水文地質(zhì)概化模型與鈾成礦關(guān)系探討

李彥龍 李盛富 任滿船

摘 ?要：伊犁盆地南緣鈾礦田地下水是鈾元素的主要載體及控制因素，前期認(rèn)為構(gòu)造均為單斜構(gòu)造，研究區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)5條近NS向逆斷層，將研究區(qū)分割為6個(gè)水文地質(zhì)單元，因水動(dòng)力差異，鈾成礦作用相差較大。依據(jù)含礦含水層的補(bǔ)、隔、排條件及水動(dòng)力變化情況，歸納總結(jié)了狹窄集中型、中間型、寬緩敞開型3類水文地質(zhì)模型，結(jié)合鈾礦床規(guī)模，得出狹窄型有利于成富大礦體，寬緩敞開型不利于形成工業(yè)鈾礦體的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：伊犁盆地南緣;鈾礦床;水文地質(zhì)模型

伊犁盆地南緣發(fā)現(xiàn)一批中-特大型鈾礦床，均為外生水成鈾礦床。前人研究認(rèn)為構(gòu)造以近EW向?yàn)橹鳎氐V構(gòu)造為單斜構(gòu)造[1-6]，對(duì)鈾礦床控礦因素進(jìn)行研究，但無法解釋礦床之間空白區(qū)不成礦原因;510和511礦床曾劃分過水文地質(zhì)單元[7-9]，促進(jìn)了找礦成果。511以西未開展此類研究，未揭示地下水流場(chǎng)對(duì)鈾富集的影響。近期勘查成果表明：區(qū)內(nèi)發(fā)育多條NS向斷裂，將研究區(qū)分割為復(fù)雜塊體。本文嘗試從構(gòu)造的水文地質(zhì)特性入手，復(fù)原不同水文地質(zhì)單元，論述水動(dòng)力變化對(duì)鈾成礦的控制作用。

1 ?水文地質(zhì)概述

鈾礦田位于伊犁盆地西南緣，整體地形呈東高西低、南高北低。南部主要以石炭、二疊系火山碎屑巖、火山巖和淺變質(zhì)碎屑巖為主[10]123，基巖裂隙發(fā)育，含大量基巖裂隙水，以HCO3為主;盆地蓋層由三疊—新近系組成，富含孔隙-裂隙水，地下水主要源自基巖裂隙水、地表水、大氣降水，以SO4·HCO3為主。按地下水形成、埋藏、運(yùn)移和排泄等特征，將研究區(qū)分為察布查爾山水文地質(zhì)（補(bǔ)給）區(qū)、山前傾斜平原水文地質(zhì)（徑流）區(qū)和伊犁河谷平原水文地質(zhì)（排泄）區(qū)。礦床均位于山前傾斜平原水文地質(zhì)區(qū)內(nèi)近盆緣處，具典型的滲入型水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2 ?水文地質(zhì)單元的劃分

2.1 ?地下水運(yùn)移的基本特征

高山海拔一般為1 500～3 100 m，降水量為391～554 mm/a，裂隙發(fā)育，主要接受大氣降水和冰雪融水補(bǔ)給，水量豐富，多以泉水形式在F1斷裂處排泄，匯集后形成溪流、河流等地表水體。

山前傾斜平原區(qū)海拔1 100～1 500 m，降水量269 mm/a，地表水均呈斷流河（下游無水），補(bǔ)給侏羅系的約占1/10，含礦層地下水主要來自河流和第四系潛水下滲，以承壓水和潛水為主。第四系潛水作用相當(dāng)于含礦含水層“供水塔”。富氧含鈾的層間水是礦質(zhì)運(yùn)移的主要?jiǎng)恿Γ堑V床定位的決定性因素。含礦含水層除511礦床外，其余均具高承壓、低流速和弱滲透特征。

河谷區(qū)海拔約900 m，位于伊犁河兩岸，侏羅系地下水以封閉水為主，是反向滲出水中心，以極高承壓、高TDS、極低流速為特征，地下水通過斷層向上越流排泄，形成沼澤、鹽堿地、線狀泉等，個(gè)別深切穿儲(chǔ)油（氣）層的斷裂，泉中見油花，H2S含量較高。

2.2 ?水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠罁?jù)

據(jù)淺層二維地震和鉆探深部工程揭露資料顯示，自西向東依次發(fā)育：洪海溝斷裂（F7）、庫捷爾太東斷裂（F6）、烏庫爾其西斷裂（F5）、烏庫爾其東斷裂（F4）、扎基斯坦河斷裂（F3），均為近NS向逆斷裂，具阻水性質(zhì)。其中，F(xiàn)7、F5和F3淺層二維地震解譯為可靠斷裂，斷距大于20 m，經(jīng)水文地質(zhì)鉆孔驗(yàn)證，F(xiàn)7兩側(cè)水位差最小為48 m;F3兩側(cè)水位相差最大397 m;F6兩側(cè)水位相差52～165 m;F6-F5之間的脫維勒克煤礦長(zhǎng)年涌水，井口排水量達(dá)3 000 m3/d;F4兩側(cè)水位最大相差282 m（圖1）。

2.3 ?水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果

洪海溝水文地質(zhì)單元 ?位于F7以西，東隔水邊界F7，該斷裂向盆地內(nèi)延伸超過30 km，為逆斷裂;地下水主要源于洪海溝斷裂與洪海溝河相交處;排泄于礦床北（表1）。發(fā)育大型可地浸型和煤巖型鈾礦床。

庫捷爾太水文地質(zhì)單元 ?介于F6和F7間，補(bǔ)給邊界為洪海溝河與F7交界以南。其中，補(bǔ)給高度Ⅶ旋回約1 300 m，Ⅴ旋回約1 350 m;西、東隔水邊界為F7和F6;排泄邊界于512礦床以北（表1）。發(fā)育大型鈾礦床。

蘇東布拉克水文地質(zhì)單元 ?介于F5和F6間，補(bǔ)給邊界為瓊博樂河出山口，其中補(bǔ)給高度Ⅶ旋回約1 350 m，Ⅴ旋回約1 400 m;西、東邊界為F6和F5;排泄邊界為EW向斷裂（表1），未發(fā)現(xiàn)鈾礦床。

烏庫爾其水文地質(zhì)單元 ?介于F4和F5間，補(bǔ)給邊界為烏庫爾其河出山口5～7 km處，其中補(bǔ)給高度Ⅶ旋回約1 230 m，Ⅴ旋回約1 270 m;西、東邊界為F5和F4;排泄邊界為EW向斷裂，為中型鈾礦床 ? ? ? ? （表1）。

扎基斯臺(tái)水文地質(zhì)單元 ?介于F3和F4間，補(bǔ)給邊界為扎基斯坦河出山口與火燒區(qū)交界處，其中補(bǔ)給高度Ⅴ旋回約1 220 m;西、東隔水邊界為F4和F3，排泄邊界位于單元以北（表1）。為中型鈾礦床。

蒙其古爾水文地質(zhì)單元 ?介于F1和F3之間，補(bǔ)給邊界為扎基斯坦河上游和F1斷裂錯(cuò)斷部位，其中補(bǔ)給高度Ⅶ旋回約1 320 m，Ⅴ旋回約1 350 m;西、東隔水邊界為F3和F1;排泄邊界為切金溝（表1）。屬特大型鈾礦床。

3 ?水文地質(zhì)概化模型及特點(diǎn)

補(bǔ)給水源為河流及第四系潛水，含水層分布于隔水層之間，呈補(bǔ)-徑-排體系完善的特點(diǎn)，為定水頭、層間承壓水、隔水邊界明顯、存在泄水邊界的水文地質(zhì)模型。但各水文地質(zhì)單元具不同特點(diǎn)，可歸納為3類：狹窄集中型、中間型、寬緩敞開型。

3.1 ?狹窄集中型水文地質(zhì)單元

代表性鈾礦床為洪海溝和510，地下水主要來源為洪海溝河和扎基斯坦河，次為第四系潛水，含礦含水層地下水流動(dòng)區(qū)域較狹窄，沿流向“溝流”性質(zhì)明顯，過水?dāng)嗝婕小?/p>

洪海溝水文地質(zhì)單元寬為3.10～6.00 km，呈南寬北窄形態(tài)，第四系潛水厚約200 m，洪海溝鈾礦床：“岸”為兩側(cè)的泛濫平原相， “溝”為近NWW向的扇前辮狀河道相（圖2），水力梯度為0.15～0.16，流速為3.0×10-3～8.8×10-3 ?m/d，單位涌水量為0.02～ ? ? ? ?0.06 L/（s·m），窄為其主要特點(diǎn)，實(shí)際過水?dāng)嗝鎸挾?.21～3.35 km。510鈾礦床的“岸”為左岸為F3、右岸為F1和F2，“溝”為各旋回砂體，展布方向?yàn)镹E向 ? ? （圖3），水文地質(zhì)單元寬1.11～3.61 km，呈西南窄東北寬的形態(tài)，水力梯度0.023～0.035，單位涌水量為0.01～0.16 L/（s·m），水動(dòng)力變化大，流速2.3×10-3～49.0×10-3 ?m/d，流域窄長(zhǎng)為其主要特點(diǎn)。

3.2 ?寬緩敞開型水文地質(zhì)單元

以513和蘇東布拉克為代表，其中，烏庫爾其水文地質(zhì)單元發(fā)育寬度12.78～16.67 km，水力梯度0.17～0.23，流速5.1×10-3～11.1×10-3 ?m/d，單位涌水量0.01～0.25 L/（s·m）;蘇東布拉克水文地質(zhì)單元發(fā)育寬度6.00～9.72 km，水力梯度0.007～0.009，流速0.5×10-3～4.7×10-3 ?m/d，單位涌水量0.02～0.13 L/（s·m）。地下水流域?qū)捑彏槠渲饕攸c(diǎn)，水動(dòng)力變化烏庫爾其強(qiáng)于蘇東布拉克（表2）。

3.3 ?中間型水文地質(zhì)單元

代表性礦床為512和511，介于“溝流”與寬緩敞開之間的類型。庫捷爾太水文地質(zhì)單元寬7.20 m，水力梯度0.012～0.021，流速6.20×10-3～ 19.10×10-3 ?m/d，單位涌水量0.06～0.12 L/（s·m），承壓水頭高117～149 m，第四系潛水厚20 m，地下水補(bǔ)給范圍大，補(bǔ)給水量充足。扎基斯坦水文地質(zhì)單元呈南窄北寬的形態(tài)，寬度為5.28～9.17 m，水力梯度為0.000 3～0.020，流速為0.30×10-3～12.00×10-3 ?m/d，單位涌水量為0.02～0.10 L/（s·m）。第四系潛水賦存于溝谷中，補(bǔ)給水量少，西部為層間無壓水。

4 ?水文地質(zhì)單元與鈾成礦關(guān)系

4.1 ?狹窄式鈾成礦水動(dòng)力模式

洪海溝和蒙其古爾水文地質(zhì)單元均受“溝流”影響，近補(bǔ)給區(qū)雙側(cè)向氧化特征明顯，層間氧化帶尖滅帶分為南北兩條，主要受“溝岸”滯流作用影響，水動(dòng)力減弱，鈾還原沉淀形成兩側(cè)長(zhǎng)尾狀鈾礦體;洪海溝下游鈾礦體為主流向水流作用結(jié)果，水巖作用經(jīng)歷沉淀-活化-再沉淀的疊加過程，結(jié)果形成長(zhǎng)囊狀鈾礦體，是研究區(qū)Ⅶ旋回礦體最富集的地段（圖2，3）。蒙其古爾主流向礦體目前還未控制住。

繼承性河流的持續(xù)下滲補(bǔ)給，氧化-還原作用歷時(shí)長(zhǎng)，反應(yīng)充分，水動(dòng)力受“岸”滯流作用影響變幅大，水文地球化學(xué)改造地球化學(xué)環(huán)境的能力強(qiáng)，是上述礦床成為雙大和特大型鈾礦床的要因。

4.2 ?中間式鈾成礦水動(dòng)力模式

512礦床層間氧化帶垂直于地下水流向發(fā)育，中部層間氧化帶延伸最遠(yuǎn)，礦體也最富;西側(cè)靠近F7斷裂，因滯流作用，層間氧化帶有拖尾現(xiàn)象，礦體相對(duì)較貧;東部?jī)H見零星礦化（圖4）。該水文地質(zhì)單元寬7.2 km，成礦寬度5.0 km，說明東部氧化水不足，氧化-還原反應(yīng)作用不強(qiáng)，故成礦作用差。

扎基斯坦僅發(fā)育Ⅴ旋回鈾礦體，形態(tài)呈曲蛇狀，近F3處水量充足，地下水承壓水頭達(dá)50 m，單位涌水量0.097 L/（s·m），遠(yuǎn)離F3處的單位涌水量為0.000 3 L/（s·m），不承壓，補(bǔ)給水量有限，單元最寬9.17 km，成礦作用僅4.68 km范圍內(nèi)，其余地段氧化水未到達(dá)，故成礦作用僅發(fā)生在有承壓水的地段。

4.3 ?寬緩敞開式水動(dòng)力模式

蘇東布拉克單元寬度最大16.67 km，下滲水向四周擴(kuò)散，水動(dòng)力梯度0.015～0.016，差異小，見零星鈾礦化，未形成真正的鈾礦體。

烏庫爾其與蘇東布拉克類似，但發(fā)育寬度小，水動(dòng)力變化較強(qiáng)，水流分散礦化帶長(zhǎng)且連續(xù)，真正的礦體較貧。

5 ?結(jié)論

（1） 鈾成礦與NS向斷裂密不可分，將傾斜平原區(qū)分割為不同的水文地質(zhì)單元，“溝岸”滯流作用影響鈾礦體展布，寬度小于9.17 km的水文地質(zhì)單元有利于成礦;

（2） 狹窄式水文地質(zhì)單元為鈾成礦最有利的類型，兩側(cè)“溝”岸滯流作用會(huì)延長(zhǎng)層間氧化帶前鋒線的長(zhǎng)度，擴(kuò)大成礦空間;

（3） 寬緩敞開式水文地質(zhì)單元成礦作用差。

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Abstract：The groundwater of uranium ore field is main carrier for uranium element and is the controlling factor for uranium enrichment in the southern margin of Yili Basin.The tectonic framework is used to be monoclinic structure. Recent studies discover five near north-south trending reverse fault in the study area，this area is divided into six hydrogeological units.There are great differences in uranium mineralization because of the different hydrodynamic conditions.In order to study the relationship between hydrogeological model and uranium mineralization，the author summarizes three types of hydrogeological models： narrow-concentrated，intermediate and wide-open，according to the conditions of filling，separating， draining and hydrodynamic variation of ore-bearing aquifers.Combined with uranium deposit scale，the conclusion is that the narrow type is favorable for the formation of rich ore bodies，and the wide-open type is not conducive to the formation of industrial uranium ore bodies.

Key words：The southern margin of Yili basin;Uranium deposit;Hydrogeological model