准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组氧化带元素地球化学特征及其与铀矿化的关系

辛 秀， 许 强， 何中波

（1.中国地质大学（北京），北京 100083； 2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组氧化带元素地球化学特征及其与铀矿化的关系

辛 秀1，2， 许 强2， 何中波2

（1.中国地质大学（北京），北京 100083； 2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

主要对准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组潜水氧化带和层间氧化带的砂岩进行主量元素、微量元素、稀土元素地球化学特征分析和对比。主微量元素特征显示：潜水氧化带的黏土作用，碳酸盐化作用，U、V、Mo的相关性比层间氧化带强。稀土元素特征显示：层间氧化带与潜水氧化带具统一的物源、沉积环境和构造背景，潜水氧化带轻重稀土分异程度、后生蚀变作用较层间氧化带强，层间氧化带Eu负异常较潜水氧化带明显。

顶山地区；潜水氧化带；层间氧化带；元素地球化学；铀矿化

新疆维吾尔自治区准噶尔盆地处于中亚腹地，古生代时期是古亚洲洋的重要组成部分［1］。盆地位于天山、东西准噶尔界山和阿尔泰山之间，是一个典型的中间地块型山间盆地与周边过渡型盆地的叠置区［2］。新疆维吾尔自治区准噶尔盆地北部地区，其范围西起德伦山，东至青格里山，北至阿尔泰山，南至三个泉一带，为半干旱-干旱大陆气候。地貌上，北部为高山区，东部为中山区，总体上表现为北高南低、东高西低的地势［3］。层间氧化带砂岩型铀矿是我国当前主攻的重要铀矿类型［4］，具有采冶成本低和环境保护有利等突出优势，是我国和世界当前铀矿找矿的主攻类型，顶山地区位于准噶尔盆地的北部，是我国寻找可地浸砂岩型铀矿远景区段之一，具有一定的铀矿资源潜力［5］。

1 地质特征

1.1 构 造

顶山地区位于准噶尔盆地北缘乌伦古坳陷中红岩断阶与索索泉凹陷的交接部位，北邻乌伦古河，西邻德南、石英滩凸起，南至三个泉断裂，东达青格里底山。区内的构造主要为NW向的断裂构造，最主要的是吐丝托依拉断裂，其次为黄花沟断裂、乌伦古北断裂、乌伦古南断裂、陆东北侧断裂及索一红南断裂。吐丝托依拉断裂为一大型隐伏同生断裂，形成于海西期，喜山期再次复活，在古近系与新近系中形成了一些北陡南缓的褶皱构造和一些小型的挠曲沉降洼地［6］。

1.2 地 层

顶山地区盖层从下到上为上白垩统艾里克湖组（K2a）、红砾山组（K2h）、古近系乌伦古河组（E2-3w）、新近系索索泉组（N1ss）以及第四系（Q）［7］， 见图 1［8］。

艾里克湖组（K2a）：在研究区内主要见于钻孔中，岩性主要为中细砂岩（局部含细砾中粗砂岩）和较为发育的厚层泥岩，其中砂岩以浅灰色、白色、浅黄绿色为主，常带粉色调，局部呈灰黄色、浅红色。泥岩以棕红色、浅红色和紫红色为主，局部呈绿灰色、杂色。

红砾山组（K2h）：为一套干旱-半干旱气候条件下形成的河流沉积物，总厚度为63.0～403.8m，平均厚度约283.4 m，顶部砂质泥岩厚度一般在30～45m之间，分布广泛而且稳定，可作为区域地层划分标志层，也是乌伦古河组砂体层间氧化带发育的区域性隔水底板。

乌伦古河组（E2-3w）：总体为一套湿热气候条件下形成的富含块状碳化植物残骸和粉末状黄铁矿的灰色砾-砂-泥沉积组合，主要分布于研究区乌伦古河南岸的广大地区，共发育两种类型的氧化带，分别为层间氧化带和潜水氧化带。层间氧化带为一套厚大的砾岩、 砂砾岩、 （含砾）粗砂岩组合， 夹薄层泥岩；潜水氧化带砾岩类岩石不发育，泥岩、粉砂岩厚度较大、较稳定。该组与下伏红砾山组呈角度不整合接触。总厚度为10.8～155.9m，平均厚度120.2m。

索索泉组（N1ss）：为一套干旱炎热气候条件下形成的红色-杂色以泥质岩为主夹细碎屑沉积物，含钙质。区内地表分布广泛，局部缺失。往东南部出现砂-泥互层，砂质层增多，以杂色为主。与下伏地层乌伦古河组呈假整合或整合接触，局部直接与红砾山组呈角度不整合接触。平均厚度59.1 m。

第四系（Q）：主要为一套松散的冲积、洪积砂土堆积物。平均厚度18m［9］。

研究层位为顶山地区乌伦古河组，研究对象为潜水氧化带和层间氧化带。其中，潜水氧化带是在顶部无区域性隔水层的前提下，潜水垂向氧化含水层砂体，从而发育潜水氧化带，铀矿体位于潜水氧化带底部氧化还原界面附近，矿体呈层状或似层状；层间氧化带是潜水遇区域性隔水层转为层间水，沿层间氧化含水层砂体发育而成，铀矿体位于层间氧化带前锋部位即氧化还原界面附近，矿体往往呈卷状［10］。

2 主量元素地球化学特征

2.1 潜水氧化带

潜水氧化带的样品数量总计有31个，分别为氧化带样品10个、过渡带样品20个及还原带样品1个。氧化带为黄色及黄灰混杂色粗砂岩、中砂岩、细砂岩；过渡带为黄绿色含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩和细砂岩，并伴有铀异常现象；还原带为灰色粗砂岩。

根据分析数据可以得出，潜水氧化带主量元素的含量在过渡带中最高，氧化带中Al2O3、CaO的百分含量高于还原带（表1）。这表明潜水氧化带中砂体的黏土含量及黏土作用强度由过渡带向氧化带、还原带逐渐降低；砂岩中碳酸盐化强度从还原带到氧化带、过渡带逐渐增强。

Fe2O3和FeO的百分含量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［10］。数据显示顶山地区乌伦古河组氧化带中Fe2O3的百分含量高于还原带，FeO及w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值低于还原带，最高值分布在过渡带中。表明黄色砂岩为氧化环境，遭受了后生氧化蚀变［11］； 黄绿色砂岩的还原性最强， 经历过次生还原作用，并且 Fe的富集程度最高，在矿物学上主要表现为广泛发育的黄铁矿。w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值符合潜水氧化带的分布规律，后生蚀变作用的强度在过渡带最高。

根据主量元素中Al2O3、CaO、FeO与U的相关系数显示（表2），U与Al2O3的相关系数为 0.58，与 CaO的相关系数为 0.10，与FeO的相关系数为0.73。U与FeO的相关性最大，其次是与Al2O3的相关性，这与过渡带U、Al2O3和FeO含量最高的结果基本一致，再次表明过渡带的黏土吸附作用及还原性程度最高，最有利于U的富集。U与CaO的相关系数较低，这应该与砂岩中的碳酸盐化较弱有关。

2.2 层间氧化带

层间氧化带的样品数量总计54个，分别为氧化带样品24个、过渡带样品23个及还原带样品7个。氧化带为黄色含泥砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩、含砾中砂岩、含砾细砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩；过渡带为黄绿色砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩、含砾中砂岩、含砾细砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩；还原带为灰色砂砾岩、粗砂岩和中砂岩。3个带中均伴有一定量的铀异常。

由表1可见，Al2O3、CaO的百分含量都是过渡带中最高，其次是还原带和氧化带。表明过渡带中砂体的黏土含量及黏土作用强度高于还原带，氧化带强度最低；砂岩中的碳酸盐化强度从过渡带到还原带、氧化带逐渐降低。

FeO的百分含量及w（Fe2＋）/w（Fe3＋）的值为过渡带中最高，氧化带中最低，Fe2O3的百分含量为氧化带中最高，过渡带高于还原带。表明层间氧化带中的黄色砂岩为氧化环境，受过后期氧化作用；黄绿色砂岩为还原环境，并且Fe2＋在过渡带较氧化带的百分含量明显增高，表明Fe在过渡带富集，主要以黄铁矿的形式沉淀，过渡带经历过较强的次生还原作用。后生蚀变作用的强度及还原能力为过渡带中最强。

由表2所示，层间氧化带中 U与Al2O3、CaO和FeO的相关系数分别为0.10、0.13和0.19，属于弱相关，说明黏土作用等对层间氧化带中的 U富集没有起到至关重要的作用。

3 微量元素地球化学特征

V、Mo为U的伴生元素，分析微量元素V、Mo可以间接预测U的有利富集环境。由于铀为活性元素，在氧化条件下易迁移，而Th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［11］。

3.1 潜水氧化带

潜水氧化带中，黄色氧化带的U平均含量为8.02μg·g-1，Th平均含量为3.97μg·g-1，w（U）/w（Th）的值为2.02；灰绿色过渡带的U平均含量为 33.98μg·g-1，其含量最高值达59.3μg·g-1，Th平均含量为 5.05μg·g-1，w（U）/w（Th）值为6.72；灰色还原带的U平均含量为5.07μg·g-1，Th平均含量为3.16μg·g-1，w（U）/w（Th）的值为 1.60（表 3）。w（U）/w（Th）值从灰色砂岩、黄色砂岩到灰绿色砂岩依次增高，说明铀在潜水氧化带上部发生迁移，并在过渡带中富集。

潜水氧化带中微量元素V、Mo与U都为正相关，V与U的相关系数为0.61，Mo与U的相关系数为0.15（表4）。

3.2 层间氧化带

层间氧化带中，黄色氧化带的U平均含量为33.01μg·g-1，Th平均含量为3.57μg·g-1，w（U）/w（Th）的值为9.25；灰绿色过渡带的U平均含量为47.47μg·g-1，其含量最高值达276 μg·g-1，Th平均含量为 4.25μg·g-1，w（U）/w（Th）的值为11.17；灰色还原带的U平均含量为 7.72μg·g-1，Th平均含量为3.48μg·g-1，w（U）/w（Th）的值为2.22。w（U）/w（Th）值从灰色砂岩、黄色砂岩到灰绿色砂岩依次增高，并且灰色砂岩中的w（U）/w（Th）值明显低于后两者，说明层间氧化带中的承压水带来了较高含量的铀，并在过渡带发生富集（表3）。一般情况下，黄色氧化带中的w（U）/w（Th）值应该最低，但本次数据显示黄色氧化带中的w（U）/w（Th）值比灰色还原带中的 w（U）/w（Th）值高7.03，说明层间氧化带的后生氧化时间较短，氧化还不够彻底。

根据分析数据表明，V与U的相关系数为0.14，Mo与U不具有明显的相关性（表4）。

4 稀土元素地球化学特征

由于硫化物和有机碳的氧化，在地球化学障带前部的流体pH值降低时，稀土元素会从围岩中汲出，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［11］。

4.1 潜水氧化带

潜水氧化带中，Y、ΣREE、LREE、HREE的含量最高值都出现在过渡带中，其次是氧化带和还原带，表明潜水氧化带中REE在后生蚀变过程中有所富集，且过渡带REE含量明显增高，说明过渡带经历了较为复杂的后生蚀变作用，同时也表示过渡带处于一种偏碱性的环境。LREE/HREE、LaN/YbN的值为氧化带较高，其次为过渡带，表明氧化带和过渡带的稀土元素分异程度相对较高（表5）。

稀土元素的分配曲线整体呈右倾，为富轻稀土、贫重稀土，Eu为负异常，δCe的值为0.92～0.95，基本不具有异常（图2）。

4.2 层间氧化带

层间氧化带中， Y、 ΣREE、 LREE、HREE的含量从还原带→氧化带→过渡带递增，表明潜水氧化带中REE在后生蚀变过程中有所富集，且其碱性程度逐渐降低；LREE/ HREE、LaN/YbN的值为还原带最高，其次是氧化带和过渡带，其稀土的分异程度也逐渐降低，但各带中LREE/HREE的差值较小，表明轻、重稀土的分馏不明显，再次证明层间氧化带所受的后生氧化作用时间较短，并且不够彻底（表5）。

稀土元素的分配曲线呈右倾，轻稀土富集，重稀土亏损，Eu为负异常，δCe的值为0.94～0.95，基本不具有异常（图2）。

5 潜水氧化带与层间氧化带对比分析

主量元素方面，潜水氧化带的氧化带和过渡带中的Al2O3、CaO、FeO和Fe2O3含量比层间氧化带稍高，表明潜水氧化带中的黏土吸附作用、碳酸盐化作用及表生氧化蚀变更强；层间氧化带的过渡带及还原带中w（Fe2＋）/ w（Fe3＋）的值高于潜水氧化带，表明层间氧化带具有更大的还原容量，后期经受过较强的次生还原作用。U与Al2O3、FeO在潜水氧化带呈现出较好的相关性。

微量元素方面，层间氧化带中的U含量明显高于潜水氧化带，这与潜水氧化带受较强的地表氧化作用有关。潜水氧化带中V、Mo与 U具有较好的相关性。将本次采样的其中一个钻孔 ZK-1（图 1）做成柱状图（图3），其结果显示：顶山地区乌伦古河组的岩性主要分为三大类，分别是黄色氧化砂岩、灰绿色砂岩及灰色原生砂岩，其对应的分带为氧化带、过渡带及还原带。其中，潜水氧化带的黄色砂岩顶深约131.1m，厚度约8.5 m；层间氧化带的黄色砂岩顶深约195 m，厚度约11.7 m。图3中的采样位置及铀含量曲线可见：潜水氧化带中，砂岩的铀含量整体较低，在氧化带以下的灰绿色过渡带砂岩中出现铀含量的小峰值，并向原生灰色砂岩方向逐渐降低，这与潜水氧化带铀含量典型特征相吻合；层间氧化带中，黄色氧化带顶部和底部的砂岩中分别出现了一个铀含量峰值，并且铀含量各自向着两侧逐渐降低，其最高值出现在氧化带顶部的氧化还原界面附近，达到276μg·g-1。铀含量曲线在层间氧化带整体呈现出双峰的特征，这与层间氧化带典型铀含量特征比较一致。另外，由图3可见，层间氧化带的砂体粒度及透水性明显强于潜水氧化带，砂体厚度也相对较大，这对层间氧化带铀的富集起到了有利作用，同时也是潜水氧化带铀富集受到制约的因素。

稀土元素方面，潜水氧化带和层间氧化带的稀土分配模式表现出了良好的一致性，表明其具有统一的物源、沉积环境和构造背景。从LREE/HREE、LaN/YbN和δEu的值来看，潜水氧化带的分异程度更强，所受的后生蚀变作用更加强烈，而层间氧化带具有更明显的Eu负异常，但其所受氧化时间较短，氧化作用不够彻底。

综上所述，准噶尔盆地顶山地区乌伦古河组层间氧化带的铀成矿潜力明显好于潜水氧化带。有利于铀成矿的地区为层间氧化带的氧化还原界面及碱性障附近；其次是潜水氧化带中Al2O3、FeO、V、Mo和REE的高含量地段。

6 结 论

（1）经过主量元素的分析，可以得出潜水氧化带的黏土作用、碳酸盐化作用相对较强，层间氧化带的还原容量较大；U与Al2O3、FeO在潜水氧化带呈现出较好的相关性。

（2）经过微量元素U、Th含量及其比值的分析，可以得出U在潜水氧化带和层间氧化带的氧化还原界面附近均发生富集，但在后者中的富集程度明显更高；通过微量元素 U、V和 Mo的相关性分析，可以得出，在潜水氧化带中V、Mo与U具有良好的相关性，而层间氧化带中此地球化学特征相对较弱。

（3）经过稀土元素分析，可以得出潜水氧化带和层间氧化带的稀土分配模式具有良好的一致性，前者的稀土元素分异程度更强、后生蚀变作用更加强烈，后者的Eu负异常更明显、氧化作用较不彻底。

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Geochem ical characteristics ofW ulunguhe Formation oxidation zone and its relation to uranium m ineralization in Dingshan area，Junggar basin

XIN Xiu1，2，XU Qiang2，HE Zhong-bo2
（1.China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100029，China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The paper mainly analyzes and comparesmajor elements，trace elements and REE in the phreatic oxidiation zone and interlayer oxidized zone of Wulunguhe Formation in Dingshan area，Junggar basin.Characters of major elements and trace elements indicate that argillation and carbonatization and correlation of U，V and Mo in the phreatic oxidation zone are stronger than those in the interlayer oxidized zone.Conclusion from REE is as follows:there are congruent origins of sedimentation， depositional setting and tectonic setting.Differentiation of LREE and HREE and alterations in phreatic oxidation zone are more obvious than those in the interlayer oxidized zone. Negative anomaly of Eu in the interlayer oxidized zone is more obvious than that in the phreatic oxidation zone.

Dingshan area； phreatic oxidation zone； interlayer oxidation zone； geochemistry of element；uranium mineralization

P619.14；P595

A

1672-0636（2014）01-0016-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2014.01.003

2013-10-22；

2013-12-30

核能开发项目：准噶尔大型叠合盆地地浸砂岩型铀矿预测技术研究

辛 秀（1989—），女，内蒙古牙克石人，硕士研究生，主要从事岩石学、矿物学和矿床学研究。E-mail:740639480@qq.com