鄂爾多斯盆地西北緣浩然柴達(dá)木地區(qū)下白堊統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

李茂，吳旭亮

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心（重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），河北 石家莊 050002）

鄂爾多斯盆地為一盛產(chǎn)煤、石油、天然氣和鈾的中新生代盆地，近年來通過核地質(zhì)系統(tǒng)的鈾礦資源勘查與評(píng)價(jià)，在盆地北東部發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型砂巖型鈾礦床，顯示了巨大的找礦前景。浩然柴達(dá)木地區(qū)位于盆地北緣伊盟隆起的中西部，區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)廣泛發(fā)育，尤其是華池-環(huán)河組出露范圍廣，整體呈北北西向及南北向展布，其沉積特點(diǎn)為東粗西細(xì)，北粗南細(xì)，局部最大沉積厚度超過1000 m，因賦存砂巖型鈾礦化及具備形成區(qū)域?qū)娱g氧化帶的巖性-巖相條件［1-2］，為杭錦旗西部主要的找礦目的層之一。區(qū)內(nèi)雖然開展過一定的鉆探查證與鈾資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，并在下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組中發(fā)現(xiàn)了鈾礦化信息，但鉆孔揭露深度淺，深部找礦工作尚未系統(tǒng)開展，鈾礦勘查程度整體相對(duì)較低，根據(jù)盆地北部鈾礦資源勘查與評(píng)價(jià)工作需要，利用研究區(qū)2019 年完成的可控源音頻大地電磁（CSAMT）資料，對(duì)盆地北西緣下白堊統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究，以期為區(qū)內(nèi)鉆探工程的布置及鈾礦條件分析提供地質(zhì)-地球物理依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)及巖石電阻率特征

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地北西緣，大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯臺(tái)向斜的中西部［3-5］，出露的地層主要為下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組、羅漢洞組及第四系（圖1）。根據(jù)鉆孔資料分析，區(qū)內(nèi)發(fā)育蓋層有中新生界三疊系（T）、侏羅系（J）、下白堊統(tǒng)（K1）及第四系（Q）。各地層在縱向與橫向上發(fā)育差異較大，其中侏羅系與下白堊統(tǒng)是區(qū)內(nèi)沉積主體，下面主要對(duì)這兩套地層進(jìn)行簡述。

侏羅系主要發(fā)育有上侏羅統(tǒng)安定組（J2a）與中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）。

中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）：巖性主要為灰色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖及煤層；中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）：上段巖性主要為紫紅色泥巖與灰綠細(xì)沙互層；下段巖性主要為灰綠、灰色砂巖、砂礫巖及泥巖；上侏羅統(tǒng)安定組（J3a）：巖性主要為紫紅色泥巖與細(xì)砂巖互層。

下白堊統(tǒng)自下至上劃分為洛河組（K1l）、華池-環(huán)河組（K1hc＋h）、羅漢洞組（K1lh）。

洛河組（K1l）：巖性主要為淺紅色砂巖、砂礫巖；華池-環(huán)河組 （K1hc＋h）：巖性主要為灰綠、棕紅色及姜黃色鈣質(zhì)砂巖，為杭錦旗西部重要的找礦目的層。羅漢洞組 （K1lh）：上部巖性主要為土紅、紫紅色砂巖和灰色中粗粒砂巖，下部為泥質(zhì)粉砂巖互層。

區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，褶皺與斷裂構(gòu)造不發(fā)育［6-10］。

1.2 巖石電阻率特征

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及測線布置簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［11］）Fig.1 Geological sketch and layout of survey line in the study area

表1 地層鉆孔測井電阻率/（Ω·m）統(tǒng)計(jì)表［12］Table 1 Statistics of resistivity of different rocks/（Ω·m）

表1 為收集研究區(qū)內(nèi)的4 個(gè)煤田鉆孔巖心電阻率測井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表可見，下白堊統(tǒng)羅漢洞組中粗粒砂巖及泥質(zhì)粉砂巖互層，平均電阻率值33.0 Ω·m，表現(xiàn)為相對(duì)中高阻特征；華池-環(huán)河組與洛河組以鈣質(zhì)砂巖、砂礫巖為主，平均電阻率值分別為45.0 Ω·m與38.0 Ω·m，表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征。

上侏羅統(tǒng)安定組與中侏羅統(tǒng)直羅組主要為泥巖、粉砂巖、中粗粒砂巖，平均電阻率值分別為13.0 Ω·m 與17.0 Ω·m，表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征；中侏羅統(tǒng)延安組為煤系地層，平均電阻率為29.0 Ω·m，由于煤層電阻率較高，整體表現(xiàn)為相對(duì)中阻特征。

上述地層電性異常是區(qū)內(nèi)電性結(jié)構(gòu)的劃分依據(jù)，其特征為資料的解釋奠定了基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)電性特征

2.1 測線布置及數(shù)據(jù)反演處理

研究區(qū)完成CSAMT 剖面5 條，編號(hào)Y19K01～Y19K05，具體位置見圖1。數(shù)據(jù)反演處理采用Zonge 公司商業(yè)化軟件SCS2D 完成。

數(shù)據(jù)反演處理是后續(xù)資料解釋的關(guān)鍵，為使反演結(jié)果及資料的解釋效果達(dá)到較好的預(yù)期，根據(jù)收集的已知鉆孔資料對(duì)主要反演參數(shù)，即初始背景電阻率模型、第一層厚度、圓滑系數(shù)進(jìn)行了反復(fù)的對(duì)比分析［12］，在此基礎(chǔ)上厘定了研究區(qū)數(shù)據(jù)反演處理的約束條件，即初始電阻率模型為二維移動(dòng)平均數(shù)據(jù)初始化背景電阻率模型，第一層厚度為75 m，圓滑系數(shù)為0.5，減少了多解性，確保了資料解釋結(jié)果的可靠性。

2.2 已知鉆孔旁地電特征對(duì)比分析

根據(jù)收集的ZK1-3 鉆孔資料，對(duì)區(qū)內(nèi)地電特征進(jìn)行了對(duì)比分析。ZK1-3 孔為收集的煤田鉆孔，位于Y19K02 線平距3.0 km 處，揭露深度1 513 m，圖中裁截至1 350 m。第四系 （Q）：0～9.0 m；下白堊統(tǒng)羅漢洞組（K1lh）：9.0～213.0 m；下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組（K1hc＋h）與洛河組（K1l）：213.0～1 012.0 m；上侏羅統(tǒng)安定組（J3a）與中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）：1 012～1 257 m；中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）：1 257～1 350 m。

圖2 為ZK1-3 鉆孔旁地電特征對(duì)比圖，由圖可見，反演電阻率斷面縱向主要反映為中高-高-低-中四層電性結(jié)構(gòu)。

上部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度200 m 左右，反演電阻率28～80 Ω·m 相對(duì)中高阻電性層，呈 “上高、下低” 特征，基本與第四系風(fēng)成沙及下白堊統(tǒng)羅漢洞組砂巖、砂質(zhì)泥巖夾層相對(duì)應(yīng)。

中部橫向連續(xù)穩(wěn)定，反演電阻率28.0～100.0 Ω·m 的相對(duì)高阻電性層，其底部橫向等值線呈密集帶分布，主要與鉆孔揭露的下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組與洛河組粗粒沉積層相對(duì)應(yīng)；

圖2 鉆孔ZK1-3 旁地電特征對(duì)比圖Fig.2 Comparison diagram of geoelectric characteristics near boreholes ZK1-3

深部橫向分布連續(xù)穩(wěn)定，反演電阻率小于28.0 Ω·m 的相對(duì)低阻電性層，主要反映為泥、砂互層，基本上與上侏羅統(tǒng)安定組與中侏羅統(tǒng)直羅組細(xì)粒沉積層相對(duì)應(yīng)。

底部橫向斷續(xù)分布，反演電阻率大于28.0 Ω·m 的相對(duì)中阻電性層，主要反映為煤系地層，基本上與中侏羅統(tǒng)延安組相對(duì)應(yīng)。

由以上分析可見，區(qū)內(nèi)蓋層存在三個(gè)明顯的電性界面，一是下白堊統(tǒng)羅漢洞組與下伏華池-環(huán)河組的整合接觸界線；二是洛河組與下伏上侏羅統(tǒng)安定組的角度不整合接觸界線；三是中侏羅統(tǒng)直羅組與延安組的整合接觸界線，其電性特征為資料的解釋提供了依據(jù)，同時(shí)也為本次研究提供了基礎(chǔ)。

2.3 典型斷面地電特征分析

在研究區(qū)完成CSAMT 剖面Y19K01～Y19K05 線共5 條，各剖面縱向電性具有大致相似的規(guī)律性分布特征。上部主要反映為連續(xù)、厚層狀的醒目相對(duì)中高及高阻電性層，深部主要反映為連續(xù)的相對(duì)低阻電性層，底部主要反映為斷續(xù)的相對(duì)中阻電性層，客觀地反映了地下電性層的分布規(guī)律。根據(jù)鉆孔旁地電特征對(duì)比分析，下面主要以Y19K02 線平距8～13 km 反演電阻率斷面為例（圖3），對(duì)區(qū)內(nèi)反演電阻率斷面地電特征進(jìn)行概述。

由圖3 可見，斷面縱向主要反映為中高、高、低、中的四層電性結(jié)構(gòu)。上部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度200 m 左右，反演電阻率大于28.0 Ω·m 的相對(duì)中高阻電性層，呈“上高”與“下低” 的電性特征，底部橫向等值線呈近水平狀密集帶分布，主要由近地表第四系的風(fēng)成沙及下白堊統(tǒng)羅漢洞組砂巖與泥質(zhì)粉砂巖夾層引起；

中部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度700～800 m，反演電阻率大于28 Ω·m 相對(duì)高阻電性層，底部橫向反演電阻率等值線呈密集帶分布，主要與下白堊統(tǒng)華池環(huán)河組與洛河組厚層狀中粗粒砂巖及底部含礫砂巖等電阻率相對(duì)較高的沉積層引起；

深部反映連續(xù)、反演電阻率小于28.0 Ω·m的相對(duì)低阻電性層，主要由侏羅系安定組與直羅組泥、砂互層等視電阻率相對(duì)偏低的細(xì)粒沉積層引起；

底部斷續(xù)分布，反演電阻率大于28.0 Ω·m的相對(duì)中阻電性層，主要由延安組含煤巖系視電阻率相對(duì)偏高所引起。

分析可見，斷面縱向下白堊統(tǒng) “中高阻、高阻”、侏羅系安定組和直羅組 “低阻” 與延安組 “中阻” 的電性特征是產(chǎn)生上述電性層的主要地質(zhì)原因。

圖3 Y19K02 線平距反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋斷面圖Fig.3 Inversed resistivity section and geological interpretation parallel to Lin Y19K02

3 下白堊統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組為杭錦旗西部主要的找礦目的層之一，前人通過少量的鉆孔勘查在該套地層中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)鈾礦化信息，顯示了較好的找礦前景。因此，在本區(qū)的鈾礦勘查與評(píng)價(jià)中，大致查明下白堊統(tǒng)的地層結(jié)構(gòu)，對(duì)指導(dǎo)區(qū)內(nèi)鉆探工程的布置將發(fā)揮積極的作用。

3.1 羅漢洞組與洛河組底板埋深分布特征

根據(jù)5 條CSAMT 剖面的解釋成果，將下白堊統(tǒng)羅漢洞組與洛河組組底板埋深數(shù)據(jù)在各剖面地質(zhì)推斷解釋斷面圖上按測點(diǎn)間隔進(jìn)行采樣，得到各組的底板埋深數(shù)據(jù)文件，然后采用Surfer 13 軟件處理成三維曲面圖 （圖4）。

由圖4a 可見，研究區(qū)羅漢洞組底板（華池環(huán)河組頂板）埋深150～350 m 之間，一般在200 m 左右，局部達(dá)350 m，地層沉積穩(wěn)定，厚度變化不大。

由圖4b 可見，研究區(qū)洛河組底板埋深呈北西走向，整體反映為北東部淺、南西部深、中部更深的分布形態(tài)特征，底板埋深500～950 m 之間，大部分地段在750 m 以深，最深處位于Y19K02 線平距13.3～16.5 km，埋深達(dá)1 000 m 以上，最淺主要位于Y19K01 線平距23.6～24.2 km、Y19K02 線平距26.6～28.2 km、Y19K03 線平距20.0～25.0 km，埋深約500 m 左右。

分析可見，區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)的沉積中心主要分布于區(qū)內(nèi)的中南部，走向北西，顯示物源主要來源于盆地北部與東部。

3.2 華池-環(huán)河組與洛河組厚度分布特征

將下白堊統(tǒng)羅漢洞組與洛河組底板埋深數(shù)據(jù)相減，得出華池-環(huán)河組與洛河組的厚度，然后在各剖面地質(zhì)推斷解釋斷面圖上按測點(diǎn)間隔進(jìn)行采樣，得到厚度數(shù)據(jù)文件，最終采用Surfer13 軟件處理成三維曲面圖（圖5）。

圖5 為區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組與洛河組厚度三維曲面圖。由圖可見，兩套地層厚度一般在400～600 m 之間，最薄分布范圍主要位于研究區(qū)的北東側(cè)，厚度約400 m 左右；中部—南西部厚度500～700 m 之間，最厚分布范圍主要位于Y19K01 線平距13.3～16.5 km 與Y19K02 線平距13.3～16.5 km，厚達(dá)750 m 以上，大致反映了區(qū)內(nèi)兩套地層的沉積中心分布位置。

圖4 研究區(qū)羅漢洞組與洛河組底板埋深三維曲面圖Fig.4 3D Surface of the floor depth of Luohandong Formation and Luohe Formation in study area

圖5 研究區(qū)下白堊統(tǒng)華池環(huán)河組與洛河組厚度三維曲面圖Fig.5 3D Surface of the thickness of HuachiHuanhe Formation and Luohe Formation in study area

上述分析表明，區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組與洛河組廣泛發(fā)育河流相沉積體系，沉積粒度較粗，分布范圍較廣，厚度400～700 m，其沉積中心主要位于研究區(qū)的中部，整體表現(xiàn)為北東部薄、南西部厚、中部更厚的發(fā)育分布特征。

4 結(jié)論

1）研究區(qū)下白堊統(tǒng)由淺至深主要發(fā)育兩層地電結(jié)構(gòu)，上部羅漢洞組縱向反映為明顯的 “上高下低” 相對(duì)中高阻電性層，底板埋深一般在200 m 左右，局部達(dá)350 m；下部華池-環(huán)河組與洛河組整體反映為相對(duì)高阻電性層，底板埋深500～950 m，局部達(dá)1 000 m以上，其厚度400～700 m，局部達(dá)750 m，走向北西，總體表現(xiàn)為北東部薄、南西部厚、中部更厚的發(fā)育分布特征。

2）研究結(jié)果表明，下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組整體表現(xiàn)為明顯的高阻電性層，橫向連續(xù)、穩(wěn)定，厚度大，反映該套地層廣泛發(fā)育河流相沉積體系，巖性以中粗粒厚層狀砂巖為主，地層產(chǎn)狀平緩，巖性與巖相相對(duì)穩(wěn)定。

3）研究區(qū)后續(xù)施工的ZKW2019-1 鉆孔，驗(yàn)證了CSAMT 解釋結(jié)果的可靠性及方法的有效性，指導(dǎo)了鉆探工程的布置，為鄂北地區(qū)物探方法的選擇提供了借鑒。