伊犁盆地南缘水西沟群沉积特征及其与砂岩型铀矿成矿关系

1. 伊犁盆地南缘水西沟群沉积特征及其与砂岩型铀矿成矿关系

伊犁盆地是我国重要的产铀盆地之一。伊犁盆地内地浸砂岩型铀矿床主要分布在盆地南缘。盆地内铀矿化主要产于中下侏罗统水西沟群中，并表现出明显的层控和相控特点。为此，这里试图通过研究伊犁盆地南缘水西沟群不同层位的沉积体系及沉积相特征，查明盆地含矿层各沉积阶段的沉积体系格局及沉积相空间展布特征，总结沉积体系及沉积相与地浸砂岩型铀矿化的成矿关系，确定有利的浸砂岩型铀矿成矿的沉积体系、沉积相及其空间分布范围，为伊犁盆地地浸砂岩型铀矿找矿预测及勘查工程部署提供科学依据。
一、水西沟群的划分
关于含矿层水西沟群可划分出八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）及西山窑组（J2x）3个组已得到普遍认可，但对各组间界线的划分上历年来仍不一致（表2-7-1）。本专题通过地层对比，结合孢粉分析资料，将伊犁盆地南缘水西沟群Ⅰ～Ⅳ旋回归属于八道湾组，Ⅴ1亚旋回归属于三工河组，Ⅴ2～Ⅶ旋回归属于西山窑组，Ⅷ旋回归属为上侏罗统。其主要划分对比依据为：
1）吐哈盆地南缘水西沟群中部湖泊沉积为三工河组，上、下两套煤系地层分别对应于西山窑组和八道湾组。因此，本专题认为伊犁盆地南缘三工河组应局限在沉积物粒度较细的以湖相及前三角洲相为主的Ⅴ1亚旋回，而沉积物粒度较粗的Ⅴ2亚旋回及含煤的Ⅴ3亚旋回及Ⅵ旋回应归属为西山窑组而不是三工河组。
2）对采集于伊犁盆地南缘ZK44967-1孔420～450m之间Ⅴ2亚旋回中的5件灰色泥岩样品，经中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心进行了孢粉鉴定分析，其中2件样品（ZK44967-1-2和ZK44967-1-3）含有丰富的孢粉化石。以裸子植物花粉为主，占95%～96%，蕨类植物孢子出现较少，仅为4%～5%。裸子植物花粉中以松柏类双气囊花粉为主，常见冠翼粉、苏铁粉、脑纹粉等类型；蕨类植物孢子以拟石松孢为主要类型。其时代可归于中侏罗世早中期。因此，Ⅴ2亚旋回中的灰色泥岩样品孢粉鉴定表明其应归属于西山窑组而不是三工河组。
3）将Ⅷ旋回划归为上侏罗统齐古组而不是西山窑组的依据是：Ⅷ旋回与Ⅶ旋回之间有沉积间断，而与上侏罗统为连续沉积，界线难分；Ⅷ旋回砂岩岩石的原生地化环境为氧化环境；而Ⅶ旋回砂岩岩石的原生地化环境为还原环境。
本次研究根据地层岩性组合、沉积韵律、沉积构造、砂体规模及稳定性、测井曲线、沉积物粒度分布曲线等特征，伊犁盆地南缘容矿岩系──水西沟群可划分出4个大的沉积体系，即Ⅰ～Ⅳ旋回的冲积扇沉积体系、Ⅴ旋回的辫状河三角洲沉积体系、Ⅵ旋回的浅湖沼泽沉积体系和Ⅶ旋回的曲流河三角洲沉积体系。其中冲积扇沉积体系主要发育冲积扇相和扇前辫状河流相；辫状河三角洲沉积体系主要发育前三角洲相、三角洲前缘相、三角洲平原相及沼泽相；曲流河三角洲沉积体系主要发育三角洲平原相。伊犁盆地南缘水西沟群各沉积体系发育的主要沉积相及亚相划分见表2-7-2。

表2-7-1 伊犁盆地南缘水西沟群地层划分沿革表

二、水西沟群沉积特征
（一）冲积扇沉积体系
冲积扇沉积体系主要发育在Ⅰ～Ⅳ旋回，其中，Ⅰ～Ⅱ旋回以扇中-扇端亚相及扇前辫状河流相为主；Ⅲ～Ⅳ旋回以扇前辫状河流相为主。
1.Ⅰ～Ⅱ旋回沉积相特征
Ⅰ旋回与Ⅱ旋回的沉积特征相似，均表现出旋回下部主要为砾岩和砂砾岩，上部有时出现中、细砂岩透镜体，局部夹细砂岩、粉砂岩及泥岩。Ⅰ～Ⅱ旋回地层的砂地比一般大于0.6。地层中有机质及炭质碎屑较少，相变较快。砾岩主要分布在南缘盆缘附近，沿盆缘方向厚度较稳定，一般为5～10m；但向盆地中心方向很快相变为砂砾岩、含砾砂岩（图2-7-1）。砾岩砾石大小不等，一般（3×5cm）～（8×10cm），大者可达15×20cm以上。砾石成熟度较低，成分复杂，可分为远源的硅质岩、变质岩、石英岩砾石（次圆状）和近源的火山岩、花岗岩砾石（棱角状-次棱角状）。

表2-7-2 伊犁盆地南缘水西沟群沉积体系及沉积相划分表


图2-7-1 伊犁盆地南缘库捷尔太地区22号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅰ～Ⅱ旋回地层柱状对比图

A—扇中-扇端亚相；B—扇前辫状河流相；T2-3xq—中上三叠统小泉沟群
Ⅰ～Ⅱ旋回沉积构造以块状层理为主，有时可见略显粗糙的平行层理及大型槽状交错层理。三侧向视电阻率多表现出箱形或钟形（图2-7-1）。上述特征表明Ⅰ～Ⅱ旋回沉积为一套快速堆积的冲积扇沉积。
平面上，Ⅰ～Ⅱ旋回沉积在伊犁盆地南缘总体表现出东粗西细、南粗北细的沉积特点。根据冲积扇体系沉积的岩性组合等特征，伊犁盆地南缘Ⅰ～Ⅱ旋回沉积可分出冲积扇相及扇前辫状河流相两种沉积相（图2-7-2）。其中，冲积扇相的扇根亚相已被剥蚀，只保留扇中-扇端亚相，扇中-扇端亚相以砾岩和砂砾岩互层为主夹含砾砂岩，扇前辫状河流相以砂砾岩和含砾砂岩互层为主夹少量砾岩、粉砂岩及泥岩。

图2-7-2 伊犁盆地南缘Ⅰ～Ⅱ旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—扇中-扇端亚相；3—扇前辫状河流相；4—地名
2.Ⅲ～Ⅳ旋回沉积相特征
Ⅲ旋回与Ⅳ旋回的沉积特征相似，均表现出下部为含砾砂岩和粗砂岩，局部为砂砾岩，向上过渡为中细砂岩、细砂岩和薄层泥岩，二元结构明显。Ⅲ～Ⅳ旋回的单个旋回的地层厚度一般为10～30m，砂体厚度一般为10～25m，砂地比平均为0.71。Ⅲ～Ⅳ旋回地层三侧向视电阻率以箱形为主（图2-7-3）。
总体看来，Ⅲ～Ⅳ旋回沉积砾岩基本不发育，但砂体粒度较粗，粒度区间范围为Φ-1.5～5，标准偏差为0.53～0.7，分选较好。直方图以单峰型为主（图2-7-4）。粒度分布概率曲线为两段式或三段式，以跳跃总体为主（占70%～80%），斜率为60°～70°；悬浮总体占15%～30%，斜率为30°～40°；跳跃总体与悬浮总体截点在Φ2.2～2.7，反映出河流相沉积特点。沉积构造下部以槽状及板状交错层理为主，上部以小型交错层理、波状层理、水平层理为主。这些特征表明Ⅲ～Ⅳ旋回应属冲积扇扇前缘辫状河流相沉积。
根据其岩性组合及砂泥比等特征，扇前辫状河流相沉积可进一步分为辫状水道亚相和漫滩亚相。辫状水道亚相构成二元结构的下部，岩性以含砾砂岩和砂岩为主，沉积构造以槽状及板状交错层理为主，漫滩亚相构成二元结构的上部，岩性以粉砂岩及泥岩为主，沉积构造以小型交错层理、波状层理、水平层理为主。
（二）辫状河三角洲沉积体系
辫状河三角洲沉积体系主要发育在Ⅴ旋回，其中，Ⅴ1亚旋回主要为三角洲前缘相及前三角洲相，Ⅴ2亚旋回主要为三角洲前缘相及三角洲平原相，Ⅴ3亚旋回主要为沼泽相。下面按3个亚旋回分别阐述其沉积相特征。

图2-7-3 伊犁盆地南缘扎基斯坦地区032号勘探线部分钻孔

水西沟群Ⅲ旋回地层柱状对比图
A—辫状水道亚相；B—漫滩亚相

图2-7-4 苏阿苏沟Ⅲ旋回砂岩的粒度分布曲线

1.Ⅴ1亚旋回沉积特征
Ⅴ1亚旋回地层厚度一般为10～20m，局部20～35m，岩性主要由粉砂岩和泥岩以及细、中砂岩组成，局部发育粗砂岩及含砾砂岩，砾岩及砂砾岩很不发育。该旋回砂体总厚度一般小于10m，局部可达10～15m。该亚旋回地层特点之一是泥岩厚度大于砂岩厚度，砂地比多小于0.5，砂地比大于0.5的砂岩分布区面积很小。该亚旋回地层的另一特点是泥岩较纯，为灰色及深灰色泥岩，泥岩水平层理发育，单层厚度大且延伸稳定，反映了较深水的静水沉积环境。沉积构造除水平层理外，还发育块状层理及微波状层理。该亚旋回沉积的第三个特点是具下细上粗的反韵律结构；三侧向视电阻率测井曲线的下部多为低幅平滑曲线，上部多为中低幅倒圣诞树形（图2-7-5），这种反韵律结构是三角洲沉积环境所特有的产物。此外，该亚旋回地层中有机质和炭化植物碎屑比较发育，有时见黄铁矿，反映了较还原的水下沉积环境。

图2-7-5 伊犁盆地南缘库捷尔太地区20号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅴ旋回地层柱状对比图

A—前三角洲相；B—三角洲前缘河口坝及席状砂亚相；C—三角洲前缘分流间湾亚相；D—沼泽相；E—浅湖沼泽相
上述特征表明Ⅴ1亚旋回地层属三角洲前缘及前三角洲沉积，根据其岩性组合及砂岩发育程度又可细分为前三角洲亚相（主要位于库捷尔太地区和苏东布拉克地区）和三角洲前缘分流河道亚相及三角洲前缘分流间湾亚相（主要位于乌库尔齐及其以东地区）3个沉积亚相（图2-7-6）。

图2-7-6 伊犁盆地南缘Ⅴ1旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲前缘分流河道亚相；3—三角洲前缘分流间湾亚相；4—前三角洲相；5—地名
2.Ⅴ2亚旋回沉积特征
伊犁盆地南缘Ⅴ2亚旋回地层厚度一般为30～50m，局部50～60m，岩性主要为含砾砂岩、粗粒砂岩及中细粒砂岩，砂体上下发育粉砂岩及泥岩。该亚旋回地层砂体比一般为0.4～0.7，平均为0.59。该亚旋回地层砂体比较稳定，厚度一般为15～30m，局部可达35～45m。区域上，从下至上，岩性从泥岩-粉砂岩-细砂岩-粗砂岩及含砾砂岩到粗砂岩细砂岩-粉砂岩及泥岩的下反上正的完整韵律发育非常明显，反映出典型的三角洲沉积环境特点。
本区三角洲相砂岩的粒度分布曲线主要有两类：一类与辫状河相砂岩的粒度分布曲线相似（图2-7-7A），反映出三角洲平原分流河道或三角洲水下分流河道的沉积特征；另一类粒度区间较宽（Φ-2～5），标准偏差为0.8～1.4，直方图以多峰型为主，反映出分选性差的特点。其概率曲线图以悬浮组分为主，占80%～100%，斜率中等（40°～50°），跳跃总体很少，图形多呈直线体（图2-7-7B），其图形类似于浊流沉积的粒度分布曲线，反映出河流携带大量泥砂快速入湖（进入三角洲环境）后，其搬运能力突然降低的沉积作用特点。
根据岩性组合、砂体发育程度及沉积韵律特征又可将伊犁盆地南缘V2亚旋回细分为三角洲平原辫状河流亚相、三角洲平原泛滥平原亚相和三角洲前缘河口坝及席状砂亚相及三角洲前缘分流间湾亚相4个沉积亚相。并且在伊犁盆地南缘西段不同地段V2亚旋回的沉积相特征表现不一（图2-7-8）。
（1）扎基斯坦地区
该地区Ⅴ2亚旋回主要为三角洲平原辫状河流亚相及泛滥平原亚相，其沉积相特征主要是：①Ⅴ2亚旋回总体表现出下细上粗的反韵律沉积特征，但亚旋回内部由3～4个下粗上细的正韵律沉积组成（图2-7-9）。②砂体延伸不太稳定，规模不大，相变较快，分层多（一般为3～4层），单层砂体相对较薄。③砂体内发育楔状交错层理、槽状交错层理、板状交错层理发育，常见冲刷面构造。④地层砂体比高，一般为0.4～0.7，局部地段达0.7～0.8。

图2-7-7 库捷尔太矿床Ⅴ2亚旋回砂岩的粒度分布曲线


图2-7-8 伊犁盆地南缘Ⅴ2旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原辫状河流亚相；3—三角洲前缘河口坝及席状砂亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—三角洲前缘分流间湾亚相；6—地名
（2）西部库捷尔太-乌库尔齐地区
该地区Ⅴ2亚旋回主要为三角洲前缘河口坝及席状砂亚相、三角洲前缘分流间湾亚相，其沉积相特征主要是：①从下至上Ⅴ2亚旋回总体表现出细-粗-细的沉积特征，但在不同地段的砂体分层数不同。如在库尔齐地区常由2～4个下粗上细的正韵律沉积组成；在苏东布拉克地区砂体分层数减少，变为1～3个；在库捷尔太地区几个砂层往往合并成一个砂体而呈现出一个完整的韵律沉积特征（图2-7-5），这些特征反映伊犁盆地南缘自东向西Ⅴ2亚旋回沉积环境越来越稳定，河道迁移摆动变化也越小。②砂体内主要发育粒序层理，特别是反粒序层理比较发育，冲刷面构造不常见。③地层砂体比高，一般为0.4～0.7，砂体发育地段常达0.6～0.8。④砂体主要呈近EW走向，显示出平行湖岸方向的（水下）三角洲前缘河口坝及席状砂沉积特征。

图2-7-9 伊犁盆地南缘扎基斯坦地区024号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅴ旋回地层柱状对比图

A—三角洲前缘分流河道亚相；B—三角洲平原泛滥平原亚相；C—三角洲平原辫状河流亚相；D—沼泽相
3.Ⅴ3亚旋回沉积特征
该亚旋回主要由第八煤层和泥岩及粉砂岩组成，含大量有机质及炭屑。砂体不太发育，且厚度很薄，岩性为细砂岩。层理构造以水平层理和块状构造为主。该亚旋回的主要沉积特征是第八煤层厚度大，一般为10～20m，且延伸非常稳定，是区域地层对比的标志层，反映出湖泊萎缩三角洲平原长期沼泽化的沉积环境。另外，该亚旋回主要为煤层，其次为泥岩和粉砂岩沉积，中砂岩粒级以上的粗粒沉积物很不发育，岩石中有机质及炭屑丰富等特征也反映了静水的沼泽相沉积环境。
（三）浅湖沼泽沉积体系
浅湖沼泽沉积体系主要发育在Ⅵ旋回地层，伊犁盆地南缘现保留的主要是浅湖沼泽相沉积，其主要沉积相特征为：①岩性主要为灰色、灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及少量细砂岩、中砂岩组成，更粗的砂岩较少。②岩石含有机质及炭屑丰富。③该旋回顶部为第十煤层，中部第九煤层也较发育。④该旋回砂体极不稳定，无论从走向上还是倾向上，均出现局部膨大，向两侧很快尖灭的现象，大多数地方则无砂体。⑤层理构造以水平层理为主。⑥三侧向视电阻率测井曲线以带高幅齿状（为第九煤层）的低幅平滑曲线为主（图2-7-10）。

图2-7-10 伊犁盆地南缘乌库尔齐地区405号勘探线部分钻孔水西沟群Ⅵ旋回地层柱状对比图

（四）曲流河三角洲沉积体系
曲流河三角洲沉积体系主要发育在Ⅶ旋回。以第十一煤及相当于第十一煤的炭质泥岩为界Ⅶ旋回中可明显分出Ⅶ1和Ⅶ2两个亚旋回。

图2-7-11 伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原分流河流亚相；3—三角洲平原分流间湾亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—地名
1.Ⅶ1亚旋回沉积相特征
伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回总体为三角洲平原相沉积，并可分出三角洲平原分流河道亚相、三角洲平原泛滥平原亚相、三角洲平原分流间湾亚相3个沉积亚相（图2-7-11）。它们具有以下沉积相特征。
（1）岩性及岩相组合
Ⅶ1亚旋回厚度比较稳定，一般为35～45m，局部可达45～60m。岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩，砾岩及含砾砂岩较少且一般只发育在单个沉积韵律的底部。Ⅶ1亚旋回地层砂体比为0.3～0.7，分流河道发育区砂体比可达0.7～0.8，分流间湾发育区砂体比常小于0.4。泥岩、粉砂质泥岩及粉砂岩常见炭化植物。细砂岩多为泥质、钙质胶结，胶结较为紧密。粗砂岩胶结较为疏松，成分较纯，硅质含量较高，百分含量多大于70%，分选性、磨圆度较好，砂岩成分成熟度和结构成熟度较高，显示其沉积物源较远的沉积特征。
岩性组合在垂向和横向变化均较大，分流河道亚相岩性组合多表现为砂岩-粉砂岩-泥岩-炭质泥岩，总体上表现为下粗上细的岩性组合。分流间湾亚相岩性组合多为粉砂岩（或泥质粉砂岩）-泥岩夹煤线等细粒组合。
（2）沉积韵律
分流河道亚相的沉积韵律多为粗砂岩-中砂岩-细砂岩-粉砂岩-泥岩渐变的正韵律或粗砂岩-中砂岩-泥岩突变的正韵律；分流间湾无明显韵律或由薄层细砂岩、粉砂岩与厚层泥岩组成很不明显的正韵律。
（3）测井曲线
分流河道的三侧向视电阻率曲线多表现为带锯齿的箱状或钟状；分流间湾沉积物粒度细，其三侧向视电阻率曲线幅度较低（图2-7-12）。
（4）沉积构造
Ⅶ1亚旋回砂岩中可见板状、槽状及沙纹交错层理、波状层理、平行层理；泥岩中多见水平层理。有时也可见泥岩-粉砂岩-细砂岩-中粗砂岩的反粒序层理，反映水下分流河道的沉积特征。分流河道发育区冲刷-充填构造比较发育，说明有时分流河道的河流冲刷作用较强，可能位于上三角洲平原环境。因此，Ⅶ1亚旋回的河流是发育三角洲平原环境基础之上的分流河道。
（5）砂体形态及规模
通过对盆地南缘西段钻孔资料和野外露头的分析，Ⅶ1亚旋回砂体在平面上呈指状展布，无论在纵剖面还是横剖面上砂体延伸都不太远（图2-7-13）。砂体厚度变化也较大，单个砂体由数米至20余米。因此，该区分流河道砂体规模总体不是很大，比Ⅴ2亚旋回砂体规模要小得多。平面上差别也较大，部分地段分流河道砂体不发育或发育较差。
（6）粒度分布特征
该亚旋回砂岩粒度概率曲线主要有二段型和三段型两种类型（图2-7-14）。曲线主要由悬浮和跳跃两个总体组成，有时有少量牵引总体。悬浮总体斜率小，多为20°左右，Φ＞2.5。跳跃总体斜率50°～70°，分选中等，粒度范围位于Φ0～2.5之间，跳跃总体与悬浮总体截点在Φ2.2～2.7。砂岩粒度较细，总体反映出离物源较远的河流沉积特点。
以Ⅶ1亚旋回样品为主，做出粒度分析C⁃M图（图2-7-15）。从图中可见，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩主要由PQ段和QR段组成，反映水动力较强，搬运方式以跳跃搬动为主，与长江三角洲主河道及分流河道沉积物粒度分析C⁃M图特征很相似（图2-7-16），相当于三角洲平原上分流河道或主河床沉积区。在粒度参数散布图上，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩样品主要落入三角洲平原相区域（图2-7-17）。

图2-7-12 乌库尔齐地区孔36931-1和36929-1孔Ⅶ1旋回钻孔剖面图

A—三角洲平原泛滥平原亚相；B—三角洲平原分流河流亚相；C—三角洲平原分流间湾亚相

图2-7-13 乌库尔齐地区28515-38147Ⅶ旋回地层孔纵剖面图


图2-7-14 Ⅶ1亚旋回砂岩粒度概率曲线


图2-7-15 伊犁盆地南缘西段Ⅶ旋回C-M图

以上粒度分析结果表明，伊犁盆地南缘Ⅶ1亚旋回砂岩主要为三角洲平原分流河道亚相沉积。
2.Ⅶ2亚旋回沉积相特征

图2-7-16 长江三角洲沉积物的C-M图

（据刘宝珺，1980）
1—河床亚相；2—分流河道亚相；3—前缘斜坡亚相
A—主河床及分流河道沉积区；B—三角洲前缘沉积区；C—前三角洲沉积区

图2-7-17 图算标准偏差和图算偏度散布图

（图算标准偏差和图算偏度均采用弗里德曼粒度参数计算公式）
伊犁盆地南缘Ⅶ2亚旋回总体也为三角洲平原相沉积，同样可分出三角洲平原分流河道亚相、分流间湾亚相及泛滥平原亚相三个沉积亚相（图2-7-18）。它们在地层岩性与岩性组合、沉积韵律、沉积构造及测井曲线特征等方面与Ⅶ1亚旋回具有非常相似的沉积相特征。与Ⅶ1亚旋回地层不同的是，Ⅶ2亚旋回地层在南缘西段西部（库捷尔太地区）砂体比较低，多小于0.4，砂体厚度也多小于10m，反映南缘西段西部Ⅶ2亚旋回分流河道不太发育而分流间湾比较发育（图2-7-18）。

图2-7-18 伊犁盆地南缘Ⅶ2旋回岩相古地理图

1—剥蚀区；2—三角洲平原分流河流亚相；3—三角洲平原分流间湾亚相；4—三角洲平原泛滥平原亚相；5—地名
三、伊犁盆地南缘水西沟群沉积体系及沉积相与砂岩型铀矿化关系
（一）沉积体系与砂岩型铀矿化关系
伊犁盆地共发育4个大的沉积体系，即Ⅰ～Ⅳ旋回的冲积扇沉积体系、Ⅴ旋回的辫状河三角洲沉积体系、Ⅵ旋回的浅湖沼泽沉积体系和Ⅶ旋回的曲流河三角洲沉积体系。根据对伊犁盆地南缘已知砂岩型铀矿化钻孔在各沉积体系的分布比率统计分析（表2-7-3），可以看出：辫状河三角洲沉积体系是盆地南缘最有利的沉积体系，其见矿孔最多，占伊犁盆地南缘水西沟群地层总见矿孔的63.9%；冲积扇沉积体系和曲流河三角洲沉积体系也是比较有利的沉积体系，其见矿孔分别占伊犁盆地南缘水西沟群地层总见矿孔的22.2%和13.9%；而浅湖沼泽沉积体系砂岩型铀矿成矿不利，目前还没有发现有砂岩型工业铀矿化（表2-7-3）。

表2-7-3 伊犁盆地南缘水西沟群各沉积体系的砂岩型铀矿见矿率表

伊犁盆地铀矿化受辫状河三角洲沉积体系、冲积扇沉积体系和曲流河三角洲沉积体系控制的主要原因是这些沉积体系形成的地层具有稳定的泥岩-砂岩-泥岩地层结构，有利于后生改造层间氧化带型砂岩铀矿的形成。而浅湖沼泽沉积体系砂体发育规模很小、厚度薄，胶结也往往比较致密，不利于后生层间氧化作用的发育和砂岩型铀矿的形成，因此至今也未发现有砂岩型工业铀矿化。
（二）沉积相与砂岩型铀矿化关系
对盆地南缘所有容矿层的沉积相及沉积亚相的含矿情况进行综合统计（表2-7-4）分析可以看出，伊犁盆地南缘目前已发现的砂岩型铀矿化主要受三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝及席状砂亚相（占总见矿孔的30%）、三角洲平原辫状河流亚相（占总见矿孔的30%）、冲积扇沉积体系的扇中-扇端亚相（占总见矿孔的22.2%）以及三角洲平原分流河道亚相（见矿率为11.7%）部位控制；其次是受三角洲前缘的分流河道亚相和三角洲平原泛滥平原亚相部位控制，但这些相位的见矿率一般都小于5%，因而还不是伊犁盆地南缘水西沟群地层的主要含矿相位，而扇前辫状河流相、三角洲前缘分流间湾亚相、三角洲平原分流间湾亚相、前三角洲亚相及沼泽相则没有工业铀矿化产出。

表2-7-4 伊犁盆地南缘各沉积相（或亚相）的砂岩型铀矿化见矿率表

伊犁盆地南缘水西沟群砂岩型铀矿化受三角洲前缘河口坝及席状砂亚相、三角洲平原辫状河流亚相、三角洲平原分流河道亚相以及冲积扇沉积体系的扇中-扇端亚相部位控制的主要原因是：
1）这些成矿有利的沉积相部位具有稳定的泥岩-砂岩-泥岩地层结构，并发育有相当规模的厚大砂体，这是后生层间氧化带型砂岩铀矿成矿必备的地质条件和储矿空间。伊犁盆地南缘勘探结果表明，这种泥岩-砂岩-泥岩地层结构和砂体发育越完善，铀矿化越好，如三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝及席状砂亚相的地层结构最稳定、砂体发育最好，铀矿化规模也最大。
2）这些沉积相位在沉积成岩阶段有一定程度的铀成矿预富集。特别是三角洲沉积体系的三角洲前缘河口坝、席状砂亚相及分流河道亚相部位在沉积时正好处于水上氧化介质条件与水下还原介质条件之间的地球化学过渡部位，这种地球化学过渡部位有利于水溶液中的铀酰络合物的分解和铀的还原与沉淀，从而导致形成较高程度的铀的预富集。

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

1—三角洲平原分流河道亚相；2—三角洲平原泛滥平原亚相；3—剥蚀区；4—铀矿化孔

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

1—三角洲平原分流河道亚相；2—三角洲平原泛滥平原亚相；3—剥蚀区；4—铀矿化孔
3）这些沉积相位在盆地后生改造过程中正好被抬升至盆缘附近，遭受地表含氧含铀水的改造，形成层间氧化带砂岩型铀矿化富集。
（三）古河道特征与砂岩型铀矿化关系
为了精确圈定研究区每期古河道发育的空间位置，探讨古河道与铀矿化的关系，对伊犁盆地南缘乌库尔齐地区Ⅶ1亚旋回上下两层砂体厚度进行了统计，并采用Arcmap空间分析对两层砂体等厚进行模拟，绘制了砂体等厚图。然后，以砂体等厚图为基础，结合代表河床滞留沉积的砂砾岩以上粗粒级岩石的分布特征，圈定了乌库尔齐地区Ⅶ1亚旋回与上下两层砂体对应的早晚两期古河道的分布位置（图2-7-19、图2-7-20）。
从图2-7-19和图2-7-20来看，古河道严格控制主要铀矿化的分布，其控矿作用主要表现在以下两个方面：①较大规模的铀矿化带往往分布在较大的分流河道中，而规模较小的古河道中的铀矿化就较差；②分流河道分叉汇聚的部位是砂岩型铀矿成矿的有利部位。
参考文献
车自成，刘洪福，刘良等.1994.中天山造山带的形成与演化.北京：地质出版社
陈戴生，王瑞英，李胜祥等.1997.伊犁盆地层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式.北京：原子能出版社
陈戴生，王瑞瑛，李胜祥等.1997.伊犁盆地若干远景地段层间氧化带砂岩型铀矿成矿机制及成矿模式.铀矿地质
陈戴生，王瑞英，李胜祥，张克芳.1996.伊犁盆地砂岩型铀矿成矿机制及成矿模式.华东地质学院学报，19（4），321～331
陈华慧，林秀伦，关康年等.1994.新疆天山地区早更新世沉积及其下限.第四纪研究，1：38～37
古抗衡.1997.新疆伊犁盆地铀成矿特征及其形成地质条件.华东地质学院学报，20（1）：18～23
韩效忠，李胜祥，郑恩玖等.2004.伊犁盆地新构造运动特征及其与铀成矿关系.新疆地质，22（4）：378～381
李胜祥，陈戴生，王瑞英等.1995.伊犁盆地含煤系地层沉积相特征及其与层间氧化带砂岩型铀矿成矿关系.铀矿地质，3：129～133
李胜祥，陈戴生等.2000.伊犁盆地层间氧化带砂岩型铀矿成矿地质特征及找矿预测，“九五”全国地质科技重要成果论文集.北京：地质出版社
李胜祥.1996.伊犁盆地南缘可地浸砂岩型铀矿化特征及空间展布规律研究.华东地质学院学报，19（4）：332～339
田在艺，张庆春.1997.中国含油气盆地岩相古地理与油气.北京：地质出版社，194～196
王果.2002.新疆造山-造盆作用与砂岩型铀成矿.新疆地质，6（2）：110～113
新疆维吾尔自治区地质矿产局.1993.新疆地质志.北京：地质出版社
新疆油气区石油地质志（下册）编写组.1995.中国石油地质志（卷十五）.北京：石油工业出版社，628～633
张国伟，李三忠，刘俊霞等.1999.新疆伊犁盆地的构造特征与形成演化.地学前缘，6（4）：210
朱筱敏.1995.含油气断陷湖盆地分析.北京：石油工业出版社
朱筱敏编著.2000.层序地层学.北京：石油大学出版社
C.K.威尔格斯等编.1993.层序地层学原理.北京：石油工业出版社
Catchpole G.，Kirchner G..1993.The Crow Butte ISL project—A case history.IAEA-TECDOC-720，VIENNA
Dahlkamp，Franz J..1991.Uranium Ore Deposits，Springer-Verlag
Galloway W.E..1985.The depositional and hydrogeologic environment of Tertiary uranium deposits，South Texas Uranium Province.IAEA-TECDOC-328，215～227，VIENNA
International Atomic Energy Agency.1985.Geological Environments of Sandstone-Type Uranium Deposits，IAEA-TECDOC-328，IAEA，Vienna
M.Ф.马克西莫娃，E.M.什玛廖维奇著.夏同庆等译.1996.层间渗入成矿作用.核工业西北地质局二〇三研究所
P.И.戈利得什金等箸.1996.狄永强等译.中亚自流盆地的成矿作用.北京：地震出版社
X.K.卡里莫夫等著.狄永强等译.1997.乌兹别克斯坦共和国乌奇库杜克型铀矿床.核工业总公司地质总局
（李胜祥，韩效忠，蔡煜琦，郑恩玖，黄树桃，赵永安）

2. 吐哈盆地地浸砂岩铀矿遥感地学分析与成矿预测

遥感信息在铀矿地质研究中曾经被大量使用于地质构造研究，所使用的方法通常为目视解译，这在铀矿地质工作中发挥了积极的作用。但另一方面，遥感数据中所包含的地球物理-地球化学信息却没有得到应有的重视。为此，我们尝试利用遥感数据光谱变换技术提取内蒙古查干德勒苏地区的水文信息和岩石氧化-还原程度信息，进而对盆地水动力环境和找矿目标层位氧化-还原状态进行分析，圈定出找矿靶区。目前，这项成果已经被应用于鄂尔多斯盆地东盛地区和吐哈盆地分析和地浸砂岩铀矿找矿研究，取得了良好的效果。这里主要介绍遥感技术在吐哈盆地砂岩型铀矿找矿的中应用。
一、吐哈盆地地理、地质概况
（一）地理、地貌概况
吐哈盆地是天山山脉中的一个含煤、含油气和含铀盆地。盆地地面高程-150～1600m，总体地势北高南低、东高西低，呈东西分隔的特点，盆内西部的最低点在托克逊的艾丁湖，海拔高程-154.43m（黄海海平面），是我国最低的洼地；东部在哈密市的南西处沙尔湖，标高为54m。盆地北界以中-高山为主的山岳地貌，盆内、盆地南缘以台地丘陵及低山地貌。
（二）地质概况
吐哈盆地位于哈萨克斯坦板块东南端。盆地的区域构造演化经历了四个阶段：太古元古代原始古陆壳形成与发展阶段；震旦-泥盆纪的原始古陆壳的拉张裂解形成洋盆，而后陆块汇聚与洋盆闭合的演化阶段；石炭纪-早二叠世为区域裂陷槽（或裂谷带）形成与发展阶段；晚二叠世-第四纪的内陆盆地形成与发展阶段。
吐哈盆地所处的北天山及南部相邻地区元古界至新生界均有出露，其中以上古生界最为发育。盆地周缘出露的地层主要是石炭系，其次是泥盆系。盆地内中-新生界三叠系少量分散出露，为内陆河湖相沉积。侏罗系少量分散出露，为内陆河湖相、沼泽相沉积，是重要的含煤、油和含铀地层。白垩系少量出露，为河湖相红色碎屑岩系。第三系盆地内外有较多出露，为河湖相红色为主的碎屑岩系。第四系出露广泛，主要为陆相冲积、洪积、坡积等堆积。
二、定量遥感数据处理
（一）遥感数据选择及其波段特性
根据课题研究需要和地浸砂岩铀矿成矿条件的遥感地学分析，并结合未来应用的系统性、有效性和经济性，选定美国陆地资源卫星七号的ETM（增强型专题制图仪）数据。吐哈盆地遥感数据共计6景，轨道号和获取时间分别是139-30（2001.9.24）、139-31（2001.10.26）、140-30（2000.7.10）、140-31（2000.7.10）、141-30（1999.9.1）、14230（1999.8.23）。
ETM数据包括7个多光谱波段和一个全色波段，其各波段的基本特征见表2-9-1。

表2-9-1 ETM遥感数据源特征简表

（二）遥感数据辐射校正与匹配
1.遥感数据辐射校正
利用传感器观测目标的反射或辐射能量时，传感器得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的，这是因为测量值中包含了太阳位置条件、薄雾等大气条件、或因传感器的性能不完备等条件所引起的失真。为了正确评价目标的反射或辐射特性，必须清除这些失真。消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程称为辐射量校正（radiometric calibration，简称辐射校正）。
根据辐射传输方程，传感器的输出Eλ为：

中国西部中亚型造山带中新生代陆内造山过程与砂岩型铀矿成矿作用

式中：Kλ为传感器的光谱响应系数；ρ为地物的波谱反射系数；E0为太阳辐射照度；T（Z1，Z2）为Z1到Z2区段大气层的光学厚度；θ为太阳天顶角；ελ为地物的波谱发射率系数；Wg（λ）为与地物同温度黑体的发射通量密度；H为平台高度，bλ为大气辐射所形成的天空辐射照度。
从式中可以看出，传感器的输出值除了与地物本身的反射和发射波谱特性有关外，还与传感器的光谱响应特性、大气条件、光照情况等因素有关。
在本次研究中，利用太阳高度角和方位角对所获取的遥感数据进行了太阳辐射误差校正处理。采用波段对比方法，依据大气对不同波长电磁辐射散射的选择特性，通过对ETM多光谱遥感数据不同波段的线性回归分析，计算出大气散射干扰值，从而对大气辐射误差加以纠正。
2.遥感数据辐射匹配
吐哈盆地涉及6景ETM数据，各景数据由于成像时间的差异，太阳光强及大气状态的变化，或者遥感器本身的不稳定，致使所获取的相邻图幅影像上的对比度及亮度值出现差异，从而影响到大区域对比研究。
相邻图幅影像间色调调整的方法一般都是以图像的重叠区域为基础，通过各种平滑过渡来消除色调上的差异。目前常见的方法有：影像直方图法、相邻影像方差法、均值法等色调调整方法。
在对上述匹配方法优缺点进行分析的基础上，研制出一种新型的相邻图幅辐射匹配方法——多样本均值匹配法（见第二节），利用该方法对吐哈地区6景遥感图像进行了辐射匹配处理，效果优异。
（三）遥感数据光谱变换处理
遥感影像的光谱增强基于多光谱数据波段间的反射（发射）辐射值的变化，其中光谱指数则依据所研究物质的（吸收/反射）光谱特征和遥感数据的波段特性，通过光谱空间线性变换或比值计算得出。由于吸收由物质（表面）的分子耦合决定，所以，光谱指数常常能够反映出目标物地球化学组成的信息。
通过光谱变换处理或比值运算所获取的光谱指数广泛地应用于矿产勘查和植被分析，查明岩石和植被类型的细小差异。正确地选择光谱指数能够突出显示和增强在常规色调波段显示时难以察觉的差异信息。同时，光谱指数也能够减少阴影所带来的影响。
1.K-T变换
K-T变换是Kauth-Thomas变换的简称，也称缨帽（Cap）变换，是一种光谱空间发生旋转的线性变换，变换之后的坐标轴指向与地面景物密切相关的方向，更直观地反映出地面覆盖植被和土壤在多光谱空间中的特征。
该变换提供了一种方法以优化数据显示，从而有利于对蒸腾、植被和土壤湿度进行研究。所给出的三个数据轴分别是亮度（Brightness）、绿度（Greenness）和湿度（Wetness），在荒漠化地区可以用于定义蒸腾强度、植被覆盖程度和土壤湿度信息的组成。三个指标分别定义如下：
亮度=0.2909 TM1+0.2493 TM2+0.4806 TM3+0.5568 TM4+0.4438 TM5+0.1706 TM7+10.3695
绿度=-0.2728 TM1-0.2174 TM2-0.5508 TM3+0.7221 TM4+0.0733 TM5 0.1648 TM7-0.7310
湿度=0.1446 TM1+0.1761 TM2+0.3322 TM3+0.3396 TM4-0.6210 TM5-0.4186 TM7-3.3828
显然，亮度分量是TM数据6个波段的加权和，反映出图像总体的反射值。绿度分量表现为近红外波段（TM4）与可见光（尤其是红色光TM3）波段的差值，而近红外波段是植被叶绿素的高反射区，因此，绿度分量能够反映绿色生物量特征。湿度分量表现为可见光-近红外波（TM1～4）段与短波红外（TM5、7）的差值，而TM5、7波段对应的电磁辐射为水分子的强吸收带，因此，湿度分量能够反映地面湿度特征。
2.氧化指数与粘土矿物指数
近三十年来，中外学者对岩石和矿物波谱特性进行了大量卓有成效的研究工作，这些研究涉及晶体场理论、矿物学、固体物理学、量子力学、遥感岩石学等众多领域。研究表明，在可见光-短波红外（0.35～2.5μm）光谱区域，主要造岩矿物并不产生具有鉴定意义的反射谱带，岩石光谱特征主要由其中为数不多的次要矿物决定，主要包括含铁（Fe2+，Fe3+）基团和羟基（OH-）、水（H2O）或碳酸根（  ）基团两大部分。
含铁矿物主要有角闪石、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、磁铁矿、黄钾铁矾等。岩石中含多量的Fe3+时，其主要吸收谱带位于ETM4和ETM1波段，反射波长相当于ETM3波段的电磁波。因此，可用TM3/TM1区分氧化铁含量的高低，此即为氧化铁指数。岩石中若含大量的Fe2+，则其主要吸收谱带位于TM1波段，对于波长相当于TM2波段的电磁波有某种程度的反射，对于波长相当于TM5波段的电磁波有强反射。因此，可用TM5/TM4区分氧化亚铁含量的高低，此即为亚铁矿物指数（图2-9-1）。为避免因岩石自身含铁量差异而产生的影响，正确地判断岩石的氧化-还原程度，采用氧化指数=（氧化铁指数/亚铁矿物指数）形式进行计算和分析。
在Erdas Imagine遥感数字图像处理软件的支持下，利用其功能模块和空间建模工具完成了吐哈盆地及其邻区亮度指数、绿度指数、湿度指数、氧化铁指数、亚铁矿物指数、氧化指数等遥感地学信息的提取工作，利用这些信息可以实现对吐哈盆地地浸砂岩铀矿成矿地质条件的空间分析和深入研究。
（四）数字高程模型
数字高程模型（DEM，digital elevation model）是以数字形式按一定的结构组织在一起，用于表示实际地形特征的空间分布，也就是地形形状大小和起伏的数字描述。
DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地物提供连续性描述的算法。最基本的DEM至少包含相关区域内平面坐标（x，y）与高程（z）之间的映射关系，即：
z=f（x，y）x，y∈DEM所在区域。
通过提取并测定地形的特征点，将一个连续的地形表面转化成一个以一定数量的离散点表示的离散的地表，再将其转换成规则的或不规则的格网结构，从而建立该区域的DEM。

图2-9-1 几种含铁矿物的波谱曲线

（阎积惠等，1989）
1—磁铁矿；2—赤铁矿；3—角闪石；4—褐铁矿
利用DEM可以获取有关区域中任一点的地形情况，计算出任一点的高程，从而获得区域地貌准确的、定量的三维空间描述。
本次研究中我们利用USGS提供的DEM数据，其空间分辨率为3 rad·s-1，高程分辨率为50m，经过适当的投影变换和数字处理，在GIS中实现全区地形显示和径流、流域分析，圈定区域分水岭界线。同时，在Erdas Imagine图像处理软件的支持下，利用TM遥感影像和DEM数据，通过一系列方法和步骤，获得了研究区的三维地貌影像。在计算机上，利用该影像我们可以从各种视角和不同的高度对研究区构造地貌进行深入细致的观察和分析。
三、遥感信息地学分析
（一）盆地构造和水动力环境的遥感地学分析
地浸砂岩铀矿主要产于地台、中间地块及在褶皱带基础上活化而形成的负向构造单元的平缓自流盆地区，在这类盆地中，承压水具有完整的补-迳-排水动力环境。
层间承压水的补给一般来自蚀源区大气降水，并且常常是经由山-盆交界处的山前-盆缘断裂或盆缘出露的透水层注入。由于荒漠化，盆地内部具有很强的反射率，而周边山地蚀源补给区则相对较低。因此，可以利用Cap指数中的亮度指数并结合地貌高程分析将盆地与蚀源补给区范围加以识别和圈定。
与浅表地下水（潜水）不同，深部地下水（层间承压水）需要通过断裂构造或次级隆起的边缘排泄，不一定恰好位于地貌的最低处。同时，在排泄区和补给区确定之后，径流区也就不言而喻了。因此，在地浸砂岩铀矿找矿中，尤其是荒漠戈壁地区，经济有效地识别层间承压水排泄区是一个关键性的技术课题。
在强烈蒸腾的荒漠化地区，地下水的排泄有时具有一定的隐蔽性，但是植被及对湿度敏感的红外光谱却可以有效地成为排泄区识别的定量指标。利用Cap指数中的绿度和湿度指数对排泄构造进行识别和分析，当这些指数较高且成带状分布时，则指示有排泄构造存在。
盆地补-迳-排区域确定之后，就可以在宏观尺度上对荒漠化地区的地下水动力环境进行深入的分析和研究。
总体而言，吐哈盆地内部与其周边山地比较，亮度值较高，反映蒸腾强烈，绿度和湿度相对较低，呈现出干旱盆地的特点；氧化指数较高，反映出盆地内出露的地层遭受了较强的氧化。
在盆地内部，以鲁克沁镇—小草湖站为界，出现东西分异。
1）氧化指数（图2-9-2）：西部盆地区托克逊县—七克台一带出现一片高氧化指数区域，高值异常主体呈NWW方向展布，鄯善县—七克台高值异常呈NEE向展布；东部盆地区中，柳树泉农场以西不连续的片状高值组成两条NEE向异常带，柳树泉农场以东存在南湖一片大面积的高值异常。

图2-9-2 吐哈盆地氧化指数分级图

1—吐哈盆地边界；2—遥感解译断裂构造；3—油气藏
2）绿度指数（图2-9-3）：西部盆地区托克逊、吐鲁番市—鲁克沁镇、胜金口—鄯善县、鄯善县—七克台出现4条高值异常带，前3条为NWW走向，后1条为NEE走向；东部盆地区只在哈密一带出现1条NWW走向的高值异常带。
3）湿度指数（图2-9-3）：在西部盆地区，湿度指数的高值异常与绿度指数的高值异常基本一致，局部不一致，如艾丁湖一带。这种高湿度低绿度异常区域水质可能为咸水性质；在东部盆地区中，哈密市一带的NWW向高绿度指数带却没有高湿度指数相伴，向南至南湖一带，出现高湿度低绿度指数区，表现为咸水性质。
上述遥感指数的分析表明，吐哈盆地由东西两个岩石、地层、构造性质差异较大的部分组成。

图2-9-3 吐哈盆地绿度、湿度指数合成影像图

1—吐哈盆地边界；2—遥感解译断裂构造
氧化指数的高值条带反映了盆地中岩石地层的展布和较高的氧化程度。在西部盆地区，岩石地层主要呈现NWW走向，在鲁克沁镇—小草湖站以东，转为近EW走向，柳树泉农场以东又转为NWW走向。
绿度指数和湿度指数高值条带反映了构造排泄。在西部盆地区，至少存在3条较大规模的NWW向排泄构造，引起高绿度和高湿度异常；在东部盆地区，只在哈密市一带存在1条NWW向的排泄构造，由于没有高湿度相伴，其水的补给更大的可能性是来自山前冲积扇，而非深部含水地层；在东西部盆地的交接部位，鲁克沁—小草胡北东向区域性排泄构造控制了艾丁湖、鲁克沁、鄯善-七克台等一系列高湿度和高绿度异常的空间展布，应引起高度重视。
（二）区域氧化-还原环境的遥感地学分析
地浸砂岩铀矿的含矿主岩是砂岩或粉砂岩，铀在层位中的集聚有赖于古气候干旱炎热与半干旱炎热的交替性变化和成矿层体中有机质、黄铁矿、油气等还原剂对6价铀的还原和吸附。铀在氧化区被带出，而在还原区中被沉淀，氧化和还原的交互地带是寻找铀矿的重要场所。
在地浸砂岩铀矿区，氧化的岩石呈现出紫色、红色或杂色，而还原的岩石则呈现出灰色、绿色或灰绿色，这种色调上的差异与岩石中铁的价态有着内在的联系。
铁是地球上比较丰富的元素之一，具有亲氧特性，在氧化环境中呈三价铁状态，在还原环境中呈二价铁状态。含二价铁的矿物在风化作用下是最不稳定的，同硅氧四面体连接的二价铁在氧化作用下分解生成三价铁：
4FeSiO3+O2→2Fe2O3+4SiO+2140kJ（W.D.Keller，1975）
由于三价铁氧化物的难溶性，就同易溶于溶液的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子发生分离，从而使岩石色调变成紫色、红色或杂色（视氧化程度强弱而定）。
对岩石三价铁和氧化-还原电位的测量表明，氧化-还原电位与三价铁的关系比较密切（图2-9-4），三价铁含量越高，氧化还原电位越低，氧化性越强，反之亦然。

图2-9-4 三价铁与氧化-还原电位的关系

（数据引自“内蒙古测老庙盆地砂岩型铀矿床成矿条件、控矿因素与找矿方向研究”，成都地质学院、核工业西北地勘局217大队）
大量研究表明，仅仅依靠砂岩层位中有限的碳屑、黄铁矿等还原剂不足以使水中大量铀持续不断地还原沉淀而形成规模型矿体，垂向上升和（或）顺层侧向运移的油气的存在可能对铀成矿提供源源不断的还原剂，使铀成矿作用持续不断地进行，从而形成大规模的铀的富集成矿作用。油气在承压环境中可以垂向迁移，这将导致上部岩石、土壤中三价铁/二价铁的比值降低，形成还原环境。
在氧化指数图像上，十红滩地区氧化指数值为0.1～0.3。迪坎—鄯善存在一片更大范围的低值（0～0.2）区域，这片区域与地表沙漠范围相协调一致，而沙漠作为高温干燥的环境，铁的价态应以3价为主，这一矛盾的表现可以用油气还原加以合理解释。事实上，在鲁克沁、鄯善、七克台、小草湖等地区，已经探明了一系列规模型的油气聚集带，承压的油气在构造的导通下向上和顺层侧向迁移，使地表岩石、土壤中的3价铁还原成2价铁，从而使氧化指数降低。油气-低氧化指数-沙漠化三位一体，可能隐含着更加深刻的地学与生态学内涵，三者之间存在一定机制下的因果关系。
（三）三维地貌地学分析
地貌是地球内外营力共同作用的产物。在较古老的造山带，外动力作用对地貌的塑造可能已经超过了内动力所产生的结果，但在相对年轻的盆地及其周边造山带，内动力所产生的地貌特征仍然得以较大程度的保留。通过对地貌的深入研究可以反演该区内外营力作用，从而了解地质演化过程，分析成矿地质条件，为地质找矿服务。
吐哈盆地及其邻区为新生代盆岭构造区，最近一次山系的强烈隆升和盆地沉降时间为第三纪（以晚第三纪尤为强烈），盆地现代地貌特征与此次事件有着密切的成生和继承关系。
1.现代三维地形
利用DEM数据和TM影像数据制作研究区三维影像图，进行宏观的、不同高度层次的、多方位的观察与地学分析（图2-9-5）。
盆地北部为博格达山脉、巴里坤山脉，海拔高程为4000余米，分水岭距盆地边界30km；南部山系为觉罗塔格山、中天山，海拔高程为2000 余米，分水岭距盆地边界130km。北部山地水系径流短，蚀源区狭小，而南部山地水系径流长，蚀源区广泛。迪坎一带对应着盆地南部最大的山地豁口，至少有七条较具规模的水系在此注入盆地。

图2-9-5 吐哈盆地高程分级图

1—吐哈盆地边界；2—流域边界；3—遥感解译断裂构造
2.盆地沉积演化历史（J-Q）与物源
侏罗纪以来，吐哈盆地发育四个湖侵期：早侏罗世三工河期（J1s）、中侏罗世七克台期（J2q）、早白垩世胜金口期（K1sh）、第三纪桃树园期（E3-N1t），两个沼泽化期：早侏罗世八道湾期（J1b）、中侏罗世西山窑期（J2x）。
在早、中朱罗世，吐哈盆地沉积物主要来源于南部觉罗塔格山和中天山山系，对于盆地中与地浸砂岩铀矿密切相关的西山窑组而言，鲁克沁-鄯善、七克台等地存在三角洲沉积，明确指示物源的方向。
早白垩世沉积主要限于吐鲁番坳陷，自西向东粒度变大，东部以砾岩为主，厚度也自西向东减薄。晚白垩世广大地区遭受剥蚀或未接受沉积。
吐哈盆地下第三系鄯善群沉积仍然限于吐鲁番坳陷，南侧和盆地东部为剥蚀区。
上述现代三维地形和盆地沉积演化历史及物源分析显示，在迪坎—小草湖以东存在一长期隆起区域——了敦隆起，在该隆起的西侧边缘，应该存在一个较大规模的斜坡环境，这一斜坡的后方（东南），对应着较大流域范围的海西隆起造山带——中天山，在流域范围内，存在大量的华力西期花岗岩体。据航空伽马能谱测量成果，中天山隆起带是铀、钍、钾特高场区，面积达6000km2，U=（2～6）×10-6、Th=（6～22）×10-6、K=（2～5）×10-2；华力西期花岗岩的钍铀比值一般小于3.15，而且铀的浸出率高，一般大于50%，个别岩体达90%以上。这一广阔的流域背景和丰富的铀源，可以为吐哈盆地中了敦隆起西缘斜坡带铀的后生富集成矿提供持续而丰富的铀源。

图2-9-6 吐哈盆地了敦隆起西缘地浸砂岩铀矿成矿远景区划图

1—吐哈盆地边界；2—遥感解译断裂构造；3—成矿预测区；4—低氧化指数区；5—西山窑组晚期冲积扇沉积；6—西山窑组晚期三角洲沉积；7—西山窑组早期冲积扇沉积；8—西山窑组早期三角洲沉积
（四）吐哈盆地找矿方向初步厘定
吐哈盆地南缘十红滩一带已经探明了一定储量的可地浸砂岩型铀矿资源，下一步勘查的方向何去何从，是一个亟待解决的问题（图2-9-6）。是继续沿着现代盆地的边缘向东西两侧追踪，还是另辟蹊径，需要对成矿理论和本地区成矿条件进行客观分析。
对十红滩地区地质勘查资料的分析和野外调查表明，铀矿赋存部位与一个横向入湖的三角洲砂体有关，铀源来自南部的觉罗塔格山脉，这使得近年来对东西两侧的追踪勘探基本全部落空。因此，寻找类似的成矿环境，是当前所急需解决的问题。
1.中部NE向区域性排泄构造
中部NE向区域性排泄构造根据遥感信息中的绿度和湿度指数高值区域线性分布而确定，在空间上位于鲁克沁—鄯善—七克台一线，横贯盆地南北，排泄带长度100余公里。
2.斜坡带和扇三角洲沉积
总体而言，盆地东部除哈密和大南湖等地在早中侏罗世局部凹陷接受沉积外，余皆为隆起区环境。在上述北东向区域性排泄构造以东，了敦隆起西缘存在一个较大规模的斜坡带。以此斜坡带对应的鲁克沁-鄯善、七克台等地存在大型的西山窑组扇三角洲沉积。
3.氧化-还原环境
迪坎—鄯善存在一片大面积的低氧化指数区域，系油气垂向渗漏所至地面还原异常，其对应的下部层位存在还原环境。
综上所述，鲁克沁—迪坎、鄯善之东南、七克台之东南为进一步寻找可地浸砂岩铀矿的重要场所。
四、结论与讨论
1）光谱变换指数（CAP指数、氧化铁指数、亚铁矿物指数及氧化指数）的建立基于（地物吸收/反射光谱）特征，具有理论和技术基础。
2）K-T变换产生的亮度指数、绿度指数和湿度指数可以反映砂岩盆地内部的蒸腾强度、绿色植被分布和土壤湿度信息，进而可以揭示出盆地排泄构造的空间展布特征，对盆地进行水动力环境分析，划分蚀源补给区、径流区和排泄区。
3）利用氧化铁指数、亚铁矿物指数构建氧化指数，对盆地地表岩石土壤氧化-还原程度进行半定量分析，揭示出还原地段，分析油气渗漏与地面沙漠化的因果联系。
4）利用DEM数据进行大范围的构造地貌分析，结合常规地质研究成果，揭示出了敦隆起西部边缘存在斜坡环境，该斜坡带连接鲁克沁-鄯善、七克台等大型西山窑组三角洲沉积单元和中天山广大蚀源区域。
5）基于构造排泄、三角洲沉积单元、斜坡性质、大流域汇水区段、还原环境等诸多成矿要素，圈定出迪坎-七克台找矿远景范围和区段。
参考文献
何登发等.1999.中国西北地区沉积盆地动力学演化与含油气系统旋回.北京：石油工业出版社
阎积惠.1989.甘肃北山TM合成图像的波段组合模式与解译.遥感信息，（1）：4
阎积惠.1995.TM图像地质应用原理与方法.北京：冶金工业出版社
袁明生等.2002.吐哈盆地油气地质与勘探实践.北京：石油工业出版社
Hunt G.R.，Salisbury J.W.1980.矿物岩石的可见一中红外光谱及其应用.遥感专辑（第一辑）.北京：地质出版社
（林子瑜，管太阳，刘蓉蓉，李社，黄美化）

3. 　火山盆地铀矿成矿条件分析及成矿模式

一、火山盆地铀成矿条件
通过上面对本区和邻区已知典型火山盆地铀矿床矿化特征的分析及与国内外具有代表性的火山岩成矿带典型铀矿床的对比研究，我们对火山盆地铀矿时空分布及形成的控制条件和具有本质及普遍意义的规律取得较为系统全面的认识，可将其归纳为下列几点：
1.矿床的大地构造部位表明，巨型的大陆火山岩带从战略上控制了火山岩型铀矿的分布，这三个火山岩铀矿带均属于西环太平洋构造成矿域，受三条巨型的大陆火山岩带控制，额尔古纳火山岩成矿带和燕辽火山岩成矿带西段受大兴安岭火山岩带控制，燕辽成矿带东段受长白山火山岩带控制，赣杭火山岩成矿带受闽浙赣火山岩带控制。这些巨型火山岩带与发育于槽台边界的渊源古老、长期活动的基底EW向巨型复杂构造带（如天山—阴山构造带、南岭构造带）的交切复合部位则控制了火山盆地铀矿成矿远景区的定位。在上述部位与中国东部弧后大陆裂谷带相复合的部位，更有利于火山盆地富铀矿床的形成。由于中国东部环太平洋成矿域三条巨型大陆火山岩带在中生代的强烈活动和中国东部弧后裂谷系在中生代末期—喜马拉雅期的强烈活动，导致与巨型EW向构造带交切部位的台缘或地槽褶皱带内的古老中间地块发生活化，为在这些地段形成中新生代的火山盆地铀矿创造了有利的区域地质背景条件。这是西环太平洋构造成矿域火山盆地铀矿时空展布的基本规律。俄罗斯额尔古纳火山岩成矿带及其中的红石铀矿田，即处在大兴安岭巨型大陆火山岩带与兴蒙地槽褶皱带北缘一个中间地块的交切复合的活化带内。本区则处在大兴安岭巨型火山岩带与中朝地台北缘交切复合的活化带内。赣杭火山岩成矿带则处在闽浙赣巨型大陆火山岩带与华南加里东地槽褶带北缘交切复合的活化带内。而且，它们又都受到中国东部弧后大陆裂谷系的影响。值得特别指出的是，额尔古纳、燕辽及赣杭三条火山岩成矿带不是单纯的火山盆地铀成矿带，而是火山盆地铀－多金属成矿带。
2.这些火山岩带都经历了漫长而复杂的地质演化过程，它们是在各自不同的前中生代的长期演化基础上，由于中生代太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲作用，在强烈的挤压环境下，在NNE向巨型隆起带发生强烈的断裂－火山喷发作用而形成的巨型大陆火山岩带，因此，它们既各自打上前中生代不同演化特点的烙印，又被中新生代的统一发展过程而联系起来。这些火山岩成矿带在中生代晚期，由于太平洋板块俯冲作用的减弱和停息及地壳深部大量岩浆的喷出而普遍转入区域性拉张环境和发生区域性断陷和补偿性塌陷、导致形成各种类型的火山盆地和断陷红盆。这些火山盆地大致可以划分为三类，即火山塌陷盆地，火山断陷盆地和火山沉陷盆地，它们均是控制火山盆地铀矿田的重要构造单元，对形成铀矿的有利程度来说，三者依次递减。中国东部在燕山晚期—喜马拉雅期，在某些弧后地区，由于强烈的区域拉张作用，还形成一些大陆裂谷系，伴随着裂谷盆地的形成，并发生了地慢的上隆和沿深断裂发生玄武岩的喷发，对前期形成的火山盆地铀－多金属矿床，又发生了一次热叠造作用，这在一些火山盆地铀矿床的矿化时代上均有所反映。由于各个盆地所处部位不同，因此，其演化历史和盆地结构有所差异，大部分火山盆地具有前中生代变质岩基底和中生代火山岩盖层的两层结构，当有些盆地处在晚期裂谷系叠加部位，则具有三层结构特征，一般来说，后者较前者又多一次热叠造作用，故对铀进一步富集成矿，特别是富矿的形成更为有利。具三层结构的盆地除经历上述两期演化外，还经历了第三个演化期，即中生代晚期—喜马拉雅期裂陷构造演化期。
3.火山盆地铀矿也同火山盆地一样，经历了漫长复杂的地质演化，是长期复杂的区域地质演化的产物。一般可以划分为火山盆地基底和盖层建造的铀的预富集期、后生改造富集成矿期和矿后保矿期。基底岩石建造和盖层火山岩建造的铀预富集作用可由一次重要的地质作用所完成，但经常要经过多次地质作用才完成。后生改造富集成矿作用，有时可由一次地质作用完成，但经常则可能是多期、甚至是多种成因地质作用才完成的。因此，在铀矿床的矿化时代上，既可能是单龄特征，又经常显示矿化时代的多龄性，甚至可以跨越大的构造运动期。
4.火山盆地铀矿，不论产在三种当中的任何一种火山盆地中，均显示一个共同的特点，即受贯通火山盆地盖层和基底的区域性深断裂带所控制，长期活动的控岩、控盆的盆缘断裂带和横切火山盆地的深断裂带，特别是两组深断裂带的交切复合部位，是重要的控矿导矿构造。它们是沟通火山盆地盖层、基底、过渡岩浆室、甚至深部地慢热流体源的重要通道，与它所贯通的火山盆地一起，组成混合成因的承压火山热水有利的水动力系统。因此，贯通火山盆地长期活动的深断裂带，往往既是控制火山岩、又是控制火山盆地、还是控制火山热水蚀变和火山盆地轴－多金属矿化的重要因素，是控制矿带的构造。
5.贯通火山盆地的长期活动的深断裂带是重要的导矿控矿构造。它与其派生的次级断裂和火山机构的成分、如火山通道、隐爆角砾岩筒、次火山岩体、环状和放射状构造等的交汇复合部位，即构造结，是控制火山岩铀－多金属矿床的定位条件，这些构造结往往是构造减压带、良好的构造、岩性圈闭、岩石破碎和蚀变发育的良好部位，地球化学条件剧变梯度带或地球化学障部位，是铀自成矿溶液中沉淀而富集成矿的有利部位。
6.火山盆地的基底建造构造特征是影响火山盆地成矿远景的重要因素。一般来说，由于盆地基底处于长期隆起环境，使盆地盖层直接不整合于前寒武纪古老结晶变质岩基底之上，特别是基底建造经历多期混合花岗岩化作用而形成的富铀的花岗岩基底对火山盆地铀成矿更为有利，这是区域铀的重要活化预富集的标志。
7.火山盆地盖层建造构造特征也是影响火山盆地铀成矿远景的重要因素，一般来说，持续而强烈的多旋回多韵律火山喷发所形成的岩浆分异完善、岩性和结构复杂的巨厚陆相火山杂岩系。由于建造逐渐富铀，且内部切层和顺层的结构面发育，当被长期活动的贯通式深断裂带穿切贯通时，为形成多部位、多层位铀矿化提供了十分有利的前提条件，因此是评价盆地成矿远景的重要判据。
8.火山热液蚀变特征对火山盆地铀矿的形成具有重要意义。一般来说，岩石构造破碎强烈、裂隙发育、孔隙度渗透性高、又由于热液活动具有多期多阶段叠加性，往往形成复杂而强烈的构造热液蚀变带，是矿化富集部位的定位因素。通常矿前蚀变多发育碱性长石化、水云母化、硅化、黄铁矿化；成矿期蚀变以少量碱性长石化、水云母化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化、萤石化为特征，温度较高的铀矿化则以钛铀矿化、钍铀型矿化为特征；中低温铀矿化则以沥青铀矿型、铀石型为特征，铀矿物多伴随辉钼矿、胶硫钼矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿等硫化物；矿后期蚀变则通常以硅化、高岭土化、萤石化、碳酸盐化为特征。
9.火山热液蚀变和矿化往往具有明显的水平和垂向分带性。尤以垂向分带性更为突出和重要。从区域范围来看和矿床范围来看，总体下碱上酸的蚀变垂向分带性较为普遍。自下而上依次为碱性长石化带、绢云母化带、水云母化带、蒙脱石化带、高岭土化硅化萤石化带。矿化自下而上依次为多金属矿化带、钛铀型和钍铀型矿化带、沥青铀矿－水云母－硫化物型矿化带、沥青铀矿－玉髓－萤石型矿化带。由于各个矿床的地质条件和演化过程有所差异，故上述蚀变和矿化的分带性在不同矿床也有所差异。经常以矿体或矿脉为中心向其两侧围岩方向也显示出蚀变的水平分带性，依次为沥青铀矿－硫化物－绢云母－绿泥石黑色脉体带、红化带、硅化水云母化退色带。掌握蚀变矿化分带性规律，对找矿勘探工作具有重要指导意义，可以根据蚀变矿化的组合特征来判定已知矿化部位是属矿顶相、矿身相还是矿根相，对矿区的深部成矿预测、揭露评价和扩大找矿具有重要的实践意义。
10.不少火山岩型铀矿床的包体成分和测温资料表明，成矿溶液具有火山热液特征，反映深部热流体参与成矿作用，有些矿床的矿化蚀变作用表明有大量F、Cl、H2S、CH4、H2O等挥发分的参与，有的还发现矿石中有较多的自然镍，不少矿床在矿化时空上还与幔源玄武岩具有密切的成因联系，表明这些热流体有些来自深部过渡岩浆室，有些甚至可能来自更深部的上地幔。有些矿床矿石或包体H、O、S稳定同位素研究资料表明，成矿溶液中的水具有混合成因，一般以大气降水为主，只是在高温阶段有一定量的原生水的参与。硫化物中的硫，除部分可来自深部，有些矿床的硫则主要来自富含生物成因硫的沉积壳层。铀则具有多源的特征，目前对该问题尚存在不同观点，但大量事实表明，除重视基底和盖层铀源条件外，也应对深部来源的可能性给予重视，包括深部过渡岩浆室和上地慢，尤其是深部过渡岩浆室。
二、火山盆地铀成矿模式
铀的富集成矿作用过程是由四个基本环节所组成的一个相互关联的统一逻辑过程，即源—移—聚—存。它适用于包括火山盆地铀矿在内的所有铀矿成矿作用。以此为主线，可将控制火山盆地铀矿的地质条件归纳为以下五个最基本的条件：①富含成矿组分的深部热流体源，包括控制火山作用的过渡岩浆室和上地幔提供的热流体源；②基底和火山盆地盖层中的矿源体；③古老稳定地块活化区长期隆起带花岗质基底上富含地下水又有利保矿的火山盆地负向构造承压水动力系统；④沟通前三者的多期活动的控岩、控盆、控制火山岩浆期后热液活动的贯通式区域性深断裂带；⑤多期活动的贯通式深断裂或其次级构造与火山盆地基底和盖层中有利的岩性构造圈闭的复合部位组成的地球化学条件剧变梯度带，即地球化学障。
上述五个基本条件是导致多源富含成矿物质火山热液形成、上升迁移、在有利的地球化学障部位充填交代而导致矿质沉淀富集成矿和矿后保存的有利控制因素。根据上述基本思路，用图表方式建立贯通式火山塌断盆地多源混合热液铀矿成矿模式（图5—40）。

图5—40　贯通式火山塌断盆地多源混合热液铀矿成矿模式（地台边缘和地槽褶皱带中间地块边缘活化带火山岩型铀矿）