闫晶晶，贾为卫，黄松

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

目前在准噶尔盆地南缘山前坳陷断褶带中-新生代地层中已发现了多个铀矿（化）点及异常点，均位于山前第一排构造带，含矿层位为白垩系和侏罗系。多年来在地质工作者共同努力下，在准噶尔盆地构造演化、地层沉积、古气候演化等与砂岩型铀成矿的关系方面取得了大量研究成果。张弛等［1］通过对盆地南缘构造演化与侏罗系沉积演化的分析，认为构造与古气候共同控制着南缘的沉积体系演化，古气候由温暖湿润向半干旱-干旱转变，晚侏罗世构造隆升至顶峰，对气候的分割作用凸显；陈正乐等［2］依据盆地南缘砂岩型铀矿的展布规律及其成矿条件的分析，提出了铀成矿“构造优先权”的构造控矿模式，且第一排构造带具有较好的找矿前景；何中波等［3］通过综合分析了准噶尔盆地中-新生代构造沉积演化对砂岩型铀成矿的控制作用，认为在潮湿或半潮湿古气候环境下有利于砂岩型铀矿含矿建造的发育，构造活动期次及强度控制铀矿化发育时间、期次及保存与破坏；周天琪等［4］通过对盆地南缘中段侏罗系重矿物的研究，认为北天山是头屯河组沉积物源区；王国荣等［5］研究认为硫磺沟地区头屯河组辫状河相的厚大砂体是砂岩型铀成矿载体，且控制了工业铀矿化的空间分布；刘章月等［6］通过恢复准噶尔盆地南缘构造抬升剥蚀量，认为硫磺沟地区发育冲隆-掀斜型盆山耦合方式，对铀成矿的保存较为有利；秦明宽等［7］和耿英英等［8］对准噶尔盆地南缘的铀成矿环境和找方向也进行了总结和评述。近年来，核工业二一六大队在准噶尔盆地南缘硫磺沟地区侏罗系铀矿找矿工作取得较大进展，本文依据最新的勘查成果，并结合盆地南缘构造演化的最新研究，分析了中-新生代构造演化各阶段的特征，探讨了构造演化与砂岩型铀成矿的关系，为构建该区的铀成矿模式和明确下步铀矿勘查方向提供参考。

1 区域地质概况

准噶尔盆地南缘（以下简称准南）位于准噶尔盆地（以下简称准盆）与北天山的结合部位，是长期发育、多期叠合的继承性构造带，西起乌苏，东至乌鲁木齐，南与依林黑比尔根山相邻，北至盆地腹部中央坳陷，由四棵树凹陷、齐古断褶带、霍玛吐背斜带、呼安背斜带和阜康断裂带5 个二级构造单元组成［4］（图1a）。硫磺沟地区位于准噶尔盆地南缘齐古断褶带第一排构造带东段的喀拉扎构造带。该构造带由北部的硫横沟背斜、南部的喀拉扎背斜、东部郝家沟凸起组成，褶皱构造发育于喀拉扎山以南，凸起位于头屯河以东。

图1 准噶尔盆地南缘构造分区图（a）及硫磺沟地区地质图（b）Fig.1 The structural zoning map in the southern margin of Junggar Basin（a）and the geological sketch of Liuhuanggou area（b）

硫磺沟地区中-新生代地层均有出露（图1b），三叠系主要为陆相碎屑沉积，侏罗系发育齐全，不整合于三叠系之上，内部为整合接触关系，以大套河湖相碎屑岩为特征，自下而上分别为八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）、齐古组（J3q）和喀拉扎组（J3k）。八道湾组为含煤地层，主要为河流、沼泽相沉积；三工河组以稳定的湖相沉积为主，少量冲积扇相、三角洲相沉积；西山窑组为一套冲积扇相、河流相、三角洲相沉积，是工业煤的产出层位；头屯河组顶部以杂色为主，条带明显，中下部呈灰色、灰绿色，沉积环境由早期的辫状河转入晚期的曲流河沉积环境［5］，是本区的赋铀层位；齐古组为河湖相碎屑原生红色沉积；喀拉扎组的砾石主要由再旋回沉积的古生代地层构成，反映出天山隆升造成的快速剥蚀和近源沉积［4］。下白垩统吐谷鲁群为大套河湖相杂色碎屑岩沉积，下与喀拉扎组不整合接触，上与以红色碎屑岩为特征的东沟组整合或平行不整合接触。古近系-新近系为一套河湖相碎屑岩、泥岩、砂质泥岩夹砂岩沉积。第四系层位发育较齐全，由砾石层、砂土、砾石、淤泥、盐渍化亚砂土、风成砂沉积组成。

2 准南中-新生代构造演化阶段的划分

中-新生代以来准盆经历了陆内坳陷和再生前陆盆地两大构造-沉积演化阶段［2］。自三叠纪开始准盆进入坳陷发展阶段，经历了印支期、燕山期较为强烈的构造运动，边缘初步形成断褶带，盆地整体逐渐抬升接受剥蚀夷平，处于沉降-抬升的振荡模式发育；新生代时期喜玛拉雅运动在盆地南缘留下了成排成带的背斜及断裂，造成了盆地的整体抬升，沉积凹陷收缩到盆地南缘。与铀成矿相关的构造演化可分为4 个阶段：早-中侏罗世稳定坳陷沉降阶段（目的层形成阶段）、晚侏罗世-早白垩世挤压隆升阶段（铀的活化迁移阶段）、晚白垩世-古近纪弱伸展阶段（铀成矿阶段）、新近纪以来强烈构造挤压与快速隆升阶段（构造改造阶段）。

2.1 早-中侏罗世稳定坳陷沉降阶段

早-中侏罗世，准南构造环境由早期以弱伸展为主转变为晚期以冲断挤压坳陷沉降为主［1］，古气候属亚热-温湿性气候，部分时期向干旱气候波动［3］。早-中侏罗世早期，天山地区为准平原化状态，准盆以稳定坳陷沉降为主，沉积范围广，气候温暖潮湿，植被繁盛，沉积了以湖泊、河流-沼泽相为主的中-下侏罗统含煤碎屑岩建造，其中西山窑组沉积以广阔的三角洲平原沉积为特征，属于温干偏湿润气候；中侏罗世晚期，头屯河组沉积期开始，受燕山期北天山冲断作用的影响，盆地周缘差异升降运动逐渐增强，准南由相对稳定的坳陷环境向挤压环境转变，物源区由西山窑组沉积期的中天山向北迁移到北天山，沿北天山断裂带伴随一定火山活动，头屯河组沉积环境也由早期的温干偏湿润气候渐变为晚期的干旱-半干旱环境［5，9-10］。

2.2 晚侏罗世-早白垩世挤压隆升阶段

晚侏罗世，准南整体处于挤压构造环境中，并随着天山及山前地带的隆升，中-下侏罗统发生抬升和掀斜，在山前形成大规模的盆缘斜坡带［11］，盆地收缩，盆地边界退至北天山，侏罗纪盆地充填结束［12］。齐古组沉积时期，天山北缘缓慢抬升，准南开启挤压状态，在山前地带以北发育背斜隆起，主要发育曲流河与泛滥平原沉积，气候趋于干旱；喀拉扎组沉积时期，构造活动最为强烈，造山带内部挤压冲断作用增强，中‒下侏罗统含煤碎屑岩建造发生抬升和掀斜，开始形成背斜的雏形，且广泛发育褐红色冲积扇沉积［12-14］，构造隆升和气候的干旱化达到顶峰［11］。早白垩世沉积时期，构造活动趋于稳定，盆地快速沉降，气候由晚侏罗世的干旱气候转变为湿润，发育滨浅湖沉积［3，12］，受构造活动和干旱气候的共同作用下，造成上侏罗统与下白垩统不整合接触关系［4］。

2.3 晚白垩世-古近纪弱伸展阶段

晚白垩世—古近纪，准南处于弱伸展背景下的稳定坳陷盆地形成阶段，为燕山运动的末期。晚白垩世的构造隆升事件为冈底斯地块和拉萨地块发生碰撞的增生作用，此阶段北天山-准南地区形成多个逆冲断片，剥蚀进一步加剧，沉积环境由早白垩世的滨浅湖相突变到晚白垩世的河流相［15］。古近纪稳定坳陷构造阶段沉积了古-始新统紫泥泉子组、渐新统安集海河组的陆相碎屑岩系，地层普遍较薄且岩性较细，分布范围广，地层间为整合接触。古近纪早期气候炎热、环境干旱，晚期温暖潮湿［16］。古近系与白垩系基本上为整合接触，沉积中心位置上下叠置，具有继承性特征，整体表现为比较稳定的缓慢沉降，沉积范围相比于侏罗系明显减小。

2.4 新近纪以来强烈构造挤压与快速隆升阶段

新近纪以来，受印度和欧亚板块碰撞的远程效应影响，北天山快速隆升，并向北冲断推覆，使准盆南部遭受挤压发生弯曲沉降，充填厚层的新近系-第四系，靠近山前沉积厚度大，向前陆方向逐渐减薄［17］。受自南向北挤压作用的影响，齐古断褶带发育逆冲断层和构造楔［18］，喀拉扎背斜继续向北滑动，褶皱进一步加剧，造成喀拉扎向斜的独山子组在北部急剧变陡，倾角由1°～5°变为近45°。

3 构造环境对赋铀建造的影响

3.1 对侏罗系砂岩碎屑组分和成熟度的影响

构造活动导致的隆升-剥蚀作用对砂岩碎屑成分起到主导作用，并控制砂岩碎屑成分的分布特征和差异［19］。研究区侏罗系砂岩成分成熟度不高，岩屑占比较高，以火山岩为主，石英占比低。八道湾组成分成熟度较高，石英占比变化小（55%～58%，平均值为57%），岩屑以火山岩为主，变质岩和沉积岩岩屑占比偏小；三工河组和西山窑组成分成熟度有所降低，火山岩岩屑占比有所降低，变质岩和沉积岩岩屑相对增加；头屯河组以石英为主（14%～62%，平均值为42%），岩屑占比为6%～69%，平均值为26%（表1），以火山岩岩屑占据优势，并含少量变质岩和沉积岩岩屑；齐古组和喀拉扎组中成分成熟度有所降低，岩屑中以火山岩岩屑为主，变质岩岩屑占比降低，沉积岩岩屑有所升高。由此推测本地区晚侏罗世时期构造运动相对活跃。

表1 研究区侏罗系砂岩碎屑矿物含量统计表Table 1 Statistics on clastic mineral content of Jurassic sandstone in the study area

本区赋铀地层为头屯河组，岩性以岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩，部分为长石砂岩，且砂岩中常含火山岩砾石，分选性中等-较差，砾石呈次棱-次圆状，结构成熟度不高，多为颗粒支撑接触-孔隙式胶结。这些特征反映出早-中侏罗世随着天山造山带的长期剥蚀，大面积的深成侵入体出露地表；中-晚侏罗世的燕山运动使作为物源区的天山造山带构造隆升，在头屯河期辫状河环境的较强水动力条件下，砂岩沉积物中长石碎屑取代岩屑而占重要地位［5］。

含矿砂岩中长石出现明显的黏土化，碎屑颗粒边缘出现明显的溶蚀作用（图2），孔隙发育，提高了砂岩的孔渗性能，整体上含矿砂岩的渗透性大于围岩，这有利于砂岩型铀成矿作用的发育，这对头屯河组中铀矿化的富集创造了有利条件。

图2 含矿砂岩碎屑边缘溶蚀作用（正交偏光，方解石经茜素红溶液染色变红）Fig.2 Dissolution of clastic edge of ore bearing sandstone（cross polarization，calcite turns red after alizarin red solution staining）

3.2 对主含矿层岩性岩相的影响

头屯河组沉积早期，受南部天山的构造隆升作用，致使山前冲积平原的地形坡度较陡，水动力条件较强，物源供给充足，粗粒沉积厚度大，河道迁移频繁。头屯河组下段沉积厚层含砾粗砂岩、粗砂岩及砂砾岩，砂体多发育大型槽状、板状及块状层理。垂向上，常由多个单层砂体相互叠置组成厚大复合砂体，沿倾向及走向稳定分布有厚大辫状河相砂体，缺少细碎屑，砂体的渗透性、连通性较好，为本区砂岩型铀矿的发育奠定了优越的赋矿空间；河道砂体内部大量分布有炭化植物茎干和硅化木，砂岩颜色为灰色、深灰色，泥岩颜色为灰色、灰绿色，代表了还原环境，在古气候环境上表现为早期湿润的气候环境。头屯河组中期受基准面上升、物源供给减少、地形坡度变缓、气候逐渐干旱等因素的影响［1］。头屯河组上段垂向上砂泥频繁互层，砂体侧向尖灭快，泥岩厚度变大，泥岩颜色由灰色和灰绿色逐渐过渡为紫色、褐红色，呈现为灰绿色、灰色与紫色、褐红色的交替，泥岩中发育水平纹层，沉积体系由辫状河体系向中晚期的曲流河体系演化［5］，表明构造活动逐步减弱，气候由湿润向干旱变化，水动力条件由强变弱，携带物源区碎屑能力降低。

晚侏罗世以后，受构造隆升和剥蚀事件的影响，侏罗系被抬升掀斜，并长期处于相对稳定的斜坡带，为含氧含铀水的渗入提供了良好条件。

4 构造演化与铀成矿

4.1 早-中侏罗世稳定坳陷沉降阶段的铀预富集

南缘昌吉凹陷为侏罗系的主沉积中心，头屯河组沉积了多套有利于铀成矿的岩性岩相组合，北天山为头屯河组的沉积提供了充足的物源。前人对天山地区中酸性火山岩、火山碎屑岩和花岗岩体中铀质量分数的研究表明，其平均值大于3×10-6，个别花岗岩铀质量分数达9.45×10-6，平均值高达6.13×10-6［8］，具备有利赋铀地质体特征。

侏罗系砂体原始铀含量高低可判断地层含铀性，本次样品以钻孔岩心采集为主，次为地表样品，铀含量为地球化学样品分析中的微量铀质量分数，并剔除位于铀异常段样品计算各地层平均值。通过铀含量统计结果显示，八道湾组和头屯河组砂体含铀性好（表2）。目前侏罗系只在头屯河组中揭露工业铀矿体，且主要赋存在岩屑长石砂岩中；头屯河组灰色砂岩平均铀含量高于黄色砂岩，说明头屯河组在接受北天山物源区碎屑物沉积时期，就有早期铀的预富集。

表2 研究区侏罗系铀含量统计表Table 2 Uranium content in Jurassic strata in the study area

通过近年钻孔揭露情况分析，头屯河组砂体中多发育大量的煤质沥青、黄铁矿及炭屑，特别是较高品位矿化段砂体有机质含量普遍较高，富矿体多呈深灰色、黑灰色（图3），有机质含量越多、铀成矿的可能性越大，煤质沥青、黄铁矿及炭屑共存地段铀矿化更富集，说明含矿主砂体具有较强的还原能力，为沉积期后成矿阶段活性铀的沉淀富集提供了还原介质。

图3 富铀矿石手标本及镜下照片（单偏光）Fig.3 Hand specimen and microscopic photograph（monopolarization）of uranium rich ore

4.2 晚侏罗世-古近纪挤压隆升和弱伸展阶段的氧化-成矿

晚侏罗世—早白垩世，强烈的构造抬升和剥蚀，形成下白垩统与上侏罗统之间的区域性不整合面，中-下侏罗统（目的层）被掀斜、暴露地表，形成区域性的斜坡带；区内主断裂喀拉扎断裂开始形成，控制了其北部中-下侏罗统掀斜，形成本区南北两个斜坡带。同时，气候环境由潮湿型转变为干旱-半干旱的变化，为铀的活化与迁移提供了便利条件，有利于含氧含铀水的渗入，易形成层间氧化带型铀矿体。

晚白垩世—古近纪，准南整体处于相对稳定的构造环境，这有利于含铀含氧水进入地层形成地下水循环系统，形成层间氧化带的同时，活性铀进入层间地下水，在含矿建造中还原剂的作用下，发生沉淀和富集（图4）。

图4 研究区构造演化与铀成矿过程示意图Fig.4 Schematic diagram of structural evolution and uranium metallogenic process in the study area

研究区侏罗系砂体展布受喀拉扎向斜和硫磺沟背斜控制，地面构造显示为简单的单斜形式。头屯河组主要出露于喀拉扎背斜南翼、东部转折部位和硫磺沟背斜两翼。侏罗系层间氧化带主要发育于中侏罗统头屯河组，总体呈北东走向，东段地表氧化带埋深浅，钻孔揭露氧化深度通常小于50 m，往西氧化带特征表现为薄层不均匀氧化的特点，深部未揭露到氧化带。万家窑地段氧化带往南西沿至哈萨坟地段地表氧化强度逐渐增强，从哈萨坟至楼庄子地段逐渐变为过渡带，往深部延伸完全变为灰色还原带。目前揭露到的工业铀矿体均分布于灰色还原带及还原带西段，赋存于头屯河组中下段灰色、深灰色含砾粗砂岩、砂砾岩、粗砂岩中，含矿砂体厚132～168 m，均为灰色、深灰色，为辫状河相沉积砂体，砂体中少见隔水层。通过全岩U-Pb 等时线法测定楼庄子矿点铀成矿年代为（53±5）Ma，表明头屯河组铀矿主成矿期为古近纪始新世时期［20］。

4.3 新近纪以来强烈构造挤压与快速隆升阶段的后期改造

新近纪以来，准南快速隆升-剥蚀过程中，造成盆地南缘山前的强烈变形褶皱，使得侏罗系抬升-剥蚀较强烈，风化严重，大部分早期形成的层间氧化带型铀矿体被抬升至地表而被强烈剥蚀或改造，形成现今的位于硫磺沟背斜北翼的小北沟矿体被抬升，而背斜南翼的大沙沟矿体则剥蚀殆尽，万家窑地段的层间氧化带和前期富集的铀矿体被抬升剥蚀。在构造抬升相对缓和地段，地表可见较好的层间氧化带，并有部分矿体出露地表（硫磺沟矿点、万家窑矿化点），部分氧化带和矿体被保留（楼庄子地段矿体）。

根据揭露砂体氧化发育程度及铀矿化分布位置，结合地表铀异常赋存特征，含矿目的层头屯河组抬升地表，钻孔揭露以氧化还原过渡带部位为主，部分地段铀矿化出露地表被剥蚀，整体铀矿化埋深较浅。在时间上，齐古断褶带和盆地深层褶皱形成于中新世初期（23 Ma），霍玛吐断层发生在中新世末期（7 Ma），呼图壁背斜形成于第四纪［19］，说明地质构造对研究区存在不间断的持续改造，强烈的构造挤压与抬升剥蚀使早期形成的层间氧化带型铀矿体被抬升至地表而被强烈剥蚀或改造，在构造抬升相对缓和地段，地表可见较好的层间氧化带，并有部分矿体出露地表。空间上，区内铀矿化集中产于喀拉扎向斜南翼和硫磺沟背斜两翼，受构造隆升影响目的层不断抬升出露地表形成有利的单斜带，接受后生氧化改造，为后期含铀含氧水的渗入提供了有利条件，故铀矿化形成于构造活动强烈区内构造运动相对稳定缓和的部位。

5 结论

1）早-中侏罗世时期，准噶尔盆地南缘为稳定的坳陷沉降阶段，头屯河组形成了稳定、厚大具有富含还原介质的辫状河砂体，在接受天山碎屑物质沉积时期，地层中形成了早期的铀预富集。

2）晚白垩世—古近纪为铀成矿的氧化-成矿阶段，晚侏罗世-早白垩世时期的挤压隆升，中-下侏罗统被抬升和掀斜，有利于含氧含铀水的渗入，以及古气候环境的变化，为蚀源区富铀地质体中的铀活化与迁移创造了有利的条件；晚白垩世—古近纪时期，南缘缓慢沉降和相对稳定的构造环境，有利于铀成矿作用的持续进行，活性铀在含矿建造中还原剂的作用下发生沉淀和富集，主要富集在有机质含量高的含砾粗砂岩、粗砂岩及砂砾岩中，主成矿时期为古近纪始新世时期。

3）新近纪以来，强烈的构造抬升造成了准噶尔盆地南缘山前强烈的变形褶皱，对前期所富集的铀矿体被抬升和剥蚀，对早期铀矿以破坏作用为主，局部地段具有一定的叠加富集性质。

致谢：核工业二一六大队正高级工程师王国荣在成文过程中提供了指导和帮助；审稿专家对本文进行了认真的审阅，提出了修改意见，谨此致谢！