库车坳陷库车组砂岩型铀矿找矿方向新解

王元元，王强强，王国荣，善曹特，李书海，吕俊维，陈瑞

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

库车坳陷蕴藏丰富的油气、煤炭、盐岩、铜、铀等矿产资源［1-14］。库车坳陷铀矿找矿工作始于20 世纪30 年代，并于50 年代末期大量铺开，80 年代中期引进水成砂岩型铀成矿理论，进入21 世纪在日达里克地区发现受层间氧化带控制的砂岩型铀矿化［1］，拉开了库车组砂岩型铀矿生产科研工作的序幕。库车组铀矿化信息集中分布于秋里塔格复背斜带［1-2］，前人工作受制于特殊的地形地貌特征及落后的交通条件，对库车组层间氧化规律认识较为薄弱，其中的关键问题包括两个：1）库车组层间氧化带的发育方向如何？2）库车组层间氧化带如何形成？关于第1 个问题，鲁克改等［2］基于日达里克矿化特征提出“反转”式层间氧化带模型，指出层间氧化带由北西向南东发育，给出了准确解答，但对库车组氧化砂体的空间展布阐释较少。关于第2 个问题，研究者多对库车坳陷只区分了新近纪之前及之后的铀成矿阶段［3-5］，秋里塔格复背斜带自库车期开始沉积以来可能经历了库车期早期、西域期早期等多次构造转换［6，15-19］，构造转换过程如何影响库车组氧化砂体的形成，尚未得到有效解答。本文通过对库车坳陷库车组层间氧化带及相关矿化空间分布特征分析，进行相关铀矿化铀镭地球化学特征研究，结合秋里塔格复背斜带构造隆升过程，探讨库车组层间氧化带的形成过程，浅析其找矿方向，以期对后续勘查工作提供理论支持。

1 地质背景

库车坳陷位处于塔里木盆地北缘，北靠南天山造山带、南邻塔北隆起，具凹陷与凸起相间构造格局，自南而北可划分为北部单斜带、直线褶皱带、拜城凹陷、阳霞凹陷、秋里塔格复背斜带、乌什凹陷、南部平缓背斜带等次级构造单元（图1），出露地层为中新生界。中生界仅分布于山前北部单斜带、直线褶皱带，而新生界广布于北部单斜带、直线褶皱带、秋里塔格复背斜带，并构成后二者的主体。新生界上新统库车组（N2k）分布最为广泛，具三分特征，其下段（N2ka）为重要铀赋矿层位，自山前向盆地可划分为冲积扇砾质沉积、辫状河砂泥不等厚互层沉积、泥质湖泊泥包砂沉积，并分布交互相的（扇）辫状河三角洲沉积［1，20］，横向、垂向上岩性组合具有明显差异，沿秋里塔格山砂体多具辫状分流河道砂体特征，为良好的铀储层，且多有相关铀矿化信息分布（图1）。

图1 库车坳陷构造单元划分及库车组砂岩铀成矿简图Fig.1 Sketch of structural units of Kuqa depression and sandstone-type uranium deposit of Kuqa Formation

2 层间氧化带特征

库车坳陷库车组氧化程度整体呈北强南弱、西强东弱，层间氧化带前锋线大致沿秋里塔格复背斜带展布（图1），东西向延伸长度推测超200 km。

2.1 直线褶皱带

直线褶皱带中西部，在拜城北侧恰木古鲁克、萨喀特喀一带，喀拉苏河流域库拉克、奥格拉克一带及黑英山南侧赛色克一带，库车组砂体岩性显示以褐红色、浅褐红色、浅褐色砂砾岩为主，整体显示为氧化环境（图2a～e）。直线褶皱带东部，在库车河流域恰克玛克其一带，库车组砂体岩性为灰色砂砾岩、粗砂岩，显示为还原环境（图2f），局部见异常，恰克玛克其南侧产出康村异常。

2.2 秋里塔格复背斜带

秋里塔格复背斜带库车组砂体氧化程度整体呈西强东弱。在西段博孜墩、玉尔滚一带，东阿瓦特背斜南北两翼，见库车组砂体多为褐红色、浅褐红色砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩（图2g～i），分布范围广泛，并在玉尔滚异常区产出多处铀矿化异常。中段及以东库车组下段由9 个（I～X）砂（砾）泥沉积韵律构成，其前锋线分布于秋里塔格山北侧。中西段滴水站、日达里克一带，地表及钻孔均见氧化砂体，为褐黄色、浅褐红色、灰白色、局部褐红色含砾粗砂岩、粗砂岩，发育浸染状高岭石化及星点状、团块状褐铁矿化（图2k～n），氧化带及相关矿化信息分布于日达里克东部亚克里克背斜上部沉积旋回和南部向斜南北两翼中部旋回。在中东段墩买里、温巴什一带，钻孔揭露见氧化砂体，为浅黄色、灰黄色中粗砂岩（图2o、p），并见相关矿化异常。东段尚未见到库车组氧化砂体，据康村西异常推测该处为层间氧化带氧化-还原过渡带前缘。

3 赋矿砂岩铀镭地球化学特征

库车组与层间氧化带相关的砂岩型铀矿化信息主要包括分布于秋里塔格复背斜带西段南侧的玉尔滚铀矿化区、中西段的日达里克地区、中东段的墩买里、温巴什、东段的康村西等矿化点。

西段玉尔滚地区5006 矿化点铀矿化赋存于浅灰-灰白色粗砂岩中，矿化砂岩Ra含量较高，为0.009%～0.090%；U 含量为0.001%～0.014%，严重偏镭；Ra/U 值为6.25～20.00（表1）。

图2 库车坳陷库车组氧化砂岩特征Fig.2 Photos of oxidized sandstone in Kuqa Formation in Kuqa depression

中西段日达里克地区铀矿化主要赋存于灰色粗砂岩中，赋矿砂体上下围岩多为灰色泥岩或夹有灰色泥岩，矿化砂岩及围岩多见有炭化植物碎屑分布。矿化砂岩U 含量为0.010%～0.165%，Ra 含量为0.001%～0.096%，明显偏铀，Ra/U 值为0.07～1.69、一般为0.37～0.93，且层位越新，Ra/U 比值越低。地表可见铀矿化产出于杂色（含砾）粗砂岩中，其U 含量为0.001%～0.014%、Ra 含量为0.009%～0.090%，具偏铀特征，Ra/U 值为0.27～0.99（表1）。

中东段温巴什地区铀矿化赋存于灰色中砂岩中，上下围岩均为浅褐黄色泥岩，矿化砂岩中含有较多炭化植物碎屑，U 含量为0.011%～0.180%，Ra 含量为0.004%～0.062%，明显偏铀，Ra/U 值为0.34～0.38（表1）。

表1 库车组各地段层间氧化带型砂岩型铀矿化铀镭元素地球化学参数统计表Table 1 Geochemical parameters of U and Ra in the mineralized sandstone of Kuqa Formation in Kuqa depression

4 讨论

4.1 氧化砂岩影响因素分析

库车坳陷库车组砂体氧化程度在空间上呈西强东弱、北强南弱的特征，并在不同区段表现出不同的氧化面貌，其变化主要受控于岩性岩相和构造格局两方面因素。

4.1.1 岩性岩相

库车坳陷库车组，特别是下段，自山前向盆地具有明显的沉积相带变化规律，依次平行展布冲积扇相、辫状河相、泥质湖泊相，并分布有交互相的（扇）辫状河三角洲沉积［1，20］，直线褶皱带整体显示冲积扇沉积［1，20］。秋里塔格山大致位于（扇）辫状河三角洲平原亚相到前缘亚相过渡部位［1］。

库车坳陷库车组下段不同相带砂体氧化程度不同。靠近盆山结合部位的直线褶皱带以及秋里塔格山西段，库车组下段为冲积扇相的砾岩、砂砾岩，氧化率最高，砂体氧化呈褐红色、浅褐红色、浅褐色。远离山前，秋里塔格山中东段，库车组下段砂体显示为辫状河三角洲平原-前缘亚相的辫状河道的粗砂岩、含砾粗砂岩、砂砾岩、中砂岩及河口坝中粗砂岩，氧化率较北侧明显减小，氧化砂岩颜色自西向东由褐红色、浅褐红色变化为褐黄色、浅褐红色、灰白色、局部褐红色，后变化为灰黄色、浅黄色、浅褐黄色。

4.1.2 构造格局

库车坳陷具有凹陷与凸起相间构造格局，北侧直线褶皱带、南侧秋里塔格复背斜带为库车组主要出露部位。秋里塔格复背斜带自库车组开始沉积以来，经历了库车期早期、西域期早期等重要构造转变［6，15-19］，形成了其特征的构造分段特征。不同构造带、不同区段产出的氧化砂岩具有明显的不同面貌，不同特征的氧化砂岩的分布范围、产状均具明显的差异。如前文所述，库车组氧化砂岩主要包括褐红色（褐红色、浅褐红色、浅褐色）、褐黄色（褐黄色、浅褐红色、灰白色、局部褐红色）、浅黄色（灰黄色、浅黄色、浅褐黄色）等3套氧化岩系。

褐红色氧化岩系广布于直线褶皱带中西段南北两侧、秋里塔格复背斜带西段南北两侧，并直接出露于地表。褐黄色氧化岩系主要见于秋里塔格复背斜带中西段日达里克地区，分布于亚克里克背斜北翼、日达里克南向斜南北两翼，在地表局部见有出露、钻探工程中亦得以揭露。浅黄色氧化岩系主要见于秋里塔格复背斜带中东段日达里克以东、墩买里矿化点、温巴什矿化点一带，地表偶可见零星分布，主要由钻探工程发现。

4.2 氧化砂体形成时限分析

如前文所述，褐红色氧化岩系分布于直线褶皱带南北两侧、秋里塔格复背斜带南北两侧，被各断褶系断开，并在喀拉苏河流域见褐红色氧化岩系为西域砾岩削顶不整合覆盖，故可将褐红色氧化岩系形成的上限置于西域组沉积早期。褐黄色氧化岩系分布于日达里克地区，在日达里克南向斜中段显示出其受平移错动改造的特征，其形成时间的上限可视为日达里克断褶系的形成时间。

铀镭平衡主要体现在氧化环境铀被迁出（此时偏镭，Ra/U＞1），还原环境铀被带入（此时偏铀，Ra/U＜1）。玉尔滚矿化区矿化砂岩明显偏镭（Ra/U为6.25～20.00），而赋矿砂岩直接出露地表，排除其还原环境可能，故应为出露地表受淋滤氧化铀被迁出的结果，判断该地段经历了铀矿体形成、后抬升剥露地表而致偏镭的多阶段演化过程。

日达里克地区、墩买里地区及温巴什地区矿化砂岩均显示出明显的偏铀特征（Ra/U为0.07～1.69，多为0.27～0.93），结合矿化砂岩多为灰色富含炭屑的（含砾）砂岩，判断为氧化还原过渡带铀迁入的结果，反映其受构造剥蚀影响较小，形成时间较晚。同时，温巴什矿化点与浅黄色氧化砂岩相关的铀矿化（Ra/U为0.34～0.38），较日达里克与褐黄色氧化岩系相关的、相当层位的铀矿化（Ra/U为0.40～0.93）更加偏铀，结合其孔中氧化层位较多、氧化率较高、地表异常较多并产出上升泉等特征，判断前者形成时间更晚，其铀成矿作用或正在发生。

综上所述，库车组褐红色氧化岩系、褐黄色氧化岩系、浅黄色氧化岩系应依次形成，可与王元元等（待刊）秋里塔格复背斜带褶皱低隆阶段、推覆速隆阶段、后生叠加阶段（表2）等构造隆升过程相互对应，结合库车组沉积-变形过程，可将库车组氧化过程划分为准同生氧化阶段、层间氧化阶段、后生叠加氧化阶段。

表2 秋里塔格复背斜带隆升阶段划分简表Table 2 The stage division of tectonic uplift of Qiulitage structural belt

4.3 库车组层间氧化过程分析

库车组下段氧化砂岩的形成早期主要受岩性岩相控制，而中晚期受库车坳陷，特别是秋里塔格复背斜隆升过程影响，后者不断改变地下水补径排体系，控制不同时期氧化砂体的分布和规模。

4.3.1 准同生氧化阶段

与秋里塔格构造带褶皱低隆隆升阶段同期。该阶段秋里塔格山走向与库车组沉积相带斜交，层间氧化作用主要受沉积相带展布、与盆山结合部位的距离控制，此时层间氧化作用主要发生于冲积扇及辫状河体系靠扇一侧，地下水补径排体系覆盖秋里塔格山西段（图3a）：1）在秋里塔格山西段，层间氧化范围涵盖南北两翼，前锋线位于秋里塔格山南侧（图3b）；2）在秋里塔格中段及向东，层间氧化范围未至秋里塔格山，前锋线位于其北侧（图3c）。

4.3.2 层间氧化阶段

与秋里塔格构造带推覆速隆阶段同期。该阶段秋里塔格山核部区域性推覆断裂形成，阻断了地下水的向南运移，改变了原有补径排体系，秋里塔格西段受抬升剥蚀改造、而东段接受层间氧化作用（图3d）：1）秋里塔格山西段受强烈隆升，先期氧化带抬升地表，南翼氧化带根部抬升至地表（图3e）；2）中段及以东，因地势较低，层间氧化作用继续发育，前锋线进一步向南推移（图3f）。

4.3.3 后生叠加氧化阶段

与秋里塔格构造带后生叠加阶段同期。秋里塔格构造带东西差异隆升，并分布叠加平移构造，水文地质背景与层间氧化阶段相似，此时西段、中西段受抬升剥蚀改造，而中东段继续接受层间氧化作用叠加（图3g）：1）秋里塔格山西段进一步抬升，氧化带及氧化还原过渡带抬升至近地表（图3e）；2）秋里塔格山中西段前期形成的氧化带及氧化还原过渡带剥露至地表（图3h）；3）继2）并受平移构造影响，矿化信息分布于后期叠加背斜或向斜的两翼（图3i）；4）秋里塔格山中东段，因地势较低，层间氧化作用继续发育，前锋线进一步向南推移（图3j）。

4.4 铀找矿方向浅析

如上所述，褐红色氧化砂岩形成于准同生氧化阶段，在秋里塔格复背斜带北侧（中东段）受其构造隆升过程影响，在层间氧化阶段、后生叠加氧化阶段先后改造成为褐黄色氧化砂岩、浅黄色氧化砂岩而不复存在；而在秋里塔格复背斜带南侧（西段，如玉尔滚矿化区），在秋里塔格南断裂发育后，得以保留（图3d、e），并经构造剥露，相关矿化出露地表或靠近地表分布，故秋里塔格复背斜带西段南侧玉尔滚一带为褐红色氧化砂岩相关铀矿化的有利探索部位。

褐黄色氧化砂岩形成于层间氧化阶段，分布于秋里塔格复背斜带中西段北侧，为对褐红色氧化砂岩叠加改造、前锋线向前推移的结果，成矿条件极为有利，故秋里塔格复背斜带中西段北侧日达里克一带为褐黄色氧化砂岩相关铀矿化的有利探索部位（图3g～i）；而在秋里塔格复背斜带中东段北侧墩买里-温巴什地段受后生叠加氧化阶段的影响遭受一定程度改造，考虑到后生叠加阶段时限较短，故在墩买里-温巴什一带可对与褐黄色氧化砂岩有关的铀矿化进行一定探索（图3g、j）。

浅黄色氧化砂岩形成于后生叠加氧化阶段，形成时限最晚，分布于秋里塔格复背斜带中西段北侧，为对褐黄色氧化砂岩叠加改造、前锋线进一步向前推移的结果，相关铀矿化异常信息分散于地表或近地表，故秋里塔格复背斜带中东段北侧温巴什-墩买里一带为浅黄色氧化砂岩相关铀矿化探索的有利场所（图3g、j）。

图3 库车组层间氧化带形成过程示意图Fig.3 Schematic diagrams of formation process of interlayer oxidized sandstone in Kuqa Formation

5 结论

1）库车组下段氧化砂岩可划分为褐红色氧化岩系、褐黄色氧化岩系、浅黄色氧化岩系，与各氧化岩系相关的矿化砂岩Ra/U 分别为6.25～20.00、0.07～1.69（一般为0.37～0.93）、0.34～0.38。

2）库车组下段砂体氧化过程可分为准同生氧化阶段、层间氧化阶段、后生叠加氧化阶段。

3）秋里塔格西段玉尔滚一带应寻找与褐红色氧化岩系相关铀矿化；中西段日达里克一带应寻找与褐黄色氧化岩系相关铀矿化；中东段温巴什-墩买里一带应寻找与浅黄色氧化岩系相关铀矿化，并兼顾探索与褐黄色氧化岩系相关铀矿化。

致谢：感谢核工业二八〇研究所李文贤正高级工程师、中国地质科学院陈正乐研究员、中国地质大学（武汉）焦养泉教授进行的野外指导；感谢核工业二一六大队阿种明、杨军锋、孙潇等（正）高级工程师、杨小强、李炳谦、李秋实等工程师、中国地质科学院霍海龙、中国地质大学（武汉）吴立群、陶振鹏等博（硕）士及本科生参与相关野外工作；感谢核工业二一六大队师志龙、鲁克改等（正）高级工程师在野外工作及成文过程中给予技术指导与支持。