準(zhǔn)噶爾盆地中侏羅世砂巖型鈾礦勘探潛力分析

準(zhǔn)噶爾盆地中侏羅世砂巖型鈾礦勘探潛力分析

準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)重要的能源礦區(qū)之一，擁有豐富的煤炭、石油和天然氣資源。此外，它也是前往遠(yuǎn)東地區(qū)的遙遠(yuǎn)目的地之一，具有良好的挖掘潛力。相關(guān)學(xué)者從鈾礦省的劃分、構(gòu)造成礦、礦化特征、同位素特征、形成條件、鈾富集與沉積體系的關(guān)系、地物化遙技術(shù)等角度論述了準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦床的特征,該盆地具有較好的找礦前景。近年來(lái),中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心組織實(shí)施了“我國(guó)主要盆地煤鈾等多礦種綜合調(diào)查評(píng)價(jià)”工作,以打破常規(guī)的跨越式勘查理念,全面開(kāi)展中國(guó)主要含煤盆地鈾礦資源區(qū)域評(píng)價(jià)。以可地浸砂巖型鈾礦成礦理論為指導(dǎo),以成礦地質(zhì)背景和成礦地質(zhì)條件為基礎(chǔ),尋找地浸砂巖型鈾礦找礦靶區(qū)為目的,對(duì)煤田鉆孔資料進(jìn)行“二次開(kāi)發(fā)”,開(kāi)展勘查選區(qū)研究。在煤田勘查區(qū)篩選具有自然伽瑪異常的鉆孔,以此為依據(jù)圈定異常鉆孔,優(yōu)選找礦靶區(qū),進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。目前,在準(zhǔn)噶爾盆地東緣砂巖型鈾礦找礦已取得重要突破,鉆孔驗(yàn)證打到了很有前景的工業(yè)礦體,表明準(zhǔn)噶爾盆地具有較好的砂巖型鈾礦找礦潛力。砂巖型鈾礦在準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系的西山窯組(J2x)和三工河組(J1s)均有發(fā)現(xiàn),這次工作又在頭屯河組(J2t)發(fā)現(xiàn)鈾礦。在準(zhǔn)噶爾盆地東緣,以侏羅系為研究對(duì)象,重點(diǎn)分析了頭屯河組的沉積環(huán)境及砂巖型鈾礦的成礦條件,使人們對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地的基礎(chǔ)理論有了許多新認(rèn)識(shí)。1準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)斷群內(nèi)的構(gòu)造背景準(zhǔn)噶爾中新生代盆地的東部地區(qū),夾持于青格里底山脈、克拉美利山脈與博格達(dá)山脈之間(圖1),在晚古生代完成了大陸拼合,中生代以來(lái)進(jìn)入陸內(nèi)演化階段,新生代天山山脈強(qiáng)烈隆起,并向兩側(cè)山前盆地發(fā)生大規(guī)模逆沖推覆。在中生代沉積盆地的基礎(chǔ)上沉積了巨厚的新生代沉積巖,并導(dǎo)致中新生代強(qiáng)烈的構(gòu)造變形,表現(xiàn)為強(qiáng)烈的逆沖推覆和褶皺變形,形成了多排褶皺—逆沖斷層帶。區(qū)內(nèi)出露的地層包括上古生界和中新生界兩大部分,上古生界為泥盆系和石炭系,中新生界包括三疊系、侏羅系和新近系,第四系分布比較廣泛(圖2)。準(zhǔn)噶爾盆地東緣的基底具雙層結(jié)構(gòu),下部為前震旦系古老結(jié)晶剛性地塊,上部為活動(dòng)性較強(qiáng)的華力西期褶皺帶。盆地蓋層為一套中生代河湖交互相砂泥巖、含煤碎屑巖建造及新生代砂礫巖沉積。蝕源區(qū)發(fā)育古生界泥盆系—石炭系、二疊系中基性火山巖,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,有大量以海西中期為主的多期次巖漿侵入。2礦區(qū)地質(zhì)特征2.1中下侏羅統(tǒng)對(duì)比研究區(qū)中生代成礦蓋層內(nèi)斷裂不發(fā)育,蓋層下主要由晚古生代褶皺巖系組成,巖性主要為海相碎屑巖、陸相中酸性火山巖,并發(fā)育大量海西期花崗巖類(lèi)。其中二疊系、石炭系火山巖(U值為4.89×10-6~7×10-6)和海西期花崗巖(U值為2.43×10-6~34.6×10-6)U豐度較高,并有許多U異常(礦點(diǎn))分布。其上沉積了厚層的中新生代沉積巖,侏羅系為含煤建造,包括八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J2q);其上為新近系索索泉組(N1s)紅色含膏鹽碎屑巖建造及第四系(圖3),礦層主要產(chǎn)于頭屯河組(J2t)的砂巖層中。研究區(qū)基底主要為斑狀黑云母花崗巖(γ41-2),組成巖體的主要巖性為灰色、灰白色、肉紅色中—粗粒斑狀黑云母花崗巖,巖體可分為3個(gè)結(jié)構(gòu)相帶,邊緣為細(xì)晶相或細(xì)晶斑狀相,中部為中粒斑狀相,內(nèi)部為粗粒斑狀相,色調(diào)呈灰色、灰白色、肉紅色,均無(wú)明顯界限,呈過(guò)渡關(guān)系。下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)與下伏地層角度不整合接觸,八道灣組自下而上可分為J1b1和J1b2兩段:八道灣組下段(J1b1)底部為一套礫巖,主要由石英、火山巖碎塊、沉積碎塊等組成,砂泥質(zhì)膠結(jié);下部巖性較粗,主要為砂巖、砂礫巖夾礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖,中下部及中部含煤層(煤線);上部以泥巖為主。八道灣組上段(J1b2)的下部為中細(xì)粒砂巖夾泥巖;中部以泥巖為主,夾砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及薄煤層(煤線);中上部及上部為泥巖及砂質(zhì)泥巖。巖性總體上為灰、深灰、黃綠色及灰綠色的粉砂巖、細(xì)砂巖夾泥巖、礫巖、粗砂巖,呈現(xiàn)5~6層礫巖→粗砂巖→細(xì)砂、粉砂巖→泥巖含煤線的由粗碎屑巖至細(xì)碎屑沉積的韻律層。下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)的巖性以灰黃色、灰色粉砂巖、泥巖為主,局部夾細(xì)砂巖和少量薄層粗砂巖。底部以一套礫巖為主,之上以泥巖為主;中上部普遍發(fā)育薄層紫色泥巖,含有較多黑色鮞粒。本組地層為一套河流相細(xì)碎屑巖沉積,不含煤,與下伏八道灣組呈平行不整合接觸。中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2s)為本區(qū)的主要含煤地層,主要由灰綠色、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、薄層中細(xì)粒砂巖及煤層組成。底部為一層中細(xì)粒石英砂巖,該砂巖分布范圍較廣,巖性也較特殊,是西山窯組與三工河組分界的標(biāo)志層。上部以泥巖為主,含煤層1~3層,其中至少有一層可采煤層在全區(qū)內(nèi)穩(wěn)定分布(圖版Ⅰ-a)。與下伏三工河組呈整合接觸。中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)自下而上劃分為J2t1和J2t2兩段,巖性主要為黃綠色礫巖、砂巖和灰綠—灰色泥巖、粉砂巖、粗砂巖,含鈾目標(biāo)層產(chǎn)于灰色砂巖中(圖版Ⅰ-b),該組底部以一層紫色礫巖為與西山窯組的分界線,為沉積間斷的標(biāo)志,在巖心中未見(jiàn)明顯層理(圖版Ⅰ-c)。上侏羅統(tǒng)齊古組(J2q)以紫紅色、褐紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主,夾薄層中細(xì)粒砂巖、紫色砂質(zhì)泥巖,局部見(jiàn)礫石,偶見(jiàn)薄層煤線,與下伏頭屯河組整合接觸。中新統(tǒng)索索泉組(N1s)主要由灰白色略帶紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖組成,夾有石膏薄層,成巖差,膠結(jié)松散。底部見(jiàn)礫巖層,礫石成分以火山碎屑巖為主,石英巖次之;中部為深紫紅色泥巖,富含石膏,顏色特別鮮艷;上部為灰綠色、褐紅色厚層砂質(zhì)泥巖,泥巖與粉砂巖互層。索索泉組(N1s)為淺水湖泊、濱湖及蒸發(fā)鹽漬沼澤沉積,與下伏齊古組呈平行不整合接觸。第四系(Q)主要由黃灰色粘土、砂質(zhì)粘土、中細(xì)砂和礫石組成,為一套山麓—洪積相沉積。2.2砂體及砂體特征研究區(qū)內(nèi)的含鈾礦地層主要為中侏羅統(tǒng)頭屯河組,該組具有以下特點(diǎn):1分布廣泛,厚度穩(wěn)定,分選較好,具良好的泥—砂—泥結(jié)構(gòu),埋藏較淺(大多小于400m),在研究區(qū)的南東部埋藏相對(duì)淺,100~300m,在北西部埋藏相對(duì)深,300~500m(圖4)?？傮w而言,北西部砂體厚度大于南東部,中部個(gè)別地區(qū)厚層砂體呈零星點(diǎn)狀分布(圖5);2構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,產(chǎn)狀穩(wěn)定,總體為向NW傾斜的緩傾斜地層,傾角小于10°,延伸較穩(wěn)定,含礦地層內(nèi)部斷裂構(gòu)造不太發(fā)育;3巖相特征明顯,總體屬河—湖相沉積,主要含礦層為辮狀河沉積砂體;4砂體發(fā)育,以辮狀河河道及河漫砂體為主,富含有機(jī)質(zhì)、炭化植物殘?bào)w、黃鐵礦等還原組分,辮狀河砂體以中粗粒砂巖、粗粒砂巖、礫巖及砂質(zhì)礫巖為主,砂體厚度5~105m(圖5),延伸穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)疏松,滲透性良好,是區(qū)內(nèi)鈾成礦的主要部位;5砂(礫)巖碎屑組分較復(fù)雜,主要成分有石英、長(zhǎng)石、黑云母、各種巖屑(中酸性—中基性火山巖、花崗巖、板巖等)等,并含有較多有機(jī)質(zhì)、細(xì)粒浸染狀黃鐵礦、煤屑等還原組分;以接觸—孔隙式膠結(jié)為主,碎屑分選中等;后生蝕變作用明顯,主要表現(xiàn)為褐鐵礦化、赤鐵礦化、碳酸鹽化、高嶺土化等。2.3產(chǎn)鈾盆地的地下水補(bǔ)充和滲透為局部水動(dòng)力組合泥巖蓋層和泥巖底層的穩(wěn)定分布是砂巖型鈾礦保存和產(chǎn)出所需的重要條件,泥巖具有致密性,塑性變形,是非常良好的隔水層。研究區(qū)內(nèi)泥巖蓋層和泥巖底層的分布情況非常有利,含礦地層頭屯河組下段的底部與下伏西山窯組接觸面上分布有一層厚2~6m的泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層;頭屯河組下段的上部見(jiàn)一層厚4~12m的泥巖,為含礦地層主要的隔水層蓋層;其上仍有2~3層1~6m的泥巖層,同樣可以作為良好的隔水層。產(chǎn)鈾的沉積盆地應(yīng)是大型自流水盆地,有豐富的水源補(bǔ)給區(qū),有巖層產(chǎn)狀舒緩的長(zhǎng)距離徑流區(qū)(有利于地下水緩慢流動(dòng)和砂巖的充分氧化),并有明顯的排泄區(qū)。準(zhǔn)噶爾盆地北部廣大地區(qū)處于亞造山區(qū)的構(gòu)造環(huán)境,具備滲入型自流盆地的特點(diǎn)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,準(zhǔn)噶爾盆地東緣的地層傾角大多小于10~15°,侏羅系埋深小于70m以上的面積為4500km2。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后克拉美利隆起向南形成了穩(wěn)定的單斜層,有較好的排泄機(jī)制。南部坳陷則由于坳陷深度大于300m,中新生界累計(jì)厚度大于200m,博格達(dá)山強(qiáng)烈上升和水平擠壓形成強(qiáng)烈的推覆構(gòu)造和深大坳陷,具有反向滲出盆地的特征。水流在盆地南部和東部為NW向,在北部為SW方向,匯合后總體向西徑流。盆地內(nèi)的次級(jí)隆起將盆地分隔為水動(dòng)力條件相對(duì)獨(dú)立的次級(jí)水文地質(zhì)單元,并有各自的補(bǔ)給—徑流—排泄系統(tǒng),構(gòu)成了局部水動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)(圖6),為砂巖型鈾礦的形成提供了良好的條件。研究區(qū)南東部出露海西期斑狀黑云母花崗巖(γ41-2),主要巖性為灰色、灰白色、肉紅色中—粗粒斑狀黑云母花崗巖,為鈾礦成礦的主要物源層。研究區(qū)內(nèi)地層傾向NW,含礦砂體由SE向NW埋深逐漸加大,因此,更加有利于成礦物質(zhì)由SE向NW運(yùn)移。3上段砂巖j2t中侏羅統(tǒng)屯河組(J2t)自下而上劃分為J2t1和J2t2兩段,是研究區(qū)的含鈾礦目標(biāo)層(圖版Ⅰ-b),具有非常高的自然伽瑪異常值。頭屯河組下段(J2t1)巖性以黃綠色礫巖、砂巖、粗砂巖(圖版Ⅰ-e)、灰綠色泥巖(圖版Ⅰ-i)、粉砂巖為主。砂巖成分以石英為主,次為長(zhǎng)石和暗色礦物,次棱角狀,分選性一般,泥質(zhì)膠結(jié)。底部見(jiàn)一層礫巖(圖版Ⅰ-d),為沉積間斷的標(biāo)志。頭屯河組上段(J2t2)巖性主要為灰綠色泥巖(圖版Ⅰ-f)、粉砂巖(圖版Ⅰ-f)、中砂巖、粗砂巖等,其中含礦粗砂巖碎屑成分以石英為主,次為長(zhǎng)石和暗色礦物。碎屑次棱角狀、分選性一般,泥質(zhì)膠結(jié)(圖版Ⅰ-g、h),巖心中未見(jiàn)明顯層理(圖版Ⅰ-c)。通過(guò)鉆探施工4個(gè)鉆孔,發(fā)現(xiàn)了1個(gè)工業(yè)孔和3個(gè)礦化孔,初步顯示了該區(qū)較大的鈾成礦潛力。表1數(shù)據(jù)顯示各個(gè)鉆孔中K的含量變化不大,而U的含量則分布不均,工業(yè)孔平米鈾含量為1.49kg/m2,見(jiàn)礦最深部位為457m,平均品位2.8679×10-4,鈾礦體單層最大厚度為2.4m,主體含礦圍巖為砂巖。4成礦條件分析砂巖型鈾礦的形成需要特定的成礦地質(zhì)條件,需要通過(guò)研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造條件、巖相—巖性條件、氣候與地貌條件、水文地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合分析,判斷其成礦條件。4.1地質(zhì)背景及地質(zhì)意義準(zhǔn)噶爾盆地為古生代褶皺基底之上的中新生代復(fù)式盆地,構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,僅有部分?jǐn)鄩K活動(dòng),沉陷幅度不大,且?guī)r層相對(duì)平緩,蓋層未發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺作用。盆地內(nèi)圍巖發(fā)育大量富含U的中酸性火山巖及花崗巖類(lèi),U源豐富。自晚白堊世以來(lái),特別是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng),隨著印度板塊向歐亞板塊的碰撞俯沖,區(qū)內(nèi)反應(yīng)明顯,發(fā)生了不均勻的升降或掀斜運(yùn)動(dòng)。北部以緩慢的升降運(yùn)動(dòng)為主,南部進(jìn)一步坳陷,總體形成不對(duì)稱(chēng)的南深北淺箕狀構(gòu)造盆地,除南部山前深大坳陷之外,北部廣大地區(qū)屬于亞造山區(qū),各次級(jí)盆地均具有滲入型自流盆地的特點(diǎn),沿次級(jí)坳陷盆地分布有斜坡帶,是砂巖型鈾礦形成的有利構(gòu)造環(huán)境。準(zhǔn)噶爾盆地深部有良好的儲(chǔ)油構(gòu)造,當(dāng)斷裂溝通深部?jī)?chǔ)油構(gòu)造時(shí),易逸出強(qiáng)還原氣體(如CH4、H2S等)可沿?cái)嗔严蛏线w移,在其與層間含O、含U地下水相遇處,形成地球化學(xué)還原障,促使U還原富集,也是鈾成礦的有利條件之一。4.2u還原彈性砂巖層研究區(qū)巖相帶巖性變化不大,砂巖分選性、滲透性好,巖層穩(wěn)定延伸可達(dá)幾十甚至上百米。準(zhǔn)噶爾盆地沉積蓋層侏羅系中發(fā)育大量河流相、河沼相灰色砂體層,其東緣存在完整的沉積旋回和較高還原能量的砂質(zhì)沉積物。侏羅系中煤和砂巖層富含還原劑是至關(guān)重要的成礦因素,沉積物中富含黃鐵礦及植物殘余,這些物質(zhì)的存在有利于厭氧生物的活動(dòng),產(chǎn)生H2S,從而產(chǎn)生地球化學(xué)障,促使U還原富集。含礦目的層具有泥—砂—泥地層結(jié)構(gòu),其中砂巖層透水性好,泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、煤層等隔水層分布穩(wěn)定,隔水性能良好,厚度一般在10~20m之間,砂泥比5∶1。含礦砂體厚度為20~40m,在目的層上部有一套新近系厚度不大的紅色碎屑巖覆蓋。沉積物顏色依相帶分帶具有紅—灰色變化規(guī)律,證實(shí)了侏羅系中、下統(tǒng)沉積具有良好的原生地球化學(xué)條件。4.3ss-鹽堿地區(qū)的古環(huán)境研究區(qū)的氣候、地貌景觀條件對(duì)砂巖型鈾礦的形成十分有利。中上侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)、齊古組(J2q)及新近系索索泉組(N1s)為紫紅色的洪積—湖積相細(xì)碎屑巖,其間存在數(shù)個(gè)沉積間斷,發(fā)育區(qū)域不整合面和古風(fēng)化殼。第四系厚度相對(duì)較薄,由松散的鹽堿化粘土、洪沖積砂礫石組成,無(wú)腐殖層和植被,無(wú)地表長(zhǎng)年水流。特別是現(xiàn)代這種干旱氣候明顯,地表植被不發(fā)育,土壤層薄,盆地東緣呈準(zhǔn)平原化的丘陵、戈壁和沙漠地貌,潛水面一般為地下50m左右,局部地區(qū)更深(100m以上),因此,有利于地表含O、含U水向盆內(nèi)滲流。4.4不同層系的地下水產(chǎn)鈾的沉積盆地應(yīng)是大型自流水盆地,有豐富的水源補(bǔ)給區(qū),有巖層產(chǎn)狀舒緩的長(zhǎng)距離徑流區(qū)(有利于地下水緩慢流動(dòng)和砂巖的充分氧化),并有明顯的排泄區(qū)。準(zhǔn)噶爾盆地北部廣大地區(qū)處于亞造山區(qū)的構(gòu)造環(huán)境,具備滲入型自流盆地的特點(diǎn)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,準(zhǔn)噶爾盆地東緣存在3個(gè)水文地質(zhì)構(gòu)造層,各構(gòu)造層的水文條件是:1古生界構(gòu)造層,分布在泥盆系、石炭系陸源碎屑巖和弱變質(zhì)火山巖、碎屑巖及碳酸鹽巖中,多出露在蝕源區(qū),該區(qū)為裂隙—層間水,發(fā)育裂隙—脈狀水,通常是低礦化度(<1g/L)的重碳酸鈣鈉型水,水中O(3-10g/L)、U濃度高(>5×10-5g/L);2中生界構(gòu)造層,主要為孔隙水、裂隙水和層狀水,分布于三疊系、侏羅系和白堊系陸源的原生紅色、灰色巖石和炭質(zhì)巖石中;3新生界構(gòu)造層,形成于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段,地下水分布在松散和弱巖化的沉積物中,主要是紅層中的孔隙水、層狀水及潛水。準(zhǔn)噶爾盆地東緣的地層傾角大多小于10°,青格里底山形成穩(wěn)定的構(gòu)造斜坡帶,后期構(gòu)造改造不強(qiáng)烈,加之新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后克拉美利隆起構(gòu)成了一個(gè)滲入型自流水盆地。承壓水和潛水的主要補(bǔ)給區(qū)在南部的天山山脈、東部的克拉美利山山脈和東北部的青格里底山山脈。盆地內(nèi)次級(jí)隆起的存在,將盆地分隔為水動(dòng)力條件相對(duì)獨(dú)立的次級(jí)水文地質(zhì)單元,并有各自的補(bǔ)給—徑流—排泄系統(tǒng),為砂巖型鈾礦的形成提供了良好的條件。5自然系空間分布及研究區(qū)區(qū)域分布在研究區(qū)內(nèi)收集的110個(gè)煤田鉆孔均進(jìn)行了自然伽瑪測(cè)井,發(fā)現(xiàn)89個(gè)鉆孔有自然伽瑪異常顯示,構(gòu)成成片成帶的放射性異常帶,自然伽瑪異常主要分布于中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)下部的中粒砂巖之中,異常值大多為背景值的20倍,異?？渍际占@孔的81%,有很好的找礦線索。研究區(qū)內(nèi)自然伽瑪異常強(qiáng)度變化于500~5708API之間,自然伽瑪異常層厚度大部