『壹』 新疆洪海溝鈾礦床
羅星剛1師志龍2康勇1邱餘波1王新華1李家金1
（1．核工業二一六大隊，新疆烏魯木齊 830011;2．中核集團地礦事業部，北京100013）
[摘要]洪海溝鈾礦床是繼庫捷爾太、扎吉斯坦、烏庫爾其和蒙其古爾鈾礦床後核工業二一六大隊在伊犁盆地南緣發現的第五個砂岩型鈾礦床，是「十二五」期間在伊犁盆地南緣的重要找礦勘查成果。中侏羅統西山窯組上段為主要賦礦層，中侏羅統頭屯河組找礦工作取得較大進展，第十二煤層鈾資源量達大型。為伊犁盆地南緣下一步找礦工作提供了新的線索。
[關鍵詞]洪海溝鈾礦床；中侏羅統；鈾礦化特徵
洪海溝鈾礦床位於新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州察布查爾錫伯自治縣，距伊寧市60km，區內各鄉鎮之間均有簡易公路相通，各村莊及各牧業點之間均有便道可通行汽車，交通較方便。
1發現和勘查過程
1.1探索查證工作
1991～1995年，核工業二一六大隊在洪海溝—烏庫爾其地段進行了為期5年的普查工作，在洪海溝地區侏羅系發現有較好的層間氧化帶線索，為洪海溝鈾礦床後期的勘探工作奠定了基礎。但考慮到項目總體安排及鑽孔施工深度的問題，未能對洪海溝地區進行進一步控制[1]。
1.2鈾礦預查工作
2005～2007年，首先通過整理前人的資料，對其進行重新認識，對已有的鑽孔資料進行深入分析研究，調整以Ⅰ—Ⅱ旋迴為重點的工作部署為Ⅰ—Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ旋迴並重，並對中上三疊統小泉溝群進行適當探索。後期工作重點調整為工作程度低、成礦前景好的Ⅶ旋迴，對其他旋迴進行補充工作。通過鑽探查證，在洪海溝地段Ⅶ旋迴初步控制了長約3.2km、寬100～250m的鈾礦帶，首次在Ⅷ旋迴發現了富含有機質的原生灰色砂體、層間氧化帶及工業鈾礦化，為伊犁盆地南緣擴大找礦遠景提供了新的層位。完成鑽探工作量32923m，施工鑽孔79個，發現工業鈾礦孔13個、礦化孔26個，鈾資源量達中型規模[2]。
1.3鈾礦普查工作
2008～2012年，為大致查明礦床的地質特徵，提交鈾資源量，落實可供詳查的礦產地，按照「探索、擴大和控制」的原則，對洪海溝地區進行普查工作。大致查明了頭屯河組、西山窯組地層層序、岩相、岩性、岩石結構構造；大致查明了含礦砂體結構、埋深、產狀、規模與分布。大致查明了賦存於中侏羅統的鈾礦體，在伊犁盆地南緣又落實了一個中型礦床，是伊犁盆地找礦的一個重大進展。其中砂岩型資源量可達中型規模，煤岩型資源量可達大型規模[3]。為下一步詳查工作奠定了基礎，並為伊犁盆地南緣的鈾找礦開拓了新的層位。
2礦床基本特徵
2.1地層特徵
礦區內中新生代蓋層不整合覆蓋於石炭系或二疊系中酸性火山岩、火山碎屑岩之上，中新生代蓋層沉積較齊全，自下而上由中上三疊統小泉溝群（T2-3xq）、中下侏羅統水西溝群（J1-2sh）陸相含煤碎屑岩建造、中侏羅統頭屯河組（J2t）河流相沉積、新近系（N）和第四系（Q）沖洪積物組成。鈾礦化分別賦存於八道灣組（Ⅱ旋迴）、西山窯組下段（Ⅴ旋迴）、西山窯組上段（Ⅶ1、Ⅶ2旋迴）及頭屯河組下段（Ⅷ1旋迴）4個層位的層間砂體中（圖1）。
八道灣組（J1b）：對應於水西溝群Ⅰ—Ⅳ旋迴，厚度約124m。下部為灰色、灰白色礫岩；中部以灰色含礫粗砂岩、粗砂岩及少量砂礫岩為主，砂體較厚；上部為灰色、灰白色中粗砂岩、細砂岩、粉砂岩、粉砂質泥岩、泥岩，頂部為第五煤層，煤層厚1.80～3.50m，相對穩定，為區域標志層。鈾礦化產於中下部的砂岩中。
西山窯組（J2x）：對應於水西溝群
圖1 洪海溝地區中—新生界地層綜合柱狀圖
頭屯河組（J2t）：通過對洪海溝地區西山窯組上段砂體厚度、砂體厚度與地層厚度比值、煤層厚度與地層厚度比值的統計，並進行綜合分析，認為中侏羅統頭屯河組形成時的古地理格局，中部為東西向的曲流河道，河道兩側為河漫灘，河漫灘外側為洪泛平原。地層厚度一般在80m左右，岩性主要為灰色含礫粗砂岩，以灰色、紅色為主的雜色泥岩、粉砂岩，夾不穩定的紅色粗砂岩，局部含薄層煤，總體上呈下粗上細的正韻律結構。產出砂岩型和煤岩型工業鈾礦化。
2.2構造特徵
洪海溝鈾礦床位於伊犁盆地南緣斜坡帶西部構造相對穩定區，屬於次級構造單元洪海溝西部凹陷，礦區總體呈傾向北偏西的單斜產出，傾角一般5°～13°。局部發育一些小的撓曲，使岩層傾角在小范圍內（100～300m）變陡，傾角變為16°～23° （圖2）。
圖2 洪海溝鈾礦床單斜地層產出剖面示意圖
1—第四系；2—新近系；3—中侏羅統頭屯河組；4—中侏羅統西山窯組上段；5—中侏羅統西山窯組中段；6—中侏羅統西山窯組下段；7—洪積物；8—泥岩；9—砂岩；10—煤層；11—層間氧化帶；12—鑽孔；13—砂礫岩
2.3水文地質特徵
2.3.1地下水補－徑－排體系
礦床內第四系、新近系覆蓋分布廣泛，厚度較大。礦床東側發育一條南北向沖溝（洪海溝），屬常年性地表徑流，洪峰期流量最大可達13×104 m3/d。地下水主要接受洪海溝地表水及第四系潛水的入滲補給。礦區北部金泉鄉、六十七團發育的一條隱伏斷裂是盆地淺層地下水以及侏羅系地下水的主要排泄區。
主要含礦含水層J2x3的補給窗口位於110勘探線以東，其補給窗口的面積約為1.39×106 m2，地下水接受地表水及第四系潛水的入滲補給。134至110勘探線區域范圍內，補給窗口以泥岩、粉砂岩、細砂岩等為主，缺失透水砂岩，水動力窗口開啟程度較差，地下水幾乎得不到補給。134勘探線以西補給窗口雖然發育透水性砂，但只接受第四系潛水的入滲補給，補給量相對較小（圖3）。
圖3 洪海溝鈾礦床西山窯組上段含礦含水層地下水補給、徑流示意圖
1—普查工作區范圍；2—地表水；3—層間氧化帶前鋒線；4—勘探線及編號；5—煤10頂板等高線；6—地下水流向；7—J2x3 含礦含水層地下水補給窗口；8—J2｜x3 含礦含水層開啟程度差的補給區域
受地層傾向及補給源的影響，礦床地下水的流向總體呈北西向，62勘探線以東及142勘探線以西地下水流向近似正北。水力坡度為0.02～0.15，地下水流速0.01～0.17m/d，導水系數5.05～12.02m2/d，地下水水位埋深在52.75～120.94m之間。
2.3.2水文地球化學特徵
從盆地南緣補給區到盆地內部，入滲補給水中的 H CO3參與形成絡合離子UO2
圖4 洪海溝鈾礦床地下水水化學
1一礫岩；2—煤層；3—河流；4—水文孔及編號；5—勘探線及編號；6—普查工作區范圍；7—已勘探區；8—HCO3型水；9—HCO3·S04型水；10—SO4·HCO3型水；11—SO4·Cl型水
表1 洪海溝鈾礦床水文地球化學參數
2.3.3地浸開采水文地質條件
礦床補－徑－排體系完整，含礦含水層厚度適中，頂底板隔水層較為穩定，各含礦含水層頂底板隔水層的平均厚度為7.56～24.29m。需要指出的是西山窯組上段含水層J2x1和J2x2之間的隔水層在72～102勘探線之間有較大面積的缺失，隔水層缺失地段兩個含礦含水層可視為同一含水層（圖5）。主含礦含水層西山窯組上段滲透系數為0.31～0.47m/d，導水系數為5.05～12.02m2/d，儲水系數為0.17～2.44×10-4。水文地質孔礦體有效厚度比為0.13～0.36，總體上具有較好的地浸礦/砂比值條件。礦床內地下水水位埋深為109.95～120.94m，承壓水頭高度為365.55～484.65m。含礦含水層地下水礦化度一般在0.19～1.34g/L之間；水溫13～17℃。另外，地下水pH 值為一般為7.20～8.88，接近於中性，該條件的地下水具有氧化－還原電位很容易被改變等特點。
圖5 洪海溝西山窯組上段含礦含水層隔水層頂板等厚圖
1—勘探線及編號；2—鑽孔；3—厚度等值線及值（m）;4—埋深高程等值線及值（m）;5—隔水層缺失區域；6—厚度大於16m;7—厚度介於13m和16m之間；8—厚度介於10m和13m之間；9—厚度介於7m和10m之間；10—厚度介於4m和7m之間；11—厚度介於1m和4m之間；12—厚度小於lm
2.4層間氧化帶及鈾礦化特徵
洪海溝鈾礦床發育多層層間氧化帶，總體上氧化帶呈倒疊瓦狀由南向北發育，Ⅴ、Ⅷ旋迴層間氧化帶呈蛇曲狀近東西向展布，Ⅶ旋迴層間氧化帶呈舌狀向北西向延伸。其中Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ旋迴層間氧化帶發育規模大，已發現了工業鈾礦化。各層位礦體受控於相應含礦砂體中層間氧化帶分帶。在平面上，礦體形態各異，各層礦體隨各自氧化帶前鋒線位置賦存，僅在K20～K28線之間礦體相互疊置，礦體發育於層間氧化帶兩側50～300m范圍內，富大礦體主要集中於氧化帶兩側50m范圍內。總體上，4個層位的工業鈾礦體中以西山窯組上段上部鈾礦體最為穩定連續，鈾礦體平面展布面積最大（圖6）。礦體寬38～615m，長200～3500m，規模較大。
圖6 洪海溝鈾礦床鈾礦帶平面展布形態
1—Ⅷ1旋迴層間氧化帶前鋒線；2—Ⅶ2旋迴層間氧化帶前鋒線；3—Ⅶ1旋迴層間氧化帶前鋒線；4—Ⅴ旋迴層間氧化帶前鋒線；5—Ⅱ旋迴層間氧化帶前鋒線；6—Ⅰ旋迴層間氧化帶前鋒線；7—Ⅷ1旋迴鈾礦帶；8— Ⅶ2旋迴鈾礦帶；9—Ⅶl旋迴鈾礦帶；10—Ⅴ旋迴鈾礦帶；11—Ⅱ旋迴鈾礦帶
層間氧化帶地球化學分帶的岩石顏色、特徵鐵礦物、有機物含量、蝕變特徵與伊犁盆地南緣其他礦床類似。層間氧化帶各亞帶之間的地球化學環境呈漸變過渡關系，各亞帶岩石常量元素、有機質、鈾及其伴生元素顯示一定的變化規律（表2）：
1）Fe2O3從氧化帶到原生岩石帶逐漸降低，FeO 則逐漸升高，呈相互消長關系，Fe2O3/FeO 比值在氧化帶中最大，在過渡帶中最小，其他常量元素變化不大；有機物和硫化物在氧化帶含量最低，在過渡帶最高（表3）。
2）鈾在氧化帶含量最低，平均為8.00×10-6，隨氧化程度減弱，鈾含量不斷增高，鈾礦石帶含量急劇上升達最高值，超過100×10-6，到原生岩石帶鈾含量降為16.01×10-6，明顯小於氧化帶。說明在層間氧化帶發育過程中，砂體中的鈾元素明顯發生了活化遷移並富集成礦。
表2 層間氧化帶各地球化學分帶中氧化物含量統計
表3 層間氧化帶各地球化學分帶中U與C有、S全及價態鐵含量統計
剖面上，鈾礦體形態呈典型的卷狀，部分呈板狀。礦體在氧化帶上下翼均有發育，呈長翼短頭的特點，礦體多賦存於砂體厚度急劇減薄、泥質夾層增多、砂岩粒度由粗突然變細等部位（圖7），這種砂體變化是由微相環境變化所引起，這些變異部位往往也是原始有機質及黏土含量增高的部位。主礦體西山窯組上段礦帶呈港灣狀展布，並呈舌狀突出向北西方向延伸。礦體傾角大體與地層一致，總體上由南向北緩傾斜，礦體標高由南向北逐漸增大，礦體埋深由南向北逐漸加大（表4）。
洪海溝鈾礦床礦體厚度變化總體表現為靠近層間氧化帶前鋒線附近厚度大，向翼部礦體厚度減小，平均品位及平米鈾量一般在層間氧化帶前鋒線突變部位或層間氧化帶前鋒線附近變大，翼部礦體相對較小（表5）。高平米鈾量礦體主要分布於層間氧化帶前鋒線附近，與層間氧化帶前鋒線展布形態及河流相砂體發育方向相吻合。
圖7 洪海溝鈾礦床K28號勘探線剖面圖
1一第四系；2—新近系；3—中侏羅統頭屯河組；4—中侏羅統西山窯組上段；5—鬆散堆積物；6—砂岩；7—泥岩；8—煤層及編號；9—不整合界線；10—鑽孔編號、位置及孔深（m）;11—層間氧化帶；12—鈾礦體
表4 洪海溝鈾礦床礦體產出特徵統計
表5 洪海溝鈾礦床礦體厚度、品位、平米鈾量統計
2.5礦石物質成分及鈾存在形式
礦石的自然類型為層間氧化帶型長石岩屑砂岩鈾礦，礦石在其礦物組成上與圍岩並無明顯差別，均為硅酸鹽礦物集合體。
礦石礦物中石英佔礦物總量的37.5%～46.6%，岩屑佔19.2%～37.4%，長石佔15.2%～28.7%，雲母佔1.5%～3.5%，黃鐵礦佔1.2%～2.6%，重礦物佔0.8%～0.9%（主要為磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石和金紅石等），炭屑佔3.8%。礦石中出現較多瀝青質微脈（2.1%～3.2%），沿砂屑周邊和微裂隙充填。
利用顯微鏡、掃描電鏡、電子探針等方法研究了洪海溝鈾礦床礦石中鈾的存在形式。在所研究的不同礦化層位的7個鈾礦石樣品中，大部分呈分散吸附狀態形式存在於岩石填隙物、礦物表面、微裂隙中；在鋯石、磷灰石等副礦物中含極微量類質同象鈾；見少量瀝青鈾礦，可能與選送樣品中沒有富礦石有關（圖8至圖11）。
2.6含鈾煤岩型礦體特徵
在礦床內第八—十三煤層均不同程度見有煤岩型工業鈾礦化，其中第十二煤層頂板工業鈾礦化分布面積大、連續性較好，其他煤層礦化較分散，沒有形成規模。
鈾礦體主要集中於南部的134線及中部的k線一帶，向西北延伸至158線。多發育於頭屯河組下段砂體底部的煤層或泥岩上部，礦體上部與頭屯河組下段粗砂岩、含礫粗砂岩相鄰，下部為煤層或泥岩、炭質泥岩。在平面上沿南部的134線、東部7882孔向礦床西北匯聚，呈港灣狀展布，具有厚度小、品位高、米百分數大的特點。走向上長4.5km，傾向寬延伸在0.1～2.3km（圖12）。發育寬度最大地段為134號勘探線；品位最高的地段在134線南部，最高品位可達0.5720%，米百分數為0.502%。全區礦體平均厚1.02m,平均品位為0.099%，平均米百分數為0.101%，埋深為203.0～654.85m，總體上由南向北埋深加大（表6）。
圖8 鈾石的U元素X射線像
圖9 電子探針背散射像，對應鈾吸附富集區為一碳屑
圖10 顯微狀瀝青鈾礦
圖11 粗砂岩中瀝青鈾礦
表6 洪海溝鈾礦床含鈾煤岩型礦體厚度、品位、米百分數統計
3主要成果和創新點
3.1主要成果
1）大致查明了洪海溝地區地層結構、構造特徵。大致查明了層間氧化帶和鈾礦體的空間分布特徵，控制了4條工業鈾礦帶。大致查明了礦床地球物理特徵、礦體鈾鐳及鐳氡平衡破壞規律。共圈定砂岩型鈾資源量達中型規模，煤岩型及其相鄰泥岩型資源量達大型規模。首次在伊犁盆地南緣發現並控制規模較大的Ⅷ旋迴工業鈾礦體。
圖12 洪海溝鈾礦床第十二煤層礦帶平面圖
1—工業孔；2—礦化孔；3—無礦孔；4—煤岩型鈾礦體；5—庫捷爾太鈾礦床
2）基本查明洪海溝鈾礦床中侏羅統河流相及氧化帶發育特徵，砂體呈近南北向展布，在砂體厚度變化、粒度變化以及砂體前方出現非滲透性岩層部位有利於鈾礦體的富集，控制了層間氧化帶前鋒線的空間位置和鈾礦體的產出特徵。洪海溝鈾礦床砂體厚度在2.00～34.6m之間，其中，厚度在8.00～25.00m之間最有利於成礦，砂體厚度小於8.00m對鈾成礦不利。層間氧化帶前鋒線基本呈近東西向展布，其形態受河流相砂體的展布特徵控制，層間氧化帶呈蛇曲狀、港灣狀向北延伸。
3）大致查明了礦床的水文地質構造及各含礦含水層的分布、結構、規模及埋深，通過水文地質孔抽水試驗及水化學取樣，初步查明了主要含礦含水層的滲透系數為0.31～0.47m/d、承壓水頭高度為356.55～484.65m等水文地質參數及水文地球化學參數，為地浸條件評價提供了依據。
4）基本查明了礦體特徵，礦體穩定、連續性好，各層位礦體受控於相應含礦砂體中層間氧化帶分帶。剖面上，鈾礦體形態呈典型的卷狀，部分呈板狀，產狀平緩。
5）洪海溝鈾礦床為典型層間氧化帶砂岩型鈾礦床，可將成礦作用過程劃分為含礦岩系沉積含礦建造階段、表生後期改造成礦階段、礦後構造運動疊加再富集階段。
含礦建造階段：早—中侏羅世，受燕山運動影響，在溫濕氣候條件下沉積了一套陸相暗色含煤碎屑岩建造，各含礦旋迴均有厚大、穩定、結構疏鬆的砂體，從而為層間氧化帶的形成提供了場所，為含鈾含氧水運移提供了通道，為礦床形成提供了容礦空間，同時也為鈾成礦提供了物源。
表生後期改造成礦階段：受晚燕山運動影響，晚侏羅世盆地南緣整體抬升，含礦建造褶皺出露地表，上白堊統—古近系不整合於中下侏羅統之上。進入喜馬拉雅期，上侏羅統—古近系受古天山準平原化和整體沉降作用影響，加之氣候炎熱乾燥，形成一套紅色—雜色鈣質碎屑岩建造。盆地開始萎縮。同時蓋層遭受改造作用，發生褶曲、斷裂。盆地周邊隆起使其與盆地蓋層產生落差，使含水層中的水有了泄流的條件，為層間氧化帶的發育創造了條件，形成了鈾礦的最初富集。
礦後構造運動疊加再富集階段：喜馬拉雅期次造山運動及多期脈動式整體抬升形成了現代層間氧化帶的分布格局，控制了礦床的規模。在上新世—全新世，新構造運動進一步發展，盆地抬升，蝕源區與盆地蓋層落差明顯加大，古生代地層構成的察布查爾山隆起構成了補給區的水文地質體，在盆地中心的東西向隱伏大斷裂構成了盆地區域排泄源。此時盆地內形成了完整的補－徑－排層間承壓水動力系統。從而在盆地南緣形成層間氧化帶現代分布格局。隨著層間氧化帶的發展，在富含有機質的過渡帶形成了鈾的大量富集。
總體上洪海溝地區後生改造作用（層間氧化作用）與伊犁盆地南緣3期主要的構造活動密切相關，隆升剝蝕之後沉降接受沉積，形成的層間氧化帶與地層中砂體厚度密切相關。3期構造活動正好對應於伊犁盆地的主要成礦作用也說明了這一點。
3.2主要創新點
1）隨著伊犁盆地南緣鈾礦田勘查和研究程度的提高，有關扎吉斯坦河斷裂和洪海溝斷裂分別控制兩大「成礦集中區」的認識在洪海溝礦床找礦勘查實踐中得以應用。洪海溝鈾礦床與庫捷爾太鈾礦床分別位於洪海溝斷裂以西和以東，斷裂兩側水文地質條件、層間氧化帶發育和鈾遷移、富集條件有所差別。
2）利用以二維地震為主的物化探方法在查明洪海溝斷裂空間分布後，應用於礦床勘查過程中的地下水水動力體系分析和鈾礦成礦模式的建立，最終獲得找礦勘查的成功。礦床找礦勘查過程中應用「鬆散砂岩取心鑽具」國防授權專利技術，成功解決了500 m以深鑽孔采岩心難題。
3）用沉積相的研究成果指導找礦，效果明顯。砂岩型鈾礦的形成嚴格地受沉積相帶、沉積砂體的控制，成礦普遍具有層控性和相控性，沉積砂體是鈾礦容存的場所，是鈾賦存的層位（含礦層或容礦層），它的岩性－岩相發育、分布和變化關繫到鈾成礦作用的發生和發展，從而對鈾的富集起著明顯的控製作用。洪海溝地區主要含礦層位西山窯組上段地層為河流相沉積，河道砂體展布方向控制鈾礦體在平面上的展布方向。含氧含鈾的地表水或地下水，從東南方向的構造高點，沿著滲透性良好的河道砂體向下滲流，繞過砂體發育較差的河心泥灘，沿著砂體發育厚大的河道繼續向下滲流，在氧化－還原過渡帶含氧含鈾礦物逐漸沉澱下來，形成沿河道砂體方向展布的鈾礦體。砂岩型鈾礦的載體、砂體的分布控制了鈾礦體的分布，砂體的厚度及穩定性決定了層間氧化帶發育的規模及鈾礦體的空間分布（圖13）。
圖13 沉積相與鈾成礦關系示意圖
1—河道砂體；2—河漫灘；3—河漫沼澤；4—含鈾含氧地下水滲流方向；5—M10頂板等高線（m）;6—鈾礦體
4結束語
洪海溝鈾礦床為典型的層間氧化帶型砂岩型鈾礦化，礦化產出層位多。主礦體賦礦層位為西山窯組上段，次為頭屯河組下段，並在第十二煤層中也發現了初具規模的鈾礦體。洪海溝鈾礦床目前為一個中型鈾礦床，通過詳查階段的工作，其資源量有增大的可能，爭取在詳查階段結束後提交一個大型鈾礦床。
在洪海溝鈾礦床第十二煤層中有較大的含鈾煤型資源量，但地浸工藝只是針對砂岩型鈾礦，對含鈾煤型鈾礦的開采暫時還沒有切實可行的方法。
參考文獻
[1]王保群，王成，等．新疆伊犁盆地洪海溝—烏庫爾齊地區鈾礦普查地質報告[R]．核工業二一六大隊，1995.
[2]師志龍，王新華，等．新疆察布查爾縣扎吉斯坦—洪海溝地段鈾礦預查地質報告[R]．核工業二一六大隊，2007.
[3]羅星剛，李家金，等．新疆察布查爾縣洪海溝地區鈾礦普查地質報告[R]．核工業二一六大隊．2008～2012.
我國鈾礦勘查的重大進展和突破進-—入新世紀以來新發現和探明的鈾礦床實例
[作者簡介]羅星剛，男，1983年出生，工程師。2006年畢業於成都理工大學地球科學學院資源勘查專業，獲學士學位。2010年以來任核工業二一六大隊項目負責人，一直從事鈾礦地質勘查及科研工作。