巴什布拉克含铀地沥青铀矿床矿化特征和成矿机理

刘正义，许强，刘红旭*，董文明，秦明宽，刘佳林，朱泉龙

(1.核工业北京地质研究院,北京 100029；2.中广核铀业发展有限公司，北京 100029)

含铀地沥青铀矿床是一种较特殊类型的矿床，1962年和1979年研究者们曾两度进行专题研究，至今仍有待于进行矿床类型的深入研究和开发利用工作。1998年核工业西北地质局二零三所、2012年核工业北京地质研究院铀矿床研究评价课题作了总结性研究，从不同角度发表观点(孙圭等，1998；陈祖伊等，2012；李细根等，2005)。2009年前后有关课题和自然科学基金课题进行了不同程度研究工作，取得了大量标本和样品。值得关注的是，除火山岩铀矿化区，多次见有地沥青，近年来特别是北方东胜地浸砂岩地区为油气耗散区，多处发现油气苗、沥青、稠油，油气与铀矿化关系愈来愈密切(张厚福等，2007；时保宏等，2915；刘正义等，2016)。因此，笔者以含铀地沥青矿床成因类型作为切入点进行探索铀与油气地质核心内在联系，增加室内模拟研究，经综合研究从而提升扩大找矿思路，加强在油气区寻找铀矿，为扩大找矿领域“油、铀相互依托”提供有益参考和进一步探讨。

1 矿床地质特征

巴什布拉克含铀地沥青铀矿床1955年发现于乌恰地区,1956～1959年进行了重型山地竖井和地表工程全力勘探，落实为一个一定规模矿床。该地区位于塔里木盆地最西端，至今地震较频繁，新构造运动仍比较活跃。北部下元古界结晶片岩夹大理岩组成的高山是地下水补给区，地下水渗入经侵蚀、深部径流至排泄，地表普遍可见岩石沿微裂隙褪色和强烈铁染。地表坑道可见顺层和切层产出的脉状地沥青。顺层地沥青含U为12 520×10-6，Mo为1 841×10-6，Se为8.4×10-6。穿层者U为4 645×10-6，Mo为368×10-6，Se为6.47×10-6。Se含量高于浅黄色砂岩数倍，表明地处于氧化带中的氧化作用明显标准特点，但地沥青整体为极强还原物质，浸泡实验液pH分别为6.17和8，小于砂岩8.88～9.73(18个样品)。

1.1 地层、构造、含矿岩石与铀矿化概况特点

巴什布拉克含铀地沥青铀矿床地表可见出露白垩纪含矿层，其产状走向为北西向倾向南倾角较陡，大地构造地处中国南天山成矿带西端，构造单元区划属于前陆盆地组成的大型叠合复合塔里木盆地西南坳陷，呈NW向的喀什凹陷中(张厚福等，2007；时保宏等，2015)。该矿床产于含油区内于纳格拉恰勒复向斜的苦许古与向斜北翼，其南是一系列背斜及断裂构成的断裂背斜。矿区位于一个南倾35°较陡的“斜坡带”，古元古界为结晶基底，古生代形成海相碎屑-碳酸盐建造，进入地台发展阶段；三叠纪准平原化，侏罗纪形成含煤建造，于石炭—二叠系形成烃源岩。早白垩纪该区强烈下降接受含矿为主的巴什布拉克组等沉积。该区含水层为北部古元古界结晶片岩裂隙-风化壳承压水层，地下水具有侵蚀性较强的溶解铀能力。由于矿区缺失三叠系地下水直接经渗入白垩—侏罗系深部径流，之后通过南部河谷附近断裂排泄。含矿地层为下白垩统克孜勒苏群(K1k)。 克孜勒苏群从下层到上层，为一反韵律沉积层序列，同时其中出现厚层砾岩，为多个扇体群。巴什布拉克组为灰绿色砾岩，黄色砂岩夹灰色、深灰色泥岩，共11层。克孜勒苏群的上下层位皆为红色岩组，巴什布拉克组主要岩性为灰绿色砾岩，黄、灰黄色中细-中粗砂岩(岩屑长石石英砂岩等)夹灰、深灰色泥岩。在这11层砾岩中有4～10层砾岩为含矿层，深部1～3层和最上部的第11层砾岩无矿。含矿砾岩砾石成分多为石英、片岩、脉石英，分选程度中等，粒径为1～4 cm，最大为7 cm。胶结物多为钙质、泥质胶结，也有全沥青胶结，该套岩系属干旱炎热气候氧化环境红色沉积湖-扇三角洲相，厚度达1 000 m左右。其下层为红色岩组，岩性为紫红色砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩夹灰绿色细砂岩，底部砾岩，厚为10～22 m，属滨、浅湖相，有石油和油浸砂岩。上层红色岩组岩性为厚层状红色黄色细粒长石石英砂岩，夹泥岩，为河流-浅湖相，厚为100～400 m。地表浅井中见到含轻质原油的较厚砂岩，地表坑道口可见矿化地沥青。巴什布拉克组矿化体厚度可达130～150 m，矿床中U平均品位达0.15%。含矿岩石主要为沥青质砾岩，其中以细砾岩含矿性为最好(图1、图2、表1)(李细根等，2005；张厚福等，2007；时保宏等，2915)。

1.第四系；2.上新世红色砂岩；3.中新世黏土岩、砂岩；4.古新世—中新世黏土岩、石膏化灰岩，局部火山岩；5.上白垩统黏土岩、生物灰岩，砂岩加石膏；6.下白垩统红色砾岩、砂岩，局部灰绿色砂砾岩；7.中下侏罗统叶尔羌群含煤碎屑岩；8.下二叠统页岩灰岩；9.上石炭统；10.中石炭统卡拉达坂群灰岩、页岩；11.下石炭统野云沟群灰岩；12.上泥盆统塔盖塔尔群钙质片岩；13.中泥盆统托格买提群灰岩、片岩；14.下泥盆统台克塔什浅群黑色灰岩、片岩；15.上志留统灰岩，黑色碳质片岩；16.中—下志留统片岩、大理岩化灰岩；17.下元古界结晶片岩夹大理岩；18.地质界线；19.不整合界线；20.断层；21.巴什布拉克铀矿床；22.铀矿点(图中为黑色)；23.铀矿化点和异常；24.沉积岩等型、矿点名称及编号：①.达克图布拉克矿点；②卡拉达尔布拉克矿点；③.康苏矿点；④.乌帕尔矿点；⑤.卡拉别尔矿点；⑥.阿拉苏矿点；⑦33号矿点；⑧.托鲁加尔特矿点；⑨.135号矿化点

1.第四系；2.红色层；3.褪色层；4.含地沥青范围；5.石油范围；6.砂砾岩层；7.泥岩层；8.结晶片岩；9.铀矿体(图2位于图1巴什布拉克铀矿床相应位置，此剖面示意图左边近邻Ck833孔，图右边近邻Ck8850孔)

表1 巴什布拉克区域地质和铀矿化分布Tab.1 Regional geology and dictribution of uranium mineralization of the Bashibulake area

1.2 层间氧化的分布

矿床层间氧化的分布主要依据野外观察和矿床区内西北部ZK8100钻孔中采取样品。Th/U值方法用来判别沉积环境氧化还原状态，主要是利用差异的钍和铀地球化学性质。它们在还原条件下地球化学性质相似，在氧化状态下差别就特别大，按Th/U值状况笔者划分为Th/U>10为极氧化，3～10为强氧化，2～3为较强氧化，1～2为氧化环境来划分；<1为还原环境，0.0 n～0. n为较强还原(0.00 n强还原)(王辉等，2012)。

ZK8100钻孔26～68 m为中细砂岩和砂体，视厚度为42 m大部分为砂体， Th和U未分析。 88.8～92.8 m为中细砂岩，含泥砾中细砂岩；视厚度为4 m内有3处强氧化(Th/U=3.79～4.16)，其中含泥砾中细砂岩，见有泥质胶结物。以上强氧化的红色岩石表明可能为潜水氧化：显微镜下见雾状的赤铁矿，团点状褐铁矿，另见0.00 nmm大小黄铁矿于粒间，个别具四方断面较大颗粒。胶结物为泥质，碳酸盐矿物少—极少，U有可能被淋失，未见铀矿化。92.6～188.9 m为含泥砾中细砂岩，视厚度为96.3 m内有13处氧化，Th/U=1～2，其中部分见有泥质胶结物，少碳酸盐，见零星铀矿化。含泥砾中细砂岩地段具有“油气弥散”痕迹：灰色含砂泥岩富含0.001 mm大小的黄铁矿。197～235 m为个别泥岩，大部分为砂岩，视厚度为38 m中仅有2处氧化(Th/U=1～2)和一处较强氧化(Th/U=2.48)，大部分见泥质胶结物。236.03～298 m砂质砾岩个别泥岩,243 m处为极氧化(Th/U=11.6)和一处较强氧化(Th/U=2.74)，该处部分为泥质及还原环境(Th/U<1)，为主要铀矿化地段，并发育碳酸盐化和水云母化。243 m处可能有断层通过，达到通氧环境。300～348 m主要为砂岩少砾岩，视厚度为48 m中有9处强氧化(Th/U=3.07～5.11)，个别样品见泥质胶结物。由此可见，该矿床地处斜坡带，层间氧化发育，砾岩具有多层性，泥质胶结物发育岩石渗透率较高，具有通氧的断层作为通道，可见样品标志性红褐色氧化标记。同时具有层间氧化成矿系统的“源、运、积、泄”较优越条件，而且深部又有液态石油提供热源和油气还原物质，以及金属伴生元素，所有这些皆为铀成矿具备了有利成矿环境(表2)。

表2 矿床ZK8100钻孔所见垂直分带性和伴生元素(10-6)分布以及Th/U值Tab.2 Vertizal zoning of borehole Zk8100 and distribution of associated elements of Bashibulake deposit (10-6) and Th/U

续表2

续表2

2 垂直分带的分布及垂直分带中U和伴生元素晕的分布

2.1 垂直分带的分布

由于矿区构造处于一个南倾 “斜坡带”，有利于北部中高山区地下水补给区，地下水渗入白垩—侏罗系径流以致排泄，加之矿床区内地层结构大多为泥质胶结中细砂岩中砂岩，经常含泥砾及夹薄层含砂泥岩等弱渗透或不渗透岩层。但从该矿床后生作用分析，考虑到后生改造环境的热作用，油气特别是H2、CH4、CO等气体和碳酸盐溶液、烃类及地沥青变化多期构造运动和热液(水)活动、油气成藏多期性等诸多因素影响，以致从矿物和蚀变、地球化学角度仍存在一定分带性。值得注意的是即便是泥岩也含砂，湖后河流冲刷为泥砾常见，冲积扇三角洲群相互叠加分布，砂岩巨型交错层，含矿层体与上红色岩组呈锯齿状斜切的接触关系都会影响地层结构。

0～74m为松散砂体，见少量砖红色雾状赤铁矿，团点状褐铁矿，他形粒状菱铁矿。地表常见沿裂隙染红，为地表岩石淋滤风化产物。以下宏观按矿物和蚀变等划分4个层带。

(1)一层带(88.8～92.8 m) 潜水氧化，砂岩有时含泥砾，属油气铀矿化缺少带。岩石红色、黄灰色遭潜水氧化半氧化，但地表多见残留灰色中细砂岩，砂岩有时含泥砾，可能为湖后河流冲刷而成，类似地浸砂岩铀矿地区特点(刘正义等，2016)，属油气铀矿化缺少带亦可能铀被淋滤而未见铀矿化。砂岩少胶结物泥质碳酸盐少—极少。

(2)二层带(92.8～189 m)零星铀矿化带，中细砂岩含泥砾-油气阻滞弥散带。胶结物少为泥质，少碳酸盐和水云母。多接触式少孔隙式胶结。矿化岩石常含有泥砾，岩性仍以中细砂岩为主。92～97 m、105～115.5 m、122.67～122.77 m、188.8～188.9出现铀矿化。含矿岩石除中细砂岩外，发育含砂泥岩、粉砂质泥岩，个别为中砂岩。中细砂岩为岩屑长石或长石岩屑砂岩，所含“泥砾”是由于含有较高放射性泥岩被冲刷而成。灰色含砂泥岩中赋存0.001 mm大小颗粒状黄铁矿，显示由炎热干旱转变向温暖潮湿相对还原环境，为还原性能(Th/U=0.0 n)为主要特征的零星铀矿化，以及大量氧化(Th/U=1. n)岩石无矿的格局。

(3)三层带(189～236 m)极少铀矿化带，砂岩粒度变化，深部加强还原能力，油气缺少带。含矿岩石粒度成分较复杂，见有灰黑色砾岩，中粗粒砂岩个别含泥砾，碳酸盐胶结物为少—极少，碎屑黑云母多色性强，后生变化较弱，铀矿化偏少，出现在228.04～228.14 m,密切与更加具有强还原环境(Th/U=0.0 n)有关。

(4)四层带(236.53～298 m)层间氧化发育—主铀矿化(含铀地沥青叠加)带，较强烈水交替带，石油扩散路径带。矿化岩石杂色，表现为除灰、蓝灰、青灰中-中细砂岩、灰-青灰含砾中粗砂岩以及高矿化浅黄绿色中粒砂岩外，还见有含油斑灰-灰白中-中粗砂岩和矿化灰-深灰色砾岩。发育地沥青并见“黑痕”。热液蚀变除强碳酸盐外，还有大量水云母化。显然，大量铀矿化与富含地沥青和具有强还原(Th/U=0.0 n～0.00 n)和强氧化(Th/U=3～5)环境，243 m极氧化(Th/U=11.6)，构成氧化还原环境，以及“地下水强烈交替”有关。

矿化岩石富含地沥青，粒度大小为0.03～0.05 mm，呈近似圆形他形粒状，或短脉状，地表富矿地段见有呈顺层或切层的脉状产出。显微镜下可见部分地沥青随铀含量增加反射率增强，表明铀呈物理吸附状态存在，其中见有0.001 mm大小的方铅矿和闪锌矿等伴生矿物生成。黄铁矿多呈<0.003 mm或0.001～0.005 mm的细小浸点状产出，或呈长2 mm细脉状、同心圆及胶状半胶状， 与地沥青和沥青铀矿共生。矿化出现在236～239 m、247～249 m、251 m、258 m、274 m、277 m、280～285 m、293 m等较多矿化段，并发育碳酸盐化和水云母化于铀矿化段之间，在垂向上隐约存在上部碳酸盐化、下部水云母化的趋势。

(5)五层带(300～348 m)石油带聚集储存带(极个别铀矿化)。个别铀矿化于318 m砾岩中，多具还原性岩石，其上下部位明显水云母化，弱碳酸盐化，见有方解石脉。个别地段见有0.1 mm大小的四方断面黄铁矿分布(表1)。

2.2 U的伴生元素晕的分布

一层带：无矿，U和伴生元素流失，Se于检出限以下。

二层带：U晕断续出现在96.26～97 m、105～115,5 m、122.67～122.77 m、188.8～188.9 m，Pb亦大致亦零星出现在96.26～97 m、108.68～109.5 m，135.5～143 m断续出现。MO晕基本与U晕一致。Se晕大部分(占比57%)出现在氧化岩石中。

三层带：U晕个别出现在228.04～228.14 m，而Pb晕扩大,从197～235 m连续存在视厚度为38 m，MO晕基本稍大于U晕，Se晕仅有3处在还原-强还原(Th/U = 0.0n～0.00 n)的岩石中。

四层带：U晕出现在236.43～236.53 m、237.43～239 m、247.08～292.94 m，Pb晕238～239m、249～251 m与U一致，Pb晕在258 m处比U晕各大视厚度4 m，MO晕基本与U晕一致，Se晕在36.43～274 m基本连续，298～398 m连续存在于还原较强岩石(Th/U = 0.0 n)中。Re晕零散出现在还原较强部位。总之， U含量高者(1 011×10-6)含Pb(470×10-6)、Zn(136×10-6)较高。

五层带：U晕仅出现在一处318 m，Pb晕出现在326 m、328 m、336 m。Zn出现在338 m，与U均不一致，Mo与U紧密相伴，Se存在于氧化和还原较强的岩石中。

上述表明，U集中在四层带泥岩、中粒砂岩，特别是砾岩中；Cu集中在二层带泥砾中；Pb、Zn集中在三、四层带中；Mo、Se晕集中在四层带矿化中，Se除与U相伴还特别容易出现在近地表和深部层间氧化岩石中。Re晕更接近铀，二者地球化学性质更近似。其中只有伴生元素Mo，最高达0.2%，平均为0.042%。部分二层带和全部四层带的U与Mo相关散点图显示，二元素呈弱正相关趋势(R2=0.500 6)(表2)。

2.3 铀矿化岩石类型及其岩性特点

(1)主要类型为中砾-中粗砾岩型：具有较高品位，岩石呈现兰灰色、灰色、黑色，含有油斑。砾石棱角状，砾石成分有硅质岩、水母化泥岩、绢云母石英片岩、灰岩等，钙质泥质呈基底式胶结，砾石常被泥质包裹。长石、石英等碎屑为次棱角状，滚圆度较好。长石、石英、岩屑中的细粒充填物和胶结物中，以蚀变泥岩和细粒黄铁矿居多。岩石强碳酸盐化，其含量增至15%，方解石至少有2期。如BK-15～16、19～21样品，常出现他形粒状地沥青，特别是在泥岩边缘产出，或出现在花岗岩砾石间的空隙中。他形地沥青中见有小于0.001 mm半胶状黄铁矿，有的地沥青出现干裂纹，其中有胶状沥青铀矿产出，地沥青包裹岩屑或沿砾石孔隙呈“凝块状”胶结。地表坑道灰色粗砾岩中见顺层、切层产出的矿化地沥青分布。灰岩砾石具微晶-隐晶结构，其中见重结晶较粗粒方解石，亦见泥质钙质呈隐晶方解石等包裹花岗岩、微晶灰岩、变质岩砾石。亦见0.15 mm大小干净方解石胶结岩屑。此外还见有0.015 mm和小于0.01 mm大小的闪锌矿或菱铁矿0.005～9.91 mm多个颗粒。泥质呈云雾状，泥块或出现泥岩条带。其次为矿化灰-灰白色含油斑中-中粗砂岩，及与重油生成地沥青的矿化灰、蓝灰、青灰中-中细砂岩类型，特别是地沥青及泥岩等细碎屑含铀较高，构成一定矿化预富集，为后生铀成矿奠定了较为丰富的物质基础。

必须强调的是油气的还原作用，根据刘章月资料显示(刘章月等，2015)，油气还原蚀变主要发育于中下部粒度较粗的砂岩和砾岩中，原生褐红色砂岩和砾岩经油气还原后呈灰色、蓝灰色、灰绿色(图3A)，砾岩中可见沥青脉(图3B)、液态石油，局部见大量黄铁矿。地表露头可见原生褐红色砂岩被油气还原，呈黄绿色或灰绿色褪色条带(图3C)。在钻孔灰绿色砂砾岩中可见黑色液态石油浸入，有浓烈的煤油味，浸入时间较短，沿裂隙面分布(图3D)。通过对油气还原成矿作用研究发现，有机质在本区有2种表现形式，经电子探针鉴定，证实有2期有机质，均系油气运移的产物。一种磨光性好，光滑有收缩裂隙，该期有机质光滑质净，在电子探针下无任何包裹体(图3E)；另一种磨光性差，呈粗面状，在电子探针下可见包裹其他矿物，其中有胶硫钼矿、沥青铀矿、铀石和含钛铀矿物(图3F)。

A.褐红色砾岩被还原成灰绿色；B.砾岩中的地沥青；C.地表露头褐红色砂岩中的黄绿色褪色条带；D.灰绿色砂砾岩中浸入的液态油迹；E.光滑质净的有机质(BSE图像)；F.含铀矿物的有机质(BSE图像)

(2)其他岩石类型：高品位矿化的浅黄绿色中粒砂岩型，粉砂质泥岩(或呈夹层条带)型为灰、深灰色，青灰、绿灰、蓝灰色，岩石有的含泥砾。此外中砂岩-中细砂岩、含砾中粗粒砂岩-中粗粒砂岩，岩石呈青灰、灰绿、灰白色，矿物组成变化大，铀品位一般为较低-中等。

2.4 矿化与同类岩石的成矿元素和特征组分对比

主要类型矿化砾岩夹泥岩(于三层带)BK-8(1) 与同类岩石8100-71(1)比较，二氧化硅少，明显多CO和CaO，多MgO，显示碳酸盐化，成矿为碱性介质。同样，四层带的矿化灰-深灰色砾岩4-21(2)与灰青-灰色砾岩4-20(4)比较，少CO2、CaO、MgO，稍多总硫、有机碳，显示其弱酸性介质溶液，该处强烈水云母化得以证明。矿化青灰色含地沥青中-粗砾岩4-19(4)与蓝灰色中-中粗砾岩4-18(3)比较，表现少硅，高一倍的CO2，多CaO、MgO、K2O,表现弱碱性介质溶液特点。五层带矿化兰灰色中细砾岩BK-30与灰色中粒砾岩8100-106比较，明显少硅、少Fe2O3，明显多CaO、MgO、Al2O3，稍多FeO、K2O，特别是多CO2，稍少总硫，显示以碱为主、酸碱性介质交替特点，岩石蚀变表现出强碳酸盐化、弱水云母化特点。矿化灰-灰白色含油斑中-中粗砂岩4-17(2)与同类岩石4-16(2)比较，显示多硅，少FeO、MgO、CaO，CO2、TiO2、P2O5、总硫、有机碳皆少一倍左右，唯有K2O高1倍，表现含石油斑点和成矿溶液的弱酸-弱碱性交替出现的成矿环境。矿化灰、蓝灰、青灰中-中细砂岩0-00(4)与灰白、灰黑、灰色同岩0-0(3)比较，多Fe2O3和Al2O3,而CaO较少，表明矿化中石油(重油)氧化生成地沥青呈现酸性介质。

其他类型如高品位矿化的浅黄绿色中粒砂岩8100-87-1(1)CO2大量减少，只存有1.17%。特别是Fe2O3与FeO之比为16.38，在全部样品中具有如此高比值，表明低价铁变为高价铁致使原四价变六价铀的氧化还原起重要作用。此部位可能在初期成为氧和地下水的通道，造成较高含量H2O+(结构水)充盈的酸性水，成矿时或其附近可能存在断层封闭，总硫和有机碳稍有减少，经较强还原环境具备有足够的铀而形成高品位矿化。该处所出现强烈水云母化代表强酸性环境，这早已被大量实验研究给予有力佐证(刘正义等，2009)。矿化灰-青灰含砾中粗砂岩2-2(2)与同类岩石1-2(2)比较，MgO、CaO含量明显降低，H2O+、CO2减少，表明含矿溶液中矿物结晶水(H2O+)减少，含矿溶液呈现酸性，部分酸性氧化致使总S、有机碳稍有损失。其他类型如二层带矿化灰白色中细粒砂岩BK1-2(2)与灰白色同岩石I-60(7)对比，局部褪色，驱高铁增低铁FeO，明显CO2多约6倍，反应成矿溶液弱碱性介质特点。矿化含泥砾中细粒砂岩5-12(2)与同类岩石20-14(4)比较，矿化者多“总硫”明显少CO2，稍少MgO，显示弱酸性特点。矿化粉砂质泥岩4-15(4)与同类岩石8100-16(1)比较，矿化者碳酸盐化十分显著，CaO和CO2大大增加，其中CaO增加7倍。总硫和有机碳各增加5倍，铀含量较前增加约一倍(表1—表3)。显然，铀呈二碳酸铀酰络合物迁移需要碳酸盐溶液为介质，含矿热液的酸性对成矿有利，这早已被大量成矿实验所证实(刘正义等，2009，2012，2007)。

3 铀成矿机理的讨论

石油运移过程中氧化作用占主导，使得原油性质从凹陷内部向边缘由轻变重，沿油气运移的方向原油密度黏度有规律增高，如沿斜坡带运移或遇通氧断裂会增加密度。氧化的石油直接参与铀矿化的形成，这种石油为重油，铀矿化也与油气H2、CO等强还原物质相联系。

3.1 矿物组成和无机、有机组分特点与铀矿化关系

石油的腐泥质有机质中氯仿、沥青A和总烃含量较高，饱和烃丰富；腐殖有机质富含芳烃及胶质、沥青质。石油的主要组成是烃类3种：烷烃、环烷烃、芳香烃，其次是非烃组分含氧化合物、含硫化合物、含氮化合物，胶质数量不多，但有意义：烃类来自深部含油岩石和浅部煤岩层，金属往往存在于胶质、沥青质中，胶质和泥质绝大部分在石油的残渣中，因此一般认为该类型铀矿石中非烃高，沥青质多而饱和烃和沥青A少(表3)。

油田卤水普遍含有有机酸，特别是低分子的羧酸，这些低分子的有机酸可能是金属络合物的主要配位体。除此观点外，原油也可以是Ni、V、Co、Hg等元素的搬运者，一般Cu、Pb、Zn含量约为12×10-6，具一定程度聚集Cu的能力(形成Cu卟啉)。地表坑道口中顺层、切层产出的含铀地沥青经分析分别含量U高达12 520×10-6、4 645×10-6，有机质达9.16%、5.44%，含Mo最高达1 841×10-6、368×10-6，Se达8.4×10-6、6.47×10-6，Re达2×10-6、0.112×10-6。浸液测定还原能力较高，ΔEh=43 mV、35 mV,浸液偏酸pH=6.17、8.0。Mo的实验早已表明，在酸性介质下干络根吸附70%以上的Mo，在偏碱性介质pH接近8时Mo质量份数仅在10%以下。经对矿床薄片、光薄片鉴定，矿化层带1～4皆为花岗质碎屑-岩屑长石砂岩为主，高品位矿化者，其中蚀变岩屑中水云母为9%，长石为38%，石英为32%，方解石较多为5%，“糟化”云母+绿泥石类为3%，不透明矿物为3%。铀偏高和异常岩石甚至低品位岩石大部分含较多泥质。个别闪锌矿组成较高品位矿石中则含数量不等的半胶状细小黄铁矿他形颗粒，所含地沥青一般多呈他形粒状、近圆状，有时或顺层或切层呈细脉状。地沥青伴随“含吸附铀”越多，出现在镜下呈现较高反射率，有的地沥青中可见粒状、胶状沥青铀矿，这种矿化部位有时为含泥砾的砂岩，但矿化主要受含地沥青多寡，其次碳酸盐化和水云母化程度、黄铁矿化、“褪色蚀变”(岩石由红色、黄色变为灰白、浅黄色甚至灰黄绿色)造成酸性或碱性淋滤因素所致，此时铀丢失、或至它处集聚。一般石油转化为沥青过程中，金属元素的沉淀在100 ℃时与沥青有关的矿物是以黄铁矿为主，并以球粒状等颗粒为特征，此外还有一定数量的闪锌矿、黄铜矿。当石油充填大孔隙时，体积收缩出现收缩裂隙，该裂隙可被黄铁矿充填，也可包裹黄铁矿，这说明黄铁矿形成时，石油还处在液态。金属铀元素之所以被地沥青吸附是由于沥青内部多孔的特殊结构，而具有巨大的表面积(600～1 500 m2/g)。金属矿物的形成，往往要特殊的阳离子与适当的阴离子结合，才能形成异常高的浓度。这种巨大表面积的特殊结构可以看成“活性碳”，它为铀的吸附和沉淀提供必要的场所。加之，液态石油的固化和随之排气都会引起沥青黏力破裂，形成不配对电子(负电荷)，导致沥青在成矿系统中既能作为铀聚集的介质，又是含矿液体铀元素沉淀的理想还原剂。在铀元素还原过程中，沥青氧化成CO2，沥青体积缩小，其占据空间为铀等元素代替。沥青氧化成CO2逸出，也可以方解石形式沉淀(单卫国，2004)。

从表3氯仿沥青及族组分按油源岩的类型划分所属可以看出，一层带饱和烃占13.45%，在标准5%～17%内属腐殖型；芳烃5.88%，在标准5%～15%内属腐殖-腐泥型，腐殖型；饱和烃/芳烃在标准1～3内属腐殖-腐泥型：非烃+沥青质为67.23%，总烃为86.55%，二者之比在标准0.1～1内，属腐泥型。二、三层带饱和烃占28.74%～30.3%、10.94%，在标准20%～40%和55%～17%内，属腐殖-腐泥和腐殖型；芳烃3.13%、4.55%、6.9%，在标准5%～15%内接近腐殖-腐泥型；“饱和烃/芳烃”在>3和1～1.6内，属腐泥型和腐泥-腐殖型。“非烃+沥青质”与“总烃”之比在1～3内，属“腐殖-腐泥型”和“腐泥-腐殖型”。四层带饱和烃为11.11%～39.22%，在标准20%～40%内，属“腐殖-腐泥”型；芳烃2.47%～8.97%，在标准5%～15%范围属“腐殖-腐泥”型，饱和烃/芳烃在标准>3和1.6，属“腐泥和腐泥-腐殖”型。(非烃+沥青质)与总烃之比在标准1～3内，>3和1～3内，属“腐泥-腐殖型”和“腐殖-腐泥”型。由此可以看出，铀矿化者多沥青质。U含量达1 011×10-6样品(Bky-4)中沥青质占62.5%，U含量为885×10-6样品(Bky-7)中沥青质占32.1%等(表4、表5)。

表4 巴什布拉克矿床ZK-8100钻孔岩石中氯仿沥青及组分Tab.4 Chloroform asphalt and its components in borehole zk-8100 of bashibulake deposit

表5 ZK8100钻孔沉积物中有机质存在形式及其油源岩分类Tab.5 Forms of organic matter in borehole ZK8100 sediments and classification of oil Source Rocks

3.2 铀矿化岩石类型及其预富集的重要作用

(1)主要类型为中砾-中粗砾岩型：具有较高品位，岩石蓝灰色、灰色、黑色，含油斑。砾石棱角状，砾石成分有硅质岩、水母化泥岩、绢云母石英片岩、灰岩等，钙质泥质呈基底式胶结，砾石常被泥质包裹，长石、石英为次棱角状，滚圆度较好。长石、石英岩屑中的细粒充填物和胶结物中以蚀变泥岩和细粒黄铁矿居多。岩石强碳酸盐化，方解石含量增至15%，至少有两期。如BK-15、BK-16、BK-19—BK-21样品常出现他形粒状地沥青，特别是在泥岩边缘产出，或出现在花岗岩砾石间的空隙中。他形地沥青中见小于0.001 mm半胶状黄铁矿，有的地沥青出现干裂纹，其中有胶状沥青铀矿产出。地沥青包裹岩屑，或沿砾石孔隙呈“凝块状”胶结。地表坑道灰色粗砾岩中见顺层、切层产出的矿化地沥青分布。灰岩砾石具微晶-隐晶结构，其中见重结晶较粗粒方解石，亦见泥质钙质呈隐晶方解石等包裹花岗岩、微晶灰岩、变质岩砾石，亦见0.15 mm大小干净方解石胶结岩屑。此外还见有0.015 mm和小于0.01 mm的闪锌矿或0.005～9.91 mm多个菱铁矿颗粒。泥质呈云雾状，泥块、或出现泥岩条带。特别是地沥青及泥岩等细碎屑含铀较高构成一定矿化的预富集，为后生铀成矿奠定了丰富的物质基础。

(2)其他岩石类型：粉砂质泥岩(或呈夹层条带)型为灰、深灰色，青灰、绿灰、蓝灰色，铀品位较低—中等，岩石有的含泥砾。中砂岩-中细砂岩、含砾中粗粒砂岩-中粗粒砂岩型，个别高品位，岩石呈青灰、灰绿、灰白色。矿物组成变化较大。

4 铀成矿机理

由于研究区缺失三叠系，中—下侏罗统直接覆盖二叠系之上形成河湖相含煤建造。至早白垩世湖水侵入下红色泥岩组，随后盆缘地区抬升，盆地快速下降，形成巨厚砂岩夹多层砾岩巴什布拉克组沉积。砾岩以及下白垩统与中、下侏罗统间不整合面的风化淋滤带成为油气迁移(侧、垂向)通道(不整合面、断层、孔隙等)，随着石油的氧化过程中生成地沥青和油气(H2、CO等)大量的还原和富集了铀。研究表明，随着石油密度增加，灰分中铀浓度同样增加，在石油氧化过程中这种铀的聚集速度更快。大量实验表明，该矿床地沥青和塔里木盆地油浸砂岩对U、Mo、V、Re、Se具有较强的还原沉淀能力，地沥青对铀还原沉淀能力最强，其次是油浸砂岩(刘正义等，2007)。对钼的还原能力以油浸砂岩最强，其次才是地沥青。地沥青可在弱氧化砂岩中将Se还原沉淀(刘正义等，2007; В.Н.丹契夫等，1984)。只有在还原容量ΔEh等于或大于40mV的地沥青中，才可以见到0.0n或更高的铀含量。地沥青储存铀的主要机理是U6+还原为U4+的过程，同时，吸附过程也有显著作用。沥青质多的相对氧化的重油可以增加摄取铀的能力，而沥青质少的轻油不具这个能力；其摄取铀的能力，一般随其氧化程度增长(密度增加，沥青质和地沥青含量增加以及硫化作用增强)而增加，既在酸性介质中发生吸附铀，又能在弱碱性介质中还原铀。固体地沥青从溶液中摄取铀时，H2S是在地沥青生物化学氧化作用生成的硫酸盐，在其发生还原后而产生的，故可在沥青中也可存在细分散的铀氧化物(固体地沥青Eh值一般高于溶解铀与其还原的氧化物沉淀之间平衡的Eh值，特别是在弱酸性pH=5～6.5内，天然吸附剂在pH=4.5～6区间吸附铀最多)。吸附铀不分价态，有机质还原性能比吸附作用具有更大的意义。由C、H、O、N、S元素分析推导作为含地沥青物质组成的化学式(А.К.利西秦,1983)如下(图4)(刘正义等,2012；Л.С叶夫谢耶娃等,1980)。

①范围.含地沥青岩石水中的Eh-pH区间；②范围.含地沥青岩石水中的Eh-pH区间； ③范围.H2S水中的Eh-pH区间(∑H2S=0.000 005～0.1mol/L)；④范围.U自层间水中沉淀的Eh-pH区间(pH=6.5～8.5)

处于含油气区属于强烈水交替带地段的地沥青对铀的还原沉淀能力强，是由于水溶液与地沥青之间处于化学平衡时，在pH-Eh值的直角坐标图中为一条倾斜的长带，如图4①区间，其倾斜度大致相当于pH增加一个单位，Eh值降低180 mV。此时，地沥青的Eh-pH关系方程为：Eh=(1.02～1.18)-0.18pH，比黄铁矿与水溶液平衡时pH每增加一个单位降低0.06～0.075mV要更大。实际测定该矿床地沥青具较高还原容量ΔEh=70mV也是一个有力的证明。实践表明，成矿的酸性溶液中沥青铀矿形成效率高于碱性溶液介质(刘正义等，2007，2012; В.Н.丹契夫等，1984; А.К.利西秦,1983; Л.С叶夫谢耶，1980;欧光习等，2005)。研究表明(刘正义等，2012； Л.С叶夫谢耶娃等，1980)，矿床中以方解石及石英碎屑成岩愈合微裂隙内包裹体均一温度测量结果表明，地层成岩期第一期胶结物粒状方解石形成及早期重质油聚结温度为85～137 ℃, 地层中微裂隙脉状(后生阶段)的第二期方解石及其对应油气活动温度为119～126 ℃(欧光习等，2005)。在巴什布拉克地区，其东部的托云盆地早白垩世—古近纪发生大规模岩浆活动提高了局部侏罗系烃源岩热演化和铀等金属活化程度(罗金海等，2005)。矿床深部340～348 m强氧化和3 m极强氧化处，特别是前者岩石褪色为灰白色表明，此处很可能存在断裂成为石油运移通道，含氧通道致使氧化成为重油，或早期侏罗纪重油沿此断裂及“不整合面”运移至巴什布拉克组砾岩层中成矿。总之，在古构造斜坡带上，铀呈二碳酸铀酰络合物迁移碳酸盐溶液与盆地早期奥陶纪—侏罗纪烃源岩，至晚白垩世晚期和上新世76 Ma、16 Ma，经生烃产生的酸性溶液相遇或叠加；经历了老地层生烃而下白垩统新地层储油、石油氧化还原机制而成矿(柳广弟等，2018)。

5 结论

(1) 石油从水中摄取铀与沥青-地沥青之相对氧化的重油具有摄取铀的能力，而沥青质少的轻油不具这个能力。既在酸性介质中发生吸附铀，又能在弱碱性介质中还原铀，地沥青对铀的还原沉淀能力强(实验后沉淀量多)。

(2)氧化带的双重性。氧化带的双重性表现在，多层的“层间氧化”和深部层间明显断裂，层间氧化为主并存在潜水氧化的垂直分带。

(3)含矿岩石类型重要性及热液蚀变的多期性。含矿岩石是沥青质砾岩型和石砂岩型，热液蚀变见有碳酸盐化、水云母化、黄铁矿化、地沥青化，个别地段有强烈碳酸盐化和地沥青化。铀成矿部位碳酸盐强烈，其下有水云母化，并存在“上碱下酸”分布趋势，成矿酸性溶液中沥青铀矿形成效率高于碱性溶液介质。

(4)在古构造斜坡带上，铀呈二碳酸铀酰络合物迁移碳酸盐溶液与盆地早期奥陶纪—侏罗纪烃源岩，至晚白垩世晚期和上新世，经生烃产生的酸性溶液相遇或叠加；经历了老地层生烃而下白垩统新地层储油、石油氧化还原机制而成矿。

(5)成矿机制机理及成因类型成矿机制机理成矿类型为与和石油热演化、油气破坏产物地沥青和油气还原(H2、CH4)、热液(水)蚀变、碳酸盐水洗、渗漏与扩散等因素有关的复成因类型。层间构造作用奠定后生成矿基础，泥岩和细碎屑岩褪色提供成矿元素，不能缺乏这些油源围岩。铀等活化靠石油的热演化，碳酸盐水溶液提供铀等元素迁移、沉淀。不整合构造表明古生界抬升和多层砾岩孔隙、裂隙提供成矿有利空间。

(6)成矿时代为晚白垩世晚期—上新世，同位素年龄为76 Ma、16 Ma多阶段矿化构成如此大型矿床。铀矿化作用与层间氧化还原作用影响有关，并与古、近潜水氧化还原作用有关；76 Ma矿龄可能是以层间氧化带为主对地沥青型铀矿床、沥青化、碱性碳酸盐化、酸性伊利石化有关；16 Ma矿龄者与近期古、近潜水氧化和强烈交替作用有关。

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