伊犁盆地小泉沟群沉积相及其与铀成矿的关系

王 果, 张成江, 邱余波, 倪师军, 王国荣

(1.成都理工大学 核技术与自动化工程学院，成都 610059；2.核工业二一六地质大队,乌鲁木齐 830011)



伊犁盆地小泉沟群沉积相及其与铀成矿的关系

王 果1,2, 张成江1, 邱余波2, 倪师军1, 王国荣2

(1.成都理工大学 核技术与自动化工程学院，成都 610059；2.核工业二一六地质大队,乌鲁木齐 830011)

伊犁盆地中上三叠统小泉沟群是近年来新发现的砂岩型铀矿化层位。根据单井沉积相、二维连井剖面沉积相、砂-泥岩平面变化特征，结合地层中砾岩发育规模、煤层发育特征以及沉积碎屑的颜色，认为伊犁盆地西南缘小泉沟群主要发育湖泊和冲积扇2种沉积类型。湖泊相往北东方向依次发育浅湖、半深-深湖、湖底扇等亚相；冲积扇主要是冲、洪积物快速入湖而形成的水下扇，主要发育在浅湖沉积环境中，由南往北、由中心向四周依次发育扇根、扇中、扇端等亚相。扇中沉积区由于碎屑颗粒适中、分选较好、规模相对较大，是发育层间氧化带和铀成矿潜力最大的区域。

伊犁盆地;小泉沟群;沉积相;冲积扇;砂岩型铀矿

伊犁盆地是中国重要的可地浸砂岩型铀矿基地[1]，其铀矿化主要产于中下侏罗统水西沟群(J1-2sh)暗色含煤碎屑岩建造(包括下侏罗统八道湾组、三工河组和西山窑组)，近年来在头屯河组(J2t)亦发现较大规模的铀矿体[2-3]。同时，在中上三叠统小泉沟群(T2+3xq)中发现有规模较大的层间氧化带及控制的铀矿化，为伊犁盆地南缘扩大铀找矿远景提供了新的方向[4]。

前人对伊犁盆地小泉沟群研究相对较少。董强强等[5]分析了伊宁凹陷小泉沟群的生油气意义，认为小泉沟群具有一定的生烃能力，是伊宁凹陷重要的生油岩段。郝以泽简单总结了苏东布拉克地区小泉沟群地球化学参数[6]。随着伊犁盆地南缘砂岩型铀矿找矿不断深入，对小泉沟群铀成矿条件和成矿潜力的深入研究尤为必要。本文从沉积体系及沉积相特征入手，结合构造、层间氧化带等控矿因素，对研究区小泉沟群的铀成矿条件做了较系统的分析和总结，以期对含矿新层位——小泉沟群今后找矿工作提供理论依据，进一步扩大伊犁盆地的铀矿找矿远景。

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，是在天山山脉隆升过程中，局部凹陷下沉而形成的大型山间拗陷盆地[7-8]。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3个东西向带状展布的构造单元(图1)。盆地基底主要为前震旦纪结晶基底、震旦纪-寒武纪初始盖层基底和古生界褶皱基底，盆地盖层自下而上发育有三叠系、侏罗系、新近系和第四系[9]。伊犁盆地主要的含铀层系为水西沟群，其次为上覆的头屯河组以及下伏的小泉沟群。

图1 伊犁盆地构造分带及研究区位置Fig.1 Tectonic division and location of study area in Yili Basin

在伊犁盆地南缘，小泉沟群主要发育在中西段的苏东布拉克-洪海沟地区，而在乌库尔其-蒙其古尔地区缺失。在研究区东部亦发育有小泉沟群，但是由于构造复杂，地层产状变化大，砂岩型铀矿成矿潜力较小。近年的铀矿地质勘查发现研究区(苏东布拉克-洪海沟地区)发育典型层间氧化带及其控制的砂岩型铀矿化。

研究区位于伊犁盆地南部斜坡带西部构造相对稳定区，区内岩层整体上呈南高北低、北偏西的单斜产出。研究认为含氧含铀流体由南部山前的露头经松散的第四系冲、洪积物往下渗流进入小泉沟群，进而发育有较大规模的层间氧化带及氧化-还原过渡部位的铀矿化。

2 沉积体系

前人对伊犁盆地南缘小泉沟群的沉积体系研究较少。董强强等[5]认为小泉沟群可分为上、下2段，下段主要为扇三角洲-滨浅湖沉积，上段主要为滨浅湖-半深湖沉积；在平面上从西南往北东方向依次发育扇三角洲、滨浅湖、半深湖-深湖，而研究区处于伊犁盆地西南缘，主要发育扇三角洲。通过对区内小泉沟群野外露头及钻孔岩心全面细致的观察和对比，笔者认为小泉沟群上段为半深湖-深湖相是合理的；而下段的沉积相类型则属于冲积扇，并且是冲积扇快速入湖而形成的水下扇，主要表现为以下3个方面。

a.冲积扇扇根沉积的砾岩在该区广泛发育。无论是在山前的露头区还是钻孔揭露的岩心，都可见有规模巨大的砾岩或砾石层。少数钻孔中小泉沟群的砾岩层厚度可达150 m(如zk13104)，冲积扇扇根沉积特征十分明显(图2-A)。

b.三角洲的标志性煤层在小泉沟群并不发育，甚至未见煤线。

c.小泉沟群出现的大量灰绿色-浅灰绿色砂、砾岩(图2-B，图2-A松散砾石层中见有零星的灰绿色泥质胶结物)，说明该沉积时期大部分都处于水下的弱还原环境。

图2 研究区小泉沟群砾岩(砾石层)发育特征Fig.2 Photograph showing conglomerate rock (gravel layer) of Xiaoquangou Group in study area(A)砾石层,zk1364，深度523～528 m; (B)灰绿色砾岩,zk1364，深度506.71 m

3 沉积相分析

3.1 单井沉积相分析

研究区内有将近20个钻孔揭露小泉沟群，本文选择揭穿整个小泉沟群且顶部未被剥蚀、测井曲线相对完整的zk1324孔来进行单井沉积相分析。zk1324孔位于13号勘探线北部，揭露层位有二叠系乌郎群(P1w)、三叠系小泉沟群(T2+3xq)、侏罗系八道湾组(J1b)以及第四系松散堆积物，其中小泉沟群是该孔主要目的层。小泉沟群角度不整合于下伏乌郎群之上(图3)，在609.5～643.4 m深度主要为灰色砾岩、砂砾岩，以及薄层的粗砂岩，砾石粒径为0.2～30 cm，分选差，为冲积扇扇根沉积。451.6～609.5 m深度主要为灰色-灰绿色粗砂岩、中砂岩、细砂岩，夹薄层灰色粉砂岩、泥岩。大量灰绿色的砂岩说明沉积环境主要发生在浅湖，是冲积扇快速入湖的产物。而与砂岩间互层的泥岩、粉砂岩，说明了物源供应量的交互变化，当南部山区的物源供应充足时主要沉积砂岩，当处于物源供应间歇期时则为泥岩、粉砂岩沉积。砂岩与泥岩的交互出现，也反映沉积环境随着沉积物供应量的变化在扇中与扇端之间交替变化。228.2～451.6 m深度为小泉沟群上段的厚层灰色泥岩，在区域内稳定发育，反映整个伊犁盆地南缘一次较大规模的水进沉积，沉积环境也逐渐相变为半深-深湖。191.5～228.2 m深度主要为滨浅湖滩坝沉积的灰色粗砂岩、泥岩、粉砂岩，表明在小泉沟群晚期，湖水逐渐退出盆地南缘，沉积环境演变为滨浅湖。顶部的煤层(191.5～193.4 m深度)是侏罗系与三叠系地层划分的重要界线。155～191.5 m深度为侏罗系水西沟群八道湾组，与下伏小泉沟群呈角度不整合接触。

3.2 连井剖面沉积相分析

在单井剖面沉积相分析的基础上，为了恢复研究区的区域古沉积环境，确定沉积环境在时间、空间上的分布格局及演化过程，在研究区中部选取了岩性变化较大、能较为全面地反映研究区岩相结构的13号勘探线来进行连井剖面的沉积相分析(图4)。

13线从南往北有4个钻孔，依次为zk13104、zk1388、zk1364、zk1324。垂向上，可以看出小泉沟群下段发育有2套相对比较稳定的砂体，夹稳定的泥岩层，本文分别称之为小泉沟群下段下亚段、上亚段。下亚段扇体粒度较粗，zk13104、zk1388发育厚层砾岩，主要为扇根沉积；到zk1364砾岩的厚度有所减小，但是仍占有很大比例；北部的zk1324砾岩厚度明显较小，中粗粒砂岩的厚度逐渐增加，沉积环境也由扇根逐渐转变为扇中，扇中沉积往上为扇端沉积的泥岩。上亚段扇体与下亚段相比粒度有所变细，从南往北，砾岩沉积的扇根规模逐渐变小，而扇中沉积的砂岩(通常为辫状河道砂体)厚度则逐渐变大；但是从zk1388开始，砂体中的泥岩夹层数和泥岩厚度也逐渐增加，反映了沉积环境由扇中逐渐转变为扇端的过程，尤其是北部的zk1324，砂岩与泥岩交互出现。沉积物受南部物源供应能力的大小影响很大，供应能力增大，扇体就会推至该处，从而发育扇中沉积的砂体；供应能力减小，扇体就会往南收缩，从而发育扇端沉积的泥岩。

图3 zk1324钻孔小泉沟群综合柱状图Fig.3 Synthetic column of Xiaoquangou Group for Well zk1324

小泉沟群上段为稳定的半深-深湖沉积的泥岩，由于后期构造隆升，顶部地层在南部被剥蚀从而与第四系不整合接触；而从北部未被剥蚀的zk1364和zk1324可以看出，半深-深湖厚层泥岩上面发育一层中等粒度的砂体或者砂、泥互层，反映了湖水已退出研究区而形成的滨浅湖环境。

3.3 砂、泥岩平面变化特征

研究区内揭穿小泉沟群的近20个钻孔岩性统计结果表明，小泉沟群的砂体以及泥岩在平面上的发育和变化规律较为明显。从砂体厚度等值线图(图5-A)可以看出，厚大砂体主要集中在30线-13线之间，在平面上呈扇状朵体展布，往东西两侧、往北砂体厚度逐渐减小。此外，在179线小泉沟群下段砂体厚度突然变大(>250 m)，可能存在一个独立的朵体；而101线和21线的钻孔砂体厚度却较小(<70 m)。179线小泉沟群上段泥岩最为发育(>330 m)，泥岩在平面上的发育和变化特征主要表现为厚度往北东方向逐渐增大，但增大趋势有所减小(图5-B)。

图4 研究区13号勘探线小泉沟群连井剖面图Fig.4 Connecting-well profile of Xiaoquangou Group from the No.13 prospecting line in study area

图5 研究区小泉沟群砂体与泥岩厚度等值线图Fig.5 Isopach map of sand body and mud rock thickness of Xiaoquangou Group in study area(A)小泉沟群下段砂体厚度等值线图; (B)小泉沟群上段泥岩厚度等值线图

3.4 沉积相平面展布特征

综合沉积体系讨论、单井沉积相分析、连井剖面沉积相分析，以及不同粒度岩性在平面上的发育和变化特征，本文认为伊犁盆地西南缘小泉沟群主要发育湖泊和冲积扇2种类型的沉积相，而且冲积扇是冲、洪积物快速入湖以后在浅湖环境下形成的水下扇(图6)。

图6 研究区小泉沟群沉积相平面分布图Fig.6 Distribution of sedimentary facies of Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Group in study area

3.4.1 湖泊相

在小泉沟群沉积时期，整个伊犁盆地南缘处于一次较大的水进沉积期，较大规模的湖水是湖泊相形成和发育的基础，研究区主要发育有浅湖、半深-深湖、湖底扇等3个亚相。

a.浅湖：浅湖沉积是位于滨湖亚相内侧至浪基面以上的地带，水体较滨湖区深，处于弱氧化-弱还原环境，岩石多呈浅灰色、灰绿色。研究区绝大多数钻孔揭露的小泉沟群下段砂体除部分被后期层间氧化为浅红色、浅黄色以及紫红色外，大多呈浅灰-灰绿色。因此，在研究区范围内小泉沟群主要发育浅湖沉积。

b.半深-深湖：根据钻孔揭露的泥岩发育特征，总体上从南往北、从西往东泥岩有逐渐变厚的趋势；而越往北东方向，泥岩厚度有明显变大的趋势。由此可知浅湖沉积往北-北东方向，沉积环境逐渐转变为水动力条件弱、碎屑粒度最细的半深-深湖沉积。

c.湖底扇：从揭穿小泉沟群的钻孔资料可以看出101线、21线小泉沟群下段砂体发育较差，但是在179线砂体却非常发育，且大部分为灰色砂-砂砾岩，因此可推测在浅湖与冲积扇的末端，存在一个较陡的斜坡，冲积扇体携带的粗粒碎屑在此快速卸载，从而在深湖环境中形成湖底扇。

3.4.2 冲积扇

冲积扇主要是冲、洪积物快速入湖而形成的水下扇体，因此主要发育在浅湖沉积环境中，可进一步识别出扇根、扇中、扇端等亚相。

a.扇根：扇根位于冲积扇的根部，沉积坡度较陡，沉积宽度较小，但是沉积厚度大。在工作区主要发育在13线-30线南部，岩性主要为成分复杂、分选差、无组构的混杂砾岩。砾岩层厚度较大，普遍大于140 m；具有块状构造和明显的冲刷面，砾间充填黏土及砂级杂基。

b.扇中：主要分布在13线-30线北部，13线以东，以及102线-70线之间，构成了冲积扇的格架。岩性主要为成分复杂、分选较差的砂岩、砾质砂岩和砾岩，砂岩和砾质砂岩总体含量较高。由于分布面积较大，且砂体的粒度和厚度相对适中，扇中沉积是工作区内铀成矿潜力最大的部位。

c.扇端：位于冲积扇的四周，沉积坡度变缓，沉积物变细，岩性主要为细砂岩、粉砂岩和泥岩。由于是快速入湖形成的水下扇体，扇端与浅湖沉积已很难区分。受湖水的影响，扇端沉积的厚度较薄，宽度也相对较小。

4 沉积相与铀成矿的关系

层间氧化带砂岩型铀矿床的形成是一个复杂的地质过程，是多种成矿条件相互约束、相互作用的结果，其中岩性岩相、构造改造、地下水动力等三大条件是基础，决定矿床的定位[10]。而砂岩型铀成矿的首要条件是砂体是否发育，也是指导勘查工作和靶区优选的重要依据。研究区小泉沟群总体呈往北倾的单斜带，倾角在5°～7°，十分有利于砂岩型铀矿的形成和发育；小泉沟群砂体中发育较大规模层间氧化带，说明含氧含铀流体层间渗流的地下水动力体系较为完善。

通过对伊犁盆地西南缘小泉沟群沉积特征研究，认为该层位层间氧化带仅形成于具有入湖冲积扇砂体发育的部位，分布较为局限，其严格限制于扇根和扇中相有一定厚度和规模的砂体范围内(图6)。扇端和半深-深湖沉积由于碎屑粒度较细(主要发育泥岩、粉砂岩)，则不发育层间氧化带和铀矿化；湖底扇尽管发育有砂体，但是规模较小，且位于深湖沉积环境中，砂体呈相对独立的透镜体产出，不具备层间氧化带发育的补给窗口(图6)；由于扇根和扇中沉积离山前物源和铀源区较近，砂体发育，因此有利于层间氧化带和铀矿化的形成。

从剖面图可以看出，铀矿化则又明显受层间氧化带过渡部位的控制，总体变化趋势是从氧化带往其发育方向上翼部矿化逐渐变高，上翼矿体厚度从0.1 m逐渐增高至0.4 m，品位(质量分数)从0.010%增至0.023%(图7)。但受钻探深度限制，目前该层位揭露到的层间氧化带埋深已经达到1 km左右，仍未揭露到氧化-还原过渡带和还原带。因此，其前锋线含矿性仍需开展进一步探索工作。

图7 102号勘探线小泉沟群铀成矿剖面示意图Fig.7 Schematic diagram of uranium deposit mineralization of Xiaoquangou Group in No.102 prospecting line

5 结 论

a.伊犁盆地西南缘小泉沟群分为上段和下段，上段为厚层泥岩，下段为层间氧化带和铀矿化发育的砂、砾岩段。厚度和规模都很大的砾岩在小泉沟群下段广泛发育，但是与三角洲沉积相关的煤层却很少见。在小泉沟群地层还原带中，可见大量灰绿色-浅灰绿色砂、砾岩。小泉沟群上段主要为半深-深湖沉积，下段为快速入湖的水下扇沉积。

b.伊犁盆地西南缘小泉沟群主要发育湖泊和冲积扇2种沉积相类型。随着湖水和沉积凹陷的逐渐加深，湖泊相往北东方向依次发育有浅湖、半深-深湖、湖底扇等亚相。冲积扇主要是冲、洪积物快速入湖而形成的水下扇，主要发育在浅湖沉积环境中，由南往北、由中心向四周依次发育扇根、扇中、扇端等沉积亚相。

c.研究区小泉沟群下段扇根和扇中沉积相发育有一定厚度和规模的砂体，有利于层间氧化带和铀矿化的形成；但扇中沉积区砂体厚度适中、分选较好、规模相对较大、渗透性较好，其层间氧化带砂岩型铀矿成矿潜力更大。

中国核工业地质局郭庆银研究员、核工业二一六大队王保群研究员、张占峰研究员对小泉沟群沉积相的划分和归属提出了宝贵的意见，项目组郝以泽、王强强、陈虹等在野外及资料整理过程中也付出不少的时间和精力，作者在此一并向他们表示衷心的感谢！

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Study of sedimentary facies and its relationship with uranium deposit of Xiaoquangou Group at the southwestern margin of Yili Basin, Xinjiang, China

WANG Guo1,2, ZHANG Cheng-jiang1, QIU Yu-bo2, NI Shi-jun1, WANG Guo-rong2

1.CollegeofNuclearTechnologyandAutomationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China； 2.GeologicPartyNo.216,CNNC,Urumqi830011,China

Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Group is a stratum bearing sandstone-type uranium in Yili Basin. The analyses of sedimentary facies of single drilling well and connected drilling well profile, the plane-distribution change of sandstone and mudstone, the development scale of conglomerate rock, development characteristics of coal, and the color of sedimentary debris indicate that in the deposition period of Xiaoquangou Group there are two kinds of sedimentary facies: lake and alluvial fan at the southwestern margin of Yili Basin. Along the northeast direction, the subfacies change from shallow lake, semi-deep and deep lake, to sublacustrine fan facies gradually. Alluvial fan is the underwater fan formed by alluvium and diluvium quickly flowed in lake, and developed in the environment of shallow lake. From south to north, from center to periphery, the subfacies change from fan-root, fan-middle, to fan-terminal. Because of the characteristics of moderate grain size, better separation, and relatively large scale, the sedimentary area of fan-middle is the ideal area for developing interlayer oxidation zone and uranium metallogenic potential.

Yili Basin; Xiaoquangou Group; sedimentary facies; alluvial fan; sandstone-type uranium ore

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.10

1671-9727(2016)06-0719-08

2015-11-17。 [基金项目] 国家自然科学基金项目(U1403292)；中国核工业集团重点科技专项(地ZD162-1)；中国地质调查局项目(12120114007601)。

王果(1969-),男,研究员级高级工程师,研究方向：铀矿床学, E-mail:applekingwangguo@263.net。

张成江(1955-),男,教授,博士生导师,研究方向：铀矿地质学, E-mail:zcj@cdut.edu.cn。

P619.14

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