伊犁盆地南缘中新生代构造样式与铀成矿关系

陈奋雄，聂逢君，张成勇

(1.东华理工大学，江西南昌 330013；2.核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011)

伊犁盆地南缘中新生代构造样式与铀成矿关系

陈奋雄1,2，聂逢君1，张成勇1

(1.东华理工大学，江西南昌 330013；2.核工业二一六大队，新疆乌鲁木齐 830011)

伊犁盆地是我国最早发现砂岩型铀矿的地区，近十几年来一直保持砂岩型铀矿找矿的不断突破，盆地南缘自西向东查明了一系列砂岩型铀矿床，这些铀矿床的分布与盆地南缘构造关系密切。本文总结了伊犁盆地南缘构造样式类型，分析了不同构造样式下氧化流体补给、运移规律，并结合铀矿体的空间分布， 指出构造样式差异是造成砂岩型铀矿体空间分布的关键因素；从氧化流体补给窗的开启、流体的汇聚和还原性气体聚集的控制等方面讨论了构造样式对铀矿体空间定位的机制，指出单斜稳定地层中纵弯背斜是控制铀空间分布的主要构造，要注意不同构造样式约束下成矿区域的稳定型和地下水补给的多样性，在此基础上讨论了伊犁盆地南缘铀矿的找矿方向及主要矿物类型。

伊犁盆地 砂岩型铀矿 构造样式 纵弯背斜 矿体定位

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0 引言

长期以来对砂岩型铀矿的研究，通常认为适度抬升造成地层掀斜的构造背景利于铀成矿的形成，即“次造山运动理论”为主(Harshman,1970)。但在实际的找矿过程中，仅仅根据这个理论，往往难以进行对矿体空间定位、预测和指导。

砂岩型铀矿的形成是受多种因素综合控制的结果(黄世杰，1994;陈祖伊，2002)。其中沉积和构造是矿床成矿空间定位的两个最主要的因素。沉积相是流体运移的通道，构造则控制着流体补给窗的开启和驱动流体运移。由于沉积相在沉积成岩以后是不变的，而构造形态则要经受复杂多样的变化，加之层间氧化带的发育条件严格。因此，使得构造形态对工业铀矿化的形成更具有直接性和决定性(潘蔚，2000；古抗衡，2010)。

伊犁盆地南缘自西向东分布有库捷尔泰、乌库尔其、扎吉斯坦和蒙其古尔等铀矿床，均发育在南缘构造斜坡带上，但成矿的类型和机制并不完全相同(陈戴生等，1997；李细根，2002；阿种明，2000；张占峰等，2010)，矿床所处的的次级构造样式也有所不同。因此，本文从研究构造样式的类型出发，剖析氧化流体补给、运移控制作用，总结伊犁盆地南缘构造样式与铀空间定位之间的关系。

1 区域地质背景

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，是在塔里木板块和哈萨克斯坦板块的南北对冲挤压应力作用下形成的大型内陆山间拗陷盆地(张国伟等，1999)。中生代，受燕山运动和喜马拉雅运动改造作用明显，盆山接触地段发生显著逆冲推覆(钟红利，2011)。新生代以来，印度板块向欧亚板块的持续俯冲、碰撞，引起青藏高原广泛强烈抬升和差异升降，对先期构造产生叠加改造(熊利平，2003)。

伊犁盆地南部斜坡带是伊宁凹陷内构造相对稳定区，总体上可以分为相对稳定区、过渡区和活动区。由西向东，可进一步可划分出洪海沟西部凹陷、库捷尔太微凸、苏东布拉克微凹、乌库尔其微凸、扎基斯坦向斜、郎卡倒转凹陷和库鲁斯泰～达拉地复式向斜等次级构造单元，地层发育较齐全，是伊犁盆地砂岩型铀矿主要的产出空间(图1)。铀矿床自西向东依次分布在洪海沟、库捷尔泰、乌库尔其、扎吉斯坦、蒙其古尔等地，及西部哈萨克斯坦境内的葛尔扎特砂岩型铀矿床。非地浸煤岩型铀矿床分布在盆地东、西段，如达拉地煤岩型铀矿(阿种明等，2003)、洪海沟煤岩型铀矿。

中、新生代盖层由下而上依次为：中上三叠统小泉沟群、水西沟群、白垩系，第三系和第四系。其中赋矿地层—中下侏罗统水西沟群为一套潮湿气候下形成的暗色含煤碎屑建造(张虎军等，2012)，为潮湿、还原环境下冲积扇-扇三角洲-曲流河沉积(李胜祥等，2006)。水西沟群由下而上可划分为八道湾组、三工河组和西山窑组，均有铀矿化的产出。

2 构造样式的类型与特征

构造样式是各类盆地中构造组合的几何形态表达，指在剖面形态、平面展布、排列和应力机制上有着密切联系的相关构造的总体特征(Harding and Lowell，1979；Harding，1985)。不同性质的盆地，盆地演化的不同阶段，所形成的构造样式不同，构造样式的排列组合也各异，并相应地对矿产空间分布的控制也各不相同(刘和甫，1993；林舸等，1999)。

2.1 构造样式的类型

通过各种资料综合分析，可将伊犁盆地南缘中新生代盖层构造样式归为6种基本类型：斜坡带型(单斜型)、纵弯背斜型、对冲构造型、背冲构造型、冲断层-褶皱型、同心褶皱型等(图2)。

图2 伊犁盆地南缘构造样式类型Fig.2 Types of structural styles in southern margin of the Yili basin

斜坡带型(单斜型) 斜坡带的形成与盆地南缘察布查尔山隆升有关，造成盆地中生代地层抬升，向盆地中心倾斜。是层间氧化带发育的良好部位。

纵弯背斜型 伊犁盆地基底为楔状，受其影响，南部盆缘逆冲断裂具左旋走滑性质，侧向的挤压造成了盆缘纵弯背斜的出现，背斜轴向以NNW相为主。两个纵弯背斜之间，形成宽缓的向斜构造。

背冲构造型 由倾向相向的两组逆断层有共同的上升盘组成，主要表现在纵弯背斜的隆起区上，断层走向与褶皱轴部方向大体一致。

对冲构造型 由倾向相背的两组冲断层有共同的下降盘所组成，主要表现为盆缘断裂与盆地边缘次级断裂组成的对冲构造，发育在纵弯背斜的边缘，盆缘断裂一侧断距大，盆地内一侧断距较小。

冲断层——褶皱型 在以挤压应力场为主形成的盆地边缘，特别是前陆盆地及相邻的造山带中广泛发育。在伊犁盆地主要表现为地层的单斜、盆缘倒转向斜和盆缘断层的逆冲断裂的组合。

同心褶皱型 在盆地中常呈平行排列或雁行排列，主要发育在盆地南缘东段，由一系列复杂的不对称盆式向斜和鞍状背斜构造组成，在走滑—挤压背景下常被后期断层所错开。

2.2 构造样式的空间展布特征

上述划分方案中，各类型均为压缩构造样式。受特提斯洋中新生代周期性俯冲削减和闭合作用、印度板块与欧亚板块最终碰撞和往北楔入的远程效应的控制(戴俊生，2000)，天山的隆升对楔状伊犁盆地产生明显地挤压作用，区域以近南北向挤压应力为主，东西向断裂为压性构造，南北向断裂为张性构造，北东和北西向断裂呈现出走滑性质(王勇等，2006)。

伊犁盆地南缘中新生代构造样式发育的基础都是南部斜坡带，也是控制砂岩型铀矿产出的关键构造背景。以扎基斯坦河断裂F3为界，可分为西段相对稳定区和东段构造活动区。西部构造活动较弱，构造样式主要为纵弯背斜，中部扎吉斯坦河-郎卡一带为构造强弱活动的过渡区，构造样式以对冲构造型、背冲构造型和冲断层～褶皱型为主，东部构造活动强烈，构造样式主要为同心褶皱型，表现为一系列复杂的不对称盆式向斜和鞍状背斜构造。

3 构造样式与铀成矿关系

通过对盆地南缘的地质调查和钻探研究，笔者认为伊犁盆地南缘与铀成矿关系密切的构造样式主要有纵弯背斜型、对冲构造型、冲断层——褶皱型和同心褶皱型。这四种构造样式均发育在南部斜坡带型基础之上。

3.1 纵弯背斜型——库尔尔泰、乌库尔其、扎吉斯坦

单斜的构造背景和纵弯背斜造成了侏罗系地层的掀斜，使得地表氧化水得以持续、稳定的补给，利于铀矿化的形成。

库捷尔太背斜隆起区除局部发育舒缓的挠曲外，地层产状平缓。侏罗系地层在南部被第四系覆盖，侏罗系含水层组开启部位与潜水含水层底部直接接触，为潜水补给提供了入渗通道，是铀矿化发育的关键条件。位于背斜的西部的库捷尔太矿床铀矿体主要产于西山窑组下段，其NW方向的洪海沟铀矿床矿体主要发育在西山窑组上段。乌库尔其、扎吉斯坦矿床也同样位于舒缓背斜的核部或核部边缘(图3)，其形成机制与库捷尔泰矿床一致。

图3 乌库尔其背斜东西向剖面略图Fig.3 Simplified east-west cross section of Wukuerqi anticline 1-砂体；2-煤层；3-铀矿体；4-地层代号；5-煤层编号；6-钻孔；7-钻孔编号1-sand body；2-coal seam；3-uranium ore body；4-stratum code；5-coal seam code;；6-drill；7-drill code

3.2 对冲型——蒙其古尔

对冲型构造主要发育在伊犁南缘中西构造活动带分界线扎吉斯坦河附近的蒙其古尔矿床，由扎吉斯坦河断裂(F3)和控盆断裂(F1)组成，两个断层挟持形成对冲构造，造成挟持区块内地层弯曲。矿床总体上夹持于断裂之间，对冲构造两侧断层均为阻水断裂，氧化水的补给主要来自吉斯坦河上游的侏罗系露头，在F1和F3两条断层所辖的范围流通(图4)。同时，对冲构造形成的双段挟持区，使得地层承压性增加，造成了蒙其古尔矿床矿体的多层性和复杂性(蒋宏等，2011)。

图4 蒙其古尔—扎吉斯坦矿床纵剖面图Fig.4 Profile of Mengqiguer-Zhajistan deposit 1-基底岩石；2-粗砂岩；3-层间氧化带；4-矿体；5-煤层；6-断裂及编号1-basement rock；2-coarse sandstone；3-interlayer oxidation zone；4-orebody；5-coal seam;6-location and number of the fault

3.3 冲断层——褶皱型——郎卡

F1断裂在蒙其古尔铀矿床以东至乌尔坦地段推覆断裂未切穿侏罗系地层，此处侏罗系地层在控盆断裂的挤压作用下呈90°角倒转，构成冲断层—褶皱型。凹陷内部地层平缓，倾角2-8°，倾向向北(图1)。

在挤压作用下，含矿含水层孔隙度变小，含矿层系虽暴露地表，但南部断层带不能作为补给源。在从蒙其古尔向东施工的钻孔情况来看，郎卡与蒙其古尔为同一水动力场，郎卡一达拉地地段钻孔揭露情况表明，水西沟群各旋回砂体中均发育层间氧化带。南部盆缘F1断层阻挡了氧化流体的渗入(图5)，但西部蒙其古尔地区的氧化流体和东部乌尔坦沟侧向补给的流体运移，在郎卡地区形成了近东西向的层间氧化前锋线。

图5 伊犁盆地南缘郎卡倒转地层展布图Fig.5 Diagram of distribution of reverse strata at Langka on south margin of Yili basin 1-第四系；2-头屯河组；3-西山窑组上段；4-西山窑组下段；5-三工河组；6-八道湾组；7-二叠系乌郎群；8-泥岩；9-中砂岩；10-粗砂岩；11-含砾粗砂岩；12-凝灰岩；13-煤层与代号；14-逆冲断裂1-Quaternary；2-Toutunhe Formation；3-upper Xishanyao Formation；4-lower Xishanyao Formation；5-Sangonghe Formation；6-Badaowan Formation;7-Permian Wulang group；8-mudstone；9-medium grained sandstone；10-coarse sandstone；11-pebbled sandstone;12-tuff；13-coal seam and number；14-thrust fault

3.4 同心褶皱型——达拉地

东部苏阿苏—达拉地一带构造活动较强烈，在盆缘断裂和库鲁斯泰—苏阿苏河东的北北东向折线式隐伏断裂夹持区，发育产状较陡、形态不规则的近东西轴向的南部向斜带、中间凸起带和北部单斜带，构成褶皱型构造样式(图6)。南部向斜带主要受南北向挤压以及盆地东部边缘收缩形成的东西向构造应力作用，导致一系列复杂的不对称盆式向斜和鞍状背斜构造形态(王谋，2006)。

其特点是凸起发育，造成盆式向斜范围较小 (3mk左右)，多凸起带的存在使得氧化流体的补给非常充分，含氧含矿溶液大量渗入盆内各层间砂体中，在靠近排泄源(盆式向斜的东、北缘)附近地带形成一系列层间氧化型和潜水氧化型铀矿化。在范围较小的盆式向斜构造形态中，地下水径流距离短，在含氧层间流体长时间作用下，层间砂体多被完全氧化，还原性较强的下伏煤层又易于还原并吸附U元素形成矿化，故具有铀矿化层位多、煤岩型矿化规模大、砂岩型矿化规模小的特点(阿仲明，2003；刘武生，2011)。

图6 伊犁盆地南缘东部地质-构造特征示意图Fig.6 Sketch map and cross section of geology in the eastern south margin of Yili basin 1-白垩系;2-上侏罗统齐古组;3-中-下侏罗统水西沟群;4-中上三叠统小泉沟群;5-古生界分布区6-第八煤层露头;7-整合地质界线;8-不整合地质界线;9-逆断层;10-断层及编号;11-推测或性质不明断层;12-铀矿床1-Cretaceous；2-Qigu group of upper Jurassic；3-middle-Lower Jurassic Shuixigou group；4-upper Triassic Xiaoquangou group；5-distribution area of Paleozoic；6-outcrop of No.8 coal seam；7-conformity；8-unconformity；9-reverse fault；10-fault and number；11-inferred or unknown fault；12-uranium deposit

4 构造样式对铀空间定位机制的研究

4.1 构造样式控制着氧化流体补给窗的开启，也是流体运移的驱动力

伊犁盆地南缘出露长达几十公里的构造斜坡带。尽管斜坡带各处有利于铀成矿的条件(如铀源、岩性岩相分布、地层结构、砂体特征、有机质及黄铁矿等吸附还原剂含量、补径排水动力条件等)基本相同，但往往铀矿床、矿段或矿点并不连续出现，而总是呈间隔性、选择性地分布在构造斜坡带的某些部位(古抗衡，2010)。伊犁盆地砂岩型铀矿具有层位多、构造稳定和构造活跃地区均有的特征。从其控制因素分析，构造样式对流体的补给和汇聚作用在成矿过程中其重要的决定意义。构造样式既反映了目的层以何种方式抬升、掀斜，造成氧化流体补给窗的开启，又反映了进入目的层中的流体往哪个方向运移、运移的速度如何。

从伊犁盆地南缘构造样式来看，盆地的掀斜是成矿的主要构造背景，发育在其基础上的纵弯背斜型、对冲构造型、单冲构造型等，反映了不同形态矿体的分布。以纵弯背斜型分布最为广泛，以对冲构造型最富。郎卡地区从控制的情况来看，单冲构造背景下，侧向流体补给的方式形成的氧化前锋线沿走向上规模最大。而褶皱型—达拉地构造样式，流体补给窗口开启范围太大，而向斜范围较小，使得氧化过于充分，不利于铀的富集，使得与砂岩充分接触的煤层吸附铀，形成煤岩型铀矿床。

从盆地构造样式与氧化带空间分布位置来看，东部乌库尔其背斜较西部库捷尔泰背斜隆起幅度大，因而氧化前锋线发育距离盆缘更远。自西向东后期抬升幅度增大，大幅度的抬升使得氧化流体的补给和空间运移距离增加，也使得矿体空间分布距离盆地边缘的位置更远(图7)。

图7 伊犁盆地南缘构造等高线与铀矿体平面分布Fig.7 Structurale contours and distribution of uranium ore bodies in south margin of Yili basin1-煤层(M10)顶板高程等值线及其标高;2-断层;3-西山窑组下段铀矿体;4-剥蚀区1-roof elevation contour lines and elevation of coal seam M10；2-faults；3-uranium ore bodies in lower segment of Xishanyao group；4-erosion area

4.2 单斜稳定地层中纵弯背斜是控制铀空间分布的主要构造类型

从目前发现的砂岩型铀矿来看，主要都分布在纵弯背斜的边缘，即便是发育在对冲构造下的蒙其古尔或发育在单冲构造背景下的郎卡地区，都与纵弯背斜的隆起密切相关。很明显，纵弯背斜构造控制矿床分布(图8)。

这种现象不仅在伊犁盆地出现，在吐哈盆地南缘也同样出现斜坡带纵弯背斜控制铀矿空间展布的情况。吐哈盆地南缘与伊犁盆地南缘构造背景相似，也是稳定的斜坡带，目前已发现的铀矿床，同样位于十红滩穹隆背斜翼部(权建平等，2006)。在准噶尔盆地，受大型隆起控制的卡拉麦里一带(准东地区)和车排子地区，亦是侏罗系铀成矿的有利地区(陈正乐等，2010)。

单斜的构造背景和纵弯背斜造成了侏罗系地层的掀斜。在背斜核部出露的地层或被第四系覆盖区域，含矿含水层在隆起地段剥蚀面宽，形成明显的地表水补给窗，背斜核部隆升幅度大，氧化流体补给充分，同时抬升也为流体的运移和汇聚提供充分的动力，是流体汇聚和铀矿化的发育的有利条件。

4.3 构造样式的稳定性和适度抬升，利于成矿作用的持续和多期叠加

伊犁盆地南缘铀成矿年龄测试表明，成矿具有多期性，而构造演化的一个重要特点是，构造样式形成以后，其几何形态和结构组合一致保持稳定的型式，后期构造作用主要表现为整体抬升。伊犁南缘西侧库捷尔泰背斜自形成至今，一致保持同样的形态，后期新构造运动的隆升主要表现整体的抬升，并没有破坏构造样式的基本形态，利于成矿作用的继续。蒙其古尔矿床受对冲构造的控制，天山后期隆升使得盆缘断层持续逆冲，也未破坏成矿单元的基本构造形态，而这种整体抬升，则是后期叠加富集的重要控制因素。后期抬升幅度较大的区域则改变了早期构造形式的基本形态，对成矿不利，如伊犁盆地南缘东段。

图8 伊犁盆地南缘中西段东西向剖面图Fig.8 East-west profile of west section in south margin of Yili basin 1-新近系和第四系；2-中下侏罗统水西沟群；3-煤层及代号；4-铀矿体；5-断层；6-钻孔及孔号1-Neogene and Quaternary strata；2-lower-middle Jurassic Shuixigou group；3-coal seam and code；4-uranium orebody；5-fault；6-drilling and hole

4.4 构造样式造成的次级稳定成矿地层单元是还原性气体的聚集场所，利于成矿元素的聚集

砂岩型铀矿氧化还原界面的控制因素之一是还原剂。我国砂岩型铀矿含矿层位多产于煤系地层。研究认为，成矿流体中普遍含还原性气体(吴柏林等，2007；修晓茜等，2015)，指示还原性气体与成矿存在一定的内在关联。局部隆起区和对冲断层封堵区是含煤地层演化所产生的还原性气体的聚集场所，这些场所使砂体还原性增强， 提高了地球化学反差度， 同时各种有机质组分大量存在增加了对铀矿物的吸附作用，使成矿元素聚集(王谋，2006)。

5 结论

(1)通过对伊利盆地南缘控盆构造和盆缘构造的综合研究，将南缘中新生代地层构造样式分为斜坡带型(单斜型)、纵弯背斜型、纵弯向斜型、对冲构造型、冲断层—褶皱型、同心褶皱型等。

(2)认为构造样式控制氧化流体补给窗的开启也是流体运移的驱动力，单斜稳定地层中纵弯背斜是控制铀空间分布的主要类型，构造样式造就了氧化流体的次级汇聚区域，利于氧化流体的汇聚，同时控制了还原性气体的聚集，制约着矿体的空间分布，构造样式的稳定性和适度抬升，利于成矿作用的持续和多期叠加。

(3)伊犁南缘构造稳定，找矿工作要围绕盆缘纵弯背斜周缘开展，加强构造、沉积耦合条件研究；中段地区郎卡至乌尔坦沟以西一带，为构造相对稳定地区，可考虑寻找类型蒙其古尔式对冲构造型或郎卡冲断层—褶皱型；东段后期构造活动强烈，要加强构造样式和构造期次的研究，在活动背景中找稳定地段，找矿类型上，要注意氧化流体的补给方式，考虑潜水氧化作用类型，砂岩型铀矿和煤岩型铀矿兼顾。

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Mesozoic Structural Styles and Their Relationship with Uranium Deposits in the Southern Margin of Yili Basin

CHEN Fen-xiong1,2,NIE Feng-jun1,ZHANG Cheng-yong1

(1.EastChinaInstituteofTechnology，Nanchang,Jiangxi330013；2.GeologicPartyNo.216,CNNC,Urumqi,Xinjiang830011)

The Yili basin is the area where sandstone type uranium deposits were found earliest,keeping constant breakthroughs in discovery of such deposits in the southern margin of the basin. From west to east,a series of deposits have been clarified,of which the distribution is closely related to structural styles. This work summarized the structure style types in this area,and analyzed the characteristics of oxidation fluid supply and migration law in different structures. Combined with the spatial distribution of uranium ore bodies,we suggested that the structural style is a key factor to control of the pattern of such ore bodies. Then we discussed the control mechanism of structural styles on the uranium location from the open of the oxidation fluid supply,convergence of fluid flows,and gathering of reducing gas. It was pointed out that the longitudinal bending anticline on the stable slope is the main structure controlling the orebody location. It is very important to analyze the regional stable mineralization and diversity of groundwater recharge under the constraints of different structural styles. Finally this work discussed the prospecting direction and the main uranium ore types in this area.

structural style;sandstone type uranium deposit,buckling anticline,orebody location,Yili basin

2015-06-22；

2016-03-08；[责任编辑]陈英富。

国家重点基础研究发展规划(973计划)(资助号：2015CB453002)和整装勘查关键基础地质研究计划项目(编号: 12120114007601)资助。

陈奋雄(1972年-)，男，教授级高级工程师，从事铀矿地质勘查及研究工作。E-mail：216chenfenxiong@163.com

P631.3 [文献标示码]A

0495-5331(2016)03-0480-09