伊犁盆地南缘阔斯加尔地区西山窑组上段地球化学特征

尹　涛　伊海生　邱余波　李彦龙　张　伟

(1.成都理工大学地球科学学院；2.成都理工大学沉积地质研究院；3.核工业二一六大队)



伊犁盆地南缘阔斯加尔地区西山窑组上段地球化学特征

尹涛1伊海生2邱余波3李彦龙3张伟3

(1.成都理工大学地球科学学院；2.成都理工大学沉积地质研究院；3.核工业二一六大队)

摘要以伊犁盆地南缘阔斯加尔地区西山窑组上段为研究对象，对不同分带中采集的35件样品进行地球化学参数特征的归纳和分析，结果表明：①从氧化带到过渡带、还原带，不同分带中地球化学参数变化特征各异，其中U和有机碳的含量先增大后减少，表明在层间氧化带发育过程中U和有机碳发生了活化迁移并沉淀富集；②全硫和Fe2+的含量变化趋势相似，表现为随氧化程度的减弱而逐渐增大，Fe3+、Fe2+含量变化趋势相反，2种离子含量此消彼长，但总量基本保持不变。通过分析U与各还原性物质的相关性，发现U与Fe2+的富集沉淀表现为良好的正相关，其次是与全硫和有机碳，与Fe3+相关性较差。上述分析成果对于区内铀矿找矿工作有一定的参考价值。

关键词伊犁盆地西山窑组上段地球化学特征相关性

阔斯加尔地区位于伊犁盆地南缘乌库尔其铀矿床东部，具有一定的铀成矿潜力，其中西山窑组上段是该地区主要的含铀地层。乌库尔其铀矿床是我国20世纪发现的较重要的地浸砂岩型铀矿床，随着盆地勘查与科研工作的不断深入，铀成矿的研究相对较成熟，而盆地铀矿找矿的工作难度也随之越来越大。目前，伊犁盆地铀矿勘探工作的重点正逐步向现有铀矿床的深部和外围拓展，阔斯加尔地区位于乌库尔其铀矿床外围，该地区含矿地层发育的铀矿物与盆地南缘其他铀矿床的赋矿层系相似，其铀源主要由含矿砂体自身和盆地南缘的蚀源区提供。随着盆地整体勘探开发的重点偏移，阔斯加尔地区的勘查工作变得越来越重要，由于现阶段该地区勘查工作仍处于普查阶段，相关研究工作较滞后，尤其是对于含矿地层的地球化学特征，需进行进一步研究。为此，本研究采用分析微量铀、有机碳、Fe2+、全硫等地球化学参数的方法对该地区地球化学特征与铀成矿的关系进行分析，为伊犁盆地铀矿床外围的铀成矿勘查工作提供详实的基础地质资料。

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[1-2]。盆地总体可划分为北部褶皱带、中央凹陷带和南部斜坡带，且均沿EW向带状展布。在南北应力挤压作用下，盆地呈北陡南缓，东窄西宽，整体呈楔形，向西通向哈萨克斯坦，在我国境内的伊犁盆地狭义上不包括昭苏盆地，总面积约1.8×104km2[3-4]。阔斯加尔地区处于伊犁盆地南缘西段斜坡带，构造相对稳定，为次一级微隆起，称乌库尔其微凸起，区内未发现明显的构造产出(图1)。区内沉积盖层的出露或与第四系地层呈不整合接触，为大气降水对沉积盖层的补给和排泄打开了良好的构造“窗”，从而为铀成矿创造了良好的条件[5-6]。

图1　伊犁盆地阔斯加尔地区大地构造位置

伊犁盆地铀矿化主要赋存于水西沟群(J1-2sh)的暗色含煤碎屑岩建造中[7]。西山窑组(J2x)为水西沟群铀矿体最重要的赋存层位，其中西山窑组下段(J2x1)在整个盆地南缘中西段均赋存有工业铀矿化，而西山窑组上段(J2x3)工业铀矿化除了在洪海沟地区较发育外，在蒙其古尔、乌库尔其等地区也有一定规模的工业铀矿化发育[8]。阔斯加尔地区是乌库尔其铀矿床重要的资源接替区，具有一定的铀矿资源潜力[9]。西山窑组上段(J2x3)在伊犁盆地南缘普遍发育，地层厚度20.1～123 m，平均厚约61.4 m[8]。在阔斯加尔地区该地层以头屯河组(J2t)底部的含砾粗砂岩、砂砾岩和水西沟群(J1-2sh)的第10煤层(M10)为顶底标志，地层发育，分层界线清晰，整体以粗砂岩为主，为正韵律沉积。

2地球化学特征

伊犁盆地南缘发育的层间氧化带砂岩型铀矿，其成矿原理和成矿规律基本与常规的砂岩型铀矿一致，但也有其独特的变化规律。可将岩石色调、铁矿物和其他地球化学指标作为层间氧化带地球化学分带性划分的基本依据。地球化学障壁的存在也是层间氧化带砂岩型铀矿的1个较重要的控矿因素[10]。地球化学障壁的存在使流经砂体的层间氧化流体流速变缓，从而使含矿物质发生沉淀、富集，形成铀矿体。地球化学障壁的强弱会直接影响铀矿石的品位。目前，主要通过分析氧化带、过渡带以及还原带中的地球化学参数对地球化学障壁进行研究，其中最能反映地球化学障壁相关特征的是还原性元素和变价元素在砂体不同分带中的分布情况。

本研究采集了35件样品并分析测试了不同氧化带、过渡带和原生还原带中的还原性元素和变价元素的地球化学参数，结果见表1。通过对不同分带中的价态铀、价态铁、全硫、有机碳的含量参数的归纳、分类和统计(表2)，揭示了该区西山窑组上段含铀地层地球化学参数的变化特征。

由表1可知：①U含量自氧化带、过渡带到还原带，表现为先增大后减小，其中氧化带的含量最低，随着氧化强度的减弱，U含量逐渐增高，在过渡带达到最高(大于100×10-6)，至原生岩石带有所下降，但其含量明显大于氧化带，U含量的变化特征表明U在层间氧化带中发生了活化和向前迁移，并在过渡带富集成矿；②有机碳是重要的还原物质，其在含矿砂体中的含量变化规律与U非常相似，即过渡带中含量最高，还原带次之，氧化带最低(图2)，因有机碳在含氧含铀流体的强烈氧化作用下会发生损耗，导致有机碳含量在氧化带中有所降低，在过渡带中含量升高，说明有还原物质参与了铀成矿，使有机质和含铀物质皆在过渡带中沉淀与富集；③全硫在含矿砂体中含量的变化规律与有机碳区别明显，从氧化带到还原带，全硫的含量变化呈逐渐增大的趋势，表明随着氧化程度的增强，原生砂岩中的硫化物发生交代和蚀变的程度相应增大，同时可能有一些具有还原性质的硫化物(如硫铁矿等)在铀矿体形成前或形成过程中逐步形成；④铁离子是层间氧化带分带性判断的1个重要地球化学指标，Fe2+表现出与全硫相近的变化规律，从氧化带、过渡带再到还原带，Fe2+含量逐渐增大，Fe3+含量和w(Fe3+)/w(Fe2+)值的变化规律则与之相反，氧化带中Fe3+含量明显大于Fe2+，还原带中Fe2+含量明显大于Fe3+，但该2类铁离子的含量基本保持总量不变。一般情况下可将w(Fe3+)/w(Fe2+)值作为层间氧化带分带性的判定依据，不同地区的w(Fe3+)/w(Fe2+)值有所差异，一般来讲，氧化带w(Fe3+)/w(Fe2+)值远大于1，而w(Fe3+)/w(Fe2+)值小于或接近1时，则可初步判定为过渡带，但具体划分时还需同时参考U含量、有机碳含量等地球化学参数进行判定。

表1　西山窑组上段岩石地球化学参数

注：U含量单位为(×10-6)。

表2　西山窑组上段岩石地球化学参数氧化还原分带性统计

注：U含量单位为(×10-6)，还原带U含量均值基于16件样品计算得到。

图2　氧化还原分带地球化学参数百分比堆积柱状图

3相关性分析

阔斯加尔地区西山窑组上段U与有机碳、全硫、Fe2+的聚类分析和相关性分析结果揭示了U与各元素之间的相关性(图3)，其中U与Fe2+相关性最佳，其次是与全硫和有机碳，而与Fe3+相关性较差。有机碳在各分带中含量的变化与U相似，但由相关性数据分析可知，有机碳与U为正相关，相关性判定系数为0.499 7；全硫与U的相关性亦较低，相关性判定系数为0.443 9；U与Fe2+的相关性相对较好，为正相关，相关性判定系数为 0.620 3(图4)。

图3　西山窑组上段地球化学相关性分析

各分带地球化学参数变化特征分析表明：①当含氧流体流经氧化带时，岩石中的铀(U4+)被氧化溶解成可溶性铀(U6+)，含氧流体携带可溶性铀(U6+)继续向前迁移，使得氧化带岩石中铀含量明显降低；②当含氧含铀流体流经过渡带时，随着流体中氧的消耗和有机碳、全硫、Fe2+等大量还原物质的加入，在过渡带形成了氧化-还原地球化学障壁，使得可溶性铀(U6+)被还原成铀矿物(U4+)而富集沉淀，导致氧化还原过渡带岩石中铀含量急剧升高；③而当到达原生还原带后，由于流体中几乎不含氧和可溶性铀(U6+)，以及大量还原性物质的存在，使得氧化还原反应基本停止，而原生还原带岩石中铀含量明显大于氧化带，且U4+含量与U6+含量相差微小，可能反映的是该2种铀离子在原生砂体中的赋存状态。

图4　西山窑组上段U与Fe2+相关性图解

4结论

(1)U含量随着氧化程度的不同而变化，在氧化带最低，其次是还原带，而在过渡带中达到最高，表明U在层间氧化带中发育，发生了明显的活化和向前迁移，并富集成矿。

(2)从氧化带、过渡带到原生还原带，硫化物含量呈逐渐增大的趋势，有机碳含量表现出与U相似的变化趋势，表明在层间氧化带发育过程中有机碳同样易被氧化迁移。

(3)Fe3+与Fe2+含量揭示了Fe的一般变化规律，从氧化带到原生岩石带，Fe3+含量逐渐降低，而Fe2+含量逐渐升高，此消彼长，但二者总量基本保持不变，w(Fe3+)/w(Fe2+)值在一定程度上也反映了阔斯加尔地区西山窑组上段地球化学环境的分带性。

(4)U与Fe2+富集沉淀为正相关，而U与有机碳、全硫的相关性较差。

参考文献

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[8]邱余波，伊海生，王果，等.伊犁盆地洪海沟地区中侏罗统西山窑组上段沉积特征及其与铀成矿的关系[J].古地理学报，2014，16(4)：537-547．

[9]邱余波，伊海生，张占峰，等.伊犁盆地阔斯加尔地区西山窑组下段岩性岩相特征及与铀成矿关系[J].沉积学报，2015，33(4)：687-696.

[10]邱余波.伊犁盆地西南缘侏罗系沉积演化与砂岩型铀矿成矿作用[D].成都：成都理工大学，2015.

(收稿日期2016-02-25)

尹涛(1978—)，男，硕士研究生，610059 四川省成都市二仙桥东三路1号。