王 果, 張成江, 邱余波, 倪師軍, 王國榮

(1.成都理工大學 核技術與自動化工程學院，成都 610059；2.核工業(yè)二一六地質大隊,烏魯木齊 830011)

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伊犁盆地小泉溝群沉積相及其與鈾成礦的關系

王 果1,2, 張成江1, 邱余波2, 倪師軍1, 王國榮2

(1.成都理工大學 核技術與自動化工程學院，成都 610059；2.核工業(yè)二一六地質大隊,烏魯木齊 830011)

伊犁盆地中上三疊統小泉溝群是近年來新發(fā)現的砂巖型鈾礦化層位。根據單井沉積相、二維連井剖面沉積相、砂-泥巖平面變化特征，結合地層中礫巖發(fā)育規(guī)模、煤層發(fā)育特征以及沉積碎屑的顏色，認為伊犁盆地西南緣小泉溝群主要發(fā)育湖泊和沖積扇2種沉積類型。湖泊相往北東方向依次發(fā)育淺湖、半深-深湖、湖底扇等亞相；沖積扇主要是沖、洪積物快速入湖而形成的水下扇，主要發(fā)育在淺湖沉積環(huán)境中，由南往北、由中心向四周依次發(fā)育扇根、扇中、扇端等亞相。扇中沉積區(qū)由于碎屑顆粒適中、分選較好、規(guī)模相對較大，是發(fā)育層間氧化帶和鈾成礦潛力最大的區(qū)域。

伊犁盆地;小泉溝群;沉積相;沖積扇;砂巖型鈾礦

伊犁盆地是中國重要的可地浸砂巖型鈾礦基地[1]，其鈾礦化主要產于中下侏羅統水西溝群(J1-2sh)暗色含煤碎屑巖建造(包括下侏羅統八道灣組、三工河組和西山窯組)，近年來在頭屯河組(J2t)亦發(fā)現較大規(guī)模的鈾礦體[2-3]。同時，在中上三疊統小泉溝群(T2+3xq)中發(fā)現有規(guī)模較大的層間氧化帶及控制的鈾礦化，為伊犁盆地南緣擴大鈾找礦遠景提供了新的方向[4]。

前人對伊犁盆地小泉溝群研究相對較少。董強強等[5]分析了伊寧凹陷小泉溝群的生油氣意義，認為小泉溝群具有一定的生烴能力，是伊寧凹陷重要的生油巖段。郝以澤簡單總結了蘇東布拉克地區(qū)小泉溝群地球化學參數[6]。隨著伊犁盆地南緣砂巖型鈾礦找礦不斷深入，對小泉溝群鈾成礦條件和成礦潛力的深入研究尤為必要。本文從沉積體系及沉積相特征入手，結合構造、層間氧化帶等控礦因素，對研究區(qū)小泉溝群的鈾成礦條件做了較系統的分析和總結，以期對含礦新層位——小泉溝群今后找礦工作提供理論依據，進一步擴大伊犁盆地的鈾礦找礦遠景。

1 區(qū)域地質背景

伊犁盆地在大地構造單元劃分上歸屬于天山造山帶中的伊犁-中天山微地塊，是在天山山脈隆升過程中，局部凹陷下沉而形成的大型山間拗陷盆地[7-8]。新構造運動形成的金泉斷裂、霍城-托開斷裂將盆地劃分為北部褶皺帶、中央凹陷帶和南部斜坡帶3個東西向帶狀展布的構造單元(圖1)。盆地基底主要為前震旦紀結晶基底、震旦紀-寒武紀初始蓋層基底和古生界褶皺基底，盆地蓋層自下而上發(fā)育有三疊系、侏羅系、新近系和第四系[9]。伊犁盆地主要的含鈾層系為水西溝群，其次為上覆的頭屯河組以及下伏的小泉溝群。

圖1 伊犁盆地構造分帶及研究區(qū)位置Fig.1 Tectonic division and location of study area in Yili Basin

在伊犁盆地南緣，小泉溝群主要發(fā)育在中西段的蘇東布拉克-洪海溝地區(qū)，而在烏庫爾其-蒙其古爾地區(qū)缺失。在研究區(qū)東部亦發(fā)育有小泉溝群，但是由于構造復雜，地層產狀變化大，砂巖型鈾礦成礦潛力較小。近年的鈾礦地質勘查發(fā)現研究區(qū)(蘇東布拉克-洪海溝地區(qū))發(fā)育典型層間氧化帶及其控制的砂巖型鈾礦化。

研究區(qū)位于伊犁盆地南部斜坡帶西部構造相對穩(wěn)定區(qū)，區(qū)內巖層整體上呈南高北低、北偏西的單斜產出。研究認為含氧含鈾流體由南部山前的露頭經松散的第四系沖、洪積物往下滲流進入小泉溝群，進而發(fā)育有較大規(guī)模的層間氧化帶及氧化-還原過渡部位的鈾礦化。

2 沉積體系

前人對伊犁盆地南緣小泉溝群的沉積體系研究較少。董強強等[5]認為小泉溝群可分為上、下2段，下段主要為扇三角洲-濱淺湖沉積，上段主要為濱淺湖-半深湖沉積；在平面上從西南往北東方向依次發(fā)育扇三角洲、濱淺湖、半深湖-深湖，而研究區(qū)處于伊犁盆地西南緣，主要發(fā)育扇三角洲。通過對區(qū)內小泉溝群野外露頭及鉆孔巖心全面細致的觀察和對比，筆者認為小泉溝群上段為半深湖-深湖相是合理的；而下段的沉積相類型則屬于沖積扇，并且是沖積扇快速入湖而形成的水下扇，主要表現為以下3個方面。

a.沖積扇扇根沉積的礫巖在該區(qū)廣泛發(fā)育。無論是在山前的露頭區(qū)還是鉆孔揭露的巖心，都可見有規(guī)模巨大的礫巖或礫石層。少數鉆孔中小泉溝群的礫巖層厚度可達150 m(如zk13104)，沖積扇扇根沉積特征十分明顯(圖2-A)。

b.三角洲的標志性煤層在小泉溝群并不發(fā)育，甚至未見煤線。

c.小泉溝群出現的大量灰綠色-淺灰綠色砂、礫巖(圖2-B，圖2-A松散礫石層中見有零星的灰綠色泥質膠結物)，說明該沉積時期大部分都處于水下的弱還原環(huán)境。

圖2 研究區(qū)小泉溝群礫巖(礫石層)發(fā)育特征Fig.2 Photograph showing conglomerate rock (gravel layer) of Xiaoquangou Group in study area(A)礫石層,zk1364，深度523～528 m; (B)灰綠色礫巖,zk1364，深度506.71 m

3 沉積相分析

3.1 單井沉積相分析

研究區(qū)內有將近20個鉆孔揭露小泉溝群，本文選擇揭穿整個小泉溝群且頂部未被剝蝕、測井曲線相對完整的zk1324孔來進行單井沉積相分析。zk1324孔位于13號勘探線北部，揭露層位有二疊系烏郎群(P1w)、三疊系小泉溝群(T2+3xq)、侏羅系八道灣組(J1b)以及第四系松散堆積物，其中小泉溝群是該孔主要目的層。小泉溝群角度不整合于下伏烏郎群之上(圖3)，在609.5～643.4 m深度主要為灰色礫巖、砂礫巖，以及薄層的粗砂巖，礫石粒徑為0.2～30 cm，分選差，為沖積扇扇根沉積。451.6～609.5 m深度主要為灰色-灰綠色粗砂巖、中砂巖、細砂巖，夾薄層灰色粉砂巖、泥巖。大量灰綠色的砂巖說明沉積環(huán)境主要發(fā)生在淺湖，是沖積扇快速入湖的產物。而與砂巖間互層的泥巖、粉砂巖，說明了物源供應量的交互變化，當南部山區(qū)的物源供應充足時主要沉積砂巖，當處于物源供應間歇期時則為泥巖、粉砂巖沉積。砂巖與泥巖的交互出現，也反映沉積環(huán)境隨著沉積物供應量的變化在扇中與扇端之間交替變化。228.2～451.6 m深度為小泉溝群上段的厚層灰色泥巖，在區(qū)域內穩(wěn)定發(fā)育，反映整個伊犁盆地南緣一次較大規(guī)模的水進沉積，沉積環(huán)境也逐漸相變?yōu)榘肷?深湖。191.5～228.2 m深度主要為濱淺湖灘壩沉積的灰色粗砂巖、泥巖、粉砂巖，表明在小泉溝群晚期，湖水逐漸退出盆地南緣，沉積環(huán)境演變?yōu)闉I淺湖。頂部的煤層(191.5～193.4 m深度)是侏羅系與三疊系地層劃分的重要界線。155～191.5 m深度為侏羅系水西溝群八道灣組，與下伏小泉溝群呈角度不整合接觸。

3.2 連井剖面沉積相分析

在單井剖面沉積相分析的基礎上，為了恢復研究區(qū)的區(qū)域古沉積環(huán)境，確定沉積環(huán)境在時間、空間上的分布格局及演化過程，在研究區(qū)中部選取了巖性變化較大、能較為全面地反映研究區(qū)巖相結構的13號勘探線來進行連井剖面的沉積相分析(圖4)。

13線從南往北有4個鉆孔，依次為zk13104、zk1388、zk1364、zk1324。垂向上，可以看出小泉溝群下段發(fā)育有2套相對比較穩(wěn)定的砂體，夾穩(wěn)定的泥巖層，本文分別稱之為小泉溝群下段下亞段、上亞段。下亞段扇體粒度較粗，zk13104、zk1388發(fā)育厚層礫巖，主要為扇根沉積；到zk1364礫巖的厚度有所減小，但是仍占有很大比例；北部的zk1324礫巖厚度明顯較小，中粗粒砂巖的厚度逐漸增加，沉積環(huán)境也由扇根逐漸轉變?yōu)樯戎?，扇中沉積往上為扇端沉積的泥巖。上亞段扇體與下亞段相比粒度有所變細，從南往北，礫巖沉積的扇根規(guī)模逐漸變小，而扇中沉積的砂巖(通常為辮狀河道砂體)厚度則逐漸變大；但是從zk1388開始，砂體中的泥巖夾層數和泥巖厚度也逐漸增加，反映了沉積環(huán)境由扇中逐漸轉變?yōu)樯榷说倪^程，尤其是北部的zk1324，砂巖與泥巖交互出現。沉積物受南部物源供應能力的大小影響很大，供應能力增大，扇體就會推至該處，從而發(fā)育扇中沉積的砂體；供應能力減小，扇體就會往南收縮，從而發(fā)育扇端沉積的泥巖。

圖3 zk1324鉆孔小泉溝群綜合柱狀圖Fig.3 Synthetic column of Xiaoquangou Group for Well zk1324

小泉溝群上段為穩(wěn)定的半深-深湖沉積的泥巖，由于后期構造隆升，頂部地層在南部被剝蝕從而與第四系不整合接觸；而從北部未被剝蝕的zk1364和zk1324可以看出，半深-深湖厚層泥巖上面發(fā)育一層中等粒度的砂體或者砂、泥互層，反映了湖水已退出研究區(qū)而形成的濱淺湖環(huán)境。

3.3 砂、泥巖平面變化特征

研究區(qū)內揭穿小泉溝群的近20個鉆孔巖性統計結果表明，小泉溝群的砂體以及泥巖在平面上的發(fā)育和變化規(guī)律較為明顯。從砂體厚度等值線圖(圖5-A)可以看出，厚大砂體主要集中在30線-13線之間，在平面上呈扇狀朵體展布，往東西兩側、往北砂體厚度逐漸減小。此外，在179線小泉溝群下段砂體厚度突然變大(>250 m)，可能存在一個獨立的朵體；而101線和21線的鉆孔砂體厚度卻較小(<70 m)。179線小泉溝群上段泥巖最為發(fā)育(>330 m)，泥巖在平面上的發(fā)育和變化特征主要表現為厚度往北東方向逐漸增大，但增大趨勢有所減小(圖5-B)。

圖4 研究區(qū)13號勘探線小泉溝群連井剖面圖Fig.4 Connecting-well profile of Xiaoquangou Group from the No.13 prospecting line in study area

圖5 研究區(qū)小泉溝群砂體與泥巖厚度等值線圖Fig.5 Isopach map of sand body and mud rock thickness of Xiaoquangou Group in study area(A)小泉溝群下段砂體厚度等值線圖; (B)小泉溝群上段泥巖厚度等值線圖

3.4 沉積相平面展布特征

綜合沉積體系討論、單井沉積相分析、連井剖面沉積相分析，以及不同粒度巖性在平面上的發(fā)育和變化特征，本文認為伊犁盆地西南緣小泉溝群主要發(fā)育湖泊和沖積扇2種類型的沉積相，而且沖積扇是沖、洪積物快速入湖以后在淺湖環(huán)境下形成的水下扇(圖6)。

圖6 研究區(qū)小泉溝群沉積相平面分布圖Fig.6 Distribution of sedimentary facies of Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Group in study area

3.4.1 湖泊相

在小泉溝群沉積時期，整個伊犁盆地南緣處于一次較大的水進沉積期，較大規(guī)模的湖水是湖泊相形成和發(fā)育的基礎，研究區(qū)主要發(fā)育有淺湖、半深-深湖、湖底扇等3個亞相。

a.淺湖：淺湖沉積是位于濱湖亞相內側至浪基面以上的地帶，水體較濱湖區(qū)深，處于弱氧化-弱還原環(huán)境，巖石多呈淺灰色、灰綠色。研究區(qū)絕大多數鉆孔揭露的小泉溝群下段砂體除部分被后期層間氧化為淺紅色、淺黃色以及紫紅色外，大多呈淺灰-灰綠色。因此，在研究區(qū)范圍內小泉溝群主要發(fā)育淺湖沉積。

b.半深-深湖：根據鉆孔揭露的泥巖發(fā)育特征，總體上從南往北、從西往東泥巖有逐漸變厚的趨勢；而越往北東方向，泥巖厚度有明顯變大的趨勢。由此可知淺湖沉積往北-北東方向，沉積環(huán)境逐漸轉變?yōu)樗畡恿l件弱、碎屑粒度最細的半深-深湖沉積。

c.湖底扇：從揭穿小泉溝群的鉆孔資料可以看出101線、21線小泉溝群下段砂體發(fā)育較差，但是在179線砂體卻非常發(fā)育，且大部分為灰色砂-砂礫巖，因此可推測在淺湖與沖積扇的末端，存在一個較陡的斜坡，沖積扇體攜帶的粗粒碎屑在此快速卸載，從而在深湖環(huán)境中形成湖底扇。

3.4.2 沖積扇

沖積扇主要是沖、洪積物快速入湖而形成的水下扇體，因此主要發(fā)育在淺湖沉積環(huán)境中，可進一步識別出扇根、扇中、扇端等亞相。

a.扇根：扇根位于沖積扇的根部，沉積坡度較陡，沉積寬度較小，但是沉積厚度大。在工作區(qū)主要發(fā)育在13線-30線南部，巖性主要為成分復雜、分選差、無組構的混雜礫巖。礫巖層厚度較大，普遍大于140 m；具有塊狀構造和明顯的沖刷面，礫間充填黏土及砂級雜基。

b.扇中：主要分布在13線-30線北部，13線以東，以及102線-70線之間，構成了沖積扇的格架。巖性主要為成分復雜、分選較差的砂巖、礫質砂巖和礫巖，砂巖和礫質砂巖總體含量較高。由于分布面積較大，且砂體的粒度和厚度相對適中，扇中沉積是工作區(qū)內鈾成礦潛力最大的部位。

c.扇端：位于沖積扇的四周，沉積坡度變緩，沉積物變細，巖性主要為細砂巖、粉砂巖和泥巖。由于是快速入湖形成的水下扇體，扇端與淺湖沉積已很難區(qū)分。受湖水的影響，扇端沉積的厚度較薄，寬度也相對較小。

4 沉積相與鈾成礦的關系

層間氧化帶砂巖型鈾礦床的形成是一個復雜的地質過程，是多種成礦條件相互約束、相互作用的結果，其中巖性巖相、構造改造、地下水動力等三大條件是基礎，決定礦床的定位[10]。而砂巖型鈾成礦的首要條件是砂體是否發(fā)育，也是指導勘查工作和靶區(qū)優(yōu)選的重要依據。研究區(qū)小泉溝群總體呈往北傾的單斜帶，傾角在5°～7°，十分有利于砂巖型鈾礦的形成和發(fā)育；小泉溝群砂體中發(fā)育較大規(guī)模層間氧化帶，說明含氧含鈾流體層間滲流的地下水動力體系較為完善。

通過對伊犁盆地西南緣小泉溝群沉積特征研究，認為該層位層間氧化帶僅形成于具有入湖沖積扇砂體發(fā)育的部位，分布較為局限，其嚴格限制于扇根和扇中相有一定厚度和規(guī)模的砂體范圍內(圖6)。扇端和半深-深湖沉積由于碎屑粒度較細(主要發(fā)育泥巖、粉砂巖)，則不發(fā)育層間氧化帶和鈾礦化；湖底扇盡管發(fā)育有砂體，但是規(guī)模較小，且位于深湖沉積環(huán)境中，砂體呈相對獨立的透鏡體產出，不具備層間氧化帶發(fā)育的補給窗口(圖6)；由于扇根和扇中沉積離山前物源和鈾源區(qū)較近，砂體發(fā)育，因此有利于層間氧化帶和鈾礦化的形成。

從剖面圖可以看出，鈾礦化則又明顯受層間氧化帶過渡部位的控制，總體變化趨勢是從氧化帶往其發(fā)育方向上翼部礦化逐漸變高，上翼礦體厚度從0.1 m逐漸增高至0.4 m，品位(質量分數)從0.010%增至0.023%(圖7)。但受鉆探深度限制，目前該層位揭露到的層間氧化帶埋深已經達到1 km左右，仍未揭露到氧化-還原過渡帶和還原帶。因此，其前鋒線含礦性仍需開展進一步探索工作。

圖7 102號勘探線小泉溝群鈾成礦剖面示意圖Fig.7 Schematic diagram of uranium deposit mineralization of Xiaoquangou Group in No.102 prospecting line

5 結 論

a.伊犁盆地西南緣小泉溝群分為上段和下段，上段為厚層泥巖，下段為層間氧化帶和鈾礦化發(fā)育的砂、礫巖段。厚度和規(guī)模都很大的礫巖在小泉溝群下段廣泛發(fā)育，但是與三角洲沉積相關的煤層卻很少見。在小泉溝群地層還原帶中，可見大量灰綠色-淺灰綠色砂、礫巖。小泉溝群上段主要為半深-深湖沉積，下段為快速入湖的水下扇沉積。

b.伊犁盆地西南緣小泉溝群主要發(fā)育湖泊和沖積扇2種沉積相類型。隨著湖水和沉積凹陷的逐漸加深，湖泊相往北東方向依次發(fā)育有淺湖、半深-深湖、湖底扇等亞相。沖積扇主要是沖、洪積物快速入湖而形成的水下扇，主要發(fā)育在淺湖沉積環(huán)境中，由南往北、由中心向四周依次發(fā)育扇根、扇中、扇端等沉積亞相。

c.研究區(qū)小泉溝群下段扇根和扇中沉積相發(fā)育有一定厚度和規(guī)模的砂體，有利于層間氧化帶和鈾礦化的形成；但扇中沉積區(qū)砂體厚度適中、分選較好、規(guī)模相對較大、滲透性較好，其層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦潛力更大。

中國核工業(yè)地質局郭慶銀研究員、核工業(yè)二一六大隊王保群研究員、張占峰研究員對小泉溝群沉積相的劃分和歸屬提出了寶貴的意見，項目組郝以澤、王強強、陳虹等在野外及資料整理過程中也付出不少的時間和精力，作者在此一并向他們表示衷心的感謝！

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Study of sedimentary facies and its relationship with uranium deposit of Xiaoquangou Group at the southwestern margin of Yili Basin, Xinjiang, China

WANG Guo1,2, ZHANG Cheng-jiang1, QIU Yu-bo2, NI Shi-jun1, WANG Guo-rong2

1.CollegeofNuclearTechnologyandAutomationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China； 2.GeologicPartyNo.216,CNNC,Urumqi830011,China

Middle-Upper Triassic Xiaoquangou Group is a stratum bearing sandstone-type uranium in Yili Basin. The analyses of sedimentary facies of single drilling well and connected drilling well profile, the plane-distribution change of sandstone and mudstone, the development scale of conglomerate rock, development characteristics of coal, and the color of sedimentary debris indicate that in the deposition period of Xiaoquangou Group there are two kinds of sedimentary facies: lake and alluvial fan at the southwestern margin of Yili Basin. Along the northeast direction, the subfacies change from shallow lake, semi-deep and deep lake, to sublacustrine fan facies gradually. Alluvial fan is the underwater fan formed by alluvium and diluvium quickly flowed in lake, and developed in the environment of shallow lake. From south to north, from center to periphery, the subfacies change from fan-root, fan-middle, to fan-terminal. Because of the characteristics of moderate grain size, better separation, and relatively large scale, the sedimentary area of fan-middle is the ideal area for developing interlayer oxidation zone and uranium metallogenic potential.

Yili Basin; Xiaoquangou Group; sedimentary facies; alluvial fan; sandstone-type uranium ore

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.10

1671-9727(2016)06-0719-08

2015-11-17。 [基金項目] 國家自然科學基金項目(U1403292)；中國核工業(yè)集團重點科技專項(地ZD162-1)；中國地質調查局項目(12120114007601)。

王果(1969-),男,研究員級高級工程師,研究方向：鈾礦床學, E-mail:applekingwangguo@263.net。

張成江(1955-),男,教授,博士生導師,研究方向：鈾礦地質學, E-mail:zcj@cdut.edu.cn。

P619.14

A