吐哈盆地蘇巴什地區鈾礦化特征及成礦規律研究

曹雷，王剛，尚高峰

（核工業二〇三研究所，陜西 西安 710086）

吐哈盆地富含鈾、煤和石油等礦產資源。從20世紀90 年代以來，盆地內發現十紅灘鈾礦床及長流水、大南湖、迪坎兒、克爾堿、阿拉溝等礦點，前人對上述礦點開展了深入研究[1-12]。蘇巴什鈾礦點是2022 年在盆地西部開展調查評價時新發現的礦點，與十紅灘鈾礦床同屬艾丁湖斜坡帶構造單元，前人僅進行了成礦條件的研究[13-14]，未對鈾礦化特征及成礦規律開展研究。筆者通過對蘇巴什鈾礦點構造、含礦地層、鈾礦化特征開展系統研究，總結鈾成礦規律，建立鈾成礦模式。該模式較十紅灘地區缺少中新世后鈾成礦作用，即十紅灘第三期鈾成礦作用，盆地南緣除十紅灘地區外，大部分地區中新世后未發生構造活動。因此，該模式對盆地鈾成礦研究具較好指導作用，值得進一步推廣。

1 區域地質

吐哈盆地大地構造位于哈薩克斯坦、西伯利亞和塔里木3 大板塊交接復合部位，是中新生代板內構造發展演化階段產物，具雙層基底[15]，南部蝕源區發育大面積海西期富鈾花崗巖。蓋層主要包括三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，侏羅系為盆地重要含煤地層，也是盆地主要砂巖型鈾礦含礦層位。

次級構造單元可劃分為布爾加凸起、托克遜凹陷、艾丁湖斜坡、臺北凹陷、哈密凹陷、南湖隆起和黃田凸起[16]，鈾礦化主要分布在布爾加凸起、艾丁湖斜坡帶、南湖隆起3個正向構造單元內，構造的隆升掀斜為含鈾含氧水滲入侏羅系骨架砂體內提供了動力和窗口。

2 研究區鈾礦地質特征

2.1 構造特征

蘇巴什地區位于艾丁湖斜坡帶二級構造單元，西與托克遜坳陷帶相接，南與小熱泉子晚古生代島弧基底隆起呈平緩超覆接觸，東接南部隆起帶和了墩隆起。中生界在早侏羅世大面積下沉成湖時接受沉積，侏羅系八道灣、西山窯組為主要含煤地層。中侏羅世以后，該區被抬升剝蝕，局部地層遭受剝蝕，古近紀下沉接受沉積。盆地褶皺變形后，該構造單元表現為緩慢的盆緣抬升，形成簡單的北傾單斜構造，傾角一般小于20°，中—新生代地層局部出露地表，局部發育寬緩褶皺。研究區西部發育F1逆沖斷層，東部發育F2逆沖斷層（圖1）。

圖1 吐哈盆地西南緣地質簡圖Fig.1 Geological sketch of the southwestern margin of Tuha Basin1.第四系；2.古近系；3.中侏羅統水西溝群；4.石炭系；5.上泥盆統；6.早元古界；7.花崗巖；8.閃長巖；9.橄欖巖；10.地層界線；11.不整合界線；12.逆沖斷裂；13.不明性質斷裂；14.鈾礦化點；15.研究區

2.2 含礦地層特征

研究區含鈾巖系屬中侏羅統西山窯組，以前三角洲-辮狀河三角洲前緣相灰色含煤碎屑巖建造為主，巖性為灰、褐黃色細砂巖、中砂巖和泥巖，夾薄煤層，富含炭屑、黃鐵礦等還原物質，由5～7 個沉積旋回構成，沉積時期為湖泊擴張期。區域多被湖水淹沒，南部以辮狀河三角洲前緣相砂體為特征，北部為濱、淺湖相環境，形成一套水下分流河道、間灣沉積微相，為泥巖夾正粒序砂巖、粉砂巖沉積建造，砂體中多夾薄層透鏡狀泥巖、粉砂巖。

2.3 礦體特征

據鈾礦體賦存位置，含礦層西山窯組砂體傾向具有較明顯的蝕變分帶，從盆緣向盆內砂體發育3個地球化學分帶，靠近盆緣砂體整體呈玫瑰紅-褐黃和黃色，為氧化環境；中間砂體呈灰白-灰夾黃色斑點，為氧化-還原過渡環境；靠近盆內為灰、深灰色砂巖，為還原環境。含礦砂巖位于中間部位，主要發育1層礦體，為中侏羅統西山窯組，礦體厚1.80～3.60 m，品位0.0264%～0.0626%，平米鈾量1.03～2.81 kg/m2。剖面上具單層板狀特征（圖2），大致與F1斷裂及層間氧化帶展布方向一致。礦化巖性以灰白、淺灰色中細粒砂巖和中粒砂巖為主，偶見淺黃色斑點，砂狀結構，塊狀構造（圖3-a，b）。據巖礦薄片鑒定，礦石主要為巖屑石英砂巖，見少量膠狀黃鐵礦。填隙物以粘土礦物和有機質膠結物為主（圖3-c～e），少量方解石、褐鐵礦膠結，粘土礦物主要分布在粒間和石英或長石裂隙內。孔隙類型多為粒間余孔和粒間-粒內裂縫構成的復合型孔隙，總面孔率為3%～9%，15.4～28.0 μm2×10-3，滲透性中等。

圖2 蘇巴什地區340線地質剖面圖Fig.2 Geological profile of 340 line in Subashi area1.第四系；2.古近系；3.中侏羅統西山窯組；4.下侏羅統三工河組；5.下侏羅統八道灣組；6.石炭系；7.煤層；8.含礦含水層；9.隔水層；10.氧化帶；11.工業礦體；12.礦化體；13.伽瑪曲線；14.鉆孔

圖3 蘇巴什地區礦石特征照片Fig.3 Photos of ore characteristics in Subashi areaa，b——灰色含鈾礦細砂巖；c——灰色含礦砂巖鏡下特征；d——炭化植物鏡下特征；e——黃鐵礦鏡下特征

3 成礦規律

3.1 物源及鈾源

一般認為砂巖型鈾礦鈾源主要是盆緣造山帶含鈾巖石內的鈾元素隨著富氧水淋濾滲入含礦層，或是由于含礦層物源區發育大量富鈾巖石單元，鈾元素隨著沉積物進入盆地，造成含礦目的層的原始預富集，后期隨著流體的活動發生富集作用。盆地西南緣覺羅塔格中低山區大面積出露古生代泥盆紀、石炭紀及少量二疊紀地層，為一套基性中酸性火山巖、火山碎屑。南緣蝕源區中巖石鈾含量測試結果顯示，鈾含量普遍偏高，為2.9×10-6～5.9×10-6，高于地殼均值（2.7×10-6）[17]。據U-Pb 同位素體系演化特征計算含礦砂巖和頂底板泥巖原始質量分數及變化系數，發現含礦層砂巖和頂底板泥巖在沉積時預富集鈾，氧化沉積碎屑巖是鈾成礦的重要鈾源[18-19]。綜合分析可知，西南緣鈾源來自兩方面：一是來自蝕源區花崗巖類，二是來自沉積時期鈾預富集的砂巖。

3.2 鈾的賦存形式

對研究區3個鈾工業孔礦石樣品進行電子探針測試，測試結果見表1。蘇巴什鈾礦點鈾主要以分散吸附態鈾的鈦氧化物為主，次為少量獨立鈾礦物。獨立鈾礦物主要為鈾石和瀝青鈾礦（圖4），吸附態鈾吸附劑以炭屑和粘土礦物為主。

表1 吐哈盆地蘇巴什地區鈾礦物電子探針分析結果Table 1 Electron microprobe analysis results of uranium minerals in Subashi area, Turpan-Hami Basin 單位：%

圖4 鈾礦物微觀特征Fig.4 Microscopic characteristics of uranium mineralsa——鈾的鈦氧化物呈脈狀、星點狀充填在石英裂隙內；b——瀝青鈾礦呈粒狀他形充填在石英顆粒裂隙或溶蝕坑內；c——瀝青鈾礦呈膠狀狀附著于長石表面；d——粒狀鈾的鈦氧化物充填英顆粒邊緣；e——含鈾鈦-鐵氧化物附著于鈦鐵礦裂隙面內；f——鈾的鈦氧化物和鈾石沿石英溶蝕邊緣分布

鈾的鈦氧化物UO2含量42.15%～64.19%，平均51.30%；SiO2含量1.44%～17.97%，平均5.32%；CaO含量0.55%～21.81%，平均7.19%，TiO2含量9.13%～30.91%；平均17.57%，多呈不規則面狀、星點狀、脈狀分布于長石或石英邊緣及裂隙或溶蝕坑內。鈾石中UO2含量31.23%～59.52%，平均47.94%；SiO2含量12.28%～29.11%，平均17.89%；CaO 含量1.96%～3.85%，平均2.96%，呈他形分布于長石或石英裂隙中。瀝青鈾礦UO2含量56.12%～67.72%，平均61.92%；SiO2含量1.98%～5.23%，平均3.61%；CaO 含量3.47%～3.53%，平均3.50%，多以不規則粒狀他形充填在石英顆粒裂隙或溶蝕坑內。

3.3 粘土礦物對鈾成礦的作用

研究表明，伊利石對鈾元素有較強吸附能力，對鈾元素富集起重要作用[20-21]。自生伊利石具較大比表面積及纖維狀晶體形態，存在于溶蝕強烈的粒內溶孔和粒間溶孔中，尤其在粒內溶孔中，其單體多成絲狀-絲片狀，集合體以網狀為主，分割孔隙空間作用導致砂巖儲層滲透率嚴重惡化[22]，所以伊利石在鈾成礦過程有降低含氧含鈾水流動速率讓鈾元素充分吸附反應的作用。

通過對鈾礦石全巖和粘土礦物X 衍射分析，發現所有礦石樣品中伊利石含量較高（表2），伊利石在鈾元素富集過程中起重要作用。鈾礦石中主要礦物為石英、鈉長石、斜長石和粘土礦物，少量奧長石。石英含量56.6%～68.2%，鈉長石2.4%～16.7%，斜長石1.1%～2.7%，粘土礦物11.5%～16.7%；粘土礦物以伊利石、高嶺石和綠泥石為主，伊利石11.5%～18.1%，高嶺石1.0%～1.4%，綠泥石0.6%～1.1%。其中高嶺石自生形態主要書頁狀、蠕蟲狀、手風琴狀等形態（圖5-a，b）；伊利石呈單體絲縷狀、片狀，集合體呈蜂窩狀、鱗片狀等形態（圖5-c，d）；綠泥石呈單體呈葉狀，集合多呈絨球狀、疊片狀、玫瑰花狀（圖5-e，f）。

表2 蘇巴什地區西山窯組鈾礦石X衍射全巖定量分析數據Table 2 X-ray diffraction whole rock quantitative analysis data of Xishanyao Formation uranium ore in Subashi area 單位：%

圖5 掃描電鏡下粘土礦物微觀特征Fig.5 Microscopic characteristics of clay minerals under scanning electron microscopea——伊利石，集合體形態呈蜂窩狀、絲縷狀；b——伊利石，自生集合形態呈鱗片狀、絲縷狀；c——高嶺石，自生形態呈書頁狀；d——高嶺石，自生形態呈蠕蟲狀；e——綠泥石，呈球狀；f——綠泥石，呈葉片狀、玫瑰花狀；I——伊利石；K——高嶺石；Ch——綠泥石

粘土礦物在伊利石形成過程中，K+是主線。伊利石摩爾體積為135.2 cm3/mol，相當于每生成1 cm3伊利石需鉀0.216 g。研究區目的儲層砂巖中伊利石平均含量約14%，礦石密度為2.14 g/m3，即每升砂巖中含鉀69.3 g。研究區原生巖石中氧化鉀平均含量3.02%，鉀含量56.82 g，不足提供伊利石所需的K+，且礦石中還剩余2.63%的K2O，伊利石可能有其他來源。伊利石在分流河道砂體中部最低，向邊部逐漸升高。在河道交匯處最低，順直處居中，分岔處最高[23]。說明鈾儲層中伊利石有較大一部分在沉積搬運過程中已形成，不同位置含量存在較大差異。

3.4 有機質對鈾成礦作用

西南緣地區原生巖石鈾元素背景為9.67×10-6，有機質背景值0.63%，對蘇巴什ZK340-1、ZK350-1兩個工業孔礦石樣品進行化學分析發現，鈾元素富集與有機質有密切關系（圖6）。ZK340-1鈾元素存在3個富集區，Ⅰ號區鈾及有機質含量分別為393×10-6、2.70%，Ⅱ號區鈾及有機質含量分別為1040×10-6、0.60%，Ⅲ號區鈾及有機質含量分別為488×10-6、1.26%，其中Ⅰ、Ⅲ號區鈾元素與有機質含量呈正相關性；ZK350-1鈾元素存在3個富集區，Ⅰ號區鈾及有機質含量分別為538×10-6、2.59%，Ⅱ號區鈾及有機質含量分別為230×10-6、0.68%，Ⅲ號區鈾及有機質含量分別為411×10-6、1.51%，其中Ⅰ、Ⅲ號區鈾元素與有機質含量呈正相關性，對鈾礦樣品進行α徑跡研究，顯示鈾元素均分布于有機質邊緣及填隙物中（圖7）。

圖7 蘇巴什鈾礦石中分布在炭屑邊的鈾石Fig.7 Uranium stone distributed on the edge of charcoal in Subashi uranium orea——樣品號340-1-08(單偏光)；b——樣品α徑跡照片，照63天

3.5 層間氧化蝕變對鈾成礦作用

蘇巴什鈾異常帶（品位大于0.005%）平面上與層間氧化帶展布一致，呈EW向，垂向上位于層間氧化帶翼部或過渡帶部位，鈾異常從南向北隨含礦層氧化率及氧化強度的降低強度增大（圖8）。鈾異常（0.005%＜鈾品位＜0.01%）主要位于含礦層氧化率接近100%的氧化帶翼部，巖石顏色主要為玫瑰紅色，垂向向兩側發育薄層褐黃色。鈾礦化（鈾品位大于0.01%，平米鈾量小于1 kg/m2）主要位于含水層氧化率約為50%的氧化帶翼部，巖石顏色主要為褐黃色，局部夾條帶狀玫瑰紅色。工業鈾礦體（品位鈾0.01%，平米鈾量鈾1 kg/m2）主要位于含水層氧化率約為0～50%的氧化帶翼部或過渡帶卷頭部位，巖石顏色主要為淺黃色，局部呈星點狀或條帶狀分布。

圖8 蘇巴什地段主砂體氧化率等值線及鈾礦體關系圖Fig.8 The isoline of oxidation rate of main sand body and the relationship diagram of uranium ore body in Subashi area1-蝕源區；2.工業鈾礦體；3.鈾礦化；4.鈾異常；5.氧化率等值線；6.層間氧化帶前鋒線；7.剝蝕界線；8.逆沖斷裂；9.勘探線及編號；10.工業礦孔；11.礦化孔；12.異常孔；13.無礦孔

4 成礦模式

前人低溫年代學數據顯示（表3），盆地南緣中新生代主要經歷5 次構造隆升事件：晚三疊—早侏羅世（220～184 Ma）、晚侏羅—早白堊世（153～132 Ma）、晚白堊—古新世晚期（90～60 Ma）、始新世晚期—漸新世初（40～25 Ma）和中新世。在此基礎上，結合層間氧化帶成礦理論建立鈾成礦模式（圖9）。

表3 吐哈盆地南緣低溫年代學數據表Table 3 Data table of low temperature chronology in the southern margin of Turpan-Hami Basin

圖9 蘇巴什礦點鈾礦成礦模式圖Fig.9 Uranium metallogenic model of Subashi ore spot1.古近系；2.新近系；3.白堊系；4.上侏羅統；5.中侏羅統頭屯河組；6.中侏羅統西山窯組；7.下侏羅統三工河；8.下侏羅統八道灣組；9.晚古生代；10.海西期花崗巖；11.斷裂；12.不整合線；13.砂體；14.泥巖、粉砂巖；15.煤巖；16.層間氧化水運移方向；17.蒸發排泄區；18.氧化砂巖；19.鈾礦體

早中侏羅世為穩定板內伸展構造期，盆地西南緣物源來自南部覺羅塔格山隆起區，在蘇巴什地區形成一套辮狀河三角洲-湖相含煤灰色碎屑巖沉積，構成砂巖型鈾礦含礦建造；侏羅世晚期至早白堊世晚期，氣候趨于干熱，艾丁湖斜坡帶逐漸掀斜抬升，中、下侏羅統掀斜出露地表遭受廣泛的剝蝕及淋濾氧化，使得覺羅塔格山系含鈾含氧水沿盆緣侏羅系滲入含水層，形成第一期鈾成礦作用；漸新世末期，艾丁湖斜坡帶再次隆升，造成南緣大面積缺失新近系沉積，含鈾含氧水進一步對侏羅系含水層進行補給，使前期形成的層間氧化帶持續疊加發育，鈾礦體規模持續增大，為第二期的鈾成礦作用，屬主成礦期；中新世末期以來，新構造活動使得艾丁湖斜坡帶構造單元逆沖走滑構造強烈活動，在逆沖推覆作用下，含礦層被深埋地下，確保鈾礦體不被后期構造作用破壞。

5 結論

（1）蘇巴什鈾礦點位于穩定的斜坡構造單元內，鈾礦化主要產于中下侏羅統西山窯組辮狀河三角洲前緣水下分流河道內，含礦層砂體存在明顯的氧化分帶，工業鈾礦化位于氧化率0%～50%的氧化帶翼部或過渡帶灰色砂巖中，與氧化蝕變關系密切。

（2）蘇巴什地區鈾礦石類型以鈾的鈦氧化物為主，次為鈾、瀝青鈾礦，鈾礦物分布狀態主要為單顆粒狀態分布在填隙物中、散點狀或團塊狀分布在填隙物中、條帶或環帶狀分布在碎屑顆粒邊緣，受粘土礦物、炭化植物吸附作用明顯。

（3）蘇巴什地區鈾礦化與粘土礦物關系密切，粘土礦物以伊利石為主，伊利石在沉積時不同相帶含量有較大差異，所以下一步找礦需對區內沉積環境進行精細劃分研究，總結伊利石分布規律。

（4）通過分析鈾源、構造、含礦地層、沉積建造、層間氧化、礦體特征、成礦規律等，建立蘇巴什鈾礦點成礦模式，為吐哈盆地及類似地區鈾礦勘查和研究提供重要指導作用。