洪海沟铀矿床头屯河组岩相特征及对铀成矿的控制

邱余波 伊海生 罗星刚 王毛毛 乔 淇 刘 杰(1.成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059；.核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 80011；.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059)

洪海沟铀矿床头屯河组岩相特征及对铀成矿的控制

邱余波1,2伊海生3罗星刚2王毛毛2乔 淇2刘 杰2
(1.成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059；2.核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011；3.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059)

头屯河组是伊犁盆地近年来发现的砂岩型含铀矿层位。通过对盆地南缘洪海沟铀矿床头屯河组重要的控矿因素——岩性岩相特征进行系统分析，找出其独特的成矿规律，为该地区的铀找矿工作提供重要的理论依据。根据研究区头屯河组的岩性特征、砂体发育特征、砂地比平面展布特征，结合区域沉积体系演化特征，分析认为头屯河组在研究区主要为1条近东西向展布的主河道，河道两侧为河漫滩，河漫滩外侧为洪泛平原。在主河道的局部位置，砂体变薄，为河心泥滩沉积。沉积时期的沉积环境、河心泥滩的发育、沉积微相的相变对铀成矿有着重要的控制作用，而含矿流体垂直于河道方向渗流并最终形成工业铀矿体，是头屯河组有别于其他含矿层位、独特的铀成矿模式。

洪海沟铀矿床 砂岩型铀矿 头屯河组 岩相特征 控矿因素

在众多铀矿床类型中，砂岩型铀矿床是指工业铀矿化主要产于砂岩中的铀矿床[1]。自从20世纪80年代末至90年代初，核工业地质局铀矿找矿工作重点就从南方的硬岩型转移至北方盆地砂岩型，成效显著[2-3]。伊犁盆地是我国重要的可地浸砂岩型铀矿产基地[4]，铀矿化主要分布在中下侏罗统水西沟群(J1-2sh)暗色含煤碎屑岩建造中，包括下侏罗统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)以及中侏罗统西山窑组(J2x)[5-6]。近年来，在洪海沟地区进行铀矿地质预查、普查过程中，在水西沟群上覆地层中侏罗统头屯河组(J2t)发现了富含有机质的原生灰色砂体、层间氧化带及工业铀矿化，为伊犁盆地南缘扩大铀找矿远景提供了新的层位[7]。以砂岩型铀矿最重要的控矿因素——岩性岩相为切入点，对研究区头屯河组铀成矿规律进行了系统的分析和总结，以期为伊犁盆地南缘铀矿地质勘查提供新的理论依据，进一步扩大伊犁盆地铀找矿方向。

1 地质背景

伊犁盆地在大地构造单元划分上归属于天山造山带中的伊犁—中天山微地块，是在天山山脉隆升过程中，局部地区凹陷下沉而形成的大型山间坳陷盆地[8-9]。盆地形成以后，新构造运动形成的金泉断裂、霍城—托开断裂将盆地划分为北部褶皱带、中央凹陷带和南部斜坡带等3个东西向带状展布的构造单元[10-11]。盆地内铀矿化主要分布在中下侏罗统水西沟群暗色含煤碎屑岩建造中，水西沟群共发育有12套煤层，从下往上依次编号为M1～M12，其中M8煤层厚度和规模最大，是区域内地层划分和对比最重要的标志层。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可能起重要作用。

洪海沟铀矿床位于伊犁盆地南部斜坡带西部构造相对稳定区，属于次级构造单元洪海沟西部凹陷。研究区内岩层整体上呈南高北低、北偏西的单斜产出，含氧含铀地下水从南缘的山前流入该区，经松散的第四系冲、洪积物往下渗流进入侏罗系地层，随着构造、沉积等地质特征的变化，含矿物质逐渐沉淀下来形成铀矿。含矿层系主要为水西沟群西山窑组上、下段，以及近年来新发现的头屯河组。研究区地表几乎都被第四系覆盖，侏罗系地层出露很差，因此对该区地质特征及成矿规律的研究主要依据钻孔的地质编录和测井解释资料。

2 岩相特征

2.1 沉积体系探讨

关于伊犁盆地南缘头屯河组的沉积体系，目前尚未有公开发表的研究成果，但是在铀找矿过程中，主要有三角洲沉积和河流沉积2种不同的观点。笔者认为在头屯河组沉积时期，伊犁盆地南缘总体上为河流沉积，是因为：①伊犁盆地南缘在中生代沉积时期，经历了中上三叠统小泉沟群中—晚期的水进、下侏罗统八道湾组的水退，三工河组的水进、中侏罗统西山窑组下段的水退，西山窑组中段的水进，西山窑组上段的水退，在水西沟群沉积晚期，即头屯河组沉积期前，湖水已逐渐退出盆地南缘；②从头屯河组地层中的岩心中可以看到厚度和规模都比较大的以紫色、红色为主色调的杂色泥岩，说明在头屯河组沉积时期，气候已开始由水西沟群的温暖湿润逐渐变得干旱炎热，干旱的气候导致湖水进一步往湖盆中心退缩，如果缺失湖泊稳定的水体，也就没有三角洲沉积形成的地质、地貌条件；③沼泽沉积的煤层是三角洲沉积最重要的判别标志，许多学者把三角洲平原分流河道形象地比喻为三角洲平原的“骨架”，把沼泽沉积比喻为三角洲平原的“肉”，而伊犁盆地南缘头屯河组地层除极少数钻孔见有薄层煤线或炭质泥岩外，绝大部分区域均未见到煤层。

2.2 岩性特征

头屯河组(J2t)地层在盆地南缘普遍发育，厚度为11.2～242.2 m，平均为63.8 m。在研究区内头屯河组顶底界线清楚，上覆地层为新近系底部的钙质砂砾岩，下伏地层为西山窑组顶部的M12煤层，该煤层在研究区内发育相对较稳定，是区域内地层划分和对比重要的标志层。岩性主要为砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、粉砂岩和泥岩，原生颜色主要为灰—灰黑色，由于原生砂体被后期含氧地下水氧化，被氧化的砂体以黄色为主，局部可见浅红色、紫红色。发育有2套比较稳定的砂体，垂向上表现为2个明显的正旋回组合。赋矿的砂体在研究区内比较发育，厚度为6～76.3 m，平均为31.3 m，砂体整体呈近东西向展布，厚大砂体主要发育在研究区的中部，往南、北两边砂体发育逐渐变差，厚度逐渐变薄，铀矿体多赋存在砂体由厚变薄的部位。

2.3 砂地比平面展布特征

地层中不同类型岩石的含量是编制不同时期定量沉积体系平面分布图的重要依据，砂地比是指砂岩总厚度/地层厚度，即砂岩厚度与地层总厚度的比值，对岩性岩相具有较为敏感的反映，不同的砂地比反映不同的沉积环境，对沉积微相的划分具有重要的指导作用。研究区内头屯河组地层砂地比为0.22～0.90，平均为0.56，在平面上呈近东西向展布。研究区中部砂地比值较高，普遍大于0.5，往北可以看出有逐渐变小的趋势(见图1)，南部为剥蚀区，剥蚀边界线朝东偏北方向展布，102～38线南部，砂地比值仍比较高，普遍大于0.6，受地层抬升剥蚀的影响，再往南的岩性信息无法获取，但是在118～150线的南部，砂地比却有明显减小的趋势。此外，在118～102线中部以及78线中部，与周围厚大砂体相比，砂体突然变薄，砂地比也急剧变小，而在134线北部，砂体形态呈往北“凸”的趋势，砂地比亦有类似的变化。

图1 研究区头屯河组砂地比等值线

2.4 岩相平面展布特征

研究区内头屯河组主要为东西向展布的河流沉积，区内岩相平面展布情况见图2。在研究区中部，厚大的粗粒砂岩较为发育，多为含砾粗砂岩、粗砂岩，且泥质夹层相对较少，为主河道发育的部位。由于沉积期后的构造活动，南部地层遭受抬升而被风化、搬运，东南部的主河道边界已经剥蚀，但西南部的砂体发育差，泥岩、粉砂岩却比较发育，沉积环境已由主河道相变为河漫滩沉积。研究区北部，从5499#～54115#，110103#～110119#钻孔的岩相变化可以看出，110103#、5499#钻孔砂体比较发育，且粒度较粗，但往北400 m的110119#、54115#钻孔砂体发育急剧变差，沉积环境由中部的河道沉积快速变为河漫滩沉积，再往北主要沉积粉砂岩、泥岩等细粒碎屑，局部间互有薄层的砂岩，沉积环境逐渐过渡为洪泛平原沉积。此外，在118～102线中部以及78线中部，与周围主河道厚度砂体相比，砂体突然变差，为河心泥滩沉积。

3 岩相特征对铀成矿的控制

根据研究区目前揭露的头屯河组层间氧化带发育特征以及工业铀矿化的展布情况，结合铀矿发育的岩相、构造、地下水动力等成矿条件，可知含氧含铀地下水经第四系松散沉积物往下渗流，从南部的剥蚀区开始，含氧含铀地下水进入头屯河组地层，垂直于主河道方向继续往下渗流，在氧化还原过渡带，含矿物质逐渐沉淀下来形成铀矿体，见图3。

在铀成矿过程中，沉积特征尤其是岩性岩相特征对铀成矿有着比较重要的控制作用。尽管在头屯河组沉积时期，伊犁盆地南缘的气候已逐渐开始变得干旱，但是在头屯河组沉积早—中期，部分地段仍保持着水西沟群沉积时期的湿润气候，为后期的砂岩型铀成矿创造了原生的还原沉积环境，这也是伊犁盆地头屯河组能发育形成工业铀矿体的最基本原因。由图3可知，主河道中的河心泥滩对含矿流体往北渗流具有较大的阻碍和制约作用，从而更进一步控制着铀矿体的规模和连续性。此外，铀矿体主要发育在岩相发生变化的部位，这是因为沉积碎屑在主河道北部的河漫滩突然变细，含矿流体渗流速度也随之变慢，含矿物质逐渐沉淀下来形成铀矿。含氧含铀地下水垂直于河道方向往下渗流，这与伊犁盆地其他含矿层位铀成矿模式(含矿流体顺着河道展布方向渗流)不同。通常情况下，垂直于河道方向不利于形成铀矿体，这是因为河道两侧发育的是细粒沉积的河漫滩，由于缺失渗透性良好的径流通道，含矿流体很难进入河道继续往下渗流，在河道砂体中也就不会发育层间氧化带，也不会更进一步形成铀矿体。研究区之所以能垂直于河道发育形成铀矿体，是因为后期构造使沉积地层往南抬升，河道南部的河漫滩部分被剥蚀，从而使得含氧含铀地下水有机会进入主河道并进一步往下渗流形成铀矿体。因此，研究区头屯河组铀矿体的发现，对进一步扩大伊犁盆地铀找矿方向具有重要的借鉴意义。

图2 研究区头屯河组岩相平面展布

图3 研究区头屯河组铀成矿示意

4 结 论

(1)研究区头屯河组主要发育砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、粉砂岩和泥岩，原生颜色主要为灰—灰黑色，发育2套比较稳定的砂体，垂向上表现为2个明显的正旋回组合。

(2)研究区在头屯河组沉积时期主要为1条近东西向展布的主河道，河道两侧为河漫滩沉积、河漫滩外侧为洪泛平原，在主河道的局部位置，砂体变薄，为河心泥滩沉积。

(3)在铀成矿过程中，头屯河组早—中期的沉积环境、河心泥滩的发育、主河道与河漫滩的相变，对沉积期后铀矿体的发育及空间展布有着十分重要的控制作用。含矿流体垂直于河道方向渗流并最终形成工业铀矿体，是研究区头屯河组独特的铀成矿模式。

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(责任编辑 王小兵)

Lithophase Characteristics of Toutunhe Formation and Its Control on Uranium Mineralization in Honghaigou Uranium Deposit

Qiu Yubo1,2Yi Haisheng3Luo Xinggang2Wang Maomao2Qiao Qi2Liu Jie2
(1.CollegeofAppliedNuclearTechnologyandAutomationEngineering，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China；2.No.216GeologicalTeam，ChinaNationalNuclearCorporation，Urumqi830011,China;3.InstituteofSedimentaryGeology，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

Toutunhe formation is the new-discovered stratum bearing sandstone-type uranium ore in Yili Basin in recent years.The lithology-lithophase characteristics that are the important ore-controlling factors of Tountunhe formation of Honghaigou uranium deposit in southern margin of Yili Basin is analyzed systemically so as to discover its special metallogenic regularity and to provide important theoretical evidence for the following uranium exploration work in Yili Basin.According to the characteristics of lithology，development of sandbody，and the ratio of sand to stratum，and combing with the evolution of regional sedimentary sysyem，it is concluded that，Toutunhe formation is a main channel along west to east.Both sides of the channel is the flood land，and outside of the flood land is the floodplain.In the local area of the main channel，the sandbody becomes thinner，and the sandbody is the mudflat deposition in the middle of channel.The sedimentary environment in the sedimentary period，the development of mudflat in the middle of channel and the phase change of sedimentary micro-phase are the important ore-controlling factors for uranium mineralization.The ore-bearing fluid that is perpendicular to the direction of the channel seeps and forms the industrial uranium orebody eventually，which is the special metallogenic model compared with other ore-bearing stratum in Yili Basin.

Honghaigou uranium deposit，Sandstone-type uranium ore，Toutunhe formation，Lithophase characteristics，Ore-controlling factor

2014-09-22

全国铀矿资源调查评价计划项目(编号：1212011220775)，整装勘查关键基础地质研究计划项目(编号：12120114007601)。

邱余波(1983—)，男，博士研究生。通讯作者 伊海生(1959—)，男，教授，博士，博士研究生导师。

P612，P512.2

A

1001-1250(2015)-01-090-04