利用油氣勘探資料勘查鈾礦的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):以松遼盆地北部鈾礦勘探為例

胡霞，呂建才，胡英，鐘延秋，谷社峰

大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

隨著含油氣盆地儲(chǔ)層砂巖型鈾礦勘探的進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越多的資料表明油氣的生成和運(yùn)移在砂巖儲(chǔ)層型鈾礦的形成中起著非常重要的作用，高品質(zhì)的地浸砂巖型鈾礦礦層多與含油氣儲(chǔ)層相伴生，因而研究鈾礦成礦規(guī)律與含油氣儲(chǔ)層成藏之間的關(guān)系逐漸成為砂巖型鈾礦找礦的重點(diǎn)任務(wù)。松遼盆地北部以油氣資源為主，金屬礦產(chǎn)勘探程度較低。近年來(lái)，通過(guò)復(fù)查油氣井資料，揭示盆地內(nèi)局部地區(qū)存在放射性異常，根據(jù)實(shí)際情況，探索出了一條“油-鈾結(jié)合”的鈾礦勘探思路，總結(jié)了“五圖疊合”的鈾礦靶區(qū)優(yōu)選方法，取得良好的找礦效果。利用油氣資料找礦，不僅節(jié)省了鈾礦找礦大量的前期投資，同時(shí)也縮短了鈾礦勘查周期，探索出一種具有油田特色的高效的鈾礦找礦方法[1]。

1 伽瑪異常區(qū)圈定

大慶油田油氣勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)有50多年的歷史。區(qū)內(nèi)綜合地質(zhì)、二維三維地震、綜合測(cè)井、油氣錄井等多方面資料的綜合研究，為在松遼盆地北部開(kāi)展鈾資源勘探奠定了良好的資料性基礎(chǔ)。現(xiàn)有資料分析表明，含鈾層段在測(cè)井曲線上有明顯的響應(yīng)，一般表現(xiàn)出顯著的高伽瑪、中高電阻、自然電位負(fù)異常(不同地區(qū)可能正負(fù)有變化)、低視密度等特征；但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，松遼盆地北部已知的油氣目的層和鈾礦目的層在埋深上差別較大，鈾礦埋深一般<600 m，鈾礦與油氣目的層一淺一深。

兩個(gè)勘探領(lǐng)域在基本地質(zhì)特征、測(cè)井曲線響應(yīng)特征及部署勘探線精度要求等方面存在顯著差異，因而油田鉆孔的測(cè)井曲線資料在砂巖型鈾礦找礦的應(yīng)用就存在很多難點(diǎn)。筆者基于油氣測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)資料特點(diǎn)，自主研發(fā)了“鈾礦測(cè)井資料處理解釋系統(tǒng)”，借助巖芯實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)井原始數(shù)據(jù)進(jìn)行系列校正及標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了測(cè)井曲線的計(jì)算處理、巖性識(shí)別、孔隙度預(yù)測(cè)、γ測(cè)井解釋、物探參數(shù)計(jì)算、成果輸出等處理[2]，上萬(wàn)口井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，自動(dòng)形成詳細(xì)完善的自然伽瑪異常統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可以快速鎖定伽瑪異常區(qū)。依據(jù)油氣鉆井放射性異常篩查結(jié)果，在松遼盆地北部劃分出3個(gè)重點(diǎn)伽瑪異常區(qū)，分別是西部斜坡區(qū)、大慶長(zhǎng)垣及周邊地區(qū)和朝長(zhǎng)地區(qū)(圖1)。

2 含礦層位與含礦組合

三個(gè)重點(diǎn)伽瑪異常區(qū)地層厚度變化明顯，尤其是縱向地層厚度變化大，橫向砂體分布不確定，使得僅利用綜合測(cè)井資料、油氣錄井資料對(duì)目標(biāo)區(qū)的地層進(jìn)行劃分對(duì)比存在著一定的局限性。針對(duì)上述變化特點(diǎn)，本文在充分利用巖芯、測(cè)井及錄井等地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的航放資料，通過(guò)二、三維地震資料的應(yīng)用，以能有效反映地層橫向變化的合成地震記錄對(duì)大層界面進(jìn)行標(biāo)定追蹤，使地質(zhì)層位和地震追蹤界面達(dá)到了吻合互驗(yàn)，保證了目標(biāo)區(qū)地層劃分對(duì)比時(shí)間和空間上的精確度和可靠性。

2.1 含礦組合標(biāo)定

在研究中利用油田現(xiàn)有的豐富地震資料制作和標(biāo)定合成地震記錄，對(duì)重點(diǎn)伽瑪異常區(qū)主要的地層界面進(jìn)行追蹤標(biāo)定，對(duì)地質(zhì)地震標(biāo)定不吻合的地層重新調(diào)整并做精準(zhǔn)修改，使鉆孔標(biāo)定與地震解釋達(dá)到高度一致，準(zhǔn)確控制大套地層界線及發(fā)育趨勢(shì)[3]。在應(yīng)用中地震資料與基礎(chǔ)地質(zhì)的電性資料存在一定差異，分辨率并不完全相同，地震資料追蹤的地層反射界面是一個(gè)深度范圍，并不能像測(cè)井資料一樣標(biāo)定一個(gè)具體的深度位置。因此，在確定地層具體邊界位置時(shí)，需要對(duì)這一深度范圍內(nèi)的鉆孔測(cè)井電性資料和綜合錄井資料進(jìn)行詳細(xì)分析比對(duì)，從而大大提高了利用測(cè)井和錄井資料劃分地層的準(zhǔn)確性[4]。通過(guò)井震結(jié)合，縱向上確定了4套含礦組合，分別是泰康組砂巖、明水組砂巖、四方臺(tái)組和嫩江組上部砂巖、姚家組和青山口組砂巖(圖2)，上下分別有對(duì)應(yīng)的泥巖隔水層，對(duì)形成層間氧化型鈾礦非常有利。

2.2 含礦層位的標(biāo)定

地質(zhì)錄井資料能客觀地反映地層的巖性情況，即標(biāo)定巖層及礦層的深度、厚度等參數(shù)[5]，因此是最直觀、最可靠的反映地下地質(zhì)特征的第一手資料。前已述及，松遼盆地存在4套找礦層位，結(jié)合自主研發(fā)放射性鈾礦老井資料篩查自動(dòng)處理技術(shù)及軟件，對(duì)探井、開(kāi)發(fā)井資料全面進(jìn)行放射性篩查，對(duì)異常自動(dòng)分段，通過(guò)“油-鈾兼探高效運(yùn)行” 的創(chuàng)新技術(shù)，綜合鈾異常井、異常段埋藏深度、砂巖顏色及厚度、砂-泥巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造條件 、鈾源、油氣配置等成礦條件的時(shí)空配置關(guān)系，縱向上明確了松遼盆地北部四方臺(tái)組、嫩江組上部砂巖是層間氧化帶砂巖型鈾礦床重點(diǎn)找礦層位[6]。

圖1 松遼盆地北部伽瑪異常井分布圖Fig.1 Distribution map of GR abnormal wells in northern Songliao Basin

圖2 松遼盆地北部泥-砂-泥組合劃分圖Fig.2 Division of mud-sand-mud combination of northern Songliao Basin

3 有利構(gòu)造部位、含礦砂體及其空間展布規(guī)律

西部斜坡區(qū)位于盆地西部，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致該地區(qū)的升降，控制地層的分布。四方臺(tái)組和明水組主要巖性為礫巖、砂巖、粉砂巖及粉砂巖夾泥巖互層，是層間氧化帶型和古河道型砂巖鈾礦成礦的有利場(chǎng)所。據(jù)石油鉆井自然伽瑪測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)，有多口井于明水組、四方臺(tái)組見(jiàn)到鈾異常。垂直盆緣的古河道與南北向主河道交叉處是有利成礦部位，礦化帶近南北走向，為西斜坡尋找古河道型鈾礦指明了勘探方向。從松遼盆地北部的內(nèi)部構(gòu)造條件分析，地殼抬升掀斜形成的緩斜坡和反轉(zhuǎn)構(gòu)造形成的3個(gè)構(gòu)造“天窗”，分別是西斜坡、大慶長(zhǎng)垣及長(zhǎng)春嶺背斜帶[6](圖3)。構(gòu)造天窗具備較好的鈾源入口，同時(shí)構(gòu)造緩斜坡、背斜或向斜的翼部是砂巖型鈾礦成礦的有利部位。松遼盆地北部歷經(jīng)中生代和新生代的燕山期和喜瑪拉雅期兩次大型構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與砂巖型鈾礦成礦密切相關(guān)，嫩末和明末兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成有利于鈾遷移、富集的單傾斜坡及構(gòu)造天窗，對(duì)成礦至關(guān)重要。嫩末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以垂向差異隆升的造陸運(yùn)動(dòng)為主。明末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)大部分地區(qū)發(fā)生擠壓反轉(zhuǎn)。沉積間斷時(shí)間長(zhǎng)，鈾源區(qū)長(zhǎng)期風(fēng)化，地層長(zhǎng)期暴露，有利于含鈾含氧水長(zhǎng)期滲入。

圖3 松遼盆地北部測(cè)線地震剖面圖Fig.3 Seismic profiles of measuring line of northern Songliao Basin

利用井-震聯(lián)合解釋可確定有利成礦沉積相帶，預(yù)測(cè)含礦砂體，并利用三維地震解釋反演河道砂體展布。根據(jù)地質(zhì)編錄，結(jié)合以往研究資料，初步認(rèn)為四方臺(tái)組主要發(fā)育曲流河、濱淺湖沉積，其中曲流河沉積包括河床滯留沉積微相、邊灘微相、天然堤微相、決口扇微相及泛濫平原微相等，濱淺湖沉積主要包括濱湖、淺湖、灘壩微相[7-8]。從沉積特征上看，富鈾砂巖層大多是由物源區(qū)向盆地內(nèi)注入的河流、河湖三角洲等陸相沉積條件下的產(chǎn)物。在松遼盆地北部各地層廣泛發(fā)育的三角洲相中良好的砂巖、砂巖泥巖互層結(jié)構(gòu)及砂巖透鏡體，即是油氣勘探的有利儲(chǔ)層目標(biāo)，同時(shí)此處地下水的匯集，有利于鈾礦沉淀富集，因此三角洲沉積的巖性特征及其相應(yīng)組合部位即是油氣勘探領(lǐng)域的重點(diǎn)目標(biāo)，也是有利于砂巖型鈾礦找礦的有利部位。而在三角洲沉積的3個(gè)亞相即三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲中，對(duì)鈾礦成礦最有利的是河道砂體富集的三角洲平原亞相。

4 砂巖型鈾礦礦化類(lèi)型及空間分布

松遼盆地北部嫩江組及青山口組發(fā)育的湖相泥巖分布穩(wěn)定，厚底較大，幾乎超覆全盆地，該兩套泥巖構(gòu)成全盆地區(qū)域性穩(wěn)定隔水層，將整個(gè)松遼盆地北部分隔為上中下三套含水巖系，形成彼此獨(dú)立、性質(zhì)不同的三大水動(dòng)力系統(tǒng)(圖4)。據(jù)研究，上部系統(tǒng)地下水主要以滲入承壓性質(zhì)為主，水的運(yùn)動(dòng)在平面上表現(xiàn)為向盆地中心低部位匯聚，在剖面上表現(xiàn)為由上部向下降；下部系統(tǒng)地下水主要以滲出承壓性質(zhì)為主，水的運(yùn)動(dòng)在平面上表現(xiàn)為由盆地中心向四周擴(kuò)散，在剖面上表現(xiàn)為下部向上升，二者完全相反，而中部系統(tǒng)介于兩者之間，在地下水的補(bǔ)-徑-排系統(tǒng)過(guò)程中，其水的化學(xué)作用由氧化向還原過(guò)渡[9]。伴隨不同性質(zhì)地下水系統(tǒng)，形成3種鈾礦化類(lèi)型:滲入水層間氧化帶型鈾礦化(Ⅰ型)、滲出水改造型鈾礦化(Ⅱ型)和混合型鈾礦化(Ⅲ型)[10]。 3種類(lèi)型鈾礦化成礦作用主要受兩套水動(dòng)力系統(tǒng)控制,Ⅰ型和Ⅲ型受氧化還原、離子交換和沉淀富集控制；Ⅱ型受構(gòu)造活動(dòng)、富鈾溶液減壓降溫和沉淀富集控制。3種類(lèi)型的鈾礦化空間分布同時(shí)也受到構(gòu)造類(lèi)型的控制：Ⅰ型鈾礦化類(lèi)型主要分布于盆地的邊緣區(qū)帶—西部斜坡區(qū)、北部?jī)A沒(méi)區(qū)、東南隆起區(qū)和西南隆起區(qū)；Ⅱ型鈾礦化主要分布在盆地的中間次級(jí)隆起帶和斜坡區(qū)的背斜軸部；Ⅲ型礦化分布于隆坳過(guò)渡帶或有斷裂構(gòu)造貫通上、下含水層的部位，是盆地中部地區(qū)的主要找礦類(lèi)型[10]。

1.滲入水流動(dòng)方向；2.滲出水流動(dòng)方向；3.3種礦化類(lèi)型編號(hào)；①第三系、第四系；② 嫩江組3、4、5段， 四方臺(tái)組、明水組；③嫩江組1、2 段區(qū)域隔水層；④姚家組、青山口組2、3 段；⑤青山口組1 段；⑥泉頭組、登婁庫(kù)組；⑦基底.圖4 松遼盆地砂巖型鈾礦化類(lèi)型及空間分布模型[10]Fig.4 Uranium mine types and spatial distribution models sandstone type in northern Songliao Basin

隨著松遼盆地中部古龍及三肇凹陷沉積發(fā)展，夾持于青山口一段和嫩江組一二段隔水層之間的中部承壓水系統(tǒng)，以古龍及三肇凹陷為沉積中心呈放射狀向四周的階地斜坡和隆起(背斜帶)側(cè)向運(yùn)移[11]，在松遼盆地中央坳陷區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)垣背斜帶、長(zhǎng)春嶺背斜帶、任民望奎背斜帶等地匯聚[12]，沿背斜帶邊緣及周邊的區(qū)域繼承性斷裂上升與上部含水層系統(tǒng)貫通而排出。松遼盆地北部這種多沉降中心的地下水滲出體系，對(duì)油氣及鈾的運(yùn)移富集起到了重要的控藏作用，實(shí)鉆也證明鈾礦化鉆孔多分布在滲出體系分區(qū)界線斷裂帶附近。

5 大慶長(zhǎng)垣實(shí)現(xiàn)可地浸砂巖型鈾礦勘探突破

松遼盆地北部鈾源充足，發(fā)育斜坡、天窗有利構(gòu)造，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)地層發(fā)育，補(bǔ)-徑-排系統(tǒng)配置合理，斷裂溝通下部油氣等還原物質(zhì)有利于鈾的還原富集?；诨A(chǔ)地質(zhì)研究，結(jié)合鈾源、構(gòu)造、沉積、水動(dòng)力、古氣候、還原體等基本成礦條件的時(shí)空配置關(guān)系，查明成礦主控因素及富集規(guī)律，以油田異常井為中心，以構(gòu)造為背景，以沉積為主線，結(jié)合異常強(qiáng)度、厚度、埋深、巖性、連續(xù)性，進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，在大慶長(zhǎng)垣鉆遇了高品位、高滲透性、埋藏淺的優(yōu)質(zhì)工業(yè)礦層，含礦砂層分布連續(xù)，含礦巖性為淺灰色含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖，發(fā)育少量炭屑，分選中等，疏松-較疏松，頂?shù)装迥鄮r隔水層穩(wěn)定發(fā)育，便于地浸開(kāi)采。從礦層的埋深、巖性、品位、滲透性、開(kāi)采難易程度等指標(biāo)來(lái)看，大慶長(zhǎng)垣及周邊鈾礦層與國(guó)內(nèi)錢(qián)家店鈾礦、鄂爾多斯盆地鈾礦相比，達(dá)到優(yōu)質(zhì)礦層的標(biāo)準(zhǔn)，此次找礦突破，首次在大慶探區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了可地浸砂巖型鈾礦的重大發(fā)現(xiàn)。

6 建立松遼盆地北部砂巖型鈾礦的控礦因素及成礦模式

6.1 松遼盆地北部砂巖型鈾礦控礦因素

在找礦過(guò)程中對(duì)控礦因素進(jìn)行分析，初步總結(jié)出以下7個(gè)因素：①地層處于盆地構(gòu)造演化萎縮期，主要包括四方臺(tái)組和明水組；②存在后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用，構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用使一些基底斷裂再次復(fù)活，深部油氣及油田水沿?cái)嗔焉仙?，進(jìn)入含礦層，使氧化砂巖二次還原呈綠灰色，具有一定的保礦作用。構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成剝蝕天窗，長(zhǎng)期接受古地表含氧水的改造；③主要目的層四方臺(tái)組形成于盆地萎縮期湖進(jìn)體系域發(fā)育期，產(chǎn)于低水位體系域中，處于曲流河相廢棄河道和邊灘微相砂體中；④砂體規(guī)模適中，連通性及透水性好，砂體厚度5～25 m之間；⑤四方臺(tái)組至明水組地層屬于干旱-半干旱氣候向溫?zé)徂D(zhuǎn)化期，存在多期氣候變化，有機(jī)質(zhì)發(fā)育；⑥油氣、油田水的后生還原作用，深部油氣、油田水進(jìn)入容礦層，使氧化性質(zhì)的紫紅色、紅褐色砂巖被還原成灰綠色，并從深部帶入大量的烴類(lèi)、H2S等還原物質(zhì)；⑦發(fā)育區(qū)域性古層間氧化帶，含氧水在灰綠色地層中流動(dòng)，促使鈾的遷移、富集，并在氧化帶前鋒線及其附近沉淀，形成砂巖型鈾礦床。

6.2 松遼盆地北部地浸砂巖型鈾成礦模式

根據(jù)礦體分布規(guī)律，結(jié)合控礦因素初步建立了松遼盆地北部地浸砂巖型鈾礦成礦模式，認(rèn)為該模式屬于層間氧化帶型大類(lèi)，古層間氧化帶型中的地層超覆埋藏亞型，該模式包括3個(gè)體系(圖5)：A-主成礦體系相當(dāng)于典型層間氧化帶砂巖型鈾成礦模式。B-隆起剝蝕體系與下部不整合面的侵蝕間斷期>10 Ma，一般相當(dāng)于缺失兩個(gè)地層組以上的間隔，同時(shí)要求超覆體系現(xiàn)代保留厚度≤200 m，否則礦體埋深過(guò)大，在當(dāng)前的開(kāi)采技術(shù)條件下礦體的利用價(jià)值降低。B-隆起剝蝕體系在松遼盆地北部局部地區(qū)再次隆起并遭受剝蝕，原有古層間氧化帶成礦體系(環(huán)境)可能遭受破壞或改造，即灰綠色砂體被二次氧化改造成黃色砂體。C-地層超覆埋藏體系在各具體礦床不一定出現(xiàn)，如果這一體系不出現(xiàn)，礦床成為全盲礦體，增加找礦難度。

A.主成礦體系；B.隆起剝蝕體系；C.地層超覆埋藏體系.圖5 松遼盆地北部地浸砂巖型鈾礦成礦模式圖Fig.5 Metallogenic model of insitu leachable sandstone-type uranium mineralization in northern Songliao Basin

7 結(jié)論

(1)利用油田放射性測(cè)井、地質(zhì)和地震資料開(kāi)展砂巖性鈾礦成礦條件綜合研究，是形之有效的勘探方法。

(2)通過(guò)“油-鈾兼探高效運(yùn)行” 的創(chuàng)新技術(shù)，明確了四方臺(tái)組和嫩江組上部砂巖是層間氧化帶砂巖型鈾礦床重點(diǎn)找礦層位。

(3)根據(jù)礦體分布規(guī)律，結(jié)合控礦因素，明確松遼盆地北部砂巖型鈾礦成礦模式屬于層間氧化帶型大類(lèi)。