新疆红海沟铀矿床
(1.新疆乌鲁木齐核工业216大队830011；2.中国核工业集团公司地质矿产部，北京100013)
[摘要]红海沟铀矿床是继库吉尔台、扎吉斯坦、乌克尔齐和蒙其古尔铀矿床之后，核工业二一六大队在伊犁盆地南缘发现的第五个砂岩型铀矿床，是“十二五”期间伊犁盆地南缘的重要找矿成果。中侏罗统西山窑组上部为主要含矿层，中侏罗统头屯河组找矿工作取得较大进展，十二煤层铀资源已具规模。为伊犁盆地南缘下一步找矿工作提供了新的线索。
【关键词】红海沟铀矿床；中侏罗世；铀矿化特征
红海沟铀矿床位于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州察布查尔锡伯族自治县，距伊宁市60公里。区内乡镇之间有简易公路，村屯与畜牧点之间有人行道供汽车通行，交通便利。
1发现和探索过程
1.1勘探和验证工作
1991 ~ 1995，核工业二一六大队在红海沟-吴克旗剖面进行了为期五年的普查，在红海沟地区发现了侏罗系层间氧化带的良好线索，为后期勘查红海沟铀矿奠定了基础。但考虑到工程的总体安排和钻探施工的深度，红海沟地区并没有得到进一步的控制[1]。
1.2铀预调查。
2005-2007年，首先通过对以往资料的整理，重新认识，对现有钻孔资料进行了深入的分析和研究，调整了以ⅰ-ⅱ旋回为主的工作安排，使ⅰ-ⅱ旋回、ⅴ旋回和ⅶ旋回并重，并对中上三叠统孝泉沟组进行了适当的勘探。后期工作重点调整为工作程度低、成矿前景好的第七旋回，其他旋回为补充。通过钻探验证，在红海沟第七旋回初步控制了长约3.2km、宽100~250m ~ 250 m的铀矿带，在第八旋回首次发现了富含有机质的原生灰色砂体、层间氧化带和工业铀矿化，为扩大伊犁盆地南缘找矿前景提供了新视野。钻探工作量32923m，钻探钻孔79个，发现工业铀孔13个，矿化孔26个，铀资源达到中等规模[2]。
1.3铀普查工作
2008年至2012年，为大致摸清矿床地质特征，提交铀矿资源，确定详查矿点，按照“探、扩、控”的原则，在红海沟地区开展了普查工作。大致查明了头屯河组和西山窑组的地层层序、岩相、岩性和岩石结构。大致查明了含矿砂体的结构、埋深、产状、规模和分布。赋存于中侏罗世的铀矿体已大致查明，伊犁盆地南缘已确认一个中型矿床，这是伊犁盆地找矿的重大进展。其中砂岩型资源可达中等规模，煤岩型资源可达大规模[3]。为下一步详查奠定了基础，为伊犁盆地南缘铀矿找矿开辟了新视野。
2矿床的基本特征
2.1地层特征
矿区中、新生界盖层不整合覆盖在石炭系或二叠系中酸性火山岩和火山碎屑岩上，中、新生界盖层沉积相对完整，自下而上，从中上三叠统小圈沟群(T2-3xq)、中下侏罗统水西沟群(J1-2sh)到陆相含煤碎屑岩、中侏罗统头屯河群(J2t)到河流相沉积，以及最近的。铀矿化分别产于八道湾组(ⅱ旋回)、西山窑组下段(ⅴ旋回)、西山窑组上段(ⅶ 1、ⅶ 2旋回)和头屯河组下段(ⅷ 1旋回)的夹层砂体中(图1
八道湾组(J1b):对应水西沟群ⅰ-ⅳ旋回，厚度约124m。下部为灰色和灰白色砾岩；中部以灰色含砾粗砂岩、粗砂岩及少量砂砾岩为主，砂体较厚；上部为灰色、灰白色中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，顶部为5号煤层，厚度1.80 ~ 3.50 m，较稳定，为区域标志层。铀矿化产于中下部的砂岩中。
西山窑组(J2x):对应水西沟群的亚旋回-ⅶ旋回，可分为上、中、下三段。下段(J2x1):地层厚度35 ~ 45m。该段下部主要为灰色、灰白色粗粒砂岩、中细粒砂岩夹泥质岩，砂体中发育工业铀矿体；上部泥岩和第八煤层稳定，是区域标志层。中段(J2x2):地层厚度13.80 ~ 26.60 m，岩性主要为中粗粒砂岩夹粉砂岩、泥岩及薄层。顶部10号煤层稳定，为区域标志层。上段(J2x3):通过对红海沟地区西山窑组上段砂体厚度、砂体厚度与地层厚度之比、煤层厚度与地层厚度之比的统计和综合分析，认为中侏罗统西山窑组上段的古地理格局为中部为三角洲平原的分流河道，呈西北-东南方向展布。 南部为沼泽，北部为分流海湾，分流河道砂体厚度和砂地比相对较围。 该层厚40 ~ 60m，底部为10号煤层，顶部为12号煤层(M12)。南部地层剥蚀，北部地层较完整。岩性主要为灰色砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、粉砂岩、泥岩，含多层煤，M12最发育，总体呈正韵律结构。在钻孔揭露范围内，西山窑组上段岩性在平面上变化明显，岩相分布总体上表现为东南78 ~ 102线至西北k01线砂体较发育，该砂体两侧西南和东北方向煤层较发育。发展砂岩型和煤岩型工业铀矿化。
图1红海沟地区中新生代地层综合柱状图
头屯河组(J2t):通过对红海沟地区西山窑组上段的砂体厚度、砂体厚度与地层厚度之比、煤层厚度与地层厚度之比的统计和综合分析，认为中侏罗统头屯河组的形成古地理格局为中部东西向的曲流河道，河道两侧为河漫滩，外侧为河漫滩。地层厚度一般在80m左右，岩性以灰色含砾粗砂岩为主，以灰色和红色杂色泥岩、粉砂岩为主，局部夹不稳定的红色粗砂岩和薄煤，呈底粗顶细的正韵律结构。产出砂岩型和煤岩型工业铀矿化。
2.2结构特征
红海沟铀矿床位于伊犁盆地南缘斜坡带西部相对稳定的构造区，属于二级构造单元红海沟西部坳陷。矿区总体呈单斜，倾角5° ~ 65438°+03°。局部发育一些小的挠曲，使岩层倾角在小范围内(100 ~ 300m)变陡，倾角变为16 ~ 23(图2)。
图2红海沟铀矿片斜地层产出剖面示意图。
1-四元；2-新近纪；3-中侏罗统头屯河组；4—中侏罗统西山窑组上段；5-中侏罗统西山窑组；6—中侏罗统西山窑组下段；7-洪积；8—泥岩；9-砂岩；10-煤层；11-层间氧化带；12-钻井；13-砾石
2.3水文地质特征
2.3.1地下水补排系统
矿床中第四系和第三系分布广，厚度大。矿床东侧有一条南北向冲沟(红海沟)，属常年地表径流，洪峰期最大流量可达13× 104m3/d，地下水主要由洪沟地表水和第四系潜水补给。矿区北部金泉乡和六十七团发育的一条隐伏断层是盆地浅层地下水和侏罗系地下水的主要排泄区。
主要含矿含水层J2x3的补给窗口位于勘探线110以东，面积约1.39×106 m2，地下水接受地表水和第四系潜水的补给。134至110勘探线区域内，补给窗口主要为泥岩、粉砂岩、细砂岩等。，而渗透性砂岩缺失，水动力窗口打开差，地下水几乎得不到补给。134勘探线以西的补给窗口内虽然发育有渗透性砂体，但仅接受第四系潜水的入渗补给，补给量较小(图3)。
图3红海沟铀矿床西山窑组上部含矿含水层地下水补给和径流示意图。
1—普查工区范围；2-地表水；3—层间氧化带前沿；4-勘探线和编号；5-煤10顶板等高线；6-地下水流向；7—7—j2x 3含矿含水层地下水补给窗口；8—J2 | x3补给区，含矿含水层开启程度差
受地层走向和补给来源的影响，矿床地下水流向总体为西北，62勘探线以东和142勘探线以西的地下水流向大致为正北。水力梯度为0.02 ~ 0.15，地下水流速为0.01 ~ 0.17m/d，渗透系数为5.05 ~ 12.02m2/d，地下水位埋深为52.75 ~ 120.94m..
2.3.2水化学特征
从盆地南缘补给区到盆地内部，入渗补给水中的H CO3参与络合离子UO2的形成，沿层间氧化带发展方向，地下水水质类型逐渐向HCO3 SO4、SO4 HCO3和SO4 Cl转变；盐度逐渐升高，溶解氧降低，还原性气体含量增加；地下水由弱碱性水逐渐变为中性淡水；Eh急剧下降(图4；表1)。
图4红海沟铀矿床地下水水化学。
1砾岩；2-煤层；3-河流；4—水文孔及编号；5—勘探线和编号；6—普查工作区的范围；7—勘探区域；8-HCO 3水；9—HCO 3 S04水；10—SO4 HCO3水；11—SO4 Cl型水
表1红海沟铀矿床水文地球化学参数
2.3.3地浸开采的水文地质条件
矿床的补给-直径-排泄系统完整，含矿含水层厚度适中，上下含水层相对稳定，上下含水层平均厚度为7.56~24.29m。需要指出的是，西山窑组上部含水层J2x1和J2x2之间的含水层在72 ~ 102勘探线之间大面积缺失，缺失的含水层中有两个含矿含水层主要含矿含水层西山窑组上段渗透系数为0.31 ~ 0.47 m/d，导水率为5.05 ~ 12.02 m2/d，储水系数为0.17 ~ 2.44× 10-4。水文地质孔内矿体的有效厚度比为0.13 ~ 0.36，一般具有良好的地浸矿砂比条件。矿床地下水位埋深109.95 ~ 120.94米，承压水头高度365.55 ~ 484.65米..含矿含水层地下水矿化度一般在0.19 ~ 1.34 g/L之间；水温为13 ~ 17℃。此外，地下水的pH值一般为7.20 ~ 8.88，接近中性，这种条件下的地下水具有易改变氧化还原电位的特点。
图5红海沟西山窑组上段隔水层顶板等厚图。
1-勘探线及编号；2-钻孔；3—厚度等值线及其数值(m)；4—埋深高程等值线及其值(米)；5—隔水层缺失的区域；6—厚度大于16m；7—厚度在13m和16m之间；8—厚度在10m和13m之间；9—厚度在7m到10m之间；10—厚度在4m至7m之间；11—厚度在1m至4m之间；12-厚度小于1微米
2.4层间氧化带及铀矿化特征
红海沟铀矿床层间氧化带多，一般由南向北呈倒瓦状发育，第V、VIII旋回层间氧化带呈近东西向蛇形分布，第VII旋回层间氧化带呈舌状向北西方向延伸。其中V、VII、VIII旋回层间氧化带已大规模发育，并发现工业铀矿化。各层位的矿体受相应含矿砂体内层间氧化带分带的控制。在平面上，矿体形态不同，各层矿体与各自氧化带的前锋线位置出现，矿体仅在K20和K28线之间相互重叠。矿体发育在层间氧化带两侧50-300 m范围内，富矿体主要集中在氧化带两侧50m范围内。总的来说，在四个层位的工业铀矿体中，西山窑组上部最为稳定和连续，铀矿体的水平分布面积最大(图6)。矿体宽38～615m，长200～3500m，规模较大。
图6红海沟铀矿床铀带平面分布图
1—ⅷ 1旋回层间氧化带锋面线；2-ⅶ 2旋回层间氧化带前缘；3-ⅶ 1旋回层间氧化带前缘；4v循环中层间氧化带前沿；第5-ⅱ旋回层间氧化带锋面线；6-ⅰ旋回层间氧化带锋面线；7-ⅷ 1旋回铀带；8-ⅶ 2旋回铀带；9-ⅶ l旋回铀带；10-ⅴ旋回铀带；11-ⅱ环状铀带
层间氧化带的岩石颜色、特征铁矿物、有机质含量和地球化学分带蚀变特征与伊犁盆地南缘其他矿床相似。层间氧化带各子带之间的地球化学环境呈渐变过渡关系，各子带岩石的常量元素、有机质、铀及其伴生元素呈现一定的变化规律(表2):
1)Fe2O3从氧化带到原生岩带逐渐减少，而FeO逐渐增加，呈相互消长关系。Fe2O3/FeO比值在氧化区最大，在过渡区最小，其他主要元素变化不大。有机物和硫化物的含量在氧化带最低，在过渡带最高(表3)。
2)氧化带铀含量最低，平均为8.00×10-6。随着氧化程度的减弱，铀含量不断增加，铀矿带铀含量急剧上升到最高值，超过100×10-6，然后在原岩带下降到16.438+0。表明在层间氧化带的发育过程中，砂体中的铀发生了明显的活化和迁移富集。
表2层间氧化带地球化学带氧化物含量统计表
层间氧化带地球化学分区中U、C、S和价铁含量统计表
在剖面上，铀矿体的形状为典型的卷状，有的呈板状。矿体发育在氧化带的上下两翼，呈长翼短头的特征。矿体多出现在砂体厚度急剧减薄、泥质夹层增多、砂岩粒度由粗变细的地方(图7)。这种砂体变化是由微相环境的变化引起的，而这些变化的地方往往是原生有机质和粘土含量增加的地方。主矿体西山窑组上部矿带呈港湾状分布，向西北延伸呈舌状突起。矿体倾角一般与地层一致，一般由南向北平缓倾斜，矿体标高由南向北逐渐升高，矿体埋深由南向北逐渐增加(表4)。
总体来看，红海沟铀矿床矿体厚度变化表现为层间氧化带前缘附近厚度较大，翼部矿体厚度减小。一般在层间氧化带前沿或其附近，平均品位和每平方米铀量增加，翼部矿体相对较小(表5)。高平米铀矿体主要分布在层间氧化带前缘附近，与层间氧化带前缘的分布格局和河流相砂体的发育方向一致。
图7红海沟铀矿床K28勘探线剖面图
1-四元；2-新近纪；3-中侏罗统头屯河组；4—中侏罗统西山窑组上段；5-松散沉积物；6-砂岩；7—泥岩；8—煤层及编号；9-不整合边界；10—钻孔数量、位置和孔深(米)；11-层间氧化带；12-铀矿体
表4红海沟铀矿床矿体产出特征统计表
表5红海沟铀矿床矿体厚度、品位及每平方米含铀量统计表
2.5矿石物质成分及铀存在形式
矿石自然类型为层间氧化带型长石岩屑砂岩铀矿，矿石与围岩在矿物组成上无明显区别，均为硅酸盐矿物集合体。
矿石矿物中，应时占总矿物的37.5% ~ 46.6%，岩屑占65，438+09.2% ~ 37.4%，长石占65，438+05.2% ~ 28.7%，云母占65，438+0.5% ~ 3.5%，黄铁矿占65，438+0.2%。矿石中有许多沥青质微脉(2.1% ~ 3.2%)，沿砂粒和微裂缝外围充填。
利用显微镜、扫描电镜和电子探针研究了红海沟铀矿床中铀的存在形式。在所研究的7个不同矿化层位的铀矿石样品中，大部分以分散吸附的形式存在于岩石充填物、矿物表面和微裂隙中。锆石和磷灰石等副矿物中有极少量的类质同象铀。见少量沥青铀矿，可能与所选样品中无富矿有关(图8至图11)。
2.6含铀煤岩矿体特征
矿床中第8 ~ 13煤层均有不同程度的煤岩型工业铀矿化，其中第12煤层顶板的工业铀矿化分布面积大，连续性好，其他煤层的矿化分散，未形成规模。
铀矿体主要集中在南部的134线和中部的k线，向西北延伸至158线。多发育于头屯河组下段煤层上部或砂体底部的泥岩中。矿体上部与头屯河组下段粗砂岩、含砾粗砂岩相邻，下部为煤层或泥岩、碳质泥岩。平面上沿南134线、东7882孔向矿床西北汇聚，呈港湾式分布，具有厚度小、品位高、含米率大的特点。走向长度4.5km，倾向宽度0.1 ~ 2.3 km(图12)。开发宽度最大的地段为勘探线134；品位最高的地段在134线以南，品位最高为0.5720%，出米率为0.502%。全区矿体平均厚度1.02m，平均品位0.099%，米平均百分比0.101%，埋深203.0~654.85m，总体上由南向北增大(表6)。
图8铀矿石的铀元素X射线图像
图9电子探针背散射图像，对应铀吸附富集区是一个碳芯片。
图10显微沥青铀矿
图11粗砂岩中的沥青铀矿
表6红海沟铀矿床含铀煤岩矿体厚度、品位及米率统计表
3主要成果和创新
3.1主要成果
1)大致确定了红海沟地区的地层结构和构造特征。大致摸清了层间氧化带和铀矿体的空间分布特征，控制了4个工业铀矿带。大致查明了矿床的地球物理特征和矿体中铀、镭、镭氡的平衡破坏规律。* * *圈定的砂岩型铀矿资源达到中等规模，煤岩型及其相邻泥岩型资源达到大规模。首次在伊犁盆地南缘发现并控制了第八旋回大型工业铀矿体。
图12红海沟铀矿床12号煤层带平面图
1-工业洞；2-矿化孔隙；3—无矿孔；4-煤岩型铀矿体；5-库特尔台铀矿床
2)基本查明了红海沟铀矿床侏罗系河流相和氧化带的发育特征，砂体呈南北向展布。砂体厚度、粒度的变化和砂体前方不透水岩层的出现有利于铀矿体的富集，控制层间氧化带前锋线的空间位置和铀矿体的产出特征。红海沟铀矿床砂体厚度在2.00 ~ 34.6m之间，其中8.00 ~ 25.00m之间最有利于铀矿化，小于8.00m的砂体厚度不利于铀矿化。层间氧化带前缘基本呈东西向分布，其形态受控于河流砂体的分布特征。层间氧化带向北延伸，呈蛇形和港湾状。
3)矿床水文地质结构，大致查明各含矿含水层的分布、结构、规模及埋深。通过水文地质孔抽水试验和水化学取样，初步查明主要含矿含水层的渗透系数为0.31 ~ 0.47 m/d，承压水头高度为356.55 ~ 484.65 m等水文地质参数和水文地球化学参数，为地浸条件评价提供了依据。
4)矿体特征基本查明，矿体稳定连续，各级矿体受相应含矿砂体层间氧化带分带控制。在剖面上，铀矿体呈典型的卷状，部分呈板状，产状平缓。
5)红海沟铀矿床是典型的层间氧化带砂岩型铀矿床，成矿过程可分为含矿岩系沉积和含矿建造阶段、表生改造成矿晚期阶段、矿后构造运动叠加和再富集阶段。
含矿建造阶段:早-中侏罗世，受燕山运动影响，在温暖湿润的气候条件下沉积了一套陆相暗色含煤碎屑岩建造，每个含矿旋回均有厚层、稳定、松散的砂体，为层间氧化带的形成提供了场所，为含铀含氧水的运移提供了通道，为矿床形成提供了空间，为铀矿化提供了物质来源。
表生改造成矿晚期:受燕山晚期运动影响，晚侏罗世盆地南缘整体隆起，含矿建造褶皱出露地表，中、下侏罗统上白垩统-古近系未整合。喜马拉雅期，上侏罗统-古近系受古天山准夷平和整体沉降影响，气候干热，形成一套红色杂色钙质碎屑岩。脸盆开始缩小。与此同时，盖层被改造、褶皱和断裂。盆地周围的隆起造成了盆地与盖层之间的空隙，使含水层中的水具备了排泄的条件，为层间氧化带的发育创造了条件，形成了铀的初步富集。
矿后构造运动叠加再富集阶段:喜马拉雅期次生造山运动和多期脉动式整体隆升形成了现代层间氧化带的分布格局，控制了矿床规模。上新世-全新世，新构造运动进一步发展，盆地隆升，侵蚀源与盆地盖层的落差明显增大。由古生代地层组成的察布查尔山隆起构成了补给区的水文地质体，盆地中心的大型东西向隐伏断裂构成了盆地的区域排泄源。此时，盆地内形成了一个完整的补给-辐射-排泄层间承压水动态系统。从而在盆地南缘形成了现代层间氧化带分布格局。随着层间氧化带的发育，大量铀富集在富含有机质的过渡带。
总的来说，红海沟地区的表生改造(层间氧化)与伊犁盆地南缘第三期的主要构造活动密切相关。抬升剥蚀后下沉接受沉积，形成的层间氧化带与地层中砂体的厚度密切相关。三期构造活动正好与伊犁盆地的主要成矿作用相对应，也说明了这一点。
3.2主要创新点
1)随着伊犁盆地南缘铀矿田勘查研究的不断深入，扎吉斯坦河断裂和红海沟断裂分别控制两个“成矿集中区”的认识已在红海沟矿床的找矿实践中得到应用。红海沟铀矿床和库杰尔台铀矿床分别位于红海沟断裂的西部和东部，断裂两侧的水文地质条件、层间氧化带发育、铀的迁移和富集条件各不相同。
2)在查明红海沟断裂的空间分布后，在矿床勘查过程中，将基于二维地震的物化探方法应用于地下水动力系统分析和铀矿化模型建立，最终取得找矿勘查成功。在找矿勘探过程中应用了国防授权的“疏松砂岩取心钻具”专利技术，成功解决了500 m深钻孔取心问题。
3)利用沉积相研究成果指导找矿，效果明显。砂岩型铀矿床的形成严格受沉积相带和沉积砂体的控制，成矿作用一般是层控和相控的。沉积砂体是铀矿床的所在，是铀赋存的层位(含矿层或矿层)。其岩性岩相的发育、分布和变化与铀矿化的发生和发展有关，对铀的富集起着明显的控制作用。红海沟地区主要含矿地层为河流相沉积，河道砂体的分布方向控制了铀矿体在平面上的分布方向。含氧和铀的地表水或地下水从东南方向的构造高点沿渗透性好的河道砂体下渗，绕过砂体发育较差的河道中部泥滩，继续沿砂体发育较厚的河道下渗，含氧铀矿石在氧化还原过渡带逐渐沉淀，形成沿河道砂体分布的铀矿体。砂岩型铀矿床的载体和砂体分布控制了铀矿体的分布，砂体的厚度和稳定性决定了层间氧化带发育的规模和铀矿体的空间分布(图13)。
图13沉积相与铀矿化关系示意图
1—河道砂体；2-河漫滩；3-河水漫过沼泽；4—含铀和氧的地下水的渗流方向；5—M10屋顶轮廓(米)；6—铀矿体
4结论
红海沟铀矿床是典型的层间氧化带砂岩型铀矿床，矿化层位多。主矿体位于西山窑组上部，其次是头屯河组下部，在12号煤层中也发现了一个初具规模的铀矿体。红海沟铀矿床目前为中型铀矿床，可能通过详查阶段增加资源量，以便在详查阶段后提交大型铀矿床。
红海沟铀矿床十二煤层中蕴藏着大量的含铀煤型资源，但地浸工艺仅针对砂岩型铀矿，暂时没有可行的开采含铀煤型铀矿的方法。
参考
王宝群，王成，等.新疆伊犁盆地红海沟-柯尔孜地区铀矿普查地质报告[R].核工业216大队，1995。
史志龙，王新华，等.新疆察布查尔县扎吉斯坦-红海沟剖面铀矿预调查地质报告[R].核工业216大队，2007。
罗兴刚，李，等.新疆察布查尔县红海沟地区铀矿普查地质报告[R].核工业二一六大队. 2008 ~ 2012。
中国铀矿勘查的重大进展和突破——新世纪以来新发现和探明的铀矿实例
【作者简介】罗兴刚，男，出生于1983，工程师。2006年毕业于成都理工大学地球科学学院，获资源勘查学士学位。2010至今，核工业216大队项目负责人，从事铀矿地质勘探和科研工作。