三塘湖盆地层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件

洪 涛



三塘湖盆地层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件

洪 涛

（东华理工大学地球科学学院，南昌 330013）

三塘湖盆地位于新疆东北部，是一个北西向延伸的山间盆地。三塘湖盆地是形成层间氧化带砂岩型铀矿的有利区域。本文通过分析区域铀成矿地质条件，阐明了铀源条件、构造条件、水文条件、岩相条件、地形地貌及古气候条件以及油气条件对形成层间氧化带砂岩型铀矿的作用。

铀矿；层间氧化带；成矿条件；三塘湖盆地

层间氧化带砂岩型铀矿是我国重要的工业铀矿类型。三塘湖盆地位于新疆东北部的北天山与中蒙边界的阿尔泰山之间，东起淖毛湖戈壁，西与准噶尔盆地相连，北起阿尔泰山，南到北天山，是中新生代形成的北西-南东向长条形盆地。20世纪90年代，多家核工业单位在盆地及周边地区开展铀地质调查评价，确立了该区内铀矿找矿目标类型为层间氧化带型。铀矿找矿的目的层有西山窑组、头屯河组及昌吉河群，并在局部地区发现了受层间氧化带控制的铀矿化[1]。

1 区域地质概况

三塘湖盆地位于西伯利亚板块和吐哈－准噶尔板块之间，宽约10~30km，长约300km，面积23 000km2，属西伯利亚板块南西陆缘增生带，是华力西期构造活动与中新生代后期造山作用形成的山间盆地。盆地四周是强烈的褶皱构造所形成的中高山区，其褶皱构造形成于早石炭世（C1）和早二叠世（P1）。盆地构造格局表现为东北逆冲推覆隆起带与西南逆冲推覆带夹持的中央坳陷带。中央坳陷带又由十个次级构造单元组成，自北西至南东依次为乌通凹陷、小青凸起、汉水泉凹陷、红疙瘩凸起、条湖凹陷、岔哈泉凸起、马郎凹陷、方方梁凸起、淖毛湖凹陷及苏鲁克凹陷（图1）。从区域地质和盆地特征分析，三塘湖盆地具有变质岩基底、沉积岩基底和 T-Q山前陆相盆地沉积的结构特点。

图1 三塘湖盆地及纸房地区构造单元分区略图

1.断裂 2.侏罗系边界 3.古生界边界 4.构造单元界线

三塘湖盆地的基底分别为石炭系、二叠系及华力西期花岗岩及花岗斑岩。盆地内花岗岩较发育，主要为华力西中期的产物，盆地具有非对称结构。盆地基底地层划分见表1。盖层主要有三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系（表2）。盆地构造演化划分存在分歧，分歧的焦点在于盆地发育起始时期以及晚二叠世盆地的性质的认识上。本文按赵泽辉的划分观点，可将盆地构造演化划分为三个阶段：盆地基底形成阶段，盆地发育阶段以及后期盆地改造阶段。其中盆地的基底形成又可以划分为早石炭世洋盆俯冲活动大陆边缘时期，晚石炭世碰撞造山时期和早二叠世后碰撞伸展转换时期；盆地发育阶段进一步分为：①晚二叠世造山伸展断陷盆地时期②二叠纪末期挤压隆升时期③侏罗纪、早白垩世凹陷盆地时期④早白垩世挤压逆冲时期[2]。

表1 三塘湖盆地基底划分简表

表2 三塘湖盆地盖层划分简表

2 区域铀成矿地质条件

2.1 铀源条件

层间氧化带型砂岩铀矿成矿条件中铀源是一个重要条件，它主要指基底岩石的含铀性、铀的浸出率。三溏湖盆地铀源较丰富，老地层中铀含量一般为2.5×10-6，侏罗系与下白垩统铀含量达2×10-6～4×10-6。在东部坳陷下白垩统及头屯河组、西山窑组灰白－黄褐色含煤地层中，铀含量高并形成异常或矿化带。如三塘湖下湖的铀矿化带及淖毛湖地区的131号矿化点和石头梅—三塘湖中湖一带的129 号、127号矿化点。产于二叠系顶部的凝灰质砂砾岩中的127号异常带，断续长50m地段，铀含量一般为20×10-6～100×10-6，最高200×10-6 [3]。盆地航放资料表明蚀源区存在2.3～3.10nc/kg.h的偏高场。这些偏高场和铀含量较高的地层，不仅提供盆地盖层沉积物中的铀，而且为盆地地表、地下水提供了铀源。因此，盆地在进行地球化学成矿作用中，有较好的铀源物质基础。

2.2 盆地构造条件

三塘湖盆地面积大，在活动背景下存在相对稳定的构造区域。盆地中新生代是在三叠纪末准平原化的基础上发育起来的，早白垩世末开始的区域性以近北东－南西向挤压为主兼右行走滑的递进构造作用（燕山运动），造成了盆地区域履逆冲断裂带大规模相间的宏观构造格局，以中央坳陷带南北两侧的区域性逆冲断裂带，大规模冲断活动为突出特征。造成中央坳陷带的北西向复式向斜并伴生一系列次级北西向断裂，同时发育北东向冲断兼走滑和相应的凸凹相间的断块活动，燕山运动造成了盆地区域性缺失晚白垩世地层。晚白垩世以区域挤压兼走滑为特点的构造作用的持续活动，在初始隆升剥蚀缺失晚白垩世，继之因冲断隆升的增强和坳陷的形成。在冲断的中央坳陷带中，控制了第三纪及至第四系以冲积、洪积为特点的粗碎屑岩沉积。最终形成了现今盆地南北缘强烈逆冲抬升，中央坳陷带强烈断陷且在北东向凸凹断块相间，上部为第三系、第四系大部分超覆的地形、地质面貌。

各凹陷内盆地基底埋深差异较大，侏罗系底板埋深500～2 500m，白垩系底板埋深600～850m，第三系底板埋深50～800m，第四系底板埋深400～1 060m。盆地除淖毛湖及三塘湖、咸水泉一带存在于断裂上盘而出露地表的侏罗系外，其它广大区域皆为断裂下盘深埋于地表以下500～2 200m。在中央坳陷带内由于燕山－喜山期的南北挤压兼右行走滑的区域构造作用形成的众多切穿基底至侏罗系、白垩系乃至第三系的北西向、北东向、东西向的分支断裂。这些断裂多具有逆冲性质，部分兼有扭性，构成了盆地中新生代盖层内大大小小为数众多的断鼻、断背斜、断块等构造圈闭。这些构造圈闭不仅破坏了盆内盖层在区域上的连续性，而且为后生层间氧化带发育所必须的水动力机制带来极大的影响，破坏了盆内盖层区域上地下水补、径、排机制的一致性、使地下水的动力学机制变得异常复杂。通过以上推测，三塘湖盆地在新生代形成演化过程中，经受了新构造运动的强烈改造。

由于燕山运动、喜山运动的作用，侏罗系、下白垩统于晚白垩纪时被抬升出地表遭受剥蚀，在盆地凹陷内局部存在盖层产状宽缓、构造相对稳定的斜坡带，如汉水泉凹陷西段、淖毛湖凹陷北西侧、苏鲁克凹陷南东部及纸房地区盐池南东凹陷的南东部。构造运动形成的断裂成为凹陷内有利的构造排泄窗，在这些区域，相对稳定的构造作用有利于发育层间氧化带发育。

2.3 水文地质条件

盆地根据水流排泄方式可以分成渗入型盆地和渗出型盆地两类。渗入型自流水盆地一般都不能形成具有工业价值的铀矿床。渗入型自流水盆地因盆地地下水补给区与排泄区具有一定的高度差，为地下水中铀的溶解与迁移提供了很好的水动力条件，是典型层间氧化带砂岩型铀矿不可或缺的有利成矿条件[4]。

三塘湖盆地是一个渗入型自流水盆地，具有丰富的水源补给区。盆地由基底到盖层可以分为古生界、中生界、新生界3个水文地质构造层。中生界三叠系、侏罗系、白垩系个岩层中的承压水很少有水力联系，水力梯度随地形往盆地中心递减。由于沉积盖层都经历了沉积、剥蚀-淋虑和埋藏封闭等3个水文地质时期。此外，由径流区到排泄区均见有断裂和局部隆起，造成地下水的局部集中汇流和排泄，形成局部减压区（带）。这有利于层间氧化带的发育，同时由于造山作用，盆地曾不断隆起和沉陷，使沉积岩层中地下水从渗入状态向渗出状态多次交替，导致在排泄窗内形成复杂的多阶段的分带。

三塘湖盆地东部拗陷排泄区位于牛圈湖、马郎、汗虚一带，补给区为南部的天山北山（巴里坤北山）、东南部的哈尔里克山以及北部的沙依苏北山。地下水总体上自东南向北西径流。三塘湖盆地西部拗陷补给区为北部的大哈甫提克山、呼洪得雷山、苏海图山及南部的莫钦乌拉山、白衣山、天山北山。排泄区位于盆地中部牛圈湖、鸭子泉、西峡沟一带。西部拗陷还存在众多的局部性排泄源。这些局部性排泄源主要分布于刘家井子－咸水泉一线及库木苏泉、汉水泉、玫瑰泉等。西部拗陷地下水总体流向是自北西向南东流。从古水文地质分析，盆地中存在层间氧化带的地层有中上三叠统、中侏罗统和下白垩统及第三系。

2.4 岩相条件

从铀的成矿条件分析，有利于后生砂岩型铀矿化形成的砂体类型必须是渗透性好的层状砂体、席状砂体、似层状砂体或带状砂体。从沉积相和沉积体系来看，能形成这种砂体的沉积体系有辫状河流沉积体系、辫状三角洲沉积体系、扇三角洲沉积体系、滨湖三角洲沉积体系和滨海三角洲沉积体系等[5]。

三塘湖盆地侏罗系发育齐全、分布最广。新疆各大盆地南北边缘中下侏罗统发育有冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲相沉积物，相带中砂体厚度适中（10～40 m），固结较疏松，有机质、黄铁矿等还原介质含量较丰富，具发育层间氧化带的岩性-岩相条件[6]。三塘湖盆地在早侏罗世时主要处于中新生代盆地的发育早期，湖盆继承了三叠系准平原化的格局。盆缘以冲积扇直接入湖形成扇三角洲相为特征，在盆中则为湖相；中侏罗世西山窑期。三塘湖盆地湖盆扩大，盆缘向南北扩展，现今盆地南北边缘在当时多处于湖相向扇三角洲相、辫状河三角洲相、湖沼相过渡的边缘，以薄层砂岩与厚层泥岩、煤层、煤线交互沉积以及含菱铁矿为特征。中侏罗世晚期，古气候逐渐向干旱、半干旱转变，盆地湖盆开始萎缩，普遍发育辫状河相、曲流河相沉积。中新生代构造演化显示了在局部区域存在构造活动相对稳定的区域。如汉水泉凹陷西段、条湖凹陷北东部、淖毛湖凹陷北西侧以及苏鲁克凹陷的头屯河组（J2t）皆发育辫状河相、辫状河三角洲相沉积。另外，汉水泉凹陷西段的西山窑组（J2x）也发育辫状河三角洲相沉积。辫状河相、辫状河三角洲相皆以发育大型席状砂体为特征，对层间氧化带的发育非常有利。

2.5 地形、地貌及古气候条件

三塘湖盆地总体上呈西高东低和南北高中央低的态势，地形反差大，海拔高度300～4 000m[7]。三塘湖盆地南为北天山支脉的巴里坤北山和麦钦乌拉山，北部和东北部为阿尔泰山系的东延支脉大哈甫提山和苏海图山，皆为中至中高山区，海拔2 000～3 000m。目的层位于中低山区或低山丘陵地带，海拔1 000～500m。

蚀源区与沉积盆地的地形有一定的高差，从蚀源区向盆地中心，依次为中高山、中低山、低山丘陵、荒漠戈壁及盐碱化地貌景观，从而使目的层有利于接受蚀源区的含铀含氧水补给。目的层侏罗系主要为温暖潮湿气候条件下形成的一套富含有机质、黄铁矿的含煤碎屑岩系，沉积期后一直为干旱、植被不发育的气候环境，第四系广布但厚度不大，都有利于含铀的蚀源体强烈风化剥蚀和氧化，有利于潜水和层间氧化。

2.6 盆地内油气资源条件丰富

三塘湖盆地油气开发开始于1993年，随着石油勘探程度的不断提高，在盆地内陆续发现了一系列油田。据新疆石油管理局资料，三塘湖盆地目前在条湖凹陷、马朗凹陷已获工业油流生油岩层主要为上二叠统及中下侏罗统。其中条湖凹陷以寻找侏罗系为油源的自生自储油藏为主，马朗凹陷以寻找二叠世为油源的自生自储原生油藏和古生新储的次生油藏为主。此外，在塘浅3井西山窑组中也发现了含油迹砂岩。1999 年吐哈油田公司接手三塘湖盆地勘探以来，发现了黑墩油田、马中油田和南缘黑墩 2号含油气构造。目前已有北小湖、牛圈湖、黑墩、马中四个油田投入开发[8]。

结合盆地的断裂构造发育特征来看，一些断裂构造切穿盆地基底，断裂构造延伸到J、k地层逐渐消失。油气中含有的大量还原性气体（CH4，H2S）逸出，沿断裂构造上升迁移，在层间与含氧含铀的地下水相遇，使铀还原富集。因此，丰富的油气资源及切穿中新生代盖层断裂的存在为三塘湖盆地层间氧化带的发育提供了充分的次生还原条件。

3 结论

三塘湖盆地铀源较为丰富，存在活动背景下相对稳定的构造区域，存在发育大型席状砂体为特征辫状河相、辫状河三角洲相，局部有利的补径排条件、地形、地貌和古气候条件，以及丰富的油气资源条件。这些有利于形成层间氧化带砂岩型铀矿。

[1] 唐湘飞，周宏伟，孙鹏飞等.新疆三塘湖盆地砂岩型铀成矿前景及新区找矿思路[J].新疆地质，2009,27（1）.

[2] 赵泽辉，郭召杰，张臣等.新疆东部三塘湖盆地构造演化及石油地质意义[J].北京大学学报，2003,39（2）.

[3] 金和海.新疆三塘湖盆地盖层特征及层间氧化带砂岩型铀矿远景分析[J].铀矿地质，2003，19（2）.

[4] 徐争启.铀矿地质与勘查实习教程[M] ，北京：地质出版社，2013.

[5] 余达淦，吴仁贵，陈培荣.铀资源地质学[M]，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2004.

[6] 张金带.关于铀矿地质工作的几点思考[J].铀矿地质，2003,19（6）.

[7] 刘惠华. 三塘湖盆地地貌对形成层间氧化带砂岩型铀矿的作用[J].西部探矿工程，2014，（8）.

[8] 王盛鹏.三塘湖盆地致密油地质评价及有利探区[D] ，中国矿业大学博士学位论文（北京），2013.

Metallogenetic Conditions of Interlayer Oxidation Zone Sandstone Type Uranium Deposit in the Santanghu Basin

HONG Tao

（School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013）

The Santanghu basin is a NW-trending intermountane basin in the northeast of Xinjiang. Previous research results show that the Santanghu basin is an area favorable for formation of interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit. This paper has a discussion on ore-forming conditions for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit such as source, tectonic, hydrogeological, lithologic, geomorphic, climatic factor in the Santanghu basin.

Santanghu basin; interlayer oxidation zone; ore-forming geological condition

2017-10-18

洪涛（1993-），男，江西赣州人，硕士研究生，主要从事矿物学、岩石学、矿床学研究

P619.14

A

1006-0995（2018）03-0441-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.021