伊犁盆地沉積建造特征及其與砂巖型鈾礦的關(guān)系

劉武生，賈立城

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029）

伊犁盆地沉積建造特征及其與砂巖型鈾礦的關(guān)系

劉武生，賈立城

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029）

從古構(gòu)造、古地理重塑入手，系統(tǒng)分析伊犁盆地各沉積時期的沉積建造特征，并探討其與砂巖型鈾礦的關(guān)系。研究表明，伊犁盆地雙基底建造形成了盆地的富鈾基底，盆地早—中侏羅世在弱伸展環(huán)境下形成的暗色含煤碎屑巖建造成為盆地的含礦建造形成期，盆地晚白堊世—新近紀(jì)在弱擠壓環(huán)境下形成的紅色碎屑巖建造有利于鈾的后生改造富集成礦。經(jīng)統(tǒng)計分析表明，伊犁盆地砂巖型鈾礦化與含礦層的沉積相類型、單層砂體厚度及巖性結(jié)構(gòu)等建造特征密切相關(guān)。

伊犁盆地；砂巖型鈾礦；沉積建造

1 伊犁盆地鈾礦化概況

伊犁盆地位于中天山構(gòu)造帶內(nèi)，夾持在南、北天山褶皺帶之間，東端在南、北天山交匯處收斂，西北與楚—薩雷蘇盆地為鄰，構(gòu)成東窄西寬楔形的中、新生代山間盆地。盆地總面積為4萬km2，地跨中、哈兩國，我國境內(nèi)面積達(dá)1.6萬km2。

伊犁盆地蘊(yùn)藏有豐富的礦產(chǎn)資源，以能源礦產(chǎn)鈾、煤為主。煤主要產(chǎn)于中—下侏羅統(tǒng)水西溝群中，分布于全盆地，煤質(zhì)好、發(fā)熱量大、儲藏量大；鈾也賦存于中、下侏羅統(tǒng)水西溝群中，具近源產(chǎn)出和帶狀分布等特點(diǎn)，在盆地南北緣均形成了不同規(guī)模的鈾成礦帶。盆地南緣鈾成礦帶自東向西由509、510、511、513和 512共 5個礦床及眾多礦（化）點(diǎn)組成，東西長約90 km。盆地北緣鈾成礦帶由克山奇、蘇魯、南臺子、新城子和皮里青等礦點(diǎn)組成，長約60 km。

2 伊犁盆地沉積建造特征

伊犁盆地是在伊犁—中天山微板塊上發(fā)育起來的中、新生代山間盆地［1］，形成了2套基底建造和3套蓋層建造。

2.1 盆地基底建造特征

元古宇淺變質(zhì)巖建造：該套建造主要分布于科古琴山和那拉提山一帶，巖性為淺變質(zhì)的淺海相—濱海相碎屑巖及碳酸鹽建造。該套建造主要形成于中晚元古代，成熟度高，富鈾性強(qiáng)，形成了伊犁盆地的結(jié)晶基底。

石炭系—二疊系火山碎屑巖＋花崗巖建造：該套建造主要為一套中酸性火山巖建造和侵入巖建造?；◢弾r鈾含量較高，據(jù)陳戴生等［2］（1993）分析， 中酸性火山巖和花崗巖鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，達(dá)5.4×10-6～20.9×10-6，說明能夠?yàn)榕璧剽櫟V化的形成提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 盆地蓋層建造特征

三疊系雜色碎屑巖建造：二疊世晚期，盆地內(nèi)的阿吾勒拉及恰普恰勒地區(qū)因海西運(yùn)動的影響，隆起成山，北側(cè)的科古琴—博羅霍洛山迅速抬升，原盆地邊緣沉積區(qū)也因抬升遭受剝蝕，造成上、下地層間的不整合和沉積間斷。由于盆地沉積范圍急劇縮小，氣候也趨于干旱炎熱，所以在晚二疊世晚期—早三疊世堆積了一套局限在一定范圍內(nèi)的、以紅色沖積扇為主的蒼房溝群。當(dāng)時的沉降中心與沉積中心一致，在霍城—托開斷裂以南的巴卡勒薩依—伊參1井沿線，沉積厚度達(dá)650～785 m，沉積物主要為礫巖、砂礫巖。顯然蒼房溝群主要為一套起填平補(bǔ)齊作用的地層，因此，到沉積晚期盆內(nèi)的地形已趨于平坦，范圍也有所擴(kuò)大。中—晚三疊世，盆地范圍因伸展擴(kuò)張再度擴(kuò)大，氣候也開始變得潮濕，盆地內(nèi)開始重新出現(xiàn)湖泊，沉積物主要是一套河湖相的灰—灰綠色砂、頁巖系，河流與湖泊在剖面上呈旋回沉積產(chǎn)出。中—上三疊統(tǒng)小泉溝群與下伏地層通常呈超覆關(guān)系，沉積厚度一般穩(wěn)定在200～300 m，反映當(dāng)時構(gòu)造穩(wěn)定下沉、盆地地形平坦的特征。總體而言，該套建造主要為一套填平補(bǔ)齊的地層，造就了盆地南緣為一緩傾斜坡帶的構(gòu)造格局（圖1）。

中—下侏羅統(tǒng)灰色含煤碎屑巖建造：侏羅紀(jì)初，因地殼再次強(qiáng)烈沉陷，盆地范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，因此在盆地邊緣地區(qū)，侏羅系與下伏不同地層呈超覆不整合接觸。在早—中侏羅世沉積時，盆地因受周期性差異升降運(yùn)動的影響，曾發(fā)生過3次大規(guī)模的沖積物進(jìn)退，因而在剖面上形成3個組，即八道灣組、三工河組及西山窯組。每個組均以沖積扇開始，之后形成三角洲沉積體系，成為灰色富含有機(jī)質(zhì)砂巖、暗色泥巖和煤層的良好堆積場所。在侏羅紀(jì)，由于受霍城—托開同生斷裂活動的影響，其盆地兩側(cè)的沉降速率出現(xiàn)明顯差異。在斷裂南側(cè)為快速沉陷的中央洼地，水西溝群沉積厚度達(dá)1 300～1 800 m；向南，中央凹陷帶以緩坡 （坡度可能小于3°）直達(dá)恰普恰勒山前，兩者構(gòu)成半地塹式沉積盆地形態(tài)；在斷裂以北為斷隆帶，侏羅系的厚度比中央凹陷帶小一半（圖2）。

八道灣期，由盆地邊緣至中心，沉積相由沖積扇相轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿鳌獩_積平原相，最后演變?yōu)闉I淺湖相沉積，且具有盆地南緣相帶發(fā)育完善、寬緩，砂體厚大而較穩(wěn)定，盆地北緣相帶發(fā)育窄，相變較大，砂體厚薄不一，且不穩(wěn)定等特點(diǎn)（圖3A）。剖面上八道灣組自下而上呈現(xiàn)由粗到細(xì)的沉積韻律，底部發(fā)育一套10～20 m的底礫巖，中部為一套河流—沖積平原相沉積，上部為三角洲前緣亞相沉積。

三工河期為一個水進(jìn)的過程，盆地邊緣為河流—沖積平原相，向中心由三角洲相變?yōu)闇\湖—半深湖亞相，淺湖的范圍遠(yuǎn)超過八道灣期的沉積范圍（圖3B）。由于三工河期地勢平坦，沉積厚度較小，形成的砂體規(guī)模小而細(xì)且不穩(wěn)定。剖面上三工河組自下而上呈現(xiàn)2個由粗到細(xì)的沉積亞旋回，且后一亞旋回往往比前一亞旋回沉積的粒度更細(xì)，顯示出一個湖進(jìn)的過程。

西山窯期，總體表現(xiàn)為湖面上升，沖積扇退積的古地理面貌。西山窯組沉積厚度較大，由兩個扇進(jìn)層序組成，分別發(fā)育V2旋回砂體和VII旋回砂體，砂體厚度適中且較穩(wěn)定。沉積相主要為三角洲—濱淺湖相（圖3C）。剖面上西山窯組由2個由粗到細(xì)的亞旋回構(gòu)成，兩個亞旋回均為三角洲沉積體系，但后一亞旋回顯示一個湖退的過程。

總之，中—下侏羅統(tǒng)暗色含煤碎屑巖建造是在弱伸展環(huán)境下沉積的一套沖積扇—三角洲沉積相地層，富含有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦等還原劑，具多層泥-砂-泥（煤）巖性結(jié)構(gòu)，是伊犁盆地砂巖型鈾礦最主要的含礦目的層。

上侏羅統(tǒng)—新近系紅色碎屑巖建造：晚侏羅世，伊犁盆地進(jìn)入弱擠壓的構(gòu)造環(huán)境，沉積了一套紅色碎屑巖建造。該套建造主要是在弱擠壓的構(gòu)造環(huán)境下沉積的，并形成了3個角度不整合接觸關(guān)系。第1個不整合為上白堊統(tǒng)與中侏羅統(tǒng)之間的區(qū)域性不整合，造成含礦目的層裸露地表，接受地表含氧含鈾水的滲入，形成初始鈾礦化。秦明寬等［4］在庫捷爾太礦床鈾礦石中測得一期為108～69 Ma年齡就是很好的佐證。第2個不整合為上新統(tǒng)與上白堊統(tǒng)之間的局部不整合，盆地南緣隆升剝蝕，缺失古近系和中新統(tǒng)，造成南緣斜坡帶含礦目的層廣泛出露地表，形成5～20 Ma［5］的鈾礦化。第3個不整合為上更新統(tǒng)與下更新統(tǒng)之間的區(qū)域性不整合，造成盆地邊緣逆沖變形［6］，主要發(fā)育鈾礦化的疊加改造作用 （圖4）。

3 沉積建造與砂巖型鈾成礦的關(guān)系

沉積建造與鈾成礦的關(guān)系主要表現(xiàn)為有利沉積相帶的展布、適中的砂體厚度以及有利的巖性組合等方面。

3.1 沉積相與砂巖型鈾成礦的關(guān)系

伊犁盆地含礦目的層八道灣組、三工河組和西山窯組共發(fā)育三大沉積體系，即沖積扇沉積體系、三角洲沉積體系及湖泊沉積體系。

根據(jù)伊犁盆地南緣目前已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦化鉆孔統(tǒng)計分析結(jié)果，三角洲沉積體系見礦鉆孔最多，占伊犁盆地南緣含礦地層總見礦鉆孔的77.77%，是有利的含礦沉積體系；沖積扇沉積體系是較有利的沉積體系，其見礦率達(dá)21.26%。而湖泊沉積體系目前還未發(fā)現(xiàn)砂巖型工業(yè)鈾礦化。

進(jìn)一步統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，沖積扇沉積體系中的鈾礦化主要分布在扇根-扇中亞相中，占總見礦鉆孔的17.14%；三角洲沉積體系中的鈾礦化主要分布在三角洲平原分流河道微相和三角洲前緣水下分流河道微相中，其見礦率分別達(dá)45.15%和27.62%，其次分布于三角洲平原分流間灣微相和三角洲前緣水下分流間灣微相中，其見礦率分別為7.33%和0.67%。

3.2 砂體厚度與砂巖型鈾成礦的關(guān)系

伊犁盆地南緣各含礦層中均發(fā)育多層砂體，疊瓦狀分布于各層位中。其中八道灣組主要發(fā)育4層砂體（分別用I、II、III和IV表示），三工河組主要發(fā)育一層砂體 （V1），西山窯組共發(fā)育 5層砂體 （V2、V3、VI、VII1和VII2）。綜合伊犁盆地南緣各含礦層厚度、單層砂體厚度及含砂率與鈾礦化的關(guān)系來看（表1）：伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦主要與含砂率高（＞45%）、砂體厚度適中（17～32 m）的層位有關(guān)。符合上述兩條件的I、II、V2和VII1這4層砂體的見礦也占伊犁盆地南緣見礦孔的88.40%，而砂體厚度及含砂率低的V3砂體（分別為3.42 m和13%）和VI砂體 （分別為11.73 m和39%）卻沒有工業(yè)鈾礦化產(chǎn)出。

表1 伊犁盆地南緣各含礦層特征與見礦孔統(tǒng)計表［7］Fig.1 The statistics of each ore-bearing strata and mineral holes at the southern margin of Yili Basin［7］

3.3 地層巖性結(jié)構(gòu)與砂巖型鈾成礦的關(guān)系

地層巖性結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性決定了砂巖型鈾礦床形成所需要的含氧含鈾水發(fā)育情況，在鈾礦化的形成過程中起著關(guān)鍵作用。

伊犁盆地含礦層的巖性組合有3種形式［8］（圖5），在這3種巖性組合中（自下而上）以泥巖-砂巖-泥巖或泥巖 （粉砂巖）-砂巖-泥巖（粉砂巖）的巖性組合有利于形成層間氧化帶型鈾礦化（圖5B和5C），而砂巖-煤層-泥巖（圖5A）組合僅有利于形成潛水氧化帶型鈾礦化，卻不利于形成層間氧化帶型鈾礦床。

3.4 砂體特征對鈾成礦具有較強(qiáng)的制約作用

根據(jù)伊犁盆地南緣各旋回、亞旋回含礦層砂體厚度和砂地比統(tǒng)計資料，伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦化主要與砂地比高（＞0.45）、砂體厚度適中（20～35 m）的層位密切相關(guān)。

4 結(jié) 論

（1）伊犁盆地雙基底建造形成了盆地的富鈾基底，盆地早—中侏羅世在弱伸展環(huán)境下形成的暗色含煤碎屑巖建造成為盆地的主要含礦層，盆地晚白堊世—新近紀(jì)在弱擠壓環(huán)境下形成的紅色碎屑巖建造有利于鈾的后生改造富集成礦。

（2）伊犁盆地鈾礦化與含礦建造的沉積相密切相關(guān)。伊犁盆地砂巖型鈾礦化主要賦存在三角洲沉積體系（78%）中，其次為沖積扇沉積體系控制 （21%）（括號中為已知礦床在各沉積體系中所占的比例）。

（3）伊犁盆地鈾礦化與含礦建造中砂體特征密切相關(guān)。鈾礦化主要賦存于砂地比高（＞0.45）、 砂體厚度適中（17～32 m） 的層位中。

（4）伊犁盆地鈾礦化與含礦建造的巖性結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。層間氧化帶型鈾礦化主要賦存在泥-砂-泥（煤）巖性結(jié)構(gòu)中，潛水氧化帶型鈾礦化主要賦存在砂-煤-泥巖性結(jié)構(gòu)中。

［1］張國偉，李三忠，劉俊霞，等.新疆伊犁盆地的構(gòu)造特征與形成演化 ［J］. 地學(xué)前緣， 1999， 6（4）：203-214.

［2］陳戴生，王瑞英，李勝祥，等.伊犁盆地砂巖型鈾礦成礦機(jī)制及成礦模式 ［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 1996， 19（4）:321-331.

［3］張國偉，滕志宏.伊犁盆地的構(gòu)造特征、區(qū)劃與形成發(fā)展研究報告［R］.西安：中原石油勘探局勘探事業(yè)部、西北大學(xué)地質(zhì)系，1995:1-60.

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［5］夏毓亮，林錦榮，侯艷先，等.伊犁盆地砂巖型鈾成礦同位素地質(zhì)特征［J］. 鈾礦地質(zhì)，2002，18（3）:150-155.

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［7］李勝祥，王保群，蔡煜琦，等.基于GIS的伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦綜合評價信息系統(tǒng)［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2005.

［8］陳戴生，王瑞英，李勝祥，等.伊犁盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式 ［J］.鈾礦地質(zhì)，1997，13（6）:327-335.

Sedimentary formation features and it’s relationship with sandstone-type uranium ore formation in Yili Basin

LIU Wu-sheng，JIA Li-cheng
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Starting with the remoulding of palaeostructure， palaeo-geography， Yili Basin are systematically analyzed and their influence on sandstone-type uranium mineralization is discussed in this paper.It’s proved that the double basements are uranium， and the coal bearing clastic formation formed in the weak extensional tectonic background of Middle-Lower Jurassic is favorable for sandstone-type uranium mineralization，and the red clastic formation formed in the weak compressive tectonic background of Late Cretaceous—Neogene is favorable for epigenetic reworking and uranium concentration.The statistics indicate that the uranium mineralization in Yili Basin is related to the type of sedimentary facies，thickness of single sand body and lithological correlation.

Yili Basin； sandstone-type uranium deposit； sedimentary formation

P598；P619.14

A

1672-0636（2011）01-0001-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.01.001

2010-08-20

劉武生（1977—），男，江西吉安人，碩士，高級工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)研究。E-mail:lws970815@126.com