库车坳陷库车组下段层间氧化带划分及铀矿找矿方向
时间：2023-07-01 20:45:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨小强，王强强，王元元，李书海，吕俊维
（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）
库车坳陷毗邻南天山造山带，历经晚二叠世-三叠纪前陆盆地、侏罗纪-古近纪伸展坳陷盆地、新近纪-第四纪陆内前陆盆地等演化历程［1］，具有良好的砂岩型铀成矿背景。库车坳陷库车组沿秋里塔格复背斜带产出较多铀矿化信息［2-7］，显示其具有较好找矿潜力。前人对库车坳陷库车组铀成矿规律的研究主要关注于区域铀成矿背景［2-3］、矿区地质特征［4］、层间氧化带的空间分布［5-6］及单一矿床（日达里克矿床）层间氧化带分带地球化学特征［7］，而对库车组以库车坳陷整体为研究尺度的岩性地球化学分类、层间氧化带分带及地球化学特征关注不足，影响了对其铀矿成因的判断及成矿预测的效果。笔者在野外工作基础上，系统统计分析了近年来的各类岩石地球化学样品，并开展铀矿成因、库车组下段层间氧化带划分及地球化学分带研究，较好揭示了库车坳陷库车组下段的铀成矿规律，最后综合分析了找矿方向。
库车坳陷位处于塔里木盆地北缘，坳陷北部以南天山山前逆冲断裂为界，毗邻南天山造山带，南邻塔北隆起（图1），东西长逾600 km，南北宽10～70 km，面积约31 200 km2，具凹凸相间构造格局，由北向南依次由北部单斜带、直线褶皱带、拜城凹陷、秋里塔格复背斜带、温宿凹陷、南部平缓背斜带及阳霞凹陷等次级构造单元组成。中-新生界出露齐全，矿化信息分布于多个次级构造单元的多套地层中，铀矿化类型主要为砂岩型。
图1 库车坳陷构造单元划分及库车组铀矿化分布简图Fig.1 Structural units of Kuqa depression and uranium mineralization in Kuqa Formation
新近系上新统库车组为库车坳陷重要铀赋矿层位，可划分为上、下两个岩性段，其下段产出铀矿床、矿点、矿化点、异常点多处，具有较好找矿前景，为研究区主要找矿层位。库车组下段整体显示为再生前陆盆地背景下的辫状河三角洲沉积，由褐红色、浅褐红色、褐黄色、灰白色、浅灰色、灰色砾岩、砂砾岩、砂岩与灰色-褐黄色泥岩的不等厚互层构成，可进一步划分为上、中、下3 个亚段，在日达里克、温巴什一带对应划分为9 个沉积旋回（图2）。
图2 库车坳陷南缘秋里塔格一带库车组下段柱状对比图Fig.2 Columnar lithological comparison of the lower member of Kuqa Formation in Qiulitage area，southern margin of Kuqa depression
库车组下段下亚段在秋里塔格山北侧西段为辫状河三角洲平原沉积，发育辫状分流河道相砂质砾岩、含砾砂岩及河道间、滨浅湖相泥-粉砂质沉积，主要砂体厚度为5～25 m，底部厚达50 m；
中东段日达里克以东—温巴什为辫状河三角洲前缘相沉积，发育辫状分流河道、河口坝相中、粗砂岩及分流河道间、湖相泥质沉积，砂体厚度一般为2～15 m；
秋里塔格山南侧发育辫状河道（分流河道）砂体，推测厚度大于100 m。该亚段在玉儿滚、日达里克、墩买里、温巴什等地具矿化异常显示。
库车组下段中亚段在秋里塔格山北侧西段东阿瓦特—滴水站一带及东段墩买里—温巴什一带为辫状河三角洲前缘相沉积，砂体较薄，一般为1～20 m；
中段日达里克一带为辫状河三角洲平原亚相与前缘亚相过渡部位，砂体发育，且厚度变化较大，由西向东砂体厚度由50～86 m 过渡为4～15 m；
南侧该层位主要表现为含砂率较低的前三角洲亚相或湖相沉积，砂体厚度不大于5 m。该亚段在日达里克、墩买里、温巴什等地具矿化显示。
库车组下段上亚段在秋里塔格山北侧西端科克亚一带显示为冲积扇扇端-扇中相沉积，发育辫状河道、滞留河道沉积、泥石流沉积及少量河漫泥质沉积，砂体厚度由下部的5 m向上过渡为100 m 及以上；
中段滴水站—日格布拉克一带为辫状河三角平原亚相沉积，并在日格布拉克地段逐渐过渡为辫状河三角洲前缘亚相，砂体厚度在西侧为80～145 m，向东过渡为18～32 m，主要砂体显示（水下）辫状分流河道特征；
东段墩买里一带表现为辫状河三角洲前缘-前辫状河三角洲亚相沉积特征，砂体发育较差；
温巴什一带表现为辫状河三角洲平原-前缘亚相过渡沉积特征，发育辫状分流河道砂体及河口坝砂体，主要砂体厚度为30～60 m。该亚段在日达里克等地具矿化显示。
研究区库车组砂岩型铀矿化主要分布于其南缘秋里塔格复背斜带及东部直线复背斜带南侧，整体呈东西走向的带状展布，其中库车组下段铀矿化、异常自西向东依次包括玉儿滚矿化区、日达里克铀矿床、墩买里矿化点、温巴什矿化点、康村西异常、康村异常等。
玉儿滚矿化区铀矿化、异常主要分布于库车组下段下亚段（图2），蚀变岩石主要为褐红色粗砂岩、局部含砾粗砂岩等（图3a），蚀变岩石在侧向上逐渐过渡为灰白色、浅灰色、灰色粗-细砂岩，矿化异常主要分布于浅灰色、灰白色粗-细砂岩中。
日达里克铀矿床铀矿化在其9 个沉积旋回中几乎均有产出，并在Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ旋回中赋存有工业铀矿化（图2），蚀变岩石具有东西分带特征，西部主要显示为灰白色砂砾岩、含砾粗砂岩（图3b），向东在中东部显示为褐黄色、浅褐红色含砾粗砂岩、粗砂岩（图3c），再向东逐渐过渡为未蚀变的灰色粗砂岩、少量含砾粗砂岩。（工业）矿化体主要产出于与褐黄色、浅褐红色蚀变岩石接触的灰色粗砂岩、含砾粗砂岩中，且在剖面上呈卷状、透镜状。
墩买里、温巴什矿化点铀异常分布较为广泛，而铀矿化仅见于库车组下段下亚段（图2），蚀变岩石呈浅黄色、黄色中砂岩（图3d），侧向逐渐过渡为灰色中砂岩（图3e），铀矿化产出于灰色中砂岩中。
图3 库车坳陷库车组下段蚀变砂岩照片Fig.3 Photographs of altered sandstone in the lower member of Kuqa Formation，Kuqa depression
康村西异常产出于库车组下段，该异常点未见明显蚀变，砂体均呈灰色，异常见于灰色中砂岩中。
康村异常产出于库车组下段，见一层氧化砂体，附近产出异常。
研究区库车组下段具辫状河三角洲沉积体系特征，在山前表现为分选性极差、快速堆积的冲积扇堆积物，向盆地方向逐渐过渡为辫状河三角洲平原、前缘及前三角洲沉积，并经后生改造发生了不同程度的次生蚀变。碎屑岩颜色是其岩石地球化学类型识别的最直观反映，根据库车组下段沉积差异及后生蚀变特征，可将其划分为5 种主要岩性地球化学类型：褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩、灰色砂-含砾砂岩。库车组下段各亚段主要岩性地球化学类型在空间上具有相似的展布规律（图4）。
图4 库车坳陷库车组下段岩性地球化学简图Fig.4 Lithologic-geochemical diagram of the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
褐红色砂-砾岩分布于直线褶皱带、乌什凹陷南缘、玉儿滚、喀拉玉尔滚背斜带，岩性包括褐红色、浅褐红色、灰褐色砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩。灰白色砂-砾岩分布于乌什凹陷南缘古木别孜山、秋里塔格复背斜带中西段阿瓦特、滴水站、日达里克地区西部、直线褶皱带中东段，岩性包括灰白色、局部灰黄色含砾粗砂岩、粗砂岩、砂砾岩、砾岩。褐黄色砂-含砾砂岩分布于秋里塔格复背斜带中段日达里克一带，岩性包括褐黄色、浅褐黄色、浅褐红色粗砂岩、含砾砂岩、少量砂砾岩。浅黄色砂岩分布于秋里塔格复背斜带中段日格布拉克、墩买里、温巴什，岩性为浅黄色、局部黄色粗砂岩、中砂岩，少量细砂岩、含砾砂岩。灰色砂-含砾砂岩分布于秋里塔格复背斜带北麓及以南、直线褶皱带中东段，岩性包括灰色、浅灰色粗砂岩、含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、砂砾岩。
4.1 样品分析及测试
如前所述，研究区库车组下段下、中、上亚段中粗碎屑岩具有相似的地质背景，本文通过对近年来多个生产、科研项目中采集的库车组下段下、中、上亚段的1 426 件岩石样品U 的质量分数进行统计分析，确定U 异常下限，再结合32 件铀矿石样品的地球化学特征，推测各主要岩性地球化学类型成因。
本次统计样品所分析项目包括U、Th、Mo、Se、Ga、Re、V、Fe2+、Fe3+、全S、有机碳、CO2，样品加工及分析均在核工业二一六大队检测研究院进行。U、Th、Mo、Ga、Re、V 分析在ICP-MS NexION350X 上进行，执行标准《硅酸盐岩石化学分析方法 第30 部分：44 个元素量测定》（GB/T 14506.30—2010）；
Se 分析在原子荧光光谱仪AFS-9800 上进行，执行标准《矿石中分散元素分析规程稀土金属矿石成分检测钪-钇-镧-铈-镨-钕-钷-钬-铒含量检测》（DZG 93-03-8）；
Fe2+分析采用化学分析法，执行标准《硅酸盐岩石化学分析方法 第14 部分：氧化亚铀量测定》（GB/T 14506.14—2010）；
Fe3+分析在ICPMS NexION350X 上进行，执行标准《硅酸盐岩石化学分析方法 第30 部分：44 个元素量测定》（GB/T 14506.30—2010），通过全铁和Fe2+差减获得；
全S、有机碳、CO2分析在高频红外碳硫分析仪HCS-801DS 上进行，执行标准《铀矿石中硫、总碳、有机碳及无机碳的测定 红外吸收法》（EJ/T 20154—2018）。
4.2 U 质量分数分布特征
库车组下段各类型岩石U 质量分数统计结果见表1。从表中可以看出w（U）值变化范围较大，为（0.05～950.86）×10-6，变异系数为36.12%～411.96%，反映库车组下段岩石发生了较强的铀富集作用，灰色砂-含砾砂岩中铀富集尤为明显。
表1 库车坳陷库车组下段各岩性地球化学类型w（U）/10-6统计表Table 1 Geochemical types w(U)/10-6 of all rocks in the lower member of Kuqa Formation,Kuqa depression
概率曲线分析可应用于成矿元素地球化学背景值和异常值的划分［8-10］。如前所述，各类型岩石w（U）值分布不均，对此笔者进行了w（U）值概率曲线拟合分析（图5）。库车组下段各类型岩石w（U）值概率曲线均由若干斜率不同的直线构成，大致可划分为累计概率10%±以下的低值区、85%± 以上的高值区及10%±～85%±的主干区三部分。各类型岩石低值区具有相似的概率曲线，应为分析误差所致；
高值区显示明显的铀富集特征，反映为矿化异常区；
主干部分代表了各类型岩石的背景值区，进而确定褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩、灰色砂-含砾砂岩的异常下限分别为4.3×10-6、5.50×10-6、3.60×10-6、4.80×10-6、8.20×10-6。此外，概率曲线还显示，褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩的w（U）值曲线斜率较所有样品更大，而灰色砂-含砾砂岩则更小，反映出前者铀迁出、后者富集成矿的特征。
图5 库车坳陷库车组下段主要砂岩岩性w（U）值累计概率曲线图Fig.5 Cumulative probability curve of w（U）in major sandstones of the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
4.3 主要地球化学指标特征
4.3.1 U、Th 及Th/U
朱西养［11］指出Th 含量在成矿层间氧化带与铀含量增加有富集趋势。研究区褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩U、Th 均显示自背景区向异常区富集（表2、图6a、b），w（Th）值变化范围大，且整体高于灰色砂-含砾砂岩，反映均属后生氧化成因。同时，褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩的Th/U 值背景值区均高于异常值区，且背景值区、异常值区均分别高于灰色砂-含砾砂岩（图6c），这与典型层间氧化带型砂岩型铀矿床分带特征一致［11］。
表2 研究区库车组下段各岩性地球化学类型地球化学指标统计表Table 2 Geochemical indexes of all rock types in the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
4.3.2 C有、CO2、S
褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩均显示w（C有）、w（CO2）、w（S）值背景值区低于异常值区（图6d～f），反映在后生蚀变过程中有机碳、硫化物向异常值区迁移。
4.3.3 Fe3+、Fe2+
褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩的w（Fe3+）、w（Fe2+）值及w（Fe2++Fe3+）值均显示各自背景值区低于异常值区，同时均明显高于灰色砂-含砾砂岩背景值区（图6g～i），反映后生蚀变过程中Fe3+、Fe2+从蚀源区源源不断地向含矿主岩中补给，并在赋矿部位持续聚集；
同时，Fe3+/Fe2+值主体高于灰色砂-含砾砂岩，亦表明其属后生氧化成因。
图6 库车坳陷库车组下段各岩性地球化学类型主要地球化学指标特征图解Fig.6 Main geochemical indicators of main sandstone types in the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
5.1 岩性地球化学类型成因浅析
砂岩型铀成矿理论表明含矿主岩可以划分为原生氧化、后生氧化、后生还原及原生灰色等4 种类型［12-21］。陈祖伊［12］描述了层间氧化带的发育过程，毗邻层间水补给区的自流盆地常由红色洪积-坡积和冲积地台型沉积物组成，这些沉积物随着远离古隆起逐渐相变为灰色湖-冲积平原相沉积和海相浅水沉积，这就造就了一种特殊结构类型的含水层区域岩性地球化学分带性，即原生红色岩石区在层间水流方向上被层间氧化岩石带所取代，这些层间氧化岩石（在含必须的还原剂区段）被铀矿化带所围绕，而铀矿化带本身又被未蚀变的原生灰色岩石所包围；
在许多铀矿床上由于含煤岩层有机物的变质或不同种类无氧还原溶液（硫化物-碳酸盐热水、石油水、含少量H2S 的层状浅育水）的活动，层间氧化岩石经受了后生还原作用，矿化部分或全部被“埋藏”在还原环境中。可见，层间氧化型砂岩型铀成矿体系自盆山结合部位向盆地具有原生氧化→后生氧化→氧化还原过渡带→原生灰色的水平分带特征。
研究区库车组下段在盆山结合部位表现为分选性差的砾、砂、泥混杂堆积为特征的冲洪积物，呈灰褐色、黄褐色、褐色等，其所表征的颜色多为基质所致，反映为原生氧化成因；
向盆地方向依次发育褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩、灰色砂-含砾砂岩，多显示发育横向连通性好、分选性中等-较好、具明显底冲刷构造、大型槽状交错层理的辫状河道沉积。其中褐红色砂-砾岩发育浸染状褐铁矿化，灰白色砂-砾岩发育浸染状高岭土化及星点状、薄膜状、团块状褐铁矿化，褐黄色砂-含砾砂岩发育浸染状、团块状、条带状褐铁矿化，浅黄色砂岩发育浸染状、条带状褐铁矿化，均反映其后生氧化特征；
远离盆山结合部位的灰色砂-含砾砂岩未见明显蚀变现象，属原生还原环境。
5.2 层间氧化带划分及地球化学指标
层间氧化带蚀变分带往往伴随着特征的地球化学分带［11］。研究区库车组下段铀成矿显示出层间氧化作用特征，主要地球化学指标亦显示褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩属后生氧化成因，而灰色砂-砾岩属原生还原环境。
如前所述，研究区库车组下段中粗碎屑岩具有典型的水平分带特征，蚀变岩石褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩具有后生氧化特征，反映铀矿化成因属层间氧化带型。根据各岩性地球化学类型w（U）值变化特征，将研究区库车组下段自盆山结合部位向盆地方向划分为氧化带、过渡带及原生带（表3）。氧化带包括w（U）＜4.30×10-6的褐红色砂-砾岩、w（U）＜5.50×10-6的灰白色砂-砾岩、w（U）＜3.60×10-6的褐黄色砂-含砾砂岩、w（U）＜4.80×10-6的浅黄色砂岩；
原生带则为w（U）＜8.20×10-6的灰色砂-含砾砂岩；
氧化还原过渡带包括w（U）≥4.30×10-6的褐红色砂-砾岩、w（U）≥5.50×10-6的灰白色砂-砾岩、w（U）≥3.60×10-6的褐黄色砂-含砾砂岩、w（U）≥4.80×10-6的浅黄色砂岩、w（U）≥8.20×10-6的灰色砂-含砾砂岩。
表3 库车坳陷库车组下段氧化还原分带参数统计表Table 3 Parameter statistics of the redox zonation in the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
5.2.1 U、Th、Th/U
w（U）值：氧化带（2.36×10-6）＜原生带（3.49×10-6）＜过渡带（104.46×10-6），氧化带U 迁出率约30%；
w（Th）值变化不大：6.34×10-6～7.76×10-6；
Th/U 值：氧化带（4.25）＞原生带（2.29）＞过渡带（0.27）（图7），反映出了铀从氧化带迁出在过渡带富集成矿的过程。
5.2.2 Mo、Se、Ga、V、Re
Mo、Se、Ga、V、Re 等元素在过渡带亦具有明显的富集作用。w（Mo）值：过渡带（2.57×10-6）＞氧化带（1.53×10-6）＞原生带（0.53×10-6）；
w（Se）值：过渡带（9.87×10-6）＞氧化带（1.16×10-6）＞原生带（0.84×10-6）；
w（Ga）值：过渡带（9.59×10-6）＞氧化带（9.33×10-6）＞原生带（8.77×10-6）；
w（V）值：过渡带（50.68×10-6）＞氧化带（43.89×10-6）＞原生带（35.52×10-6）；
w（Re）值：过渡带（0.721 1×10-6）＞原生带（0.010 4×10-6）＞氧化带（0.003 8×10-6）（图7）。
图7 库车坳陷库车组下段氧化还原分带地球化学参数柱状图Fig.7 Histogram of geochemical parameters of redox zonation in the lower member of Kuqa Formation in Kuqa depression
5.2.3 C有、CO2、S
C有及S 在过渡带具明显富集，反映有机质、硫化物等还原介质在过渡带富集。w（C有）值：过渡带（0.20%）＞原生带（0.15%）＝氧化带（0.15%）；
w（CO2）值：变化不大，变化范围为11.65%～13.78%，原生带最高，过渡带次之，氧化带最低；
w（S）值：过渡带（0.19%）＞原生带（0.08%）＞氧化带（0.05%）。
5.2.4 Fe3+、Fe2+、Fe3+/Fe2+
Fe 在过渡带明显富集，且氧化带Fe3+/Fe2+值明显高于原生带。w（Fe3+）值：原生带（0.76%）＜氧化带（0.96%）＜过渡带（1.07%）；
w（Fe2+）值：氧化带（1.14%）＜原生带（1.18%）＜过渡带（1.31%）；
w（Fe3++Fe2+）值：原生带（1.94%）＜氧化带（2.10%）＜过渡带（2.38%）；
Fe3+/Fe2+值：原生带（0.74）＜过渡带（0.89）＜氧化带（1.02）。
5.3 铀找矿方向浅析
综上所述，研究区库车组下段主要中粗碎屑岩性地球化学类型的空间展布规律与陈祖伊［12］描述的层间氧化带的发育过程及空间展布规律一致，反映研究区库车组砂岩型铀矿床、矿点、矿化点、异常点在成因上属于层间氧化带型，可划分为氧化带、过渡带、原生带。氧化带、过渡带、原生带的w（U）、w（Th）、Th/U 值，w（Mo）、w（Se）、w（Ga）、w（V）、w（Re）值，w（C有）、w（CO2）、w（S）值及w（Fe3+）、w（Fe2+）、Fe3+/Fe2+值等地球化学指标均符合典型层间氧化带的一般规律［15］，表明层间氧化带前锋线为研究区铀找矿工作的主要目标（图4）。
库车坳陷西段（米斯坎塔克背斜及以西）：库车组下段氧化带分布范围较广，层间氧化带前锋线向南最远已发育至喀拉玉尔滚背斜及以南（图4c），该地段铀找矿应以地表发育氧化带为找矿标志，向层间氧化带前锋线方向进行探索。
库车坳陷中段（日达里克—温巴什）：库车组下段层间氧化带前锋线大致发育至秋里塔格山北侧（图4a、b、c），目前已多有工业铀矿化及铀矿化揭露，具有一定工作基础。日达里克地区已发现多个层位（旋回）的铀矿（化）体，其勘查工作应根据已发现矿（化）体空间展布规律进行精细解剖，对已发现铀矿（化）带的层位，应沿层间氧化带前锋线走向进行揭露以扩大已有矿（化）带规模；
同时，应垂直层间氧化带前锋线走向进行积极探索，以在其他层位（旋回）中发现新的铀矿（化）带。墩买里、温巴什地段可在可探深度内，根据地表异常或孔内矿化向北继续探索层间氧化带前锋位置。
库车坳陷东段（温巴什以东）：库车组下段层间氧化带前锋位于直线褶皱带及以北，鉴于工作程度较低，建议继续开展地面调查工作，在准确了解前锋线位置的基础上进行适当探索。
1）库车坳陷库车组下段各层位具水平分带特征，自盆山结合部位向盆地方向可划分为5 种主要岩性地球化学类型：褐红色砂-砾岩、灰白色砂-砾岩、褐黄色砂-含砾砂岩、浅黄色砂岩、灰色砂-含砾砂岩，前四者属后生氧化环境，后者属原生还原环境。
2）库车坳陷库车组下段砂岩型铀矿化属层间氧化带型，可划分为氧化带、过渡带、原生带，U 及伴生元素Mo、Se、Ga、V、Re 由氧化带向过渡带迁移，氧化带具较原生带、过渡带更高的Th/U值；
有机碳、全S 及Fe3+、Fe2+均显示从氧化带向过渡带富集特征，同时Fe3+/Fe2+值氧化带明显高于原生带、过渡带，均可与经典层间氧化带型砂岩型铀矿床对比。
3）库车坳陷库车组下段砂岩型铀找矿在西段以氧化带为线索垂直层间氧化带发育方向探索其含矿性；
在中段日达里克地段开展精细解剖，墩买里、温巴什地段在可探范围内探索层间氧化带前锋位置；
在东段继续区域调查。
