伊犁盆地南緣闊斯加爾地區西山窯組上段地球化學特征

2016-06-16 06:48:13伊海生邱余波李彥龍

現代礦業 2016年4期

尹　濤　伊海生　邱余波　李彥龍　張　偉

(1.成都理工大學地球科學學院；2.成都理工大學沉積地質研究院；3.核工業二一六大隊)

尹濤1伊海生2邱余波3李彥龍3張偉3

(1.成都理工大學地球科學學院；2.成都理工大學沉積地質研究院；3.核工業二一六大隊)

摘要以伊犁盆地南緣闊斯加爾地區西山窯組上段為研究對象，對不同分帶中采集的35件樣品進行地球化學參數特征的歸納和分析，結果表明：①從氧化帶到過渡帶、還原帶，不同分帶中地球化學參數變化特征各異，其中U和有機碳的含量先增大后減少，表明在層間氧化帶發育過程中U和有機碳發生了活化遷移并沉淀富集；②全硫和Fe2+的含量變化趨勢相似，表現為隨氧化程度的減弱而逐漸增大，Fe3+、Fe2+含量變化趨勢相反，2種離子含量此消彼長，但總量基本保持不變。通過分析U與各還原性物質的相關性，發現U與Fe2+的富集沉淀表現為良好的正相關，其次是與全硫和有機碳，與Fe3+相關性較差。上述分析成果對于區內鈾礦找礦工作有一定的參考價值。

關鍵詞伊犁盆地西山窯組上段地球化學特征相關性

闊斯加爾地區位于伊犁盆地南緣烏庫爾其鈾礦床東部，具有一定的鈾成礦潛力，其中西山窯組上段是該地區主要的含鈾地層。烏庫爾其鈾礦床是我國20世紀發現的較重要的地浸砂巖型鈾礦床，隨著盆地勘查與科研工作的不斷深入，鈾成礦的研究相對較成熟，而盆地鈾礦找礦的工作難度也隨之越來越大。目前，伊犁盆地鈾礦勘探工作的重點正逐步向現有鈾礦床的深部和外圍拓展，闊斯加爾地區位于烏庫爾其鈾礦床外圍，該地區含礦地層發育的鈾礦物與盆地南緣其他鈾礦床的賦礦層系相似，其鈾源主要由含礦砂體自身和盆地南緣的蝕源區提供。隨著盆地整體勘探開發的重點偏移，闊斯加爾地區的勘查工作變得越來越重要，由于現階段該地區勘查工作仍處于普查階段，相關研究工作較滯后，尤其是對于含礦地層的地球化學特征，需進行進一步研究。為此，本研究采用分析微量鈾、有機碳、Fe2+、全硫等地球化學參數的方法對該地區地球化學特征與鈾成礦的關系進行分析，為伊犁盆地鈾礦床外圍的鈾成礦勘查工作提供詳實的基礎地質資料。

1區域地質背景

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，是天山山脈隆升過程中局部地區凹陷下沉而形成的大型山間坳陷盆地[1-2]。盆地總體可劃分為北部褶皺帶、中央凹陷帶和南部斜坡帶，且均沿EW向帶狀展布。在南北應力擠壓作用下，盆地呈北陡南緩，東窄西寬，整體呈楔形，向西通向哈薩克斯坦，在我國境內的伊犁盆地狹義上不包括昭蘇盆地，總面積約1.8×104km2[3-4]。闊斯加爾地區處于伊犁盆地南緣西段斜坡帶，構造相對穩定，為次一級微隆起，稱烏庫爾其微凸起，區內未發現明顯的構造產出(圖1)。區內沉積蓋層的出露或與第四系地層呈不整合接觸，為大氣降水對沉積蓋層的補給和排泄打開了良好的構造“窗”，從而為鈾成礦創造了良好的條件[5-6]。

圖1　伊犁盆地闊斯加爾地區大地構造位置

伊犁盆地鈾礦化主要賦存于水西溝群(J1-2sh)的暗色含煤碎屑巖建造中[7]。西山窯組(J2x)為水西溝群鈾礦體最重要的賦存層位，其中西山窯組下段(J2x1)在整個盆地南緣中西段均賦存有工業鈾礦化，而西山窯組上段(J2x3)工業鈾礦化除了在洪海溝地區較發育外，在蒙其古爾、烏庫爾其等地區也有一定規模的工業鈾礦化發育[8]。闊斯加爾地區是烏庫爾其鈾礦床重要的資源接替區，具有一定的鈾礦資源潛力[9]。西山窯組上段(J2x3)在伊犁盆地南緣普遍發育，地層厚度20.1～123 m，平均厚約61.4 m[8]。在闊斯加爾地區該地層以頭屯河組(J2t)底部的含礫粗砂巖、砂礫巖和水西溝群(J1-2sh)的第10煤層(M10)為頂底標志，地層發育，分層界線清晰，整體以粗砂巖為主，為正韻律沉積。

2地球化學特征

伊犁盆地南緣發育的層間氧化帶砂巖型鈾礦，其成礦原理和成礦規律基本與常規的砂巖型鈾礦一致，但也有其獨特的變化規律?？蓪r石色調、鐵礦物和其他地球化學指標作為層間氧化帶地球化學分帶性劃分的基本依據。地球化學障壁的存在也是層間氧化帶砂巖型鈾礦的1個較重要的控礦因素[10]。地球化學障壁的存在使流經砂體的層間氧化流體流速變緩，從而使含礦物質發生沉淀、富集，形成鈾礦體。地球化學障壁的強弱會直接影響鈾礦石的品位。目前，主要通過分析氧化帶、過渡帶以及還原帶中的地球化學參數對地球化學障壁進行研究，其中最能反映地球化學障壁相關特征的是還原性元素和變價元素在砂體不同分帶中的分布情況。

本研究采集了35件樣品并分析測試了不同氧化帶、過渡帶和原生還原帶中的還原性元素和變價元素的地球化學參數，結果見表1。通過對不同分帶中的價態鈾、價態鐵、全硫、有機碳的含量參數的歸納、分類和統計(表2)，揭示了該區西山窯組上段含鈾地層地球化學參數的變化特征。

由表1可知：①U含量自氧化帶、過渡帶到還原帶，表現為先增大后減小，其中氧化帶的含量最低，隨著氧化強度的減弱，U含量逐漸增高，在過渡帶達到最高(大于100×10-6)，至原生巖石帶有所下降，但其含量明顯大于氧化帶，U含量的變化特征表明U在層間氧化帶中發生了活化和向前遷移，并在過渡帶富集成礦；②有機碳是重要的還原物質，其在含礦砂體中的含量變化規律與U非常相似，即過渡帶中含量最高，還原帶次之，氧化帶最低(圖2)，因有機碳在含氧含鈾流體的強烈氧化作用下會發生損耗，導致有機碳含量在氧化帶中有所降低，在過渡帶中含量升高，說明有還原物質參與了鈾成礦，使有機質和含鈾物質皆在過渡帶中沉淀與富集；③全硫在含礦砂體中含量的變化規律與有機碳區別明顯，從氧化帶到還原帶，全硫的含量變化呈逐漸增大的趨勢，表明隨著氧化程度的增強，原生砂巖中的硫化物發生交代和蝕變的程度相應增大，同時可能有一些具有還原性質的硫化物(如硫鐵礦等)在鈾礦體形成前或形成過程中逐步形成；④鐵離子是層間氧化帶分帶性判斷的1個重要地球化學指標，Fe2+表現出與全硫相近的變化規律，從氧化帶、過渡帶再到還原帶，Fe2+含量逐漸增大，Fe3+含量和w(Fe3+)/w(Fe2+)值的變化規律則與之相反，氧化帶中Fe3+含量明顯大于Fe2+，還原帶中Fe2+含量明顯大于Fe3+，但該2類鐵離子的含量基本保持總量不變。一般情況下可將w(Fe3+)/w(Fe2+)值作為層間氧化帶分帶性的判定依據，不同地區的w(Fe3+)/w(Fe2+)值有所差異，一般來講，氧化帶w(Fe3+)/w(Fe2+)值遠大于1，而w(Fe3+)/w(Fe2+)值小于或接近1時，則可初步判定為過渡帶，但具體劃分時還需同時參考U含量、有機碳含量等地球化學參數進行判定。

表1　西山窯組上段巖石地球化學參數

注：U含量單位為(×10-6)。

表2　西山窯組上段巖石地球化學參數氧化還原分帶性統計

注：U含量單位為(×10-6)，還原帶U含量均值基于16件樣品計算得到。

圖2　氧化還原分帶地球化學參數百分比堆積柱狀圖

3相關性分析

闊斯加爾地區西山窯組上段U與有機碳、全硫、Fe2+的聚類分析和相關性分析結果揭示了U與各元素之間的相關性(圖3)，其中U與Fe2+相關性最佳，其次是與全硫和有機碳，而與Fe3+相關性較差。有機碳在各分帶中含量的變化與U相似，但由相關性數據分析可知，有機碳與U為正相關，相關性判定系數為0.499 7；全硫與U的相關性亦較低，相關性判定系數為0.443 9；U與Fe2+的相關性相對較好，為正相關，相關性判定系數為 0.620 3(圖4)。

圖3　西山窯組上段地球化學相關性分析

各分帶地球化學參數變化特征分析表明：①當含氧流體流經氧化帶時，巖石中的鈾(U4+)被氧化溶解成可溶性鈾(U6+)，含氧流體攜帶可溶性鈾(U6+)繼續向前遷移，使得氧化帶巖石中鈾含量明顯降低；②當含氧含鈾流體流經過渡帶時，隨著流體中氧的消耗和有機碳、全硫、Fe2+等大量還原物質的加入，在過渡帶形成了氧化-還原地球化學障壁，使得可溶性鈾(U6+)被還原成鈾礦物(U4+)而富集沉淀，導致氧化還原過渡帶巖石中鈾含量急劇升高；③而當到達原生還原帶后，由于流體中幾乎不含氧和可溶性鈾(U6+)，以及大量還原性物質的存在，使得氧化還原反應基本停止，而原生還原帶巖石中鈾含量明顯大于氧化帶，且U4+含量與U6+含量相差微小，可能反映的是該2種鈾離子在原生砂體中的賦存狀態。