新疆伊宁北部地区含铀煤砂岩型铀矿找矿方向探讨

2021-04-18陈江源白强田宇卢亚运牛家骥石连成杨玉勤

铀矿地质 2021年2期

陈江源 ,白强 ,田宇 ,卢亚运 ,牛家骥 ,石连成 ,杨玉勤

(1.核工业航测遥感中心中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室),河北石家庄 050002;2.青海省核工业地质局,青海西宁810000)

砂岩型铀矿是国内重要的铀矿资源类型,随着核电的飞速发展,对铀资源的需求量持续增加,为了核电发展提供及储备更多的铀资源,因此加强砂岩型铀矿的勘查与开发是十分必要的[1--5]。伊犁盆地是我国重要的铀资源基地之一,目前在盆地南缘已发现了一系列大型砂岩型铀矿床,表明该地区具有良好的铀资源潜力[6--10]。前人已在伊犁盆地北缘开展了一定的铀矿地质勘查和科研工作,在伊宁地区及以西一带发现了苏鲁铀矿床、新城子、南台子、干沟、皮里青、克山奇5个含铀煤砂岩型铀矿点和众多放射性异常点带。

近几年采用半定量预测技术已在甘肃、新疆、内蒙、陕西等地开展铁、多金属及铀矿的成矿预测,用于圈定找矿有利区,且取得不错的效果,为下一步矿产勘查指明了方向。核工业航测遥感中心2016年在该区开展1∶5万航空物探磁、放调查工作,本文以伊宁北部地区为研究对象,在综合分析典型铀矿床的成矿地质条件、地球物理异常特征的基础上,建立砂岩型铀矿预测模型,结合异常查证情况,对该区进行了找矿远景区预测,探讨了找矿方向。

1 区域地质背景

据新疆地质志划分方案,研究区位于伊犁地块(Ⅲ4)伊犁山间坳陷(Ⅲ24)内[4--5]。该单元是在华力西褶皱基底之上,于三叠纪开始形成的山间坳陷。区域上地层包括尼勒克河组(S1na)、大哈拉军山组(C1d)、奥依曼布拉克组(C2o)、脑盖吐组(C2n)、铁木里克组(P2t)、小泉沟群(T2-3Xq)、八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、齐古组(J3q)、安集海河组(E2-3a)、上新统(N2)、第四系(Q)。侵入岩仅出露在研究区东北部,岩性为华力西中期第二次喷发二长花岗岩。石炭纪火山活动频繁剧烈,火山岩主要发育于大哈拉军山组(C1d)和脑盖吐组(C2n)中,以哈拉军山组(C1d)中火山岩分布最广,为一套中、酸性熔岩--火山碎屑岩建造[11](图1)。由于受中--新生代以来长期南北向挤压应力作用的影响,区内构造主要以近东西向的褶皱和东西、北西、北东向断裂为主[11]。

图1 伊宁北部地区地质简图Fig.1 Geology sketch of the northern Yining area

2 铀矿成矿条件

2.1 构造

自古生代以来,盆地基底和盖层长期处于挤压状态,导致盆缘断裂多次向盆内逆掩推覆,造成盆边形变并产生多级断裂,为铀源及含铀水活化运移和富集成矿,提供了有利的地质构造环境。

2.2 地层

区内铀矿床(点)、异常点主要产于中--下侏罗统水西沟群和上侏罗统齐古组中,矿化产于含砾粗砂岩和砂砾岩中,煤层中富含有机质等,与含铀煤型铀矿化同时存在,受层位控制。

在盆地北缘广泛发育潜水氧化带形成的煤岩型、泥岩型、砂岩型铀矿化,如苏鲁铀矿床[12]。铀矿化点分布的地层主要为侏罗系三工河组、西山窑组、齐古组。三工河组岩性主要为砂质泥岩及碳质泥岩,夹泥质页岩及薄煤层;西山窑组岩性主要为砂岩、泥岩及烧结岩;齐古组为一套干旱氧化条件下的砂砾互层沉积。盆地北缘侏罗系水西沟群分布在煤层及泥岩之间,发育多层砂体,单层厚5～50 m,结构疏松,透水性好,具备层间氧化带形成的地层结构条件。

2.3 水文地质

盆地北缘北部山区是地下水的主要补给区,山前准斜坡是地下水的主要迳流区,而盆地、中部平原区则是地下水的主要排泄区,总体构成一个完整的补、迳、排水动力系统。

区内地势呈北高南低的阶梯地貌,总体向伊犁河方向倾斜。主要含水层为第四系松散岩类孔隙潜水、承压水及碎屑岩类裂隙孔隙水。碎屑岩类裂隙孔隙水为中下侏罗统层间承压水,主要分布在街梁子、新城子及皮里青煤矿附近,因此该地段对后生水成铀矿较为有利[13]。

2.4 铀源

研究区及外围分布规模不等的华力西期花岗岩、花岗闪长岩,侵入古生界地层中,并受盆缘控盆断裂带夹持。基底地层及岩体含铀性好,其中石炭、二叠纪中酸性火山岩、华力西期花岗岩铀丰度值较高,花岗岩高达(5.4～20.9)×10－6,表明研究区具备良好的铀源条件。

3 典型铀矿床、铀异常区特征分析

3.1 苏鲁铀矿床

3.1.1 矿区地质特征

矿床位于研究区中部,处于北部断隆和中央洼陷的过渡部位,产于中--下侏罗统水西沟群含煤碎屑岩系中,该地带具有西部相对下陷东部相对上隆的构造环境,地层沉积厚度和埋深适中,是盆地铀成矿相对有利的地段。东侧见克山奇、皮里青两个铀矿点,西侧见新城子、南台子和干沟3个铀矿点(图2a)。

中新生界盖层与盆地基底多呈超覆不整合或逆冲断层接触,盖层由中--上三叠统小泉沟群(T2-3Xq)、中--下侏罗统水西沟群(J1-2Sx)、上侏罗统齐古组(J3q)及第四系组成。水西沟群顶板埋深一般在0～400 m 之间。所发现的铀矿化点、带均分布于该套地层中。其铀含量一般为3.3×10－6,最高达8×10－6,是主要的找矿目的层位。

3.1.2 成矿地质特征

中--下侏罗统水西沟群为一套在潮湿气候条件下形成的含煤碎屑沉积,含煤岩系由多个向上变细的旋回组成。煤系地层中煤层稳定、层数多、厚度大,有机碳含量较高(＞1%),在煤层或泥岩之间发育多层“砂体”,单层厚度多在10 m 左右,胶结疏松,透水性好。

由于断块的差异升降及不同级别断裂构造的切割,区内形成了北高南低的阶梯地貌,总体向伊犁河方向倾斜。在构造隆升和沉降的结合部位,岩层倾角较陡。向河谷、平原方向,产状很快变缓。构造由陡变缓的部位,由于地下水的流速降低,出现滞流区,有利于铀的沉淀、富集。

铀矿化赋存于中--下侏罗统煤系地层中的砂体中部及上侏罗统齐古组的底部砂砾岩层中,矿体呈层状、板状、透镜状。铀以吸附状态存在,矿体基本上由地表或地下水淋滤堆积而成。煤系地层中富含黄铁矿、菱铁矿、碳质等还原物质,存在泥--砂--泥结构,具备发育层间氧化带型铀矿化的条件。

3.1.3 航磁特征

磁场反应了伊犁盆地北缘基底的情况。从苏鲁铀矿区航磁ΔT化极等值线图看,新城子--南台子--干沟--苏鲁--比里克奇--喀山奇以北为高正磁场,是磁性基底的前缘位置,铀矿床即处于磁性基底的前缘位置。由于该磁性基底为火山岩,铀源丰富,不排除有底部铀源对成矿的控制影响(图2b)。

3.1.4 航放特征

在航放铀含量等值线平面图上,新城子--南台子--干沟--苏鲁--皮里青--克山奇以北为众多放射性高场偏高场分布区,南台子、干沟、苏鲁、皮里青、克山奇附近更有放射性高场点分布。这些放射性高场点一方面反应了该地具有放射性元素聚集的地球化学环境,同时对寻找放射性矿产提供了指示作用(图2c)。

3.2 HFU--04异常特征分析

3.2.1 异常区地质特征

异常区位于研究区中东部,产于上侏罗统齐古组(J3q)中(图3),周边出露地层有上侏罗统齐古组(J3q),岩性为砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、泥岩;中侏罗统西山窑组(J2x),岩性为泥质粉砂岩、泥岩夹煤层(图4a),褐红色、灰色泥岩、灰黄色泥质粉砂岩、砂砾岩呈互层结构,产状较为平缓(图4b);第四系以灰色松散堆积物碎石、土黄色砂土为主。实地观测异常高值区主要分布在煤表层上的姜黄色砂砾岩中,且矿化蚀变强烈,矿化主要有褐铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化,蚀变以绿泥石化为主,少量水云母化和高岭石化。

3.2.2 异常区物化探特征

地面伽马总量特征:异常形态为等轴圆状,轴长约200 m,背景场为8～50 nC/(kg·h),异常高值区为200～800 nC/(kg·h),异常最大值为1 603 nC/(kg·h)。

地面伽马能谱特征:测量结果显示总道、铀道尖峰异常明显,幅值较高(图5)。经异常实地查证认为:放射性高值区对应平距600～760 m 处煤层与砂砾岩接触面,铀含量最大值为315×10－6;测线南部放射性含量均较低,对应煤层出露区。这些表明该异常与煤表层吸附铀元素富集密切相关。

图2 苏鲁铀矿床区域地质、航磁和航放特征综合显示图Fig.2 Maps of regional geology,aeromagnetism and aeroradioactivity around Sulu uranium deposit

图3 异常区及周边地质简图Fig.3 Geological sketch of Anomaly HFU-04 and the surrounding area

地球化学特征:野外查证时取岩石样两个,经分析铀含量最高为697.40×10－6。此外,在过异常中心点L1线剖面上取土壤样共计21 个,经分析后统计,铀含量背景值为3.14×10－6,均值为4.12×10－6,最大值为17.62×10－6。从分析结果可以看出:异常地段具有明显铀含量增高显示,局部地段铀含量很高,对应岩性为姜黄色砂砾岩,附着在煤的表层,分析认为该异常是寻找砂岩型铀矿的有利线索。

3.2.3 异常评价

图4 异常区岩石野外观察特征Fig.4 The outcrop feature of the anomaly area

异常位于伊犁盆地北缘,产于上侏罗统齐古组(J3q)中,在煤层及砂砾岩、含砾砂岩接触面上铀异常突出,认为由煤表层吸附铀元素所致,但在异常区周边出露的砂砾岩及含砾砂岩中能谱测量及土壤化探分析铀含量均较高,尤其化探分析铀含量最高近万分之七,已达工业品位。异常区具备“泥--砂--煤”互层结构,异常区外围北部出露安山岩、流纹岩及凝灰岩等,且通过岩(矿)石放射性参数测量显示该类岩石铀含量较高,东部发育花岗岩体,表明铀源物质丰富。苏鲁--皮里青地带,可控源测量成果表明,其地层产状平缓,构成了局部斜坡地带。特别是F1号断裂以北,水西沟群的顶板解译埋深一般在100～270 m 之间[13],较为适中,是找矿的有利地带。综合分析认为齐古组底部砂砾层及下覆地层水西沟群地段具有较好的找矿潜力。

4 铀成矿预测

半定量预测技术是核工业航测遥感中心从俄罗斯引进的一项新技术,经近几年生产应用,又融入新的预测参数,使之不断得到完善,应用效果较好[14--17]。

图5 HFU-04-1线地面伽马能谱测量剖面结果及地质剖面图Fig.5 The ground gamma spectrum measurement curve and geological section along line HFU-04-1

建模预测原理是通过分析已知矿床与物理场的关系,调整两者之间的相关系数、有利信息面积比等参数进行建模。再将所有参量进行信息叠加分析,生成成矿有利度评价参量,并将成矿有利度高的地段作为该类型矿床最有可能成矿远景区。预测流程包括数据准备、位场转换、模型建立、信息叠置预测、制图输出这5大部分。

4.1 模型建立

针对2016年航空物探测量整个测区的铀矿床、矿点分布特征,本次选用航放钾、铀、钍和航磁4种信息源,建立了苏鲁砂岩型铀矿床航放、航磁、物理--数学模型,模型比例尺1∶5万。矿床物理数学模型参数见表1。

从表中可见,建模涉及的参量较多,包括相应场的平均值、局部异常、水平梯度模、垂向导数、熵、偏度、峰度、向上延拓,根据以往对已知铀矿建模较好效果的试验经验,最终选定面积比在0.2～0.3之间、费歇判据大于60为建模参量。最终苏鲁铀矿预测模型选用参量为24种,包括4种钾信息、6种铀信息、4种钍信息、4种磁信息和5种重力信息。从模型显示图(图6)上来看,苏鲁矿床及周边成矿有利度较高。

4.2 成矿预测

将与模型有同样显示的地段作为成矿有利地段,可将成矿有利度高值区作为筛选远景区的重要依据之一。通过对航测区进行半定量预测(图7),根据苏鲁砂岩型铀矿床模型计算得到成矿有利度≥8的等值线图,成矿有利度高值区主要位于霍城--伊宁一带,呈近东西向带状,东部向伊宁县东南部延伸;其次霍城县前进公社周边也有零星分布。等值线分布特征与砂岩型铀矿有较好的对应关系,苏鲁铀矿床、干沟铀矿点、南台子铀矿点、新城子铀矿点等砂岩型铀矿床(点)均位于成矿有利度大于8 的区域内,说明区内成矿有利度大于8是砂岩型铀矿找矿有利部位。

4.3 铀找矿有利区分析

4.3.1 找矿有利区划分原则

1)位于中新生代盆地内,河湖相地层发育,具备较好的泥砂泥结构,地层中含有丰富的有机质。

表1 苏鲁铀矿床航放、航磁、重力物理--数学模型参数表Table 1 Physical and mathematical model of aeroradioactive-aeromagnetic-gravity parameters of Sulu uranium deposit

图6 苏鲁砂岩型铀矿床模型显示图Fig.6 Metallogenic favorability around Sulu sandstone type uranium deposit

图7 砂岩型铀矿成矿半定量预测图(采用苏鲁模型预测)Fig.7 The semi-quantitative prediction for sandstone type uranium deposit(based on Sulu prediction model)

2)蚀源区广泛分布有含铀较高的酸性--中酸性火山岩、侵入岩(如花岗岩、花岗闪长岩等),盆缘发育有较好的断裂构造形成的地下水补给源,盆地中分布有局部构造,具备较好的补径排水动力条件。

3)找矿目的层铀含量较高,有砂岩型铀矿点或航放异常分布,均产于砂岩及砂砾岩中,其中HFU--04异常一带见明显铀矿化,地面伽马能谱测量铀含量及化学分析铀含量较高;异常航放、地质特征均与苏鲁矿床相似;这些地段均为寻找该类型铀矿提供了重要找矿线索。

4)有砂岩型铀矿模型预测信息高值区(有利区)分布。

4.3.2 铀找矿有利区特征

在整理、分析前人资料的基础上,根据成矿预测结果,结合野外异常查证情况,本次筛选了干沟--伊宁砂岩型铀找矿有利区1片。该区位于航测区南部伊犁盆地的北部,南距伊宁市最近处约12 km,总体呈近东西向展布,面积约410km2(图8)。

该区出露中生界侏罗系、新生界新近系上新统(N2)及第四系(Q)。航放测量结果表明,该区铀含量多在(2.4～3.6)×10－6,属铀含量偏高值--高值区,最高可达51.0×10－6。区内及附近分布着苏鲁小型铀矿床和新城子、南台子、干沟、皮里青、克山奇5个铀矿点和HFU--01、04、05、09航放异常。查证结果表明异常多产于侏罗系砂砾岩与煤层接触面处,地面伽马能谱测量显示铀含量较高,其中HFU--04航放异常主要分布在与煤层接触面上的侏罗系砂砾岩中,为铀异常,地表铀含量一般为(100～240)×10－6,最高为315×10－6,钾、钍含量均较低。

图8 干沟煤矿--伊宁县北一带铀矿找矿有利区综合显示图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化极等值线平面中可以看出该区总体位于从南部幅值较低且变化较为平缓的磁场向北部幅值较高且变化较为强烈的磁场过渡部位,总体以正磁场特征为主,场值多在150～350 n T,显示出该区基底埋藏有北浅南深的态势,有利于含铀含氧水向盆内渗入,利于砂岩型铀矿的形成。

综上所述,该找矿有利区已发现小型铀矿床(苏鲁铀矿床)及数个铀矿点及矿化点,地表铀含量较高,多在(2.4～3.6)×10－6,构造位置有利,具有苏鲁铀矿模型预测有利区特征,对区内分布的航放异常进行了异常查证,实地查证结果显示区内具备一定的砂岩型铀成矿地质条件,上述信息表明该区铀成矿地质环境较为有利,是寻找砂岩型铀矿的有利地段。