準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組沉積特征及砂巖型鈾礦成礦前景

賀 鋒,何 松,何中波,賈 翠,張字龍

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)二一六大隊(duì)，烏魯木齊 830011）

我國(guó)北方中新生代沉積盆地新層位、新地區(qū)和新類型鈾礦仍具有巨大的找礦潛力和找礦空間，是砂巖鈾礦資源大幅增長(zhǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)［1-2］。準(zhǔn)噶爾盆地是典型的多能源沉積盆地，盆地鈾礦“三新”找礦方面已在卡姆斯特地區(qū)取得了重大突破，另外還有很多新區(qū)、新層位值得去探索。車排子凸起春光油田的油氣資源勘探已經(jīng)取得重大突破，在沙灣組已經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和開(kāi)采了一批大小不等的巖性油藏［3-4］。車排子凸起砂巖型鈾礦勘查程度低，其成礦前景不明。盆地中砂巖型鈾成礦與油氣關(guān)系密切［5］，前人在車排子凸起石油鉆孔測(cè)井中發(fā)現(xiàn)了高異常的自然伽馬，異常主要分布在新近系沙灣組的砂礫巖、含礫粗砂巖中［6-7］。車排子凸起不僅是油氣有利勘查區(qū)，也是砂巖型鈾礦的勘查有利地區(qū)，其砂巖型鈾成礦前景值得進(jìn)一步分析和研究。

準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起春光地區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)多，三維地震資料覆蓋全區(qū)，為該區(qū)的砂巖型鈾礦成礦前景分析奠定了良好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)和地震資料綜合分析，明確了車排子凸起沙灣組構(gòu)造特征、巖性、砂體和沉積相特征，總結(jié)了鉆孔中自然伽馬測(cè)井異常特征和分布范圍，綜合分析了該區(qū)砂巖型鈾成礦前景，為準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦勘查提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 研究區(qū)概況

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，研究區(qū)面積約406 km2，在區(qū)劃上屬于新疆烏蘇市境內(nèi)西北約68 km處的車排子鎮(zhèn)［8］。車排子凸起呈倒三角形狀，北部為扎伊爾山，西南部為四棵樹(shù)凹陷，東部為紅車斷裂帶和昌吉凹陷［9-10］（圖1a）。區(qū)內(nèi)缺失二疊系、三疊系，侏羅系在局部有殘存，主要發(fā)育白堊系、古近系、新近系和第四系沉積建造，超覆在石炭系凝灰?guī)r與變質(zhì)巖基底之上［11-12］。沙灣組在縱向上可劃分為沙灣組一段、沙灣組二段和沙灣組三段（圖1b），地層分布具有南厚北薄的特點(diǎn)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起造位置圖（a）和沙灣組柱狀圖（b）（據(jù)參考文獻(xiàn)［10-12］，有修改）Fig.1 Structure location map of Chepaizi uplift（a）and stratagraphic column of Shawan Formation（b），Junggar Basin（Modified after References［10-12］）

1.2 構(gòu)造特征

車排子凸起為單一向南傾的大型斜坡構(gòu)造，構(gòu)造較緩，地層傾角2°左右（圖2）。車排子凸起沉積蓋層構(gòu)造簡(jiǎn)單，沙灣組整體向西或西北方向超覆、減薄、尖滅。沙灣組各段構(gòu)造繼承性好，該區(qū)無(wú)明顯構(gòu)造帶，但受區(qū)內(nèi)發(fā)育的幾組斷裂控制，在不同構(gòu)造層形成局部小型斷鼻、斷塊等構(gòu)造類型的圈閉。斷裂發(fā)育較少、規(guī)模較小，且多為正斷層，只在車排子凸起的東部紅車斷裂帶發(fā)育規(guī)模較大的逆斷層。車排子凸起斷層產(chǎn)狀較陡，斷距一般僅10～55 m，且延伸短，平面延伸距離短，一般為1～5 km。斷裂走向以近EW和NW向?yàn)橹?，NE向次之。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起地震構(gòu)造剖面圖（構(gòu)造位置見(jiàn)圖1）Fig.2 Sesmic section and interpreted structure of Chepaizi uplift，Junggar Basin（Structure location is shown in Fig.1）

中晚二疊世至早三疊世初，紅車斷裂帶發(fā)育，車排子凸起初始形成；中晚三疊世-早侏羅世，車排子凸起處于大面積剝蝕狀態(tài)，沉積了較厚的中上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)；至中晚侏羅世，車排子凸起再次隆升，大面積遭受剝蝕，三疊系-侏羅系僅在部分地區(qū)殘存；白堊系沉積時(shí)期，車排子凸起仍然具有東西向展布古隆起形態(tài)；在喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，盆地大規(guī)模區(qū)域性地向南掀斜，沉積了新近系獨(dú)山子組、塔西河組及沙灣組和第四系西域組［13-14］。區(qū)內(nèi)沙灣組各段、各砂組大面積分布，向高部位超覆。其中沙灣組一段整體向東南傾伏，構(gòu)造高點(diǎn)在研究區(qū)西北部P22井附近，沙灣組二段和沙灣組三段傾向發(fā)生變化，地層整體南傾，構(gòu)造高點(diǎn)在研究區(qū)西北部P204井附近。

2 沙灣組沉積特征

2.1 巖性特征

沙灣組一段西北厚東南薄，地層厚度20～125 m，為區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦主要的目標(biāo)層位，巖性以灰色、灰褐色砂礫巖、含礫粗砂巖、粉砂巖與薄層灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖互層為主，下部普遍發(fā)育一套巨厚層褐灰色、灰色砂礫巖和含礫粗砂巖［14-15］，砂體最厚可達(dá)40 m，頂部普遍發(fā)育厚層的紫紅色、灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖，厚度4～10 m（圖3）。沙灣組二段南厚北薄，厚度50～140 m，泥巖較為發(fā)育，中部發(fā)育巨厚層棕紅色泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，南部發(fā)育灰色泥巖與細(xì)砂巖不等厚互層［14-15］。沙灣組一段和沙灣組二段為車排子凸起的主要油氣儲(chǔ)層，電性特征相似，砂巖視電阻率曲線多為負(fù)向特征，曲線形態(tài)呈指狀、鐘形、箱形。砂巖密度測(cè)井值低于泥巖，砂巖密度為2.1～2.2 g/cm3，泥巖密度一般為2.3～2.5 g/cm3；補(bǔ)償中子測(cè)井曲線值一般為20%～50%，砂巖明顯低于泥巖，反映砂巖較疏松。沙灣組三段南厚北薄，厚度40～95 m，北部發(fā)育一套巨厚層雜色砂礫巖、含礫砂巖夾中厚層雜色泥巖，南部主要發(fā)育灰色、棕紅色厚層泥巖［14-15］，泥巖最厚可達(dá)40 m。砂礫巖視電阻率曲線呈齒化箱狀，砂礫巖密度測(cè)井值一般為2.4 g/cm3左右，補(bǔ)償中子測(cè)井曲線值為15%～35%。

2.2 沉積特征

車排子凸起沙灣組主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河-辮狀河三角洲、灘壩-湖泊、沖積扇-沖積平 原 四 種沉積體系 類 型（圖3）［3，12，14］。沙灣組一段以辮狀河-辮狀河三角洲沉積為主，物源來(lái)自北東、北西兩個(gè)方向，其中北東向?yàn)橹饕镌捶较颍?6-17］。沙灣組一段1砂組主要形成于湖盆的萎縮階段，以辮狀河沉積為主（圖4a）；沙灣組一段2砂組沉積期湖盆面積擴(kuò)大，沉積類型以辮狀河三角洲-濱淺湖沉積為主；沙灣組一段3砂組時(shí)期，湖盆萎縮水位下降，物源供給充足，發(fā)育進(jìn)積型辮狀河三角洲與濱淺湖沉積組合；沙灣組一段4砂組湖盆水體有所下降，沉積特征與3砂組類似。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組沉積剖面圖（構(gòu)造位置見(jiàn)圖1）Fig. 3 Sedimentary profile of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin（Structure location is shown in Fig.1）

沙灣組二段傾向變?yōu)槟蟽A，沙灣組二段5砂組沉積時(shí)期，湖平面逐漸上升直至接近最大湖侵面，西北部發(fā)育扇三角洲沉積，中部沿北東-西南走向發(fā)育厚層的泥巖段，屬于濱淺湖泥巖沉積［16-17］，東南部發(fā)育大面積席狀薄層砂巖，與泥巖互層，發(fā)育砂巖透鏡體，屬于濱淺湖灘壩沉積（圖4b）。其中灘砂分布范圍較廣，主要以灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖組成，單層厚度較薄，一般小于2 m；壩砂分布范圍較小，厚度較灘砂大，主要以含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主，是油氣成藏的良好儲(chǔ)層。沙灣組二段6砂組繼承了5砂組的沉積格局，湖盆逐漸萎縮，西北物源供給較5砂組充足部，扇三角洲前緣向南進(jìn)積，灘壩沉積范圍減小。沙灣組二段7砂組沉積期湖水大面積萎縮，發(fā)育一套沖積扇-沖積平原-濱淺湖的沉積組合。沙灣組三段整體南傾，沉積類型與沙灣組二段7砂組相似，巖性較7砂組粗，湖盆進(jìn)一步萎縮，沖積扇向南進(jìn)積。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組一段1砂組（a）和沙灣組二段5砂組（b）沉積相圖Fig.4 Sedimentary facies of 1st sand-zone in the first member（a）and 5th sand-zone in the secend member（b）of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin

2.3 砂體特征

春光地區(qū)沙灣組一段1砂組大面積發(fā)育辮狀河道砂體，砂體厚度20～45 m，單層厚度大，偶見(jiàn)泥巖薄夾層，南部單層砂巖厚度可達(dá)40 m以上（圖5a）。砂體巖性較粗，多含礫巖，橫向連通性好。含砂率一般為70%～95%，孔隙度一般為22%～34%，滲透率一般為100～2000×10-3μm2，為中高-高孔—高滲型砂體。沙灣組一段2砂組、3砂組和4砂組中部發(fā)育濱淺湖泥巖為主，東南部主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣砂體，砂體厚度10～25 m，單層厚度最厚可達(dá)15 m，含砂率一般為45%～80%，孔隙度一般為22%～36%，滲透率一般為130～1600×10-3μm2，也為中高-高孔—高滲型砂體。

沙灣組二段5砂組和6砂組砂體整體發(fā)育湖相泥巖，砂體規(guī)模較小。西北部發(fā)育扇三角洲砂體，砂體厚度8～14 m，單層厚度4～6 m，砂體以含礫細(xì)砂巖為主，含砂率一般為30%～60%；東南部發(fā)育薄層灘壩相砂體，砂體以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，砂體厚度2～20 m，單層厚度2～3 m，含砂率一般為10%～40%（圖5b）。灘壩砂體受波浪改造，孔隙度為18%～44%，滲透率為150～2000×10-3μm2，為高孔—高滲型砂體。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組一段1砂組（a）和沙灣組二段5砂組（b）砂巖厚度圖Fig.5 Thickness contour map of 1st sand-zone in the first member（a）and 5th sand-zone in the secend member（b）of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin

沙灣組二段7砂組和沙灣組三段西北部主要發(fā)育沖積扇砂體，巖性以雜色礫巖、砂礫巖為主，巖性分選磨圓度差，儲(chǔ)層物性較差，孔隙度，一般為4%～10%，滲透率一般為0.4～200×10-3μm2。西北部砂巖厚度10～25 m，含砂率在50%～90%之間，含砂率等值圖顯示北高南低的趨勢(shì)，逐漸過(guò)渡為沖積平原厚層泥巖夾薄層砂沉積。

3 沙灣組伽馬異常特征

在前人基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的鉆孔伽馬測(cè)井資料分析，明確了車排子凸起沙灣組的伽馬異常特征。目前已發(fā)現(xiàn)15個(gè)鉆孔發(fā)育伽馬異常，呈南西-北東走向，位于車排子凸起的中部和西北部（表1和圖6）。伽馬異常發(fā)育井段一般在340～1300 m，異常厚度1.5～14.5 m，平均4.3 m。伽馬異常段主要位于沙灣組一段1、2、3、4砂組中，異常段巖性為淺灰色、灰色、灰褐色、淺棕色砂礫巖、含礫粗砂巖、含礫細(xì)砂巖和礫質(zhì)砂巖以及少量異常發(fā)育在紫紅色泥質(zhì)粉砂巖（表1）。伽馬異常值一般在300～1500 API，伽馬異常是本底值的3～23倍。如圖6所示，春17-1、春21井和P27井伽馬曲線井段深度808～812.9 m、904.7～908 m和1388.7～1392.1 m，異常厚度分別為4.9、3.3和3.4 m，伽馬異常分別是本底值的18、18和23倍。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組伽馬曲線異常特征和鉆孔分布圖Fig.6 Anomaly characteristics of gamma curve and the distribution of anomaly borehole in Chepaizi uplift，Junggar Basin

表1 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起伽馬測(cè)井異常統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of gamma anomaly in Chepaizi uplift,Junggar Basin

4 砂巖型鈾礦成礦前景

車排子凸起為向南傾的大型緩坡帶，構(gòu)造簡(jiǎn)單，繼承性發(fā)育，為有利的鈾成礦構(gòu)造帶，砂巖型鈾成礦構(gòu)造條件有利。沙灣組超覆在石炭系凝灰?guī)r和變質(zhì)巖基底上，與古近系和石炭系呈不整合接觸。新近系沙灣組主要發(fā)育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、扇三角洲和濱淺湖灘壩砂體。沙灣組三段沖積扇砂體巖性以深灰色、灰色和雜色砂礫巖為主，粒度粗、成熟度低、圓度不好、分選較差、滲透性差。沙灣組二段濱淺湖灘壩相砂體巖性以細(xì)砂巖和泥質(zhì)砂巖沉積為主，單層厚度薄，砂體規(guī)模較小，滲透性好，砂體獨(dú)立分布，連通性比較差。沙灣組二段扇三角洲砂體發(fā)育在研究區(qū)西北部，分布范圍小。沙灣組一段為砂巖型鈾礦主要的目標(biāo)層位，大面積發(fā)育辮狀河和辮狀河三角洲砂體，砂體單層厚度大，分選好，滲透性好，發(fā)育高孔高滲帶，西北部埋深變淺，是鈾成礦的有利砂體。

車排子凸起沙灣組的伽馬曲線異常段發(fā)育在沙灣組一段，埋深在340～1300 m，異常平均厚度4.3 m，異常值一般在300～1500 API，伽馬異常是本底值的3～23倍。前人對(duì)車排子凸起部分鉆孔也做過(guò)自然伽馬能譜測(cè)井分析，沙灣組一段最大鈾含量可達(dá)113.3×10-6，鈾平均含量3.24×10-6［19］。春17井861～868 m是鈾含量高引起的高伽馬砂體，在自然伽馬能譜測(cè)井曲線上顯示為高伽馬，高U，低K和Th值［19］。鈾砂位于稠油上部，與稠油在縱向上呈上下疊置關(guān)系［18］。核工業(yè)二一六大隊(duì)在沙灣組灰綠色鈣質(zhì)礫巖中也發(fā)現(xiàn)鈾偏高現(xiàn)象［7］，進(jìn)一步指示了車排子凸起沙灣組一段放射性異常。

車排子凸起為油氣運(yùn)移的正向構(gòu)造，含油氣流體在昌吉凹陷和四棵樹(shù)凹陷里生成，通過(guò)斷層、不整合面和沙灣組一段高孔高滲砂體進(jìn)行垂直和水平運(yùn)移，在有利的巖性圈閉或構(gòu)造圈閉成藏［13-14］。沙灣組油氣資源極為發(fā)育，可為砂巖型鈾礦提供豐富的還原物質(zhì)。含鈾含氧水主要通過(guò)辮狀河-辮狀河三角洲砂體和少量扇三角洲砂體向盆地內(nèi)部運(yùn)移，受油氣流體改造和還原，可在斜坡帶的某個(gè)有利部位形成鈾礦化（圖7），砂巖型鈾礦成礦前景較大。另外在古近系和白堊系也見(jiàn)到鈾異常［19］，部分鈾含量大于100×10-6，也是車排子凸起砂巖型鈾礦值得關(guān)注的潛在目標(biāo)層位。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起沙灣組砂巖型鈾礦成礦前景預(yù)測(cè)圖Fig.7 Prospect prediction of sandstone type uranium deposit in Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin

5 結(jié)論

1）車排子凸起為向南傾的大型緩坡帶，構(gòu)造簡(jiǎn)單，繼承性發(fā)育，沙灣組超覆在石炭系凝灰?guī)r和變質(zhì)巖基底上，鈾成礦構(gòu)造條件有利。

2）車排子凸起新近系沙灣組主要發(fā)育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、扇三角洲和濱淺湖灘壩砂體。沙灣組一段為區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦主要的目標(biāo)層位，廣泛發(fā)育辮狀河和辮狀河三角洲砂體，砂體單層厚度大，分選好，滲透性好，是鈾成礦的有利砂體。

3）車排子凸起沙灣組一段發(fā)育伽馬曲線異常，異常值一般在300～1500 API，伽馬異常是本底值的3～23倍，伽馬異常是鈾含量高引起的，指示了該區(qū)放射性異常。

4）含油氣流體通過(guò)正斷層、不整合面和沙灣組一段高孔高滲砂體，以水平和垂直方式運(yùn)移至車排子凸起，可為砂巖型鈾礦提供豐富的還原物質(zhì)。含鈾含氧水主要通過(guò)辮狀河-辮狀河三角洲砂體向盆地內(nèi)部運(yùn)移，受油氣流體還原，可在斜坡帶形成鈾礦化，具有較好的砂巖型鈾礦成礦前景。