新疆乌库尔其铀矿床

伊犁盆地油气与地浸砂岩型铀矿成矿关系~

伊犁盆地内砂岩型铀矿分布在中下侏罗统水西沟群（J1-2sh）暗色含煤碎屑岩建造中。同时，在中下侏罗统水西沟群中也发现较好的油气分布。以往对伊犁盆地铀矿床的成因认识基本上都是层间氧化带成因观点，多认为铀成矿富集机理是含矿层沉积时堆积的有机质及沉积成岩阶段形成的低价硫化物对层间渗入氧化水中铀的还原吸附作用，而对同盆地产出的油气与铀成矿之间的相互关系研究较少。只有李细根提出烃储构造附近是伊犁盆地层间氧化带控矿的最有利地段，并认为厚层煤变质可形成成矿所需的烃气体，但遗憾的是作者未给出详细的证据。
此外，我国北方其他产砂岩型铀矿的中新生代陆相沉积盆地，如鄂尔多斯盆地、吐哈盆地、二连盆地、塔里木盆地、松辽盆地等，同时也是产油气盆地。这种铀、油（气）同盆共存现象是否暗示油气与铀成矿具有一定的共生关系呢？为此，我们试图以伊犁盆地为例，从伊犁盆地含矿砂岩的酸解烃分析、石英和长石碎屑成岩愈合微裂隙及胶结物中的油气包裹体及其气相色谱特征研究入手，结合盆地断裂活动与油气及砂岩型铀矿的空间（定位）关系，探讨沉积盆地内油气活动与砂岩型铀矿成矿关系。
一、伊犁盆地油气、铀矿床（点）与断裂体系空间分布关系
伊犁盆地断裂体系以近EW和NWW-SEE向为主，NE-SW断裂为辅的构造格局（图2-8-5）。EW和NWW-SEE向主要断裂自北向南为萨尔布拉克断裂、霍城托开断裂、东曼里塔勒迪断裂等，它们控制了盆地主要构造格局和发展演化。NE-SW向主要有喀什河断裂等，它们主要起到局部构造分块的作用，对整个盆地发展演化作用不是十分明显。

图2-8-5 伊犁盆地主要铀矿床（点）、地表油苗与断裂构造分布图

1—钻孔及编号；2—实测断层；3—隐伏断层；4—盆地边界；5—铀矿床（点）；6—主要矿床编号：511为扎基斯坦矿床，512为库捷尔太矿床，513为乌库尔其矿床；7—地面沥青；8—地面油砂
从图2-8-5可以看到，盆地北缘已发现的铀矿点主要分布在NWW-SEE向霍城托开深大断裂附近，盆地南缘已发现的铀矿床及矿点主要位于EW向东曼里塔勒迪深大断裂附近。盆地地面沥青和地面油砂也主要分布在这两条EW向及NWW-SEE向深大断裂的东侧。这种铀矿化、地表油苗与深大断裂三位一体的空间耦合，反映该盆地砂岩型铀矿与深部油气的向上运移活动可能存在某种密切的内在联系。
众所周知，由于受地层负荷作用的影响，油气等深部流体易沿断裂向上运移，在断裂面附近形成较为强烈的还原场。当自盆地边缘向盆地内部渗入的含氧含铀层间承压水流经切层的深大断裂时，一方面，由于断裂的减压作用，含氧含铀的层间承压水向地表排泄，促进地下水的循环和其中铀酰络合物的分解，造成铀的沉淀、富集成矿。另一方面，更重要的是在断裂附近，由于地球化学环境的突然改变（强还原场的存在），含氧含铀层间水中的铀酰络合物易被还原沉淀，形成铀矿化。因此，深大断裂对铀矿床的空间定位机制，主要是深部油气对铀酰络合物的还原沉淀作用，其根本原因是在深大断裂附近地球化学环境变化最大。
二、油气包裹体及其气相色谱特征
（一）油气包裹体特征
镜下观察表明，伊犁盆地库捷尔太矿床和乌库尔齐矿床中下侏罗统水西沟群含矿砂岩矿石及围岩的成岩期胶结物方解石及石英、长石碎屑的微裂隙中均发育有较多的气烃包裹体和液烃包裹体。气烃包裹体孤立或成群分布，在透射单偏光下呈现灰褐色，略带黄色，在UV激发荧光下为浅蓝绿色（图2-8-6a、b）。液烃包裹体多为均匀成群分布，在透射单偏光下呈现黑褐色，在UV激发荧光下为浅蓝白色（图2-8-6c、d）。包裹体发育特征表明伊犁盆地曾有过至少一次石油运移、聚集和一次天然气运移、聚集的过程。根据伊犁盆地砂岩型铀矿成矿时代主要为25～1Ma，可以推断油气主要运移时间早于砂岩型铀矿成矿作用发生时间。换句话说，盆地内油气活动使含矿砂岩中积累了较多的还原性物质，为之后的铀还原富集成矿奠定了基础。

图2-8-6 伊犁盆地铀矿床含矿砂岩中的油气包裹体

（二）油气包裹体气相色谱特征
伊犁盆地库捷尔太矿床和乌库尔齐矿床中下侏罗统水西沟群含矿砂岩矿石及围岩中的油气包裹体饱和烃气相色谱分析结果见表2-8-7。

表2-8-7 伊犁盆地铀矿床含矿砂岩中的油气包裹体饱和烃气相色谱分析结果

注：分析单位：中国石油勘探开发研究院实验中心；Pr为姥鲛烷；Ph为植烷；CPI、OEP为奇数碳优势指数。
从表2-8-7中可见，Pr/nC17和Ph/nC18分别为0.55～0.73和0.46～0.76，均为低值；轻烃含量指数 、（C21+C22）/（C28+C29）分别为1.97～3.58、2.24～5.86，呈现高值；CPI、OEP值分别为1.16～1.45、0.67～1.02，不具有奇数碳优势的特征，反映油气成分成熟度较高。这些特征表明伊犁盆地含矿层的油气来源于深部较成熟的烃源岩。
另外从图2-8-7可见，主峰碳为C16～C18，且均为“单峰型”，说明该地区油气来源于成熟度较高的深部烃源岩，而非仍处于褐煤阶段的含矿层本身的煤层。表2-8-7 中Pr/Ph在1±，也表明伊犁盆地油气属非煤成气成因。从以上分析可见，就油气对铀成矿还原作用而言，深部油气比含矿层煤成气更为重要。
此外，伊犁盆地地面沥青和地面油砂主要分布在盆地东部的二叠纪地层之中，预示伊犁盆地的烃源岩为二叠纪或比二叠纪更老的地层，也表明伊犁盆地南缘铀矿床含矿砂岩中的油气来源于深部二叠纪或更老的烃源层。
三、含矿砂岩酸解烃特征
本次研究对取自伊犁盆地南缘乌库尔其铀矿床ZK36933孔和扎基斯坦铀矿床ZK2701孔中侏罗统西山窑组含矿砂体矿石及附近围岩的11个样品进行了酸解烃分析。其中样品W2701-1、W2701-6、W2701-8、W2701-12位于ZK2701孔孔深317～324m处，岩性为灰色中砂岩。样品W36933-1、W36933-5、W36933-7、W36933-9、W36933 11、W36933-13、W36933-16位于ZK36933孔孔深190～197m处，岩性均为灰色粗砂岩。11个样品的酸解烃分析结果见表2-8-8。
为研究甲烷和总烃与铀矿化成矿关系，我们将11个样品的铀含量分别与甲烷和总烃含量作散点图（图2-8-8，图2-8-9）。
图2-8-8显示出含矿砂岩矿石及围岩中的甲烷含量与铀含量呈现出较明显的反比关系；图2-8-9也显示出含矿砂岩矿石及围岩中的总烃含量与铀含量呈现出较明显的负消长关系。这些关系特征表明甲烷等烃类物质在铀成矿过程中可能参与了铀还原沉淀的反应。也就是说，有一部分甲烷等烃类物质在铀成矿过程中可能被氧化掉了。

图2-8-7 伊犁盆地铀矿床含矿砂岩中的油气包裹体饱和烃气相色谱碳数分布图


表2-8-8 伊犁盆地含矿砂体矿石及围岩酸解烃分析结果

注：分析单位：上海大学生命科学学院中心实验室；表中甲烷等烃类含量单位为μL/kg；铀含量单位为10-9。

图2-8-8 伊犁盆地含矿砂体矿石及围岩甲烷含量与铀含量散点图

最佳拟合一次线性方程：
铀含量=-0.248·甲烷+867.258

图2-8-9 伊犁盆地含矿砂体矿石及围岩总烃含量与铀含量散点图

最佳拟合一次线性方程：
铀含量=-0.147·总烃+832.346
四、油气对铀矿化还原作用机理探讨
伊犁盆地油气对砂岩型铀矿成矿作用机理主要表现在以下几个方面：①深部油气上升进入含矿层后，可不断消耗含矿含水层中的自由氧，形成缺氧环境，同时使含矿层砂岩积累了较多的还原性物质，造就了含矿层较强的还原环境，为铀的还原沉淀成矿奠定基础。②在缺氧条件下，油气中的甲烷等烃类化合物可以同含矿含水层地下水中的 、 、Fe2O3等发生氧化-还原反应，生成硫化氢、黄铁矿等代表强还原环境的化合物，同时使含矿含水层地下水介质的Eh急剧下降。③含矿层地下水的Eh急剧下降和硫化氢、黄铁矿等还原剂又反过来使得渗入的含氧含铀地下水中的铀酰络离子破坏，形成铀的还原、沉淀、富集成矿（张祖还等，1984；赵伦山等，1987；李德平等，2002）。油气对铀矿化还原作用机理的主要化学反应方程式如下：

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

Fe2O3+4H2S=2FeS2+3H2O+2H+

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用


中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

五、结论
1）油气包裹体及其气相色谱特征表明，伊犁盆地至少发育过一期石油和一期天然气运移、聚集过程；伊犁盆地南缘铀矿床含矿砂岩中的油气来源于深部二叠纪或更老地层的较成熟的烃源层。
2）油气一方面消耗了含矿含水层中的大量氧气，造就了含矿层较强的还原环境；另一方面也参与了铀成矿过程的氧化还原反应，加速了铀还原、沉淀、富集成矿的速度。因此在富矿带甲烷等烃类明显减少。
3）盆地构造格局和发展演化主要由近EW向和NWW-SEE向断裂体系控制，深部油气主要沿近EW向东曼里塔勒迪深大断裂和NWW-SEE向霍城托开深大断裂向上运移，造成断裂附近形成较强的还原障，进而控制了盆地砂岩型铀矿床（点）的空间分布。
根据上述油气活动与地浸砂岩型铀矿成矿关系研究，我们建议伊犁盆地今后的地浸砂岩型铀矿找矿工作重点要放在东曼里塔勒迪断裂及其次级断裂活动区附近。
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（李胜祥，欧光习，韩效忠，李细根，蔡煜琦，王果）

伊犁盆地是我国重要的产铀盆地之一。伊犁盆地内地浸砂岩型铀矿床主要分布在盆地南缘。盆地内铀矿化主要产于中下侏罗统水西沟群中，并表现出明显的层控和相控特点。为此，这里试图通过研究伊犁盆地南缘水西沟群不同层位的沉积体系及沉积相特征，查明盆地含矿层各沉积阶段的沉积体系格局及沉积相空间展布特征，总结沉积体系及沉积相与地浸砂岩型铀矿化的成矿关系，确定有利的浸砂岩型铀矿成矿的沉积体系、沉积相及其空间分布范围，为伊犁盆地地浸砂岩型铀矿找矿预测及勘查工程部署提供科学依据。
一、水西沟群的划分
关于含矿层水西沟群可划分出八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）及西山窑组（J2x）3个组已得到普遍认可，但对各组间界线的划分上历年来仍不一致（表2-7-1）。本专题通过地层对比，结合孢粉分析资料，将伊犁盆地南缘水西沟群Ⅰ～Ⅳ旋回归属于八道湾组，Ⅴ1亚旋回归属于三工河组，Ⅴ2～Ⅶ旋回归属于西山窑组，Ⅷ旋回归属为上侏罗统。其主要划分对比依据为：
1）吐哈盆地南缘水西沟群中部湖泊沉积为三工河组，上、下两套煤系地层分别对应于西山窑组和八道湾组。因此，本专题认为伊犁盆地南缘三工河组应局限在沉积物粒度较细的以湖相及前三角洲相为主的Ⅴ1亚旋回，而沉积物粒度较粗的Ⅴ2亚旋回及含煤的Ⅴ3亚旋回及Ⅵ旋回应归属为西山窑组而不是三工河组。
2）对采集于伊犁盆地南缘ZK44967-1孔420～450m之间Ⅴ2亚旋回中的5件灰色泥岩样品，经中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心进行了孢粉鉴定分析，其中2件样品（ZK44967-1-2和ZK44967-1-3）含有丰富的孢粉化石。以裸子植物花粉为主，占95%～96%，蕨类植物孢子出现较少，仅为4%～5%。裸子植物花粉中以松柏类双气囊花粉为主，常见冠翼粉、苏铁粉、脑纹粉等类型；蕨类植物孢子以拟石松孢为主要类型。其时代可归于中侏罗世早中期。因此，Ⅴ2亚旋回中的灰色泥岩样品孢粉鉴定表明其应归属于西山窑组而不是三工河组。
3）将Ⅷ旋回划归为上侏罗统齐古组而不是西山窑组的依据是：Ⅷ旋回与Ⅶ旋回之间有沉积间断，而与上侏罗统为连续沉积，界线难分；Ⅷ旋回砂岩岩石的原生地化环境为氧化环境；而Ⅶ旋回砂岩岩石的原生地化环境为还原环境。
本次研究根据地层岩性组合、沉积韵律、沉积构造、砂体规模及稳定性、测井曲线、沉积物粒度分布曲线等特征，伊犁盆地南缘容矿岩系──水西沟群可划分出4个大的沉积体系，即Ⅰ～Ⅳ旋回的冲积扇沉积体系、Ⅴ旋回的辫状河三角洲沉积体系、Ⅵ旋回的浅湖沼泽沉积体系和Ⅶ旋回的曲流河三角洲沉积体系。其中冲积扇沉积体系主要发育冲积扇相和扇前辫状河流相；辫状河三角洲沉积体系主要发育前三角洲相、三角洲前缘相、三角洲平原相及沼泽相；曲流河三角洲沉积体系主要发育三角洲平原相。伊犁盆地南缘水西沟群各沉积体系发育的主要沉积相及亚相划分见表2-7-2。

表2-7-1 伊犁盆地南缘水西沟群地层划分沿革表

二、水西沟群沉积特征
（一）冲积扇沉积体系
冲积扇沉积体系主要发育在Ⅰ～Ⅳ旋回，其中，Ⅰ～Ⅱ旋回以扇中-扇端亚相及扇前辫状河流相为主；Ⅲ～Ⅳ旋回以扇前辫状河流相为主。
1.Ⅰ～Ⅱ旋回沉积相特征
Ⅰ旋回与Ⅱ旋回的沉积特征相似，均表现出旋回下部主要为砾岩和砂砾岩，上部有时出现中、细砂岩透镜体，局部夹细砂岩、粉砂岩及泥岩。Ⅰ～Ⅱ旋回地层的砂地比一般大于0.6。地层中有机质及炭质碎屑较少，相变较快。砾岩主要分布在南缘盆缘附近，沿盆缘方向厚度较稳定，一般为5～10m；但向盆地中心方向很快相变为砂砾岩、含砾砂岩（图2-7-1）。砾岩砾石大小不等，一般（3×5cm）～（8×10cm），大者可达15×20cm以上。砾石成熟度较低，成分复杂，可分为远源的硅质岩、变质岩、石英岩砾石（次圆状）和近源的火山岩、花岗岩砾石（棱角状-次棱角状）。

表2-7-2 伊犁盆地南缘水西沟群沉积体系及沉积相划分表


图2-7-1 伊犁盆地南缘库捷尔太地区22号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅰ～Ⅱ旋回地层柱状对比图

A—扇中-扇端亚相；B—扇前辫状河流相；T2-3xq—中上三叠统小泉沟群
Ⅰ～Ⅱ旋回沉积构造以块状层理为主，有时可见略显粗糙的平行层理及大型槽状交错层理。三侧向视电阻率多表现出箱形或钟形（图2-7-1）。上述特征表明Ⅰ～Ⅱ旋回沉积为一套快速堆积的冲积扇沉积。
平面上，Ⅰ～Ⅱ旋回沉积在伊犁盆地南缘总体表现出东粗西细、南粗北细的沉积特点。根据冲积扇体系沉积的岩性组合等特征，伊犁盆地南缘Ⅰ～Ⅱ旋回沉积可分出冲积扇相及扇前辫状河流相两种沉积相（图2-7-2）。其中，冲积扇相的扇根亚相已被剥蚀，只保留扇中-扇端亚相，扇中-扇端亚相以砾岩和砂砾岩互层为主夹含砾砂岩，扇前辫状河流相以砂砾岩和含砾砂岩互层为主夹少量砾岩、粉砂岩及泥岩。

图2-7-2 伊犁盆地南缘Ⅰ～Ⅱ旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—扇中-扇端亚相；3—扇前辫状河流相；4—地名
2.Ⅲ～Ⅳ旋回沉积相特征
Ⅲ旋回与Ⅳ旋回的沉积特征相似，均表现出下部为含砾砂岩和粗砂岩，局部为砂砾岩，向上过渡为中细砂岩、细砂岩和薄层泥岩，二元结构明显。Ⅲ～Ⅳ旋回的单个旋回的地层厚度一般为10～30m，砂体厚度一般为10～25m，砂地比平均为0.71。Ⅲ～Ⅳ旋回地层三侧向视电阻率以箱形为主（图2-7-3）。
总体看来，Ⅲ～Ⅳ旋回沉积砾岩基本不发育，但砂体粒度较粗，粒度区间范围为Φ-1.5～5，标准偏差为0.53～0.7，分选较好。直方图以单峰型为主（图2-7-4）。粒度分布概率曲线为两段式或三段式，以跳跃总体为主（占70%～80%），斜率为60°～70°；悬浮总体占15%～30%，斜率为30°～40°；跳跃总体与悬浮总体截点在Φ2.2～2.7，反映出河流相沉积特点。沉积构造下部以槽状及板状交错层理为主，上部以小型交错层理、波状层理、水平层理为主。这些特征表明Ⅲ～Ⅳ旋回应属冲积扇扇前缘辫状河流相沉积。
根据其岩性组合及砂泥比等特征，扇前辫状河流相沉积可进一步分为辫状水道亚相和漫滩亚相。辫状水道亚相构成二元结构的下部，岩性以含砾砂岩和砂岩为主，沉积构造以槽状及板状交错层理为主，漫滩亚相构成二元结构的上部，岩性以粉砂岩及泥岩为主，沉积构造以小型交错层理、波状层理、水平层理为主。
（二）辫状河三角洲沉积体系
辫状河三角洲沉积体系主要发育在Ⅴ旋回，其中，Ⅴ1亚旋回主要为三角洲前缘相及前三角洲相，Ⅴ2亚旋回主要为三角洲前缘相及三角洲平原相，Ⅴ3亚旋回主要为沼泽相。下面按3个亚旋回分别阐述其沉积相特征。

图2-7-3 伊犁盆地南缘扎基斯坦地区032号勘探线部分钻孔

水西沟群Ⅲ旋回地层柱状对比图
A—辫状水道亚相；B—漫滩亚相

图2-7-4 苏阿苏沟Ⅲ旋回砂岩的粒度分布曲线

1.Ⅴ1亚旋回沉积特征
Ⅴ1亚旋回地层厚度一般为10～20m，局部20～35m，岩性主要由粉砂岩和泥岩以及细、中砂岩组成，局部发育粗砂岩及含砾砂岩，砾岩及砂砾岩很不发育。该旋回砂体总厚度一般小于10m，局部可达10～15m。该亚旋回地层特点之一是泥岩厚度大于砂岩厚度，砂地比多小于0.5，砂地比大于0.5的砂岩分布区面积很小。该亚旋回地层的另一特点是泥岩较纯，为灰色及深灰色泥岩，泥岩水平层理发育，单层厚度大且延伸稳定，反映了较深水的静水沉积环境。沉积构造除水平层理外，还发育块状层理及微波状层理。该亚旋回沉积的第三个特点是具下细上粗的反韵律结构；三侧向视电阻率测井曲线的下部多为低幅平滑曲线，上部多为中低幅倒圣诞树形（图2-7-5），这种反韵律结构是三角洲沉积环境所特有的产物。此外，该亚旋回地层中有机质和炭化植物碎屑比较发育，有时见黄铁矿，反映了较还原的水下沉积环境。

图2-7-5 伊犁盆地南缘库捷尔太地区20号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅴ旋回地层柱状对比图

A—前三角洲相；B—三角洲前缘河口坝及席状砂亚相；C—三角洲前缘分流间湾亚相；D—沼泽相；E—浅湖沼泽相
上述特征表明Ⅴ1亚旋回地层属三角洲前缘及前三角洲沉积，根据其岩性组合及砂岩发育程度又可细分为前三角洲亚相（主要位于库捷尔太地区和苏东布拉克地区）和三角洲前缘分流河道亚相及三角洲前缘分流间湾亚相（主要位于乌库尔齐及其以东地区）3个沉积亚相（图2-7-6）。

图2-7-6 伊犁盆地南缘Ⅴ1旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲前缘分流河道亚相；3—三角洲前缘分流间湾亚相；4—前三角洲相；5—地名
2.Ⅴ2亚旋回沉积特征
伊犁盆地南缘Ⅴ2亚旋回地层厚度一般为30～50m，局部50～60m，岩性主要为含砾砂岩、粗粒砂岩及中细粒砂岩，砂体上下发育粉砂岩及泥岩。该亚旋回地层砂体比一般为0.4～0.7，平均为0.59。该亚旋回地层砂体比较稳定，厚度一般为15～30m，局部可达35～45m。区域上，从下至上，岩性从泥岩-粉砂岩-细砂岩-粗砂岩及含砾砂岩到粗砂岩细砂岩-粉砂岩及泥岩的下反上正的完整韵律发育非常明显，反映出典型的三角洲沉积环境特点。
本区三角洲相砂岩的粒度分布曲线主要有两类：一类与辫状河相砂岩的粒度分布曲线相似（图2-7-7A），反映出三角洲平原分流河道或三角洲水下分流河道的沉积特征；另一类粒度区间较宽（Φ-2～5），标准偏差为0.8～1.4，直方图以多峰型为主，反映出分选性差的特点。其概率曲线图以悬浮组分为主，占80%～100%，斜率中等（40°～50°），跳跃总体很少，图形多呈直线体（图2-7-7B），其图形类似于浊流沉积的粒度分布曲线，反映出河流携带大量泥砂快速入湖（进入三角洲环境）后，其搬运能力突然降低的沉积作用特点。
根据岩性组合、砂体发育程度及沉积韵律特征又可将伊犁盆地南缘V2亚旋回细分为三角洲平原辫状河流亚相、三角洲平原泛滥平原亚相和三角洲前缘河口坝及席状砂亚相及三角洲前缘分流间湾亚相4个沉积亚相。并且在伊犁盆地南缘西段不同地段V2亚旋回的沉积相特征表现不一（图2-7-8）。
（1）扎基斯坦地区
该地区Ⅴ2亚旋回主要为三角洲平原辫状河流亚相及泛滥平原亚相，其沉积相特征主要是：①Ⅴ2亚旋回总体表现出下细上粗的反韵律沉积特征，但亚旋回内部由3～4个下粗上细的正韵律沉积组成（图2-7-9）。②砂体延伸不太稳定，规模不大，相变较快，分层多（一般为3～4层），单层砂体相对较薄。③砂体内发育楔状交错层理、槽状交错层理、板状交错层理发育，常见冲刷面构造。④地层砂体比高，一般为0.4～0.7，局部地段达0.7～0.8。

图2-7-7 库捷尔太矿床Ⅴ2亚旋回砂岩的粒度分布曲线


图2-7-8 伊犁盆地南缘Ⅴ2旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原辫状河流亚相；3—三角洲前缘河口坝及席状砂亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—三角洲前缘分流间湾亚相；6—地名
（2）西部库捷尔太-乌库尔齐地区
该地区Ⅴ2亚旋回主要为三角洲前缘河口坝及席状砂亚相、三角洲前缘分流间湾亚相，其沉积相特征主要是：①从下至上Ⅴ2亚旋回总体表现出细-粗-细的沉积特征，但在不同地段的砂体分层数不同。如在库尔齐地区常由2～4个下粗上细的正韵律沉积组成；在苏东布拉克地区砂体分层数减少，变为1～3个；在库捷尔太地区几个砂层往往合并成一个砂体而呈现出一个完整的韵律沉积特征（图2-7-5），这些特征反映伊犁盆地南缘自东向西Ⅴ2亚旋回沉积环境越来越稳定，河道迁移摆动变化也越小。②砂体内主要发育粒序层理，特别是反粒序层理比较发育，冲刷面构造不常见。③地层砂体比高，一般为0.4～0.7，砂体发育地段常达0.6～0.8。④砂体主要呈近EW走向，显示出平行湖岸方向的（水下）三角洲前缘河口坝及席状砂沉积特征。

图2-7-9 伊犁盆地南缘扎基斯坦地区024号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅴ旋回地层柱状对比图

A—三角洲前缘分流河道亚相；B—三角洲平原泛滥平原亚相；C—三角洲平原辫状河流亚相；D—沼泽相
3.Ⅴ3亚旋回沉积特征
该亚旋回主要由第八煤层和泥岩及粉砂岩组成，含大量有机质及炭屑。砂体不太发育，且厚度很薄，岩性为细砂岩。层理构造以水平层理和块状构造为主。该亚旋回的主要沉积特征是第八煤层厚度大，一般为10～20m，且延伸非常稳定，是区域地层对比的标志层，反映出湖泊萎缩三角洲平原长期沼泽化的沉积环境。另外，该亚旋回主要为煤层，其次为泥岩和粉砂岩沉积，中砂岩粒级以上的粗粒沉积物很不发育，岩石中有机质及炭屑丰富等特征也反映了静水的沼泽相沉积环境。
（三）浅湖沼泽沉积体系
浅湖沼泽沉积体系主要发育在Ⅵ旋回地层，伊犁盆地南缘现保留的主要是浅湖沼泽相沉积，其主要沉积相特征为：①岩性主要为灰色、灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及少量细砂岩、中砂岩组成，更粗的砂岩较少。②岩石含有机质及炭屑丰富。③该旋回顶部为第十煤层，中部第九煤层也较发育。④该旋回砂体极不稳定，无论从走向上还是倾向上，均出现局部膨大，向两侧很快尖灭的现象，大多数地方则无砂体。⑤层理构造以水平层理为主。⑥三侧向视电阻率测井曲线以带高幅齿状（为第九煤层）的低幅平滑曲线为主（图2-7-10）。

图2-7-10 伊犁盆地南缘乌库尔齐地区405号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅵ旋回地层柱状对比图

（四）曲流河三角洲沉积体系
曲流河三角洲沉积体系主要发育在Ⅶ旋回。以第十一煤及相当于第十一煤的炭质泥岩为界Ⅶ旋回中可明显分出Ⅶ1和Ⅶ2两个亚旋回。

图2-7-11 伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原分流河流亚相；3—三角洲平原分流间湾亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—地名
1.Ⅶ1亚旋回沉积相特征
伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回总体为三角洲平原相沉积，并可分出三角洲平原分流河道亚相、三角洲平原泛滥平原亚相、三角洲平原分流间湾亚相3个沉积亚相（图2-7-11）。它们具有以下沉积相特征。
（1）岩性及岩相组合
Ⅶ1亚旋回厚度比较稳定，一般为35～45m，局部可达45～60m。岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩，砾岩及含砾砂岩较少且一般只发育在单个沉积韵律的底部。Ⅶ1亚旋回地层砂体比为0.3～0.7，分流河道发育区砂体比可达0.7～0.8，分流间湾发育区砂体比常小于0.4。泥岩、粉砂质泥岩及粉砂岩常见炭化植物。细砂岩多为泥质、钙质胶结，胶结较为紧密。粗砂岩胶结较为疏松，成分较纯，硅质含量较高，百分含量多大于70%，分选性、磨圆度较好，砂岩成分成熟度和结构成熟度较高，显示其沉积物源较远的沉积特征。
岩性组合在垂向和横向变化均较大，分流河道亚相岩性组合多表现为砂岩-粉砂岩-泥岩-炭质泥岩，总体上表现为下粗上细的岩性组合。分流间湾亚相岩性组合多为粉砂岩（或泥质粉砂岩）-泥岩夹煤线等细粒组合。
（2）沉积韵律
分流河道亚相的沉积韵律多为粗砂岩-中砂岩-细砂岩-粉砂岩-泥岩渐变的正韵律或粗砂岩-中砂岩-泥岩突变的正韵律；分流间湾无明显韵律或由薄层细砂岩、粉砂岩与厚层泥岩组成很不明显的正韵律。
（3）测井曲线
分流河道的三侧向视电阻率曲线多表现为带锯齿的箱状或钟状；分流间湾沉积物粒度细，其三侧向视电阻率曲线幅度较低（图2-7-12）。
（4）沉积构造
Ⅶ1亚旋回砂岩中可见板状、槽状及沙纹交错层理、波状层理、平行层理；泥岩中多见水平层理。有时也可见泥岩-粉砂岩-细砂岩-中粗砂岩的反粒序层理，反映水下分流河道的沉积特征。分流河道发育区冲刷-充填构造比较发育，说明有时分流河道的河流冲刷作用较强，可能位于上三角洲平原环境。因此，Ⅶ1亚旋回的河流是发育三角洲平原环境基础之上的分流河道。
（5）砂体形态及规模
通过对盆地南缘西段钻孔资料和野外露头的分析，Ⅶ1亚旋回砂体在平面上呈指状展布，无论在纵剖面还是横剖面上砂体延伸都不太远（图2-7-13）。砂体厚度变化也较大，单个砂体由数米至20余米。因此，该区分流河道砂体规模总体不是很大，比Ⅴ2亚旋回砂体规模要小得多。平面上差别也较大，部分地段分流河道砂体不发育或发育较差。
（6）粒度分布特征
该亚旋回砂岩粒度概率曲线主要有二段型和三段型两种类型（图2-7-14）。曲线主要由悬浮和跳跃两个总体组成，有时有少量牵引总体。悬浮总体斜率小，多为20°左右，Φ＞2.5。跳跃总体斜率50°～70°，分选中等，粒度范围位于Φ0～2.5之间，跳跃总体与悬浮总体截点在Φ2.2～2.7。砂岩粒度较细，总体反映出离物源较远的河流沉积特点。
以Ⅶ1亚旋回样品为主，做出粒度分析C⁃M图（图2-7-15）。从图中可见，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩主要由PQ段和QR段组成，反映水动力较强，搬运方式以跳跃搬动为主，与长江三角洲主河道及分流河道沉积物粒度分析C⁃M图特征很相似（图2-7-16），相当于三角洲平原上分流河道或主河床沉积区。在粒度参数散布图上，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩样品主要落入三角洲平原相区域（图2-7-17）。

图2-7-12 乌库尔齐地区孔36931-1和36929-1孔Ⅶ1旋回钻孔剖面图

A—三角洲平原泛滥平原亚相；B—三角洲平原分流河流亚相；C—三角洲平原分流间湾亚相

图2-7-13 乌库尔齐地区28515-38147Ⅶ旋回地层孔纵剖面图


图2-7-14 Ⅶ1亚旋回砂岩粒度概率曲线


图2-7-15 伊犁盆地南缘西段Ⅶ旋回C-M图

以上粒度分析结果表明，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩主要为三角洲平原分流河道亚相沉积。
2.Ⅶ2亚旋回沉积相特征

图2-7-16 长江三角洲沉积物的C-M图

（据刘宝珺，1980）
1—河床亚相；2—分流河道亚相；3—前缘斜坡亚相
A—主河床及分流河道沉积区；B—三角洲前缘沉积区；C—前三角洲沉积区

图2-7-17 图算标准偏差和图算偏度散布图

（图算标准偏差和图算偏度均采用弗里德曼粒度参数计算公式）
伊犁盆地南缘Ⅶ2亚旋回总体也为三角洲平原相沉积，同样可分出三角洲平原分流河道亚相、分流间湾亚相及泛滥平原亚相三个沉积亚相（图2-7-18）。它们在地层岩性与岩性组合、沉积韵律、沉积构造及测井曲线特征等方面与Ⅶ1亚旋回具有非常相似的沉积相特征。与Ⅶ1亚旋回地层不同的是，Ⅶ2亚旋回地层在南缘西段西部（库捷尔太地区）砂体比较低，多小于0.4，砂体厚度也多小于10m，反映南缘西段西部Ⅶ2亚旋回分流河道不太发育而分流间湾比较发育（图2-7-18）。

图2-7-18 伊犁盆地南缘Ⅶ2旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原分流河流亚相；3—三角洲平原分流间湾亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—地名
三、伊犁盆地南缘水西沟群沉积体系及沉积相与砂岩型铀矿化关系
（一）沉积体系与砂岩型铀矿化关系
伊犁盆地共发育4个大的沉积体系，即Ⅰ～Ⅳ旋回的冲积扇沉积体系、Ⅴ旋回的辫状河三角洲沉积体系、Ⅵ旋回的浅湖沼泽沉积体系和Ⅶ旋回的曲流河三角洲沉积体系。根据对伊犁盆地南缘已知砂岩型铀矿化钻孔在各沉积体系的分布比率统计分析（表2-7-3），可以看出：辫状河三角洲沉积体系是盆地南缘最有利的沉积体系，其见矿孔最多，占伊犁盆地南缘水西沟群地层总见矿孔的63.9%；冲积扇沉积体系和曲流河三角洲沉积体系也是比较有利的沉积体系，其见矿孔分别占伊犁盆地南缘水西沟群地层总见矿孔的22.2%和13.9%；而浅湖沼泽沉积体系砂岩型铀矿成矿不利，目前还没有发现有砂岩型工业铀矿化（表2-7-3）。

表2-7-3 伊犁盆地南缘水西沟群各沉积体系的砂岩型铀矿见矿率表

伊犁盆地铀矿化受辫状河三角洲沉积体系、冲积扇沉积体系和曲流河三角洲沉积体系控制的主要原因是这些沉积体系形成的地层具有稳定的泥岩-砂岩-泥岩地层结构，有利于后生改造层间氧化带型砂岩铀矿的形成。而浅湖沼泽沉积体系砂体发育规模很小、厚度薄，胶结也往往比较致密，不利于后生层间氧化作用的发育和砂岩型铀矿的形成，因此至今也未发现有砂岩型工业铀矿化。
（二）沉积相与砂岩型铀矿化关系
对盆地南缘所有容矿层的沉积相及沉积亚相的含矿情况进行综合统计（表2-7-4）分析可以看出，伊犁盆地南缘目前已发现的砂岩型铀矿化主要受三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝及席状砂亚相（占总见矿孔的30%）、三角洲平原辫状河流亚相（占总见矿孔的30%）、冲积扇沉积体系的扇中-扇端亚相（占总见矿孔的22.2%）以及三角洲平原分流河道亚相（见矿率为11.7%）部位控制；其次是受三角洲前缘的分流河道亚相和三角洲平原泛滥平原亚相部位控制，但这些相位的见矿率一般都小于5%，因而还不是伊犁盆地南缘水西沟群地层的主要含矿相位，而扇前辫状河流相、三角洲前缘分流间湾亚相、三角洲平原分流间湾亚相、前三角洲亚相及沼泽相则没有工业铀矿化产出。

表2-7-4 伊犁盆地南缘各沉积相（或亚相）的砂岩型铀矿化见矿率表

伊犁盆地南缘水西沟群砂岩型铀矿化受三角洲前缘河口坝及席状砂亚相、三角洲平原辫状河流亚相、三角洲平原分流河道亚相以及冲积扇沉积体系的扇中-扇端亚相部位控制的主要原因是：
1）这些成矿有利的沉积相部位具有稳定的泥岩-砂岩-泥岩地层结构，并发育有相当规模的厚大砂体，这是后生层间氧化带型砂岩铀矿成矿必备的地质条件和储矿空间。伊犁盆地南缘勘探结果表明，这种泥岩-砂岩-泥岩地层结构和砂体发育越完善，铀矿化越好，如三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝及席状砂亚相的地层结构最稳定、砂体发育最好，铀矿化规模也最大。
2）这些沉积相位在沉积成岩阶段有一定程度的铀成矿预富集。特别是三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝、席状砂亚相及分流河道亚相部位在沉积时正好处于水上氧化介质条件与水下还原介质条件之间的地球化学过渡部位，这种地球化学过渡部位有利于水溶液中的铀酰络合物的分解和铀的还原与沉淀，从而导致形成较高程度的铀的预富集。

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

1—三角洲平原分流河道亚相；2—三角洲平原泛滥平原亚相；3—剥蚀区；4—铀矿化孔

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

1—三角洲平原分流河道亚相；2—三角洲平原泛滥平原亚相；3—剥蚀区；4—铀矿化孔
3）这些沉积相位在盆地后生改造过程中正好被抬升至盆缘附近，遭受地表含氧含铀水的改造，形成层间氧化带砂岩型铀矿化富集。
（三）古河道特征与砂岩型铀矿化关系
为了精确圈定研究区每期古河道发育的空间位置，探讨古河道与铀矿化的关系，对伊犁盆地南缘乌库尔齐地区Ⅶ1亚旋回上下两层砂体厚度进行了统计，并采用Arcmap空间分析对两层砂体等厚进行模拟，绘制了砂体等厚图。然后，以砂体等厚图为基础，结合代表河床滞留沉积的砂砾岩以上粗粒级岩石的分布特征，圈定了乌库尔齐地区Ⅶ1亚旋回与上下两层砂体对应的早晚两期古河道的分布位置（图2-7-19、图2-7-20）。
从图2-7-19和图2-7-20来看，古河道严格控制主要铀矿化的分布，其控矿作用主要表现在以下两个方面：①较大规模的铀矿化带往往分布在较大的分流河道中，而规模较小的古河道中的铀矿化就较差；②分流河道分叉汇聚的部位是砂岩型铀矿成矿的有利部位。
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（李胜祥，韩效忠，蔡煜琦，郑恩玖，黄树桃，赵永安）

王果　张占峰　王保群　李细根　王国荣　李彦龙

（核工业二一六大队，新疆　乌鲁木齐　830011）

[摘要]乌库尔其铀矿床是在原519大队概略评价基础上经过各阶段勘查工作提交的一个中型砂岩型铀矿床，也是伊犁盆地南缘在中下侏罗统西山窑组上段（第Ⅶ旋回）首个发现和探明的铀矿床。矿床位于伊犁盆地南缘西部斜坡带乌库尔其微隆构造单元，属典型的层间氧化带砂岩型铀矿。总体上，该矿床矿体分散且连续性差，品位偏低，现正进行现场地浸开采试验。本文对矿床发现史、基本特征、主要成果创新及开发利用现状进行了论述和分析。

[关键词]伊犁盆地南缘；地浸砂岩型铀矿床；西山窑组上段；层间氧化带

乌库尔其矿床位于伊犁盆地南缘中西段，往东南距扎吉斯坦矿床4km，西距库捷尔太矿床14km，是继库捷尔太、扎吉斯坦矿床后在伊犁盆地南缘发现的第三个可地浸砂岩型铀矿床，也是伊犁盆地南缘铀矿田（以下统一简称为“伊南铀矿田”）首次在水西沟群西山窑组上段（第Ⅶ旋回）发现具有一定规模的工业铀矿^[1,2]。行政区划隶属察布查尔锡伯自治县管辖，距县城直线距离约10km，矿区内交通便利。

1　发现和勘查过程

该矿床发现和勘查过程大致可分为3个阶段：一是以煤岩型铀矿为主的概略评价阶段，二是以地浸砂岩型铀矿为主的地质勘查阶段，三是以地浸试验为主的矿山补充勘查阶段。

1.1　以煤岩型铀矿为主的概略评价阶段

乌库尔其矿床铀矿地质工作始于20世纪50年代。1959～1960年，原二机部519大队在本区以大间距（4～2）km×（2～1）km）进行了概略评价，主要找矿类型为煤岩型铀矿，施工28个钻孔，钻探工作量7950.3m。部分钻孔揭露到中下侏罗统水西沟群（J₁-₂sh）层间氧化带，为以后的砂岩铀成矿预测提供了基础资料。

1.2　以地浸砂岩型铀矿为主的勘查阶段

1991～1994年，核工业二一六大队在盆地南缘中西段开展了放射性水化学区调、砂岩型铀矿地面综合区调、前人资料的系统整理及成矿远景预测评价。同期，核工业北京地质研究院、核工业二〇三研究所、核工业航测遥感中心对伊犁盆地南缘铀成矿条件开展了专题研究。圈定乌库尔其地区为具有良好层间氧化带砂岩型铀成矿潜力的Ⅰ类远景区^[3]。

1993～1995年，核工业二一六大队与哈萨克斯坦沃尔科夫地质联合体合作在乌库尔其区开展了砂岩型铀矿预查，勘查网度采用（2～4）km×（800～200）m，局部孔距达到100～50m，投入钻探17366.6m，施工钻孔46个，其中4个钻孔分别在第Ⅴ和Ⅶ旋回揭露到工业铀矿化，初步确定乌库尔其地段为砂岩型铀成矿远景区。该阶段地质技术工作基本由哈方工作组完成，包括钻探施工、地质编录、测井、技术总结等，中方仅安排少数技术人员学习配合。因此该阶段各类资料的分析整理不够深入系统。

1996～1998年，核工业二一六大队与哈萨克斯坦沃尔科夫地质联合体开展技术合作，中方技术人员全程参与了各项地质工作。主要针对水西沟群西山窑组下段（Ⅴ₂旋回）砂岩型铀矿进行了普查，钻探施工由哈方完成（1998年核工业二一二大队参与部分工程施工），投入钻探工作量34206.2m，在389～549线间施工剖面14条。以（800～400）m（线距）×（200～100）m（孔距）的工程间距，在第Ⅱ、Ⅴ₁、Ⅴ₂、Ⅶ₁、Ⅶ₂、Ⅷ等层位均揭露到层间氧化带，在429～485线控制一条工业铀矿带，并首次在第Ⅶ旋回发现了工业铀矿体。累计资源量规模为小型矿床。期间该队与南京大学合作开展了矿石物质组分及层间流体作用科研项目研究^[4,5]。

2000～2003年，核工业二一六大队以水西沟群西山窑组上段（Ⅶ旋回）为主要目的层，对本区开展了全面普查，钻探工程重点集中于397～485线之间，投入钻探工作量49051m。该阶段对含矿岩系水西沟群进行了层位系统划分，对第Ⅴ、Ⅶ旋回沉积相进行了深入分析，提出了乌库尔其微凸构造控矿的观点。2002年提交了357～373线（首采段）勘查报告，2003年分别提交了乌库尔其铀矿床第Ⅴ旋回和第Ⅶ旋回普查地质报告。累计提交铀资源量规模达到中型^[6]。

2004～2005年，核工业二一六大队对本区开展了勘探工作，勘探范围为333～469线之间，东西长约7.5km，投入钻探工作量24596.87m，根据矿体复杂性和地质可靠程度确定为Ⅲ类勘查类型，基本工程间距为200m×（100～50）m，局部孔距达25m。在Ⅴ旋回和Ⅶ旋回提交铀资源量规模为中型，概算伴生硒资源量60.7t、铼资源量20.2t、煤炭资源量38956×10⁴ t。需要说明的是，受勘探周期和工作量的限制，以及该矿床铀矿体规模小、分散等特点，勘探阶段圈定资源量类型仅为332+333^[7]，实际上相当于达到详查程度。

1.3　矿山地浸试验过程中的补充勘查阶段

勘探工作结束以后，为满足建设矿山的需要，矿山企业在不同地段组织开展了两次补充勘探工作。

2007年，在413～429线间开展补充勘探工作，投入钻探工作量9497m，圈定了331+332铀资源量，除提高资源量级别和控制程度外，资源量的减少达41%。减少较大的原因有三：一是勘探阶段铀镭平衡系数为0.85、进行了修正，而补勘阶段随着样品数量的增加和取样代表性增强，铀镭平衡系数为1.04、不予修正，仅此资源量减少达13%；二是随着矿体控制程度提高（100m×（100～50）m），矿体外推距离减小，矿块面积减小，但相应资源量级别提高，此为资源量变化的正常现象；三是很多加密控制钻孔导致矿体断开，说明铀矿体本身规模较小，连续性差。

2012年，在341～469线的BK1和BK4区（不含413～429线）开展了补充勘探工作，投入钻探工作量为16674m，工程见矿率仅为14%，采用100m×（100～50）m工程间距控制331类资源量。圈定了331+332铀资源量，较勘探资源量减少达55%。究其原因有以下几点：第一，勘探阶段对Ⅶ旋回铀镭平衡、镭氡平衡均进行了修正，Ⅴ旋回镭氡平衡进行了修正，本次补勘资源量估算未做任何参数修正，因此勘探阶段部分工业孔变为矿化孔未参与资源量估算，Ⅶ旋回矿体品位下降30%, Ⅴ旋回矿体品位下降12%，造成BK 1区资源量减少13.10%, BK4区资源量减少36.51%；第二，第Ⅶ旋回工业矿带窄，加密控制后原来连续的矿带被断开，甚至只剩单工程控制；第三，补勘提交资源量类别有了较大的提高，矿体外推距离减小，使矿块面积有较大幅度减小，相应地资源量也有所减少（图1，图2）。但值得说明的是，通过补勘工作，铀矿带在平面的展布与勘探阶段推测的基本一致，说明勘探阶段推断的铀矿带展布合理，估算资源量也是可靠的。

图1 乌库尔其铀矿床BK1区Ⅴ₂旋回矿体块段圈定对比

1—工业孔；2—矿化孔；3—无矿孔；4—层间氧化带前锋线；5—补勘阶段工业矿体；6—勘探阶段工业矿体

图2 乌库尔其铀矿床BK4区Ⅶ旋回铀矿体块段对比

1—工业孔；2—矿化孔；3—无矿孔；4—Ⅶ₁层间氧化带前锋线；5—Ⅶ₂层间氧化带前锋线；6一补勘阶段圈定工业矿块；7—勘探阶段圈定工业矿块

2012年以来，核工业二一六大队在乌库尔其矿床外围开展普查工作，在417线北部2km处揭露到Ⅴ₁旋回工业铀矿体（灰色砂体，1.8kg/m²），在469线以东初步控制一条工业铀矿带。因此，矿床外围有望有新的发现。

2　矿床基本特征

2.1　地层

矿区中新生代地层直接覆盖在中—下石炭统中酸性火山岩、火山碎屑岩基底古风化壳之上，自下而上由中上三叠统小泉沟群（T_2-3xq）浅湖相沉积、中下侏罗统水西沟群（J_1-2sh）陆相含煤碎屑岩建造、中侏罗统头屯河组（J₂t）河流相沉积、新近系（N）和第四系（Q）冲洪积物组成（图3）。

铀矿化赋存于三工河组（J₁s）和西山窑组（J₂x），头屯河组（J₂t）尚未发现铀矿化，八道湾组（J₁b）和小泉沟群（T_2-3xq）在矿区范围内少有钻孔揭露。据资料，小泉沟群在钻探揭露区域基本缺失。主要含矿层特征如下：

三工河组：对应于水西沟群V₁亚旋回—

亚旋回，厚度约为32m。岩性以灰色粉砂岩、粉砂质泥岩夹细砂岩、中粗砂岩为主，主要有两层砂体，砂体厚5～14m，产状不稳定。赋存少量工业铀矿化。

西山窑组：对应于水西沟群

亚旋回—Ⅶ旋回，厚度约180～220m。根据岩性组合特征由下到上可分为

亚旋回、Ⅵ旋回、Ⅶ旋回3个岩性段。其中

亚旋回和Ⅶ旋回为矿床主要赋矿层位，Ⅵ旋回以泥岩、煤层为主，砂体极不稳定。

亚旋回：下部为厚大稳定砂体，岩性为灰色中粗粒含砾砂岩、中细砂岩，粒度自下而上具有粗—细或细—粗—细的特征；上部为粉砂岩、泥岩与煤。

Ⅶ旋回：可分为Ⅶ₁亚旋回和Ⅶ₂亚旋回。岩性以灰色、灰白色中粗粒含砾砂岩、砂砾岩、中细粒砂岩与绿灰色、灰色粉砂岩、泥岩为主，形成较厚的砂泥互层结构。有两层主砂体，均赋存工业铀矿化。

2.2　构造

乌库尔其铀矿床位于伊犁盆地南缘西部斜坡带东侧，总体构造形态为一次级微隆起区，称乌库尔其微凸起。矿床东西长8km，南北宽5km，面积约40km²。凸起的轴部位于397线至445线间，宽约1.8km，轴部的走向及倾向略呈北北西向，倾角4°～6°，凸起的翼部分别向东西两侧倾斜，倾角3°～7°（图4）。晚渐新世至早中新世（24Ma），在不对称挤压作用下形成了本区微隆构造格局，造成沉积盖层发生掀斜，主含矿砂体开启并接受大气降水补给，在含铀含氧水的持续补给和氧化改造下形成层间氧化带及其控制的砂岩铀矿。

图3 乌库尔其矿床地层综合柱状图

图4 乌库尔其矿床东西向剖面略图

1—砂体；2—煤层；3—铀矿化部位；4—地层代号；5—煤层编号；6—钻孔；7—钻孔编号

2.3　水文地质特征

2.3.1　地下水补－径－排条件

盆地南缘察布查尔山蚀源区为含矿含水层地下水的补给区，补给形式主要有地表水、第四系潜水，其次为大气降水和基岩裂隙水。含矿含水层开启处距盆缘3～5km，层间水补给窗距层间氧化带前锋线（铀矿带）一般为4～8km。遥感及地震资料显示，矿区北1km处存在一近东西向的隐伏断裂为本区局部排泄源（陈建昌等，1995），伊犁河南侧的北东向隐伏断裂为南缘区域排泄区。

地下水流向在280°～35°之间；水位埋深在－15.48～110m之间，地下水具有强承压性，水头高度192.60～333.53m；渗透系数在0.22～0.58m/d之间；地下水流速0.006～0.0018m/d。

2.3.2　地下水水化学特征

矿区承压水水化学特征在平面上具有明显的水化学成分分带性（图5）。具体表现为从东南向西北可分为4个带，与地下水流向基本一致，各水带参数特征见表1。

表1 乌库尔其铀矿床地下水化学成分分带性特征一览表

图5 乌库尔其铀矿床地下水水化学

2.3.3　水文地球化学特征

蚀源区地表水溶解氧含量为12.60mg/L, Fe²⁺/Fe^3＋为0.50,pH 值为8.16；基岩裂隙水溶解氧含量大于7.00mg/L,Fe²⁺/Fe^3＋介于0.31～2.0之间，Eh值一般大于400mV, pH 值在7.0～8.0之间，补给区的地表水、地下水均具有的较强氧化性能。矿床地下水中溶解氧含量为0.1～4.3mg/L,H₂S含量为0.01～0.04mg/L,Eh值为－231～185mV。表明地下水从蚀源区向矿区径流过程中，水中溶解氧被逐渐消耗，原生还原砂体被氧化，铀不断氧化迁移和再迁移、再富集。

2.4　层间氧化作用及铀矿体

2.4.1　空间分布特征

乌库尔其铀矿床主要为砂岩型，偶见零星泥岩型、煤岩型。砂岩型工业铀矿体分别赋存于Ⅴ₁亚旋回、Ⅴ₂亚旋回、Ⅶ₁亚旋回和Ⅶ₂亚旋回。Ⅶ旋回矿带主要分布于矿床中、西部，Ⅴ旋回矿带主要分布在矿床东部。

层间氧化带发育规模、形态及含矿性差别较大，共发育6条层间氧化带，其中以西山窑组层间氧化带规模最大，并控制主要的工业铀矿体。在平面上各层位层间氧化尖灭线呈近东西走向的蛇曲状或港湾状展布延伸，并相互交错叠置（图6）。

铀矿带与层间氧化带发育紧密相关。平面上，铀矿（化）体一般产出于层间氧化带前锋线附近100～200m范围内，局部翼部矿体延伸较远。工业铀矿带主要分布于357～381、411～433、449～469线层间氧化带前锋线弯曲转折部位，分布不连续，而铀矿化体则分布范围较广，基本连续（图6）。

图6 乌库尔其铀矿床层间氧化带前锋线及铀矿（化）带平面展布示意图

1—Ⅴ1旋回工业铀矿化；2—Ⅴ₂旋回工业铀矿化；3—Ⅶ₁旋回工业铀矿化；4—Ⅶ₂旋回工业铀矿化；5—铀矿化带；6—Ⅰ旋回层间氧化带前锋线；7—Ⅱ旋回层间氧化带前锋线；8—Ⅴ₁旋回层间氧化带前锋线；9—Ⅴ₂旋回层间氧化带前锋线；10— Ⅶ₁旋回层间氧化带前锋线；11—Ⅶ₂旋回层间氧化带前锋线

2.4.2　层间氧化带分带特征

该矿床遵循层间氧化带砂岩型铀矿的一般特征，根据岩石的颜色、铁物相特征及其他地球化学指标，可将矿区层间氧化带划分为氧化带、过渡带和原生岩石带3个岩石地球化学分带。氧化带可进一步划分为强氧化带、中氧化带和弱氧化带，对铀矿带划分出前缘带。铀矿化分布于层间氧化带前锋线及上下翼尖灭部位，不同层位、地段铀矿化发育特征差别大。

层间氧化带各亚带岩石有机质、全硫、铀及其伴生元素显示一定的变化规律：Fe₂O₃与FeO 含量变化十分明显，Fe₂O₃从氧化带到原生岩石带逐渐降低，FeO 则逐渐升高，呈相互消长关系，而二者的总量基本保持不变。Fe₂O₃/FeO 比值在氧化带为2，在过渡带比值为1.16。该比值越大，反映氧化作用越强烈，越有利于铀的迁移；比值越小，对铀沉淀越有利。

有机物和硫化物是岩石中主要的还原性物质，强氧化带两者含量均最低，随氧化程度减弱含量不断增高，不同之处在于有机炭的最高值在过渡带为原生岩石带的2倍、氧化带的5～8倍，而硫化物在原生岩石带最高（表2）。有机质的变化特征可能反映了过渡带存在较为活跃的细菌活动。铀矿化富集程度与有机碳、全硫含量呈一定正相关，尤以有机碳更为明显，品位越高的矿石一般含有机质越丰富，导致其岩石色调越深。

表2 层间氧化带不同分带铀与有机碳、硫、价态铁含量统计

2.4.3　铀矿体及铀矿石

2.4.3.1 规模、形态

Ⅴ旋回矿带主要位于矿床东部389～469线间，由Ⅴ₁和Ⅴ₂亚旋回矿体组成。主矿体Ⅴ₂亚旋回矿带断续长约2.0km，宽50～250m；矿体倾向总体为北北西向，倾角2.3°～8.7°；矿体埋深305～515m，由南往北、由西往东矿体埋深逐渐增大。

Ⅶ旋回矿带主要位于矿床的中、西部333线与469线之间，由Ⅶ₁、Ⅶ：亚旋回矿体组成。工业矿体主要分布于357～381线、413～437线、469线地段，延伸总长约4.8km，倾向发育宽度一般50～150m。矿体总体倾向北西，局部北北西，倾角2°～8°。矿体埋深170～380m。矿体连续性差、规模小，单工程控制矿体多。

矿体在剖面上以卷状、复杂卷状为主，其次为板状、似层状、透镜状。卷状矿体以短头短尾形态为主，各层位卷状矿体规模和形态差异较大。卷头矿体厚5～10m，宽一般25～100m；翼部矿体厚1～4m，宽50～150m。西山窑组上段卷状矿体主要分布于357～381线地段和413～433线地段，尤其是Ⅶ₂矿体多为厚大的短头短尾形态。西山窑组下段及三工河组卷状矿体分布于441～469线间（图7，图8）。

2.4.3.2　矿体品位、厚度

Ⅴ旋回矿体单工程厚0.75～7.1m，平均厚3.79m，变化系数为42.6%；单工程品位0.0109%～0.2011%，平均品位为0.0372%，变化系数为92.8%；单工程平米铀量为1.02～11 .34kg/m²，平均平米铀量为2.52kg/m²，变化系数为88.6%。卷头矿体平米铀量一般大于4.0kg/m²，翼部矿体平米铀量一般为1.50～3.00kg/m²。

图7 369号勘探线Ⅶ₁与Ⅶ₂亚旋回矿体形态剖面示意图

1—砂砾岩；2—含砾粗砂岩；3—粗砂岩；4—中砂岩；5—细砂岩；6—粉砂岩；7—粉砂质泥岩；8—泥岩；9—煤层；10—层间氧化带；11—铀矿化体；12—品位（%）/厚度（m）;13—砂体（旋回）编号

图8 445号勘探线Ⅴ₁与Ⅴ₂亚旋回矿体形态剖面示意图

l—砂砾岩；2—含砾粗砂岩；3—粗砂岩；4—中砂岩；5—细砂岩；6—粉砂岩；7—粉砂质泥岩；8—泥岩；9—煤层；10—层间氧化带；11—铀矿化体；12—品位（%）/厚度（m）;13—砂体（旋回）编号

Ⅶ旋回矿体单工程厚0.8～13.7m，平均厚4.58m，变化系数为63.4%；单工程品位0.0123%～0.2047%，平均品位为0.0364%，变化系数为89.3%；单工程平米铀量为1.0～12.35kg/m²，平均平米铀量为3.12kg/m²，变化系数为86.4%。

2.4.3.3　矿石物质成分及铀存在形式

矿石的自然类型为层间氧化带疏松砂岩型铀矿。矿石组分按成因可分为两类：一类是碎屑物、有机质碎屑、黏土矿物及成岩期自生矿物，占矿石中矿物总数的98%～99%；另一类是成矿期生成的自生矿物，含量甚微，如黄铁矿、白铁矿及铀矿物。

矿石中矿物以石英、长石和岩屑为主。其中，石英占矿石总量的29%～34%，长石占5%～22%，岩屑占28%～34%。重矿物占0.5%～0.8%，以钛的氧化物及化合物类最常见，Ⅶ旋回矿石中重矿物含量明显高于其他层位。黏土矿物总量占5%～15%，主由高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石构成，Ⅶ旋回以伊利石为主，约占55%;Ⅴ旋回以高岭石为主，约占60%～90%。

矿石中的铀主要以独立铀矿物、分散吸附状态两种存在形式为主，有少量以类质同象等形式存在于其他矿物中。铀矿物主要为沥青铀矿（含少量再生铀黑），其次为铀石。分散吸附状态的铀大多为纳米级的UO_2+x分子或质点，少数为超显微水沥青铀矿质点，为沥青铀矿的雏形^[6,7]。

2.4.3.4　伴生矿产

乌库尔其矿床伴生元素研究工作程度较低。勘探阶段在421～461线对西山窑组下段基本以400m×200m进行了控制取样，钻孔内一般采用系统的组合取样（平均样长0.49m）方法进行了研究；西山窑组上段伴生元素的研究仅限于349～381线地段，在该地段8条勘探线20个钻孔中进行了较系统的取样。总体上，硒和铼达到伴生矿产综合利用指标，但对其赋存状态等未作任何研究。同时对矿区范围内煤炭资源进行了估算^[7]。

3　主要成果和创新点

3.1　主要成果

1）发现并探明了一处中型地浸砂岩型铀矿床。首次在伊犁盆地南缘提交Ⅶ旋回砂岩型铀矿资源量。概算伴生硒资源量60.7t、铼资源量20.2t，提交煤炭资源量38956×10⁴t。

2）基本查明了地层结构、含矿砂体、层间氧化带及砂岩型铀矿体规模、空间展布形态等地质构造特征。

3）查清了矿床含矿含水层的分布、结构、规模及埋深，通过水文地质孔抽水试验，获取了含矿含水层的渗透系数、涌水量、承压水头高度、地下水的pH 值、Eh值、矿化度等地浸水文地质参数及水文地球化学参数，为地浸评价提供了依据。

3.2　创新点

该矿床是伊南矿田根据层间氧化带砂岩型铀成矿模式发现和探明的典型实例，对“伊犁式”层间氧化带砂岩型铀成矿理论进行了进一步深化和定型。伊犁盆地南缘铀矿勘查和研究成果“填补了我国铀矿勘查空白，极大地丰富和发展了我国金属矿产成矿理论”（获得2007年国家科技进步一等奖的成果鉴定结论）^[8～10]，乌库尔其矿床的找矿实践为铀矿理论的创新作出了贡献。

1）通过该层间氧化带砂岩型铀矿床勘查实践，并在此基础上系统总结分析伊南铀矿田其他铀矿床的勘查研究，基本建立了我国中新生代陆相盆地“六位一体”的层间氧化带砂岩型铀成矿和找矿模式，提出了“三层两面”的控矿观点和“五带式”层间氧化带的岩石矿物地球化学分带规律；提出了多期次成矿和新构造运动对层间氧化带及铀矿化发育影响和控制的观点^[8,11]。

2）盆缘构造斜坡带背景下岩相岩性和地下水补－径－排的耦合奠定了成矿基础，决定了矿床的定位。提出了含矿砂体为三角洲平原相环境下分流河道沉积，砂体的厚度、粒度、渗透性较适中，这些条件为后来发育层间氧化带提供了基础。含矿建造形成后盆缘产生掀斜接受地下水补给，盆内产生东西向张扭性断层构成地下水排泄源，形成完整的补－径－排层间水水动力机制，为侏罗系发育层间氧化带及铀成矿创造了完善的条件^[8,12]。

3）砂体突变导致层间氧化作用改变，产生氧化－还原过渡带而发生铀沉淀，决定矿体的产出部位，提出了沉积微相控矿的观点。砂体突变指砂体厚度急剧减薄、泥质夹层增多、砂岩粒度由粗突然变细等，这种砂体突变是由微相环境变化引起，如三角洲水上分流河道由窄变宽、由直变弯、由水上向水下逐渐过渡等都会产生砂体变薄、沉积物变细、泥质夹层增多等现象，这些变异部位往往也是原始有机质及黏土含量增高的部位。砂体的这种突变，往往造成层间地下水的流速减缓甚至流向发生改变，水－岩作用时间变长，层间氧化作用滞缓，更有利于铀从地下水中析出沉淀，因此常常在砂体变异部位发育较富的铀矿体。

4）通过微观研究，发现层间氧化带前锋线附近微生物成矿作用的现象，在氧化－还原过渡带发生的物理、化学、生物作用是导致铀富集成矿的直接因素，铀矿物主要产出于植物胞腔边缘，并发现成岩期和成矿期的黄铁矿有共生关系（图9至图12）。

图9 乌库尔其矿床矿石中的铀石（双键四方柱状）交代古真菌

图10 乌库尔其矿床矿石中碳屑的树木腔胞结构及腔胞中的黄铁矿、铀矿物，光片

图11 库捷尔太矿床八道弯组矿石中铀石沿植物细胞腔内壁分布（白色环带）

图12 乌库尔其矿床矿石中成矿期黄铁矿（中部亮白色）包裹成岩期草莓状黄铁矿（星点状白色），光片

4　开发利用状况

乌库尔其铀矿床发现于1993年，2003年提交首采段并开展了地浸试验，2005年完成勘探并转入地浸开采试验。自该矿床投入开发建设以来，在多年的野外现场试验和生产过程中，矿体变化较大，资源量减少较为明显，地浸效果总体不理想，加之矿山设计方案未能及时调整，从而影响了矿山建设的进程。乌库尔其矿床并未正式投产，目前仍处于试验阶段。

5　结束语

乌库尔其矿床是伊犁盆地南缘铀成矿带发现和勘查的第三个砂岩型铀矿床，并首次在Ⅶ旋回发现了一定规模的工业铀矿体。自1959首次揭露到有利的砂岩层位和层间氧化带到1993～1995年预查、1996～2003年普查、2004～2005年勘探、2007年413～429线补充勘探、2008～2010年矿山施工了17个生产开拓钻孔、2011～2012年全区补勘，整个勘查和后续开发工作历程对今后勘查开发工作提供了借鉴：

1）应充分认识沉积盆地中砂岩型铀矿产出的复杂性和不稳定性。

2）勘查开发工作应循序渐进，各阶段对主要矿体的控制应到位，合理确定勘查类型，不应因开发的急需而采取跨阶段勘查。同时，在发育多层工业矿体的情况下，应分别针对不同矿体采取不同的勘查类型进行控制，统一的勘查类型会导致某些矿体的控制程度偏低。

3）加大勘查阶段经济技术评价工作，正确确定地浸工艺。在矿山自身经补充勘查发现矿体及资源量大幅度变化后，应及时、主动调整矿山建设方案。

4）最新资料显示，矿床北部2km处已经发现三工河组下段（第Ⅴ₁旋回）层间氧化带及其控制的工业铀矿体，矿床东部阔斯加尔地区已经获取一定预测资源量，是今后勘查的方向，可能将为矿床开发提供后备资源。

参考文献

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我国铀矿勘查的重大进展和突破进-—入新世纪以来新发现和探明的铀矿床实例

[作者简介]王果，男，1969年出生，研究员级高级工程师。1993年毕业于华东地质学院（现为东华理工大学）地质系铀矿勘查专业，2000年毕业于南京大学地球科学系矿物学岩石学矿床学专业，获硕士学位。2009年以来任核工业二一六大队总工程师。一直从事铀矿地质勘查及科研工作，获国家科技进步一等奖1项、国防科技进步二等奖2项、国土资源科学技术一等奖1项，2013年入选国家百千万人才工程。

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