基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究.pdf
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1、第 40 卷 第 3 期2024年 5月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.3May2024基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究刘鑫,姜山,高天栋,宁君,马树松(核工业二四三大队,内蒙古 赤峰 024000)摘要 砂岩型铀矿勘查队伍在进行铀矿勘查的过程中收集了大量勘查区内地震剖面,部分地震剖面中隐藏的地质信息未得到充分发掘,文章从地质、物探相结合的研究视角,依托历年铀矿勘查工作经验对收集的地震剖面进行综合分析和二次开发利用,提高地震资料利用率,进一步发挥地震资料在砂岩型铀矿勘查过程中的指导作用。在地震剖面中识别构造、沉积等要素,将各类要素投影至平
2、面图中进行叠合并筛选,进而确定铀成矿有利部位。该找矿预测方法综合反转与走滑构造预测成果、辫状河砂体预测成果、削截不整合预测成果、隆起构造预测成果、洼地预测成果,以岩性地化环境作为控制性指标,结合周围钻孔单孔、连孔信息,实现对铀成矿有利砂体的预测。文章提出松辽盆地南部坳陷期沉积地层处于右旋走滑构造背景下,走滑断裂的局部地区形成挤压应力场造成反转构造,进而形成了古隆起,这一过程同时伴生形成拉伸应力场,进而形成了深洼地,古隆起和深洼地之间过渡带形成一系列发育辫状河的山间河谷地形,应力场的转换形成一系列不整合界面和局部隆起构造,控制了铀矿化的具体位置,其能否最终形成富矿体取决于该具体位置是否处于氧化还
3、原的过渡带。文章预测了 13片外围铀成矿潜力较大且可供下一步钻探工程查证的砂体,预测结果与部分外围铀矿体位置一致,在其中两片有利砂体附近勘查发现两处铀矿产地。文中基于地震剖面中地质信息的找矿预测方法对铀矿找矿具有一定指导和借鉴意义。关键词 松辽盆地南部;铀矿找矿;地震剖面;成矿要素预测文章编号 1000-0658(2024)03-0522-18 中图分类号 P631 文献标志码 A近几年,地震勘探技术在地浸砂岩型铀矿勘探中开展了探索性研究,进一步提高了解决地浸砂岩型铀矿地质问题的能力,如利用三维地震精细解释技术查明 5 m 以上断距的断层;利用拟声波地震反演技术识别泥-砂-泥结构,分辨率可达
4、5 m;利用地震属性分析技术预测地浸砂岩型铀矿成矿有利区;利用叠前反演技术和岩石物理技术查明地层的物性参数分布和弹性参数分布等1。通过地震勘探方法来研究区域构造沉积特征、推断解释断裂构造等内容,可对研究区地质构造演化形成更准确的认识,对推进研究区铀矿勘查及钻探部署也具有重要的实际意义2,松辽盆地南部在油田探矿权内的三级构造单元已实现二维地震全覆盖,重点地区已实现三维地震全覆盖,地震勘查程度较高3,核工业系统自 2003 年起在铀矿勘查工作中引入浅层地震勘探,先后在鄂尔多斯盆地、伊犁盆地、二连盆地、松辽盆地南部等地区开展了相关研究,由于成本问题,工作量远少于石油系统4。地震是沉积型矿产勘查中最有
5、效的物探技术方法之一,前人应用三维地震精细解译的砂岩型铀矿控矿因素5,采用地震模拟及属性分析在松辽盆地宝龙山地区识别砂体6,利用三维地震勘探技术在松辽盆地 HLJ 铀矿床砂岩型铀矿勘查中圈定矿体位置7。目前利用地震技术进行找矿预测技术思路是先利用地震岩石属性反演技术解释出目标层的砂体,即利用采集的砂岩型铀矿地震勘探数据,结合电阻率、声波、DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.047刘鑫基金项目 中国核工业地质局项目“松辽盆地通辽-大庆地区铀矿资源调查评价与勘查”(编号:202212)资助。收稿日期 2023-10-30 改回日期 2024-01-02第一作者
6、 刘鑫(1990),男,内蒙古宁城县人,工程师,主要从事砂岩型铀矿勘查工作。E-mail:刘鑫,等:基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究第 3期密度等测井资料实施井震约束反演,提取出目标层位的砂体。然后,再利用 测井资料实施井震约束反演,提取放射性异常属性特征,最后,将提取的砂体信息与放射性异常信息叠合,从而筛选出在砂体内含有放射性异常的范围,预测出地浸砂岩型铀矿有利区1。目前地震针对砂岩型铀矿找矿的预测方法实用性有限,限制预测效果的关键原因是忽视地质科学原理。为了弥补这一不足,本文充分发挥地震清晰、准确揭露地质体结构和构造信息的技术优势,基于地震剖面中的地质信息,结
7、合区内铀成矿规律,创新找矿理论并首次建立了依据地震剖面进行找矿预测的技术方法,提高地质资料利用率,助力地震勘查技术在区内砂岩型铀矿勘查过程中发挥更大作用。1 区域地质背景松辽盆地南部处于华北板块与南蒙古板块之间,是晚三叠世盆地进入环太平洋构造域演化阶段形成的松辽汇水盆地的一部分。基地是前侏罗纪古亚洲洋构造域众多微板块、块体拼合而成的 复 合 陆 块,西 缘 大 兴 安 岭 大 面 积 出 露 晚 三 叠世早侏罗世花岗岩,东缘张广才岭同样大面积出露花岗岩,其中残留的张广才群主要为一套浅变质的火山-沉积岩。区内基底的构造环境整体表现为右旋走滑8。NENNE 向断裂分布最广,以盆地西缘的嫩江壳断裂、
8、中央的孙吴-双辽壳断 裂 以 及 盆 地 东 缘 的 依 兰-伊 通 壳 断 裂 规 模 最大、切割深、活动时间长,具有伸展和走滑的双重性质,断层控制了钱家店、陆家堡、龙湾统、保康、八仙筒等多个凹陷(图 1)。区内盖层为白垩系地层,下白垩统为断陷期沉积,上白垩统为坳陷期沉积,具有断-坳双层结构,发育多个完整的冲积扇-辫状河-曲流河-三角洲-湖泊陆相沉积周期,前人已在上白垩统姚家组下段辫状河砂体内发现多个铀矿床和矿产地,该层位也是区内主要找矿目的层9。图 1 研究区构造纲要图Fig.1 Structural outline map of the study area1盆地边界;2二级构造单元边界
9、;3三级构造单元边界;4逆断层;5正断层;6走滑断层;7测线;8研究区;9钱家店铀矿床;10市;11镇。晚白垩世沉积地层划分 6 个层序:S3-2(明水组)、S3-1(四方台组)、S2-4(嫩江组)、S2-3(姚家组)、S2-2(青山口组)、S2-1(泉头组),分别对应了凹陷沉降、湖泊萎缩、湖泊全盛、湖泊-河流扩张、湖泊全盛后急速水退和坳陷形成早期陆源沉积补给增加事件,其中 S2-2(青山口组)、S2-1(泉头组)构成 1 个超层序,S2-4(嫩江组)、S2-3(姚家组)构成 1个超层序,S3-2(明水组)、S3-1(四方台组)构成 1个 523铀 矿 地 质第 40 卷超层序,整个坳陷期层序
10、可以划分为 3个超层序,这3个超层序可在全盆地范围内对比3。2 砂岩型铀成矿模式及预测要素2.1 铀成矿模式区内铀矿体产出于姚家组下段辫状河相灰色砂体中,从地球化学环境与矿体空间组合特征角度认为铀矿体受完全层间氧化带前锋线(灰色砂体尖灭线)控制,具有层间渗入、层内潜水两种层间氧化作用及浅源渗入氧化成矿与深源渗出叠加改造成矿,据此构建了沉积-成岩预富集层间氧化主成矿持续氧化还原矿体再生长的铀成矿模式9(图 2)。图 2 松辽盆地南部铀成矿模式Fig.2 Uranium metallogenic model in the southern part of Songliao Basina沉积-成岩预
11、富集阶段;b层间氧化主成矿阶段;c持续氧化还原矿体再生长阶段。1上白垩统嫩江组;2上白垩统姚家组上段;3上白垩统姚家组下段;4早白垩世及晚白垩世早期地层;5石炭二叠系;6海西期花岗岩;7泥岩;8灰色砂体;9洪泛泥岩;10原生氧化带;11后生氧化带;12正断层;13逆断层;14黄铁矿化;15炭屑;16铀矿化体;17铀工业矿体;18还原性流体;19含铀含氧流体。2.2 铀成矿模式中的关键预测要素根据以上砂岩型铀成矿模式,研究人员认为控制成矿的关键要素是构造、砂体(沉积)、沉积不整合界面,地震剖面中可以清晰显示出断层和局部隆起构造,部分地震剖面中可以观察到厚层砂体的同向轴呈现蚯蚓状的弱-中等反射特征
12、,地震剖面可以较清晰识别出沉积不整合界面。2.2.1 构造要素区内主要的控矿构造有 3 个,分别为断层、隆起、洼地,断层走滑过程是隆起和洼地形成的根源,隆起和洼地在空间位置中彼此伴生,局部隆起与局部洼陷伴生,深洼区周边多伴生高隆起。1)断层同沉积断层 524刘鑫,等:基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究第 3期同沉积断层,也被称为同生断层,即一边发生断裂运动,一边发生沉积作用的断层,最主要特征之一是边断边沉积,两盘同一岩层的厚度突然变化,下降盘地层厚度明显大于上升盘的同一层位地层厚度,是识别同生断层与后生断层的根本标志10。同生断层多发育于断陷期地层内,坳陷期 地 层
13、 内 的 同 生 断 层 规 模 小,坳 陷 期 地 层 较 平稳,呈板状,断陷期地层起伏大,区内断层大多为同 沉 积 正 断 层,这 些 正 断 层 附 近 铀 矿 化 显 示 弱(表 1)。表 1 研究区内断层构造样式Table 1 Fault structure styles 反转构造类型同沉积断层上下皆正型反转断层上下皆逆型反转断层花状断层活动强度强弱强中等分布情况普遍普遍极稀有普遍分布位置凹陷边缘凹陷边缘古隆起凹陷内部找矿意义无一般重要一般断层地震响应特征 525铀 矿 地 质第 40 卷反转断层区内的反转断层构造稀少,多出现于宝龙山构造天窗附近,反转断层多为逆断层,与铀成矿关系密切
14、,是关键找矿标志之一。根据控陷断层的反转强度,可依次划分为上下皆正型、上逆下正型和上下皆逆型11(表 1)。上下皆正型反转断层是区内普遍的反转断层样式。早期的伸展正断层遭受后期挤压反转,但是逆冲位移量较小,未能抵消早期的正断位移量,即指示反转强度的零点位于同断陷期层序的顶部,断层的上盘发育显著的挤压背斜,断层依然保持正断位移,属于轻微反转构造,轻微反转构造对铀成矿指示意义较弱。上逆下正型反转断层是区内稀少的反转断层样式,以断陷层序参与了反转为特征,表现为指示反转强度的零点位于断陷层序内部,但是反转强度中等,断陷层序上部发生逆断,下部依然表现为正断,属于中等强度的反转构造,研究区内的上逆下正型反
15、转构造为坳陷层序上部发生逆断,下部依然表现为正断,具有 Y 型断层特征,属于中等反转构造,对铀成矿具有重要指示意义,钱家店铀矿床正位于该类型反转断层之上。上下皆逆型反转断层是盆地内极稀有的反转断层样式,与盆内古隆起相伴生,其后期反转逆冲量完全抵消甚至超过先存正断距的最大正断位移,反转强度的零点位于断陷层序的底部,断陷层序全部发生反转,在研究区内表现为坳陷层序全部发生逆断。该型反转构造属于强烈反转构造,对铀成矿具有重要指示意义。前人在伊犁盆地、鄂尔多斯盆地、二连盆地开展了诸多油气与铀矿成矿关系的研究,普遍认为油气对砂岩型铀矿成矿有着重要作用。断层,尤其是反转断层导致上升的油气扩散到渗透性较好的姚
16、家组砂岩层中,流体中的相平衡将被打破,形成强烈的局部还原障。表现为油气酸性蚀变(高岭土化)使氧化岩石褪色化,即二次还原的白色、灰白色。反转断层产生的根本原因是断层的走滑运动,研究人员以钱家店铀矿床及外围铀矿化点附近的反转构造为例予以说明。钱家店铀矿床附近的反转构造与西拉木伦大断裂和通辽-安广断裂有着密切关系(图 3)。西拉木伦大断裂是右旋走滑断裂,通辽-安广断裂是西拉木伦大断裂在右旋过程中形成的分支断裂,也具有右旋性质,两条断裂在右旋走滑的过程中,于两者中间构建裂谷,形成断陷沉积地层,这一时期,断裂处于右阶右旋走滑拉伸状态,形成一系列正断层与断块,西拉木伦大断裂与通辽-安广断裂的右旋走滑过程引
17、起盆地西、西北缘隆起抬升,进入晚白垩世的坳陷期层序时期,拉伸盆地继承断陷构造背景,处于拉伸状态,以上地质时期的构造演化均是西拉木伦断裂活动强度变化的产物,但是进入晚白垩世末期,受到盆地东缘隆起带的持续隆升作用影响,通辽-安广断裂东翼受到挤压,右旋转活动减弱,这一过程引起被夹持的盆地断块被挤压抬升,促进了沉积盖层中反转构造的形成。走滑断层走滑构造运动在盆地内普遍存在,在盆地坳陷期活动相对强烈,是凹陷和隆起形成的根本原因。断层不同部位在走滑过程处于拉伸和挤压周期变化的应力场之中,形成了局部反转构造。表现为断层两盘顺断层面走向相对位移,垂直移动强度较弱12。大型断裂(例如区内通辽-安广断裂)在走滑过
18、程中产生了斜张盆地(钱家店凹陷)和斜压盆地(通榆凹陷)(图 4)。在地震剖面中,花状断层是走滑断层的典型识别标志,断层两盘在断陷期主要以垂向运动为主,断层面单一,断层进入坳陷期,走滑运动强度显著增强,断层面受到侧向错动,分裂成多个断面,每个断面末端聚集在一起,在切面中像花朵一样,该断层被称为花状断层,根据断层分裂处地层隆起和凹陷又可进一步划分为正花状构造和负花状构造。走滑构造会引起断层两侧的基底岩性差异,例如某测线正花状断层两侧的 ZKL12-7 孔揭露基底岩性为花岗片麻岩,兴 37-9 孔揭露基底岩性为板岩,而兴 109-46钻孔基底岩性为碱长花岗岩。2)隆起笔者在对隆起部位某孔进行地质编录
19、的过程中发现,该孔岩心受到强烈构造挤压,导致原本水平的沉积地层被挤压成垂直的地层,在钻孔岩心中表现为一块岩石具有一半泥岩、一半砂岩垂直突变接触的特征,且砂岩中还完好保留了原本水平的交错纹层,这一构造甚至导致原本的水平纹层变为垂直纹层。该孔在地震剖面位于明显的隆起构造部位,通过进一步井震对比研究发现以往的某铀工业 526刘鑫,等:基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究第 3期矿孔同样位于隆起构造部位,而钱家店铀矿床在地震剖面中同样处于隆起构造之上(图 5)。隆起形成于沉积成岩之后,与深部断陷地层相邻,可能起到了导通深部还原性流体或油气的作用,导致地层内形成了地球化学障,局
20、部隆起构造也可能映射了地球深部的热流体,起到了促进铀成矿的作用。这样的盆内隆起构造十分稀少,对铀矿找矿具有非常明确的指向意义。3)洼地笔者对区内地震剖面中盆地硬岩基底与上覆沉积盖层接触面的深度信息进行了统计,结合历年来施工钻孔揭露基底的数据,获取了区内 1 500 个基底埋深数据点的信息,编制区内基底埋深等值线图。结果显示,在钱家店凹陷北部存在一个面积约64 km2的深洼地,该深洼地平面上呈扁球状,实际为深断陷区域,基底最大深度超过 3 000 m。这一洼地位于高林屯东南方,与架玛吐凸起紧密相连,由洼地向隆起方向,基底埋深由 3 000 m快速变为 200 m。目前发现的钱家店铀矿床 I-IV
21、 块、宝龙山铀矿床、大林铀矿床及周边宝林等铀矿产地,甚至一些比较好的铀矿化显示均沿深洼地边缘分布,其中在深洼地与古隆起的过渡部位铀矿化更明显(图 6)。2.2.2 岩相要素区内地震剖面在井震对比的基础上,可以清晰图 3 反转构造形成机制Fig.3 Diagram of the formation mechanism of inverted structures1下白垩统;2上白垩统;3新近系第四系;4右旋走滑断层;5左旋走滑断层;6正断层。图 4 通辽-安广断裂控制下钱家店凹陷和通榆凹陷形成机制Fig.4 The formation mechanism of Qianjiadian depre
22、ssion and Tongyu depression under the control of Tongliao-Anguang faulta通辽-安广走滑断裂形态;b钱家店凹陷和通榆凹陷形成机制。1盆地;2基底;3盆内盖层;4右旋走滑断层;5花状断层。527铀 矿 地 质第 40 卷图 5 地震剖面中的隆起构造与洼地构造Fig.5 Uplift and depression structures in seismic profiles1四方台组;2嫩江组;3姚家组上段;4姚家组下段;5青山口组;6青山口组底界面;7姚家组下段底界面;8姚家组上段底界面;9嫩江组底界面;10四方台组底界面;1
23、1新近系底界面;12正断层;13逆断层;14矿体。图 6 地震和钻孔信息综合解译的松辽盆地南部基底埋深等值线图Fig.6 Contour map of basement burial depth in the southern part of the Songliao Basin based on comprehensive interpretation of seismic and borehole information1基底埋深等值线及数值;2盆地边界;3断层;4铀矿床;5县;6镇。528刘鑫,等:基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究第 3期显示出各类岩相的分布
24、范围和形态特征,其中,冲积扇体在地震上往往表现为杂乱、空白、叠瓦反射,但是当冲积扇直接覆盖于基底之上,由于强烈的岩性差异造成一系列非常强烈反射同向轴。辫状河往往发育于冲积扇或基底之上,辫状河沉积环境形成的砂体是砂岩型铀矿的载矿砂体,通过地震剖面中同向轴的形态特征可以识别出目的层中辫状河砂体的分布情况。辫状河地震相的典型特征是河道顶界面的上超与河道底界面的削截特征,两者均形成小规模的不整合界面,例如区内姚家组下段(K2y1)辫状河砂体在地震剖面中普遍表现为这一地震相特征,同向轴削截现象普遍出现,而缺少顶超、下超等现象,出现这些特征的原因是辫状河河道改道频繁,多期河道叠置发育,河道水势变化频率大,
25、沉积与剥蚀交替出现,无法形成顶超与下超,每一个削截点都反映了微小的不整合界面,这是辫状河地震相的最典型特征13。与辫状河地震相不同,曲流河地震相表现为连续的强反射同向轴平行、近平行分布,几乎无削截现象,例如区内姚家组上段(K2y2)曲流河砂体在地震剖面中表现出的连续性较强的同向轴特征,局部会出现上超现象(表 2)。两者地震相差异的原因是岩相组合差异引起的,曲流河具有典型泥砂互层的稳定二元结构,多形成较大规模连续同向轴,辫状河不具有二元结构(图 7)。不同地质背景下的地震相与沉积相不具有对应关系,所以利用地震剖面识别沉积体必须结合区内地质背景和地学原理,例如在区内 D03 剖面中 Z14-1孔揭
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