伊犁盆地阔斯加尔地区西山窑组 上段有机碳、硫与铀成矿的关系

陈虹 邱余波 李旭

摘   要：为研究阔斯加尔地区有机碳和硫与铀成矿关系，以西山窑组上段为研究层位，通过对不同分带中的样品分析结果得出铀在氧化带迁移、在过渡带富集的成矿机制，有机碳、硫化物等还原质与铀呈正相关性，通过绘制有机碳及硫化物平面分布与铀矿体关系图，阐述了层间氧化带在强还原质富集地带尖灭的特性，分析讨论了“还原物质富集带”在铀成矿过程中控制矿体产出空间的作用，揭示了“‘还原物质富集带控制铀矿体的空间产出位置和形态”这一成矿规律。

关键词：伊犁盆地;阔斯加尔;砂岩型铀矿;还原障

伊犁盆地是我国首个千噸级可地浸砂岩型铀矿基地，自上世纪90年代以来陆续发现了库捷尔太、蒙其古尔、洪海沟等大型及特大型矿床[1-2]?。层间氧化带地球化学分带研究在铀矿勘查及科研中不断深       化[3-9]，程明高、简晓飞等三分为氧化带、过渡带和还原带[10]，秦明宽五分为强氧化带、弱氧化带、铀矿石带、准原生带及原生带[11]，针对不同分带中铀、有机碳及硫做对比研究，得出了较为系统、全面的规律，刘俊平、邱余波等对蒙其古尔铀矿床有机碳成矿作用进行研究，认为有机碳及微生物对富大矿体形成起重要作用[12]，尹涛、伊海生等对阔斯加尔地区西山窑组上段通过样品对比做了有机碳、Fe2+及全硫与铀的相关性分析，认为铀与Fe2+富集正相关，与有机碳、全硫相关性较弱[13]。通过综合统计和连续砂体取样分析的方式，针对微量铀、全硫、有机碳等控矿因素做了详细研究，阐述了还原障与铀矿体产出空间的关系及意义，可为今后的铀矿评价提供借鉴。

1  地质背景

伊犁盆地位于新疆西部边陲，为哈萨克斯坦板块与塔里木板块南北挤压形成的造山带山间盆地，大地构造位置属于伊犁-中天山微块[14]。阔斯加尔地区位于伊宁凹陷南缘斜坡带中西段，构造位置为一次级背斜（乌库尔其背斜）东翼，由晚渐新世至中新世（24 Ma）伊犁盆地发生的NS向不对称挤压作用形成，构造运动同时掀斜了本区的沉积盖层，开启了沉积盖层接受大气降水、地表径流等含氧水补给的“构造窗”[15]，侏罗系含煤地层地球化学环境，由于含氧含铀地下水径流被改造，为铀元素活化、再富集提供了条件，地层倾向NE，倾角4°～8°（图1）?。

地层自下而上依次为二叠系（P1w）火山碎屑凝灰岩、中下侏罗统水西沟群（J1-2sh），中侏罗统艾维尔沟群（J2aw）、新近系（N）及第四系（Q）。中下侏罗统水西沟群不整合上覆于二叠系，为一套潮湿气候条件下形成的、总体表现为具退积特征的冲积扇-扇三角洲-曲流河沉积体系下形成的暗色含煤碎屑岩建   造[17-18]，自下而上依次划分为八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）和西山窑组（J2x）。西山窑组上段（J2x3）属曲流河沉积，发育在西山窑组顶部，分为上下两个亚段，被灰色的粉砂岩、泥岩隔开，泥岩中含不稳定薄煤层;岩性以灰色、灰白色、黄色中粗粒含砾砂岩、砂砾岩、中细粒砂岩与绿灰色、灰色粉砂岩、泥岩为主，形成较厚的砂泥互层结构（图2）;下亚段砂体发育不稳定，上亚段有两层主砂体，赋存工业铀矿，层间氧化带主要发育在上亚段疏松砂岩中，其前锋线控制铀矿的空间产出部位，铀矿体在前锋线100～200 m之间发育，规模较大。

2  层间氧化带各分带有机碳和硫的         分布特征

根据砂体颜色、铁矿物特征及其它地球化学指标，阔斯加尔地区西山窑组上段层间氧化带沿含氧水流方向可划分为氧化带、过渡带和原生岩石带。垂直氧化带前锋线走向的方向上，表现为由氧化带向原生岩石带逐渐过渡，岩石也由强氧化的红色、褐黄色向原生灰色、灰白色渐变，铀矿化发育在氧化还原过渡带中。有机碳、硫化物等还原质在伊犁盆地普遍发育，在层间氧化作用过程中因地球化学环境变化而发生较大变化（表1）。由表1可见，铀在过渡带最高，原生带高于氧化带，还原带中的铀是氧化带的2.5倍，过渡带是氧化带的18.9倍，反映了铀在氧化带迁移、在过渡带富集的成矿机制;钍在氧化带不同分带中含量几乎一样，不易于迁移，可通过铀钍比来分析岩石铀的迁出率，以评价其铀源条件;有机碳在氧化带较低，过渡带略高于还原带;硫在氧化带最低，过渡带和还原带远高于氧化带，分别是其含量的10.5倍和8.6倍。

3  有机碳、硫与铀矿化的关系

为更直观的研究有机碳和硫在铀成矿过程中的关系，选取阔斯加尔地区K50977孔西山窑组上段487.66～490.26 m岩心作为研究对象（图3），连续取13件地球化学样进行分析，每件样长20 cm。该段岩心具以下特点：①该段岩心为中粒岩屑长石砂岩，岩性无明显垂向变化，且无明显的碳屑及黄铁矿结核等影响微量分析的因素，剔除了较多变量;②该段岩心颜色变化较连续，自上而下依次为黄色、浅黄色、灰色、浅黄色，为中、强氧化带-弱氧化带-过渡带-弱氧化带的一个相对完整、经典的地球化学变化段;③该段发育铀矿化，可同时研究铀富集与硫、有机碳的对应关系。样品在核工业新疆理化分析测试中心采用滴定法测试完成，测试仪器为ICP-MS、ICP-OES及滴定管，仪器型号为NexION350X、Icap6300，测试结果如表2。

由表2可见，各参数结果差别较大，为方便较多指示因素同步对比，根据以上数据绘制各变量的散点曲线图（图3）。铀在过渡带急速富集成矿，在几十厘米内含量差别最大可达50倍，铀的成矿过程严格受地球化学环境控制;硫在过渡带中显著增多，铀矿化带与硫富集带范围吻合较好，硫含量曲线峰型与铀结合较好;有机碳在489.66～490.06 m含量最大，氧化带在该处尖灭，成为地球化学障变化边界，铀急速富集;488.26～489.86 m硫和有机碳含量均明显增高，层间氧化带在迁移中未能将该还原质富集区氧化，铀因地化环境改变而持续富集成矿，在层间氧化带中硫和有机碳的含量与铀成矿呈正相关的关系。

4  还原质与铀矿化的空间关系及意义

4.1  有机碳和硫平面分布特征

有机碳主要是浅变质的植物碎屑，它们在微生物参与下通过分解产生H2S、CH4等气体，导致有机质周围环境的Eh值急剧下降，由碱性介质向中性和酸性转变，形成有利于铀沉淀的地化环境，导致氧化带中的U6+还原沉淀[17]。阔斯加尔西山窑组上段有机碳具明显的富集特征，有机碳最小0.010%，最大可达0.679%，富集区主要发育在北部，呈EW向带状蛇区展布，工业铀矿带发育在北部富集带中，富集区控制铀矿带的空间产出位置和形态（图4）。

硫主要来自碎屑变质和微生物产生的H2S气体和砂岩中的黄铁矿，H2S气体、黄铁矿与有机碳作用相似，通过降低地化环境pH值参与铀成矿[18]。此外，在伊犁盆地蒙其古尔铀矿床Manitoba大学Fayek教授研究得出黄铁矿的硫同位素组分-56.5‰～-68.4‰，具生物成因[11]，认为微生物的硫也参与了铀成矿作用。阔斯加尔硫含量在平面上的分布也具明显的富集性，最小0.010%，最大0.617。与有机碳相似，硫富集区主要发育在北部，近EW向蛇区带状分布，工业铀矿带主要发育在硫富集区及其前部边缘区，富集区也控制了铀矿带的空间产出位置和形态（图5）。

4.2  有机碳和硫与铀成矿空间关系的讨论

从上述特点可得出，有机碳和硫的成因是同沉积的产物，其含量多少受沉积相和环境控制。因此，不是因为层间氧化带在某一地段尖灭导致有机碳和硫化物增多，而是层间氧化带在强还原质富集地带尖灭的特性，有机碳与硫化物作为强还原质构成的“还原质富集带”导致U6+被還原以U4+的化合物沉淀富集。作为铀成矿的关键因素，砂体中丰富的还原质可为层间氧化带提供较高的地球化学电位梯度[19]，“还原质富集带”的有无与空间位置决定了铀成矿的规模：“富集带”的出现导致层间氧化带可以“急刹车”，铀元素在该地段持续富集，形成工业铀矿体;“富集带”的位置决定铀矿体的空间位置及规模，与露头补给区太近，导致氧化带发育规模太小，没有从足够多的还原砂体中活化铀元素，与露头补给区太远，导致U6+在氧化迁移过程中消耗过多，不利于富集，容易形成大而贫的异常带。在砂岩型铀矿评价过程中，砂体中的还原质可作为重要依据来评价整个砂体的含矿性。

5  结论

（1） 阔斯加尔地区西山窑组上段层间氧化带可分为氧化带、过渡带和原生岩石带，各分带中铀、有机碳及硫化物等含量变化明显，铀在氧化带中迁移，在过渡带中富集，有机碳与硫化物在过渡带中含量最大，与铀呈正相关;

（2） 阔斯加尔西山窑组上段发育有机碳与硫化物富集而形成的“还原物质富集带”，导致层间氧化带的尖灭及铀矿体的产出，其控制了铀矿体的空间产出位置和形态。

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Characteristics of Organic Carbon and Sulfur and Its Relationship to                        Uranium Deposit of Upper Xishanyao Formation                        in Kuosijiaer Area of Yili Basin

Chen Hong，Qiu Yubo，Li Xu，Wang Shouyu，Liu Fuqiang，Zhang Lei

（Geologic Party No.216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：Uranium mineralization is controlled by interlayer oxidized zones in Kuosijiaer area，and there exist prominent zoning in the content of uranium，organic carbon and sulfide.This paper studied the uranium deposit of Upper Xishanyao formation to reveal the relationship between content of organic carbon，sulfur and uranium deposit in Kuosijiaer area.Statistics of analytical results of samples in different redox zoning，concluded that uranium transport in oxidized zones and precipitated in redox front，and uranium contents positively correlated with reducing substances，such as organic carbon，sulfide.Plane graph of relationship between uranium deposits and content of organic carbon，sulfide，indicated that interlayer oxidized zone pinch out in the zone where concentrating reducing substances.Reducing barrier played an important role to uranium deposit，which controlled the feature and ore body of uranium deposits.

Key words：Yili Basin;Kuosijiaer area;Sandstone-type uranium deposits;Reducing barrier