准噶尔盆地东部将军庙地区砂岩型铀矿层间 氧化带地球化学特征初步研究

毛广振 唐湘飞 牛军杰

摘   要：通过对目的层层间氧化分带岩石学、地球化学指标、常量元素及其变化规律的分析，初步研究了准噶尔盆地东部将军庙地区砂岩型铀矿的地质地球化学特征。研究认为：①将军庙地区的层间氧化带可分为强氧化亚带、弱氧化亚带、过渡带和原生还原带;②研究区氧化作用存在长时期间断，造成过渡带铀富集较弱，矿带范围较局限;③SiO2、MgO和TiO2与铀元素的富集具一定相关性。

关键词：准噶尔盆地东部;将军庙;砂岩型铀矿;地球化学

层间氧化带型铀矿床是当今国内铀矿勘查的主要目标之一，典型的层间氧化带型砂岩型铀矿床主要位于我国西北部的伊犁盆地和吐哈盆地。对于层间氧化带分带性、各分带地球化学参数及其他常量、微量元素变化规律的研究一直是该类型铀矿床研究的热点。前人将伊犁盆地和吐哈盆地层间氧化带铀矿床中氧化带分为完全氧化带（强氧化亚带）、不完全氧化亚带（弱氧化亚带）、过渡带（铀矿石带）和原生还原带，其特征元素U，Th，有机碳、∑S、Fe2O3/FeO值和伴生元素V，Se，Mo等都具明显分带性[1-8]。通过对典型层间氧化带型铀矿床常量元素地球化学行为做初步研究，认为SiO2、Al2O3和TFe2O3为活动组分，对层间渗入作用的地球化学响应最明显[3，9-10]。

近几年核工业二一六大队相继在准噶尔盆地东部卡姆斯特、将军庙地区发现一定规模的层间氧化带，局部发现砂岩型铀工业矿化[11]，并对铀成矿地质条件、铀成矿模式及找矿方向等进行研究[12-14]，研究认为卡拉麦里山南北两侧大地构造位置、古气候、岩性-岩相、地下水等条件类似，将军庙地区也具备卡姆斯特地区层间氧化砂岩型铀成矿的地质条件，具一定找矿前景。笔者依托近年来将军庙地区的铀矿勘查和科研工作，通过对将军庙地区层间氧化带各分带岩石学和地球化学指标的总结，对各分带常量元素的迁入迁出特征分析，研究不同元素的地球化学行为和迁移规律，为该区铀成矿规律建立了微观认识，对下一步铀矿找矿工作具指导意义。

1  地质概况

准噶尔盆地大地构造位置处于哈萨克斯坦-准噶尔地块，属于中亚造山带西段中部[17]。石油部门将其划分为6个一级构造单元，包括西部隆起、东部隆起、陆梁隆起、北天山山前冲断带、中央坳陷和乌伦古坳陷，以及44个二级构造单元（图1-c）[18-20]。

研究区位于准噶尔盆地东部，一级构造单元上属于东部隆起区，海西晚期受自西向东的挤压作用和印支—燕山期自东向西的挤压作用，形成了石树沟凹陷、黄草湖凸起、石钱滩凹陷、黑山凸起和梧桐窝子凹陷等一系列“隆凹相间”的二级构造单元       （图1-b），喜山期受自南向北的挤压作用，形成平面上呈棋盘状的构造格局[18]。

研究區基底具前寒武纪结晶基底和海西褶皱带变质岩基底的双层结构[11]，晚古生代地层分布广，发育较全，泥盆系和下石炭统主要为海相火山岩、火山碎屑岩和陆源碎屑岩;上石炭统为海陆交互相沉积，下二叠统为陆相中基性火山岩建造，上二叠统为河湖相碎屑岩沉积。研究区北部卡拉麦里山分布大面积的晚石炭世—早二叠世富碱花岗岩带。中新生代盖层主要为下三叠统上仓房沟群、中上三叠统小泉沟群、中下侏罗统水西沟群、中上侏罗统石树沟群及上新统独山子组及第四系。区内侏罗系发育齐全，分布广泛，水西沟群包括下侏罗统八道湾组、三工河组及中统西山窑组，为一套河流-三角洲相的含煤碎屑岩建造;石树沟群包括中侏罗统头屯河组和上侏罗统齐古组，为一套湖泊-三角洲相杂色碎屑岩建造。

2  铀矿地质特征

研究区铀矿点、矿化点主要赋矿层位有中侏罗统西山窑组和头屯河组，其中西山窑组主要发育煤岩型和烧结岩型铀矿化，主要有石钱滩异常点、白砾滩矿点、金子沟矿化点、红砂泉矿化点等;头屯河组主要发育层间氧化砂岩型铀矿化，主要在将军庙地区。头屯河组可划分为上、下两段。头屯河组上段为厚层杂色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层细砂岩、粉砂岩，颜色以紫褐色、紫红色为主，多夹灰绿色团块或条带。下段为厚层灰绿色、灰色泥岩夹灰色细砂岩、中粗粒砂岩和砾岩。砂岩以岩屑砂岩为主，长石岩屑砂岩次之，属辫状河三角洲平原辫状分流河道沉积砂体，砂体“泛连通性”较好，固结较疏松，为含矿流体运移提供了良好通道和铀聚集成矿的物质空间。头屯河组的“泥-砂-泥”结构稳定，具备发育层间氧化的地层条件（图2）。

3  层间氧化带砂岩岩石学特征

层间氧化带砂岩型铀矿床分带性最明显的标志是后生蚀变的分带性，主要表现为各分带岩石学特征的不同，包括颜色、蚀变矿物和蚀变现象。含氧层间水在砂岩层间渗流运移，不断将原生还原砂岩氧化，形成氧化带;随着水动力减弱或负载流体遇到岩性分叉或尖灭等情况，在还原剂的作用下，形成氧化-还原障，同时在吸附剂作用下，铀富集沉积，形成过渡带（铀矿石带）;在砂体连通性较好的层间顺流体运移方向，在过渡带前方未受到含氧水改造的砂体为原生还原带。通过岩心观察和岩矿分析，可根据砂岩颜色、蚀变现象等将研究区层间氧化带分为强氧化亚带、弱氧化亚带、过渡带和原生还原带。

强氧化亚带  以褐黄色、黄色为主（图3-a，b），局部为褐红色、红褐色，发育强褐铁矿化，碳屑、黄铁矿等完全被氧化，且发育弱粘土化。

弱氧化亚带  以浅黄色为主，或以浅黄色为主夹斑状灰色，也有以灰色为主，夹斑状黄色（图3-c，d），局部可见未完全氧化分解的碳屑（图3-d）。

过渡带  砂岩以灰色、灰白色为主，富含碳屑等有机质（图3-e），发育高岭土化，铁质矿物以黄铁矿为主，多为草莓瘤状或颗粒状。

原生还原带  以灰色、灰白色为主，富含碳化植物碎屑或茎秆（图3-f），发育高岭石化，铁质矿物以黄铁矿为主，少见菱铁矿，以草莓瘤状或它形颗粒状为主（图3-f）。

4  层间氧化带岩石地球化学特征

对将军庙地区中侏罗统头屯河组各氧化分带中的砂岩进行了系统地采样研究，层间氧化各分带样品基本能从岩石学特征上进行区分。通过分别对各分带地球化学指标数据和常量元素数据进行归类统计，并对各分带各项数据取平均值，统计结果见表1，2。

4.1  层间氧化带地球化学指标特征

根据层间氧化带岩石颜色、蚀变现象和蚀变矿物的不同划分将军庙地区层间氧化分带，可划分为强氧化亚带、弱氧化亚带、过渡带和原生还原带，分别统计其地球化学指标的不同（表1）。

强氧化亚带  全岩S平均含量0.17%;有机碳平均含量为0.17%;Fe3+/Fe2+值平均为1.70，表现为强氧化环境。U平均含量7.21×10-6，Th/U比值平均为1.03。

弱氧化亚带  全岩S平均含量为0.08%;有机碳平均含量为0.14%;Fe3+/Fe2+的比值平均为1.40，表现为弱氧化环境。U平均含量为8.96×10-6;Th/U比值平均为0.85。

过渡带  全岩S平均含量为0.4%;有机碳平均含量为0.37%;Fe3+/Fe2+值平均为1.40，表现为氧化还原过渡环境。U平均含量为62.80×10-6; Th/U比值平均为0.12。

原生还原带  全岩S平均含量为0.25%;有机碳平均含量为0.29%;Fe3+/Fe2+值平均为0.77，表现为还原环境。U平均含量为8.60×10-6;Th/U比值平均为1.42。

氧化带虽然可以根据颜色、蚀变矿物和蚀变现象划分出强氧化亚带和弱氧化亚带，但其地球化学指标数据区分并不是特别明显。从氧化带、过渡带和原生还原带的地球化学指标来看，将军庙地区层间氧化分带性也较明显。氧化带以发育强褐铁矿化，Fe3+/Fe2+比值大于1.5，有机碳含量小于0.2%，全岩硫含量小于0.2%为特征;过渡带（铀矿石带）以有机碳含量大于0.2%，全岩硫含量大于0.2%为特征;原生还原带以Fe3+/Fe2+比值小于1，有机碳含量大于0.2%，全岩硫含量大于0.2%为特征。

4.2  层间氧化带常量元素特征

对强氧化亚带、弱氧化亚带、过渡带分别与原生还原带的常量元素数据做差值处理，以分析其各元素的迁移特征（表3）。从统计结果来看，各分带的常量元素含量与原生还原带相比具较明显变化，反映出层间氧化作用过程中，不同元素经历了不同程度的带入与带出，与砂岩型铀成矿具密切关系。

SiO2  与原生还原带相比，强氧化亚带中含量平均增加了0.02%，表现为微弱的带出。弱氧化亚带中平均含量增加了1.82%;过渡带中SiO2平均含量增加了3.95%，说明含铀含氧水迁移过程中，存在SiO2遷移。

Al2O3  与原生还原带相比，强氧化砂岩中Al2O3含量平均减少0.02%，而弱氧化带中平均含量增加了0.27%，表现为带入特征。而过渡带中平均含量减少了0.09%，表现为微弱带出特征。

TFe2O3  与原生还原带相比，强氧化亚带、弱氧化亚带和过渡带整体为带入特征。其中，氧化带带入特征最明显，分别增加了0.27%和0.30%，表明含氧水中有铁元素带入;过渡带平均含量增加了0.14%，也为带入特征。

CaO  与原生还原带相比，强氧化亚带平均含量增加0.55%，表现为带入;弱氧化亚带中平均含量减少1.33%，表现为带出;过渡带平均含量减少1.83%，表现为带出。

MgO  与原生还原带相比，强氧化亚带中为微弱的带出;弱氧化亚带为微弱带入，平均含量增加0.12%;过渡带表现为明显带入，平均含量增加0.37%。

K2O  与原生还原带相比，强氧化亚带表现为微弱的带入，增加了0.03%;弱氧化亚带表现为明显的带入，增加了0.38%;过渡带平均含量减少0.01%。          Na2O  与原生还原带相比，强氧化亚带平均含量减少了0.08%;弱氧化亚带平均含量减少了0.13%;过渡带平均含量减少了0.28%。均表现为带出特征。

TiO2  与原生还原带相比，强氧化亚带平均含量减少0.09%;弱氧化亚带平均含量减少0.03%;而过渡带平均含量增加了0.29%，为明显的带入特征。

P2O5和 MnO  含量在各分带中变化不大，属于相对稳定的化学成分。

5  讨论

5.1  地球化学指标变化规律探讨

氧化带有机碳含量比还原带明显减少，说明在含氧水改造过程中，氧化带中有机碳被氧化消耗。而过渡带有机碳含量要比原生还原带更高，说明铀在富集过程中有机碳的还原或吸附作用具较大影响。相应的全岩S含量变化与有机碳含量变化一致，这与黄铁矿伴生有机质有关，为铀富集提供了高还原障。

铁的地球化学行为是层间氧化带分带的基    础[9]。各分带Fe3+/Fe2+的比值不同，导致岩石颜色及铁的蚀变现象在各分带有规律的变化。自氧化带到还原带，全岩S，Fe2+，有机碳含量都逐渐变多，Fe3+/Fe2+的比值逐渐变小，说明岩石发生了氧化改造，氧化作用由强变弱。

Th/U比值由原生还原带最大，氧化带次之，过渡带最小的特征，说明氧化带砂岩在经历含氧水改造的过程中，存在铀的迁入与带出，并在过渡带中富集。铀元素的富集与有机碳、黄铁矿等还原剂的含量呈正相关，这与伊犁盆地层间氧化带型铀矿床类似[16]。将军庙地区氧化带中铀元素的含量与原生还原带相近，且原生还原带与氧化带的Th/U比值接近，弱氧化亚带中存在未完全氧化的炭屑，说明氧化作用进行的还不完全，后期含氧水未能持续补给。将军庙地区的氧化作用可能存在间断，层间氧化作用未能长期持续发育，过渡带铀矿化品位偏低，铀矿带的范围也较局限。

5.2  常量元素变化规律探讨

前人通过对伊犁盆地、吐哈盆地等不同盆地中层间氧化带砂岩型铀矿床常量元素的地球化学行为研究认为[3，5-10]，在成矿流体（含铀含氧水）运移过程中，随着物理化学条件（温度、压力、Eh、pH等）的改变，伴随着水-岩反应，砂岩作为载体，其中微量元素、常量元素必然也发生变化。砂岩在表生成岩过程中，除了受成岩作用影响，也受含氧水改造作用，在铀成矿过程中常量元素也存在有规律的变化。将军庙地区目的层各氧化分带中常量元素在层间氧化带各分带的变化规律如图4。

SiO2、MgO和TiO2  該组元素与地球化学指标的变化具一致性，由强氧化亚带到弱氧化亚带再到过渡带，表现为逐渐增多。与原生还原砂岩相比，过渡带中SiO2、MgO和TiO2都表现为明显带入特征，与铀元素的富集具一定相关性。

Al2O3和K2O  在弱氧化亚带中，该组元素平均含量要比强氧化亚带、过渡带和还原带要高。强氧化亚带中溶液未接受氧化时，有机碳和S未消耗，溶液呈酸性，使长石大量水解成高岭石，析出K+（反应1）。随着氧化作用的进行，氧化带逐渐呈中性-弱碱性，强氧化带中长石不再水解。随着大量K+的析出，在弱氧化带中大量聚集，造成富钾的碱性环境，使高岭石向伊利石转化（反应2），同时造成弱氧化亚带中Al2O3和K2O的富集。而原生还原带和过渡带由于富含有机质、H2S等还原物质稳定存在，溶液呈酸性，钾长石等易水解成高岭石，存在钾的析出[15]。

CaO  与原生还原砂岩相比，强氧化亚带的CaO含量表现为明显带入，而弱氧化亚带和过渡带均表现为带出特征。其差异性主要与成岩作用有关，局部钙质胶结的砂岩含量要高。过渡带砂岩由于受成矿流体影响，酸性环境下，不利于钙质胶结的形成，所以平均含量较低。

6  结论

通过对准噶尔盆地东部将军庙地区中侏罗统头屯河组层间氧化分带的地球化学指标、常量元素相对变化的研究，得到如下结论：

（1） 根据Fe3+/Fe2+比值、Th/U、全岩S、有机碳等地球化学指标和岩石颜色、后生蚀变现象等，分别从微观和宏观上建立了将军庙地区层间氧化带分带，可分为强氧化亚带、弱氧化亚带、过渡带和原生还原带。

（2） 根据氧化带中微量铀平均含量、Th/U比值与原生还原带相近，及弱氧化亚带中常见未完全氧化的炭屑，说明将军庙地区的氧化作用存在间断，层间氧化未能持续发育，造成过渡带铀矿化品位偏低，矿带较为局限。

（3） 根据层间氧化分带中各常量元素的变化规律，过渡带的SiO2、MgO和TiO2与铀元素的富集具有一定的相关性。

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The Geochemical Characteristics of Interlayer Oxidation Zone of                         Sandstone-type Uranium Deposits in Jiang Junmiao，                       Eastern Junggar Basin

Mao Guangzhen，Tang Xiangfei，Niu Junjie

（Geologic Party No.216，CNNC，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：Based on the analysis of petrology，geochemical indicators，macroelements and their changing laws of the alteration zones of the ore-bearing target layer，this paper comprehensively studies the geological and geochemical characteristics of sandstone-type uranium deposits in the Jiang Junmiao area，the eastern Junggar Basin.According to the research，the post-alteration alteration in the study area can be divided into strong oxidation sub-band，weak oxidation sub-band， reduction zone and transition zone;the inter-oxidation failed to develop continuously，which is the reason for the low grade of ore-bearing sandstone;the enrichment of SiO2，，MgO and TiO2  in the study area has a certain concomitant relationship with uranium.

Keywords：Eastern Junggar Basin;Dinosaur Valley;Sandstone-type uranium deposit;Geochemistry