陳 虹 張占峰

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

蒙其古爾鈾礦床泥質(zhì)類(lèi)巖石在鈾成礦過(guò)程中的作用*

陳 虹 張占峰

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

蒙其古爾礦床是近年來(lái)在新疆伊犁發(fā)現(xiàn)的大型可地浸砂巖型鈾礦床，隨著對(duì)礦床的系統(tǒng)勘探，累計(jì)提交資源量較大。礦床具有礦體厚度大、品位高、礦化帶寬等特點(diǎn)，具有較大的資源潛力。在對(duì)賦礦層位的泥質(zhì)巖隔水層的空間分布規(guī)律、成礦作用以及礦化類(lèi)型進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，探討可地浸砂巖型鈾礦床中泥質(zhì)巖對(duì)成礦的作用以及對(duì)礦床的影響，為該區(qū)域的地質(zhì)勘探工作提供參考。

砂巖型鈾礦床 泥質(zhì)類(lèi)巖石 空間分布規(guī)律 成礦作用 礦化類(lèi)型

蒙其古爾鈾礦床是伊犁盆地南緣較為典型的“伊犁式”層間氧化型鈾礦床，位于伊犁地區(qū)察布查爾縣境內(nèi)伊犁盆地南緣中西段。在大地構(gòu)造單元上處于天山造山帶中伊犁—中天山微地塊，即塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊南北對(duì)沖擠壓形成的大型內(nèi)陸山間拗陷盆地。該盆地基地主要為震旦紀(jì)中深變質(zhì)巖、古生界中酸性火山巖、火山碎屑巖。蓋層自下而上為三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系[1]。為了進(jìn)一步指導(dǎo)該地區(qū)的地質(zhì)勘探工作，有必要對(duì)區(qū)內(nèi)賦礦層位的泥質(zhì)巖隔水層的空間分布規(guī)律、成礦作用以及礦化類(lèi)型進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 礦床地質(zhì)特征與礦化特征

1.1 礦床地質(zhì)特征

1.1.1 地 層

礦床主要賦礦層位為侏羅系中下段西山窯組(J2x)和三工河(J1s)組含煤層系，為1套在潮濕條件下形成的以灰色為主的含煤碎屑沉積。

(1)三工河組(J1s)。分上下2段，在蒙其古爾局部地段有合并現(xiàn)象：①上段(J1s2)，厚9～28 m，下部巖性以灰色、灰白色、黃色、褐黃色粗砂巖、中砂巖為主，上部為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主夾薄層細(xì)砂巖；②下段(J1s1)，厚約6.80～21.60 m，下部巖性以灰色、灰白色、黃色、淺紅色粗砂巖和含礫粗砂巖為主，夾有少量中砂巖和細(xì)砂巖，上部為灰色、深灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖，局部發(fā)育薄煤層(M6)，三工河組砂體總體上發(fā)育穩(wěn)定，賦存有較好的工業(yè)鈾礦化。

(2)中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)。分為上、中、下3段：①下段(J2x1)，厚50～75 m，由穩(wěn)定性不一的下粗上細(xì)的多個(gè)正韻律沉積組合構(gòu)成，巖性為灰色、灰白色、黃色、褐黃色粗粒砂巖、含礫粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖及灰色泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，主要由2部分組成，下部為由灰色和灰白色粗粒砂巖、中細(xì)粒砂巖組成的砂體，具有較強(qiáng)的黏土蝕變現(xiàn)象，頂部第8煤層發(fā)育穩(wěn)定，為區(qū)域標(biāo)志層；②中段(J2x2)，厚12.60～56.60 m，巖性以煤層夾粉砂巖、泥巖和薄層的中粗粒砂巖為主，其中頂部的第10煤層發(fā)育穩(wěn)定，為區(qū)域標(biāo)志層；③上段(J2x3)，厚20.60～116.00 m，巖性以灰色、灰白色、黃色、褐黃色中粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖與粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，發(fā)育2層主砂體，砂體的穩(wěn)定性和連續(xù)性不佳，局部相變較大。

1.1.2 構(gòu) 造

蒙其古爾礦床位于伊犁盆地南緣斜坡帶東段構(gòu)造相對(duì)活動(dòng)區(qū)內(nèi)，屬于次級(jí)構(gòu)造單元扎吉斯坦向斜東南翼的組成部分，該向斜整體上呈東、西、南三面翹起，向NE向敞開(kāi)的屜狀向斜構(gòu)造形態(tài)，向斜的軸部位于扎吉斯坦河河谷地段，傾向45°～48°，傾角6°～8°，礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育F1、F2、F3等斷裂構(gòu)造[2]。

1.2 礦化特征

(1)控制蒙其古爾礦床鈾礦化富集的氧化帶由承壓水順層氧化形成，F(xiàn)1斷裂形成的構(gòu)造窗，使含氧水滲入并順層徑流，形成平面上蛇區(qū)狀或港灣狀、剖面上疊瓦狀的層間氧化帶。

(2)含氧水滲入層間使侏羅系各層位地球化學(xué)特征發(fā)生變化，隨著含氧水的遷移，鈾元素以U6+的形式被析出、遷移，在層間氧化帶向原生巖石帶的過(guò)渡部位以U4+的形式沉淀、富集成礦；空間形態(tài)上在氧化帶的卷頭和翼部以卷頭、板狀礦體產(chǎn)出。

2 泥質(zhì)類(lèi)巖石在鈾成礦中的作用

2.1 泥質(zhì)類(lèi)巖石的類(lèi)型

泥質(zhì)類(lèi)巖石大體分為砂體頂、底板，砂體中泥質(zhì)巖透鏡體2類(lèi)，見(jiàn)圖1。

圖1 泥質(zhì)巖類(lèi)型示意

(1)砂體頂、底板。礦床含礦層位的含水層、隔水層分層明顯，連續(xù)性較好，砂體頂、底板厚約5～20 m，滲透性低，以含炭化植物碎屑灰色泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等為主，隔水效果較好。

(2)砂體中泥質(zhì)巖透鏡體。砂體中厚度較小的泥巖、粉砂巖夾層，厚約0.1～2 m，不連續(xù)、厚度小、滲透性低，以含炭化植物碎屑的灰色泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和黑色炭質(zhì)泥巖等為主。

2.2 泥質(zhì)類(lèi)巖石在鈾成礦中的作用

泥質(zhì)類(lèi)巖石通過(guò)改變地下水補(bǔ)、進(jìn)、排體系及水動(dòng)力、地球化學(xué)環(huán)境等因素在鈾成礦中扮演著較為重要的角色，且通過(guò)吸附作用形成泥質(zhì)類(lèi)含鈾礦體，見(jiàn)圖2。

(1)層間砂體頂、底板的封閉作用。泥質(zhì)類(lèi)巖石作為層間砂體的頂、底板隔水層，使含氧含鈾地下水在一個(gè)相對(duì)封閉的砂體“通道”中流經(jīng)，增強(qiáng)了地下水動(dòng)力，使U6+更多的被析出、遷移，到達(dá)強(qiáng)地球化學(xué)還原障處變價(jià)、富集。該礦床有一種特殊形式，西山窯組上段在局部地區(qū)的2層相近砂體由于中間隔水層局部缺失，導(dǎo)致上部含氧含鈾地下水向下滲漏，在下部形成氧化還原過(guò)渡帶及鈾礦體。

(2)改變地下水排給。層間砂體中的泥質(zhì)巖透鏡體的出現(xiàn)可以使其滲透性降低，減小水動(dòng)力，含氧含鈾地下水水動(dòng)力往往會(huì)在該部位附近急速減緩甚至發(fā)生停滯，砂體中的原生還原質(zhì)有充分的時(shí)間、空間將其還原，改變地球化學(xué)環(huán)境，使鈾及共生元素變價(jià)、沉淀及富集(如圖2中①、④及⑥號(hào)礦體)。

(3)后生吸附作用。泥質(zhì)類(lèi)巖石對(duì)鈾的吸附作用主要有層間氧化帶中泥質(zhì)巖透鏡體吸附和層間氧化砂體的頂、底板隔水層吸附。層間氧化帶中的泥質(zhì)類(lèi)巖石透鏡體由于透水性差，很難被氧化，常在氧化帶中以還原透鏡體的形式殘存下來(lái)。在含氧含鈾水遷移過(guò)程中，鈾元素被與其接觸的泥質(zhì)類(lèi)巖石吸附、還原和富集，通常含炭屑、炭塊較多的泥質(zhì)類(lèi)巖石吸附能力更強(qiáng)，鈾礦化更好(如圖6中③、⑤號(hào)礦體)。

(4)原生吸附作用。在原生巖石帶中，砂體中的泥質(zhì)巖類(lèi)透鏡體與層間砂體的頂、底板也會(huì)對(duì)砂體中的原生鈾元素有吸附作用。但由于鈾元素總體含量偏少，且主要以U4+的穩(wěn)定化合物形式賦存，吸附作用非常微弱，鈾品位較低，成礦意義不大(如圖6中⑦號(hào)礦體)。

(5)還原作用。礦床中的泥質(zhì)類(lèi)巖石中含有淺變質(zhì)的植物碎屑，它們?cè)谖⑸锏膮⑴c下分解產(chǎn)生H2S、CH4等烴類(lèi)還原氣體，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)周?chē)h(huán)境的Eh值急劇下降，由堿性介質(zhì)向中性和酸性轉(zhuǎn)變，形成有利于鈾沉淀的地球化學(xué)環(huán)境，最終使水溶液中的U6+還原沉淀(如圖6中的②號(hào)礦體)。

3 泥質(zhì)類(lèi)巖石對(duì)礦床的影響

相比其他礦床，蒙其古爾礦床成礦模式較為特殊，且成礦作用較為多樣化和多元化，與砂體和泥質(zhì)類(lèi)巖石隔水層有不可分割的關(guān)系，一方面通過(guò)改變地下水動(dòng)力及地球化學(xué)環(huán)境使鈾元素富集成礦，豐富了礦床的成礦形式；另一方面由泥質(zhì)類(lèi)巖石透鏡體及頂、底板不穩(wěn)定造成的鈾元素的小范圍富集往往會(huì)影響礦體品位以及砂巖型鈾礦床地浸開(kāi)采的工業(yè)指標(biāo)。根據(jù)其產(chǎn)出特征分析，泥質(zhì)類(lèi)巖石對(duì)礦床的影響主要有：

(1)礦床中泥質(zhì)類(lèi)巖石構(gòu)成的砂體頂、底板隔水層的穩(wěn)定發(fā)育及局部缺失對(duì)層間氧化作用的影響較為明顯。隔水層發(fā)育穩(wěn)定會(huì)使層間氧化作用較為穩(wěn)定，形成的鈾礦體規(guī)模相對(duì)較大；局部砂體頂、底板隔水層的缺失將使得相鄰2層地球化學(xué)環(huán)境不同的層位發(fā)生相對(duì)的環(huán)境變化，有助于鈾的沉淀、富集，但大范圍的缺失會(huì)導(dǎo)致層間砂體封閉性較差，層間氧化帶遷移距離相對(duì)較少，礦體規(guī)模相對(duì)較小。例如在蒙其古爾礦床西部區(qū)域，三工河組上、下段砂體，西山窯組上段2部分砂體都存在相鄰砂體隔水層缺失的現(xiàn)象。由于含氧含鈾地下水的越流及滲流形成了三工河組上段礦體和西山窯組上段礦體“天窗”，但是在隔水層發(fā)育穩(wěn)定的礦床東部三工河組下段和西山窯組上段礦體無(wú)論在規(guī)模還是在礦石品位上均優(yōu)于西段。

(2)泥質(zhì)巖以透鏡體隔水層的形式出現(xiàn)會(huì)減弱層間氧化作用，在對(duì)礦床的勘查與研究中發(fā)現(xiàn)，砂體中的層間氧化帶往往會(huì)在泥質(zhì)巖隔水層較為發(fā)育的附近變薄或尖滅，鈾元素在該處發(fā)生富集。如果層間氧化帶因泥質(zhì)巖透鏡體而發(fā)生減弱或變薄，少部分鈾元素會(huì)提前沉淀，且很難到達(dá)工業(yè)指標(biāo)，并且會(huì)因?yàn)殁櫾靥崆跋闹率寡趸€原過(guò)渡帶相對(duì)較少，降低卷頭部位礦體的品位。如果層間氧化帶因泥質(zhì)巖透鏡體而停滯，則形成的礦體中因夾有較多的非滲透性泥質(zhì)類(lèi)巖石增大了礦山開(kāi)采難度，降低工業(yè)指標(biāo)。例如在西山窯組下段礦體P47-55線附近，由于厚層砂體中發(fā)育較多的泥質(zhì)類(lèi)巖石隔水層，致使卷頭部位的主礦體品位及厚度較其他區(qū)域差。

4 結(jié) 論

(1)發(fā)育相對(duì)穩(wěn)定的泥質(zhì)類(lèi)巖石構(gòu)成的砂體頂、底板隔水層，更有利于形成類(lèi)型單一、規(guī)模較大的礦體；局部相鄰砂體間隔水層的缺失可能會(huì)在相鄰層位成礦，在勘查過(guò)程中可能在非目的層位有新的發(fā)現(xiàn)。

(2)砂體中的泥質(zhì)類(lèi)巖石透鏡體，可能會(huì)由于鈾元素提前富集而增大礦體面積，但對(duì)礦體的整體的品位、厚度及資源量較為不利。

(3)泥質(zhì)類(lèi)巖石構(gòu)成的砂體頂、底板吸附及還原作用對(duì)蒙其古爾鈾礦床的作用較為明顯，泥質(zhì)巖的含礦性間接的反映了地區(qū)及礦床含礦性，泥質(zhì)巖的含礦性越好，地區(qū)及礦床的砂體含礦性越好，為找礦提供了較好的依據(jù)。

[1] 張國(guó)偉，李三忠，劉俊霞，等.伊犁盆地的構(gòu)造特征與形成演化[J].地學(xué)前緣，1999，6(4)：203-213.

[2] 王 勇，陳正樂(lè)，劉 健，等.伊犁盆地新構(gòu)造特征及其對(duì)砂巖型鈾礦的控制作用[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2006，30(4)：486-494.

*全國(guó)鈾礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：1212011220775)；整裝勘查關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)研究計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：12120114007601)。

2014-11-10)

陳 虹(1987—)，男，助理工程師，830011 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市北京南路467號(hào)。