水文地质概化模型与铀成矿关系探讨

总结了狭窄集中型、中间型、宽缓敞开型3类水文地质模型，结合铀矿床规模，得出狭窄型有利于成富大矿体，宽缓敞开型不利于形成工业铀矿体的结论。

关键词：伊犁盆地南缘;铀矿床;水文地质模型

伊犁盆地南缘发现一批中-特大型铀矿床，均为外生水成铀矿床。前人研究认为构造以近EW向为主，控矿构造为单斜构造[1-6]，对铀矿床控矿因素进行研究，但无法解释矿床之间空白区不成矿原因;510和511矿床曾划分过水文地质单元[7-9]，促进了找矿成果。511以西未开展此类研究，未揭示地下水流场对铀富集的影响。近期勘查成果表明：区内发育多条NS向断裂，将研究区分割为复杂块体。本文尝试从构造的水文地质特性入手，复原不同水文地质单元，论述水动力变化对铀成矿的控制作用。

1  水文地质概述

铀矿田位于伊犁盆地西南缘，整体地形呈东高西低、南高北低。南部主要以石炭、二叠系火山碎屑岩、火山岩和浅变质碎屑岩为主[10]123，基岩裂隙发育，含大量基岩裂隙水，以HCO3为主;盆地盖层由三叠—新近系组成，富含孔隙-裂隙水，地下水主要源自基岩裂隙水、地表水、大气降水，以SO4·HCO3为主。按地下水形成、埋藏、运移和排泄等特征，将研究区分为察布查尔山水文地质（补给）区、山前倾斜平原水文地质（径流）区和伊犁河谷平原水文地质（排泄）区。矿床均位于山前倾斜平原水文地质区内近盆缘处，具典型的渗入型水文地质结构。

2  水文地质单元的划分

2.1  地下水运移的基本特征

高山海拔一般为1 500～3 100 m，降水量为391～554 mm/a，裂隙发育，主要接受大气降水和冰雪融水补给，水量丰富，多以泉水形式在F1断裂处排泄，汇集后形成溪流、河流等地表水体。

山前倾斜平原区海拔1 100～1 500 m，降水量269 mm/a，地表水均呈断流河（下游无水），补给侏罗系的约占1/10，含矿层地下水主要来自河流和第四系潜水下渗，以承压水和潜水为主。第四系潜水作用相当于含矿含水层“供水塔”。富氧含铀的层间水是矿质运移的主要动力，是矿床定位的决定性因素。含矿含水层除511矿床外，其余均具高承压、低流速和弱渗透特征。

河谷区海拔约900 m，位于伊犁河两岸，侏罗系地下水以封闭水为主，是反向渗出水中心，以极高承压、高TDS、极低流速为特征，地下水通过断层向上越流排泄，形成沼泽、盐碱地、线状泉等，个别深切穿储油（气）层的断裂，泉中见油花，H2S含量较高。

2.2  水文地质单元划分依据

据浅层二维地震和钻探深部工程揭露资料显示，自西向东依次发育：洪海沟断裂（F7）、库捷尔太东断裂（F6）、乌库尔其西断裂（F5）、乌库尔其东断裂（F4）、扎基斯坦河断裂（F3），均为近NS向逆断裂，具阻水性质。其中，F7、F5和F3浅层二维地震解译为可靠断裂，断距大于20 m，经水文地质钻孔验证，F7两侧水位差最小为48 m;F3两侧水位相差最大397 m;F6两侧水位相差52～165 m;F6-F5之间的脱维勒克煤矿长年涌水，井口排水量达3 000 m3/d;F4两侧水位最大相差282 m（图1）。

2.3  水文地质单元划分结果

洪海沟水文地质单元  位于F7以西，东隔水边界F7，该断裂向盆地内延伸超过30 km，为逆断裂;地下水主要源于洪海沟断裂与洪海沟河相交处;排泄于矿床北（表1）。发育大型可地浸型和煤岩型铀矿床。

库捷尔太水文地质单元  介于F6和F7间，补给边界为洪海沟河与F7交界以南。其中，补给高度Ⅶ旋回约1 300 m，Ⅴ旋回约1 350 m;西、东隔水边界为F7和F6;排泄边界于512矿床以北（表1）。发育大型铀矿床。

苏东布拉克水文地质单元  介于F5和F6间，补给边界为琼博乐河出山口，其中补给高度Ⅶ旋回约1 350 m，Ⅴ旋回约1 400 m;西、东边界为F6和F5;排泄边界为EW向断裂（表1），未发现铀矿床。

乌库尔其水文地质单元  介于F4和F5间，补给边界为乌库尔其河出山口5～7 km处，其中补给高度Ⅶ旋回约1 230 m，Ⅴ旋回约1 270 m;西、东边界为F5和F4;排泄边界为EW向断裂，为中型铀矿床         （表1）。

扎基斯台水文地质单元  介于F3和F4间，补给边界为扎基斯坦河出山口与火烧区交界处，其中补给高度Ⅴ旋回约1 220 m;西、东隔水边界为F4和F3，排泄边界位于单元以北（表1）。为中型铀矿床。

蒙其古尔水文地质单元  介于F1和F3之间，补给边界为扎基斯坦河上游和F1断裂错断部位，其中补给高度Ⅶ旋回约1 320 m，Ⅴ旋回约1 350 m;西、东隔水边界为F3和F1;排泄边界为切金沟（表1）。属特大型鈾矿床。

3  水文地质概化模型及特点

补给水源为河流及第四系潜水，含水层分布于隔水层之间，呈补-径-排体系完善的特点，为定水头、层间承压水、隔水边界明显、存在泄水边界的水文地质模型。但各水文地质单元具不同特点，可归纳为3类：狭窄集中型、中间型、宽缓敞开型。

3.1  狭窄集中型水文地质单元

代表性铀矿床为洪海沟和510，地下水主要来源为洪海沟河和扎基斯坦河，次为第四系潜水，含矿含水层地下水流动区域较狭窄，沿流向“沟流”性质明显，过水断面集中。

洪海沟水文地质单元宽为3.10～6.00 km，呈南宽北窄形态，第四系潜水厚约200 m，洪海沟铀矿床：“岸”为两侧的泛滥平原相， “沟”为近NWW向的扇前辫状河道相（图2），水力梯度为0.15～0.16，流速为3.0×10-3～8.8×10-3  m/d，单位涌水量为0.02～        0.06 L/（s·m），窄为其主要特点，实际过水断面宽度1.21～3.35 km。510铀矿床的“岸”为左岸为F3、右岸为F1和F2，“沟”为各旋回砂体，展布方向为NE向     （图3），水文地质单元宽1.11～3.61 km，呈西南窄东北宽的形态，水力梯度0.023～0.035，单位涌水量为0.01～0.16 L/（s·m），水动力变化大，流速2.3×10-3～49.0×10-3  m/d，流域窄长为其主要特点。

3.2  宽缓敞开型水文地质单元

以513和苏东布拉克为代表，其中，乌库尔其水文地质单元发育宽度12.78～16.67 km，水力梯度0.17～0.23，流速5.1×10-3～11.1×10-3  m/d，单位涌水量0.01～0.25 L/（s·m）;苏东布拉克水文地质单元发育宽度6.00～9.72 km，水力梯度0.007～0.009，流速0.5×10-3～4.7×10-3  m/d，单位涌水量0.02～0.13 L/（s·m）。地下水流域宽缓为其主要特点，水动力变化乌库尔其强于苏东布拉克（表2）。

3.3  中间型水文地质单元

代表性矿床为512和511，介于“沟流”与宽缓敞开之间的类型。库捷尔太水文地质单元宽7.20 m，水力梯度0.012～0.021，流速6.20×10-3～ 19.10×10-3  m/d，单位涌水量0.06～0.12 L/（s·m），承压水头高117～149 m，第四系潜水厚20 m，地下水补给范围大，补给水量充足。扎基斯坦水文地质单元呈南窄北宽的形态，宽度为5.28～9.17 m，水力梯度为0.000 3～0.020，流速为0.30×10-3～12.00×10-3  m/d，单位涌水量为0.02～0.10 L/（s·m）。第四系潜水赋存于沟谷中，补给水量少，西部为层间无压水。

4  水文地质单元与铀成矿关系

4.1  狭窄式铀成矿水动力模式

洪海沟和蒙其古尔水文地质单元均受“沟流”影响，近补给区双侧向氧化特征明显，层间氧化带尖灭带分为南北两条，主要受“沟岸”滞流作用影响，水动力减弱，铀还原沉淀形成两侧长尾状铀矿体;洪海沟下游铀矿体为主流向水流作用结果，水岩作用经历沉淀-活化-再沉淀的叠加过程，结果形成长囊状铀矿体，是研究区Ⅶ旋回矿体最富集的地段（图2，3）。蒙其古尔主流向矿体目前还未控制住。

继承性河流的持续下渗补给，氧化-还原作用历时长，反应充分，水动力受“岸”滞流作用影响变幅大，水文地球化学改造地球化学环境的能力强，是上述矿床成为双大和特大型铀矿床的要因。

4.2  中间式铀成矿水动力模式

512矿床层间氧化带垂直于地下水流向发育，中部层间氧化带延伸最远，矿体也最富;西侧靠近F7断裂，因滞流作用，层间氧化带有拖尾现象，矿体相对较贫;东部仅见零星矿化（图4）。该水文地质单元宽7.2 km，成矿宽度5.0 km，说明东部氧化水不足，氧化-还原反应作用不强，故成矿作用差。

扎基斯坦仅发育Ⅴ旋回铀矿体，形态呈曲蛇状，近F3处水量充足，地下水承压水头达50 m，单位涌水量0.097 L/（s·m），远离F3处的单位涌水量为0.000 3 L/（s·m），不承压，补给水量有限，单元最宽9.17 km，成矿作用仅4.68 km范围内，其余地段氧化水未到达，故成矿作用仅发生在有承压水的地段。

4.3  宽缓敞开式水动力模式

苏东布拉克单元宽度最大16.67 km，下渗水向四周扩散，水动力梯度0.015～0.016，差异小，见零星铀矿化，未形成真正的铀矿体。

乌库尔其与苏东布拉克类似，但发育宽度小，水动力变化较强，水流分散矿化带长且连续，真正的矿体较贫。

5  结论

（1） 铀成矿与NS向断裂密不可分，将倾斜平原区分割为不同的水文地质单元，“沟岸”滞流作用影响铀矿体展布，宽度小于9.17 km的水文地质单元有利于成矿;

（2） 狭窄式水文地质单元为铀成矿最有利的类型，两侧“沟”岸滞流作用会延长层间氧化带前锋线的长度，扩大成矿空间;

（3） 宽缓敞开式水文地质单元成矿作用差。

参考文献

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Abstract：The groundwater of uranium ore field is main carrier for uranium element and is the controlling factor for uranium eichment in the southern margin of Yili Basin.The tectonic framework is used to be monoclinic structure. Recent studies discover five near north-south trending reverse fault in the study area，this area is divided into six hydrogeological units.There are great differences in uranium mineralization because of the different hydrodynamic conditions.In order to study the relationship between hydrogeological model and uranium mineralization，the author summarizes three types of hydrogeological models： narrow-concentrated，intermediate and wide-open，according to the conditions of filling，separating， draining and hydrodynamic variation of ore-bearing aquifers.Combined with uranium deposit scale，the conclusion is that the narrow type is favorable for the formation of rich ore bodies，and the wide-open type is not conducive to the formation of industrial uranium ore bodies.

Key words：The southern margin of Yili basin;Uranium deposit;Hydrogeological model

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