淺層地震勘探在二連盆地紅格爾地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用

喬 勇，吳 勇，王澤霞，沈靖幫

(核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002)

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淺層地震勘探在二連盆地紅格爾地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用

喬 勇，吳 勇，王澤霞，沈靖幫

(核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002)

以二連盆地紅格爾地區(qū)砂巖型鈾礦的勘測為例，介紹淺層地震勘探方法的數(shù)據(jù)采集、資料處理及解釋。通過實際應(yīng)用，了解了找礦目的層——下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組的分布情況，為鉆探工程布置提供了依據(jù)，進一步證實了該方法在砂巖型鈾礦勘查中的可行性和有效性。

淺層地震勘探；砂體；砂巖型鈾礦

1 地震地質(zhì)條件

勘查區(qū)位于紅格爾北部早白堊世北東向展布的拗陷盆地中，大地構(gòu)造位置隸屬于內(nèi)蒙古弧形構(gòu)造帶東翼東烏旗-二連復(fù)背斜的西端[1-2]。

基底：由古生界泥盆系、石炭系、二疊系組成，也廣泛發(fā)育上侏羅統(tǒng)陸相火山巖系。

蓋層：主要有下白堊統(tǒng)、古近系、新近系和第四系。

下白堊統(tǒng)(K1)分為2個組：

(1)阿爾善組(K1a)：位于下部，為山麓相快速堆積的碎屑巖建造，其巖性以紅色砂巖、礫巖、粉砂巖為主，局部夾有基性火山巖。阿爾善組顯示出近源沉積特征，沉積厚度大，水體淺，廣泛發(fā)育沖積扇和扇三角洲體系，反映了盆地發(fā)育初期快速填平補齊的特點。

(2)騰格爾組(K1t)：位于中部，為河湖相建造，分上、下兩個巖段。上巖段(K1t2)主要為黃褐色、灰褐色砂礫巖、礫巖與薄層泥巖呈不等厚互層；下巖段(K1t1)主要為含礫粗砂巖、砂巖與泥巖呈不等厚互層，是相對有利的含礦層位。

古近系(E2y)零星分布于勘查區(qū)外西南部一帶，主要由紅色泥巖、土黃色砂礫巖組成。

新近系(N2)主要分布于勘查區(qū)中部，呈北北東向展布，巖性主要為磚紅色泥巖夾含礫粗砂巖，屬陸相碎屑巖建造。

第四系(Q)廣泛分布于平緩低地和洼地之中，主要為沖洪積砂、砂礫、礫石層及風(fēng)積砂、黃土等。

構(gòu)造：褶皺構(gòu)造以北東向為主，主要由侏羅紀以前的地層組成；斷裂構(gòu)造以北東向斷裂為主，有時表現(xiàn)為拗陷盆地的邊界。

據(jù)紅格爾-達來地區(qū)淺層地震勘探資料可知：新生代地層層速度在1500～1800 m/s之間，下白堊統(tǒng)上巖段層速度在1700～2100 m/s之間，下白堊統(tǒng)下巖段層速度在2000～2800 m/s之間，侏羅系及古生界層速度在2700 m/s以上[3]。可見，新生界與下伏地層之間、下白堊統(tǒng)巴彥花群各組之間、下白堊統(tǒng)與侏羅系及古生界之間存在3個明顯的波阻抗差異界面，為淺層地震勘探提供了應(yīng)用前提。

2 測線布置

結(jié)合野外實際情況，布置8條測線，線距為4 km，方向130°，基本與主要構(gòu)造線垂直或斜交，見圖1。

3 地震野外數(shù)據(jù)的采集

野外測量使用美國Geometrics公司生產(chǎn)的NZ-48地震儀。為了合理地選擇淺層地震勘探的觀測系統(tǒng)和確定采集參數(shù)，在正式開展野外生產(chǎn)前，分別進行了觀測方式、干擾波、井深和藥量等試驗，為獲取較高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)提供了重要依據(jù)。

(1)根據(jù)找礦目的層砂體的分布特征及噪聲試驗結(jié)果，確定采用6次覆蓋、單邊放炮、48道接收、向前滾動追蹤的反射波法觀測系統(tǒng)(圖2)。

圖1 紅格爾地區(qū)地質(zhì)及剖面布置圖Fig.1 Geological map and the section in Honggeer area1—第四系湖積淤泥；2—第四系砂礫石層；3—新近系上新統(tǒng)磚紅色泥巖夾含礫粗砂巖；4—古近系始新統(tǒng)紅色泥巖、土黃色砂礫巖；5—下白堊統(tǒng)巴彥花組褐黃色含礫砂巖；6—上侏羅統(tǒng)布拉根哈達組灰白色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；7—上侏羅統(tǒng)道特諾爾組灰紫色玄武巖；8—上侏羅統(tǒng)查干敖包組灰紫色粗面巖夾灰紫色安山巖；9—上石炭統(tǒng)洪敖包組灰色變質(zhì)長石石英砂巖；10—下泥盆統(tǒng)灰黃色變質(zhì)長石石英砂巖；11—燕山早期肉紅色中細粒黑云母鉀長花崗巖；12—燕山早期褐黃色細粒黑云母花崗巖；13—華力西晚期褐黃色中粒鉀長花崗巖；14—花崗斑巖脈；15—閃長巖脈；16—石英脈；17—地層界線；18—不整合界線；19—正斷層；20—平推斷層；21—剖面線及其編號；22—鉆孔及其編號；23—地名標志；24—國界界線。

(2)采用了展開排列法以了解工作區(qū)波場特征。具體參數(shù)為偏移距10 m和490 m、道間距10 m、3只40 Hz組合檢波器、采樣率0.25 ms。圖3為干擾波調(diào)查的原始記錄組合圖。由圖3可以看出，主要的干擾波為面波、淺層折射波，在偏移距160 m附近有清晰的反射波出現(xiàn)，與主要的干擾波分開，且隨其增加，反射波清晰、連續(xù)。

(3)為確定最佳激發(fā)藥量，做了0.5、1、1.5、2和4 kg藥量試驗。結(jié)果顯示，1 kg藥量激發(fā)接收的反射波清晰，信噪比較高。

(4)為確定最佳激發(fā)井深，做了1、2、4、6和8 m井深試驗。結(jié)果顯示隨著井深的增加，聲波和面波被很好地壓制，中深部有效信號明顯。

(5)為提高地震記錄的分辨率，本次采用固有頻率40 Hz的檢波器接收，采樣率0.25 ms、記錄長度1.5 s。

綜上所述，此次地震野外數(shù)據(jù)采集工作采用單邊放炮、6次覆蓋、48道接收、向前滾動追蹤的反射波法觀測系統(tǒng)，藥量為1 kg、井深為4 m；采集參數(shù)設(shè)置為道間距10 m、偏移距160 m、采樣率0.25 ms、記錄長度1.5 s。

圖2 單邊激發(fā)6次覆蓋連續(xù)觀測系統(tǒng)Fig.2 Continuous observation system of unilateral excitation and 6 times cover1—反射點線；2—共反射點線；3—測量點；4—炮點及其編號。

4 地震數(shù)據(jù)處理

地震數(shù)據(jù)處理的目的是通過各種功能的地震處理模塊，達到壓制干擾增強有效反射信息，提高信噪比和分辨率，獲得能夠直接反映地下地質(zhì)信息、直接進行地質(zhì)解釋的水平疊加偏移時間剖面[2，4-5]，所用的處理流程見圖4。

圖4 地震數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.4 Processing flow chart of seismic data

5 應(yīng)用實例

通過勘查區(qū)地震波場特征與地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系分析，得出了劃分目的層及砂體的一些規(guī)律性認識。

5.1 地震層序劃分及層位確定

用5個鉆孔資料與地震時間剖面上的反射波進行了追蹤對比，在所研究的深度內(nèi)確定了標準反射層2個(T1、Tg)、層序界面1個(T3)、亞層序界面1個(T2)，與地層的對應(yīng)關(guān)系見表1[2]。

5.2 巖性、巖相和構(gòu)造地質(zhì)解釋

本區(qū)布置剖面8條，以D06線資料為例，對解釋成果進行綜合分析。

圖5是D06線水平疊加偏移時間剖面及地質(zhì)解釋剖面圖，清晰地反映出4個地震層序界面與地層的對應(yīng)關(guān)系[2-3,6-8]，圖6是該測線深度解釋圖。

(1)T1反射層面以上古-新近系和第四系(Q+N+E)

在地震時間剖面圖(圖5)中，上部為空白反射或無反射，這種現(xiàn)象是由于古近系、新近系、第四系厚度較薄，巖性較單一，內(nèi)部無引起地震反射的界面造成。

(2)T1—T2層間下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上巖段(K1t2)

該區(qū)間反射波表現(xiàn)為低頻、弱振幅、連續(xù)性差，外形呈中間厚、兩邊薄的扁平透鏡狀結(jié)構(gòu)，反射波同相軸沿底界面有底超、沿頂界面有頂超現(xiàn)象，推測為早白堊世晚期河湖相沉積(或中生代河道充填)，巖性以砂礫巖為主，含泥較少。

(3)T2—T3層間下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組下巖段(K1t1)

此區(qū)間反射波以中-低頻、變振幅或弱振幅、連續(xù)性好為特征，外形呈凹陷形，推測為近物源、粗粒度的河道充填沉積，巖性為含礫粗砂巖、砂巖及泥巖。

(4)T3—Tg層間下白堊統(tǒng)巴彥花群阿爾善組(K1a)

該區(qū)間兩邊為弱反射或無反射，中部為中-強振幅、連續(xù)性較好的反射波組，形態(tài)呈凹陷形，推測無反射區(qū)域為近物源區(qū)快速堆積的礫石層，中部為河湖相沉積的砂泥巖層。

(5)Tg反射層面之下基底

該層面為超層序界面，是一個區(qū)域性不整合面，據(jù)下伏地層的不同，可分為如下幾種情況：

表1 地震層序界面與地層對應(yīng)關(guān)系表

圖5 D06線時間剖面及地質(zhì)解釋剖面圖Fig.5 Time sequence and interface interpretation section along line D06 1—第四系、古-新近系；2—下白堊統(tǒng)騰格爾組上巖段；3—下白堊統(tǒng)騰格爾組下巖段；4—下白堊統(tǒng)阿爾善組；5—華力西晚期侵入巖；6—推測斷裂及其編號；7—地層層序界面及其編號。

圖6 D06線深度解釋圖Fig.6 Geological interpretation section along line D061—第四系、古-新近系；2—下白堊統(tǒng)騰格爾組上巖段；3—下白堊統(tǒng)騰格爾組下巖段；4—下白堊統(tǒng)阿爾善組；5—上侏羅統(tǒng)；6—華力西晚期侵入巖；7—煤線；8—推測斷裂。

① 下伏地層為中生界侏羅系時，地震反射波表現(xiàn)為中-高頻、變振幅、連續(xù)性一般(局部相對較好)的反射波組特征；

② 基底巖石為華力西晚期和燕山早期侵入巖時，地震反射波表現(xiàn)為極弱、雜亂反射或無反射。

(6)煤層的反射波特征

對比分析ZK5鉆孔資料與D06線地震深度剖面可知，深度在100 m左右的薄互層為反射復(fù)波，150 m深度處的厚煤層為振幅強、連續(xù)性好、相位清晰的單波反射，而淺部砂礫巖、礫巖薄互層因波阻抗差異較小為弱或無反射。

在D06線地震時間剖面上T1層下部出現(xiàn)一條連續(xù)的反射波同相軸，結(jié)合資料認為是煤層的反映。

(7) 時間剖面上800～1000 CMP段，反射波同相軸發(fā)生明顯錯斷，振幅強弱、相位發(fā)生改變，出現(xiàn)大量繞射波，推測發(fā)育F18斷裂，傾向南東東，是一條基底繼承性正斷層。

5.3 下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上巖段厚度 分布特征

圖7為勘查區(qū)下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上巖段等厚度圖[2]。由圖7可見：

(1)騰格爾組上巖段等厚線總體呈北北東-南南西向展布，表明K1t2受北北東向構(gòu)造體系控制；

(2)中央帶沉積厚度大，平均厚度約300 m，以200 m等厚線為界向中部逐漸增厚，250m等厚線沿北北東向分割為串珠狀展布的3個區(qū)域，在ZK1以南K1t2厚度在250～350 m范圍內(nèi)，ZK2與ZK3之間，K1t2厚度在250 m左右，ZK5以北K1t2厚度在200～450 m之間；

(3)東、西兩個區(qū)域，0～200 m等厚線沿北北東向呈緩波狀展布，且東區(qū)K1t2等厚線梯度明顯大于西區(qū)等厚線梯度。

從下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上巖段厚度分布可以看出，勘查區(qū)在早白堊世晚期，盆地凹陷趨于填平，水域縮小，可能形成一套以河流相、濱淺湖相沉積為主的騰格爾組上巖段。

5.4 下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組下巖段厚度分布特征

圖8為勘查區(qū)下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組下巖段等厚度圖[2]。由圖8可見：

(1)騰格爾組下巖段等厚線總體呈北北東向展布；

(2)中部地區(qū)以300 m厚度線為界向中心呈橢圓形展布，平均厚度約450 m，最厚處在鉆孔ZK2附近，超過600 m；

(3)東、西兩側(cè)K1t1厚度逐漸變薄，但東側(cè)厚度變化梯度遠大于西側(cè)，厚度在0～300 m之間；

(4)東北部在鉆孔ZK5附近，200 m以上等厚線出現(xiàn)分叉現(xiàn)象。

結(jié)合鉆孔資料，從下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組下巖段厚度分布可以看出，勘查區(qū)在早白堊世中期，中東側(cè)凹陷區(qū)為一個相對穩(wěn)定的中-深湖相沉積環(huán)境，物源供給充足，巖性為砂巖、砂礫巖和泥巖，呈不等厚互層；中西側(cè)K1t1沉積時期為一個相對較緩的斜坡，次級河道河水將上游碎屑物源源不斷地帶入湖區(qū)，并沿斜坡沉積，在縱深方向上形成具有一定規(guī)模的河流沖積扇體的中-底層。

圖7 下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上巖段等厚度圖Fig.7 Rock thickness of the upper member of lower Cretaceous Tengkoerh formation in Bayanhua group1—K1t2等厚度線；2—基巖出露區(qū)；3—鉆孔及其編號。

圖8 下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組下巖段等厚度圖Fig.8 Rock thickness of the under member of lower Cretaceous Tengkoerh formation in Bayanhua group1—K1t1等厚度線；2—基巖出露區(qū)；3—鉆孔及其編號。

由上述分析可知，基本上查明了勘查區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)特征，確定了找礦目的層——下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組上、下巖段的厚度及分布范圍，為勘查區(qū)鈾礦勘探提供了重要的參考資料。

6 結(jié)論

(1)應(yīng)用淺層地震勘探技術(shù)，通過對其成果資料的分析，能較好地了解各地層的埋深、厚度、起伏等分布情況，尤其是找礦目的層——下白堊統(tǒng)巴彥花群騰格爾組的空間展布特征，可為后續(xù)的勘查工作提供指導(dǎo)。

(2)淺層地震勘探技術(shù)對砂巖體具有較高的垂向分辨率，基本上能夠滿足砂巖型鈾礦勘查工作的需求。

[1]徐國蒼,吳同海.內(nèi)蒙古紅格爾—達來地區(qū)淺層地震勘探報告[R].石家莊：核工業(yè)航測遙感中心，2007.

[2] 徐國蒼，吳同海．內(nèi)蒙古蘇尼特左旗紅格爾北部地區(qū)淺層地震勘探報告[R].石家莊：核工業(yè)航測遙感中心，2008.

[3] 梁光河，蔡新平，張寶林，等．淺層地震勘探方法在金礦深部預(yù)測中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探，2001,37(6):29-32.

[4] 熊 翥 譚試典．?dāng)?shù)據(jù)處理與地質(zhì)解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[5] 孫家振，李蘭斌．地震地質(zhì)綜合解釋教程[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2002.

[6] 周緒文．反射波地震勘探方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，1989.

[7]姚長綱．地震地層學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1989.

[8] 薛志恒．淺層地震勘探在砂巖鈾礦勘查中的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報，2010,29(3):170-171.

The Application of Shallow Seismic Exploration to the Uranium Exploration in Honggeer Area of Erlian Basin

QIAO Yong, WU Yong, WANG Ze-xia, SHEN Jing-bang

(AirborneSurveyandRemoteSensingCenterofNuclearIndustry,Shijiazhuang,Hebei050002,China)

The field dada acquisition, data processing and geological interpretation of shallow seismic method in the exploration of sandstone type uranium deposit was introduced by the case study of Honggeer area in Erlian Basin.Through practical application, the distribution of the target Tengkoerh Formation of lower Cretaceous Bayanhua group was detected, which provided reliable guidance for drilling engineering arrangement and confirmed the validity of this method to the exploration of sandstone type uranium.

shallow seismic exploration；sand body；sandstone type uranium

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.02.006

2013-04-08 [改回日期]2015-01-24

喬 勇(1980—)，男，高級工程師，2004年畢業(yè)于長安大學(xué)地球物理學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事鈾礦地質(zhì)勘查工作。E-mail：qyhy703@126.com

1000-0658(2015)02-0103-07

P631.4；P619.14

A