塔里木盆地北緣日達里克地區庫車組下段砂巖巖石學及地球化學特征

李書海

摘? 要：通過大量鉆孔巖心的觀察及樣品數據統計分析，發現日達里克地區庫車組下段砂巖成份成熟度及結構成熟度方面均較低，具近物源快速沉積特征。巖石為泥質膠結，固結疏松，屬良好的鈾儲層。通過對砂巖地球化學特征的分析，部分元素含量變化與層間氧化分帶關系明顯，呈SiO2、Al2O3含量以氧化帶為最高，過渡帶次之，還原帶最低的特點;CaO、MgO含量還原帶明顯高于氧化帶和過渡帶，這些規律能有效判別地球化學環境。原生帶中C有，S全含量較伊犁盆地富鈾砂體明顯偏少，且過渡帶中有機質的富集也不明顯，對鈾的富集不利。研究區鈾富集的關鍵因素為層間氧化作用，有效判斷地球化學分帶是該區找礦的關鍵，結合研究區“反轉式”層間氧化帶找礦規律，將對找礦提供指示作用。

關鍵詞：砂巖型鈾礦;塔里木盆地;庫車組;地球化學

塔里木盆地北緣因構造復雜，且存在多種礦產，前人對該區進行了較多研究，但主要集中在構造對成礦的作用等宏觀方面[1-4]。研究區位于塔里木盆地北緣拜城凹陷以南，秋里塔格復背斜北翼，該區上新統庫車組下段（N2ka）砂體具較大的鈾成礦潛力[5-6]，但至今未有較大的找礦突破，需進一步對該區鈾儲層特征進行更細致、全面的研究。筆者旨通過對該區砂巖地球化學分帶及巖石學特征研究分析，找到與鈾礦化的關系，以提高對該區鈾成礦的認識，為后續找鈾礦提供基礎支持。

1? 地質概況及鈾礦化特征

塔里木盆地北緣受中新世以來的強烈構造沖斷變形作用，自北向南形成北部單斜帶、直線褶皺帶、拜城凹陷、秋里塔格復背斜、烏什凹陷、南部平緩背斜帶和陽霞凹陷，各構造帶在橫剖面上的構造形成時間向南階段性變新，即從北部的中新世到南部的第四紀，工作區位于秋里塔格復背斜西段北翼，屬于相對穩定的向北傾斜的單斜帶（圖1）。

日達里克地區找鈾目的層為上新統庫車組下段，厚度1 000～1 280 m，巖性主要由淺褐紅、灰黃、褐色泥巖、灰、灰白色砂礫巖、含礫粗砂巖及粗砂巖組成，礫石成分以硅質巖、凝灰巖及少量花崗巖組成，泥質膠結，巖石固結疏松。上新統庫車組下段共劃分出9個旋回（A1～A9），具正韻律特征，每個旋回均發育多層砂體，每層砂體厚變化較大，約5～50 m，層數一般為2到5層，旋回頂部泥巖隔水層厚4～98 m，砂泥比多在1～1.5。研究區各旋回原生帶砂巖多為富鈾砂巖。A1旋回原生帶砂巖鈾含量為10.30×10-6，A2旋回原生帶砂巖中鈾含量8.00×10-6， A3旋回原生帶砂巖中鈾含量6.64×10-6， A4旋回原生帶砂巖中鈾含量6.40×10-6， A5旋回原生帶砂巖中鈾含量6.87×10-6， A6旋回原生帶砂巖中鈾含量4.98×10-6， A7旋回原生帶砂巖中鈾含量7.05×10-6， A8旋回原生帶砂巖中鈾含量6.32×10-6， A9旋回原生帶砂巖中鈾含量3.86×10-6。

2? 層間氧化帶發育樣式

砂巖型鈾礦床的形成需具備5個基本條件：①單斜構造帶，巖層傾角約為10°最為有益;②泥-砂-泥空間結構，這種結構越多，鈾成礦的層數就越多，且該砂巖必須是還原砂巖;③鈾源，形成砂巖型鈾礦床的鈾主要來自周圍鈾含量較高的巖石，對砂巖型鈾礦床的形成起決定性作用;④目的層具有補水窗口，砂巖的一端必須與蝕源區連通，保障含氧含鈾水能順利滲入目的層;⑤成礦之后礦體未被剝蝕，能夠較好的保存[7-8]。

研究區含氧含鈾水自南天山沿木扎爾特河流域SW向發育，在庫車組目的層滲流距離長達60 km[6]，形成規模巨大的層間氧化帶，在前鋒線附近易形成鈾礦體。后期由于構造的抬升隆起作用，研究區庫車組發育的氧化帶局部被抬升，形成該區特有的“反轉式”層間氧化帶（圖2）。因秋里塔格復背斜構造作用，部分礦體、氧化帶及前鋒線被抬升、剝蝕，形成圖2中的4個鈾礦體富集位置。

據“反轉式”層間氧化特點，地表見鈾含量明顯偏高的還原砂體，則向北尋找深部鈾礦化體;地表出露完全氧化砂體，則應在秋里塔格復背斜南翼尋找鈾礦化體。

3? 巖石學及礦物學分析

本次研究，對層間各地球化學分帶的砂體均采集了樣品，共計51個，進行薄片鑒定工作。氧化帶砂巖以淺褐紅色、淺黃色中、粗砂巖為主（圖3-a），發育強褐鐵礦化;過渡帶砂巖呈灰綠、灰色雜淺黃色中、粗砂巖（圖3-b），局部發育褐鐵礦化;原生帶砂巖呈以灰色中、粗砂巖為主（圖3-c），常見碳屑。

對采集的51個樣品進行分選，研究區各地層分帶中，砂巖巖屑含量最高，為32%～72%，次為石英，含量為20%～46%，長石最少，含量為8%～28%（圖3-d，e，f），以巖屑砂巖為主，長石巖屑砂巖次之。砂體中石英以單晶石英為主，少量石英巖等多晶石英，部分單晶石英波狀消光明顯;長石為鉀長石及斜長石，普遍具粘土化;巖屑主要為凝灰巖、千枚巖及灰巖巖屑。填隙物多為泥質雜基和粘土礦物，局部有方解石膠結物，填隙物含量約1%～17%，膠結程度以疏松、較疏松為主?？煽闯?，該區砂巖在成分成熟度及結構成熟度方面較接近，均呈低成份成熟度及低結構成熟度，反映近源快速堆積和侵蝕時受到不完全風化沉積特征。過渡帶是鈾成礦的有利部位[9]，后續還應加強該區過渡帶砂巖礦物學特征的研究。

4? 砂巖地球化學分析

4.1? 常量元素分析

Fe2O3，FeO，SiO2，MnO可有效指示層間氧化帶的氧化還原環境[10]。Fe2O3和FeO的質量分數及兩者之比值，可以反應出巖石的形成環境，若w（Fe2O3）/w（FeO）>1，可判斷巖石處于氧化帶環境，反之，則可判斷巖石處于還原環境[11]。由表1可看出，自氧化帶→過渡帶→還原帶w（Fe2O3）/ w（FeO）比值變化規律明顯，還原帶為0.52，過渡帶為1.05，氧化帶為1.18（表1）。

SiO2通?？梢宰鳛樗釅A環境的重要指標[12]。經統計表明，還原帶SiO2含量低于過渡帶及氧化帶，可能是因為砂巖中有機質在氧化的過程中產生的H2S及CO2增加了砂巖的酸度，使長石發生水解產生高嶺石及SiO2：

4K（AlSi3O8）+4H2O+CO2=Al4（Si4O10）（OH）8+8SiO2+2K2CO3

層間水中CO2含量增加有利于SiO2溶解度提高，導致還原帶砂巖中石英、玉髓等硅質的溶解，使還原帶砂巖中SiO2含量減少，在過渡帶因地球化學障的作用，SiO2溶解度降低， SiO2以石英的次生加大等作用，生成石英顆粒賦存于砂巖中[13]。MnO含量變化不大，均小于0.1%。

K2O，CaO，MgO，Al2O3主要與砂體的后生蝕變粘土礦化有關[10]，Al2O3的含量與粘土礦物的含量及粘土蝕變成正相關，自氧化帶→過渡帶→還原帶，Al2O3的含量逐漸減少，表明層間氧化作用有利于粘土礦形成。CaO在氧化帶中最低，在還原帶中最高，推測可能是隨著pH值降低，CO2與水中Ca2+反應生成鈣鹽沉淀物（碳酸鈣），導致CaO降低。MgO在還原帶明顯高于氧化帶和過渡帶，表明MgO含量隨著層間氧化作用發生遷移，MgO及CaO的含量是砂巖碳酸鹽化的重要地化指標。TiO2，P2O5作為惰性組分[10]，自氧化帶→過渡帶→還原帶，含量變化不大。

4.2? U與C有、S全及價態鐵含量關? ? ? ? ? ? ? 系分析

有機碳、全硫及Fe2+等含量在層間氧化帶中是還原地球化學環境的重要指標，因該組分均具有在氧化帶遷移、在過渡帶聚集的特性，一般情況氧化帶砂巖以低有機碳及全硫含量為特征，而過渡帶以高有機碳、高全硫為特征，還原帶該組分的含量位于氧化帶和過渡帶之間[12]。

研究區因硫化物含量總體偏少，Fe2+從氧化帶到還原帶呈增高趨勢，但過渡帶含量最高，在一定程度上反映出過渡帶的還原性最強;Fe2+，Fe3+在過渡帶含量都最高，說明過渡帶的地球化學障對鐵元素具一定的富集作用，且在層間氧化帶中Fe同樣具一定的遷移作用。

釷是惰性元素，不管在氧化帶還是還原帶均不易遷移，而鈾是活性元素，一般在氧化條件下，鈾易遷移（U6+），在過渡帶中鈾又發生沉淀（U4+）。因此，在后期還原或氧化環境中，可以用 U/Th 的變化來指示砂巖中鈾的遷移和富集[16]。研究區氧化帶砂巖中鈾含量均值2.37×10-6，U/Th 為 0.41;過渡帶鈾含量平均為82.88×10-6，U/Th為12.75;原生帶6.30×10-6，U/Th 為 1.1，說明鈾在層間氧化作用下大部分發生遷移，并在過渡帶中進行富集（表2，圖4），可見層間氧化作用對鈾的富集成礦起著關鍵作用。

5? ?結論

研究區砂巖以中、粗粒巖屑砂巖、長石巖屑砂巖為主，泥質膠結為主，固結疏松，有利于含氧含鈾水運移，屬良好鈾儲層，砂巖成分成熟度及結構成熟度均較低，具近物源快速堆積特征。

SiO2，CaO，MgO，Al2O3等常量元素在各層間氧化帶間變化規律明顯，對層間氧化分帶具有很好的指示作用，過渡帶地球化學障對鐵元素具有一定富集作用，導致總Fe含量在過渡帶含量最大，研究區還原介質較少，有機質不夠發育，對鈾的富集不利。研究區鈾富集的關鍵因素是層間氧化作用，而研究區層間氧化帶規模巨大，具 “反轉式”特征。

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Abstract：Through a large number of borehole core observation and sample data system statistical analysis，it is found that the composition maturity and structural maturity of the lower sandstone of kuqa Formation in Ridaric area are relatively low，it has the characteristics of near source rapid deposition，it is a good uranium reservoir with argillaceous cement and loose rock consolidation，Through the analysis of the geochemical characteristics of sandstone，the relationship between the variation of some elements and the interlayer oxidation zonation is obvious，The content of SiO2 and Al2O3 is highest in the oxidation zone， followed by the transition zone and the reduction zone.CaO and MgO are significantly higher in the reduction zone than in the oxidation zone and transition zone. These laws can effectively identify the geochemical environment.The total content of C and S is significantly less than that of uranium - rich sand bodies in Yili Basin，The accumulation of organic matter in the transition zone is not obvious，unfavorable to enrichment of uranium，the key factor of uranium enrichment in the study area is interlayer oxidation，how to judge geochemical zoning effectively will be the key to ore prospecting in this area，at the same time，combined with the prospecting rule of "reversed" interlayer oxidation zone in the study area， it will provide an indication for ore prospecting.

Key words：Sandstone-type uranium deposit;Tarim basin;Kuche Formation; Geochemistry