蒙其古尔矿床西山窑组下段砂体发育特征及其对矿化控制研究

陈文正，张虎军，张 磊，党 龙

蒙其古尔矿床是“十一五”期间伊犁盆地南缘找矿勘查的重要成果，矿床的发现和勘查经历了预测评价、钻探查证、成矿规律深化和再认识、矿体控制和资源量扩大等阶段，是成矿理论完善和找矿勘查实践相互促进、共同深化的典型范例。一系列的勘查和科研工作仍在进行中，控制和预测资源量有望达到超大型规模。该矿床资源储量规模大，具备较好的地浸开采条件，“十二五”期间已经列为大型地浸矿山的重点建设项目。

20世纪90年代初以来，伊犁盆地找矿中取得了突破，成为国内规模最大的可地浸砂岩型矿产资源基地，其矿体主要分布在中下侏罗统水西沟群（J1-2sh）暗色含煤碎屑岩建造中，包括下侏罗统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s），以及中侏罗统西山窑组（J2x）地层都发育有较大规模的矿体。目前，伊犁盆地南缘砂岩型矿体勘查工作主要集中在中西段。蒙其古尔矿床位于伊犁南缘中部矿集区，矿床规模达到特大型，资源量仍持续增加，勘查工作逐步向深部推进，勘查深度由300 m逐步到800 m，尤其是矿床东部郎卡以东地段，少数钻孔突破1000 m后仍可揭露到较好的层间氧化带和工业矿体。研究区西山窑组下段在矿区东段显示出较大的矿产资源潜力，是今后矿产资源扩大的主攻层位。通过对蒙其古尔矿床西山窑组下段砂体发育特征进行系统分析和研究，以砂岩型矿体控矿因素—砂体发育特征为切入点，对区内西山窑组下段成矿规律做了系统分析和总结，为蒙其古尔矿床外围找矿工作提供理论依据及借鉴意义。

1 地质背景

蒙其古尔矿床最早发现于20世纪50年代中后期，60年代至90年代勘查停滞。2000年至2013年，核工业二一六大队在蒙其古尔地区开展了系统的找矿勘查，先后有大调查和地勘费项目在蒙其古尔地区发现工业矿化；随后以“攻深追控、多层同步、分段勘查”的总体工作思路开展了普查和详查工作，目前矿床已达到特大型规模。

伊犁盆地是天山造山带中的山间盆地，在大地构造单元划分上归属天山造山带中的伊犁-中天山微地块，盆地夹持于哈萨克斯坦板块和塔里木板块之间，盆地呈东窄西宽的楔形展布。研究区位于伊犁盆地南缘斜坡带中东部，西邻扎吉斯坦矿床，东至切金沟，东西长近12 km，构造单元划分处于伊犁盆地南缘构造活动区，次级构造单元归属于郎卡倒转凹陷。向西与扎吉斯坦屉状向斜相接，该向斜整体上呈西南、西北和东南三面翘起，向北东方向敞开的构造形态，向斜的轴部位于扎吉斯坦河河谷地段，倾向45°～48 °，倾角6°～8 °。蒙其古尔矿床夹持于南部F1断裂和北部F3断裂之间总体呈倾向北东的缓倾斜单斜带上，地层倾角平均不大于10 °。

区内中下侏罗统水西沟群(J1-2sh)超覆不整合于石炭系基底之上，为一套陆相含煤碎屑岩沉积，可见十二层煤(M1-M12)，其中以M5、M8、M10发育最为稳定，为区内地层划分和对比的标志层 。通过近年来在该矿床的矿勘查工作，西山窑组下段工业矿带面积最大，连续性最好，也最具有成矿潜力。

2 岩性特征

中侏罗统西山窑组下段地层厚度在50m～75m，由2～3个厚度不一下粗上细的正韵律沉积组合构成。岩性为灰色、灰白色、黄色、褐黄色粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩、中细粒砂岩及灰色泥岩、粉砂岩及煤。砂体主要发育于下部，岩性以灰色和灰白色粗粒砂岩、中细粒砂岩为主，具有较强的粘土蚀变现象。顶部为区域稳定发育的第八煤层，厚度较大。

2.1 砂岩发育特征

研究区目的层砂体净厚度介于8.80m～38.80m之间，平均22.18m，其中P44线-P0线一带砂体厚度多大于20m，P0线-P13线砂体厚度相对减薄，厚度集中于17m～20m，P13线-L0线砂体厚度较大，平均大于25m，L0线以东厚度多小于20m，且呈现向东减薄特征。虽然砂体厚度呈现东西两端厚，中部较薄的特征，但连井剖面显示砂体连续性仍较好。

区内砂岩以含砾粗砂岩、粗砂岩为主，垂向多由2～3个正粒序叠加呈复合正粒序组合特征，电阻率曲线形态常表现为：钟型、箱型。各正粒序砂体底部多见冲刷构造，砂体内多见水平层理、平行层理及交错层理等沉积构造，但受后期蚀变改造影响，局部砂体层理不明显。

砂岩碎屑成分以石英和岩屑为主，少量长石，砂体底部多见砾石，整体反映出不稳定碎屑含量较高的特征，指示临近物源区的近缘沉积特征。镜下观察显示，碎屑颗粒见填隙物含量较高，以孔隙式胶结为主，胶结物以泥质为主。研究区砂体受层间氧化流体改造，后生褐铁矿化、粘土化蚀变普遍发育，砂岩色调由原生灰色转变为黄色、红色。其中氧化带砂岩发育强-弱的褐铁矿化及粘土矿化，有机质、黄铁矿及炭屑等还原物质含量较低；还原带砂岩中则多见炭屑及黄铁矿，其中炭屑多呈条带状及团块状，黄铁矿则多呈细粒状和集合体状。

2.2 煤发育特征

西山窑组下段顶部发育厚层M8，为区域稳定的标志层，其厚度介于16.15m～33.40m之间，平均19.34m。煤层的发育在为目的层砂体提供稳定隔水层的同时也提供了丰富的还原性介质。

3 岩相特征

3.1 单孔剖面特征

总结岩芯编录成果，结合单井垂向分析，认为研究区西山窑总结岩芯编录成果，结合单井垂向分析，认为研究区西山窑组下段主要发育扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前缘水下分流河道沉积，砂体具有以下沉积特征：

（1）砂体厚度大（平均＞20m），受分流河道迁移摆动影响，各正粒序旋回顶部细粒岩性发育较差，且多被上部旋回砂体冲刷，同时构成多个正粒序垂向叠加，形成复合正粒序特征。

（2）由南西向北东向砂体整体呈现厚度减薄、粒度变细、层数增多，泥岩层数增多、厚度加大的特征，反映研究区砂体由南西侧扇三角洲平原分流河道向北东向过渡为扇三角洲前缘水下分流河道的特征。

（3）砂体厚度大，粒度偏粗，多为砂砾岩、含砾粗砂岩及粗砂岩，碎屑颗粒粒径粗，分选性差，磨圆呈次棱角状，长石、岩屑等不稳定矿物含量较高，反映与物源区较近的近缘沉积特征。

（4）研究区砂体整体呈现出中部（P0线-P13线）薄（17m～20m），两侧（P0线以西、P13线以东）厚（＞20m）的特征，且砂体层数也在P13线附近出现层数增多的特征，推测该线附近为河流入湖位置。

3.2 连井剖面特征

通过单孔分析，认为研究区目的层主要发育扇三角洲相沉积，以扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前缘水下分流河道为沉积主体，在蒙其古尔-郎卡一带形成较稳定的且连通性较好的分流河道，并于P11线以东由扇三角洲平原相变为扇三角洲前缘相水下分流河道。连井剖面显示，目的层砂体具有稳定的泥-砂-泥结构，砂体厚度一般20 m左右，粒度粗，渗透性好。从研究区近北东向剖面可看出自西向东砂体厚度逐渐变薄，从30 m减至10 m，粒度从砂质砾岩为主逐渐过渡为中、细砂岩。

通过统计砂体厚度与矿体的关系，发现矿体一般分布于厚度大于5 m的砂体中，小于5 m的砂体中一般不发育层间氧化带及矿化，砂体厚度在8m～20 m时矿化最好。研究区西山窑组下段含矿砂体厚度大都在5m～30 m，砂体连通性、稳定性较好总体有利于层间氧化带的发育和矿化的形成。砂体多数表现为下粗上细的正韵律沉积特征，部分地段呈细-粗-细全韵律沉积特征。砂体一般发育1～2个泥质岩夹层，厚度大都小于1 m，矿体主要赋存于下部砂体中。

3.3 砂体厚度平面展布特征

目的层砂体在伊犁南缘中下侏罗统水西沟群中规模大、稳定性、连通性、成层性较好，一般由2～3层砂体组成。从砂体厚度等值线图可看出，砂体厚度一般5m～20m，最大厚度32.40 m，最小厚度6 m，平均厚度23 m，砂体底板埋深200 m～980 m，由南西到北东方向逐渐变深。

可以得知，目的层砂体于P48-L80线整体呈北东向展布，在L57-L17线以L41线为中心形成两个砂体高值集中区，分别为P55-L49线和L25-L17线，厚度25m～30 m，在L41线以L4116为中心形成砂体低值区，最小砂体厚度11.60 m，L60线以东砂体厚度逐渐减至5 m。富大矿体主要分布在砂体厚度较大区域和砂体厚度由厚变薄的过渡部位，砂体厚度小的地段矿体宽度也较小，形态也较为复杂。

3.4 沉积相平面展布特征

伊犁盆地南缘在中生代沉积时期，经历了中上三叠统小泉沟群中-晚期的水进、下侏罗统八道湾组的水退、三工河组的水进、中侏罗统西山窑组下段的水退、西山窑组中段的水进，到西山窑组上段的水退，在水西沟群沉积晚期，也就是头屯河组沉积期前，湖水已逐渐退出盆地南缘；

总结单孔垂向特征，结合连井剖面、砂体平面展布特征，认为研究区西山窑组下段主要发育扇三角洲平原分流河道及扇三角洲前缘水下分流河道沉积。其平面展布显示出，蒙其古尔矿床西山窑组下段发育两条稳定的北东向展布的河道。河道向郎卡一带延伸，并于P31线位置入湖，由扇三角洲平原分流河道转变为形成扇三角洲前缘水下分流河道。

受湖水顶托作用影响，水下分流河道水动力减弱，造成水下分流河道分叉，并形成分流间湾泥岩沉积，这一过程造成砂体厚度减薄、分叉、粒度变细等特征，研究区P55线以东砂体粒度整体较西部变细、砾石含量明显减少的特征。受北部F3断裂及南部F1断裂夹持影响，研究区含氧含矿水主要呈南西—北东向运移，砂体在这一方向连续性较好，从而形成在P7线沿北东方向顺河道展布方向呈条带状展布的矿体。该时期扇三角洲平原砂体稳定，厚度大，利于成矿物质的运移，其中临近分流间湾处砂体厚度相对较小，有机质含量及泥岩相对较多，造成含氧含矿水运移速度减慢，平面上富大矿体围绕扇平原分流河道间湾周围呈不规则曲形分布，成为矿体富集的主要沉积控制因素。在P0线以西受构造破碎窗含氧含矿水补给及砂体稳定性较差影响，矿体的分布也较为零散。

4 结论

（1）研究区西山窑组下段主要发育砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、粉砂岩和泥岩，多发育2-3层比较稳定的砂体，垂向上表现为正韵律或多个正韵律垂向叠置。

（2）研究区西山窑组下段主要发育扇三角洲平原分流河道及前缘水下分流河道，水下分流河道砂体富含有机质，具泥-砂-泥结构，为赋矿有利砂体。

（3）通过砂体、沉积相平面展布形态分析，认为西山窑组下段砂体空间分布特征，决定了有利矿化部位为沉积相、砂体厚度变化部位，而F1、F3双断裂夹持形成的北东向稳定斜坡为含氧含矿水运移提供了动力条件。此外东西向砂体连续性较好，层间氧化发育共同决定了郎卡地区仍有较好的找矿前景，也是该区今后找矿的重点地段。

蒙其古尔地区砂岩型矿体找矿勘查实践过程充分体现了矿体找矿工作的反复性和长期性。勘查成果的重大突破得益于对成矿规律认识的提高，尤其是详查阶段成矿模式的建立对资源量持续扩大至关重要。加强生产过程中的科研工作，完善成矿理论并指导勘查是成果扩大的有力保障。

蒙其古尔矿床勘查过程中引入了浅层地震、音频大地电磁测深物探方法，解决了控矿构造、地下水动力场研究中的部分问题，为矿床成因分析提供了支撑。同时，蒙其古尔矿床地下水动力机制复杂，未能采用有效方法查明成矿流体补径排机制，尤其是三工河组上段“溢流”成矿模式缺乏数据的支持，只停留在理论推测阶段，需要在找矿技术和方法方面进一步加以创新。