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摘 要：结合前人研究资料及中东部西山窑组砂岩物质组成特征和形成构造背景条件，分析吐哈盆地整体铀矿成矿条件。通过地球化学方法对比吐哈盆地东西部中侏罗统西山窑组砂岩主量元素特征，发现吐哈盆地东西部西山窑组砂岩主量元素组成上具较高的相似性，与PASS相比表现出高SiO2，其余组分较低特征。吐哈盆地东西部砂岩源岩风化程度具很高的一致性，西山窑组砂岩源岩均来自中酸性岩石，西山窑组砂岩形成于稳定的构造背景环境。对比发现，吐哈盆地东西部砂岩主量元素成分及形成构造背景具很高的一致性，结合前人对十红滩铀矿床的研究，认为吐哈盆地大面积铀成矿具很大潜力。
关键词：吐哈盆地;西山窑组;主量元素;铀成矿预测
中侏罗统西山窑组为吐哈盆地层间氧化带型砂岩铀矿主要目的层。勘查成果显示吐哈盆地东部与西部铀成矿规律具一定差异。层间氧化带型砂岩铀矿成矿受铀源、地层、构造、砂体及地下水动力等影响[1]。吐哈盆地西南缘发现十红滩大型砂岩型铀矿床，勘查工作发现东部总体勘查成果较差，需进一步研究。吐哈盆地东部西山窑组中发育厚大砂体及发育较好的层间氧化带[2-3]。研究表明，碎屑岩地球化学分析可揭示沉积物中更细微的地质信息，如构造背景和物源属性等[4-5]。碎屑岩组分除受气候、地形、搬运距离和成岩作用影响外，还受物源区母岩性质和构造背景影响[6-8]。沉积物在风化、搬运和沉积过程中，不同元素可发生有规律变化。本文拟通过主量元素地球化学方法，对比吐哈盆地中侏罗统碎屑沉积物在东西部的差异，分析吐哈盆地铀成矿条件差异性。
1 区域地质概况
吐哈盆地位于新疆中东部，夹持于塔里木板块、西伯利亚板块及哈萨克斯坦板块间（图1-a）[9-10]，东西长约660 km，南北宽60～130 km，盆地群山环绕，北邻北天山，南邻觉罗塔格山，地势总体北高南低、东高西低，形成向中南部倾斜的地貌景观。据区域重磁特征及露头将吐哈盆地划分为吐鲁番坳陷、哈密坳陷、了墩隆起和南部隆起4个Ⅰ级构造单元，4个Ⅰ级构造单元又分为16个Ⅱ级构造单元（图1-b）[11]。本文研究选取的样品分别来自西部十红滩地区及东部长流水地区，十红滩位于吐鲁番市西南艾丁湖斜坡带，长流水位于哈密市东南骆驼圈子浅凹陷中。
吐哈盆地侏罗系沉积遍及全盆地，与下伏三叠系呈整合-假整合接触。自下而上可分为：下统八道湾组、三工河组;中统西山窑组、三间房组、七克台组;上统齐古组、喀拉扎组。
十红滩地区西山窑组为一套河流-湖沼相沉积（图2）。岩性主要为灰褐黄色砂岩、含砾粗砂岩、砂质砾岩、砾岩组成，含丰富植物化石，夹厚大泥岩与煤层。研究区南部见有西山窑组出露，以明显的冲刷接触关系覆盖于三工河组之上，岩性主要为含砾砂岩，底部氧化强烈，形成赤铁矿薄层。
长流水地区西山窑组未在地表出露，钻孔揭露显示，以辫状河、辫状河三角洲相沉积为主，与下伏地层呈不整合接触，平均厚667 m，以辫状河流相、三角洲相沉积的灰、浅灰色泥岩、泥质粉砂岩、煤层，黄、灰色砂岩、砂砾岩为主，沉积旋回底部常见砾岩。
2 样品采集及分析
十红滩地区样品分别采集于ZK1-20、ZK11-53、ZK11-54、ZK39-64、ZK35-41、ZK3-5及ZK4-32号钻孔（图1-c），长流水地区样品分别采集于ZK260-85、ZK260-69、ZK33-7、ZK0-37、ZK601-101及ZK181-56号钻孔（图1-d）。样品处理和分析在核工业二〇三研究所分析测试中心完成。所选样品均为新鲜样品，用粉碎机将野外采集样品碎成小块，挑选新鲜颗粒用蒸馏水清洗去污，磨碎至200目以上后进行主量元素分析。常量元素采用荷兰帕纳科公司制造的AxiosX-射线光谱仪测定，RD<2%。测试样品常量元素分析结果见表1[12]。
3 地球化学特征
十红滩地区样品（括号内为平均值）SiO2=62.99%～79.27%（70.98%）、Al2O3=6.60%～16.39%（11.16%）、Fe2O3=0.40%～5.93%（1.73%）、MgO=0.63%～2.52%（0.96%）、CaO=0.26%～31.15%（2.63%）、Na2O=0.24%～1.08%（0.79%）、K2O=0.98%～3.21%（2.70%），与PAAS标样比较，SiO2、CaO值相对较高，其余值都相对较低。长流水地区样品SiO2=63.71%～82.32%（75.91%）、Al2O3=9.87%～16.46%（11.66%）、Fe2O3=0.70%～3.18%（1.58%）、MgO=0.10%～1.31%（0.54%）、CaO=0.15%～3.20%（0.67%）、Na2O=0.05%～2.17%（1.03%）、K2O=2.49%～3.92%（3.07%），与PAAS标样相比，SiO2值相对较高，其余值相对较低。十红滩地区与长流水地区样品测试结果具很高相似性，反映源岩为酸性岩类。
3.1 化学蚀变指数
沉积岩物源主要来源于母岩分化产物，不同造岩矿物在风化条件下稳定性存在巨大差异。Nesbitt and Young指出[13]，长石是地壳含量最高的不稳定矿物，化学风化作用主要为长石风化与相应的粘土矿物形成。风化过程中长石K，Na，Ca离子溶解，导致风化产物中Al与碱金属比例增加，为此提出碎屑岩化学蚀变指数。
將所计算值投入A-CN-K三角图中可看出（图3）[13]，十红滩样品与长流水样品基本介于低级化学风化与中级化学风化之间，风化趋势极相似，表明吐哈盆地在中侏罗世东西两地化学风化条件及源岩矿物组成可能极相似，中侏罗世期间吐哈盆地东西部气候条件较相近，东西部物源区岩石组合具很高相似性。
3.2 沉积物源岩组成 有些氧化物如CaO、Na2O、K2O、MgO在沉积岩中为不稳定元素，Al2O3、TiO2等在沉积岩中相对稳定，这些相对稳定元素在确定细碎屑岩源区岩石成分方面具很好指示作用。将十红滩和长流水数据分布投入SiO2-Al2O3图解中（图4）[14]，可看出两者样品均在石英、斜长石、钾长石等矿物之间变化，说明两者地区砂岩主要由上述矿物变化引起。
K2O/Al2O3和Al2O3/TiO2比值在确定细碎屑岩源区岩石成分方面具很好的指示作用。当泥质岩中K2O/Al2O3值大于0.50时，说明沉积物母岩中含有一定的碱性长石;当值小于0.40时，反应沉积物母岩中所含碱性长石较少[15]。当沉积物中Al2O3/TiO2比值小于14.0时，沉积物母岩可能为铁镁质岩石;Al2O3/TiO2值为19～28时，沉积物母岩可能为中酸性岩石[16]。十红滩地区样品K2O/Al2O3值介于0.15～0.31，均值0.24，Al2O3/TiO2比值介于15.07～45.29，均值31.06。长流水样品K2O/Al2O3值介于0.14～0.33，均值0.27，Al2O3/TiO2比值介于17.89～48.14，均值34.83。据计算结果，十红滩地区与长流水地区源岩主要来自中酸性岩石。
Roser等据TiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O等含量提出区分物源成分判别图解[17]，并划分了4种物源类型，分别为铁镁质火成物源区、中性岩火成物源区、长英质火成物源区、石英岩沉积物源区。将研究区样品投点，发现十红滩与长流水地区样品均落入中性岩火成物源区（图5）[17]。
3.3 构造背景判别
碎屑岩物质组成决定了其地球化学特征，物质组成与大地构造环境有着密切联系[18]，可利用碎屑岩主量元素特征进行构造背景分析。常量元素K2O/Na2O值与SiO2含量关系是判断沉积岩形成构造环境的最有效指标之一[17]。通过对世界不同地区已知构造背景的古代砂岩、泥岩及现代砂泥岩沉积物主量元素特征分析，认为主量元素K2O/Na2O比值是反映构造环境的有效指标，并提出K2O/Na2O-SiO2和K2O/Na2O-SiO2/Al2O3构造背景判别图解（图6，7）[17]。将十红滩和长流水地区样品分别投入两图解中，样品基本上都落入被动大陆边缘中。
4 讨论
吐哈盆地是重要铀资源产地，吐哈盆地西南缘地区发现的十红滩铀矿床，储量达大型铀矿床。中侏罗统西山窑组为主要产铀层位。吐哈盆地东西部西山窑组发现有利于铀富集成矿的厚层砂体与构造。因此，对吐哈盆地东西部砂体、地下水动力特征及构造演化研究是下一步取得找矿突破的重中之重。本文研究发现，吐哈盆地东部与西部西山窑组砂岩物质来源及成岩时期构造背景具很大相似性，砂岩源岩为中酸性岩石，砂岩形成于稳定的构造背景环境中。据前人研究，吐哈盆地在侏罗纪期间物源主要来自南部觉罗塔格地区[19]，觉罗塔格地区广泛出露泥盆—石炭纪浅海相中性、中酸性和酸性岛弧型钙碱系列（CA型），夹少部分大洋拉斑玄武岩系列（TH型）火山岩组合，并呈带状穿插分布大量酸性花岗岩侵入体[20-21]。在物源成分方面东西部砂岩物质组成并无太大区别，砂岩成分方面对东西部铀成矿的影响也不大。中侏罗世时期吐哈盆地整体处于稳定的构造环境，对吐哈盆地整体砂体延伸提供很好条件。
通过前人对十红滩铀矿床研究，十红滩铀矿床铀成矿作用于白垩纪期间，经大范围贫矿化，受后期构造及地下水等运动叠加等影响，形成工业铀矿体[22]。白垩纪期间铀预富集对十红滩铀矿床的形成奠定了基础。因此，白垩纪期间整个吐哈盆地中侏罗统西山窑组是否发生大面积铀富集，有待进一步研究。如白垩纪期间铀广泛贫矿化，就为吐哈盆地大面积成矿奠定了基础，对下一步找矿工作提供了思路。
5 结论
（1）吐哈盆地东西部砂岩主量元素组成上具较高相似性，与PASS相比表现出高SiO2，其余组分较低特征。
（2）吐哈盆地东部与西部中侏罗统西山窑组碎屑岩源岩来自中酸性岩石，形成于稳定的构造背景环境。
（3）中侏罗统西山窑组为吐哈盆地最主要含铀矿目的层。通过对吐哈盆地东部及西部西山窑组砂岩主量元素特征对比，东西部中侏罗世时期东西部地球化学条件较相似，东西部碎屑岩源区风化程度、源岩成分及构造背景都较相似，吐哈盆地铀大面积成矿潜力较大。
参考文献
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Characteristics and Indicative Significance of Major Elements in Sandstone of Xishanyao Formation of Middle Jurassic
in Turpan-Hami Basin
Wang Teng，Jing Guoqiang，Liu Zhiguo，Yang Bingbin
（No.203 Institute of Nuclear Industry， Geological Exploration Institute. Xianyang， Shaanxi，712000，China） Abstract： In this paper， the metallogenic conditions of uranium in the whole Turpan Hami basin are analyzed based on the previous research data and analyzed the material composition characteristics and formed tectonic background of sandstones in the Xishanyao Formation in the East Central China and the tectonic background conditions. Through comparative analysis， it is found that the sandstones in eastern and Western Turpan-Hami Basin have high similarity in the composition of major elements. Compared with PASS， the sandstones in eastern and Western Turpan-Hami Basin have higher SiO2 content and lower other components. The weathering degree of sandstone source rocks in eastern and Western Turpan-Hami Basin is highly consistent. The source rocks are all from intermediate-acid rocks and formed on stable tectonic backs Scenery environment. Through comparison， it is found that the main element composition and tectonic background of sandstone in the East and west of Turpan Hami basin are highly consistent. Combined with the previous studies on the Shihongtan uranium deposit， large-scale uranium mineralization in Turpan Hami basin has great potential.
Key words： Turpan-Hami Basin;Xishanyao Formation;Major elements;Uranium mineralization
关键词：吐哈盆地;西山窑组;主量元素;铀成矿预测
中侏罗统西山窑组为吐哈盆地层间氧化带型砂岩铀矿主要目的层。勘查成果显示吐哈盆地东部与西部铀成矿规律具一定差异。层间氧化带型砂岩铀矿成矿受铀源、地层、构造、砂体及地下水动力等影响[1]。吐哈盆地西南缘发现十红滩大型砂岩型铀矿床，勘查工作发现东部总体勘查成果较差，需进一步研究。吐哈盆地东部西山窑组中发育厚大砂体及发育较好的层间氧化带[2-3]。研究表明，碎屑岩地球化学分析可揭示沉积物中更细微的地质信息，如构造背景和物源属性等[4-5]。碎屑岩组分除受气候、地形、搬运距离和成岩作用影响外，还受物源区母岩性质和构造背景影响[6-8]。沉积物在风化、搬运和沉积过程中，不同元素可发生有规律变化。本文拟通过主量元素地球化学方法，对比吐哈盆地中侏罗统碎屑沉积物在东西部的差异，分析吐哈盆地铀成矿条件差异性。
1 区域地质概况
吐哈盆地位于新疆中东部，夹持于塔里木板块、西伯利亚板块及哈萨克斯坦板块间（图1-a）[9-10]，东西长约660 km，南北宽60～130 km，盆地群山环绕，北邻北天山，南邻觉罗塔格山，地势总体北高南低、东高西低，形成向中南部倾斜的地貌景观。据区域重磁特征及露头将吐哈盆地划分为吐鲁番坳陷、哈密坳陷、了墩隆起和南部隆起4个Ⅰ级构造单元，4个Ⅰ级构造单元又分为16个Ⅱ级构造单元（图1-b）[11]。本文研究选取的样品分别来自西部十红滩地区及东部长流水地区，十红滩位于吐鲁番市西南艾丁湖斜坡带，长流水位于哈密市东南骆驼圈子浅凹陷中。
吐哈盆地侏罗系沉积遍及全盆地，与下伏三叠系呈整合-假整合接触。自下而上可分为：下统八道湾组、三工河组;中统西山窑组、三间房组、七克台组;上统齐古组、喀拉扎组。
十红滩地区西山窑组为一套河流-湖沼相沉积（图2）。岩性主要为灰褐黄色砂岩、含砾粗砂岩、砂质砾岩、砾岩组成，含丰富植物化石，夹厚大泥岩与煤层。研究区南部见有西山窑组出露，以明显的冲刷接触关系覆盖于三工河组之上，岩性主要为含砾砂岩，底部氧化强烈，形成赤铁矿薄层。
长流水地区西山窑组未在地表出露，钻孔揭露显示，以辫状河、辫状河三角洲相沉积为主，与下伏地层呈不整合接触，平均厚667 m，以辫状河流相、三角洲相沉积的灰、浅灰色泥岩、泥质粉砂岩、煤层，黄、灰色砂岩、砂砾岩为主，沉积旋回底部常见砾岩。
2 样品采集及分析
十红滩地区样品分别采集于ZK1-20、ZK11-53、ZK11-54、ZK39-64、ZK35-41、ZK3-5及ZK4-32号钻孔（图1-c），长流水地区样品分别采集于ZK260-85、ZK260-69、ZK33-7、ZK0-37、ZK601-101及ZK181-56号钻孔（图1-d）。样品处理和分析在核工业二〇三研究所分析测试中心完成。所选样品均为新鲜样品，用粉碎机将野外采集样品碎成小块，挑选新鲜颗粒用蒸馏水清洗去污，磨碎至200目以上后进行主量元素分析。常量元素采用荷兰帕纳科公司制造的AxiosX-射线光谱仪测定，RD<2%。测试样品常量元素分析结果见表1[12]。
3 地球化学特征
十红滩地区样品（括号内为平均值）SiO2=62.99%～79.27%（70.98%）、Al2O3=6.60%～16.39%（11.16%）、Fe2O3=0.40%～5.93%（1.73%）、MgO=0.63%～2.52%（0.96%）、CaO=0.26%～31.15%（2.63%）、Na2O=0.24%～1.08%（0.79%）、K2O=0.98%～3.21%（2.70%），与PAAS标样比较，SiO2、CaO值相对较高，其余值都相对较低。长流水地区样品SiO2=63.71%～82.32%（75.91%）、Al2O3=9.87%～16.46%（11.66%）、Fe2O3=0.70%～3.18%（1.58%）、MgO=0.10%～1.31%（0.54%）、CaO=0.15%～3.20%（0.67%）、Na2O=0.05%～2.17%（1.03%）、K2O=2.49%～3.92%（3.07%），与PAAS标样相比，SiO2值相对较高，其余值相对较低。十红滩地区与长流水地区样品测试结果具很高相似性，反映源岩为酸性岩类。
3.1 化学蚀变指数
沉积岩物源主要来源于母岩分化产物，不同造岩矿物在风化条件下稳定性存在巨大差异。Nesbitt and Young指出[13]，长石是地壳含量最高的不稳定矿物，化学风化作用主要为长石风化与相应的粘土矿物形成。风化过程中长石K，Na，Ca离子溶解，导致风化产物中Al与碱金属比例增加，为此提出碎屑岩化学蚀变指数。
將所计算值投入A-CN-K三角图中可看出（图3）[13]，十红滩样品与长流水样品基本介于低级化学风化与中级化学风化之间，风化趋势极相似，表明吐哈盆地在中侏罗世东西两地化学风化条件及源岩矿物组成可能极相似，中侏罗世期间吐哈盆地东西部气候条件较相近，东西部物源区岩石组合具很高相似性。
3.2 沉积物源岩组成 有些氧化物如CaO、Na2O、K2O、MgO在沉积岩中为不稳定元素，Al2O3、TiO2等在沉积岩中相对稳定，这些相对稳定元素在确定细碎屑岩源区岩石成分方面具很好指示作用。将十红滩和长流水数据分布投入SiO2-Al2O3图解中（图4）[14]，可看出两者样品均在石英、斜长石、钾长石等矿物之间变化，说明两者地区砂岩主要由上述矿物变化引起。
K2O/Al2O3和Al2O3/TiO2比值在确定细碎屑岩源区岩石成分方面具很好的指示作用。当泥质岩中K2O/Al2O3值大于0.50时，说明沉积物母岩中含有一定的碱性长石;当值小于0.40时，反应沉积物母岩中所含碱性长石较少[15]。当沉积物中Al2O3/TiO2比值小于14.0时，沉积物母岩可能为铁镁质岩石;Al2O3/TiO2值为19～28时，沉积物母岩可能为中酸性岩石[16]。十红滩地区样品K2O/Al2O3值介于0.15～0.31，均值0.24，Al2O3/TiO2比值介于15.07～45.29，均值31.06。长流水样品K2O/Al2O3值介于0.14～0.33，均值0.27，Al2O3/TiO2比值介于17.89～48.14，均值34.83。据计算结果，十红滩地区与长流水地区源岩主要来自中酸性岩石。
Roser等据TiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O等含量提出区分物源成分判别图解[17]，并划分了4种物源类型，分别为铁镁质火成物源区、中性岩火成物源区、长英质火成物源区、石英岩沉积物源区。将研究区样品投点，发现十红滩与长流水地区样品均落入中性岩火成物源区（图5）[17]。
3.3 构造背景判别
碎屑岩物质组成决定了其地球化学特征，物质组成与大地构造环境有着密切联系[18]，可利用碎屑岩主量元素特征进行构造背景分析。常量元素K2O/Na2O值与SiO2含量关系是判断沉积岩形成构造环境的最有效指标之一[17]。通过对世界不同地区已知构造背景的古代砂岩、泥岩及现代砂泥岩沉积物主量元素特征分析，认为主量元素K2O/Na2O比值是反映构造环境的有效指标，并提出K2O/Na2O-SiO2和K2O/Na2O-SiO2/Al2O3构造背景判别图解（图6，7）[17]。将十红滩和长流水地区样品分别投入两图解中，样品基本上都落入被动大陆边缘中。
4 讨论
吐哈盆地是重要铀资源产地，吐哈盆地西南缘地区发现的十红滩铀矿床，储量达大型铀矿床。中侏罗统西山窑组为主要产铀层位。吐哈盆地东西部西山窑组发现有利于铀富集成矿的厚层砂体与构造。因此，对吐哈盆地东西部砂体、地下水动力特征及构造演化研究是下一步取得找矿突破的重中之重。本文研究发现，吐哈盆地东部与西部西山窑组砂岩物质来源及成岩时期构造背景具很大相似性，砂岩源岩为中酸性岩石，砂岩形成于稳定的构造背景环境中。据前人研究，吐哈盆地在侏罗纪期间物源主要来自南部觉罗塔格地区[19]，觉罗塔格地区广泛出露泥盆—石炭纪浅海相中性、中酸性和酸性岛弧型钙碱系列（CA型），夹少部分大洋拉斑玄武岩系列（TH型）火山岩组合，并呈带状穿插分布大量酸性花岗岩侵入体[20-21]。在物源成分方面东西部砂岩物质组成并无太大区别，砂岩成分方面对东西部铀成矿的影响也不大。中侏罗世时期吐哈盆地整体处于稳定的构造环境，对吐哈盆地整体砂体延伸提供很好条件。
通过前人对十红滩铀矿床研究，十红滩铀矿床铀成矿作用于白垩纪期间，经大范围贫矿化，受后期构造及地下水等运动叠加等影响，形成工业铀矿体[22]。白垩纪期间铀预富集对十红滩铀矿床的形成奠定了基础。因此，白垩纪期间整个吐哈盆地中侏罗统西山窑组是否发生大面积铀富集，有待进一步研究。如白垩纪期间铀广泛贫矿化，就为吐哈盆地大面积成矿奠定了基础，对下一步找矿工作提供了思路。
5 结论
（1）吐哈盆地东西部砂岩主量元素组成上具较高相似性，与PASS相比表现出高SiO2，其余组分较低特征。
（2）吐哈盆地东部与西部中侏罗统西山窑组碎屑岩源岩来自中酸性岩石，形成于稳定的构造背景环境。
（3）中侏罗统西山窑组为吐哈盆地最主要含铀矿目的层。通过对吐哈盆地东部及西部西山窑组砂岩主量元素特征对比，东西部中侏罗世时期东西部地球化学条件较相似，东西部碎屑岩源区风化程度、源岩成分及构造背景都较相似，吐哈盆地铀大面积成矿潜力较大。
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Characteristics and Indicative Significance of Major Elements in Sandstone of Xishanyao Formation of Middle Jurassic
in Turpan-Hami Basin
Wang Teng，Jing Guoqiang，Liu Zhiguo，Yang Bingbin
（No.203 Institute of Nuclear Industry， Geological Exploration Institute. Xianyang， Shaanxi，712000，China） Abstract： In this paper， the metallogenic conditions of uranium in the whole Turpan Hami basin are analyzed based on the previous research data and analyzed the material composition characteristics and formed tectonic background of sandstones in the Xishanyao Formation in the East Central China and the tectonic background conditions. Through comparative analysis， it is found that the sandstones in eastern and Western Turpan-Hami Basin have high similarity in the composition of major elements. Compared with PASS， the sandstones in eastern and Western Turpan-Hami Basin have higher SiO2 content and lower other components. The weathering degree of sandstone source rocks in eastern and Western Turpan-Hami Basin is highly consistent. The source rocks are all from intermediate-acid rocks and formed on stable tectonic backs Scenery environment. Through comparison， it is found that the main element composition and tectonic background of sandstone in the East and west of Turpan Hami basin are highly consistent. Combined with the previous studies on the Shihongtan uranium deposit， large-scale uranium mineralization in Turpan Hami basin has great potential.
Key words： Turpan-Hami Basin;Xishanyao Formation;Major elements;Uranium mineralization