塔里木盆地沙雅隆起區(qū)航放異常特征及其找礦意義探究

伍顯紅，王培建，陳志鵬，孟祥寶，鄭少杰

（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）

塔里木盆地是一個(gè)大型封閉性山間盆地，沙雅隆起則位于塔里木盆地北部，是我國重要的油氣開采基地［1］。為推進(jìn)塔里木盆地北緣鈾礦找礦進(jìn)程，2019 年在沙雅隆起一帶，開展了1：5 萬高精度航空磁法（以下簡稱航磁）和航空伽馬能譜測量（以下簡稱航放），并在沙雅隆起輪南低凸起區(qū)發(fā)現(xiàn)了17 個(gè)鈾異常［2］，這些航放異常均與油氣開采將含鈾水帶出地表有關(guān)，分布在個(gè)別油氣井輸油管線油氣泄露區(qū)或采油井的脫水脫渣池內(nèi)，以及未打出油氣的承壓地下水排泄地段；這些航放異常對評價(jià)深部找礦潛力具有重要意義，為塔里木盆地鈾礦勘查工作提供了新的線索。

異常區(qū)一帶中新生界沉積厚度大，以河流-三角洲相為主，在盆緣一帶見有良好的砂體，砂泥結(jié)構(gòu)韻律清晰。異常區(qū)離北側(cè)南天山蝕源區(qū)約70 km，具備較長的徑流區(qū)，異常區(qū)南側(cè)有區(qū)域排泄區(qū)，如塔里木河一帶，異常區(qū)一帶又有斷裂構(gòu)造及油氣藏分布，具備有較好的局部構(gòu)造及還原條件，航放異常區(qū)分布范圍廣，具有形成大規(guī)模鈾礦床的地質(zhì)背景。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對這些航放異常區(qū)砂巖型鈾成礦潛力的探究。

1 地質(zhì)背景及鈾成礦特征

1.1 地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)地層由太古宙-元古宙古老結(jié)晶基底、古生代裂谷陸緣沉積與弧后拉張?jiān)焐綆Ш椭行律懴喑练e蓋層組成［3-4］。

太古宙-元古宙結(jié)晶基底主要由中高溫變質(zhì)的麻粒巖、變粒巖、片麻巖、石榴子石-黑云母片巖、石英巖、變質(zhì)砂巖、混合巖、花崗片麻巖夾火山巖建造和中-淺變質(zhì)的海相碎屑巖-碳酸鹽建造所組成［5］。

古生界則是海相碎屑巖-碳酸鹽巖夾少量火山巖、火山碎屑巖及花崗質(zhì)侵入巖組成。自三疊紀(jì)開始，塔里木盆地進(jìn)入了中新生代陸相盆地沉積時(shí)期，蓋層發(fā)育齊全［6］。早期（T-J）沉積了暗色含煤碎屑，但沉積范圍較為局限，異常區(qū)內(nèi)以薄層或零星分布為特征；從早白堊世開始，陸相盆地有所擴(kuò)大，沉積了厚度較大的碎屑巖。新近紀(jì)沉積物覆蓋至全區(qū)，盆地沉積了巨厚的碎屑建造，地層厚度一般在3 000 m以上。第四紀(jì)繼承了古近紀(jì)和新近紀(jì)的沉積范圍，以沖積、洪積和風(fēng)積為主。

盆地中新生代構(gòu)造活動在不同地段有較大差異。近盆地邊緣一帶構(gòu)造活動強(qiáng)烈，且斷裂發(fā)育，以近東西向斷裂為主［7］；異常區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動相對盆緣活動較弱，以北東向或近東西向斷裂為主體，北西向斷裂次之，這些斷裂對基底起伏、蓋層沉積起著控制作用，同時(shí)也是油氣及深部流體運(yùn)移的良好通道。

1.2 鈾成礦特征

前人在塔里木盆地北緣鈾成礦帶中相繼發(fā)現(xiàn)了多個(gè)鈾礦床和眾多鈾礦（化）點(diǎn)及異常點(diǎn)，異常區(qū)一帶未發(fā)現(xiàn)鈾礦床、鈾礦（化）點(diǎn)及異常點(diǎn)［8］（圖1）。區(qū)域上，目的層主要為中下侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)和新近系庫車組、吉迪克組。礦化類型主要有含煤層間氧化帶型、潛水氧化帶型和復(fù)合成因型。其中層間氧化帶型和潛水氧化帶型的鈾礦化規(guī)模較大。

圖1 塔北異常區(qū)北側(cè)鈾礦床、礦化點(diǎn)分布圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［8］修改）Fig.1 Distribution of uranium deposits（occurrences，anomalies）in the north side of the North Tarim anomaly area（modified after reference［8］）

區(qū)域上，鈾礦化呈近東西向展布，由北帶和南帶構(gòu)成。北帶沿庫車坳陷沙瓦布齊山間盆地、北部單斜帶西段和直線褶皺帶分布，南帶沿秋里塔格復(fù)背斜中-西部分布。在礦化層位上，具有自北向南由老變新的特點(diǎn)。其中侏羅系中礦化產(chǎn)于最北部，稍南為白堊系礦化，古近系、新近系礦化分布較廣。產(chǎn)于新近系的礦化最多，其次為產(chǎn)于侏羅系和白堊系的礦化。在礦化規(guī)模上，侏羅系礦化規(guī)模最大，新近系礦化居其次［9-10］。

2 航放異常特征

2.1 空中異常特征

在沙雅隆起輪南低凸起一帶分布有17 個(gè)航放異常（圖2、圖3），在剖面平面圖中異常以尖峰為特征，在等值線平面圖中以似圓狀或橢圓狀為特征，鈾含量一般在（4.5～11）×10-6，最高可達(dá)359.9×10-6，背景值在（2.5～3）×10-6，U/Th 一般在0.5～0.9，最高可達(dá)1.6，其中9 個(gè)為鈾異常，8 個(gè)為鈾釷混合異常（表1），這些異常分布在油氣泄漏、承壓地下水排水、原油脫水脫渣等區(qū)域，以密集分布為特征，異常與油氣開采有關(guān)。

表1 17 個(gè)航放鈾異常特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Characteristics of airborne uranium anomalies

圖2 研究區(qū)航放異常分布及航放鈾含量剖面平面圖Fig.2 The profiles of airborne radioactive uranium concentration and uranium anomalies in the study area

圖3 研究區(qū)航放異常分布及航放鈾含量等值線平面圖Fig.3 The contour map of airborne radioactive uranium concentration and uranium anomalies in the study area

2.2 異常查證結(jié)果

查證結(jié)果見（圖4、圖5、圖6），異常位于油氣運(yùn)輸管道或輸油管局部泄漏區(qū)、原油脫水脫渣區(qū)及承壓地下水排泄等地段，異常與深部含鈾層中的放射性物質(zhì)相關(guān)，推測深部存在較好的含鈾含水層。

圖4 HF-6、HF-15、HF-24 號異常地面γ 總量等值線平面圖Fig.4 The total gamma-ray contour map of ground survey in anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24

圖5 HF-6、HF-15、HF-24 號異常地面能譜測量U 含量等值線平面圖Fig.5 The uranium concentration contour map of anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24 measured by ground spectrometric survey

圖6 HF-6、15、24 號異常土壤氡濃度等值線平面圖Fig.6 The soil radon concentration contour map of anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24

異常范圍與含鈾的油氣或承壓地下水地表浸泡范圍和脫水脫渣區(qū)范圍基本一致。異常強(qiáng)度與含鈾的油氣或承壓地下水滲漏深度或脫渣堆積厚度相關(guān)，滲漏深度或堆積厚度越大，異常幅值越高。這些異常油氣或承壓地下水滲漏厚度一般在10～40 m，油氣滲漏層厚度小于10 cm時(shí)，γ 總量值一般在（40～150）×10-6eU，10～20 cm 時(shí)，γ 總量值一般在（150～350）×10-6eU，20～30 cm 時(shí)，γ 總量值一般在（300～700）×10-6eU，30～400 cm 時(shí)，γ 總量值一般在（600～1 200）×10-6eU，大于40 cm 時(shí)，γ總量值大于1 000×10-6eU，向下挖透滲漏層幅值明顯降低。

3 航放異常與油氣井的關(guān)系

沙雅縣-草湖鄉(xiāng)一帶分布大量油氣井，航放異常僅在輪南鎮(zhèn)北側(cè)呈密集近東西向帶狀分布，17 個(gè)航放異常密集分布在東西長約50 km，南北寬約25 km 的范圍內(nèi)；表明航放異常并非與油氣田分布一致，具有選擇性。

從異常與油氣井將深部含鈾水帶出地表的表現(xiàn)形式可分為三種：

第一種形式位于采油區(qū)原油泄漏區(qū)一帶（HF-6、HF-15、HF-31、HF-34），該類異常周邊一般有4～8 個(gè)正在開采的油氣井，油井相距300～800 m，但并不是每個(gè)油氣井及輸油管道都有異常顯示，僅在個(gè)別油氣井及其輸油氣管道有異常顯示。有異常輸油管道γ 總量測量值一般為（120～230）×10-6eU，輸油管道異常值高于輸氣管道（圖7）；異常與個(gè)別井位油氣輸出相關(guān)，可能是個(gè)別油氣井儲油層之上的含鈾含水層混入油氣所致。

圖7 HF-6 號異常與油氣井位置圖Fig.7 The locations of anamaly No.HF-6 and oil-gas well

第二種形式位于未打出油氣地區(qū)，為承壓地下水排泄區(qū)（現(xiàn)已干枯，井口已封）一帶（圖8），該種異常有HF-24，異常分布范圍與承壓地下水排泄范圍一致，異常強(qiáng)度與承壓地下水浸泡層厚度有關(guān)，表明該井位下部具備較好的含鈾含水層位，且鈾含量較高。

圖8 HF-24 號異常、承壓地下水排水池與鉆孔位置圖Fig.8 The locations of anomaly No.HFU-24 and drainage pool of confined groundwater and borehole

第三種形式位于原油脫水脫渣池一帶（HF-3、HF-4、HF-5、HF-7、HF-21、HF-22、HF-23、HF-25、HF-26、HF-29、HF-30、HF-32），脫水脫渣場一般由就近20～30 口油井匯集的原油處理場所引起（圖9），具體由哪個(gè)油氣井原油引起的異常不能確定，只能反映區(qū)域內(nèi)個(gè)別油氣井輸出的油氣含有較豐富的鈾，從而反映該區(qū)域深部存在較好的含鈾含水層。

圖9 HF-25 號異常與脫水脫渣池分布位置Fig.9 The locations of anomaly No.HF-25 and dewatering-discharging tank

綜上分析，第一種形式表明異常分布區(qū)儲油層與含鈾層不屬同一層，含鈾層分布在油氣層之上；第二種形式表明地下水含有豐富的放射性元素；第三種形式表明在異常分布區(qū)儲油層之上存在連續(xù)性較好的含鈾含水層。故在航放異常分布區(qū)一帶深部有連續(xù)性好、鈾含量高的層位，該帶具備較好鈾礦找礦潛力。

4 異常區(qū)砂巖型鈾成礦前景探究

異常區(qū)前人未進(jìn)行過系統(tǒng)性鈾礦找礦工作，這些異常均為首次發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本次在沙雅縣至尉犁縣一帶航磁、航放、遙感、重力、遙感等資料，編制了該帶航磁、航放、重力及遙感等綜合解釋信息圖［2］（圖10），結(jié)合砂巖型鈾成礦理論、區(qū)域地質(zhì)、物探資料對異常區(qū)鈾成礦前景進(jìn)行探究。

4.1 異常區(qū)成礦條件

4.1.1 構(gòu)造條件

異常區(qū)北側(cè)近盆地邊緣一帶構(gòu)造活動強(qiáng)烈，且斷裂發(fā)育，以近東西向斷裂為主，斷裂長期活動使山前地層依次出露地表（圖11），強(qiáng)烈的構(gòu)造活動使其地層產(chǎn)狀從平緩到直立，甚至倒轉(zhuǎn)，遭受強(qiáng)烈剝蝕作用，致使大部分地層出露，形成構(gòu)造窗，有利于深層位地下水的補(bǔ)給和蝕源區(qū)強(qiáng)烈的剝蝕提供豐富的物源，為鈾礦化的形成提供了有利的構(gòu)造條件［2］。

異常區(qū)構(gòu)造活動相對盆緣活動較弱，劇烈活動主要表現(xiàn)在前中生代，中新代趨于平靜，具體表現(xiàn)為這些斷裂切穿前中生界，中新生界無明顯錯(cuò)動（圖11）。異常區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東向及近東西向?yàn)橹黧w，北西向斷裂次之（圖10），這些斷裂對基底起伏、蓋層沉積起著控制作用，同時(shí)也是油氣及深部流體運(yùn)移的良好通道，如推斷解釋的F1、F2、F3、F4、F5等斷裂為不同構(gòu)造單元分界線，F(xiàn)11、F12、F14、F16等為儲油構(gòu)造及深部流體運(yùn)移的良好通道［11］。

燕山晚期為庫車坳陷與沙雅隆起填平補(bǔ)齊階段，喜馬拉雅期（中更新世）異常區(qū)以北的庫車凹陷整體抬升，與異常區(qū)形成了由北向南較為穩(wěn)定的斜坡沉積（圖11），從而為發(fā)育沖積扇、辮狀河、三角洲等有利相帶提供了有利的構(gòu)造條件，同時(shí)也為滲入型地下水的改造成礦作用奠定了較好的基礎(chǔ)。

圖11 塔里木盆地北部地層、構(gòu)造斷面示意圖（據(jù)石油地震剖面改編［12-13］）Fig.11 Schematic section of strata and structure in the northern Tarim Basin（based on the petroleum seismic profile［12-13］）

4.1.2 鈾源條件

異常區(qū)北部蝕源區(qū)廣泛分布中酸性火山巖、侵入巖及古生界硅質(zhì)含磷含鈾層，其鈾含量較高；本次在異常區(qū)周邊的物性參數(shù)測量結(jié)果表明：下二疊統(tǒng)的火山角礫、石英斑巖和安山玢巖、安山巖和石碳系凝灰?guī)r鈾含量大于6×10-6，新元古界片巖實(shí)測鈾含量為5×10-6；中酸性侵入巖鈾含量為（4.75～6.1）×10-6，這表明基底層位及中酸性侵入巖鈾含量較高，為沉積層蓋提供了充足的鈾源；中-新生界整體鈾含量較高；鈾含量一般大于3.3 ×10-6，特別是吉迪克組泥巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖鈾含量可達(dá)10.5×10-6，古近系庫姆格列木群含礫砂巖鈾含量可達(dá)5.42×10-6，下白堊統(tǒng)泥巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖鈾含量可達(dá)4.7×10-6，中侏羅統(tǒng)的薄煤層可達(dá)5.3×10-6。這些表明中-新生界本身含鈾豐富，是主要的富鈾層位，不同地段鈾含量變化較大，層位鈾活化遷移較好。

總之，異常區(qū)以北的蝕源區(qū)老地層和巖體均能為異常區(qū)提供較好的鈾源條件、異常區(qū)中、新生界層位本身含鈾較高，且鈾活化運(yùn)移特征較明顯，有利于鈾的富集成礦。

4.1.3 水文地質(zhì)條件

上新統(tǒng)庫車組-上三疊統(tǒng)哈拉哈塘組的含水巖性以黃褐、黃灰、灰色礫巖、砂礫巖、砂巖與泥巖不等厚互層，由北向南巖石粒度變細(xì)，單層厚度一般為20～80 m，具西厚東薄特征，泥質(zhì)、弱鈣質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，疏松、較疏松，水解作用強(qiáng)烈，頂、底板隔水層為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥質(zhì)、泥巖。隔水頂、底板厚度多大于10 m，在異常區(qū)具有較穩(wěn)定的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)。區(qū)域上穩(wěn)定，與上、下含水層的水力聯(lián)系較小。

異常區(qū)北側(cè)天山一帶終年積雪，在盆緣一帶構(gòu)造發(fā)育，目的層產(chǎn)狀陡，直接出露地表，有利于地表水的補(bǔ)給；從盆緣至塔里木河（約70 km）一帶中新生界發(fā)育，泥-砂-泥結(jié)構(gòu)完整，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，有利于含水層的徑流；塔里木河流域一帶是區(qū)域性的排泄區(qū)，異常分布在塔里木河以北徑排過度帶；上述特征表明異常一帶具有充足的含鈾含氧水補(bǔ)給，長距離的徑流區(qū)，有較好的局部及區(qū)域性的排泄區(qū)，故異常一帶具備由北向南完整的補(bǔ)-徑-排水動力條件。

4.1.4 還原條件

據(jù)資料表明［14］：塔里木盆地北部中新代地層還原條件較好，侏羅系至白堊系層位本身含有豐富的有機(jī)質(zhì)（炭屑）。另外，在油氣藏?cái)嗔鸦蛄严兑粠Т嬖谟蜌膺€原，在盆地北部油氣藏?cái)嗔鸦蛄严兑粠б娀揖G色透鏡體或不規(guī)則團(tuán)塊，局部見灰黑色油浸條帶或?yàn)r青細(xì)脈；含有機(jī)質(zhì)、油氣還原的地段鈾含量增高，這些都表明該區(qū)具備較好的還原條件。

輪南低凸起是塔里木盆地的油氣聚集區(qū)［13］，其基底發(fā)育了眾多斷層。油氣沿?cái)鄬由仙蔀檫€原劑，異常均分布在油氣田分布區(qū)，異常區(qū)分布有F11、F12、F14、F15等斷裂，為基底儲油斷裂，這些斷裂在地震剖面上新生界無明顯的錯(cuò)動，但斷裂構(gòu)造在喜山期受南北向擠壓、拉伸等作用，可能在這些斷裂一帶新生界發(fā)育裂隙，油氣沿裂隙向上逸散可形成較好的局部還原障。

4.2 深部找礦層位分析

異常區(qū)鈾礦勘查工作幾乎為空白，沒有已知鈾礦床及鈾礦化線索，盆地北緣鈾礦勘查成果表明：自三疊系到新近系，多數(shù)地層發(fā)育砂體且具備穩(wěn)定的“泥-砂-泥（煤）”結(jié)構(gòu)，以河流相-三角洲相為主，其中富鈾層位有上新統(tǒng)庫車組、中新統(tǒng)吉迪克組、下白堊統(tǒng)亞格列木組和巴西蓋組、中侏羅統(tǒng)克孜勒努爾組、陽霞組、上三疊統(tǒng)哈拉哈塘組［14］；這些層位在異常區(qū)北側(cè)盆緣一帶已發(fā)現(xiàn)多個(gè)鈾礦床（點(diǎn)），同時(shí)也是異常區(qū)內(nèi)主要的找礦目的層。

異常區(qū)位于沙雅隆起輪南低凸一帶，該帶為古生代的隆起區(qū)，晚三疊世至早白堊世總體為抬升階段［14］，特別是侏羅世以抬升剝蝕為主，僅在低洼地段零星沉積，厚度小于100 m。

新近系吉迪克組厚度約400 m，庫車組厚度約3 000 m，以三角洲相為主，地層具備較好的泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，砂體厚度在20～50 m，個(gè)別大于80 m。前人在異常區(qū)北側(cè)庫車組、吉迪克組發(fā)現(xiàn)眾多鈾礦化，礦化類型以砂巖型為主；石油自然γ 測井在新近系中、下部出現(xiàn)明顯異常，幅值一般60～90 API，局部地段大于150 API；異常區(qū)東側(cè)草2 井-草6 井連井剖面曲線［15］（圖12）也有相似的反應(yīng)。表明異常區(qū)含鈾含水層最有可能分布于新近系庫車組、吉迪克組中。

圖12 草2 井-蔚犁1 井連井剖面圖［15］Fig.12 The cross section of well Cao No.2 and well Weili No.1

下白堊統(tǒng)亞格列木組和巴西蓋組在該區(qū)沉積厚度在200～400 m，埋深大于3 500 m 為一套河流-三角洲相沉積，巖性為由細(xì)礫巖、含礫砂巖、砂巖與綠灰、灰黑色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥頁巖及煤層和煤線組成，區(qū)域上分布穩(wěn)定，與上、下含水層的水力聯(lián)系較小，具備較好砂巖型鈾成礦環(huán)境，石油自然γ 測井局部也有異常顯示。

侏羅系（J）石油自然γ 測井曲線γ 幅值整體較高，呈多處尖峰，最高達(dá)230 API。砂巖層自然γ 測井值一般為60～90 API（沙88 井）［16］。但航放異常區(qū)分布零星，一般小于100 m，埋深大于3 800 m，找礦意義不大。

三疊系（T）分布穩(wěn)定，厚度100～300 m，埋深大于3 800 m，為河流相、三角洲相和湖泊相［17］。石油自然γ 測井曲線呈多處尖峰，最高達(dá)200 API，有一定的找礦意義。

區(qū)域上古生界含磷含鈾層分布廣泛，層位穩(wěn)定，目前收集的γ 測井資料該層幾乎均有較好的異常顯示，其幅值在40～120 API，局部大于150 API，表明該層含鈾性好，但含磷含鈾的活化、遷移富集能力差，加之埋深一般大于4 000 m，其找礦意義不大。

綜上所述，異常分布區(qū)新近系庫車組和吉迪克組最為發(fā)育，厚度大，泥砂泥結(jié)構(gòu)完好，受構(gòu)造活動影響較小，地層連續(xù)性好，各層間具備完整的水動力系統(tǒng)，砂（層）體中的地下水有較好的承壓性（石油鉆孔揭露該層位中含水層均有較好自噴特征）；該層位在自然γ 測井曲線中有明顯增高或異常，在異常區(qū)北側(cè)前人發(fā)現(xiàn)了多個(gè)鈾礦床或礦點(diǎn)，初步認(rèn)為異常一帶含鈾含水層分布于新近系，含鈾含水層最有可能在新近系吉迪克組和庫車組中，也不排除白堊系、三疊系等層位。

5 結(jié)論

1）沙雅隆起與油氣開采有關(guān)的航放異常具備較好鈾礦找礦潛力，儲油層與含鈾層并非是同一層，含鈾層分布在儲油層之上，含鈾層分布范圍廣，鈾含量高。

2）利用航磁、航放、重力、遙感等解釋信息為基礎(chǔ)，結(jié)合砂巖型鈾成礦理論對異常區(qū)的成礦條件進(jìn)行分析，表明異常一帶具備較好的砂巖型鈾成礦環(huán)境，具有較好的鈾找礦潛力

3）結(jié)合區(qū)域鈾成礦特征及石油自然γ 測井資料，初步分析表明異常一帶含鈾含水層分布于新近系，最有可能是新近系庫車組或吉迪克組中。

4）在大型盆地內(nèi)部采用航空磁法測量、航空γ 能譜測量、地面放射性測量、遙感等方法進(jìn)行調(diào)查，能快速提供鈾找礦線索及指明找礦方向。

致謝：文章寫作過程中受到諸多學(xué)者成礦觀點(diǎn)和認(rèn)識的啟發(fā)，得到過李懷淵、全旭東研究員的寶貴指導(dǎo)，以及項(xiàng)目組成員的大力支持，在此一并表示感謝！