彭陽地區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，昆明 650093；2.中國地質科學院地質研究所，北京 100037；3.南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)，廣州 511458；4.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，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]。彭陽地區位于鄂爾多斯盆地西南緣，鄂爾多斯盆地被認為是北方砂巖型鈾礦的重要找礦區域[2]。繼2009年在其北東緣——東勝地區發現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，是當時發現的最大規模砂巖型鈾礦。其后在其南部店頭地區也發現一個規模可觀的同類型鈾礦，并于2017年其西南部地區發現多處放射性異常，相關的鉆孔資料有大量不同程度的鈾礦化情況響應[3-5]，隨后即在該地區成立了國家重點研發項目。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，而且只能大范圍預測砂巖型鈾礦的可能存在區域，無法做到精細具體分析[6]，大多主要是根據常規的反射地震、結合重力資料和電測法資料來刻畫其部分相關特征。本文主要是基于疊后的二維地震數據體，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反演的手段分析研究區砂巖型鈾礦含有儲層的分布特征，以期達到利用反射地震資料探測砂巖型鈾礦的目的。

1 區域地質條件

砂巖型鈾礦的富集需要呈層狀的斜坡地形構造或者一定程度的斷層因素、合適的斷裂條件等構造地質條件，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，完整的補給區—徑流區—排泄區等水文地質條件。其中完整的水文地質條件和相應的構造地質條件促進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移。

彭陽地區坐落在鄂爾多斯盆地西南緣，天環凹陷南部，西緣沖斷帶東側，東靠伊陜斜坡[11]。結晶基底是太古生界及古元古界的變質巖體系，這一基底體系為鈾礦的富集貢獻了豐富的鈾源，區域內復雜多變的構造保障了鈾元素的運移，油、氣、水等物質營造了富集需要的氧化還原環境。連續沉積的三疊系地層，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境[12-14]，綜上，說明研究區的地質條件對富集鈾礦是十分有利的。

根據鉆孔情況：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)粒砂巖為主，巖石普遍滲透性較好。區域沉積背景分析：富集主要層位為洛河組，在盆地中南部沉積環境總體以沙漠相為主[15-17]，巖性以細粒長石石英砂巖為主，雜基含量少，單層厚度大，累計砂巖厚120～170 m，發育巨型交錯層理和板狀層理。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、不同地層中傳播時會有不同的反射和折射效果，從而產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，提取數據體中關于地震波的相關特征參數值[18]。本文為了避免單一屬性的局限性，即根據屬性優選原則，最終分別通過對瞬時振幅、瞬時頻率等相關屬性的提取，分析了解地層信息。

一般來說，實際地震道f(t)可以表示成以時間為變量的振幅和相位的相關函數：

f(t)=A(t)sinθ

(1)

而正交道可以表示為：

h(t)=A(t)sinθ

(2)

因此，復地震道可表示為：

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)表示反射強度，θ(t)表示瞬時相位，ω(t)表示瞬時頻率。如果實際地震道f(t)已知，那么正交道可以由實際地震道希爾伯特變換求出來，進一步求出A(t)(反射強度)θ(t)(瞬時相位)，再由ω(t)=dθ(t)/dt獲得瞬時頻率。

2.1 瞬時振幅

瞬時振幅響應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相關，也稱作反射強度，振幅包絡。其多被用作振幅異常的品質分析，用來識別斷層、河道、地下異常體等[18]，從復合波中分辨厚層反射。

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

圖2根據過H095685測線地震振幅包絡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“抖動現象”，推測該特征與風成沙地質條件符合，砂巖的瞬時振幅強度會比泥巖的瞬時振幅強度強，所以伽瑪測井曲線的異常值對應剖面中振幅較強的地層，在異常區的上下地層同相軸平坦、連續性強，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地震振幅包絡剖面Fig.1 H095731 seismic amplitude envelope section

圖2 H095685地震振幅包絡剖面Fig.2 H095685 seismic amplitude envelope section

2.2 瞬時頻率

瞬時頻率反應的特征是指地震同相軸的有效頻率吸收效應及裂縫影響和儲層厚度的信息。當地震波通過孔隙、裂縫型地層時，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測線的地震瞬時頻率剖面，通常在砂巖中表現為高頻信息，泥巖層位中頻率會表現出相對低頻。剖面中頻率變化幅度較大，低頻與高頻交錯分布，這種現象符合研究區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，有差異是因為砂巖的巖性不同，上部主要是巖性粒度較大、孔隙度發育較好的粗砂—中砂夾雜部分礫巖的砂巖，下部分布有巖性粒度較大的細砂巖。

圖3 H105781瞬時頻率剖面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測井及地震資料建立初始模型，根據模型與實際地層的符合程度進行的反演手段。

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弱“抖動”甚至斷續的現象，這與研究區目標層位是礫巖和粗砂巖的風成沙的地質現象符合，是砂巖型鈾礦富集的有利目標層位，頂、底部具備較厚的連續地層，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，顯示了該區域白堊系地層砂泥巖互層現象突出，并且砂巖粒度差異大，粗砂巖和細砂巖分布明顯，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明顯，其伽馬異常區屬于洛河組地層，洛河組的風成沙現象在剖面中也有所顯示，伽馬異常區的地震波阻抗反演剖面有明顯的局部起伏現象，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。

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

3 結論

通過對研究區反射地震資料的處理，對目標層進行屬性分析，并結合井資料、地質資料進行局部波阻抗反演剖面分析，獲得了以下認識：

瞬時振幅剖面和瞬時頻率剖面中強振幅、中低頻的屬性特征對應高伽馬異常值，該地層砂泥巖發育，結合測井資料分析應該是砂巖型鈾礦有利富集區。

伽瑪異常值對應在地層有“弱—強—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出了上下“輕微抖動”的分布特征，這與研究區內部白堊系洛河組地層中砂體屬于風成砂且上下圍巖為泥巖的沉積特征相對應。

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

綜合來看，研究區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測的重要方法。