新疆伊寧北部地區含鈾煤砂巖型鈾礦找礦方向探討

陳江源 ,白強 ,田宇 ,盧亞運 ,牛家驥 ,石連成 ,楊玉勤

(1.核工業航測遙感中心 中核集團鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室),河北 石家莊 050002;2.青海省核工業地質局,青海 西寧810000)

砂巖型鈾礦是國內重要的鈾礦資源類型,隨著核電的飛速發展,對鈾資源的需求量持續增加,為了核電發展提供及儲備更多的鈾資源,因此加強砂巖型鈾礦的勘查與開發是十分必要的[1--5]。伊犁盆地是我國重要的鈾資源基地之一,目前在盆地南緣已發現了一系列大型砂巖型鈾礦床,表明該地區具有良好的鈾資源潛力[6--10]。前人已在伊犁盆地北緣開展了一定的鈾礦地質勘查和科研工作,在伊寧地區及以西一帶發現了蘇魯鈾礦床、新城子、南臺子、干溝、皮里青、克山奇5個含鈾煤砂巖型鈾礦點和眾多放射性異常點帶。

近幾年采用半定量預測技術已在甘肅、新疆、內蒙、陜西等地開展鐵、多金屬及鈾礦的成礦預測,用于圈定找礦有利區,且取得不錯的效果,為下一步礦產勘查指明了方向。核工業航測遙感中心2016年在該區開展1∶5萬航空物探磁、放調查工作,本文以伊寧北部地區為研究對象,在綜合分析典型鈾礦床的成礦地質條件、地球物理異常特征的基礎上,建立砂巖型鈾礦預測模型,結合異常查證情況,對該區進行了找礦遠景區預測,探討了找礦方向。

1 區域地質背景

據新疆地質志劃分方案,研究區位于伊犁地塊(Ⅲ4)伊犁山間坳陷(Ⅲ24)內[4--5]。該單元是在華力西褶皺基底之上,于三疊紀開始形成的山間坳陷。區域上地層包括尼勒克河組(S1na)、大哈拉軍山組(C1d)、奧依曼布拉克組(C2o)、腦蓋吐組(C2n)、鐵木里克組(P2t)、小泉溝群(T2-3Xq)、八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、齊古組(J3q)、安集海河組(E2-3a)、上新統(N2)、第四系(Q)。侵入巖僅出露在研究區東北部,巖性為華力西中期第二次噴發二長花崗巖。石炭紀火山活動頻繁劇烈,火山巖主要發育于大哈拉軍山組(C1d)和腦蓋吐組(C2n)中,以哈拉軍山組(C1d)中火山巖分布最廣,為一套中、酸性熔巖--火山碎屑巖建造[11](圖1)。由于受中--新生代以來長期南北向擠壓應力作用的影響,區內構造主要以近東西向的褶皺和東西、北西、北東向斷裂為主[11]。

圖1 伊寧北部地區地質簡圖Fig.1 Geology sketch of the northern Yining area

2 鈾礦成礦條件

2.1 構造

自古生代以來,盆地基底和蓋層長期處于擠壓狀態,導致盆緣斷裂多次向盆內逆掩推覆,造成盆邊形變并產生多級斷裂,為鈾源及含鈾水活化運移和富集成礦,提供了有利的地質構造環境。

2.2 地層

區內鈾礦床(點)、異常點主要產于中--下侏羅統水西溝群和上侏羅統齊古組中,礦化產于含礫粗砂巖和砂礫巖中,煤層中富含有機質等,與含鈾煤型鈾礦化同時存在,受層位控制。

在盆地北緣廣泛發育潛水氧化帶形成的煤巖型、泥巖型、砂巖型鈾礦化,如蘇魯鈾礦床[12]。鈾礦化點分布的地層主要為侏羅系三工河組、西山窯組、齊古組。三工河組巖性主要為砂質泥巖及碳質泥巖,夾泥質頁巖及薄煤層;西山窯組巖性主要為砂巖、泥巖及燒結巖;齊古組為一套干旱氧化條件下的砂礫互層沉積。盆地北緣侏羅系水西溝群分布在煤層及泥巖之間,發育多層砂體,單層厚5～50 m,結構疏松,透水性好,具備層間氧化帶形成的地層結構條件。

2.3 水文地質

盆地北緣北部山區是地下水的主要補給區,山前準斜坡是地下水的主要逕流區,而盆地、中部平原區則是地下水的主要排泄區,總體構成一個完整的補、逕、排水動力系統。

區內地勢呈北高南低的階梯地貌,總體向伊犁河方向傾斜。主要含水層為第四系松散巖類孔隙潛水、承壓水及碎屑巖類裂隙孔隙水。碎屑巖類裂隙孔隙水為中下侏羅統層間承壓水,主要分布在街梁子、新城子及皮里青煤礦附近,因此該地段對后生水成鈾礦較為有利[13]。

2.4 鈾源

研究區及外圍分布規模不等的華力西期花崗巖、花崗閃長巖,侵入古生界地層中,并受盆緣控盆斷裂帶夾持?；椎貙蛹皫r體含鈾性好,其中石炭、二疊紀中酸性火山巖、華力西期花崗巖鈾豐度值較高,花崗巖高達(5.4～20.9)×10－6,表明研究區具備良好的鈾源條件。

3 典型鈾礦床、鈾異常區特征分析

3.1 蘇魯鈾礦床

3.1.1 礦區地質特征

礦床位于研究區中部,處于北部斷隆和中央洼陷的過渡部位,產于中--下侏羅統水西溝群含煤碎屑巖系中,該地帶具有西部相對下陷東部相對上隆的構造環境,地層沉積厚度和埋深適中,是盆地鈾成礦相對有利的地段。東側見克山奇、皮里青兩個鈾礦點,西側見新城子、南臺子和干溝3個鈾礦點(圖2a)。

中新生界蓋層與盆地基底多呈超覆不整合或逆沖斷層接觸,蓋層由中--上三疊統小泉溝群(T2-3Xq)、中--下侏羅統水西溝群(J1-2Sx)、上侏羅統齊古組(J3q)及第四系組成。水西溝群頂板埋深一般在0～400 m 之間。所發現的鈾礦化點、帶均分布于該套地層中。其鈾含量一般為3.3×10－6,最高達8×10－6,是主要的找礦目的層位。

3.1.2 成礦地質特征

中--下侏羅統水西溝群為一套在潮濕氣候條件下形成的含煤碎屑沉積,含煤巖系由多個向上變細的旋回組成。煤系地層中煤層穩定、層數多、厚度大,有機碳含量較高(＞1%),在煤層或泥巖之間發育多層“砂體”,單層厚度多在10 m 左右,膠結疏松,透水性好。

由于斷塊的差異升降及不同級別斷裂構造的切割,區內形成了北高南低的階梯地貌,總體向伊犁河方向傾斜。在構造隆升和沉降的結合部位,巖層傾角較陡。向河谷、平原方向,產狀很快變緩。構造由陡變緩的部位,由于地下水的流速降低,出現滯流區,有利于鈾的沉淀、富集。

鈾礦化賦存于中--下侏羅統煤系地層中的砂體中部及上侏羅統齊古組的底部砂礫巖層中,礦體呈層狀、板狀、透鏡狀。鈾以吸附狀態存在,礦體基本上由地表或地下水淋濾堆積而成。煤系地層中富含黃鐵礦、菱鐵礦、碳質等還原物質,存在泥--砂--泥結構,具備發育層間氧化帶型鈾礦化的條件。

3.1.3 航磁特征

磁場反應了伊犁盆地北緣基底的情況。從蘇魯鈾礦區航磁ΔT化極等值線圖看,新城子--南臺子--干溝--蘇魯--比里克奇--喀山奇以北為高正磁場,是磁性基底的前緣位置,鈾礦床即處于磁性基底的前緣位置。由于該磁性基底為火山巖,鈾源豐富,不排除有底部鈾源對成礦的控制影響(圖2b)。

3.1.4 航放特征

在航放鈾含量等值線平面圖上,新城子--南臺子--干溝--蘇魯--皮里青--克山奇以北為眾多放射性高場偏高場分布區,南臺子、干溝、蘇魯、皮里青、克山奇附近更有放射性高場點分布。這些放射性高場點一方面反應了該地具有放射性元素聚集的地球化學環境,同時對尋找放射性礦產提供了指示作用(圖2c)。

3.2 HFU--04異常特征分析

3.2.1 異常區地質特征

異常區位于研究區中東部,產于上侏羅統齊古組(J3q)中(圖3),周邊出露地層有上侏羅統齊古組(J3q),巖性為砂礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、泥巖;中侏羅統西山窯組(J2x),巖性為泥質粉砂巖、泥巖夾煤層(圖4a),褐紅色、灰色泥巖、灰黃色泥質粉砂巖、砂礫巖呈互層結構,產狀較為平緩(圖4b);第四系以灰色松散堆積物碎石、土黃色砂土為主。實地觀測異常高值區主要分布在煤表層上的姜黃色砂礫巖中,且礦化蝕變強烈,礦化主要有褐鐵礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化,蝕變以綠泥石化為主,少量水云母化和高嶺石化。

3.2.2 異常區物化探特征

地面伽馬總量特征:異常形態為等軸圓狀,軸長約200 m,背景場為8～50 nC/(kg·h),異常高值區為200～800 nC/(kg·h),異常最大值為1 603 nC/(kg·h)。

地面伽馬能譜特征:測量結果顯示總道、鈾道尖峰異常明顯,幅值較高(圖5)。經異常實地查證認為:放射性高值區對應平距600～760 m 處煤層與砂礫巖接觸面,鈾含量最大值為315×10－6;測線南部放射性含量均較低,對應煤層出露區。這些表明該異常與煤表層吸附鈾元素富集密切相關。

圖2 蘇魯鈾礦床區域地質、航磁和航放特征綜合顯示圖Fig.2 Maps of regional geology,aeromagnetism and aeroradioactivity around Sulu uranium deposit

圖3 異常區及周邊地質簡圖Fig.3 Geological sketch of Anomaly HFU-04 and the surrounding area

地球化學特征:野外查證時取巖石樣兩個,經分析鈾含量最高為697.40×10－6。此外,在過異常中心點L1線剖面上取土壤樣共計21 個,經分析后統計,鈾含量背景值為3.14×10－6,均值為4.12×10－6,最大值為17.62×10－6。從分析結果可以看出:異常地段具有明顯鈾含量增高顯示,局部地段鈾含量很高,對應巖性為姜黃色砂礫巖,附著在煤的表層,分析認為該異常是尋找砂巖型鈾礦的有利線索。

3.2.3 異常評價

圖4 異常區巖石野外觀察特征Fig.4 The outcrop feature of the anomaly area

異常位于伊犁盆地北緣,產于上侏羅統齊古組(J3q)中,在煤層及砂礫巖、含礫砂巖接觸面上鈾異常突出,認為由煤表層吸附鈾元素所致,但在異常區周邊出露的砂礫巖及含礫砂巖中能譜測量及土壤化探分析鈾含量均較高,尤其化探分析鈾含量最高近萬分之七,已達工業品位。異常區具備“泥--砂--煤”互層結構,異常區外圍北部出露安山巖、流紋巖及凝灰巖等,且通過巖(礦)石放射性參數測量顯示該類巖石鈾含量較高,東部發育花崗巖體,表明鈾源物質豐富。蘇魯--皮里青地帶,可控源測量成果表明,其地層產狀平緩,構成了局部斜坡地帶。特別是F1號斷裂以北,水西溝群的頂板解譯埋深一般在100～270 m 之間[13],較為適中,是找礦的有利地帶。綜合分析認為齊古組底部砂礫層及下覆地層水西溝群地段具有較好的找礦潛力。

4 鈾成礦預測

半定量預測技術是核工業航測遙感中心從俄羅斯引進的一項新技術,經近幾年生產應用,又融入新的預測參數,使之不斷得到完善,應用效果較好[14--17]。

圖5 HFU-04-1線地面伽馬能譜測量剖面結果及地質剖面圖Fig.5 The ground gamma spectrum measurement curve and geological section along line HFU-04-1

建模預測原理是通過分析已知礦床與物理場的關系,調整兩者之間的相關系數、有利信息面積比等參數進行建模。再將所有參量進行信息疊加分析,生成成礦有利度評價參量,并將成礦有利度高的地段作為該類型礦床最有可能成礦遠景區。預測流程包括數據準備、位場轉換、模型建立、信息疊置預測、制圖輸出這5大部分。

4.1 模型建立

針對2016年航空物探測量整個測區的鈾礦床、礦點分布特征,本次選用航放鉀、鈾、釷和航磁4種信息源,建立了蘇魯砂巖型鈾礦床航放、航磁、物理--數學模型,模型比例尺1∶5萬。礦床物理數學模型參數見表1。

從表中可見,建模涉及的參量較多,包括相應場的平均值、局部異常、水平梯度模、垂向導數、熵、偏度、峰度、向上延拓,根據以往對已知鈾礦建模較好效果的試驗經驗,最終選定面積比在0.2～0.3之間、費歇判據大于60為建模參量。最終蘇魯鈾礦預測模型選用參量為24種,包括4種鉀信息、6種鈾信息、4種釷信息、4種磁信息和5種重力信息。從模型顯示圖(圖6)上來看,蘇魯礦床及周邊成礦有利度較高。

4.2 成礦預測

將與模型有同樣顯示的地段作為成礦有利地段,可將成礦有利度高值區作為篩選遠景區的重要依據之一。通過對航測區進行半定量預測(圖7),根據蘇魯砂巖型鈾礦床模型計算得到成礦有利度≥8的等值線圖,成礦有利度高值區主要位于霍城--伊寧一帶,呈近東西向帶狀,東部向伊寧縣東南部延伸;其次霍城縣前進公社周邊也有零星分布。等值線分布特征與砂巖型鈾礦有較好的對應關系,蘇魯鈾礦床、干溝鈾礦點、南臺子鈾礦點、新城子鈾礦點等砂巖型鈾礦床(點)均位于成礦有利度大于8 的區域內,說明區內成礦有利度大于8是砂巖型鈾礦找礦有利部位。

4.3 鈾找礦有利區分析

4.3.1 找礦有利區劃分原則

1)位于中新生代盆地內,河湖相地層發育,具備較好的泥砂泥結構,地層中含有豐富的有機質。

表1 蘇魯鈾礦床航放、航磁、重力物理--數學模型參數表Table 1 Physical and mathematical model of aeroradioactive-aeromagnetic-gravity parameters of Sulu uranium deposit

圖6 蘇魯砂巖型鈾礦床模型顯示圖Fig.6 Metallogenic favorability around Sulu sandstone type uranium deposit

圖7 砂巖型鈾礦成礦半定量預測圖(采用蘇魯模型預測)Fig.7 The semi-quantitative prediction for sandstone type uranium deposit(based on Sulu prediction model)

2)蝕源區廣泛分布有含鈾較高的酸性--中酸性火山巖、侵入巖(如花崗巖、花崗閃長巖等),盆緣發育有較好的斷裂構造形成的地下水補給源,盆地中分布有局部構造,具備較好的補徑排水動力條件。

3)找礦目的層鈾含量較高,有砂巖型鈾礦點或航放異常分布,均產于砂巖及砂礫巖中,其中HFU--04異常一帶見明顯鈾礦化,地面伽馬能譜測量鈾含量及化學分析鈾含量較高;異常航放、地質特征均與蘇魯礦床相似;這些地段均為尋找該類型鈾礦提供了重要找礦線索。

4)有砂巖型鈾礦模型預測信息高值區(有利區)分布。

4.3.2 鈾找礦有利區特征

在整理、分析前人資料的基礎上,根據成礦預測結果,結合野外異常查證情況,本次篩選了干溝--伊寧砂巖型鈾找礦有利區1片。該區位于航測區南部伊犁盆地的北部,南距伊寧市最近處約12 km,總體呈近東西向展布,面積約410km2(圖8)。

該區出露中生界侏羅系、新生界新近系上新統(N2)及第四系(Q)。航放測量結果表明,該區鈾含量多在(2.4～3.6)×10－6,屬鈾含量偏高值--高值區,最高可達51.0×10－6。區內及附近分布著蘇魯小型鈾礦床和新城子、南臺子、干溝、皮里青、克山奇5個鈾礦點和HFU--01、04、05、09航放異常。查證結果表明異常多產于侏羅系砂礫巖與煤層接觸面處,地面伽馬能譜測量顯示鈾含量較高,其中HFU--04航放異常主要分布在與煤層接觸面上的侏羅系砂礫巖中,為鈾異常,地表鈾含量一般為(100～240)×10－6,最高為315×10－6,鉀、釷含量均較低。

圖8 干溝煤礦--伊寧縣北一帶鈾礦找礦有利區綜合顯示圖Fig.8 Maps of geology,uranium content and U/Th ration contour and the uranium prospects in Gangou coal mine-north Yining

在航磁ΔT化極等值線平面中可以看出該區總體位于從南部幅值較低且變化較為平緩的磁場向北部幅值較高且變化較為強烈的磁場過渡部位,總體以正磁場特征為主,場值多在150～350 n T,顯示出該區基底埋藏有北淺南深的態勢,有利于含鈾含氧水向盆內滲入,利于砂巖型鈾礦的形成。

綜上所述,該找礦有利區已發現小型鈾礦床(蘇魯鈾礦床)及數個鈾礦點及礦化點,地表鈾含量較高,多在(2.4～3.6)×10－6,構造位置有利,具有蘇魯鈾礦模型預測有利區特征,對區內分布的航放異常進行了異常查證,實地查證結果顯示區內具備一定的砂巖型鈾成礦地質條件,上述信息表明該區鈾成礦地質環境較為有利,是尋找砂巖型鈾礦的有利地段。

5 結論

1)HFU--04號異常產于上侏羅統齊古組底部的姜黃色砂礫巖層中,與泥巖、砂巖、煤互層,查證發現異常見明顯鈾礦化,礦化受層位、巖性控制,該異常是尋找含鈾煤砂巖型鈾礦的重要找礦線索。

2)區內發現的蘇魯、皮里青鈾礦,其礦化特征明顯,具有一定的分布范圍,研究區分布的上侏羅統齊古組底部砂礫巖及下覆地層中--下侏羅統水西溝群是砂巖型鈾礦找礦的有利層位。

3)研究區具備有利的構造、地層巖性、鈾源等鈾成礦條件,半定量預測結果顯示區內分布成礦有利度高值區帶,結合查證情況,篩選了干溝--伊寧1片鈾找礦有利區,是尋找砂巖型鈾礦的有利地段。