伊犁盆地南缘中侏罗统西山窑组价态铀特征*

王毛毛　邱余波　常京涛　杜　默　王明力　张虎军　王强强

(1.核工业二一六大队；2.核工业北京化工冶金研究院)



伊犁盆地南缘中侏罗统西山窑组价态铀特征*

王毛毛1邱余波1常京涛2杜默1王明力1张虎军1王强强1

(1.核工业二一六大队；2.核工业北京化工冶金研究院)

摘要传统的层间氧化带砂岩型铀成矿理论认为，U6+在沿渗透性砂岩层迁移的过程中，在氧化—还原界面附近被还原成U4+而沉淀、富集成矿。而伊犁盆地南缘侏罗系西山窑组下段含矿岩石价态铀分析结果表明，在氧化砂体中U6+含量并非完全高于U4+含量，在铀离子发生沉淀、富集的成矿界面U4+含量较高，但U6+含量也处于较高水平，仅个别样品中出现了U6+含量高于U4+的现象，该现象的出现与成矿砂体岩性、地球化学环境中有机碳及地下水成分有较大联系。

关键词伊犁盆地西山窑组价态铀成矿砂体有机碳

截至目前，在铀矿勘查工作中对价态铀含量变化的研究成果较小。为此，本研究以伊犁盆地南缘侏罗系西山窑组下段含矿岩石为例，结合西山窑组岩性、岩相和地下水化学成分等因素，分析岩石样本中有机碳含量与价态铀含量的关系，供砂岩型铀成矿研究参考。

1　区域地质背景

伊犁盆地形成后，始新世晚期—渐新世始阶段新构造运动开始活跃，经历了中新世盆地南缘隆升、北缘差异沉降，上新世末—早更新世挤压隆升与沉降和中更新世至今差异升降运动，形成了目前的盆地构造格局(北部褶皱带、中央凹陷带和南部斜坡带等3个EW向带状展布的构造单元)。伊犁盆地南缘铀矿化主要分布于水西沟群暗色含煤碎屑建造中。随着盆地南缘铀矿勘查程度的提高，由西至东，相继发现了大型、特大型铀矿床，其最重要的赋矿层位为中侏罗统西山窑组，厚20～230m，岩性为砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中细砂岩、泥岩、粉砂岩，含多层煤，其第10#、8#煤层最为稳定，可作为区域标识层。根据岩性组合特征，可将西山窑组由下至上划分为扇三角洲—河流沉积相。

2　试验分析

2.1试验结果

本研究试验样品采自15个钻孔，共45件，层位为西山窑组，样品岩性为细砂岩、中砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩，氧化带、过渡带和还原带均覆盖。价态铀、有机碳含量均使用滴定法测定，试验由核工业二一六大队测试中心完成，试验结果见表1。

表1　伊犁盆地南缘西山窑组样品分析结果

2.2试验结果分析2.2.1盆地南缘价态铀及有机碳基本特征

由表1可知，U含量较高的矿石主要为粗粒结构的砂岩，U含量可达64%，次为中、细砂岩，U含量分别为20%、16%，主要与西山窑组沉积相有密切关系，扇三角洲—河流沉积体系中，岩性垂向上一般呈下粗上细的正沉积韵律，含铀流体一般在孔隙较好的粗粒结构的碎屑沉积岩中运移，铀矿体主要产出于其底部位置，当砂体中出现隔挡层后，使得砂体变为多个流动单元[1-7]，含铀流体动能发生变化，U缓慢地在孔隙较差的细粒碎屑沉积岩中沉淀富集(图1)[8]。

图1　扎吉斯坦铀矿床西山窑组下段48#勘探线铀成矿示意

对表1的样品分析结果按氧化带、过渡带和还原带进行了统计分析，结果见表2。由表2可知：①由氧化带至还原带，U含量经历了先增大后减小的过程，随着氧化程度的减弱，U含量不断增大，在过渡带U含量急剧上升，超过500×10-6，至原生岩石带U含量下降，但仍明显高于氧化带；②氧化带中的U6+含量高于U4+含量，过渡带、还原带反之，但过渡带中U6+含量并非远小于U4+含量，数据上两者均明显增大；③有机碳是含矿砂体中重要的还原物质，有机碳含量与U含量成正相关性，氧化带中的有机碳含量明显低于过渡带且略低于还原带。

表2　伊犁盆地南缘西山窑组价态铀、有机碳参数

2.2.2砂岩中价态铀的特殊现象

图2　典型砂岩型铀矿成矿示意表3　过渡带砂岩中价态铀、有机碳分析结果

取样地点岩性含量/(×10-6)UU4+U6+C有P1915灰色粗砂岩15.84.311.50.321P323灰色细砂岩16.84.212.60.117P3727灰色中砂岩27.912.815.00.15348171灰色砂砾岩24.49.115.30.42548171灰色粗砂岩13.70.313.40.144P2715灰色细砂岩217.288.7128.50.010P020-1灰白色细砂岩170.184.086.10.013P4504灰色细砂岩2019.0967.01052.00.478

表4　氧化带砂岩中价态铀、有机碳分析结果

3　结　论

(1)通过对伊犁盆地南缘侏罗系西山窑组含矿砂岩U含量的统计分析，可知各地球化学分带中价态铀的含量变化具有过渡带最高、氧化带最低、还原带略高于氧化带的特征。组成U含量的价态铀离子，也基本符合上述特征，但在过渡带中U4+、U6+含量均明显增大，且个别样品中U6+含量大于U4+含量，与传统的层间氧化带砂岩型铀成矿理论认为在过渡带主要为U4+沉淀富集成矿具有明显的差异。

(2)有机碳是U沉淀的重要还原物质。有机碳形成与富集的主要影响因素为：①沉积相决定着有机质的含量，中侏罗统西山窑组扇三角洲—河流沉积相中发育沼泽沉积和河漫沼泽的煤层，很大程度上提高了地层中有机碳的含量；②岩性结构的差异性，影响着有机质的富集，粗粒结构砂岩具有良好的孔隙性，有机碳能够很好地负载于孔隙间泥质充填物中。在有机碳含量较高的氧化砂体中U4+含量大于U6+含量，还原带和过渡带中—细粒结构的砂岩中有机碳含量较少，U6+含量大于U4+含量。

(3)地下水化学成分也影响着价态铀含量的变化。伊犁盆地南缘西山窑组地下水为HCO3·SO4-Ca·Na和SO4·HCO3-Na·Ca型水带，对U具有较强的溶解能力，形成了铀酰离子络合物，在迁移过程中，会选择孔隙度较好的砂岩层流动，随着时间与空间的推移，流体酸度的变化，部分铀酰离子出现结晶，吸附于砂岩的孔隙中。

参考文献

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(收稿日期2016-05-17)

ValenceUraniumCharacteristicsofMiddleJurassicXishanyaoFormationintheSouthernMarginofIliBasin

WangMaomao1QiuYubo1ChangJingtao2DuMo1WangMingli1ZhangHujun1WangQiangqiang1

(1.No.216GeologicParty,ChinaNationalNuclearCorporation;2.BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,ChinaNationalNuclearCorporation)

AbstractAccording to the traditional inter-layer oxidation zone sandstone uranium metallogenic theory,in the migration process along the permeable sandstone layer, U6+is reduced to U4+and is precipitated and concentrated mineralization in the oxidation-reduction interface.The valence uranium analysis of ore-bearing rock of Jurassic system Xishanyao formation hypomere of the southern margin of Ili basin show that the content of U6+is not completely higher than the content of U4+in the oxidation sand bodies,the content of U4+is higher than others in the uranium precipitation and enrichment metallogenic interface,but the content of U6+is not very low,the phenomenon of the content of U6+is higher than U4+is only appeared in individual sample of ore-bearing rock, the emergence of the phenomenon is related to the lithology of metallogenic sand bodies,the organic carbon and chemical constituents of groundwater in the geochemical environment.

KeywordsIli basin, Xiashanyao formation, Valence uranium, Metallogenic sand-body, Organic carbon

*国家自然科学基金联合基金项目(编号：U1403292)；整装勘查关键基础地质研究计划项目(编号：12120114007601)。

王毛毛(1982—)，男，工程师，830011 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市北京南路467号。