何中波，劉章月，楊燁，郭強，宋繼葉，冀華麗(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

準噶爾盆地中新生代構造沉積演化與砂巖型鈾成礦作用關系探討

何中波，劉章月，楊燁，郭強，宋繼葉，冀華麗
(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

準噶爾盆地是我國重要的多能源礦產(chǎn)產(chǎn)出盆地之一。本文從盆地中新生代構造演化、沉積建造及古氣候演化特征等基礎砂巖型鈾礦成礦地質(zhì)背景入手，結合已知鈾礦化發(fā)育層位、類型及分布范圍特征，綜合分析了準噶爾盆地中新生代構造沉積演化對砂巖型鈾成礦的控制作用，認為：潮濕或半潮濕古氣候環(huán)境有利于砂巖型鈾礦含礦建造的發(fā)育；沉積建造類型控制鈾礦化發(fā)育層位及容礦空間；構造活動期次及強度控制鈾礦化發(fā)育時間、期次及保存與破壞。

準噶爾盆地；構造活動期次；古氣候環(huán)境；沉積建造；砂巖型鈾礦

準噶爾盆地是新疆境內(nèi)3大盆地之一，面積約13×104km2，是我國石油、天然氣和煤等能源礦產(chǎn)的重要產(chǎn)出區(qū)之一。盆地砂巖型鈾礦找礦工作開始于20世紀50年代，經(jīng)過近60年找礦和勘探發(fā)現(xiàn)了一大批鈾礦床、礦點及異常點，但尚未發(fā)現(xiàn)中型以上鈾礦床。前人針對準噶爾盆地砂巖型鈾礦成礦環(huán)境的研究主要集中在某一方面或局部地區(qū)[1-10]。本文重點分析了已知鈾礦化發(fā)育層位、類型及分布等特征，從盆地中新生代構造-沉積演化入手，結合砂巖型鈾礦成礦規(guī)律，系統(tǒng)分析了中新生代構造沉積演化對鈾成礦的控制作用，以期對盆地鈾礦勘查工作有一定幫助。

1　盆地地質(zhì)背景

準噶爾盆地與全球著名的砂巖型鈾礦聚集區(qū)——中亞鈾礦聚集區(qū)毗鄰，是新疆“三山夾兩盆”的主要組成單元之一。在大地構造位置上，準噶爾盆地位于準噶爾地塊的核心穩(wěn)定區(qū)，處于哈薩克斯坦古板塊與西伯利亞古板塊及塔里木古板塊的交匯部位，是一個三面被古生代縫合線所包圍的晚石炭世到第四紀發(fā)展起來的大陸板內(nèi)沉積盆地[11-12]。自古生代以來，盆地構造演化可大致劃分為3個較大的演化階段：①前震旦紀古陸形成階段；②震旦紀到石炭紀盆地基底演化階段；③二疊紀至今疊合盆地發(fā)育階段[13]。本文重點關注中新生代演化階段，即三疊紀至今，板內(nèi)壓陷、均衡演化階段。盆地內(nèi)中新生代為陸相沉積演化階段，主要蓋層為三疊系、侏羅系、白堊系、古近系及新近系（圖1）。

2　盆地中新生代構造沉積演化

2.1中新生代構造演化特征

中新生代以來準噶爾盆地經(jīng)歷了陸內(nèi)拗陷及再生前陸盆地兩大構造-沉積演化階段（表1）[11-13]。

坳陷盆地發(fā)育階段(T—K)中、新生代時期，我國西部盆地的發(fā)展與特提斯構造演化密切相關。自三疊紀開始準噶爾盆地進入坳陷發(fā)展階段，各期沉積主要受控于重力均衡作用，斷裂多具同生性質(zhì)，對坳陷的發(fā)育也具一定控制作用。在漫長的坳陷發(fā)育中經(jīng)歷了2次較為強烈的構造運動——印支、燕山運動，據(jù)各自演化特征又將其分為受印支運動影響的坳陷階段（T）和受燕山運動影響的坳陷階段（J—K），砂巖型鈾礦的主要研究對象為受燕山運動影響的坳陷階段。

再生前陸盆地發(fā)育階段(E—Q)古近紀以來，印度板塊向歐亞板塊強烈俯沖，造成沿板內(nèi)縫合帶發(fā)生強烈造山運動。北天山地區(qū)受此影響也快速大幅度隆升，并向北沖斷推覆，使準噶爾盆地南部地殼遭受擠壓發(fā)生彎曲，在山前形成陸內(nèi)造山型前陸盆地。據(jù)第三系厚度資料分析，盆地以整體抬升為主，特別是盆地腹部和北部地區(qū)。其中，北部抬升幅度最大，呈北升南降趨勢，沉積坳陷收縮至盆地南緣沿天山一線，沉積了厚約4 000~6 000 m的磨拉石建造，促使該區(qū)侏羅系煤系生烴層的成熟。同時，扭壓應力在盆地南緣形成了喜馬拉雅期成排成帶的雁列式褶皺和斷裂，北緣一些基底斷裂受其影響而復活，在上覆淺層形成一些平緩的低幅度背斜。

圖1　準噶爾盆地鈾礦地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Junggar Basin

2.2中新生代古氣候演化特征

中生代以來，準噶爾盆地古氣候大致經(jīng)歷了干旱-潮濕-干旱的古氣候旋回，具體表現(xiàn)為：三疊紀主要處于干旱性古氣候環(huán)境中[14-15]。早中侏羅世屬亞熱-溫濕性氣候，局部時期向干旱氣候波動，主要發(fā)育一套暗色含煤碎屑巖建造；晚侏羅世開始整體趨于干旱，屬熱帶-亞熱帶干旱氣候[16]，主要發(fā)育紅色、雜色碎屑巖建造。白堊紀沉積初期已由侏羅紀末的干旱氣候變?yōu)槌睗駳夂?，發(fā)育灰色碎屑巖建造，并在經(jīng)歷了短暫的潮濕氣候之后，在清水河組末期向半干旱古氣候轉(zhuǎn)變，在白堊紀晚期變?yōu)楦珊敌詺夂騕17]，發(fā)育一套雜色碎屑巖建造。古近紀持續(xù)表現(xiàn)為干旱性古氣候[18]，發(fā)育雜色碎屑巖建造，在局部干旱湖泊區(qū)發(fā)育小面積暗色碎屑巖建造；新近紀古氣候呈干濕交替特點，但整體趨于干旱，尤其是晚期干旱性古氣候特點更突出[19]。

2.3沉積充填演化特征

準噶爾盆地中新生代侏羅紀以來充填沉積最厚約10 000 m，包括侏羅系（八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組、齊古組、喀扎拉組），白堊系吐谷魯群，古近系和新近系等地層單元，可劃分為3個階段（表1）：

三疊—侏羅紀中央隆起邊緣沉降多側(cè)陡沖的扭壓撓曲盆地充填階段 包括3幕：①三疊系上倉房溝群—小泉溝群為充填一幕：下部以褐色、紫紅色礫巖、礫質(zhì)泥巖夾砂巖為主，上部為深灰色泥巖、砂巖、砂礫巖；②八道灣組—三工河組—西山窯組為充填二幕：以灰色、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖、含礫砂巖和礫巖為代表，其中，八道灣和西山窯組中發(fā)育若干穩(wěn)定煤層；③頭屯河組—齊古組—喀扎拉組為充填三幕：紫紅-雜色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖或砂巖沉積。

表1　準噶爾盆地中新生代構造-沉積演化序列表Table 1 Tectonic sedimentary evolution sequence of Mesozonic-Cenozonic in Junggar Basin

早白堊世—古近紀均衡沉降的均衡撓曲盆地充填階段 為一套泥巖夾介殼灰?guī)r、砂泥巖互層，含少量礫巖，后者以砂礫巖為主，夾薄層泥巖。

新近—第四紀南緣逆沖逐漸加強，壓陷形成類前陸盆地階段 為一套陸相粗碎屑巖，具前陸盆地晚期沉積的陸相磨拉石組合特征。

總之，準噶爾盆地中新生代為疊合的陸相壓性盆地，總體上經(jīng)歷了從侏羅紀潮濕湖盆到半潮濕-半干旱湖盆至早白堊世—新近紀的干旱湖盆，并經(jīng)歷多期從濱淺湖盆、淺湖-半深湖盆到淺湖盆，最后為濱淺湖、沖積平原的充填演化過程。

3　盆地已知鈾礦化發(fā)育特征

準噶爾盆地鈾礦化具多層位、多成因、多部位、多期次特點。目前已知鈾礦床、礦點及礦化點、異常點共計50余個（表2），在盆緣廣泛分布（圖2）。

3.1發(fā)育層位

中新生界侏羅系—新近系各層位均賦存鈾礦化，已發(fā)現(xiàn)鈾礦化的地層組10余個，分別為：八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組（或石樹溝群）、齊古組、清水河組、呼圖壁河組、勝金口組（吐魯谷群）、東溝組、紅礫山組、安集海河組、烏倫古河組和沙灣組（表2）。

表2　準噶爾盆地鈾礦化統(tǒng)計表Table 2 Statistical of uranium mineralization in Junggar Basin

3.2礦化類型

準噶爾盆地鈾礦化類型較多，按成因及容礦主巖可分為3類：砂巖型、煤巖型及復合成因型（成因上與油氣及地瀝青具一定關系）。煤巖型的有大慶溝礦床、火燒山礦化點及和什托洛蓋異常點等，主要賦存層位為中侏羅統(tǒng)西山窯組；復合成因型主要有石梯子礦點、烏爾禾礦化點、喀拉扎礦點等，主要分布于盆地南緣獨山子-烏魯木齊一帶及西北緣烏爾禾一帶，與油氣產(chǎn)出部位關系密切，賦存層位主要為下白堊統(tǒng)吐谷魯群、侏羅系及古近系；在南緣博格達山前二疊系中發(fā)育與地瀝青化有關的砂巖型鈾礦化，如紅雁池礦化點。砂巖型鈾礦化較普遍，礦床（點）及礦化點較多，發(fā)育層位也較多，侏羅系至古近系各層位均有分布（表2，圖2）。

圖2　準噶爾盆地鈾礦化分布圖Fig.2 Distribution map of uranium mineralization in Junggar Basin

3.3分布特征

盆地南緣主要發(fā)育砂巖型及地瀝青型鈾礦化，主要分布于南緣三排褶皺構造的第一排褶皺帶；盆地東部主要發(fā)育砂巖型鈾礦化及煤巖型鈾礦化，多分布于卡拉麥里山山前部位；盆地北部目前發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦化，以發(fā)育于古近系中的頂山礦床為代表；盆地西北部3種類型鈾礦化均有發(fā)育，其中，煤巖型鈾礦化主要發(fā)育于西北部和什托洛蓋山間坳陷中，地瀝青型主要發(fā)育于烏爾禾地區(qū)，砂巖型則在全區(qū)均有發(fā)育。

由上可知，砂巖型鈾礦在盆地內(nèi)分布最廣，煤巖型鈾礦化的發(fā)育局限于東部和西北部的產(chǎn)煤坳陷中，地瀝青型鈾礦化的發(fā)育則與油氣產(chǎn)出部位具一定聯(lián)系。

4　結論與討論

4.1潮濕或半潮濕古氣候環(huán)境有利于砂巖型鈾礦

含礦建造的發(fā)育

在系統(tǒng)分析盆地已知鈾礦化發(fā)育層位基礎上，結合古氣候演化研究結果發(fā)現(xiàn)：準噶爾盆地絕大多數(shù)鈾礦化建造均為潮濕或半潮濕古氣候環(huán)境控制下形成的（圖3），表明古氣候環(huán)境對鈾礦化容礦空間的發(fā)育具較強控制作用。

4.2沉積建造控制鈾礦化發(fā)育層位及容礦空間

準噶爾盆地中新生代陸相碎屑巖建造可大致劃分為陸相暗色含煤碎屑巖建造、陸相紅雜色碎屑巖建造及陸相磨拉石建造3大類型。

陸相暗色含煤碎屑巖建造主要由中下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組和西山窯組組成，廣泛分布于盆地內(nèi)部及盆緣，屬較典型的煤系地層，盆緣一般埋藏較淺，向盆內(nèi)方向埋深迅速增大，大部分地區(qū)埋深超過1 000 m。該沉積建造主要為一套河湖（沼）相沉積，泥-砂-泥結構及砂體均較發(fā)育，砂體厚數(shù)米至數(shù)十米，原生砂巖富含有機質(zhì)、黃鐵礦，還原容量高，為盆內(nèi)砂巖鈾礦最有利的找礦目標層位。

圖3　準噶爾盆地古氣候演化及鈾礦化發(fā)育層對照圖Fig.3 Comparison map showing paleoclimate evolution and U-mineralization development layer in Junggar Basin

陸相紅雜色碎屑巖建造主要由中上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)吐谷魯群和古近系烏倫古河組等層位組成，廣泛分布于盆地邊緣及內(nèi)部。其中，中上侏羅統(tǒng)頭屯河組整體呈“下灰上紅，下砂上泥”的結構特征，為一套河湖相沉積，原生砂體具較強還原容量，為有利目標層位之一；吐谷魯群為一套內(nèi)陸湖相碎屑巖沉積建造，底部普遍發(fā)育一套砂礫巖，其余各層組主要為三角洲-濱淺湖沉積，整體呈下部灰色砂礫巖層、上部雜色砂泥巖互層的結構特征，其沉積環(huán)境為干旱、半干旱氣候下的氧化-弱氧化環(huán)境，巖層中缺乏原生還原容量；烏倫古河組整體為一套下粗上細的雜色砂巖層，屬干旱-半干旱氣候下的辮狀河-辮狀河三角洲沉積，具一定還原容量。

暗色含煤碎屑巖建造及紅雜色碎屑巖建造的灰色層中均發(fā)現(xiàn)大量鈾礦化點或異常點，為準噶爾盆地主要的含鈾建造（表3）。

4.3構造活動期次及強度控制鈾礦化發(fā)育的時間、期次及保存與破壞

磷灰石裂變徑跡分析結果表明[20-24]，準噶爾盆地中生代以來經(jīng)歷了晚侏羅世、晚白堊世及新生代幾期主要的抬升與剝蝕事件，導致盆地面積萎縮、沉積層變薄，發(fā)育多個沉積不整合面（表4）。

表3　準噶爾盆地中新生代沉積建造類型及含鈾信息Table 3 Sedimentary formation and uranium mineralization information of Mesozonic-Cenozonic in Junggar Basin

表4　準噶爾盆地侏羅紀以來不整合面發(fā)育特征Table 4 Developmental characteristics of unconformity in the Jurassic of Junggar Basin

侏羅系頂、底及其內(nèi)部不整合廣泛發(fā)育，使侏羅系頂部普遍發(fā)育古風化殼。燕山運動第Ⅰ幕、第Ⅱ幕在準噶爾盆地表現(xiàn)強烈，西山窯組與下伏地層之間在盆地西部車排子地區(qū)呈削蝕不整合特征，侏羅系頭屯河組與西山窯組之間在盆地東部也呈削蝕不整合特征。阜東斜坡區(qū)發(fā)育J3q/J2t和K/J3q等多個不整合面，且以J3q/J2t為主；盆地腹部中侏羅統(tǒng)下部西山窯組和上部頭屯河組之間角度不整合清楚，呈區(qū)域性不整合，沉積間斷時限達4~10 Ma[25]，剝蝕厚度達100~340 m[25-26]，為砂巖型鈾成礦提供了構造和時空條件。在車排子和莫索灣地區(qū)的車莫隆起一帶白堊系與侏羅系呈角度不整合，侏羅系嚴重缺失[11,27-30]，K/J不整合界面下紅層厚度平均30 m，呈面狀分布，自不整合界面向下褐色蝕變作用明顯減弱并逐漸消失，具潛水氧化特點。

準噶爾盆地晚侏羅世多期次的構造抬升活動，使盆緣中下侏羅統(tǒng)的含煤碎屑巖建造在發(fā)育一定程度掀斜的同時出露地表，遭受大面積剝蝕，形成多期次不整合面。在其發(fā)育過程中，含鈾含氧水通過不整合面滲入有利成礦建造中，經(jīng)一定時間積累會在有利成礦建造中發(fā)育鈾元素的富集，最終形成鈾礦化。不整合面為鈾礦化的發(fā)育提供了良好的、長期穩(wěn)定的含礦流體運移條件，這也是中下侏羅統(tǒng)在被白堊系大面積超覆的情況下仍能發(fā)育一定規(guī)模鈾礦化的根本原因之一。

晚白堊世，隨著喜馬拉雅地塊向歐亞大陸南緣擠壓拼貼，盆地周緣普遍處于抬升剝蝕狀態(tài)，早期蓋層遭受長期風化及氧化淋濾作用的改造，盆緣構造抬升及掀斜作用為含鈾含氧水滲入提供了良好的構造條件，為鈾礦化的發(fā)育奠定了基礎。

新近紀以來，伴隨著印度板塊與歐亞板塊的碰撞作用，準噶爾盆地南緣急劇隆升，強烈的構造擠壓與抬升剝蝕，使早期形成的鈾礦體遭受強烈破壞，局部地區(qū)古礦體可能完全消失。如在喀拉扎斷裂以南頭屯河東岸的山前褶皺帶，地表中、下侏羅統(tǒng)中可見多處異常，但鈾異常僅局限于地表，深部砂體均為原生灰、灰綠色。

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Mesozoic Cenozoic Tectonic-sedimentary Evolution and Metallogenesis of Sandstone-typeUraniumDeposit in J unggar Basin

He Zhongbo,Liu Zhangyue,Yang Ye,Guo Qiang,Song Jiye,Ji Huali
(Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing,100029,China)

Junggar basin,located in the north of Xingjiang,is one of the most important basins producing multi-mine resources.On the basic study of Mesozoic and Cenozoic-Era tectonic evolution,sedimentary formation,evolution characteristics of paleoclimate,and development horizon,type,distribution characteristics of uranium mineralization.In paper Analysed the controls of tectonic-sedimentary evolution for sandstone Uranium mineralization.In brief,this paper suggests that:(1)Humid and semi-humid paleoclimate environment are in favor of the development of ore-bearing formation of sandstone uranium deposit;(2)The type of sedimentary formation controls the development horizon of Uranium mineralization and accommodation;(3)Issue of tectonic activity and intension control the development time、issue and preservation and destruction of Uranium mineralization.

Junggar Basin;Tectonic active period;Paleoclimate;Sedimentary formation;Sandstone uranium

1000-8845(2016)03-410-08

P534.6；P619.14

A

項目資助:核能開發(fā)項目——準噶爾大型疊合盆地地浸砂巖型鈾礦預測技術研究

2015-12-16;

2016-03-18;作者E-mail:hzb100029@163.com

何中波（1980-），男，湖北襄陽人，高級工程師，碩士，2006年畢業(yè)于核工業(yè)北京地質(zhì)研究院礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，從事鈾礦地質(zhì)科研工作