二維地震勘探在大慶長(zhǎng)垣南端砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

梁建剛，楊為民，孫大鵬，匡海陽(yáng)

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 鈾等能源地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300170； 3.山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044000)

0 引言

砂巖型鈾礦床為外生后成鈾礦床，主要產(chǎn)于陸塊(地臺(tái))或中間地塊上的大中型自流盆地以及造山帶山間盆地的陸相、海陸交互相沉積巖中，其中以河流相和三角洲相沉積最為重要。產(chǎn)鈾砂巖的時(shí)代主要是中新生代，少數(shù)為中元古代和新古生代。

隨著成礦理論認(rèn)識(shí)的不斷深入及低成本地浸開(kāi)采技術(shù)的引進(jìn)，砂巖鈾礦床已成為世界上最重要的鈾礦床類型之一，并被許多國(guó)家當(dāng)做找礦目標(biāo)的首選類型。擁有特大砂巖型鈾礦床的國(guó)家有：哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)、尼日爾、加蓬和捷克等。

當(dāng)前，我國(guó)鈾礦勘探的主攻方向是北方中新生代沉積盆地，找礦主要類型為可地浸砂巖型[1-4]，同其他礦種一樣，砂巖型鈾礦勘查工作需要地質(zhì)、礦產(chǎn)、地球物理、水文等多學(xué)科共同攻關(guān)，其中地球物理勘查是相當(dāng)重要的工作手段。

砂巖型鈾礦品位一般為千分之幾，埋藏深度介于幾十米到幾百米之間，以磁性差異為前提的磁法勘探和以密度差異為前提的重力勘探只能用于地質(zhì)格架控制及基底起伏、隱形斷層等地下構(gòu)造。

本次工作區(qū)內(nèi)地表鹽堿化，淺層泰康組、明水組的多層含水層的低阻屏蔽作用，傳統(tǒng)電法對(duì)劃分幾米到十幾米的砂層空間分辨能力嚴(yán)重不足。鈾礦儲(chǔ)礦層埋深幾十米到幾百米，傳統(tǒng)的放射性地球物理方法往往不能有效地應(yīng)用于勘查砂巖型鈾礦，γ能譜數(shù)據(jù)也僅能識(shí)別沉積盆地的淺部斷裂，圈定鈾礦化的范圍并估算蝕源區(qū)鈾的淋失量等[5-8]。

而地震勘探在劃分地層、巖性、巖相、古河道以及砂體和斷裂構(gòu)造識(shí)別方面效果明顯。在地震剖面上，反射波出現(xiàn)突變和錯(cuò)亂是斷裂構(gòu)造最明顯的特征，古河道在地震剖面上表現(xiàn)為河谷位置下凹，兩側(cè)振幅增強(qiáng)。同時(shí)地震對(duì)砂泥分辨能力突出，砂巖相對(duì)泥巖通常表現(xiàn)為強(qiáng)波阻抗，對(duì)于沉積韻律較好的地層，在地震剖面上表現(xiàn)為縱向上不連續(xù)，甚至能直接從地震剖面上看出砂泥互層現(xiàn)象。因此利用反射地震勘探分析沉積相、沉積體系，圈定有利砂體并為下一步砂巖型鈾礦勘探提供依據(jù)是可行的[9-14]。

1 區(qū)域地質(zhì)、地球物理特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)

松遼盆地位于中國(guó)東北部，是由大小興安嶺、長(zhǎng)白山環(huán)繞的一個(gè)大型沉積盆地，盆地跨越黑龍江、吉林、遼寧三省，面積約26萬(wàn)km2。構(gòu)造上，松遼盆地是在天山—內(nèi)蒙—興安古生代地槽褶皺系基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的一個(gè)中新生代內(nèi)陸斷坳陷盆地，其基底為古生代和前古生代變質(zhì)巖系，發(fā)育以NNE和NWW向?yàn)橹鞯纳畲髷嗔严?，控制著全區(qū)的構(gòu)造與沉積；沉積蓋層主要由侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成，各層斷裂繼承或嚴(yán)格受深部或基底構(gòu)造控制，以正斷層的廣泛發(fā)育為特征。

松遼盆地根據(jù)其巖性構(gòu)造、斷裂特征、區(qū)域地層分布、層序等，劃分出西部斜坡區(qū)、中央坳陷區(qū)、北部?jī)A沒(méi)區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)和西南隆起區(qū)共6個(gè)構(gòu)造分區(qū)(圖1)。

圖1 松遼盆地北部構(gòu)造單元區(qū)劃圖(據(jù)文獻(xiàn)[3]改編)Fig.1 Structural unit zoning map of northern Songliao Basin(adapted from reference[3])

松遼盆地是一個(gè)以滲入型為主的自流水盆地，盆地周邊含鈾花崗巖系為區(qū)域含礦提供物源；盆地內(nèi)沉積時(shí)間長(zhǎng)、厚度大、構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，油氣保存較完好，地層富含有機(jī)質(zhì)碎屑，形成層間氧化帶十分有利；西斜坡、大慶長(zhǎng)垣、朝長(zhǎng)等斜坡及天窗構(gòu)造，具有良好的構(gòu)造條件；盆地沖泛平原相、河湖交互相帶發(fā)育，嫩江組和青山口組發(fā)育區(qū)域性分布的大套泥巖，可作為隔水層，泥—砂—泥體系配置較好，形成良好的存儲(chǔ)條件。

綜上所述，生、儲(chǔ)、運(yùn)、蓋條件具備，找礦潛力巨大。根據(jù)鉆探結(jié)果，工作區(qū)主要含礦層為四方臺(tái)底部砂層。

1.2 地球物理特征

根據(jù)已有鉆孔編錄及測(cè)井成果，本區(qū)砂巖型鈾礦主要巖性為粉細(xì)砂—粗砂，單層厚度6～21 m，其間內(nèi)部泥巖隔層厚度6～14 m。砂巖聲波時(shí)差429 μs/m，換算成速度為2 330 m/s；隔層泥巖聲波時(shí)差632 μs/m，換算成速度為1 580 m/s；砂、泥巖速度差750 m/s(32%)，差異明顯。在密度相差不大的情況下，砂、泥巖界面具有較大的波阻抗差異，是本區(qū)應(yīng)用地震方法開(kāi)展儲(chǔ)層分析的地球物理基礎(chǔ)。

根據(jù)大慶油田以往二維、三維地震資料，工作區(qū)含礦層及其他層位地震波形(編號(hào)沿用大慶油田習(xí)慣)特征如下：

T03反射層為四方臺(tái)組底面反射，一般為中振幅弱連續(xù)反射，局部為弱振幅或復(fù)合波，視頻率一般45～50 Hz，反射時(shí)間150～550 ms之間，為本次鈾礦勘查的含礦目的層。

T06反射層為嫩江組二段頂面反射，一般為中強(qiáng)振幅連續(xù)反射，局部為弱振幅或復(fù)合波，視頻率一般45～50 Hz，反射時(shí)間500～1 050 ms之間，亦為本次地震勘探的主要目的層之一。

T1反射層為姚家組頂面反射：該反射波全區(qū)穩(wěn)定，特征明顯，視頻率一般45 Hz。反射時(shí)間720～1 300 ms之間。

T1-1反射層為青山口組頂面反射。全區(qū)穩(wěn)定，特征明顯，中強(qiáng)振幅連續(xù)反射，視頻率一般為45 Hz，反射時(shí)間在800～1 400 ms之間。

T2反射層為泉頭組頂面反射，中強(qiáng)振幅連續(xù)反射：其上是一中強(qiáng)振幅高頻波，其下是兩個(gè)復(fù)波。T2反射波的這種關(guān)系全區(qū)較穩(wěn)定，反射時(shí)間在1 050～1 850 ms之間。

綜上所述，本區(qū)地震地質(zhì)條件良好。

2 地震勘探效果

為進(jìn)一步細(xì)化大慶長(zhǎng)垣南端含鈾巖系構(gòu)造格架特征，摸清工作區(qū)內(nèi)T06以上地層結(jié)構(gòu)及空間展布情況，并重點(diǎn)查明T03界面分布特征及四方臺(tái)組砂體分布特征，項(xiàng)目部在重點(diǎn)找礦靶區(qū)布設(shè)了二維地震工作剖面10條，合計(jì)滿覆蓋長(zhǎng)度134 km。二維地震野外采集參數(shù)為：可控震源中間激發(fā)，兩邊各80道接收，道間距10 m、炮點(diǎn)距20 m、覆蓋次數(shù)40次，采樣間隔0.5 ms、記錄長(zhǎng)度2 s，檢波器頻率60 Hz。

2.1 結(jié)合測(cè)井曲線統(tǒng)一工作區(qū)內(nèi)層位劃分標(biāo)志

根據(jù)地震成果并結(jié)合已有鉆探資料，厘定了工作區(qū)內(nèi)地層劃分和構(gòu)造格架特征，由老至新共劃分了泉頭組頂面(T2反射層)、青山口組頂面(T1-1反射層)、姚家組頂面(T1反射層)、嫩江組二段頂面(T06反射層)、四方臺(tái)組底面(T03反射層)、明水組(表1、圖2)。

表1 地層分界面地震波場(chǎng)及測(cè)井曲線特征

圖2 D1線地層標(biāo)定圖Fig.2 Stratum calibration map of line D1

2.2 四方臺(tái)組結(jié)構(gòu)及空間展布

對(duì)本次地震主要目的層四方臺(tái)組的分布進(jìn)行了詳細(xì)刻畫，由圖3可見(jiàn)，四方臺(tái)底板反射波T03時(shí)間變化范圍為100～700 ms，整體南西部T0時(shí)間大，東南部、中部較小，中部有寬緩褶皺變化。

由圖可見(jiàn)，四方臺(tái)組底界面反射波T03時(shí)間變化范圍為100～700 ms，西部T0時(shí)間大，東南部、中部較小。

圖3 T03層反射波T0時(shí)間等值線平面Fig.3 T0 contour map of reflection wave in layer T03

通過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換，編制完成T03層反射波底板等高線構(gòu)造圖，見(jiàn)圖4，其中等值線距為20 m。

由圖初步分析可見(jiàn)，T03層深度的起伏變化及展布特征與其時(shí)間構(gòu)造基本一致，中部發(fā)育較寬緩的褶曲和鼻狀構(gòu)造。整體表現(xiàn)為西翼陡東翼緩的背斜構(gòu)造，西翼傾角較大，約5°～7°，東翼傾角較小，約1°～2°；工區(qū)東南部表現(xiàn)為南高北低的單斜構(gòu)造，傾角較小，約1°～2°。

圖4 T03層反射波底板等高線構(gòu)造Fig.4 Floor contour structure of reflection wave in layer T03

2.3 四方臺(tái)組砂體的地震波場(chǎng)識(shí)別標(biāo)志

在地震資料解釋中，圈定砂體的主要依據(jù)有：砂巖與泥巖具有明顯波阻抗差異，在地震剖面上有較強(qiáng)振幅的反射波組出現(xiàn)；砂體在空間上分布有限，不具有區(qū)域性連續(xù)地震反射；在兩端表現(xiàn)為逐漸變薄尖滅，中間有穿插現(xiàn)象；振幅強(qiáng)弱變化與砂巖的成分、粒度、膠結(jié)程度等因素密切相關(guān)(圖5)。通常，河床砂體的反射振幅、頻率、相位、連續(xù)性等特征不穩(wěn)定；濱淺湖相沉積砂體的地震特征參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定；深湖相沉積砂體為強(qiáng)振幅、相位清晰、連續(xù)性好、特征穩(wěn)定，以席狀地震相為主。

2.4 推斷古河道

基于河道砂體在地震剖面上表現(xiàn)出來(lái)的下切等特征(圖6)，將相鄰測(cè)線上的砂體按下切深度分類，并將相同類別的砂體連接起來(lái)推斷為古河道(圖7)。由于測(cè)線最小間距(D0線與D8線)為1.6 km，河道可能在此距離內(nèi)擺動(dòng)多次，因此測(cè)線間的河道展布特征有待三維地震資料進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖5 D0線四方臺(tái)組砂體地震波組特征Fig.5 Seismic wave group characteristics of sand body in Sifangtai formation of D0 line

圖6 古河道在地震剖面上表現(xiàn)的下切特征(藍(lán)色虛線框部分)Fig.6 Undercutting characteristics of ancient river channel on seismic profile(blue dotted part)

圖7 河道砂體剖面異常特征(紅色一類異常，粉色二類異常) Fig.7 Abnormal characteristics of channel sand body profile(red type I,pink type II)

3 結(jié)論

針對(duì)砂巖型鈾礦這一沉積型礦床，尤其是在工作區(qū)表層鹽漬化，淺層含水層較多，電法效果不好的情況下，地震勘探可利用泥巖、砂巖界面的波阻抗差異查明砂體展布，是一種尋找儲(chǔ)層行之有效的方法。

結(jié)合適量的鉆孔編錄、測(cè)井資料，利用地震資料可以實(shí)現(xiàn)工作區(qū)層位統(tǒng)一對(duì)比、砂體勾勒，建立等時(shí)格架，并進(jìn)一步推斷古河道，精細(xì)掌握工作區(qū)流體運(yùn)移形態(tài)。

在上述成果的基礎(chǔ)上，判斷是否含礦還需要全區(qū)成礦模型的建立作為支撐，還需要進(jìn)一步研究含礦與不含礦鉆孔測(cè)井曲線信息對(duì)比，將測(cè)井曲線的含礦信息轉(zhuǎn)化為地震波場(chǎng)特征，嘗試?yán)忙们€重構(gòu)波阻抗。