塔里木盆地库车坳陷日达里克地区铀矿化发现于20世纪50年代，前人在区内发现了数个铀工业矿孔，估算了铀资源量，提交了小型铀矿床，60年代后新疆铀矿地质队伍撤回内地，区内铀矿找矿一直处于停滞状态。进入20世纪90年代水成铀矿理论在新疆取得重大突破，提交了一系列大型铀矿矿床，并提出了“六位一体”的控矿因素和找矿模式（李胜祥等，1996；陈戴生等，1996；古抗衡，1997；陈肇博等，2002）。正是在这种找矿矿理论的指导下，区内找矿取得了新进展，在多个层位取得了新突破，为在本地区进一步找矿和研究提供了可能。由于区内新一轮铀成找矿刚刚起步，学者关注度不高（阿种明等，2008；刘刚等，2010），研究也不甚深入，特别是成因分析不足，成矿类型时有争论，为了能够更好的指导找矿，笔者在现有资料基础上，对照水成铀矿理论最新成果，总结了区内铀成矿基本特征和成矿规律，对关键控矿要素和铀成矿成因进行分析，试图初步确定成矿类型，以期对后续铀矿勘查工作起到一定指导意义。

1.   地质背景

库车坳陷位于南天山造山带与塔北隆起之间，是一个以中、新生代陆相沉积为主的前陆盆地（刘志宏等，2000），西起温宿，东至库尔楚，长约 450 km，南北宽约 20～60 km，面积约16 000 km²，属于中型盆地（面积大于10 000 km²）。库车坳陷从南天山向前陆方向，依次为北部单斜带、直线褶皱带、拜城凹陷、秋里塔格复背斜带、南部平缓褶皱带等二级构造单元（贾承造等，2002；汤良杰等，2008；谢会文等，2012）。秋里塔格复背斜带东西延伸 320 km，以库车为界，将秋里塔格复背斜带分为西秋里塔格复背斜带和东秋里塔格复背斜带，日达里克地区处于西秋里塔格复背斜带（图1）。

图  1  库车坳陷构造单元划分简图

1.盆地边界及蚀源区；2.盆地一级构造界线；3.盆地二级构造界线；4.地名；5.研究区

Figure  1.  Division of structural units in Kuqa Depression

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库车坳陷是在塔里木地块北缘古生代褶皱带的基础上发展起来的中、新生代盆地，经历了晚二叠世—三叠纪的前陆盆地、侏罗纪—古近纪的伸展坳陷盆地和新近纪—第四纪陆内前陆盆地的演化（何登发等，2009）。盆地基底为晚二叠世之前形成了褶皱基底，在褶皱基底之下发育有前寒武系结晶基底，结晶基底见于吐格尔明背斜核部，岩性为元古代云母石英片岩。库车坳陷的沉积盖层为上二叠统—第四系。铀矿找矿目标层位主要为上新统库车组（N₂k），分布广泛，具有三分特征（王元元等，2021），其下段（N₂k^a）为重要铀赋矿层位，自山前向盆地可划分为冲积扇砾质沉积、辫状河砂泥不等厚互层沉积、泥质湖相泥包砂沉积，并分布交互相的（扇）辫状河三角洲沉积，横向、垂向上岩性组合具有明显差异。下段在日达里克地区为河湖交互相的砂泥不等厚互层沉积，具明显的砂泥韵律，自下而上可划分为Ⅰ～Ⅸ等9个旋回。

2.   铀成矿特征

2.1   矿化层位及规模

日达里克地区库车组下段Ⅰ～Ⅸ旋回中有12层砂体揭露到工业铀矿或铀矿化（图2）。Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ旋回矿化最好，共见7层工业铀矿，其中Ⅶ旋回有4层工业铀矿，Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ旋回各有1层工业铀矿；Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ旋回见5层铀矿化。矿体类型包括由卷头和翼部矿体。Ⅳ旋回工业矿带见于中矿带、南矿带，矿带由6个工业孔和14个矿化孔组成，在中矿带呈SE向展布、在南矿带呈NEE向展布，矿带断续总长度大于5 km，单矿体长为 160～ 800 m，宽 为 100～200 m。Ⅴ旋回工业矿带主要见于日达里克南矿带，呈NEE向展布，矿带由3个工业孔和7矿化孔组成，矿带总长度约3 km，单矿体长约 为 1000 m，宽约为 100～ 200 m。Ⅶ、Ⅷ旋回工业矿带分布日达里克东矿带，矿带由 10 个工业孔和 23 个矿化孔组成，呈不规则蛇曲状延伸，地表延伸长度大于 5 km，自东而西依次产出Ⅶ₁、Ⅶ₂、Ⅶ₃、Ⅶ₄及Ⅷ₁工业矿带，单矿体长约为 350～ 900 m，宽约为 100～ 200 m（图3）。

图  2  日达里克地区地层综合柱状图

Figure  2.  Comprehensive stratigraphic histogram of Ridarik area

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图  3  日达里克地区工业矿带分布简图

1.剥蚀区；2.Ⅷ₁前锋线及工业矿带；3.Ⅶ₄前锋线及工业矿带；4.Ⅶ₃前锋线及工业矿带；5.Ⅶ₂前锋线及工业矿带；6.Ⅶ₁前锋线及工业矿带；7.Ⅴ前锋线及工业矿带；8.Ⅳ前锋线及工业矿带；9.勘探线

Figure  3.  Distribution diagram of industrial ore belt in Ridalik area

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2.2   含矿主岩特征

日达里克地区含矿主岩由岩屑、石英、长石及少量附属矿物组成，3种主成分含量变化大，一个样品往往三者共存，属于复矿成分砂岩。石英包括单晶石英和多晶石英；长石包括钾长石和斜长石；岩屑主要为沉积岩屑、变质岩屑和岩浆岩屑，沉积岩屑有泥质岩、硅质岩、碳酸盐岩、在旋回砂岩，变质岩屑有千枚岩、板岩、石英岩、石英片岩，岩浆岩屑有火山岩（安山岩）、凝灰岩及花岗岩。库车组下段以岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，反映了沉积速率较高，沉积物快速堆积的结果，物源主要来源于再旋回造山带物源区和深切割岛弧蚀源区（图4），南天山造山带属于库车坳陷库车组的主要物源区（庄红红等，2015）。库车组下段自下而上，长石和岩浆岩岩屑含量增加，说明南天山造山带隆升速度加快，剥蚀构造层次的加深，出露一些含长石深构造层次的物质有关。

图  4  日达里克地区骨架颗粒岩性及构造环境判别图解

Figure  4.  Discrimination diagram of skeleton particle lithology and tectonic environment in Ridarik area

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含矿主岩中SiO₂平均含量最高为52.52%，次为CaO平均含量为13.96%，Al₂O₃平均含量为7.98%，MgO平均含量为3.85%，K₂O平均含量为2.09%，FeO平均含量为1.58%，Fe₂O₃平均含量为0.91%，Na₂O平均含量为1.83%，TiO₂平均含量为0.29%。对比发现，在VII旋回各亚旋回中，CaO、MgO含量在VII₄、VII₁亚旋回中相对VII₃、VII₂较高，而K₂O、Al₂O₃含量则恰好相反。各旋回对比发现，上新统库车组下段自下而上SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Na₂O含量整体具逐渐增加趋势，CaO、MgO含量整体具逐渐减少趋势。在区域性构造作用下，物源区浅部沉积物抬升剥蚀减少，深部酸性岩浆岩逐渐剥蚀出地表，沉积碎屑中酸、碱性物质增多，更有利于成矿。

2.3   矿石矿物成分

矿石的矿物成分和成矿围岩基本一致，惟有矿石中略增加微量黄铁矿（图5）、自然硒、地沥青、碳质碎屑、黏土矿物和微量显微状沥青铀矿（图6，表1）。矿石中大部分铀呈吸附状分散在填隙黏土、碎屑矿物裂隙中（王成等，2009）。

图  5  灰色粗砂岩型铀矿石中草莓状黄铁矿，光片，RD-1

Figure  5.  Strawberry shaped pyrite in gray coarse sandstone type uranium ore, light section, RD-1

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图  6  矿石中显微状沥青铀矿的α径迹，放射性照相，薄片，RD-1

Figure  6.  Microscopic pitchblende in ore α Track , radiography, thin film, RD-1

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表  1  沥青铀矿化学成分的电子探针分析结果（%）

Table  1.  EPMA analysis results of chemical composition of pitchblende （%）

样号	测点	K2O	Na2O	U	ThO2	MgO	CaO	TiO2	Al2O3	TFe	MnO	SiO2	PbO	总量	备注
RD-1	②	−	0.204	70.29	−	0.087	0.181	0.973	4.48	1.533	0.084	9.645	−	87.472	沥青铀矿
注：1.样品测试在南京大学内生矿床成矿作用国家重点实騐室完成；仪器型号：日本JXA-8100（JEOL）；2.测试条件：20 kV，2×10−8 A；3.测点②位置见图6中沥青铀矿微粒。

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地表露头及浅部矿石中次生铀矿物–钒钾铀矿普遍，钒钾铀矿化学成分主要由UO₂、V₂O₅和K₂O组成，常伴生有褐铁矿、硬锰矿、孔雀石、方解石、石膏等。

3.   控矿要素

3.1   岩性–岩相与铀成矿

库车坳陷在上新统早期构造环境相对稳定（万桂梅等，2006），沉积盆地范围规模巨大，沉积作用分异明显，库车组早期植被类型为落叶阔叶林植被，气候属于北亚热带半湿润–湿润型气候（张智礼等，2000），自南天山山前向盆地发育冲积扇–辫状河（扇）三角洲–湖相沉积（谭秀成等，2006；李鑫等，2013；王招明等，2013）。秋里塔格凸起带库车组下段为一套辫状河三角洲平原亚相沉积，主要发育辫状河道、泛滥平原沉积微相，岩性为灰色砂体与浅褐黄色泥岩互层，砂泥结构好，具有稳定的“泥–砂–泥”结构（图7）；砂体碎屑物来源于南天山蚀源区，砂体本身富铀，灰色砂体U含量4.84×10⁻⁶～7.64×10⁻⁶，平均为6.22×10⁻⁶。工业铀矿一般分布于厚度为22.05～43.14 m的Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ旋回河道微相砂体中，小于22.05 m和大于43.14 m砂体中仅见铀矿化。

图  7  日达里克地区X号勘探线剖面示意图

1.库车组下段；2.泥岩隔水层；3.砂体；4.层间氧化带；5.铀矿体；6.钻孔

Figure  7.  Profile diagram of X exploration line in Ridalik area

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日达里克地区库车组下段各旋回砂体底部与泥岩接触部位发育大型冲刷－充填构造，可见槽模、槽铸型等。砂体底部多为含大量泥砾的滞留河道沉积，泥砾大小一般为1～3 cm，局部可达20 cm以上，多呈滚圆状、椭球状和不规则状。砂体中广泛发育大型槽状交错层理及平行层理。砂体电阻率、自然电位曲线均表现为高、中度齿化的钟形–箱形曲线组合，砂体顶、底部与泥岩主要呈突变过渡。泥岩可见水平层理，并多见动物潜穴、植物根痕、钙质结核。日达里克南部的槽模、槽铸形反映的古水流方向均为NW—SE向，总体表现为NW方向砂体厚、粒度粗、泥岩夹层少、含砂率高，而SE方向砂体减薄、粒度变小、泥岩夹层增多、含砂率降低等特征。

综上所述，库车组下段属于辫状河三角洲平原亚相沉积环境。以库车组下段Ⅶ₃亚旋回为例，根据其沉积特征，辫状河三角洲平原亚相可细分为上、下平原亚相（图8），其中上平原亚相更靠近辫状河上游，以辫状河道为主，砂体粒度较大，以含砾粗砂岩、砂砾岩、砾岩为主；下平原位于辫状河下游，靠近前缘，砂体粒度较小，以中、粗砂岩为主。进一步划分出上三角洲平原河道微相、上三角洲平原河道间微相和下三角洲平原河道微相、下三角洲平原河道间微相。在北西南东向层间氧化作用下，层间氧化带前锋线多处于上平原亚相与下平原亚相的过渡部位，铀矿化定位于上三角洲平原亚河道微相与下三角洲平原亚河道微相过渡部位的层间氧化带前锋线前后。层间氧化带、铀矿化之所以定位于上述部位，究其原因是上述过渡带砂体厚度由厚变薄、粒度由粗变细，泥岩层、碳屑等有机质增多，存在成矿地球化学障。

图  8  日达里克地区库车组下段VII₃砂体沉积相与铀成矿关系简图

1.覆盖区；2.剥蚀区；3.上三角洲平原河道微相；4.下三角洲平原河道微相；5.上三角洲平原河道间微相；6.下三角洲平原河道间微相；7.剥蚀界线；8.工业矿带；9.层间氧化带前锋线

Figure  8.  Relationship between sedimentary facies and uranium mineralization of vii3 sand body in the lower member of Kuqa formation in Ridarik area

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3.2   构造演化与铀成矿

库车坳陷自晚二叠世—三叠纪的前陆盆地演化阶段之后，侏罗纪—古近纪就进入了伸展夷平阶段。始新世末，印度板块与欧亚板块南缘的冈底斯岩浆弧碰撞，由于印度—西藏碰撞的远距离构造效应，渐新世晚期上述碰撞的应力传递到南天山古生代碰撞造山带（刘志宏等，2000），使得晚二叠纪—三叠纪曾经存在的A型俯冲带再生活动，库车坳陷进入了再生盆地演化阶段。吉迪克组沉积期（25～16.9 Ma），库车坳陷北缘发生台阶状逆断层由北向南逆冲，开始形成北部单斜带，此时的沉降中心位于北部单斜带南侧，相当于直线褶皱带的北缘，沉积中心位于沉降中心的南部。康村组沉积期（16.9～5.3 Ma），库车坳陷变形作用前锋扩展至直线褶皱带和拜城—阳霞凹陷带的北缘，使直线褶皱带成为库车坳陷北部的一个隆起，此时的沉降、沉积中心推移到该带以南，相当于现在的拜城–阳霞凹陷带一线。在库车组沉积前，北部直线褶皱带–拜城凹陷–秋里塔格构造带总体为较稳定的北高南低单斜带，沉降、沉积中心位于秋里塔格以南。在上新世早期（5.3～3.9 Ma），构造环境较为稳定，在日达里克地区形成了一套砂、泥互层的辫状河三角洲平原亚相沉积。上新世晚期—下更新世（3.6～1.64 Ma），在南北挤压作用下下，秋里塔格北倾南冲逆断裂形成，形成了地下水区域性排泄区，而北部直线褶皱带和拜城凹陷北缘进一步抬升，使先期形成的库车组下段掀斜，为地下水的渗入提供了可能，该阶段为秋里塔格日达里克地区主要的成矿期。上更新世（1.64 Ma）以来，南北向构造挤压进一步增强，形成了库车坳陷凹凸相间的构造格局，秋里塔格隆升遭受剥蚀，铀矿体、层间氧化带等出露地表（鲁克改等，2019；王元元等，2021）。

3.3   层间氧化作用与铀成矿

成矿期秋里塔格逆冲断裂和近NW―SE向的单斜构造决定了日达里克地区库车组下段层间水的总体径流方向为NW—SE向，地下水主要补给来自南天山木扎尔特河上游，当时的拜城凹陷–秋里塔格北部为径流区，秋里塔格逆冲断裂发育地段为排泄区。来自南天山的含铀含氧水在径流过程中，层间氧化作用促使原生灰色砂体中的铀析出，在层间氧化带前方及顶底板砂体中形成有利于铀沉淀的地球化学和生物化学环境，即氧化–还原地球化学障，地球化学障丰富的还原性物质（有机质、硫化物）、微生物生物化学作用产生的还原性气体（如H₂S、CH₄等）促使U⁶⁺还原为U⁴⁺的同时从层间水中析出并沉淀富集。在地下水补径排体系下，形成了层间氧化带及铀矿化，并且具有明显的层间氧化地球化学分带特征。

U元素在层间氧化作用下迁移，主要富集在过渡带，氧化带U含量降低，U含量表现为过渡带＞原生带＞氧化带；Th元素较稳定，迁移作用不明显，在各分带的含量变化不大；Th/U比在各分带变化显著，可以很好的判别氧化带、过渡带及原生带。过渡带U含量平均为126.72×10⁻⁶，原生带6.22×10⁻⁶，氧化带2.46×10⁻⁶，U在氧化带的活化迁移量为3.76×10⁻⁶，活化迁移率60.45%。地表露头由于淋滤作用而导致铀氧化迁移，含量降低，平均含量为2.91×10⁻⁶，与深部氧化带相当。Th元素在过渡带含量平均为6.05×10⁻⁶，原生带为5.77×10⁻⁶，氧化带为6.34×10⁻⁶，表明层间氧化带中有弱的Th迁移富集现象，地表露头为5.30×10⁻⁶。氧化带Th/U比最高，平均为2.97；在过渡带Th/U值最低，平均为0.34；原生带Th/U值中等，平均值为0.97；地表露头为2.51（图9、表2）。

图  9  日达里克地区库车组下段微量U、Th及地球化学指标含量变化特征示意图

Figure  9.  Variation Characteristics of trace uranium, thorium and geochemical indexes in the lower member of Kuqa formation in Ridalik area

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表  2  日达里克地区库车组下段层间氧化带各地球化学分带中微量U、Th，C_有、TS及Fe含量统计表

Table  2.  contents of trace uranium, thorium, organic carbon, total sulfur and iron in each geochemical zoning of the interlayer oxidation zone in the lower member of Kuqa formation in Ridalik area

地化分带	U（10−6）	Th（10−6）	C有（%）	S（%）	Fe2+（%）	Fe3+（%）	Fe3+/Fe2+	Th/U	样品（个）
地表 露头	2.91	5.30	0.335	0.130	1.02	1.28	1.33	2.51	71
氧化带	2.46	6.34	0.135	0.016	1.30	0.89	0.77	2.97	550
过渡带	126.72	6.05	0.238	0.261	1.42	1.09	0.80	0.34	420
原生带	6.22	5.77	0.158	0.046	1.36	0.71	0.57	0.97	126
注：样品由核工业地质分析测试研究中心测试。

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另外统计显示Fe²⁺从地表露头、氧化带、过渡带、原生带含量总体具有增高的趋势，平均含量从1.04%增高到1.36%；Fe³⁺、Fe³⁺/Fe²⁺值从地表露头、氧化带、过渡带、原生带含量总体具有递减的趋势，Fe³⁺平均含量从1.28%降低到0.71%，Fe³⁺/Fe²⁺值从1.33降低到0.57。

3.4   还原介质与铀成矿

日达里克铀矿的矿石和围岩岩心碳屑含量存在显著的差异，尤其是高品位的矿石无一例外均含有大量的碳屑、碳化植物碎片，岩石外观呈深灰色、灰黑色。地球化学环境样品分析表明，C_有、TS在过渡带较高，原生带次之，氧化带最低。全区过渡带C_有、TS平均含量分别为0.238%和0.261%；原生带C_有、TS平均含量分别为0.158%和0.046%；氧化带C_有、TS平均含量分别为0.135%和0.016%（图7、表2）。C_有、TS之所以向过渡带迁移，是因为在氧化带C_有等被氧化破坏，能形成可溶性的铀酰腐质络合物并被淋滤进入地下水，再在过渡带以含铀腐质酸盐的形式沉淀下（陈肇博等，2001）。

铀成矿与有机质、TS含量关系密切，工业铀矿和铀矿化均分布于高有机质含量和较高TS含量的地段，层间氧化作用在高有机质和较高TS含量的地段停滞，说明氧被有机质等还原介质消耗殆尽，U⁶⁺被还原U⁴⁺而被有机质吸附富集成矿，目前卷头矿石中的U⁴⁺是U⁶⁺的1.83～8.17倍（表3）。

表  3  日达里克地区库车组下段价态铀分析统计表

Table  3.  Statistical analysis of valence uranium in the lower section of Kuqa formation inRidalik area

样品编号	U+4（10−6）	U+6（10−6）	合计（10−6）	U+4/ U+6
UY4000-27	963	297	1260	3.24
UY4000-32	755	242	997	3.12
UY4000-33	52.6	28.7	81	1.83
UY2357-01	9.10	3.15	12	2.89
SY1623-1	227	27.8	255	8.17
注：样品由核工业地质分析测试研究中心测试。

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4.   成因分析

日达里克地区铀矿化产于库车中新生代陆相盆地，赋存岩相为库车组下段辫状河平原亚相的河道微相，含矿主岩岩性为疏松的粗砂岩、含砾粗砂岩及中砂岩。库车组下段有多个容矿层位，Ⅰ～Ⅸ旋回共计有14层砂体被氧化，各砂体层间氧化带NW向SE发育，平面上呈舌状展布，剖面上呈叠瓦状，其中有12层砂体揭露到工业铀矿或铀矿化，卷头、翼部铀矿化均有发育。层间氧化作用强，地球化学分带明显，U元素在层间氧化作用下迁移，主要富集在过渡带，U含量过渡带＞原生带＞氧化带；Th元素较稳定，迁移作用不明显，在各分带的含量变化不大；Th/U比在各分带变化显著。铀的富集与碳屑等还原介质关系密切，工业铀矿和铀矿化均分布于高有机质含量和较高全硫含量的地段。综上所述，对比伊犁标准的层间氧化带控矿因素和成矿作用，日达里克地区铀矿化基本具备关键成矿因素，但也存在诸如铀源、地下水补给等因素不足的情况，但具现有资料和成矿特征，成因于层间氧化作用，属于层间氧化带砂岩型铀矿类型可能是最好的解释。

5.   结论

（1）日达里克地区库车组下段为一套潮湿–半干旱–干旱气候条件下形成的砂、泥岩互层的辫状河三角洲平原亚相沉积，属于辫状河三角洲沉积体系。砂体稳定发育，在剖面上连续产出，相对独立，呈层状、似层状，各砂体之间泥质隔水层厚而稳定。

（2）日达里克地区基本具备单斜地质条件，而库车组下段具备良好的砂岩型铀矿储层，特别是中上部的Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ旋回的钻孔揭露到一定规模的铀矿体，并且铀矿体的连续性较好，多呈板状、似卷状、卷状等典型特征。

（3）日达里克地区库车组下段铀成矿具备层间氧化带控矿的基本条件，推测为层间氧化带砂岩型铀矿。在层间氧化作用下，U、Th等元素均发生了不同程度的迁移，碳屑、硫化物等还原介质在氧化带被消耗，铀最终在碳屑、硫化物等还原性介质丰富的过渡带富集成矿。