吐哈盆地克尔碱向斜构造特征与砂岩型铀矿目的层沉积相、微相及其找矿意义

姜美珠，聂逢君，张成勇，严兆彬，张 鑫，乔海明，周 伟

(1. 核资源与环境国家重点实验室(东华理工大学)，江西 南昌 330013；2.核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

吐哈盆地是我国西北地区重要的砂岩型铀矿产地，目前在盆地南缘的十红滩、八仙口等区域找到中大型铀矿床，在苏巴什、白咀山、迪坎儿等地区找到具有良好前景的矿化点。在西部的二级构造单元布尔加凸起上的克尔碱向斜内也找到了若干矿点、矿化点和异常(图1)。前人对吐哈盆地砂岩型铀矿的成矿控制因素做过部分研究工作，盆地内中、下侏罗统水西沟群是区内唯一的含矿岩系，在盆地南缘觉罗塔格山北麓山前地带断续出露，自下而上可分为八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)(周巧生等，2003)，铀矿化主要发育于西山窑组, 其中下段和上段是最主要的含矿层, 中段为次要含矿层(焦养泉等，2004)。“中新生代觉罗塔格次造山区——艾丁湖斜坡带”构造环境的长期稳定存在为含矿建造沉积后层间承压水长期缓慢渗流、后生氧化作用持续多期发育提供了保障(徐高中，2003)。潭鸿赞(2002)研究认为吐哈盆地具有完整独立的地下水补给-径流-排泄系统，乔海明等(2005)从含矿层位的岩性、渗透性，结合地下水的类型和水中铀含量方面探讨了层间氧化带与铀矿床的形成，指出铀矿化经历了成岩过程的预富集和后期层间氧化带成矿作用两个阶段。吐哈盆地西南缘层间氧化带具有明显的分带性，按照矿物组合和地球化学特征可划分为氧化带、氧化还原过渡带和还原带，其中氧化带又可划分出完全氧化亚带和不完全氧化亚带，各带岩石中的矿物组合特点和岩石地球化学特征不同(陈宏斌等，2006)，吐哈盆地西南缘砂泥岩互层地层结构完整且延伸稳定，属弱渗透-渗透性地层，对砂岩型铀矿成矿比较有利。铀成矿存在着明显的地球化学分带性，且氧化带、氧化-还原过渡带、还原带在有机碳、全硫含量、Th/U，Fe3+/ Fe2+及Ra/U比值等均有不同(吴伯林等，2006)。

以上成果大多来自对吐哈盆地西南缘十红滩、八仙口、苏巴什等地区的研究，虽然核工业二〇三研究所在盆地西部布尔加的克尔碱向斜地区进行了多年的初步勘查工作，在克尔碱向斜内部从东到西发现了6个矿点与矿化点(图1)，但由于诸多基础地质问题没有研究清楚，勘查进展较缓慢，从而导致该地区的成矿地质条件和控矿因素，尤其是砂岩型铀矿的关键控制因素——沉积相与砂体的类型和空间分布规律不甚明确，影响了找矿进程。本研究将通过野外露头地质调查，钻孔岩芯分析，结合部分镜下鉴定，综合分析含矿目的层八道湾组至西山窑组的沉积相、微相、构造变形、含铀含氧流体的渗入等与铀成矿的关系，并指出研究区下一步找矿的方向。

沉积相与微相对铀成矿作用的影响是明显的。我国北方各盆地中砂岩型铀矿含矿层的沉积相与微相变化从西到东有所不同。新疆的伊犁盆地南缘铀矿化表现出相控特征，主要为冲积扇快速入湖形成的扇三角洲环境及其与之相关的微相环境控制(李胜祥等，2006，1996；陈戴生等，1997)。吐哈盆地南缘铀矿化主要发育于西山窑组的下段和上段中，矿化与地层中发育的特大规模的、具有高孔隙度和渗透率的辫状河道(微相)砂体与之相配套湖相泥岩隔水层有关，垂向上构成泥岩-砂岩-泥岩的结构型式，河道砂体能成为相对独立的流体流动单元，有利于层间氧化带及铀矿化的发育(焦养泉等，2004)。内蒙古巴音戈壁盆地砂岩型铀矿的勘查在塔木素、银根、乌力吉、本巴图等地发现了较好的矿化线索，含矿目的层巴音戈壁上段形成于扇三角洲和辫状三角洲环境，砂体的规模、孔渗性、连通性与分流河道迁移有关(张成勇等，2015；吴仁贵等，2008)。鄂尔多斯直罗组下段中的矿化产于辫状河沉积体系中的低可容空间体系域粗碎屑岩中。在这种环境下，河道侧向迁移强烈，河道内砂体相互切割改造，上部细粒沉积多被改造，形成厚度大、横向范围广、泥岩夹层少的砂体，砂体间相互连通性好，有利于后期富氧含铀流体在其中的运移推进(张云等，2016)。二连盆地砂岩型铀矿的矿化主要赋存在早白垩世晚期的赛汉组辫状河、曲流河环境下的心滩与边滩环境，矿化的规模、形态、侧向上的连续性与沉积微相有关(聂逢君等，2010，2015)。位于松辽盆地西南角的开鲁坳陷中的钱家店-白兴吐矿床的含矿目的层为上白垩统的姚家组，铀矿化主要赋存在下段的辫状河形成的砂体中，少量的赋存在上段的曲流河砂体中(张明瑜等，2005；陈方鸿等，2005)。

1 区域地质背景

根据纪友亮等(1998)的研究，吐哈盆地内的次级构造可划分为布尔加凸起、托克逊凹陷、艾丁湖斜坡、台北凹陷、哈密凹陷、南湖隆起和黄田凸起七个单元(图1)。布尔加铀矿调查区位于布尔加凸起北西方向的克尔碱次级凹陷内。布尔加凸起为北东—南西走向，东北与卡拉图凸起复合在一起，西南直抵鱼尔沟沟口，面积约4 030 km2，主要由石炭系火山岩和火山碎屑岩组成，石炭系已出露地表，磁性基底最大深度3 000 m。

向斜南北两侧地层因挤压抬升出露地表，北部有中石炭统(C2)地层，岩性为上部灰绿、紫灰色、深灰色凝灰岩、安山玢岩、夹炭质粉砂岩、硬砂岩、灰岩；下部为灰色砂质泥岩、砂岩、泥晶灰岩、凝灰岩、钙质长石岩屑砂岩夹灰绿色凝灰角砾岩，中基性火山熔岩。下二叠统(P1)地层，岩性为上部灰黑色、灰绿色钙质泥质粉砂岩、泥灰质长石岩屑砂岩，夹砂质泥岩、灰岩；下部深灰、绿色、灰紫色玄武岩玢岩、英安斑岩、安山岩、流纹岩、火山白砾岩等，底部为砾岩。中上三叠统小泉沟组(T2-3xq)地层，岩性为上部黄褐色、黄绿色长石岩屑砂岩、泥岩质粉砂岩；下部黄绿色泥岩、硬砂岩夹砾岩。

向斜的主要组成部分为侏罗系的八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)和西山窑组(J2x)，向斜内部中可见地层露头(图1)。由图1可知，无论在向斜的北部还是南部，八道湾组与三叠系的小泉沟组之间为角度不整合，野外地质观察见底砾岩。八道湾组为一套辫状三角洲平原环境形成的一套砾岩、砂岩、泥岩夹多煤层的组合，煤层具有开采价值。三工河组由辫状三角洲前缘、前三角洲以及部分滨浅湖环境形成的薄层砂岩、较厚层泥岩等组成。西山窑组主要由辫状三角洲前缘和部分辫状三角洲平原环境形成的砂岩、泥岩频繁互层与薄层煤与薄层砾岩组成。与十红滩、八仙口、苏巴什地区矿化目的层相似，克尔碱向斜中的铀矿化主要赋存在西山窑组地层中，次要含矿目的层为八道湾组和三工河组。与西南缘矿化区域不同的是，该区西山窑组分为上、下两段。

研究区内断层以平行盆地边缘的东西—北东走向逆断层为主，断层在剖面上主要表现为一系列的叠瓦式逆冲断层，克尔碱凹陷为一受盆地边缘次级逆断层控制的小凹陷，由于断层的逆冲挤压作用，使得克尔碱地区地层发生向斜褶皱(图1)，形成较相对稳定的地区，具备砂岩型铀矿成矿的稳定地层条件。

图1 吐哈盆地克尔碱向斜地质简图与剖面位置Fig.1 Sketch map of geology for the Ke’erjian syncline and section position, Turpan-Hami basin

吐哈盆地克尔碱地区靠近喀拉乌成山，构造非常复杂，除了大量的逆冲断层以外，还见有褶皱和倒转的褶皱(后面章节有描述)。研究区内见三组以上的断裂构造，按方向分为EW向、NE向、NW向，多为逆冲性质，EW向断裂的倾角大约60°。NE向断裂——逆断层，越过布尔加向斜东端，在出露边界对侏罗系地层造成切割，走向45°，倾向SE，东部地层抬升，从图1可以看出，断层具右旋走滑的特征，在断层东端造成N2-P地层的错断，水平断距4 m，断层的活动时间在N2以后。NW向断裂——逆断层，倾向SW，断层走向延伸受EW向断裂的约束。褶皱也是研究区内主要的构造，在盆地边缘形成次级背斜和地层的倒转，造成二叠系火山碎屑岩与小泉沟湖相泥岩呈断层接触关系，整体构成逆冲推覆构造。克尔碱向斜轴迹近EW向，呈不规则弯曲，中间宽，东西两头变窄，北翼与南翼的地层产状，均为直立对称向斜，向斜区内构造稳定。

2 沉积相与微相

为了深入了解克尔碱向斜中含矿目的层八道湾组(J1b)至西山窑组(J2x)的沉积特征，选取了向斜北部龙泉煤矿附近的剖面、向斜南部金马煤矿附近的露头剖面，以及向斜东北部柯尔加依北的几条线路进行了野外地质观察(图1)。

2.1 向斜北部地质剖面

图2为向斜北部过龙泉煤矿的剖面，该剖面南部为侏罗系八道湾组(J1b)，见数层煤层，煤层地表厚度一般为1～2 m。图2A为八道湾组上部煤层，煤质较差，薄煤层与泥岩的频繁互层，地层产状为185∠47°。沉积相分析表明，地层沉积于辫状三角洲平原的分流河道、洪泛平原及平原沼泽微相环境。向北为八道湾组中部的砂岩、砾岩与泥岩的互层，砂岩厚约0.3～0.5 m，泥岩厚度与砂岩类似，地层产状为185∠66°。综合分析认为，该地层沉积于辫状三角洲前缘分流河道与间湾环境中(图2B)。之下为八道湾组下部煤层(图2C)，单层煤层厚度较大，2～3 m，平均约1.5 m，且煤层延伸较稳定，煤质相对较好，与泥岩和砂岩互层，为主要的工业可采煤层。煤层的上部和下部泥岩中见大量的植物树干和叶片化石，地层产状为178∠64°，它们沉积于辫状三角洲的平原沼泽与平原分流河道环境。图2D为八道湾组(J1b)与中上三叠统小泉沟组(T2-3xq)的分界处，八道湾组的底部为一套厚约1 m的砾岩，砾石的磨圆、分选相对较好，砾岩层延伸较稳定；而小泉沟组为一套较纯净的砂岩与泥岩组合，砂岩磨圆、分选好，形成于滨浅湖相环境，泥(页)岩很纯，呈纸片状，偶夹薄层砂岩(图2E)，地层产状为165∠67°，形成于深湖和浊积环境。露头上，夹于厚层页岩中的薄层砂岩呈深褐色，系湖相砂岩成岩时的菱铁矿在地表中遭受褐铁矿化所致(图2E)。剖面的最北边是山体，主要为下二叠统的凝灰岩与火山岩，与小泉沟组之间为断层接触，断层性质经附近其他点露头确定为逆冲断层，产状大致为330∠40°(图2F)。

图2 克尔碱向斜北部龙泉煤矿地质观察剖面(龙泉煤矿北)Fig.2 Geological section of the Longquan coal mine, northern Ke’erjian syncline A.八道湾组(J1b)煤层,辫状三角洲平原相；B.八道湾辫状三角洲前缘分流河道砂砾岩与洪泛泥岩；C.八道湾组上部煤层，煤层左侧为泥岩，右侧为砾岩+泥岩，植物化石丰富；D.八道湾组底部砾岩；E.上三叠系小泉沟组(T2-3xq)下部深湖泥岩夹薄层砂岩；F.下二叠统(P1)安山质火山碎屑岩与凝灰岩

2.2 向斜南部地质剖面

为了了解向斜南部的地层、构造对克尔碱向斜铀成矿的影响情况，选择了向斜最南端为露头剖面的起点，沿NW325°方向向北进行剖面观察，终点在金马煤矿附近，具体位置见图1中b-b′。图3中，最南边是隆起区，为一套中石炭统(C2)灰红色的强破劈理化的流纹岩，岩石中见大量的气孔构造，流纹岩地表的产状为130∠55°。岩石中破劈理非常发育，破劈理产状为105∠35°(图3A)。这套中石炭统的强破劈理流纹岩与中上三叠统小泉沟组地层接触的是一条沿现代河谷分布的断层。在河谷旁边还可以清晰识别出至少两级阶地，最低一级阶地距现代河床约10 m，反映新构造运动强烈。

该剖面向NW方向过现代河床之后为中上三叠统小泉沟组(T2-3xq)，为一套黄色、褐黄色深湖相页岩夹砂岩，砂岩厚较薄，约为0.3～0.8 m。砂岩磨圆、分选较好，含较多的黑色重矿物及黑云母(含量约5%～10%)，岩石地表风化成深褐色，或黄褐色。进一步观察表明，砂岩的颜色系岩石中含有大量的成岩菱铁矿，有些呈结核状，菱铁矿地表风化形成黄色，或褐黄色(图3B)。图3C和图3D为小泉沟组中厚层较纯的页岩夹薄层砂岩(含大量的菱铁矿结核)，砂岩抗分化能力稍强而微弱突出于地表。页岩的水平层理比较发育，局部见纸片状。综合分析表明，该处的小泉沟组与北部的相似，页岩沉积与深湖环境，而薄层的砂岩为深湖环境下浊积作用所致。

小泉沟组之上为下侏罗统的八道湾组，小泉沟组与八道湾组之间为假整合接触(未见明显的角度不整合)。在分界面之上，见八道湾组底部砾岩，厚度约为1 m，砾岩成分较复杂，见火山岩、凝灰岩、流纹岩、石英岩、砂砾岩等，大者10 cm，小者0.5 cm，一般在3～6 cm。大部分砾石磨圆度较差，成次棱角状，分选差，大小混杂，仅个别的砾石磨圆度较好。砾岩之上为泥岩夹薄煤层，煤层之上见泥岩，泥岩中见动物的遗迹化石(图3F)，露头岩性与沉积结构、构造标志显示，八道湾组主要形成于辫状三角洲平原相及部分三角洲前缘相环境。

剖面上，三工河组与八道湾组之间的界线并不是十分清晰，根据两个组沉积相特征可大致区分，八道湾组顶部为深灰色块状泥岩(辫状河三角洲前缘相)，而三工河组底部为薄板状砂岩(图3G)。该砂岩为中粒，分选磨圆好，有时见小型的板状和槽状交错层理(图3H)和对称波痕，波高1～2 cm，波长11～12 cm。该组以较纯的泥岩为主，页理不太发育，局部泥岩中薄层煤线和碳质泥岩，综合分析认为，三工河组沉积于滨浅湖相环境。

西山窑组在剖面上表现为底部为薄层的棕褐色砾岩、砂岩，厚约0.5～0.8 m，砾岩之上为泥岩和薄层煤，煤层之上见一层明显的菱铁矿层(图3I)，地表风化为褐色。向北往向斜的中心部位，西山窑组地层岩性上主要为砂岩与泥岩的互层，根据砂岩的粒度，分选磨圆、厚度以及砂岩层顶底接触关系，大部分砂岩形成于分流河道，越往向斜中心至ZK112-12孔附近，砂体主要形成于河口坝和席状砂微相环境。

2.3 向斜东部钻孔岩芯与地质剖面

图4 克尔碱向斜中部ZK112-12孔岩芯观察与沉积相解释Fig.4 Core observation and facies interpretation of borehole ZK112-12, central Ke’erjian syncline

核工业二〇三研究所在克尔碱向斜勘查中于中东部布设了部分勘查钻孔，钻孔ZK112-12的位置见图1。岩性观察结果表明，整个钻孔岩芯解释为辫状三角洲前缘沉积，组成三角洲前缘相的微相有水下分流河道、分流间湾、河口坝、席状砂等(图4)。从钻孔的开口处至182.0 m均为薄层砂岩与薄层泥岩的互层。顶部砂岩中粗粒，偶含砾，褐黄色氧化，磨圆分选较好，孔渗性好，形成于河口坝微相环境。向下为深灰色中细砂岩，分选较好，与灰色、灰绿色泥岩呈指状交错，见小沙纹层理，岩石钙质胶结，呈致密状，有机质含量较高，孔渗性差，沉积于三角洲前缘席状砂微相环境。席状砂之下为灰白色砂岩与灰绿色泥岩频繁互层，泥∶砂≈1∶1，局部含粗砂，粒径为0.5～2 mm，而互层的泥岩中含大量的植物碎屑，由此推断形成于水下分流河道微相。钻孔在85.7～182.0 m主要为薄层砂岩与薄层泥岩频繁互层，泥岩中有时候见粉砂岩薄层，砂岩为灰绿、灰白色，泥岩为灰绿色，常见水平层理，这些特征反映了沉积物搬运、沉积交替频繁，沉积物粒度变化活跃，为典型的三角洲前缘环境特点。钻孔182.0～226.85 m为一层稳定的中粗砂岩，分选磨圆好，砂岩较纯，杂基含量低，而钙质胶结明显。岩石中还含大量的植物炭屑，偶夹薄层泥岩，厚约5～10 cm，砂岩多为灰白色，略带微红色，有较弱的氧化现象，沉积于三角洲前缘河口坝微相环境。226.85～230.25 m为泥岩，灰绿色，较纯，含植物炭屑，见水平层理，形成于三角洲前缘的间湾微相环境。

图5 克尔碱向斜东北部地层露头观察剖面图Fig.5 Facies interpretation for target layer outcrop in northeast Ke’erjian syncline

在向斜东部地区选择了侏罗系露头剖面进行了野外观察(位置见图1中c-c′)，图5为沿NWW200°方向的露头观察线。①和②为西山窑组上段地层，由中粗粒黄色砂岩与黄绿色泥岩互层组成，砂体多呈透镜状，厚约0.6 m；而泥岩呈薄层状，厚约0.1～0.2 m，偶见极薄层炭质泥岩(或煤线)，砂岩沉积于辫状河三角洲前缘分流河道微相环境，而泥岩则沉积于分流间湾微相环境，地层产状为223∠30°。③厚层状泥岩，泥岩较纯，偶见薄砂层，剖面上厚约40～50 m，地表极易被水流冲刷，故埋藏在现代河谷之下，该厚层泥岩沉积于前三角洲湖相环境。④互层的砂岩、泥岩，砂岩为中细粒，薄层呈席状，或薄板状，与薄层的泥岩有时候呈指状交错在一起，地层产状228°∠37°。砂岩中见较多的菱铁矿结核，在地表风化呈细小的“锈斑”，综合分析得出，该砂泥互层沉积于辫状河三角洲前缘的席状砂和分流间湾微相环境。⑤浅褐黄色中砂岩-粗砂岩-含砾砂岩，具明显的向上变粗序列。砂岩分选、磨圆好，局部见槽状、交错层理，含较多的菱铁矿结核，地表风化呈褐黄色斑块，地层产状228∠34°。根据岩性、砂岩的结构构造特征综合判断，该砂砾岩形成与辫状三角洲前缘河口坝微相环境。

图6 吐哈盆地布尔加西山窑组砂岩石英颗粒溶解照片Fig.6 The dissolution of quartz clasts in sandstone of the Xishanyao Fm, Buerjia, Turpan-Hami basinA.砂岩镜下碎屑颗粒，ZK304-6，14-TH-14，10×10(-)；B.石英(Qtz)颗粒港湾状溶蚀，ZK520-10，14B-26，25×10(+)

3 目的层砂岩岩石学

吐哈盆地布尔加地区侏罗系水西沟群砂岩与西南缘十红滩-八仙口地区同一铀成矿层位砂体相比，沉积微相略有区别，也就是西山窑组辫状三角洲前缘的席状砂微相特别发育，砂岩与泥岩薄互层，且指状穿插，另一个特点是砂岩的成岩作用明显变强。为了进一步了解布尔加地区目的层砂体的岩石学特征，从露头和钻孔中采取了目的层西山窑组砂岩样品42件，磨片后在镜下进行了详细鉴定。结果显示，布尔加地区西山窑组砂岩碎屑矿物颗粒主要为石英、岩屑、长石，其中石英含量为30%～50%，长石颗粒含量为5%～20%，岩屑颗粒含量为30%～60%。石英颗粒多为单晶，具有波状消光现象表面较为光洁，具中酸性火山岩石英特征，颗粒边缘见港湾状溶蚀。长石的含量较少，多为长板状和圆粒状，长石表面的粘土化和绢云母化比较严重，表面粗糙，以中酸性斜长石为主。岩屑以火山碎屑岩为主，也可见花岗岩岩屑，可常见斑状结构和脱玻化现象，大多数火山岩屑脱玻化后析出来的不透明铁质物。云母主要为白云母和黑云母，呈长条片状和鳞片状。黑云母在薄片中普遍存在，偶见部分黑云母条带由于碎屑颗粒的挤压，导致变形，部分他形充填与碎屑颗粒孔隙中。

镜下观察显示，布尔加地区西山窑组砂岩机械压实作用较强，表现为碎屑颗粒紧密排列、塑性岩屑变形、长石碎裂并充填在孔隙中，黑云母等片状矿物发生强烈变形，并产生定向性。一些颗粒间呈线状接触和缝合接触，压实作用致使部分碎屑颗粒沿边缘溶蚀，如石英的次生加大。布尔加地区成岩作用后期发生的溶蚀作用产生了次生孔隙，如长石被溶蚀形成颗粒间溶孔；部分岩屑颗粒也见溶蚀现象，形成颗粒内溶孔，形成次生孔隙，增加了孔隙度(图6)，显微镜下砂岩主要组成为石英(Qtz)，斜长石(Pl)和火山岩岩屑(VRF)，石英边缘遭受较强的溶蚀，呈“港湾”状或不规则的形状。

对21件样品进行了碎屑颗粒分类统计，最后在Folk等(1970)的分类图上进行投点，得到图7，可以看出样品投点大都落于砂岩分类图的Ⅵ和Ⅶ区，即长石岩屑砂岩和岩屑砂岩。结合镜下鉴定，布尔加地区西山窑组目的层砂岩结构成熟度和成分成熟度均不高，因为碎屑颗粒大多数为次棱角状，碎屑成分中，岩屑的含量较高，这些特征指示了沉积物物源相对较近，而且沉积之后，岩石受到较强烈的压实作用，导致碎屑颗粒的机械破碎，定向排列和压溶作用的出现。颗粒溶蚀后形成的次生孔隙增加了砂岩的孔渗性，为后期的含铀含氧流体的通过提供了便利条件。

图7 克尔碱向斜地区目的层砂岩岩石类型Fig.7 Sandstone type of target layer for Ke’erjian syncline

4 讨论

吐哈盆地布尔加地区(主要是克尔碱向斜)砂岩型铀矿的寻找工作虽然已经发现了若干矿点、矿化点、异常点，但到目前为止还没有找到有工业意义的矿床。对该地区野外露头进行了点和线方式的地质调查，观察和分析了钻孔岩芯和测井曲线，按照砂岩型铀矿，尤其是层间渗入型砂岩型铀矿的成矿理论，有必要对研究区的构造演化特征和目的层岩石的沉积相、微相对铀成矿作用的影响进行深入讨论，以便对今后的找矿工作加以指导。

4.1 构造挤压作用与含铀含氧流体成矿

在研究砂岩型铀矿的构造条件时按垂幅把造山作用分为三类：强幅造山(>2 000 m)、次造山(200～2 000 m)、弱幅造山(50～200 m)，其中“次造山”作用对形成层间渗入的砂岩型铀矿最为有利，如哈萨克斯坦的楚萨雷苏和锡尔达林盆地，层间-渗入作用从次造山至弱造山地区广泛发育，形成超大规模的砂岩型铀矿群(胡绍康，2005)。中亚的层间-渗入成矿是多期多阶段的，每次成矿均与一次造山运动相关联(孙圭等，1994)。中亚2 000多个U-Pb同位素测年资料表明，主成矿期发生在古近纪与新近纪之间，次要成矿作用在新近纪与第四纪之间。楚萨雷苏盆地中最大的铀矿——英凯矿床就是在新近纪时期，由于天山隆升导致上白垩统Inkuduk组和Mynkuduk组掀斜剥露地表，形成适合于含铀含氧流体迁移的补-径-排水动力系统而形成铀矿床(Dahlkamp，2009；周维勋，2010)。

伊犁盆地南缘是我国首次发现，且极具勘探潜力的地浸砂岩型铀矿矿集区，该矿集区的成矿作用与天山抬升密切相关。陈正乐等(2008)根据磷灰石裂变径迹模拟认为，西天山在中新生代期间共发生了三期快速冷却作用，即早侏罗纪(200～180 Ma)，白垩纪中期(115～95 Ma)和新生代(24 Ma)以来。侏罗纪早期的西天山隆升剥露范围有限，白垩纪中期整个西天山和伊犁盆地一同发生整体的抬升剥露，新生代以来，西天山的山体块体抬升与盆地(沉降)同时发育。韩效忠等(2004)研究伊犁盆地构造演化分为五阶段：(1)早三叠世(T1)初，天山开始隆升，盆内普遍缺失下三叠统地层；(2)T2-T3，受印支运动的影响，盆地近NS 向挤压，形成了天山地区盆-山雏形，主要区域断裂反转，盆缘断裂向盆心逆冲；(3)早-中侏罗世(J1-J2)，造山带松驰塌陷，沉积中下侏罗统(J1-J2)河流、三角洲、湖沼相含煤碎屑岩系；(4)晚侏罗世-古近纪(J3-E)，总体相对平稳的弱挤压；(5)新近纪以来，天山强烈隆升，铀矿化与本阶段新构造运动密切相关。

陈绍藩等(2004)总结了吐哈盆地的发展演化分为：(1)二叠纪-三叠纪(P-T)挤压型前陆盆地；(2)侏罗纪(J)伸展型断超盆地；(3)白垩纪-第四纪(K-Q)挤压型再生前陆盆地三阶段叠合盆地。中侏罗世以后，吐哈盆地北部的博格达山再次隆升，N-S挤压加强，特别是侏罗纪末的构造使盆地整体抬升，白垩系以角度不整合覆盖在侏罗系上(吴涛等，1996)。从盆地构造演化背景考虑，西山窑期沉积之后，大约晚侏罗世以来，在挤压隆升作用下，整个盆地具备层间-渗入铀成矿条件。Hendrix 等(1994)用磷灰石裂变径迹推算吐哈与准噶尔盆地之间的天山自24 Ma以来发生了4～5 km的剥蚀去顶作用，这与晚渐新世至早中新世印度板块作用导致地壳缩短作用的时间基本一致。Allen 等(1993)强调，渐新世的不整合标志着与印度-亚洲板块碰撞相关的新生代粗碎屑沉积的开始，吐哈盆地中，新构造作用的逆冲系统应该是继承了老构造方向发展起来的。

由上不难看出，从晚侏罗世至古近纪末，整个天山处于一个相对较稳定的弱挤压环境，根据层间-渗入成矿理论，无论是吐哈盆地，还是伊犁盆地，早中侏罗世沉积的目的层在该时期被缓慢抬升出露地表，接受含铀含氧流体的层间渗入作用而成矿。新近纪(或24 Ma)以来，受印度板块俯冲挤压作用的远程效应影响，天山地区普遍出现快速缩短作用(Hendrix et al.，1994)，大量的新挤压构造(逆冲断层和褶皱)在老的构造基础上活化，地层掀斜的速度和地层倾角变陡对含铀含氧流体的成矿作用影响很大，在一些地方由于后期抬升太快，早期形成的矿床遭受破坏，如塔里木盆地北缘的萨瓦布齐和塔里克矿床，也有些地方由于抬升太快，含铀含氧流体来不及大规模地聚集成矿就向盆地更远处进行分散，如准噶尔盆地的南缘地区等，当然，在一些构造活动相对弱的地区可能形成了有利的层间-渗入条件，出现了较大规模的成矿作用，如吐哈盆地的南缘。因此，天山地区砂岩型铀矿的成矿作用受到后期强烈挤压构造的影响非常明显，强烈构造作用的大背景下，相对构造较弱的区域可能是找矿的有利地段。

图8 克尔碱向斜北部挤压构造Fig.8 Compressional structures in north Ke’erjian syncline

吐哈盆地西部的布尔加地区克尔碱向斜的北部、南部的构造作用的强度，以及形成的变形类型有所不同，从而对含铀含氧流体的成矿作用亦有所差异。从地层和构造联合分析来看，来自北部喀拉乌成山的挤压作用很强(图2)，下二叠统地层逆冲在中上三叠统小泉沟组之上，逆冲角度较大，约为40°。在挤压作用下，三叠系小泉沟组地层内部地层倾向发生由北向南的转变，倾角也发生明显变化。八道湾组下、中、上部层位倾角由陡(>60°)向缓(40～50°)变化。这种地层倾角的变化对含铀含氧流体的渗入作用有明显的影响。图8同为克尔碱向斜北部露头剖面，该剖面位于龙泉煤矿剖面以东约3 km，西北方向的下二叠统(P1)逆冲在中上三叠统的小泉沟组(T2-3xq)之上，小泉沟组又逆冲在下侏罗统的八道湾组(J1b)之上。而八道湾组内部弯折形成轴面向NW方向倾斜的紧闭向斜与背斜，三工河组则在NW方向发生“膝状”弯折形成较开阔的，向SE方向敞开的不对称向斜(图1)，向SE方向，地层倾角变缓，西山窑组在SE更远处，地层倾角较缓，约为10～20°。由此可见，来自北部的含铀含氧流体受到了逆冲断层和褶皱的影响，很难到达更远的西山窑组而成矿，而八道湾组和三工河组内部的褶皱发育也很难发育稳定的单斜状补-径-排系统，所以，克尔碱向斜的北部地区至少在新近纪以来对砂岩型铀矿成矿作用不利。

从南部剖面上看(图3)，南部隆起区的中石炭统凝灰岩(C2)逆冲至三叠系地层(T2-3xq)之上，根据破劈理的发育，逆冲断层的界面向南倾，产状为130∠55°。来自南部的挤压，三叠系和侏罗系地层的倾角发生有规律的变化。靠近逆冲断层的三叠系、八道湾组、和三工河组底部地层倾角为42～46°，而三工河组上部及西山窑组地层的倾角在30～39°。由此可见，从向斜边缘向中心部位，地层倾角变缓，反映挤压变形向中心区域变弱。与北部剖面不同的是，南部剖面上未见地层内部倾向发生完全相反的变化，更没有见到北部侏罗系地层内部的紧闭向斜、背斜，所以，来自南部的含铀含氧流体有可能渗入到八道湾、三工河、西山窑组地层中形成矿化，南部地区对砂岩型铀矿的成矿是有利的。

4.2 沉积相、微相与流体成矿

研究表明，沉积相与微相控制着砂体空间的分布，而含铀含氧流体的运移又与目的层砂岩的结构、孔渗性，以及砂体的空间展布有密切关系。以目的层西山窑组为例，该组主要沉积于辫状三角洲环境。

在吐哈盆地西南缘的十红滩、八仙口、苏巴什地区，西山窑组一、三段以辫状三角洲平原相沉积为主，砂体是平原分流河道砂，河道迁移较快，漫滩沼泽发育，砂体的连通性较差，对含铀含氧流体的长距离运移较为不利，但由于三角洲平原相靠近蚀源区，对于含铀含氧流体短距离运移成矿是有利的。而西山窑组二段以辫状三角洲前缘相沉积为主，砂体形成的微相有水下分流河道、河口坝、席状砂，且水下分流河道往往连接河口坝砂体，河口坝砂体又连接前缘席状砂体，砂体在空间上延伸较远，侧向连通性也较好，来自蚀源区的含铀含氧流体可以进行远距离的运移，从而在距盆缘较远处也能形成有价值的铀矿化。

图9 克尔碱向斜地区196线沉积相-氧化蚀变关系图Fig.9 Relationship between depositional facies and oxidation alteration along exploration line 196, Ke’erjian syncline

为了研究布尔加地区的铀成矿作用与沉积相、微相的关系，选择了向斜东部地区的196号勘查线剖面来探讨它们之间的关系。图9为ZK196-8，ZK196-4，ZK196-2，ZK266-4四个钻孔的连井剖面图，剖面上地层显示出向斜构造形态，且呈现出微弱的不对称，即南侧较陡，北侧较缓。分析表明，西山窑组二段的较厚砂体位于该段中下部，且主要沉积于辫状三角洲前缘相河口坝微相环境，少量较薄的砂体沉积于前缘相席状砂微相环境。河口坝砂体粒度较粗，为中粗砂岩，局部中细砂岩，垂向与侧向连通性均较好；而席状砂相对较细，大多为中细砂岩，以细砂岩居多。在该段的中下部，从南往北，在钻孔ZK266-4，ZK196-2，ZK196-4中主要为前缘河口坝砂体，仅钻孔ZK196-8为前缘席状砂。从沉积微相空间分布规律来推断，连接河口坝砂体的水下分流河道可能发育在ZK266-4孔的更南部的地方。另外，该剖面西山窑组二段的中上部砂体主要为前缘席状砂体，通常呈薄层状或极薄层状，单层砂体厚<0.5～2 m，在侧向上很难延续较远，故对铀成矿来说意义不大。

氧化带的发育与砂体孔渗性、空间分布范围关系密切。在图9中，氧化带自南向北发育，南侧氧化强，在ZK266-4孔中，西山窑组二段底部出现砂体全部被氧化，与此同时，氧化流体还越过向斜核部向北继续氧化，由于砂体变薄分层，砂体的氧化作用也发生了同样的变化，直至ZK196-8孔中基本消失，未出现工业铀矿化。总之，在该剖面上，氧化作用自南向北表现为：充分氧化-不充分、分层氧化-尖灭的特征。初步分析认为，向斜陡坡利于氧化流体的渗入，构造造成的古地下水承压，氧化作用在承压作用下可以向高处部位迁移。

4.3 成矿潜力与找矿方向

吐哈盆地虽然在南缘和北缘均发现了铀矿化及异常，到目前为止，只在南缘，尤其是西南部缘发现了具工业意义的矿化，而其他地区，包括北缘没有找到有意义的铀矿化。盆地西部的布尔加地区目前虽然没有找到工业矿床，但已发现的多个矿点、矿化点指示有一定的找矿潜力，值得未来进行一定程度的探索。本研究结果表明，克尔碱向斜的北部构造作用比南部的强得多，目的层沉积相、微相在向斜的北、南两地差别不太大，因此，构造对铀成矿作用的影响就成了关键因素。从已知的钻孔勘探线剖面上看，来自南部的含铀含氧流体造成了西山窑组二段氧化带的形成。综合起来看，克尔碱向斜南部的找矿潜力大于北部的潜力，河口坝砂体是研究区的首选砂体，因为，靠近含铀含氧流体形成的蚀源区，目的层砂体沉积于前缘水下分流河道微相，这种类型的砂体连接着蚀源区和河口坝砂体，流体运移通过水下分流砂只是“路过”，到达河口坝砂体时才把铀还原富集下来。而更远处的席状砂由于粒度细，含泥量增加，再加上孔渗性比河口坝的差，它的成矿潜力也不如河口坝砂体。

5 结论

(1)吐哈盆地西部布尔加地区克尔碱向斜北、南两侧均受到天山缩短作用的构造挤压，隆起区的老地层向向斜中心逆冲。但向斜北、南变形的强度有所不同，北部较强，出现了逆冲断层、地层倾向倒转及紧闭褶皱等构造组合，隆起区山体高且陡；而南部变形相对较弱，出现了破劈理与逆冲断层，地层倾向为单斜。

(2)目的层侏罗系可分为八道湾组、三工河组、西山窑组。八道湾组主要沉积于辫状三角洲平原相环境，少量岩石沉积于前缘相环境，由一套砂岩、砾岩及泥岩与较厚煤层组成；三工河组沉积于滨浅湖相及深湖相环境，由较纯的泥岩与薄层砂岩组成；西山窑组为研究区主要目的层，沉积于辫状三角洲前缘相的水下分流河道、河口坝、席状砂及分流间湾微相环境，有利的成矿砂体主要形成于河口坝微相。

(3)岩石中的构造与目的层砂体的微相是研究区两个主要的控矿因素之一，尤其是向斜北、南两侧的构造变形类型与强度影响了成矿潜力。形成铀矿化的含铀含氧流体主要来自南部的隆起区，砂体中的氧化作用南部强，向北变弱。找矿的方向应该是注重南部流体的层间氧化带发育的氧化前锋线附近的位置。

致谢：本研究的野外工作得到了核工业二〇三研究所大力支持，新疆分院各位同仁的帮助是取得研究成果的重要关键，东华理工大学核资源与环境国家重点实验室和地球科学学院提供提供了显微镜镜下观察条件，在此对以上单位及个人表示衷心地感谢。