紅柳泉地區砂巖型鈾礦成礦模式預測

盧 潮，于常青，錢 鵬，聶逢君，周 宇，談順佳

(1.東華理工大學地球物理與測控技術學院，330013，南昌；2.中國地質科學院地質研究所，100037，北京； 3.首鋼地質勘查院，100043，北京；4.東華理工大學地球科學學院，330013，南昌；5.中煤地質集團有限公司，100040，北京)

0 引言

紅柳泉地區位于柴達木盆地西南緣，柴達木擁有豐富的礦產資源，有著聚寶盆的美名[1]。早在20世紀就發現多個鈾礦點，但是由于當時認為其規模小，品位低并沒有獲得重視。近年來隨著水成鈾礦理論在柴達木盆地的調查，認為紅柳泉地區具有良好的鈾礦前景，由于青海油田已經在當地做過大量勘探的工作，擁有大量的淺部的地質與地球物理資料，并發現多處高伽馬異常層位疑似為鈾礦儲層[2-4]。在青海油田工作的基礎上，利用現有資料對紅柳泉地區淺層異常區做詳細的解釋，運用測井-地震聯合反演和參數反演刻畫了有利含鈾砂體的展布特征，結合地質資料分析了影響其成礦因素，推測研究區內的成礦模式圖。

1 地質概況

研究區位于柴達木盆地西南紅柳泉地區，是青海和新疆交接的地方。研究區海拔在2 900 m左右，地形較為平坦，研究區內礦產資源豐富，已探明石油、煤和多種金屬礦。

砂巖型鈾礦形成的條件比較苛刻，首先必須要有鈾源條件，主要來自鈾含量較高的花崗巖與鈾含量較高的變質巖等，其次研究區內還需要大量的砂巖作為鈾儲層，鈾礦還需要斷層和斷裂等構造為其創造出與油氣等還原物質的運移通道，一般情況下，鈾礦對古氣候條件也有要求，潮濕的條件更有利于鈾礦的遷移和富集。鈾礦的形成不是受單種因素影響，而是受多種因素共同制約[5-7]。

紅柳泉位于尕斯斷陷7個泉-紅柳泉斷鼻帶上的1個三級構造[8]。柴達木盆地內巖石鈾含量高，能為鈾成礦提供充足的鈾源。柴達木盆地蓋層沉積多為砂巖與泥巖互層，沉積相多為水相，有利于層間氧化帶發育，大量的砂巖為鈾提供了富集的場所，研究區內大量的斷裂構造也利于鈾礦還原。簡而言之，柴達木紅柳泉地區地質條件非常有利于鈾富集成礦[9-10]。

結合測井資料，研究區內的高伽馬異常層位主要為7個泉組下部與獅子溝組上部，7個泉組與獅子溝組都是受晚喜山運動構造影響，巖相分別為沖積扇與辮狀河三角洲平原相[11]。獅子溝組厚度約為400 m，巖性為棕灰色泥巖夾砂巖；7個泉組為第四系地層，總體厚度達800 m，上部分巖性為灰色泥巖，下部巖性為灰色泥巖與泥、砂巖互夾[12]。

2 地球物理資料分析

2.1 測井資料分析

研究區內由中石油青海油田實施的鉆孔很多，為方便本次研究，共收集了12口測井數據(分別為H105、H111、H112 H114、H115、H116、H117、H118、H119、H120、H34、H28)資料進行分析，鑒于篇幅限制，選取其中特征較為典型的H111、H112兩口測井進行分析表述如下。

圖1 研究區位置圖

從圖2的H111測井曲線分析可以看出，測井高伽馬的層位主要有兩段，上段位于第四系7個泉組地層下部，對應深度大致在550～650 m之間，下段位于獅子溝組地層頂部，對應深度大致在750～730 m之間。兩段高伽馬值異常處的測井波速、密度均出現明顯的增大，自然電位略有下降，電阻率輕微增大的特征，同時對比兩段伽馬異常層位可以發現7個泉組下部相對于獅子溝組上部的伽馬異常更為強烈，伽馬異常的厚度也遠遠大于后者。

圖2 H111測井曲線分析

圖3為H112測井曲線分析，由圖3中可以看出與H111井類似，圖2黑色方框內也顯示出兩段高伽馬異常層位，7個泉組下部(670～675 m)和獅子溝組上部(855～860 m)。H112井的伽馬異常為收集的測井資料中最強烈，7個泉組下部地層的伽馬異常最高可達1 200 API，獅子溝組上部的伽馬異常稍弱，但最高值也可達900 API。從圖2中可看出高伽馬異常層位測井的特征和H111井一樣表現出測井波速、密度出現明顯增大，自然電位略有下降，電阻率輕微增大的特征。

圖3 H112測井曲線分析

由圖3中分析可得，測區內高伽馬放射異常層為600～900 m，顯示為圖3中黑色方框位置，呈現出兩段式異常特征，對應7個泉下部和獅子溝上部地層。通過觀察高伽馬異常層的各種測井特征，自然電位低且聲波、密度和電阻率增大，而砂巖一般在測井中顯示為高波速、高密度、高電阻率以及低自然電位的特征，大致判斷出高伽馬異常層為砂巖。

2.2 地震資料分析

根據本區資料情況和屬性優選原則，對地震資料進行了瞬時振幅、瞬時頻率、瞬時相位做屬性提取，進而分析了解地層和有礦層信息，為下一步井震聯合反演打下基礎。從圖4 Inline368主測線瞬時振幅剖面過H111井的瞬時振幅特征分析剖面上可以看出砂巖和泥巖的分布范圍。對于同一層段的砂泥巖來說，砂巖的往往會強于泥巖的瞬時振幅。圖4中H111井顯示有伽馬異常的位置正好位于振幅較強的位置，顯示砂巖層位中可能富含較高的放射性鈾元素。同時可以看出在其上下地層明顯的能量差異，顯示為一種泥砂泥互層的特征，繼而推測可能為一層間氧化帶。從圖5 Inline368主測線瞬時頻率剖面圖中可以看出伽馬異常層位的瞬時頻率特征為中高頻率(深藍-淺藍色標)向中低頻率(淺藍—綠黃色標)過渡，表明該層段的孔隙較為發育。從圖6 Inline368主測線瞬時相位剖面瞬時相位特征分析剖面可以很好地看出構造的變化以及斷層的位置。如剖面上紅柳泉斷層的位置相對于未經處理的地震剖面形態更加清晰，同時斷層兩邊的層位對應關系更加明確。

圖4 主測線Inline368瞬時振幅剖面

圖5 主測線Inline368瞬時頻率剖面

2.3 地震層位標定及解釋

本次三維地震資料的構造層位解釋的關鍵之處在于工區內主要斷裂——紅柳泉斷裂以及斷裂兩側的地層對應情況的判斷。為了更好地解決以上2個問題，采取了斷層兩側測井層位標定控制地震剖面解釋的辦法。通過主測線剖面可以明顯地看出斷層為逆斷層，因此選擇位于斷層下盤位置的H120井，位于斷層上盤位置的H116、H111、H34井以及穿過斷層的H112井作“井”字型4條連井剖面，通過4條連井地震剖面的解釋從而控制全區地震資料的解釋。由于篇幅有限，僅以H120和H116連井地震剖面作展示。

圖7為H120和H116連井地震剖面(大致與主測線平行)的地層解釋，可以看出在測井層位標定(圖中N22、N23曲線)的控制下的地震剖面層位解釋能很好地勾畫出獅子溝組頂界面N23和上油砂山組頂界面N22在紅柳泉斷層兩側的形態特征，從而識別出地震剖面上獅子溝組及7個泉組的地層厚度以及地層展布形態。

圖7 H120和H116連井地震剖面解釋

結合測井層位標定對地震剖面的地層、構造解釋可以得知紅柳泉地區地層發育比較平緩。而位于紅柳泉斷層的兩側地層發生輕微傾斜，而其中又以斷層上盤即斷層東北方向的地層傾斜更加明顯。

3 測井-地震聯合反演

3.1 基本原理

基于模型的寬帶約束反演是一種井震聯合參數約束反演。這種反演方法結合地震、測井和地質資料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通過測井資料的校正得到合成地震記錄，再同實際的地震記錄對比[15]，效果不佳則修改初始模型的相關參數，直到擬合效果達到最佳，最后就提取了效果最好的地層波阻抗模型，流程如圖8所示。

圖8 主測線Inline368地震層位及構造解釋

圖9 基于模型寬帶約束反演處理流程圖

3.2 測井資料校正

測井曲線的編輯包括去野值、環境校正、曲線的時移、拉伸和壓縮子波的修改包括修改子波的長度、起跳時間、頻帶寬度及相位等。判別的準則是使合成地震道與原始地震道吻合得更好。子波的質量直接受測井曲線與地震匹配關系好壞的影響,因此子波的提取與測井曲線的編輯是相輔相成的,只有將二者不斷迭代進行才能得到一個好的子波[16]。

3.3 合成記錄制作

通過合成地震記錄制作，使測井資料與地質、地震資料更加緊密地結合，為下一步反演工作打好基礎。 選取了5口井(H111、H112、H116、H120、H34)制作合成地震記錄進行層位標定。

圖10 H111井合成地震記錄

圖11為5口測井合成記錄與地震記錄相關性系數品質圖，分析結果顯示對這5口井做的合成記錄與地震記錄的相關系數較高，綜合相關系數達到0.4。

圖11 測井合成地震記錄綜合分析圖

3.4 地質建模

通過對上文中對地震地層構造解釋結合測井資料制作的合成地震記錄，建立的地質模型如圖12。

圖12 地質模型圖

3.5 波阻抗反演

波阻抗反演是通過地震、測井和地質資料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通過測井資料的校正得到合成地震記錄，再同實際的地震記錄比較，效果不佳則修改初始模型的相關參數，直到擬合效果達到最佳，最后提取效果最好的地層波阻抗模型[13]。

3.5.1 波阻抗反演剖面 圖13為波阻抗反演連井剖面(過H115、H114、H112、H111井)，圖13中曲線為伽馬測井曲線。一般砂巖對應為高波阻抗，泥巖為低波阻抗。從圖13中可以看出高伽馬值對應的高波阻抗位置推測為含鈾砂巖，上下為低波阻抗的泥巖，表現出泥砂泥的結構。由圖14中可以看出位于紅柳泉斷層位置的波阻抗相對于下盤位置整體明顯偏弱，同時對應的下盤測井(H114、H115)伽馬異常也不如上盤位置測井(H111)伽馬異常強烈。

圖13 H115、H114、H112、H111波阻抗反演連井剖面

圖14為過H116、H111、H34波阻抗反演連井剖面，該剖面位于紅柳泉斷層上盤位置，大致為SE走向，由圖14中可以看出，測井高伽馬的深度對應的為兩層連續性較好的高波阻抗層位，顯示出明顯的測井高伽馬與地震反演高波阻抗相應的特征，即含鈾砂巖層的特征。同時由剖面中間的H111井位置處向兩邊(H116和H34)位置不管是伽馬異常值還是波阻抗值均呈現減弱的趨勢。

圖14 H116、H112、H105連井波阻抗反演剖面

3.5.2 波阻抗屬性切片 針對測井分析的研究區域測井高伽馬異常為兩段分布，截取對應的7個泉組下部和獅子溝組上部的2個地震層位的波阻抗屬性切片，如圖15和圖16，并借此反映這2個層位的砂體展布特征。通過對比2個層位的波阻抗屬性特征，可以發現，7個泉組底部呈現出大面積的高波阻抗區域，顯示出連續且較大范圍的砂體展布，在形態上以紅柳泉斷裂為界線呈現由西北向東南的扇狀分布。獅子溝組上部的的波阻抗普遍為中等偏弱，零星的散落一些高波抗區域，并且自西北向東南方向的波阻抗值有明顯增強的趨勢，并在其東南邊界部位有一小片較為連續且波阻抗較強區域，由此推測其東南方向外圍可能具有較為可觀的砂體分布。

圖15 7個泉組下部波阻抗屬性特征切片

圖16 獅子溝組上部波阻抗屬性特征切片

3.6 伽馬參數反演

在波阻抗反演的基礎上，利用測井伽馬曲線與聲波時差曲線相關性分析，對相關井進行伽馬參數反演[14]。

3.6.1 伽馬反演剖面 圖17為近似主測線方向(北東方向)的H115、H114、H112、H111連井伽馬參數反演剖面，從圖17中可以看出，伽馬異常區域受紅柳泉斷裂因數影響比較明顯，位于斷層東北方向的上盤位置，伽馬異常不僅異常幅值大且連續性較好，而對于斷層西南方向的伽馬異常比較分散且異常值較小。圖18為聯絡測線方向(南東方向)的H116、H111、H34連井伽馬參數反演剖面，可以看出由西北向東南伽馬異常值和伽馬異常連續性增強的趨勢。

圖17 近似主測線連井剖面(北東方向)

圖18 近似聯絡測線連井剖面(南東方向)

因此推測7個泉下部和獅子溝組上部縱向上有良好的泥砂泥互層現象，在橫向上砂巖層擁有較好的連續性，在構造上，紅柳泉斷層提供了還原物質運移的通道，符合層間氧化帶的基礎條件。 且由于受紅柳泉逆斷層的影響東北區域地層發生輕微向西北傾斜而西南區域的地層發育相對更加平緩，這也解釋了為何斷層東北區域顯現大面積的伽馬異常，而西南地區卻相對較弱。

3.6.2 伽馬屬性特征切片 通過對比7個泉組下部和獅子溝組上部的伽馬參數反演切片(圖19、圖20)，可以看出，測井顯示伽馬異常強烈的井(H111、H112、H116、H34、H28、H105)基本位于異常區內，伽馬異常形態與上述強波阻屬性切片基本一致，但異常范圍比波阻抗異常更為收斂，使得含鈾砂巖的展布空間得到更小范圍內的圈定。同時，伽馬異常受斷裂控制明顯，異常區域基本集中沿著斷層東北方向展布。7個泉組下部伽馬異常范圍比較集中，通過坐標計算大致估算其伽馬異常范圍面積為11 km2，獅子溝組上部伽馬異常比較分散，但目測其應該占到伽馬屬切片的1/4，即10 km2左右的面積。

圖19 7個泉組下部參數反演伽馬屬性特征切片

圖20 獅子溝組上部參數反演伽馬屬性特征切片

4 研究區成礦模式分析

通過上述成果分析研究區的砂巖型鈾礦的成礦模式，可總結其受下面3個因素影響。

1)斷裂：紅柳泉斷裂將深層路樂河組、下柴干溝組上段2個生油層，下柴干溝組下段儲油層與淺層7個泉組下部和獅子溝組上部地層相連接，提供了還原性物質運移通道。

2)層位：異常區對應為7個泉組下部與獅子溝組上部，深度為600～900 m，通過紅柳泉斷裂能夠接受地表含氧含鈾流體的滲入。而且地層產狀較為平緩，錄井資料顯示該層位砂泥互層特征明顯，有利形成層間氧化帶。

3)砂體分布：7個泉組下部和獅子溝組上部地層有較大范圍的連續砂體分布，提供了鈾還原富集的場所。

結合研究區內的地質情況和上述地球物理成果，最后得到研究區鈾礦成礦模式如圖21所示。

圖21 紅柳泉地區砂巖型鈾礦成礦模式圖

5 結論

通過對測區進行波阻抗反演、伽馬參數反演與成礦模式預測分析，獲得了以下認識：

1)研究區內出現放射異常砂體主要分布在7個泉組下部和獅子溝組上部，通過波阻抗反演和伽馬參數反演的數據切片可發現其中7個泉組下部的砂體分布更加廣泛，且鈾礦異常信息更加顯著，為本區域尋找砂巖型鈾礦的最有利層位。而獅子溝組上部的砂體有向東南延伸的趨勢，推測在研究區外圍可能具備更加可觀的含鈾砂巖層。

2)通過反演結果與地質資料預測了測區成礦模式圖，并且分析鈾成礦主要受斷層和斷裂帶的影響，且對應地層含有大量砂巖提供了鈾富集的場所。