彭陽地區(qū)砂巖型鈾礦反射地震特征分析

雷晨露，于常青，范柱國，鄭曉杰，楊云秋

(1.昆明理工大學(xué)，昆明 650093；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037；3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)，廣州 511458；4.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710100)

砂巖型鈾礦是泛指鈾元素賦存在砂巖地層而成礦的鈾礦床[1]。彭陽地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣，鄂爾多斯盆地被認(rèn)為是北方砂巖型鈾礦的重要找礦區(qū)域[2]。繼2009年在其北東緣——東勝地區(qū)發(fā)現(xiàn)的位于地層直羅組約600～1000 m深度之間的可地浸砂巖型鈾礦，是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的最大規(guī)模砂巖型鈾礦。其后在其南部店頭地區(qū)也發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)模可觀的同類型鈾礦，并于2017年其西南部地區(qū)發(fā)現(xiàn)多處放射性異常，相關(guān)的鉆孔資料有大量不同程度的鈾礦化情況響應(yīng)[3-5]，隨后即在該地區(qū)成立了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。目前針對深部探測砂巖型鈾礦這一類研究，可采取的有效物探手段較少，而且只能大范圍預(yù)測砂巖型鈾礦的可能存在區(qū)域，無法做到精細(xì)具體分析[6]，大多主要是根據(jù)常規(guī)的反射地震、結(jié)合重力資料和電測法資料來刻畫其部分相關(guān)特征。本文主要是基于疊后的二維地震數(shù)據(jù)體，主要通過地震屬性特征分析，基于模型的波阻抗反演方法以及參數(shù)反演的手段分析研究區(qū)砂巖型鈾礦含有儲層的分布特征，以期達(dá)到利用反射地震資料探測砂巖型鈾礦的目的。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

砂巖型鈾礦的富集需要呈層狀的斜坡地形構(gòu)造或者一定程度的斷層因素、合適的斷裂條件等構(gòu)造地質(zhì)條件，具備良好的通透性、連同性以及成層性等沉積條件，相對潮濕的古氣候條件，完整的補(bǔ)給區(qū)—徑流區(qū)—排泄區(qū)等水文地質(zhì)條件。其中完整的水文地質(zhì)條件和相應(yīng)的構(gòu)造地質(zhì)條件促進(jìn)形成了完整的氧化還原帶[7-10]，從而保障了砂巖型鈾礦的運(yùn)移。

彭陽地區(qū)坐落在鄂爾多斯盆地西南緣，天環(huán)凹陷南部，西緣沖斷帶東側(cè)，東靠伊陜斜坡[11]。結(jié)晶基底是太古生界及古元古界的變質(zhì)巖體系，這一基底體系為鈾礦的富集貢獻(xiàn)了豐富的鈾源，區(qū)域內(nèi)復(fù)雜多變的構(gòu)造保障了鈾元素的運(yùn)移，油、氣、水等物質(zhì)營造了富集需要的氧化還原環(huán)境。連續(xù)沉積的三疊系地層，以及侏羅系、白堊系大量的砂泥巖地層支撐了鈾礦富集的沉積環(huán)境[12-14]，綜上，說明研究區(qū)的地質(zhì)條件對富集鈾礦是十分有利的。

根據(jù)鉆孔情況：鈾礦體、鈾礦化、異常段砂體厚度大，含礦巖性以淺灰色、淺灰白色-灰綠色中粗(細(xì))粒砂巖為主，巖石普遍滲透性較好。區(qū)域沉積背景分析：富集主要層位為洛河組，在盆地中南部沉積環(huán)境總體以沙漠相為主[15-17]，巖性以細(xì)粒長石石英砂巖為主，雜基含量少，單層厚度大，累計(jì)砂巖厚120～170 m，發(fā)育巨型交錯(cuò)層理和板狀層理。而在盆地西南緣千陽草碧溝一帶疊加沖積扇沉積，厚170 m，底部含礫巖層。

2 地震屬性分析

地震波在不同深度、不同地層中傳播時(shí)會有不同的反射和折射效果，從而產(chǎn)生不同的地震屬性差異，地震屬性分析的原理就是指在疊前或者疊后，提取數(shù)據(jù)體中關(guān)于地震波的相關(guān)特征參數(shù)值[18]。本文為了避免單一屬性的局限性，即根據(jù)屬性優(yōu)選原則，最終分別通過對瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率等相關(guān)屬性的提取，分析了解地層信息。

一般來說，實(shí)際地震道f(t)可以表示成以時(shí)間為變量的振幅和相位的相關(guān)函數(shù)：

f(t)=A(t)sinθ

(1)

而正交道可以表示為：

h(t)=A(t)sinθ

(2)

因此，復(fù)地震道可表示為：

F(t)=f(t)+ih(t)

(3)

F(t)=A(t)cosθ(t)+iAsinθ(t)

(4)

F(t)=A(t)eiθ(t)

(5)

上式中A(t)表示反射強(qiáng)度，θ(t)表示瞬時(shí)相位，ω(t)表示瞬時(shí)頻率。如果實(shí)際地震道f(t)已知，那么正交道可以由實(shí)際地震道希爾伯特變換求出來，進(jìn)一步求出A(t)(反射強(qiáng)度)θ(t)(瞬時(shí)相位)，再由ω(t)=dθ(t)/dt獲得瞬時(shí)頻率。

2.1 瞬時(shí)振幅

瞬時(shí)振幅響應(yīng)的是聲阻抗差的信息，值總是正的，其橫向變化多與巖性變化對應(yīng)相關(guān)，也稱作反射強(qiáng)度，振幅包絡(luò)。其多被用作振幅異常的品質(zhì)分析，用來識別斷層、河道、地下異常體等[18]，從復(fù)合波中分辨厚層反射。

如圖1從剖面可以看出，WELL1井左側(cè)有明顯的地層斷裂，在伽馬測井曲線異常周圍有明顯振幅包絡(luò)“弱—強(qiáng)—弱”的分布特點(diǎn)，結(jié)合鉆井的巖性信息推斷該區(qū)域是白堊系洛河組的砂泥巖互層地層。分析該區(qū)域非常有利于砂巖型鈾礦的富集。

圖2根據(jù)過H095685測線地震振幅包絡(luò)剖面的測井曲線分析，在伽馬曲線異常部位存在明顯多的同相軸“抖動現(xiàn)象”，推測該特征與風(fēng)成沙地質(zhì)條件符合，砂巖的瞬時(shí)振幅強(qiáng)度會比泥巖的瞬時(shí)振幅強(qiáng)度強(qiáng)，所以伽瑪測井曲線的異常值對應(yīng)剖面中振幅較強(qiáng)的地層，在異常區(qū)的上下地層同相軸平坦、連續(xù)性強(qiáng)，這些屬性特征與之前鄂爾多斯盆地的沉積條件特征符合。

圖1 H095731地震振幅包絡(luò)剖面Fig.1 H095731 seismic amplitude envelope section

圖2 H095685地震振幅包絡(luò)剖面Fig.2 H095685 seismic amplitude envelope section

2.2 瞬時(shí)頻率

瞬時(shí)頻率反應(yīng)的特征是指地震同相軸的有效頻率吸收效應(yīng)及裂縫影響和儲層厚度的信息。當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^孔隙、裂縫型地層時(shí)，反射振幅降低，高頻信號衰減加劇，主頻向低頻方向移動[18]。

圖3是H105781測線的地震瞬時(shí)頻率剖面，通常在砂巖中表現(xiàn)為高頻信息，泥巖層位中頻率會表現(xiàn)出相對低頻。剖面中頻率變化幅度較大，低頻與高頻交錯(cuò)分布，這種現(xiàn)象符合研究區(qū)地層砂泥巖互層的特征，在伽瑪測井曲線的高幅度異常值層位表現(xiàn)出中高頻與高頻共同存在的特征，可以指示該地層是砂巖層，有差異是因?yàn)樯皫r的巖性不同，上部主要是巖性粒度較大、孔隙度發(fā)育較好的粗砂—中砂夾雜部分礫巖的砂巖，下部分布有巖性粒度較大的細(xì)砂巖。

圖3 H105781瞬時(shí)頻率剖面Fig.3 H105781 instantaneous frequency section

2.3 反演剖面分析

基于模型的波阻抗反演方法[19-20]，該方法顧名思義就是根據(jù)測井及地震資料建立初始模型，根據(jù)模型與實(shí)際地層的符合程度進(jìn)行的反演手段。

圖4為H095731測線的基于模型的地震波阻抗反演剖面，從剖面中可以看到，在含鈾礦層位明顯能看出地震反演剖面上有明顯的波阻抗強(qiáng)弱“抖動”甚至斷續(xù)的現(xiàn)象，這與研究區(qū)目標(biāo)層位是礫巖和粗砂巖的風(fēng)成沙的地質(zhì)現(xiàn)象符合，是砂巖型鈾礦富集的有利目標(biāo)層位，頂、底部具備較厚的連續(xù)地層，這為砂巖性鈾礦的富集鋪墊了良好的地層。

圖4 H095731波阻抗反演剖面Fig.4 H095731 wave impedance inversion section

在圖5的反演剖面中，顯示了該區(qū)域白堊系地層砂泥巖互層現(xiàn)象突出，并且砂巖粒度差異大，粗砂巖和細(xì)砂巖分布明顯，在伽馬異常地層分布明顯的礫巖，剖面中對該地層特征反應(yīng)明顯，其伽馬異常區(qū)屬于洛河組地層，洛河組的風(fēng)成沙現(xiàn)象在剖面中也有所顯示，伽馬異常區(qū)的地震波阻抗反演剖面有明顯的局部起伏現(xiàn)象，而且波阻抗值與上下圍巖差異大，是砂巖型鈾礦的有利富集區(qū)。

圖5 H095721地震反演剖面Fig.5 H095721 seismic inversion section

3 結(jié)論

通過對研究區(qū)反射地震資料的處理，對目標(biāo)層進(jìn)行屬性分析，并結(jié)合井資料、地質(zhì)資料進(jìn)行局部波阻抗反演剖面分析，獲得了以下認(rèn)識：

瞬時(shí)振幅剖面和瞬時(shí)頻率剖面中強(qiáng)振幅、中低頻的屬性特征對應(yīng)高伽馬異常值，該地層砂泥巖發(fā)育，結(jié)合測井資料分析應(yīng)該是砂巖型鈾礦有利富集區(qū)。

伽瑪異常值對應(yīng)在地層有“弱—強(qiáng)—弱”明顯特征的砂泥巖互層或巖性粒度變化較大的地層之中，該砂體中的波阻抗值明顯相對于周圍地層中的波阻抗值較大，而且該砂體的同相軸分布特征中表現(xiàn)出了上下“輕微抖動”的分布特征，這與研究區(qū)內(nèi)部白堊系洛河組地層中砂體屬于風(fēng)成砂且上下圍巖為泥巖的沉積特征相對應(yīng)。

局部波阻抗反演剖面發(fā)現(xiàn)斷層周圍同一地層較低位置的波阻抗值相對較高，且連續(xù)范圍廣，對應(yīng)測井曲線分析顯示可能是有利含鈾儲層。

綜合來看，研究區(qū)地層中砂巖型鈾礦在地震屬性剖面以及地震反演剖面中特征明顯，尤其是伽瑪測井曲線異常值地層對應(yīng)在橫向地層中的分布特征，所以說反射地震資料的綜合研究是砂巖型鈾礦預(yù)測的重要方法。