新疆准噶尔盆地黄花沟地区铀成矿条件及找矿方向

陈虹，杨彦波，胡志伟，王进伟

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

准噶尔盆地作为核工业系统砂岩型铀矿找矿的主攻盆地，积累了较丰富的理论和成果［1-5］。“十三五”期间，层间氧化带砂岩型铀矿在准噶尔盆地取得重大突破［6-10］，极大的丰富和改进了准噶尔盆地铀成矿理论和找矿技术，为构造活动区找矿工作提供了理论依据［11-14］。黄花沟地区位于准噶尔盆地西北缘构造转换区，断裂褶皱发育［15-19］，自2002 年以来近20 年几乎未系统开展找矿工作，近两年经过核工业二一六大队找矿工作的持续投入，发现了较好的地表矿化，并在钻孔中揭露到铀矿化及层间氧化带，目前已知异常范围面积较大，找矿前景较好［20］；与此同时，对于该区矿化的成因、成矿条件总结及下一步找矿方向仍然不够明确。本文以砂岩型铀成矿理论为指导［21-24］，以构造、地层结构、地下水补径排体系、层间氧化带及铀源等因素为切入点进行分析讨论，为下一步找矿地段和层位指出了方向，以期为今后铀矿部署提供借鉴。

1 区域地质背景

1.1 构造位置

黄花沟地区位于准噶尔盆地西北缘，构造位置属于乌伦古凹陷西北角索索泉凹陷与红岩断阶带的交界处（图1）。区内断裂、褶皱构造发育，主要有区域性大断裂——吐孜托依拉断裂、次级新生代断裂和红砾山背斜等［25-27］。吐孜托依拉断裂为乌伦古凹陷内索索泉凹陷和红岩断阶带两个次级构造的分界，在黄花沟地区为北西向延伸的高角度逆冲推覆构造，主活动期为晚燕山期，切穿至下白垩统吐谷鲁群，后经上白垩统红砾山组削顶夷平［14，25］。

1.2 中-新生代地层

黄花沟地区中-新生代地层不整合覆盖在泥盆系和石炭系凝灰质火山岩之上，自下而上依次为下侏罗统八道湾组（J1b）和三工河组（J1s）、中侏罗统西山窑组（J2x）、下白垩统吐谷鲁群（K1tg）、上白垩统红砾山组（K2h）、古近系乌伦古河组（E2-3w）和第四系（Q）。侏罗系近楔状自北向南往盆地延伸，其中八道湾组分布范围最大，向上逐渐变小；下白垩统超覆沉积在侏罗系之上，分布范围最大，至上白垩统范围相对缩小；古近系乌伦古河组沉积范围最大，几乎覆盖整个盆地（图1、2）。侏罗系主要为一套潮湿气候条件下形成的、表现为进积特征的湖岸沼泽-辫状河三角洲-河流相暗色含煤碎屑建造［20，26-28］，厚层中粗粒结构的砂体主要发育三工河组和西山窑组，砂体发育2～3 层，厚8～90 m；下白垩统主要为一套半干旱-干旱条件下形成的三角洲相沉积特征的灰色碎屑建造［20，27］，下部发育灰色中细粒前缘相水下砂体，砂泥岩互层频繁，砂体发育3～6 层，厚5～17 m，上部发育厚层灰色-浅黄色中粗粒结构砂体，以泥砂结构为主，砂体发育1～3 层，厚30～60 m（图3）。

图1 准噶尔盆地黄花沟地区地质图Fig.1 The geological map of Huanghuagou area in Junggar Basin

图2 黄花沟地区地层及构造示意图Fig.2 Geological section of Huanghuagou area

图3 黄花沟地区地层柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Huanghuagou area

2 成矿条件

2.1 构造

吐孜托依拉断裂作为准格尔盆地的控制性逆冲推覆断裂，发育规模较大，导致白垩系及下部侏罗系在盆地边缘抬升变浅，埋深一般小于800 m（图4），提供了较好的成矿空间，且上白垩统前的构造不整合面为含氧含铀水的灌入提供了构造窗口，为下白垩统吐谷鲁群提供较好的成矿条件。后期（主要为新近系）吐孜托依拉的次级断裂在新生代复活，伴随准噶尔盆地北缘的整体抬升逆冲推覆，并且形成了红砾山背斜，为上白垩统及以上地层提供了构造窗口，为氧化水的渗入提供了先决的基础。黄花沟地区缺失侏罗系上部地层，侏罗纪中晚期准噶尔盆地北部抬升，侏罗系持续暴露和剥蚀，直至下白垩统湖盆扩大，吐谷鲁群超覆沉积。在此期间，形成的不整合窗口为含氧含铀水的渗入提供了必要条件，成为铀成矿的基础；同时，因为吐谷鲁群的超覆沉积，侏罗系可能的成矿期次基本锁定在晚侏罗世—早白垩世时段内。

图4 黄花沟地区下白垩统吐谷鲁群底板埋深图Fig.4 Buried depth contour of the bottom of Lower Cretaceous Tugulu Group in Huanghuagou area

2.2 地层及砂体

受控于层间氧化带砂岩型铀矿的成矿模式，原生灰色砂体中的铀伴随后生氧化发生活化迁移，在氧化还原过渡带中富集成矿，因此是否发育原生灰色砂体是成矿的先决条件。黄花沟地区灰色还原砂体主要发育在下白垩统吐谷噜群和中下侏罗统三工河组及西山窑组。

吐谷鲁群主要以三角洲前缘相为主，下部砂体主要为薄层中细粒砂岩，单层厚10 m 左右，泥岩夹层较多，砂体联通性差，含氧地下水渗入迁移距离相对较小，导致成矿潜力不足；上部为厚层中粗粒砂体，厚30～60 m，泥岩夹层少，发育次圆状泥砾，砂体联性好，具备发育一定规模氧化带的先决条件。该层位炭屑、黄铁矿等还原质较少，对于活化铀的卸载和富集能力相对较弱（图5）。

图5 黄花沟地区H2002 钻孔吐谷鲁群柱状图Fig.5 Stratigraphic column of Tugulu Group in borehole H2002 in Huanghuagou area

三工河组和西山窑组以辫状河及三角洲平原相为主，单层砂体厚度相对较大，多为15～30 m，以粗砂岩及含砾粗砂岩为主构成，炭屑、黄铁矿发育，发育一定规模氧化带的前提条件较好，因前述白垩系的超覆沉积，该层位成矿时间较短。

2.3 地下水的补给、径流、排泄

黄花沟地区地下水接受大气降水补给以后向盆地径流，在径流过程中向上覆中-新生代地层补给。北部乌伦古河也是黄花沟地区非常重要的地表水补给来源。黄花沟地区中-新代地层大面积地出露地表，大气降水是不可忽视的补给来源。

根据地面水文地质调查及已有资料整理综合分析，黄花沟地区地下水的补给区位于西北部的红砾山、沙尔布尔提山和扎巴音努鲁隆起，地下水接受补给后，以地表水、裂隙水及构造脉状水的形式径流，其次接受大气降水的补给以及黄花沟北部的乌伦古河侧向渗漏补给。黄花沟和盐池为局部排泄源，尤其是黄花沟凹陷中心位置，径流区主要为黄花沟北西部（图6）。总体上黄花沟地区补径排体系完整，地下水以北西到南东和南西到北东两个方向径流为主，后生含氧含铀水在断裂上盘自露头区向南东和北东发育，活化铀在灰色还原砂体中富集成矿。

图6 黄花沟地区水文剖面图Fig.6 Hydrological profile of Huanghuagou area

2.4 层间氧化带及铀矿化

规模型的砂岩型铀矿大部分受层间氧化带的控制，目前在黄花沟地区发现了中侏罗统西山窑组和下白垩吐谷鲁群的层间氧化带，均发育在吐孜托依拉逆冲断裂的上盘，且揭露到受氧化带控制的铀矿化（图7）。

图7 黄花沟地区H2 号勘探线剖面图Fig.7 Geological section of exploration Line H2 in Huanghuagou area

西山窑组（J2x）层间氧化带埋深488.50 m，具体规模尚未控制，厚度为12.50 m。氧化带岩性为灰绿色-黄绿色粗砂岩、含砾粗砂岩。灰绿色带发育于灰色砂体中间，内部发育黄色褐铁矿结核，可能为氧化带被次生油气还原导致（图8）。

图8 黄花沟地区西山窑组层间氧化带特征Fig.8 Characteristics of interlayer oxidation zone of Xishanyao Formation in Huanghuagou area

吐谷鲁群（K1tg）层间氧化带埋深197.30～259.30 m，发育1～3 层，长约24 km，宽约6 km，厚度为4.7～11.2 m，以黄色-浅黄色中粗砂岩及含砾粗砂岩为主，氧化方向自北向南至吐孜托依拉逆冲断裂结束，发育规模较大，氧化带的下翼部的灰色粗砂岩中发育铀矿化。

通过地球化学样品采集和分析（表1），黄花沟地区各层位中吐谷鲁群铀含量最高，氧化带铀含量的平均值是其他层位的2.9～4.8 倍，原生带是4.2～48 倍，推断铀来自预富集阶段，在层间氧化作用成矿中可以提供较好的本底铀源；该层氧化带中铀含量为原生带的66%，推测在氧化作用过程中发生了析出和迁移的作用，具有“铀在氧化带中迁移及在还原带富集”这一层间氧化带砂岩型铀的典型特征。

表1 黄花沟地区各层地球化学样品特征统计表Table 1 Geochemical characteristics of sample from different Formation in Huanghuagou area

3 找矿方向讨论

黄花沟地区上白垩统吐谷群、侏罗系西山窑组和三工河组相较其他层位具备厚层原生灰色砂体的砂岩型铀成矿先决条件，砂泥结构发育，砂体厚度大，且发育炭屑、黄铁矿等还原物质；目前已经在吐谷鲁群的上部和西山窑组发现层间氧化带，规模较大，吐谷鲁群中铀在氧化带中迁移并在还原带中富集的现象明显；西山窑组的层间氧化带颜色整体为黄绿色，浅黄色、褐黄色包裹于黄绿色之内，可能与吐孜托依拉断裂还原气体渗出造成的次生还原有关；吐谷鲁群砂岩中铀本底值较高，可以为富集成矿提供丰富的铀源。综合上述各项条件，该地区应以层间氧化带型为主攻方向，同时关注次生还原型，主攻层位为吐谷鲁群，兼顾西山窑组。

黄花沟地区因逆冲构造的发育为铀成矿提供了有利条件。由于吐孜托依拉断裂断距较大，导致断裂下盘侏罗系深度普遍超过1 200 m，侏罗系找矿空间也基本锁定在了断裂的上盘，白垩系及上部地层在全区内基本处于1 000 m 以浅的范围。由于吐孜托依拉断裂造成的逆冲断裂和背斜构造格局，断裂上盘和下盘分别为不同的水文地质单元，活动后期层间氧作用自断裂附近露头区向南东和北东发育，形成沿断裂走向的侧向氧化和南东、北东向的垂向氧化；断裂下盘仅受北西向德仑山露头区地下水补给，在黄花沟范围内不发育氧化带。因此该地区找矿优选区域为白垩系剥蚀边界到吐孜托依拉断裂的范围内，该区域东西长60 km，南北宽20 km，且具有进一步向东部扩展的空间；断裂附近及南东、北东方向层间氧化带尖灭部位容易富集成矿。

4 结论

1）黄花沟地区吐孜托依拉断裂上盘中-新生代地层结构发育较好的泥砂互层结构，地下水补径排体系完整，具备形成层间氧化带型铀矿的条件。

2）黄花沟地区铀矿找矿主攻类型为层间氧化带型，关注次生还原型；主攻层位为下白垩统吐谷鲁群，兼顾中侏罗统西山窑组。

3）黄花沟地区砂岩型铀矿找矿优选地段为盆地白垩系剥蚀边界到吐孜托依拉断裂的上盘的区域，东西长60 km，南北宽20 km；预测成矿有利部位为层间氧化带的靠近吐孜托依拉断裂侧向边界和南东、北东方向尖灭部位。