准噶尔盆地中新生代构造沉积演化与砂岩型铀成矿作用关系探讨

何中波，刘章月，杨烨，郭强，宋继叶，冀华丽(核工业北京地质研究院,北京 100029)

准噶尔盆地中新生代构造沉积演化与砂岩型铀成矿作用关系探讨

何中波，刘章月，杨烨，郭强，宋继叶，冀华丽
(核工业北京地质研究院,北京 100029)

准噶尔盆地是我国重要的多能源矿产产出盆地之一。本文从盆地中新生代构造演化、沉积建造及古气候演化特征等基础砂岩型铀矿成矿地质背景入手，结合已知铀矿化发育层位、类型及分布范围特征，综合分析了准噶尔盆地中新生代构造沉积演化对砂岩型铀成矿的控制作用，认为：潮湿或半潮湿古气候环境有利于砂岩型铀矿含矿建造的发育；沉积建造类型控制铀矿化发育层位及容矿空间；构造活动期次及强度控制铀矿化发育时间、期次及保存与破坏。

准噶尔盆地；构造活动期次；古气候环境；沉积建造；砂岩型铀矿

准噶尔盆地是新疆境内3大盆地之一，面积约13×104km2，是我国石油、天然气和煤等能源矿产的重要产出区之一。盆地砂岩型铀矿找矿工作开始于20世纪50年代，经过近60年找矿和勘探发现了一大批铀矿床、矿点及异常点，但尚未发现中型以上铀矿床。前人针对准噶尔盆地砂岩型铀矿成矿环境的研究主要集中在某一方面或局部地区[1-10]。本文重点分析了已知铀矿化发育层位、类型及分布等特征，从盆地中新生代构造-沉积演化入手，结合砂岩型铀矿成矿规律，系统分析了中新生代构造沉积演化对铀成矿的控制作用，以期对盆地铀矿勘查工作有一定帮助。

1　盆地地质背景

准噶尔盆地与全球著名的砂岩型铀矿聚集区——中亚铀矿聚集区毗邻，是新疆“三山夹两盆”的主要组成单元之一。在大地构造位置上，准噶尔盆地位于准噶尔地块的核心稳定区，处于哈萨克斯坦古板块与西伯利亚古板块及塔里木古板块的交汇部位，是一个三面被古生代缝合线所包围的晚石炭世到第四纪发展起来的大陆板内沉积盆地[11-12]。自古生代以来，盆地构造演化可大致划分为3个较大的演化阶段：①前震旦纪古陆形成阶段；②震旦纪到石炭纪盆地基底演化阶段；③二叠纪至今叠合盆地发育阶段[13]。本文重点关注中新生代演化阶段，即三叠纪至今，板内压陷、均衡演化阶段。盆地内中新生代为陆相沉积演化阶段，主要盖层为三叠系、侏罗系、白垩系、古近系及新近系（图1）。

2　盆地中新生代构造沉积演化

2.1中新生代构造演化特征

中新生代以来准噶尔盆地经历了陆内拗陷及再生前陆盆地两大构造-沉积演化阶段（表1）[11-13]。

坳陷盆地发育阶段(T—K)中、新生代时期，我国西部盆地的发展与特提斯构造演化密切相关。自三叠纪开始准噶尔盆地进入坳陷发展阶段，各期沉积主要受控于重力均衡作用，断裂多具同生性质，对坳陷的发育也具一定控制作用。在漫长的坳陷发育中经历了2次较为强烈的构造运动——印支、燕山运动，据各自演化特征又将其分为受印支运动影响的坳陷阶段（T）和受燕山运动影响的坳陷阶段（J—K），砂岩型铀矿的主要研究对象为受燕山运动影响的坳陷阶段。

再生前陆盆地发育阶段(E—Q)古近纪以来，印度板块向欧亚板块强烈俯冲，造成沿板内缝合带发生强烈造山运动。北天山地区受此影响也快速大幅度隆升，并向北冲断推覆，使准噶尔盆地南部地壳遭受挤压发生弯曲，在山前形成陆内造山型前陆盆地。据第三系厚度资料分析，盆地以整体抬升为主，特别是盆地腹部和北部地区。其中，北部抬升幅度最大，呈北升南降趋势，沉积坳陷收缩至盆地南缘沿天山一线，沉积了厚约4 000~6 000 m的磨拉石建造，促使该区侏罗系煤系生烃层的成熟。同时，扭压应力在盆地南缘形成了喜马拉雅期成排成带的雁列式褶皱和断裂，北缘一些基底断裂受其影响而复活，在上覆浅层形成一些平缓的低幅度背斜。

图1　准噶尔盆地铀矿地质简图Fig.1 Geological sketch map of Junggar Basin

2.2中新生代古气候演化特征

中生代以来，准噶尔盆地古气候大致经历了干旱-潮湿-干旱的古气候旋回，具体表现为：三叠纪主要处于干旱性古气候环境中[14-15]。早中侏罗世属亚热-温湿性气候，局部时期向干旱气候波动，主要发育一套暗色含煤碎屑岩建造；晚侏罗世开始整体趋于干旱，属热带-亚热带干旱气候[16]，主要发育红色、杂色碎屑岩建造。白垩纪沉积初期已由侏罗纪末的干旱气候变为潮湿气候，发育灰色碎屑岩建造，并在经历了短暂的潮湿气候之后，在清水河组末期向半干旱古气候转变，在白垩纪晚期变为干旱性气候[17]，发育一套杂色碎屑岩建造。古近纪持续表现为干旱性古气候[18]，发育杂色碎屑岩建造，在局部干旱湖泊区发育小面积暗色碎屑岩建造；新近纪古气候呈干湿交替特点，但整体趋于干旱，尤其是晚期干旱性古气候特点更突出[19]。

2.3沉积充填演化特征

准噶尔盆地中新生代侏罗纪以来充填沉积最厚约10 000 m，包括侏罗系（八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组、齐古组、喀扎拉组），白垩系吐谷鲁群，古近系和新近系等地层单元，可划分为3个阶段（表1）：

三叠—侏罗纪中央隆起边缘沉降多侧陡冲的扭压挠曲盆地充填阶段 包括3幕：①三叠系上仓房沟群—小泉沟群为充填一幕：下部以褐色、紫红色砾岩、砾质泥岩夹砂岩为主，上部为深灰色泥岩、砂岩、砂砾岩；②八道湾组—三工河组—西山窑组为充填二幕：以灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、含砾砂岩和砾岩为代表，其中，八道湾和西山窑组中发育若干稳定煤层；③头屯河组—齐古组—喀扎拉组为充填三幕：紫红-杂色泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩或砂岩沉积。

表1　准噶尔盆地中新生代构造-沉积演化序列表Table 1 Tectonic sedimentary evolution sequence of Mesozonic-Cenozonic in Junggar Basin

早白垩世—古近纪均衡沉降的均衡挠曲盆地充填阶段 为一套泥岩夹介壳灰岩、砂泥岩互层，含少量砾岩，后者以砂砾岩为主，夹薄层泥岩。

新近—第四纪南缘逆冲逐渐加强，压陷形成类前陆盆地阶段 为一套陆相粗碎屑岩，具前陆盆地晚期沉积的陆相磨拉石组合特征。

总之，准噶尔盆地中新生代为叠合的陆相压性盆地，总体上经历了从侏罗纪潮湿湖盆到半潮湿-半干旱湖盆至早白垩世—新近纪的干旱湖盆，并经历多期从滨浅湖盆、浅湖-半深湖盆到浅湖盆，最后为滨浅湖、冲积平原的充填演化过程。

3　盆地已知铀矿化发育特征

准噶尔盆地铀矿化具多层位、多成因、多部位、多期次特点。目前已知铀矿床、矿点及矿化点、异常点共计50余个（表2），在盆缘广泛分布（图2）。

3.1发育层位

中新生界侏罗系—新近系各层位均赋存铀矿化，已发现铀矿化的地层组10余个，分别为：八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组（或石树沟群）、齐古组、清水河组、呼图壁河组、胜金口组（吐鲁谷群）、东沟组、红砾山组、安集海河组、乌伦古河组和沙湾组（表2）。

表2　准噶尔盆地铀矿化统计表Table 2 Statistical of uranium mineralization in Junggar Basin

3.2矿化类型

准噶尔盆地铀矿化类型较多，按成因及容矿主岩可分为3类：砂岩型、煤岩型及复合成因型（成因上与油气及地沥青具一定关系）。煤岩型的有大庆沟矿床、火烧山矿化点及和什托洛盖异常点等，主要赋存层位为中侏罗统西山窑组；复合成因型主要有石梯子矿点、乌尔禾矿化点、喀拉扎矿点等，主要分布于盆地南缘独山子-乌鲁木齐一带及西北缘乌尔禾一带，与油气产出部位关系密切，赋存层位主要为下白垩统吐谷鲁群、侏罗系及古近系；在南缘博格达山前二叠系中发育与地沥青化有关的砂岩型铀矿化，如红雁池矿化点。砂岩型铀矿化较普遍，矿床（点）及矿化点较多，发育层位也较多，侏罗系至古近系各层位均有分布（表2，图2）。

图2　准噶尔盆地铀矿化分布图Fig.2 Distribution map of uranium mineralization in Junggar Basin

3.3分布特征

盆地南缘主要发育砂岩型及地沥青型铀矿化，主要分布于南缘三排褶皱构造的第一排褶皱带；盆地东部主要发育砂岩型铀矿化及煤岩型铀矿化，多分布于卡拉麦里山山前部位；盆地北部目前发现的砂岩型铀矿化，以发育于古近系中的顶山矿床为代表；盆地西北部3种类型铀矿化均有发育，其中，煤岩型铀矿化主要发育于西北部和什托洛盖山间坳陷中，地沥青型主要发育于乌尔禾地区，砂岩型则在全区均有发育。

由上可知，砂岩型铀矿在盆地内分布最广，煤岩型铀矿化的发育局限于东部和西北部的产煤坳陷中，地沥青型铀矿化的发育则与油气产出部位具一定联系。

4　结论与讨论

4.1潮湿或半潮湿古气候环境有利于砂岩型铀矿

含矿建造的发育

在系统分析盆地已知铀矿化发育层位基础上，结合古气候演化研究结果发现：准噶尔盆地绝大多数铀矿化建造均为潮湿或半潮湿古气候环境控制下形成的（图3），表明古气候环境对铀矿化容矿空间的发育具较强控制作用。

4.2沉积建造控制铀矿化发育层位及容矿空间

准噶尔盆地中新生代陆相碎屑岩建造可大致划分为陆相暗色含煤碎屑岩建造、陆相红杂色碎屑岩建造及陆相磨拉石建造3大类型。

陆相暗色含煤碎屑岩建造主要由中下侏罗统八道湾组、三工河组和西山窑组组成，广泛分布于盆地内部及盆缘，属较典型的煤系地层，盆缘一般埋藏较浅，向盆内方向埋深迅速增大，大部分地区埋深超过1 000 m。该沉积建造主要为一套河湖（沼）相沉积，泥-砂-泥结构及砂体均较发育，砂体厚数米至数十米，原生砂岩富含有机质、黄铁矿，还原容量高，为盆内砂岩铀矿最有利的找矿目标层位。

图3　准噶尔盆地古气候演化及铀矿化发育层对照图Fig.3 Comparison map showing paleoclimate evolution and U-mineralization development layer in Junggar Basin

陆相红杂色碎屑岩建造主要由中上侏罗统、下白垩统吐谷鲁群和古近系乌伦古河组等层位组成，广泛分布于盆地边缘及内部。其中，中上侏罗统头屯河组整体呈“下灰上红，下砂上泥”的结构特征，为一套河湖相沉积，原生砂体具较强还原容量，为有利目标层位之一；吐谷鲁群为一套内陆湖相碎屑岩沉积建造，底部普遍发育一套砂砾岩，其余各层组主要为三角洲-滨浅湖沉积，整体呈下部灰色砂砾岩层、上部杂色砂泥岩互层的结构特征，其沉积环境为干旱、半干旱气候下的氧化-弱氧化环境，岩层中缺乏原生还原容量；乌伦古河组整体为一套下粗上细的杂色砂岩层，属干旱-半干旱气候下的辫状河-辫状河三角洲沉积，具一定还原容量。

暗色含煤碎屑岩建造及红杂色碎屑岩建造的灰色层中均发现大量铀矿化点或异常点，为准噶尔盆地主要的含铀建造（表3）。

4.3构造活动期次及强度控制铀矿化发育的时间、期次及保存与破坏

磷灰石裂变径迹分析结果表明[20-24]，准噶尔盆地中生代以来经历了晚侏罗世、晚白垩世及新生代几期主要的抬升与剥蚀事件，导致盆地面积萎缩、沉积层变薄，发育多个沉积不整合面（表4）。

表3　准噶尔盆地中新生代沉积建造类型及含铀信息Table 3 Sedimentary formation and uranium mineralization information of Mesozonic-Cenozonic in Junggar Basin

表4　准噶尔盆地侏罗纪以来不整合面发育特征Table 4 Developmental characteristics of unconformity in the Jurassic of Junggar Basin

侏罗系顶、底及其内部不整合广泛发育，使侏罗系顶部普遍发育古风化壳。燕山运动第Ⅰ幕、第Ⅱ幕在准噶尔盆地表现强烈，西山窑组与下伏地层之间在盆地西部车排子地区呈削蚀不整合特征，侏罗系头屯河组与西山窑组之间在盆地东部也呈削蚀不整合特征。阜东斜坡区发育J3q/J2t和K/J3q等多个不整合面，且以J3q/J2t为主；盆地腹部中侏罗统下部西山窑组和上部头屯河组之间角度不整合清楚，呈区域性不整合，沉积间断时限达4~10 Ma[25]，剥蚀厚度达100~340 m[25-26]，为砂岩型铀成矿提供了构造和时空条件。在车排子和莫索湾地区的车莫隆起一带白垩系与侏罗系呈角度不整合，侏罗系严重缺失[11,27-30]，K/J不整合界面下红层厚度平均30 m，呈面状分布，自不整合界面向下褐色蚀变作用明显减弱并逐渐消失，具潜水氧化特点。

准噶尔盆地晚侏罗世多期次的构造抬升活动，使盆缘中下侏罗统的含煤碎屑岩建造在发育一定程度掀斜的同时出露地表，遭受大面积剥蚀，形成多期次不整合面。在其发育过程中，含铀含氧水通过不整合面渗入有利成矿建造中，经一定时间积累会在有利成矿建造中发育铀元素的富集，最终形成铀矿化。不整合面为铀矿化的发育提供了良好的、长期稳定的含矿流体运移条件，这也是中下侏罗统在被白垩系大面积超覆的情况下仍能发育一定规模铀矿化的根本原因之一。

晚白垩世，随着喜马拉雅地块向欧亚大陆南缘挤压拼贴，盆地周缘普遍处于抬升剥蚀状态，早期盖层遭受长期风化及氧化淋滤作用的改造，盆缘构造抬升及掀斜作用为含铀含氧水渗入提供了良好的构造条件，为铀矿化的发育奠定了基础。

新近纪以来，伴随着印度板块与欧亚板块的碰撞作用，准噶尔盆地南缘急剧隆升，强烈的构造挤压与抬升剥蚀，使早期形成的铀矿体遭受强烈破坏，局部地区古矿体可能完全消失。如在喀拉扎断裂以南头屯河东岸的山前褶皱带，地表中、下侏罗统中可见多处异常，但铀异常仅局限于地表，深部砂体均为原生灰、灰绿色。

[1]林双幸，师志龙.准噶尔盆地北部层间氧化带砂岩型铀矿形成条件分析[J].铀矿地质,2000,16（4）:193-198.

[2]师志龙.准噶尔盆地北部古近系挤压推覆构造与沉积耦合分析[J].新疆地质,2002,20（2）:115-117.

[3]鲁克改.东准噶尔大井地区中下侏罗统沉积特征及砂岩型铀矿成矿条件分析[J].新疆地质,2002,20（2）:118-121.

[4]刘健,陈正乐,张红喜,等.准噶尔盆地西北部中新生代地层铀矿成矿能力探讨[J].地质力学学报，2003,9(3):241-245.

[5]陈正乐,刘健,宫红良,等.准噶尔盆地北部新生代构造活动特征及其对砂岩型铀矿的控制作用[J].地质学报，2006,80(1):101-111.

[6]姜勇彪,刘帅,巫建华,等.新疆准噶尔盆地西北缘吐谷鲁群沉积体系分析[J].铀矿地质，2008,24(1):17-23.

[7]张全庆,张新科,任满船.准噶尔盆地乌尔禾地区铀成矿水文地质条件分析[J].世界核地质科学，2009,26(2):76-80.

[8]陈正乐,鲁克改,王果,等.准噶尔盆地南缘新生代构造特征及其与砂岩型铀矿成矿作用初析[J].岩石学报，2009,26(2):457-470.

[9]何中波,秦明宽,黄志新,等.准噶尔盆地西北缘侏罗系铀成矿远景分析[J].新疆地质，2013,32(3):400-404.

[10]宋继叶,秦明宽,蔡煜琦,等.准噶尔盆地基底结构特征及其对砂岩型铀矿成矿的影响[J].地质论评，2015,61(1):128-138.

[11]何登发，翟光明，况军.准噶尔盆地古隆起动力学演化特征[J].地质科学，2005,40(2):248-261.

[12]何登发，周路，吴晓智.准噶尔盆地古隆起形成演化与油气聚集[M].北京：石油工业出版社.2012,6-10.

[13]李丕龙.准噶尔盆地构造沉积与成藏[M].北京：地质出版社.2010.

[14]邓胜徽,卢远征,徐道一.三叠纪末生物集群绝灭事件[J].中国科学, 2005,35(9),799-809.

[15]卢远征,邓胜徽.准噶尔盆地南缘三叠纪—侏罗纪之交的古气候[J].古地理学报,2009,11(6):652-660.

[16]罗正江,王睿,赵建华,等.准噶尔盆地西北缘晚二叠世—侏罗纪大孢子组合[J].新疆地质,2007,25(3),243-247.

[17]胡清月.新疆准噶尔盆地南缘晚侏罗世齐古组孢粉化石组合与年代地层[D].北京：中国地质大学（北京）2014.

[18]李博.准噶尔盆地南缘紫泥泉子组沉积特征研究[D].北京：中国石油大学,2011.

[19]潘春孚,纪友亮,高志勇，等.准噶尔盆地南缘新近系层序类型与发育模式研究[J].断块油气田,2011,18(1):34-37.

[20]李丽,陈正乐,祁万修,等.准噶尔盆地周缘山脉抬升-剥露过程的FT证据[J].岩石学报,2008,(05):1011-1020.

[21]李玮,胡健民,渠洪杰.准噶尔盆地周缘造山带裂变径迹研究及其地质意义[J].地质学报,2010,84(2):171-182.

[22]韩宝福，季建清，宋彪，等.新疆准噶尔晚古生代陆壳垂向生长（I）—后碰撞深成岩浆活动的时限[J].岩石学报，2006,22(5):1077-1086.

[23]苏玉平，唐红峰，丛峰.新疆东准噶尔黄羊山碱性花岗岩体的锆石UPb年龄和岩石成因[J].矿物学报，2008,28(2):117-126.

[24]苏玉平，郑建平，Griffin W.L.，等.东准噶尔盆地巴塔玛依内山组火山岩锆石U-Pb年代及Hf同位素研究[J].科学通报，2010,55(30): 2931-2943.

[25]何登发，周路，唐勇，等.准噶尔盆地中侏罗统西山窑组与头屯河组间不整合面特征及其油气勘探意义[J].古地理学报，2007,9(4):387-396.

[26]周路,郑金云,雷德文,等.准噶尔盆地车莫古隆起侏罗系剥蚀厚度恢复[J].古地理学报，2007,9(3):243-252.

[27]朱允辉,孟闲龙.准噶尔盆地车莫古隆起的形成演化及其对腹部油气成藏的影响[J].中国西部油气地质，2005,1(1):55-57,108.

[28]孟闲龙.从成岩演化探讨准噶尔盆地腹部区块优质储层的分布规律[J].中国西部油气地质，2005,1(1):51-54.

[29]吴晓智,张年富,石昕,等.准噶尔盆地车莫古隆起构造特征与成藏模式[J].石油地质,2006,1:65-68,84-85.

[30]赵宏亮.准噶尔盆地车莫古隆起演化及其控藏规律[J].新疆石油地质，2006，27(2):160-162.

Mesozoic Cenozoic Tectonic-sedimentary Evolution and Metallogenesis of Sandstone-typeUraniumDeposit in J unggar Basin

He Zhongbo,Liu Zhangyue,Yang Ye,Guo Qiang,Song Jiye,Ji Huali
(Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing,100029,China)

Junggar basin,located in the north of Xingjiang,is one of the most important basins producing multi-mine resources.On the basic study of Mesozoic and Cenozoic-Era tectonic evolution,sedimentary formation,evolution characteristics of paleoclimate,and development horizon,type,distribution characteristics of uranium mineralization.In paper Analysed the controls of tectonic-sedimentary evolution for sandstone Uranium mineralization.In brief,this paper suggests that:(1)Humid and semi-humid paleoclimate environment are in favor of the development of ore-bearing formation of sandstone uranium deposit;(2)The type of sedimentary formation controls the development horizon of Uranium mineralization and accommodation;(3)Issue of tectonic activity and intension control the development time、issue and preservation and destruction of Uranium mineralization.

Junggar Basin;Tectonic active period;Paleoclimate;Sedimentary formation;Sandstone uranium

1000-8845(2016)03-410-08

P534.6；P619.14

A

项目资助: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

2015-12-16;

2016-03-18;作者E-mail:hzb100029@163.com

何中波（1980-），男，湖北襄阳人，高级工程师，硕士，2006年毕业于核工业北京地质研究院矿产普查与勘探专业，从事铀矿地质科研工作