库车坳陷西段北部单斜带早中侏罗世沉积相特征及其与铀成矿关系

许强，秦明宽，黄少华，杨烨，李娟，刘章月，何中波，郭强，宋继叶

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

库车坳陷西段北部单斜带为整体南倾的构造单斜带，是砂岩型铀成矿有利构造部位。其北邻天山褶皱带古元古界（Pt1）、下二叠统（P1）和华力西晚期花岗岩体（γ43）。 古元古界主要由各种片岩、片麻岩和混合岩组成，铀含量为5×10-6；下二叠统主要岩性为火山碎屑岩和安山岩等，火山碎屑岩中铀含量为8×10-6，为砂岩型铀矿良好的铀源。下侏罗统塔里奇克组（J1t）、 下侏罗统阿合组（J1a）、 下侏罗统阳霞组 （J1y）和中侏罗统克孜勒努尔组（J2k）为灰色含煤岩系，为砂岩型铀成矿有利的容矿层。库车坳陷西段北部单斜带为砂岩型铀矿有利部位，不同的沉积相带对砂岩型铀矿发育的控制作用不同，所以划分沉积相带，识别出有利沉积相带，能够进一步缩小找矿范围。虽然前人已经对库车坳陷做了大量沉积相方面的研究［1-6］，但是由于研究的对象为整个库车坳陷，划分的沉积相带精度较粗，难以有效指导砂岩型铀矿研究及勘查。本文以库车坳陷西段北部单斜带为研究对象，对有利目的层进行了较为精细的沉积相划分，缩小了找矿范围，对铀矿研究和勘查具有重要的指导意义。

1 地质背景

库车坳陷位于塔里木盆地北部与南天山褶皱系之间，是一个叠加复合型前陆盆地。由北部单斜带、直线褶皱带、拜城凹陷、秋里塔格复背斜、乌什凹陷以及南部平缓背斜带和阳霞凹陷组成 （图1）。研究区位于库车坳陷北部单斜带的铁列克-米斯布拉克地区，侏罗系下部为灰色含煤岩系，上部为红杂色层 （图 2）。

2 地层及岩石特征

塔里奇克组整体为灰色含煤岩系，研究区西部发育厚层煤、泥、碳质泥岩，煤层厚度可达数十米至上百米，煤层出露地表，煤矿众多，为研究区最主要的产煤区；中-东部为灰色砂、泥（煤）互层，煤层较西部减薄，煤厚约数米至30 m，煤层出露地表，煤矿较多，也是研究区主要产煤区。砂岩的胶结物以钙质为主，砂岩中炭屑以分散状为主，砂砾岩中炭屑见较多炭屑团块、条带。

阿合组整体为灰色砂砾岩，夹薄层灰色泥岩、碳质泥岩、灰色细粉砂岩，胶结物以钙质为主。砂砾岩中发育炭屑条带、团块。

阳霞组整体为灰色含煤岩系，研究区西部发育厚层泥岩、碳质泥岩，夹煤层，夹薄层砂岩；中-东部为灰色砂岩与灰色泥岩互层。顶部发育厚层泥岩，为阳霞组结束的标志。砂岩的胶结物以钙质为主，砂岩中炭屑以分散状为主，砂砾岩中炭屑见较多炭屑团块、条带。

克孜勒努尔组整体为灰色含煤岩系，为灰色砂岩与灰色泥岩互层。砂岩的胶结物以钙质为主，砂岩中炭屑以分散状为主，砂砾岩中炭屑见较多炭屑团块、条带。

3 沉积相

通过实测剖面，研究野外露头和钻孔岩心，识别出辫状河、辫状河三角洲、曲流河三角洲、沼泽、湖5种沉积相。

3.1 辫状河

辫状河主要发育于阿合组，以发育大套灰色砾岩、砂砾岩为特征，夹灰色泥岩、碳质泥岩、细粉砂岩薄层。发育大型冲刷面，冲刷面砾石密集分布。发育块状层理、槽状交错层理、板状交错层理、平行层理。见炭屑团块、条带分布于砾岩、砂砾岩中，多沿冲刷面、层理面分布。砾岩、砂砾岩碎屑以颗粒支撑为主，胶结物以钙质、砂质为主，碎屑颗粒分选差，磨圆为次棱角-棱角状。局部发育泥石流沉积，砾石呈漂浮状，泥质胶结（图3a）。整体砂体发育，隔水层不发育。

3.2 辫状河三角洲

图1 库车坳陷构造纲要图Fig.1 The structure outline map of Kuche depression

图2 库车坳陷西段北部单斜带侏罗系综合柱状图Fig.2 The generalized Jurassic columnar section in the north monocline of western Kuche depression

辫状河三角洲发育于塔里奇克组、阿合组和阳霞组。以发育灰色砂砾岩、粗砂岩、中砂岩与灰色泥岩为特征。发育冲刷面，槽状交错层理、板状交错层理、楔状交错层理、平行层理等 （图3b、c）。砂岩具向上变细的韵律，多套砂体交切叠置。砂岩中富炭屑，以分散状分布为主 （图3d），见有炭屑团块、条带，炭屑团块、条带多顺冲刷面、层理分布。砂砾岩、砂岩碎屑以颗粒支撑为主，胶结物以钙质为主，碎屑颗粒分选中-差，磨圆为次棱角-次圆状。整体为砂、泥 （煤）互层，砂体发育，隔水层较为稳定，泥-砂-泥结构好。

3.3 曲流河三角洲

曲流河三角洲发育于克孜勒努尔组，以发育灰色砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩与泥岩互层为特征。发育冲刷面、板状交错层理、楔状交错层理、平行层理 （图3e）。见明显的二元结构，砂体底以砾岩开始，向上粒度变细。砂岩中富炭屑，以分散状分布为主，见有炭屑团块、条带，炭屑团块、条带多顺层理分布。砂砾岩、砂岩碎屑以颗粒支撑为主，胶结物以钙质为主，碎屑颗粒分选中，磨圆为次圆状。整体为砂、泥互层，砂体较为发育，隔水层稳定，泥-砂-泥结构好。

3.4 沼泽

沼泽主要发育于塔里奇克组，其次为阳霞组，克孜勒努尔组局部发育沼泽相，阿合组基本不发育沼泽相。沼泽以厚层煤、碳质泥岩为特征 （图3f）。

3.5 湖

湖主要发育于塔里奇克组、阳霞组、克孜勒努尔组，分布于三角洲、沼泽向盆地方向的部位，主要以发育厚层灰色泥岩为特征，夹有薄层细粉砂岩。粉砂岩中见波纹层理、水平层理。

4 沉积演化

早-中侏罗世，研究区气候湿润，物源区构造活动经历了较强—强—较强—较弱的演化，控制了塔里奇克组、阿合组、阳霞组、克孜勒努尔组的沉积特征（图4，图5）。

早侏罗世塔里奇克期，气候温暖湿润，库车坳陷充填较为强烈，在北部单斜带形成辫状河三角洲及沼泽，向盆地方向过渡为湖。在一成煤矿-米斯布拉克地区发育辫状河三角洲，沉积了砂、泥 （煤）互层，砂体发育，单层砂体厚10余米至30余米， “泥 （煤）-砂-泥 （煤）”结构好，砂岩中富炭屑，多套砂体交切叠置，横向展布稳定。在铁列克-苏干地区发育沼泽，沉积了厚层煤、碳质泥岩。

图3 库车坳陷西段北部单斜带野外沉积现象Fig.3 Field sedimentary appearances in the north monocline of western Kuche depression

早侏罗世阿合期，气候仍然温暖湿润，物源区构造抬升强，物源补给充足，在北部单斜带形成了辫状河，向盆地方向过渡为辫状河三角洲。在铁列克-苏干-一成煤矿-米斯布拉克地区均发育辫状河，沉积了厚层的砂砾岩、砾岩、含砾粗砂岩，夹有薄层泥岩、细粉砂岩，砂体极为发育，隔水层不发育，“泥-砂-泥”结构差，砂砾岩中富炭屑团块、条带。

早侏罗世阳霞期，气候保持温暖湿润，物源区构造抬升较阿合期弱，库车坳陷充填仍较为强烈，在北部单斜带形成了辫状河三角洲及沼泽，向盆地方向过渡为湖。在一成煤矿-米斯布拉克地区发育辫状河三角洲，沉积了砂、泥互层，砂体发育，单层砂体厚10余米至30余米， “泥-砂-泥”结构好，砂岩中富炭屑，多套砂体交切叠置，横向展布稳定。在铁列克-苏干地区发育大规模沼泽，局部发育辫状河三角洲，沉积了厚层泥岩、碳质泥岩、煤。

图4 库车坳陷西段北部单斜带中下侏罗统野外剖面沉积相对比Fig.4 The sedimentary facies comparison of Early-Middle Jurassic in the north monocline of western Kuche depression

中侏罗世克孜勒努尔期，气候保持温暖湿润，构造活动较弱，库车坳陷充填较弱，在北部单斜带形成了曲流河三角洲，局部为沼泽，向盆地方向过渡为湖。在铁列克-苏干-一成煤矿-米斯布拉克地区发育曲流河三角洲，沉积了砂、泥互层。铁列克地区三角洲规模较小，沉积的单层砂体规模较小 （一般为数米厚）；一成煤矿-米斯布拉克地区的三角洲规模较大，沉积的单层砂体规模较大，单层砂体厚数米至20余米，砂体发育，“泥-砂-泥”结构好，砂岩中富炭屑，横向展布较稳定。

5 沉积相与砂岩型铀成矿关系

图5 库车坳陷西段北部单斜带早中侏罗世沉积相平面图Fig.5 The planar sedimentary facies distribution of Early-Middle Jurassic in the north monocline of western Kuche depression

砂岩型铀矿为外生成因形成，含矿层的成矿条件为［7］：1）含矿含水层必须在两个不透水层之间，组成泥-砂-泥的地层结构（有利于形成层间氧化带型铀矿床，如伊犁盆地、中亚地区等），或含矿含水层底板必须是不透水层，上覆为砂岩，组成单一的砂-泥地层结构（有利于形成潜水氧化带型铀矿化）；2）含矿层渗透性好；3）一定的砂体厚度（10～30 m）；4）较缓的地层产状（＜10°）。

陈戴生等［7］认为辫状河、辫状河三角洲、曲流河、曲流河三角洲相为砂岩型铀成矿有利相带； 吴柏林等［8］、吴仁贵等［9-10］认 为辫状河、辫状河三角洲为砂岩型铀成矿最有利相带。国内砂岩型铀矿床与三角洲、河流相密切相关，如：王军宁等［11］认为辫状河、辫状河三角洲为伊犁砂岩型铀矿化最有利沉积相带；王勋等［12］认为下侏罗统三工河组三角洲、辫河三角洲相为伊犁盆地蒙其古尔铀矿床有利沉积相带；刘武生等［13］统计了伊犁盆地沉积相带与见矿率的关系，铀矿多产于三角洲相带中；黄国龙等［14］认为辫状河、三角洲相为吐哈盆地砂岩型铀矿有利沉积相带；杨仁超等［15］、 韩效忠等［16］、 薛锐等［17］认为辫状河和辫状河三角洲相为鄂尔多斯盆地北部中侏罗统直罗组砂岩型铀矿最有利的相带；张字龙［18］等认为鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统直罗组辫状河-辫状河三角洲为砂岩型铀矿控矿最有利相带，曲流河-曲流河三角洲次之。

铀成矿与含氧含铀流体在砂体中的流通及水-岩反应密切相关，砂体规模、连通性、渗透性、 “泥-砂-泥”结构均控制了表生的含氧含铀流体在砂体中的流通；砂岩中的炭屑、黄铁矿等为含氧含铀流体中的U6＋还原为U4＋提供还原物质；砂体的物理、化学等方面的条件综合控制了砂岩型铀矿的形成。不同的沉积相带控制了不同的砂体规模、连通性、渗透性、 “泥-砂-泥”结构，砂岩中炭屑含量与存在形式也与沉积相带密切相关。

塔里奇克组、阳霞组辫状河三角洲砂体发育，砂体横向及纵向上连通性好，砂岩中泥质含量少，渗透性好，有利于表生含氧含铀流体的渗入；发育较为稳定的隔水层 （泥岩或煤），形成较好的 “泥-砂-泥”结构，有利于层间氧化的发育；砂岩中富炭屑，炭屑以细微的分散状分布为主，有利于含氧含铀流体中铀的还原、沉淀、富集。

克孜勒努尔组曲流河三角洲砂体较发育，横向展布较稳定，砂体横向及纵向上连通性上较辫河三角洲减弱，仍然具有较好的连通性；砂岩中泥质含量少，渗透性好，有利于表生含氧含铀流体的渗入；发育稳定的隔水层 （泥岩），形成良好的 “泥-砂-泥”结构，有利于层间氧化的发育；砂岩中富炭屑，炭屑以细微的分散状分布为主，有利于含氧含铀流体中铀的还原、沉淀、富集。

阿合组辫状河砂体极为发育，横向展布稳定，砂体横向及纵向上连通性好；砂岩中泥质含量少，渗透性好，有利于表生含氧含铀流体的渗入；缺乏稳定的隔水层，难以形成层间氧化；砾岩、砂砾岩中炭屑多以团块、条带状存在不利于铀富集。

6 结论

1）早中侏罗世塔里奇克-克孜勒努尔期，库车坳陷充填作用强，气候温暖湿润，在研究区沉积了灰色含煤岩系，形成了辫状河、辫河三角洲、曲流河三角洲、湖相沉积。塔里奇克期、阳霞期发育辫河三角洲，砂体发育，砂体连通性及渗透性好， “泥 （煤）-砂-泥 （煤）”结构好，砂岩富分散状炭屑。克孜勒努尔期发育曲流河三角洲，砂体较发育， “泥 （煤）-砂-泥 （煤）” 结构好， 砂岩富分散状炭屑。

2）研究区的辫状河三角洲和曲流河三角洲相砂体发育， “泥 （煤）-砂-泥 （煤）” 结构好，有利于层间氧化带的发育；砂岩富分散状炭屑，有利铀的沉淀和富集。辫状河三角洲和曲流河三角洲相为研究区砂岩型铀成矿的有利相带。

3）研究区的一成煤矿-米斯布拉克地段发育辫状河三角洲和曲流河三角洲相，为砂岩型铀成矿的有利地段。