劉章月，鄧華波，董文明，蔡根慶，劉紅旭

（1.核工業(yè)北京地質研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京100029；2.中國地質大學（北京），北京 100083）

新疆巴什布拉克鈾礦床成礦地球化學環(huán)境分析

劉章月1，鄧華波2，董文明1，蔡根慶1，劉紅旭1

（1.核工業(yè)北京地質研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京100029；2.中國地質大學（北京），北京 100083）

從地球化學角度，利用古氣候條件和相關地球化學指標分析，指出研究區(qū)賦礦巖石形成于干旱的氧化環(huán)境；通過分析與鈾礦化常見伴生元素組合結果，指出目的層曾遭受過不同程度還原性流體的改造，并在構造抬升期，地表氧化性流體順層對目的層進行了再次改造，鈾礦化則發(fā)生于兩種不同性質流體混合改造部位。

地球化學指標；伴生元素組合；還原性流體

喀什凹陷位于西昆侖北緣沖斷帶和天山南緣沖斷帶的交匯部位，也是塔里木盆地非常重要的油氣產區(qū)和遠景區(qū)，但該區(qū)新構造運動異常強烈，特別是喀什凹陷北部受費爾干納走滑斷裂南延部分的影響，形成了成排、成帶分布的擠壓褶皺構造，早期油氣藏遭受破壞，在地表形成多處油浸砂［1-2］。巴什布拉克鈾礦床是塔里木盆地北部喀什凹陷與油氣次生還原作用有關的典型鈾礦床，雖然前人對其做了大量的工作，但對該礦床的成礦環(huán)境還存在分歧，特別是在賦礦藍灰色巖石的原生性與次生改造性方面存在較大的爭議［3-4］。本文主要從巖石地球化學角度，解剖該區(qū)賦礦巖石形成的地球化學環(huán)境和成礦流體性質，進而探討該區(qū)鈾富集成礦條件及規(guī)律。

1 區(qū)域地質特征

巴什布拉克鈾礦床位于喀什凹陷北緣南天山山前逆沖-褶皺帶中，喀什凹陷是塔里木盆地西南坳陷的一個次級構造單元，形成于二疊紀末南天山洋盆和古特提斯洋盆完成消亡之后，即，南天山造山帶和西昆侖山造山帶形成之時。由于印支構造運動才逐漸使喀什凹陷及柯坪斷塊與塔里木盆地分離出來，從侏羅紀開始，喀什凹陷作為一個相對獨立的構造單元基本形成。

礦區(qū)基底為元古代結晶片巖。蓋層由侏羅系、白堊系和新生界組成（圖1）。中生代地層以角度不整合覆蓋于元古界之上，并構成傾向S、SW方向的單斜構造層。賦礦層位為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群（K1kz），主要分布于南天山山前，為一套色澤較鮮艷的褐紅色砂巖和泥巖夾灰綠色砂巖、礫巖，中上部夾少量灰色薄層狀細砂巖。礦體主要產于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群下段灰綠色砂巖夾礫巖中，泥巖中也有礦化，厚度小、品位高，且礦層中有較多的固體瀝青和油跡。礦體形態(tài)為層狀、板狀和透鏡狀，礦體受地瀝青化巖石控制，礦體基本不超出地瀝青分布的范圍，主要產于含液態(tài)石油巖石上部30～50 m處，含液態(tài)石油巖石中沒有鈾礦化。

2 賦礦巖石（K1kz）形成環(huán)境

2.1 喀什凹陷早白堊世古氣候特征

由于中侏羅時期泛大陸的裂解，特提斯海溫暖潮濕的強烈季風逐漸趨于消失，亞洲的大氣環(huán)流模式發(fā)生改變，在新疆轉變?yōu)楦珊档墓艢夂颦h(huán)境。到早白堊世晚期，由于拉薩地體的碰撞，天山再次復活，形成足夠高的山體，將來自北方的季風阻擋在天山北側［6］，致使塔里木盆地處于干燥的氣候環(huán)境，下白堊統(tǒng)地層中多含有膏鹽成分。X衍射和掃描電鏡分析表明［7］，塔里木盆地北緣下白堊統(tǒng)地層中普遍富含他生伊利石、綠泥石和綠-蒙混層礦物，這基本上反映了干旱炎熱的古氣候背景；另據前人資料［7-8］，塔里木盆地北緣早白堊世介形類化石均為淡水-半咸水生物。植物化石主要為熱帶、亞熱帶蕨類、松柏類中喜干燥環(huán)境的沙草蕨、海金沙科及掌磷杉科等。以上資料均表明，本區(qū)下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群形成于干旱—炎熱半咸水環(huán)境，巖石顏色應以紫—紅色調為主。

圖1 喀什凹陷巴什布拉克地區(qū)地質略圖［5］Fig.1 Geologic sketch of Bashibulake area in Kashgar depression［5］

2.2 地球化學指標及其地質意義

2.2.1 Fe2O3和FeO變化特征

Fe2O3和FeO的質量分數及兩者之比基本能反映巖石形成的沉積環(huán)境、成巖作用及后生蝕變過程中的氧化還原性質。一般來說，若 w（Fe2O3）/w（FeO）＞1， 表明巖石形成于氧化環(huán)境，或遭受表生氧化蝕變；反之則形成于還原環(huán)境，或經歷了次生還原作用。由表1可知，無論是地表還是深部泥巖中，Fe2O3含量均高于FeO （個 別 樣 品除外），w（Fe2O3）/w（FeO）最低為0.93，個別地表紅褐色泥巖達2.33。泥巖因其透水性弱，一般認為很難被氧化，故數據更能反映其形成于（弱）氧化環(huán)境。砂巖中Fe2O3和FeO含量均有所降低，但 w（Fe2O3）/w（FeO）值在 II、 III和 IV 帶較大 （最小為 1.11， 最大為 2.44）， 而在I和 V帶最小，反映砂體后期遭受還原程度有所不同。礫巖中FeO平均質量分數高出Fe2O3質量分數1.7倍左右，具較強還原特征。由此可見，本區(qū)含礦目的層原始沉積環(huán)境應為干旱氧化環(huán)境，在后期構造抬升和油氣浸入階段，由于砂巖和礫巖孔隙度較高，普遍被還原性流體改造（油氣），使其呈現出弱還原特征。

2.2.2 TOC和S全變化特征

對于原生氧化砂巖和礫巖來說，由于一直處于氧化環(huán)境，其TOC和S全含量應較低，但本區(qū)砂巖和礫巖后期普遍遭受了還原性流體的改造，使局部具較高的TOC和S全含量（表 1）。

2.2.3 U和Th變化特征

由于鈾為活性元素，在氧化條件下易遷移，而釷為惰性元素，一般情況下不易遷移，所以其比值大小可以較好地反映砂巖在后期氧化或還原環(huán)境中鈾的遷移與富集。I帶 （地表）由于受地表氧化影響，鈾含量普遍偏低，w（Th）/w（U）值較高（表 1）。 隨著取樣深度的加大，砂巖顏色亦由紅褐色變?yōu)榛摇⒒揖G色，鈾元素富集較明顯，但在V帶灰色砂巖鈾質量分數最低為1.76×10-6，低于中亞原生紅砂巖層的平均鈾含量［11］，可能是由于該帶油氣浸入較晚（鉆孔巖心中還殘留液態(tài)原油），巖石還原褪色與鈾富集不同步所造成。

3 成礦流體特征

在砂巖型含礦層段上，伴隨著鈾的沉淀，往往有一系列伴生元素隨著鈾的富集而在相應的地球化學障處沉淀。地球化學障往往又是綜合性的，即，同時結合了氧化還原作用和酸-堿作用。對于不同地球化學性質的成礦流體，其元素組合亦不同，典型的砂巖型鈾礦床與U伴生的元素組合有以下幾組：

V-Mo-Re-Se組合：U和與其伴生的變價元素（V、Mo、Re、Se）含礦溶液形成的最主要原因是上述元素被氧化后從巖石中淋出，這種氧化-淋出的元素在氧化帶尖滅處，即地球化學環(huán)境變?yōu)檫€原條件時，從水溶液中快速沉淀，這些元素通常也稱為帶入元素。一般在層間氧化帶砂巖型鈾礦床中最常見。

Cu-Pb-Zn組合：如果還原環(huán)境是由于硫化氫造成的，則形成Pb、Zn和其他金屬的硫化物，而這些金屬在自然條件下價態(tài)不變。該組合在與油氣有關的鈾礦化中較常見。

∑REE-Y-Sc組合：對于這些在遷移和沉淀過程中價態(tài)不變的元素，由于硫化物和有機碳的氧化在地球化學障帶前部流體的pH值降低時，這些元素從圍巖中汲出，然后隨溶液中和時沉淀，即在堿性障處沉淀。這些組分有時也稱局部再分配元素。

由于本區(qū)遭受了多期油氣浸入作用，在新構造運動期間含礦層被掀斜抬升，同時又遭受了來自地表水的滲入氧化作用，所以各個垂向分帶上元素組合并不相同，各帶元素含量及組合特征見圖2～4。

Ⅰ帶為表生氧化帶，各元素含量均低于其他各帶。

Ⅱ帶上部U的伴生元素主要為Cu元素，含礦樣品中最高質量分數達到78.45×10-6，非含礦樣品中最高質量分數達到135×10-6，雖然U和Cu的富集峰值并不一致，但是富集區(qū)段卻十分吻合。中部U的伴生元素為Y、∑REE（最高為 388.91×10-6）、 Sc（非礦段為2.5×10-6～10.5×10-6， 含礦段為 10.5×10-6～20.5×10-6， 最高達 21.75×10-6，） 和 V（非礦段為 20×10-6～40×10-6， 含礦段為 50×10-6～118×10-6，最高達 118×10-6）。

表1 巴什布拉克鈾礦床克孜勒蘇群不同深度-不同巖性地球化學指標測試結果Table 1 Geochemical indexes of different types of rocks at different depths in Kezilesu group，Bashibulake uranium deposit

III帶與鈾礦物伴生的元素有V（最高為109×10-6）、 Mo（最高為 35.3×10-6）、 Se 和 Pb（含礦樣品最高為298×10-6，非含礦樣品中甚至達到 2 711×10-6）。

Ⅳ帶中的鈾礦物主要是在還原障上沉積，伴生元素主要有 Mo（最高為 807×10-6）、 V（最高為 118×10-6）、 Se（最高為 2.13×10-6）、 Re、Pb（質量分數為 200×10-6～500×10-6，最高為1 567×10-6）和 Zn（最高為 3 693×10-6）， 同時Sc、∑REE也發(fā)生了再富集分配。

Ⅴ帶上U的伴生元素有Se、Re（最高為0.539×10-6）、 Zn和 Sc， 并且輕 微 富 集 了Cu、Pb、V和Mo。各帶伴生元素分布情況見表2。

圖2 巴什布拉克鈾礦床垂向各帶V-Mo-Re-Se元素組合特征 （I帶除外）Fig.2 V-Mo-Re-Se distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

圖3 巴什布拉克鈾礦床垂向各帶Cu-Pb-Zn元素組合特征 （I帶除外）Fig.3 Cu-Pb-Zn distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

圖4 巴什布拉克鈾礦床∑REE-Y-Sc元素組合特征 （I帶除外）Fig.4 ∑REE-Y-Sc distribution at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit （except Zone I）

表2 巴什布拉克鈾礦床各帶伴生元素分布情況（地表I帶除外）Table 2 Uranium associated elements at different vertical zones in Bashibulake uranium deposit（except Zone I）

由各帶伴生元素的不同組合特征可以看出，各帶巖石曾遭受了還原性流體不同程度的浸入改造，使Cu、Pb和Zn元素異常偏高，特別是IV帶，巖石主要以砂巖和礫巖為主，是油氣的集中富集帶，也是主要鈾礦化帶。與此同時，本區(qū)含礦層在不斷抬升期間，受地表水沿層間滲入氧化的影響，使部分地段呈現出偏堿性的弱氧化環(huán)境，出現V、Mo、Re和Se等元素遷出，∑REE、Y和Sc元素遷入現象，如II帶中下部和IV帶中部。而在這兩種流體混合地段往往是鈾礦化的理想場所，如III帶下部、IV帶上部及下部。這與國外鈾-地瀝青鈾礦床類似，鈾的工業(yè)富集與地瀝青氧化系列和變質系列的端元組分有關，即與氧化硬瀝青、腐植硬蠟、似炭地瀝青、硬瀝青和炭瀝青有關［10］。

4 鈾及油氣來源探討

巴什布拉克鈾礦床北鄰下元古界古老結晶片巖（蘇魯切列克）基底，γ強度為（93.21～172.08）×10-14C/（kg·s）（即， 13～24 γ），平均值為 143.4×10-14C/（kg·s）（即，20 γ），比含礦圍巖高1.5倍，巴什布拉克下白堊統(tǒng)直接呈角度不整合覆于其上，該古老基底可以為本區(qū)鈾成礦提供長期、穩(wěn)定的鈾源。另外，一些原油及瀝青等衍生物以及油田鹵水中通常富含多種親烴類元素（尤其是V、Mo、U、Pb和Zn等元素）。本區(qū)含礦巖石中U、Cu、Pb和Zn元素含量異常偏高，很可能為深部油氣上浸帶來，急需進一步研究該區(qū)成礦元素的來源。

喀什凹陷主要發(fā)育兩套烴源巖：侏羅系烴源巖和石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)烴源巖。經前人研究，本區(qū)油氣主要來源于侏羅系烴源巖。侏羅系烴源巖主要分布于中下侏羅統(tǒng)楊葉組（J1-2y），其次為康蘇組（J1k）。源巖為湖相、沼澤相暗色泥巖，有機質類型為II—III型，有機質豐度各項指標均達到了中等—好的烴源巖標準，其中尤以中下侏羅統(tǒng)楊葉組（J1-2y）的有機質豐度為最好，熱演化處于成熟—高成熟階段［11］，可在一定深度生成大量的油氣，并沿斷裂、不整合面和可滲透性砂巖運移，從而對本區(qū)賦礦砂巖進行還原改造。

5 結 論

（1）早白堊世干旱—炎熱的古氣候條件和Fe2O3、FeO等各項地球化學指標顯示，含礦目的層形成于強烈氧化環(huán)境，致使巖石呈現紅褐色、紫紅色，在后期構造抬升過程中油氣上浸產生褪色蝕變。

（2）從與鈾伴生元素組合來看，本區(qū)巖石遭受了不同程度油氣還原作用，并在構造抬升期間，地表水順層對部分目的層進行再次改造。

（3）鈾礦化主要發(fā)生在來自地表氧化性流體與深部上移的還原性流體混合疊加改造地段。

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Analysis on geochemical conditions of uranium mineralization in Bashibulake uranium deposit，Xinjiang

LIU Zhang-yue1， DENG Hua-bo2， DONG Wen-ming1， CAI Gen-qing1， LIU Hong-xu1
（1．CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100029，China）

By studying the palaeoclimate and metallogenesis related geochemical indexes，this paper proposes that the hosting rocks should form in geochemical oxidation setting under arid palaeoclimate.The study on element assemblage associated with uranium mineralization indicates that the target hosting rocks suffered from different degrees of reworking of reducing fluid at first and then being superimposed by supergene oxidative fluid at tectonic uplifting stage.The uranium mineralization is located in reworked and superimposed places of two types of fluid.

geochemical indexes； assemblage of associated elements； reducing fluid

P619.14；P598

A

1672-0636（2011）03-0125-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.03.001

2011-04-11；

2011-04-27

劉章月（1981—），男，安徽巢湖人，工程師，碩士，主要從事沉積砂巖型鈾礦研究。E-mail：zhyueliu@163.com