准噶尔盆地中新生代古气候演化特征及对砂岩型铀成矿作用的制约

杨烨，何中波

（核工业北京地质研究院，北京100029）

准噶尔盆地中新生代古气候演化特征及对砂岩型铀成矿作用的制约

杨烨，何中波

（核工业北京地质研究院，北京100029）

准噶尔盆地位于新疆北部，是我国北方重要的砂岩型铀矿产出盆地之一。来自古生物、沉积体系、孢粉的证据显示，自中生代以来该盆地古气候经历了5次的潮湿、半潮湿-干旱、半干旱的古气候演化阶段；铀矿化产出层位为潮湿-半潮湿古气候环境控制下的产物，潮湿-半潮湿古气候环境之后的干旱-半干旱古气候环境则有利于铀的迁移及富集成矿。准噶尔盆地的主要铀矿找矿目的层为盆地的东缘、南缘和西北缘的侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组和头屯河组；次要找矿目的层为西北缘的白垩系吐谷鲁群、北部的古近系乌伦古河组。

准噶尔盆地；砂岩型铀矿；中新生代；古气候演化

准噶尔盆地是一个大型的复合叠加盆地，位于中亚矿集区，具有较好铀成矿条件，铀成矿潜力大，是我国北方重要的砂岩型铀矿产出盆地之一，一直受铀矿地质工作者们的关注。据前人研究资料，学者们在讨论砂岩型铀矿的成因机理时强调了古气候演化的重要性，认为这些砂岩型铀矿盆地含铀岩系沉积期的古气候演化对铀成矿起着十分重要的作用［1］，主要是由于在不同气候条件下形成的沉积建造、容矿层岩性组合制约了含矿层砂体的发育及含铀岩系内部的还原容量。准噶尔盆地自中生代以来的古气候经历了多次干旱-潮湿的演变，笔者着重就盆地中新生代古气候演化特征对砂岩型铀成矿作用的制约展开讨论，以期指导铀矿找矿。

1 准噶尔盆地区域地质

准噶尔盆地位于中国新疆北部，属大型山间盆地，现盆地面积达13万km2，处于次造山构造环境（图1）。盆地基底由前寒武纪结晶岩系和早、中古生代褶皱系组成；盆地盖层是晚古生代，中、新生代陆相沉积为主的沉积岩系，其中中生代的三叠系为粗碎屑的红色岩层，侏罗系为八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组的含煤岩系和齐古组红色岩系，白垩系为红色碎屑建造，这些层位具有良好铀源条件，铀资源勘探潜力大［1-5］。

2 准噶尔盆地古气候演化

图1 准噶尔盆地区域地质简图Fig.1Regional geological sketch map in Junggar basin

2.1 三叠纪—早侏罗世古气候交替期

三叠纪—早侏罗世总体具热带干旱古气候至亚热-温湿古气候特征（图2）。

早三叠世，准噶尔盆地整体抬升并遭受剥蚀之后，进入以伸展为主的沉降［4］。根据对早三叠世古水流分析和钻孔资料分析，盆地的沉积中心位于玛纳斯湖附近，主要为一套细碎屑岩和碳质泥岩的湖泊沉积体系［4］。沉积物主要为红色岩屑砂岩，沉积韵律清晰，表明早三叠世的气候变化比较稳定。红色岩层杂基含量高，结构及成分成熟度低，其中含有较多的新鲜正长石，反映沉积环境为氧化条件下的快速堆积与快速埋藏［4］，为热带-亚热带、干旱-半干旱的古气候环境。中三叠世地层上部夹有黑色煤层，晚三叠世郝家沟组孢粉组合以裸子植物为优势，蕨类孢子总量变低［6］，植被演替为气候变化的直接证据，表明该地区的晚三叠世可能属于温带-暖温带的潮湿气候环境，中-晚三叠世准噶尔盆地经历了由半干旱向半潮湿转化再转化为潮湿的过程。

2.2 八道湾—头屯河期古气候交替期

图2 准噶尔盆地中新生代古气候演化特征Fig.2Characteristics of Mesozoic-Cenozoic paleoclimate evolution in Junggar basin

早中侏罗世八道湾期开始直至西山窑期均处于半潮湿-潮湿气候的轻微波动环境下，至头屯河期气候则向亚热-干旱气候转变。

八道湾期岩层下段为灰色砾岩和浅黄色、灰绿色砂岩，局部夹薄煤层，中段为以泥岩和粉、细砂岩为主；上段为粉、细砂岩夹黑色碳质泥岩和煤层。在剖面露头中可以见到叠锥灰岩及菱铁矿层，黏土矿物中高岭石含量远远大于伊利石含量，由于在潮湿气候下沉积的岩石中高岭石含量高，伊利石含量低［7］，这一时期孢粉数量比例最大的广口粉属Chasmatosporites和苏铁粉属Cycadopites代表的气候环境也基本一致，常见于热带温湿环境中［8］，反映出该时期为温带潮湿气候。

三工河早期发育暗色泥岩，至中晚期煤层和碳质泥岩变少，甚至不发育，黏土矿物中伊利石含量增高，高岭石含量降低［9］，同时干旱环境的克拉梭粉属有个短暂激增又减少的过程，生物分异度及丰度显著减少［8］，反映三工河早期为热带-亚热带环境。三工河中-晚期生物种属增加及丰度又开始变大，中期代表潮湿气候的紫琪孢属略有增加，至晚期蕨类植物大量生长，裸子植物花粉以松柏类两气囊花粉和苏铁类单沟花粉为主，松柏类两气囊花粉在热带、亚热带及温带都很常见，指示干旱气候的掌鳞杉科花粉克拉梭粉属Classopollis也少量出现［8］，说明该时期气温不是很高，并已开始向潮湿气候转变，在末期已处于潮湿-半潮湿气候中。

西山窑期，盆地在燕山运动的挤压作用下开始逐渐抬升，在水退的环境下沉积了含煤的碎屑岩层，该时期煤层发育，沉积有灰白、浅灰和灰绿色砾岩、砂岩夹碳质泥岩、泥岩及煤层，与下伏三工河组整合接触。该时期生物繁盛，其孢粉中蕨类孢子含量较下伏地层大幅下降，分异度低，属种单调，呈不发育面貌，而裸子植物明显占优势，表明该时期气候可能为热带、亚热带或温带并且不适合蕨类生长的潮湿环境［8］，继承了三工河末期的潮湿-半潮湿气候并向热带潮湿气候转变。

头屯河期，沉积地层的颜色由灰色、灰黑色、黑色转变为灰色、浅灰、灰褐色、杂色及红色岩相，同时，该时期的生物分异度及丰度减小，掌鳞杉科及南洋杉科花粉增加，气候渐趋干旱，整体上为亚热带-热带半干旱气候。

2.3 头屯河—齐古期古气候交替期

头屯河期的古气候变为干旱气候，齐古晚期开始向半干旱-半潮湿的气候转变，至早白垩世变为半潮湿的气候环境。

头屯河晚期已完全处于干旱的气候中，齐古期发育一套红色泥岩、泥质粉砂岩，夹少量灰绿色砂岩、灰白色凝灰岩、凝灰质砂岩的地层。孢粉组合中掌鳞杉科相关的花粉Classopollis接近10%。这一趋势反映了准噶尔盆地气候在晚侏罗世为半干旱、半湿润的特点［10］。

2.4 齐古期—早白垩世古气候交替期

齐古中期为半潮湿-半干旱的气候环境，晚期至早白垩世已经转变为半潮湿气候，并开始向干旱环境转变，而早白垩世只经历了短暂的半潮湿环境之后则变为干旱-半干旱气候。

早白垩世，盆地整体开始沉降，沉积面积扩大，至晚白垩世盆地抬升，沉积范围又明显变小。清水河早期经历了短暂的应力松弛期，沉降速率较大，岩性以含砾细砂岩和细砂岩为主，经历了短暂的湿润气候，清水河末期开始变为干旱，呼图壁组和胜金口-连木沁组发育褐红色砂质泥岩，为干旱-半干旱气候［11］。

2.5 白垩纪至今的干旱沙漠气候

白垩纪经历了短暂的潮湿-半潮湿气候之后转变为干旱-半干旱气候至今。

古近纪时期，盆地南缘地区虽然受到燕山运动的影响，但是并没有从根本上改变盆地的构造格局，基本上继承了白垩纪稳定的凹陷形态。紫泥泉子组主要岩性属于河湖相碎屑岩，下部为红色、灰色，上部为褐色、棕红色，均为泥、砂的不等厚互层，下部较上部粒度更粗，反映沉积期气候早期湿润至中晚期转变为干旱［12］。乌伦古河组与紫泥泉子组为连续沉积，总体上为泥岩沉积，可见介壳灰岩，含丰富的鱼类、腹足类化石［13］。岩性总体为红色和杂色岩层，偶夹紫红色泥质条带，反映该时期应处于干旱环境中。在盆地北部的乌伦古河流域为局部潮湿环境，形成了一套灰色层。新近系沙湾组以褐红色泥质粉砂岩、泥岩为主，塔西河组岩性则以褐红色砂质砾岩为主，独山子组以褐黄色砂质泥岩、砾岩与砂岩互层较为常见。第四系西域组西域砾岩较为发育，夹灰色中粒岩屑砂岩、砂质泥岩透镜体等。这一地质时期气候呈现干湿交替的演变特征，但在整体上趋于干旱，朝干旱气候方向发展［14］。

3 古气候对砂岩型铀矿的控制作用

3.1 潮湿-半潮湿古气候控制含矿目的层

准噶尔盆地砂岩型铀矿赋矿层主要为侏罗系-古近系，其矿化有10个层组（表1），分别为：八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组、吐谷鲁群（清水河组、呼图壁河组、胜金口-连木沁组）、东沟组和乌伦古河组。

砂岩型铀矿属于沉积盆地内表生后生水成铀矿成因类型，因此中、新生代气候条件演化对形成含矿建造和后生改造富集成矿作用均具有重要的作用。对于砂岩型铀矿来说，中、新生代盆地盖层形成期的气候演化总体有一个由潮湿向干旱转化的单旋回或多旋回的过程是必不可少的重要条件，潮湿气候条件下形成的灰黑色陆相含煤碎屑岩建造、灰色陆相碎屑岩建造和由潮湿向干旱转折过渡或交替期形成的杂色碎屑岩建造是有利于形成砂岩型铀矿的含矿建造。

准噶尔盆地的古气候演化特征表明，盆地下侏罗统八道湾组、三工河组，中侏罗统西山窑组和头屯河组为潮湿气候环境，沉积含煤岩系建造有利于砂岩型铀成矿；齐古组时期为半干旱-半潮湿气候环境，沉积陆相红色碎屑岩建造，较有利于砂岩型铀成矿。下白垩统吐谷鲁群以辫状河沉积和滨湖沉积为主，为潮湿气候，据此说明准噶尔盆地的主要找矿目的层为八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组和吐谷鲁群。

准噶尔盆地在潮湿气候下形成的铀矿床以大庆沟矿床为典型代表，该沉积层位主要为中侏罗统西山窑组，该组含煤地层大量产出，潮湿的古气候环境使铀储层砂体中的还原介质丰富而且分布均匀，该时期是大庆沟矿床主要的含矿层形成的时期。在地表含氧水的作用下，铀源氧化为高价态，铀活动性强并以水溶形式迁入沉积砂体中，在西山窑组大量产出的灰色还原砂岩层中转变为低价态而富集，并形成稳定发育的层间氧化前锋线。所以在潮湿气候背景下的含铀岩系中，还原性沉积物会形成地球化学障，并对砂岩型铀矿化具有控制作用。该成矿时期的层间氧化带往往规模有限，纵向延伸较长。

准噶尔盆地南缘硫磺沟矿点的产矿层位为头屯河组，矿体赋存于头屯河组下部的黄色砂岩、细粒砂岩中。该区域头屯河期处于潮湿环境与干旱环境的转换时期，砂体中的还原介质丰度有限，分布不均匀，在垂向上还原介质丰度具有逐渐减少的趋势，在这种环境背景下，矿体为少量的卷状和大量的板状矿体产出［1］。

3.2 干旱古气候控制铀成矿作用过程

表1 准噶尔盆地铀矿化信息［15］Table 1Information of uranium mineralization in Junggar basin［15］

准噶尔盆地在八道湾—西山窑时期、吐谷鲁时期和乌伦古时期都经历了潮湿的古气候环境，这一古气候背景下形成含煤地层，并在含煤碎屑岩中有铀的容矿层位产出，之后经历了头屯河—齐古期以及古近纪中晚期至今长期的干旱环境，形成红色岩层，有利于地下水渗入发育层间氧化带，形成沉积改造型铀矿床。干旱环境下的富氧含矿流体运移到还原砂体区域，形成区域稳定发育的层间氧化带，并在还原层位形成铀矿化。因此，干旱-半干旱气候条件下形成的陆相红色碎屑岩建造也可成矿，但在后生改造期必须有下伏层位渗出型油气水还原作用的配合才可成矿，而气候演化旋回晚期的干旱-半干旱条件是后生改造富集成矿的重要有利条件。古气候单旋回演化的盆地一般只具有一个找矿目的层，古气候多旋回演化的盆地或有下伏层位渗出型油气还原流体后生改造作用参与的盆地可以有多个找矿目的层。在准噶尔盆地构造演化的过程中，盆地内部的构造运动差异性使原先沉积的地层被剥蚀掉了，从而造成准噶尔盆地西北缘在侏罗系沉积之后，经历了构造运动改造，使得白垩系吐谷鲁群出露地表，早白垩世之后经历了长期的干旱气候，从而在吐谷鲁群成矿，因此在构造运动的环境条件下，干旱的古气候环境更有利于铀成矿。

准噶尔盆地北部气候受地形和周围海域的影响，该区域古近系乌伦古河期存在一段半干旱-湿热气候，该时期以顶山矿床为典型代表。温湿气候下沉积了富含炭化植物残骸的砾-砂-泥沉积组合，下伏和上覆的干旱沉积使该时期形成一定规模的层间氧化带，矿化或异常一般见于氧化带底部附近和层间氧化带的上下翼。

从气候演化系列中看，准噶尔盆地早三叠世气候干旱，红层广布，晚三叠-早中侏罗世气候转变为潮湿并在西山窑时期发育大量含煤岩系，这一时期形成大的容矿层位，并在晚侏罗-早白垩世以后经历长期的干旱气候，使得大量的矿体均发育在中新生代的侏罗系和下白垩统当中。

4 结论

准噶尔盆地中新生代古气候经历了5次潮湿、半潮湿-干旱、半干旱的交替过程，分别为三叠纪—早侏罗世古气候交替期、八道湾—头屯河期古气候交替期、头屯河—齐古期古气候交替期、齐古期—早白垩世古气候交替期、白垩纪至今的干旱沙漠气候；

早-中侏罗世温暖潮湿的气候形成了八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组富有机质的有利含矿建造，主要分布于盆地东缘和南缘和西北缘，为砂岩型铀矿主要找矿目的层；早白垩世早期经历了短暂的潮湿-半潮湿气候，在白垩系底部形成了含较多有机质有利含矿建造，主要分布于盆地西北缘，为砂岩型铀矿次要找矿目的层；始新世-渐新世，盆地北部的局部区域形成了乌伦古河组灰色层，为砂岩型铀矿次要找矿目的层。自晚侏罗世开始，经历了齐古期、晚白垩-古新世、渐新世至今3个时期干旱-半干旱古气候过程，有利于铀的淋滤、迁移、渗入到含矿建造沉淀富集成矿，为砂岩型铀矿主要成矿期。

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Characteristics of Mesozoic-Cenozoic paleoclimate evolution and its constraint on mineralization of sandstone type uranium deposit in Junggar basin，Xinjiang，China

YANG Ye，HE Zhongbo

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Located in the north of Xinjiang，Junggar basin is on important basins which produce sandstone type uranium deposit in the north of China．Evidences from paleontology，sedimentary system and sporopollen show that palaeoclimate around the basin had experienced five time alternation from arid to humid during the Mesozoic，and that uranium producing formations were formed under the semihumid and humid paleoclimate environment，arid climate after the humid was propitious to uranium migration and enrichment．The main uranium prospecting target strata are the Badaowan Formation，the Sangonghe Formation，the Xishanyao Formation and the Toutunhe Formation of Jurassic in the eastern，southern and northwest margins of the basin．The secondary target strata are the Tugulu Group of Cretaceous in the northwest margin and the Wulunguhe Formation of the Paleogene in the north of the basin．

Junggar basin；sandstone type uranium deposit；Mesozoic-Cenozoic；the paleoclimate evolution

P619．14；P532

A

1672-0636（2016）03-0140-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2016.03.003

2015-08-10；

2016-04-01

杨烨（1988—），女，湖北孝感人，助理工程师，主要从事地球化学、古生物学、沉积学研究。E-mail:yycug015@gmail．com