。

Cu-Pb-Zn组合：如果还原环境是由于硫化氢造成的，则形成Pb、Zn和其他金属的硫化物，而这些金属在自然条件下价态不变。该组合在与油气有关的铀矿化中较常见。

∑REE-Y-Sc组合：对于这些在迁移和沉淀过程中价态不变的元素，由于硫化物和有机碳的氧化在地球化学障带前部流体的pH值降低时，这些元素从围岩中汲出，然后随溶液中和时沉淀，即在碱性障处沉淀。这些组分有时也称局部再分配元素。

由于本区遭受了多期油气浸入作用，在新构造运动期间含矿层被掀斜抬升，同时又遭受了来自地表水的渗入氧化作用，所以各个垂向分带上元素组合并不相同，各带元素含量及组合特征见图2～4。

Ⅰ带为表生氧化带，各元素含量均低于其他各带。

Ⅱ带上部U的伴生元素主要为Cu元素，含矿样品中最高质量分数达到78.45×10-6，非含矿样品中最高质量分数达到135×10-6，虽然U和Cu的富集峰值并不一致，但是富集区段却十分吻合。中部U的伴生元素为Y、∑REE（最高为 388.91×10-6）、 Sc（非矿段为2.5×10-6～10.5×10-6， 含矿段为 10.5×10-6～20.5×10-6， 最高达 21.75×10-6，） 和 V（非矿段为 20×10-6～40×10-6， 含矿段为 50×10-6～118×10-6，最高达 118×10-6）。

表1 巴什布拉克铀矿床克孜勒苏群不同深度-不同岩性地球化学指标测试结果Table 1 Geochemical indexes of different types of rocks at different depths in Kezilesu group，Bashibulake uranium deposit

III带与铀矿物伴生的元素有V（最高为109×10-6）、 Mo（最高为 35.3×10-6）、 Se 和 Pb（含矿样品最高为298×10-6，非含矿样品中甚至达到 2 711×10-6）。

Ⅳ带中的铀矿物主要是在还原障上沉积，伴生元素主要有 Mo（最高为 807×10-6）、 V（最高为 118×10-6）、 Se（最高为 2.13×10-6）、 Re、Pb（质量分数为 200×10-6～500×10-6，最高为1 567×10-6）和 Zn（最高为 3 693×10-6）， 同时Sc、∑REE也发生了再富集分配。

Ⅴ带上U的伴生元素有Se、Re（最高为0.539×10-6）、 Zn和 Sc， 并且轻 微 富 集 了Cu、Pb、V和Mo。各带伴生元素分布情况见表2。

图2 巴什布拉克铀矿床垂向各带V-Mo-Re-Se元素组合特征 （I带除外）Fig.2 V-Mo-Re-Se distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

图3 巴什布拉克铀矿床垂向各带Cu-Pb-Zn元素组合特征 （I带除外）Fig.3 Cu-Pb-Zn distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

图4 巴什布拉克铀矿床∑REE-Y-Sc元素组合特征 （I带除外）Fig.4 ∑REE-Y-Sc distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

表2 巴什布拉克铀矿床各带伴生元素分布情况（地表I带除外）Table 2 Uranium associated elements at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit（except Zone I）

由各带伴生元素的不同组合特征可以看出，各带岩石曾遭受了还原性流体不同程度的浸入改造，使Cu、Pb和Zn元素异常偏高，特别是IV带，岩石主要以砂岩和砾岩为主，是油气的集中富集带，也是主要铀矿化带。与此同时，本区含矿层在不断抬升期间，受地表水沿层间渗入氧化的影响，使部分地段呈现出偏碱性的弱氧化环境，出现V、Mo、Re和Se等元素迁出，∑REE、Y和Sc元素迁入现象，如II带中下部和IV带中部。而在这两种流体混合地段往往是铀矿化的理想场所，如III带下部、IV带上部及下部。这与国外铀-地沥青铀矿床类似，铀的工业富集与地沥青氧化系列和变质系列的端元组分有关，即与氧化硬沥青、腐植硬蜡、似炭地沥青、硬沥青和炭沥青有关［10］。

4 铀及油气来源探讨

巴什布拉克铀矿床北邻下元古界古老结晶片岩（苏鲁切列克）基底，γ强度为（93.21～172.08）×10-14C/（kg·s）（即， 13～24 γ），平均值为 143.4×10-14C/（kg·s）（即，20 γ），比含矿围岩高1.5倍，巴什布拉克下白垩统直接呈角度不整合覆于其上，该古老基底可以为本区铀成矿提供长期、稳定的铀源。另外，一些原油及沥青等衍生物以及油田卤水中通常富含多种亲烃类元素（尤其是V、Mo、U、Pb和Zn等元素）。本区含矿岩石中U、Cu、Pb和Zn元素含量异常偏高，很可能为深部油气上浸带来，急需进一步研究该区成矿元素的来源。

喀什凹陷主要发育两套烃源岩：侏罗系烃源岩和石炭统—下二叠统烃源岩。经前人研究，本区油气主要来源于侏罗系烃源岩。侏罗系烃源岩主要分布于中下侏罗统杨叶组（J1-2y），其次为康苏组（J1k）。源岩为湖相、沼泽相暗色泥岩，有机质类型为II—III型，有机质丰度各项指标均达到了中等—好的烃源岩标准，其中尤以中下侏罗统杨叶组（J1-2y）的有机质丰度为最好，热演化处于成熟—高成熟阶段［11］，可在一定深度生成大量的油气，并沿断裂、不整合面和可渗透性砂岩运移，从而对本区赋矿砂岩进行还原改造。

5 结 论

（1）早白垩世干旱—炎热的古气候条件和Fe2O3、FeO等各项地球化学指标显示，含矿目的层形成于强烈氧化环境，致使岩石呈现红褐色、紫红色，在后期构造抬升过程中油气上浸产生褪色蚀变。

（2）从与铀伴生元素组合来看，本区岩石遭受了不同程度油气还原作用，并在构造抬升期间，地表水顺层对部分目的层进行再次改造。

（3）铀矿化主要发生在来自地表氧化性流体与深部上移的还原性流体混合叠加改造地段。

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Analysis on geochemical conditions of uranium mineralization in Bashibulake uranium deposit，Xinjiang

LIU Zhang-yue1， DENG Hua-bo2， DONG Wen-ming1， CAI Gen-qing1， LIU Hong-xu1
（1．CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100029，China）

By studying the palaeoclimate and metallogenesis related geochemical indexes，this paper proposes that the hosting rocks should form in geochemical oxidation setting under arid palaeoclimate.The study on element assemblage associated with uranium mineralization indicates that the target hosting rocks suffered from different degrees of reworking of reducing fluid at first and then being superimposed by supergene oxidative fluid at tectonic uplifting stage.The uranium mineralization is located in reworked and superimposed places of two types of fluid.

geochemical indexes； assemblage of associated elements； reducing fluid

P619.14；P598

A

1672-0636（2011）03-0125-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.03.001

2011-04-11；

2011-04-27

刘章月（1981—），男，安徽巢湖人，工程师，硕士，主要从事沉积砂岩型铀矿研究。E-mail：zhyueliu@163.com