浅层地震勘探在二连盆地红格尔地区铀矿勘查中的应用

乔 勇，吴 勇，王泽霞，沈靖帮

(核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002)



浅层地震勘探在二连盆地红格尔地区铀矿勘查中的应用

乔 勇，吴 勇，王泽霞，沈靖帮

(核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002)

以二连盆地红格尔地区砂岩型铀矿的勘测为例，介绍浅层地震勘探方法的数据采集、资料处理及解释。通过实际应用，了解了找矿目的层——下白垩统巴彦花群腾格尔组的分布情况，为钻探工程布置提供了依据，进一步证实了该方法在砂岩型铀矿勘查中的可行性和有效性。

浅层地震勘探；砂体；砂岩型铀矿

1 地震地质条件

勘查区位于红格尔北部早白垩世北东向展布的拗陷盆地中，大地构造位置隶属于内蒙古弧形构造带东翼东乌旗-二连复背斜的西端[1-2]。

基底：由古生界泥盆系、石炭系、二叠系组成，也广泛发育上侏罗统陆相火山岩系。

盖层：主要有下白垩统、古近系、新近系和第四系。

下白垩统(K1)分为2个组：

(1)阿尔善组(K1a)：位于下部，为山麓相快速堆积的碎屑岩建造，其岩性以红色砂岩、砾岩、粉砂岩为主，局部夹有基性火山岩。阿尔善组显示出近源沉积特征，沉积厚度大，水体浅，广泛发育冲积扇和扇三角洲体系，反映了盆地发育初期快速填平补齐的特点。

(2)腾格尔组(K1t)：位于中部，为河湖相建造，分上、下两个岩段。上岩段(K1t2)主要为黄褐色、灰褐色砂砾岩、砾岩与薄层泥岩呈不等厚互层；下岩段(K1t1)主要为含砾粗砂岩、砂岩与泥岩呈不等厚互层，是相对有利的含矿层位。

古近系(E2y)零星分布于勘查区外西南部一带，主要由红色泥岩、土黄色砂砾岩组成。

新近系(N2)主要分布于勘查区中部，呈北北东向展布，岩性主要为砖红色泥岩夹含砾粗砂岩，属陆相碎屑岩建造。

第四系(Q)广泛分布于平缓低地和洼地之中，主要为冲洪积砂、砂砾、砾石层及风积砂、黄土等。

构造：褶皱构造以北东向为主，主要由侏罗纪以前的地层组成；断裂构造以北东向断裂为主，有时表现为拗陷盆地的边界。

据红格尔-达来地区浅层地震勘探资料可知：新生代地层层速度在1500～1800 m/s之间，下白垩统上岩段层速度在1700～2100 m/s之间，下白垩统下岩段层速度在2000～2800 m/s之间，侏罗系及古生界层速度在2700 m/s以上[3]。可见，新生界与下伏地层之间、下白垩统巴彦花群各组之间、下白垩统与侏罗系及古生界之间存在3个明显的波阻抗差异界面，为浅层地震勘探提供了应用前提。

2 测线布置

结合野外实际情况，布置8条测线，线距为4 km，方向130°，基本与主要构造线垂直或斜交，见图1。

3 地震野外数据的采集

野外测量使用美国Geometrics公司生产的NZ-48地震仪。为了合理地选择浅层地震勘探的观测系统和确定采集参数，在正式开展野外生产前，分别进行了观测方式、干扰波、井深和药量等试验，为获取较高质量的原始数据提供了重要依据。

(1)根据找矿目的层砂体的分布特征及噪声试验结果，确定采用6次覆盖、单边放炮、48道接收、向前滚动追踪的反射波法观测系统(图2)。

图1 红格尔地区地质及剖面布置图Fig.1 Geological map and the section in Honggeer area1—第四系湖积淤泥；2—第四系砂砾石层；3—新近系上新统砖红色泥岩夹含砾粗砂岩；4—古近系始新统红色泥岩、土黄色砂砾岩；5—下白垩统巴彦花组褐黄色含砾砂岩；6—上侏罗统布拉根哈达组灰白色流纹质晶屑凝灰岩；7—上侏罗统道特诺尔组灰紫色玄武岩；8—上侏罗统查干敖包组灰紫色粗面岩夹灰紫色安山岩；9—上石炭统洪敖包组灰色变质长石石英砂岩；10—下泥盆统灰黄色变质长石石英砂岩；11—燕山早期肉红色中细粒黑云母钾长花岗岩；12—燕山早期褐黄色细粒黑云母花岗岩；13—华力西晚期褐黄色中粒钾长花岗岩；14—花岗斑岩脉；15—闪长岩脉；16—石英脉；17—地层界线；18—不整合界线；19—正断层；20—平推断层；21—剖面线及其编号；22—钻孔及其编号；23—地名标志；24—国界界线。

(2)采用了展开排列法以了解工作区波场特征。具体参数为偏移距10 m和490 m、道间距10 m、3只40 Hz组合检波器、采样率0.25 ms。图3为干扰波调查的原始记录组合图。由图3可以看出，主要的干扰波为面波、浅层折射波，在偏移距160 m附近有清晰的反射波出现，与主要的干扰波分开，且随其增加，反射波清晰、连续。

(3)为确定最佳激发药量，做了0.5、1、1.5、2和4 kg药量试验。结果显示，1 kg药量激发接收的反射波清晰，信噪比较高。

(4)为确定最佳激发井深，做了1、2、4、6和8 m井深试验。结果显示随着井深的增加，声波和面波被很好地压制，中深部有效信号明显。

(5)为提高地震记录的分辨率，本次采用固有频率40 Hz的检波器接收，采样率0.25 ms、记录长度1.5 s。

综上所述，此次地震野外数据采集工作采用单边放炮、6次覆盖、48道接收、向前滚动追踪的反射波法观测系统，药量为1 kg、井深为4 m；采集参数设置为道间距10 m、偏移距160 m、采样率0.25 ms、记录长度1.5 s。

图2 单边激发6次覆盖连续观测系统Fig.2 Continuous observation system of unilateral excitation and 6 times cover1—反射点线；2—共反射点线；3—测量点；4—炮点及其编号。

4 地震数据处理

地震数据处理的目的是通过各种功能的地震处理模块，达到压制干扰增强有效反射信息，提高信噪比和分辨率，获得能够直接反映地下地质信息、直接进行地质解释的水平叠加偏移时间剖面[2，4-5]，所用的处理流程见图4。

图4 地震数据处理流程图Fig.4 Processing flow chart of seismic data

5 应用实例

通过勘查区地震波场特征与地质构造之间的关系分析，得出了划分目的层及砂体的一些规律性认识。

5.1 地震层序划分及层位确定

用5个钻孔资料与地震时间剖面上的反射波进行了追踪对比，在所研究的深度内确定了标准反射层2个(T1、Tg)、层序界面1个(T3)、亚层序界面1个(T2)，与地层的对应关系见表1[2]。

5.2 岩性、岩相和构造地质解释

本区布置剖面8条，以D06线资料为例，对解释成果进行综合分析。

图5是D06线水平叠加偏移时间剖面及地质解释剖面图，清晰地反映出4个地震层序界面与地层的对应关系[2-3,6-8]，图6是该测线深度解释图。

(1)T1反射层面以上古-新近系和第四系(Q+N+E)

在地震时间剖面图(图5)中，上部为空白反射或无反射，这种现象是由于古近系、新近系、第四系厚度较薄，岩性较单一，内部无引起地震反射的界面造成。

(2)T1—T2层间下白垩统巴彦花群腾格尔组上岩段(K1t2)

该区间反射波表现为低频、弱振幅、连续性差，外形呈中间厚、两边薄的扁平透镜状结构，反射波同相轴沿底界面有底超、沿顶界面有顶超现象，推测为早白垩世晚期河湖相沉积(或中生代河道充填)，岩性以砂砾岩为主，含泥较少。

(3)T2—T3层间下白垩统巴彦花群腾格尔组下岩段(K1t1)

此区间反射波以中-低频、变振幅或弱振幅、连续性好为特征，外形呈凹陷形，推测为近物源、粗粒度的河道充填沉积，岩性为含砾粗砂岩、砂岩及泥岩。

(4)T3—Tg层间下白垩统巴彦花群阿尔善组(K1a)

该区间两边为弱反射或无反射，中部为中-强振幅、连续性较好的反射波组，形态呈凹陷形，推测无反射区域为近物源区快速堆积的砾石层，中部为河湖相沉积的砂泥岩层。

(5)Tg反射层面之下基底

该层面为超层序界面，是一个区域性不整合面，据下伏地层的不同，可分为如下几种情况：

表1 地震层序界面与地层对应关系表

图5 D06线时间剖面及地质解释剖面图Fig.5 Time sequence and interface interpretation section along line D06 1—第四系、古-新近系；2—下白垩统腾格尔组上岩段；3—下白垩统腾格尔组下岩段；4—下白垩统阿尔善组；5—华力西晚期侵入岩；6—推测断裂及其编号；7—地层层序界面及其编号。

图6 D06线深度解释图Fig.6 Geological interpretation section along line D061—第四系、古-新近系；2—下白垩统腾格尔组上岩段；3—下白垩统腾格尔组下岩段；4—下白垩统阿尔善组；5—上侏罗统；6—华力西晚期侵入岩；7—煤线；8—推测断裂。

① 下伏地层为中生界侏罗系时，地震反射波表现为中-高频、变振幅、连续性一般(局部相对较好)的反射波组特征；

② 基底岩石为华力西晚期和燕山早期侵入岩时，地震反射波表现为极弱、杂乱反射或无反射。

(6)煤层的反射波特征

对比分析ZK5钻孔资料与D06线地震深度剖面可知，深度在100 m左右的薄互层为反射复波，150 m深度处的厚煤层为振幅强、连续性好、相位清晰的单波反射，而浅部砂砾岩、砾岩薄互层因波阻抗差异较小为弱或无反射。

在D06线地震时间剖面上T1层下部出现一条连续的反射波同相轴，结合资料认为是煤层的反映。

(7) 时间剖面上800～1000 CMP段，反射波同相轴发生明显错断，振幅强弱、相位发生改变，出现大量绕射波，推测发育F18断裂，倾向南东东，是一条基底继承性正断层。

5.3 下白垩统巴彦花群腾格尔组上岩段厚度 分布特征

图7为勘查区下白垩统巴彦花群腾格尔组上岩段等厚度图[2]。由图7可见：

(1)腾格尔组上岩段等厚线总体呈北北东-南南西向展布，表明K1t2受北北东向构造体系控制；

(2)中央带沉积厚度大，平均厚度约300 m，以200 m等厚线为界向中部逐渐增厚，250m等厚线沿北北东向分割为串珠状展布的3个区域，在ZK1以南K1t2厚度在250～350 m范围内，ZK2与ZK3之间，K1t2厚度在250 m左右，ZK5以北K1t2厚度在200～450 m之间；

(3)东、西两个区域，0～200 m等厚线沿北北东向呈缓波状展布，且东区K1t2等厚线梯度明显大于西区等厚线梯度。

从下白垩统巴彦花群腾格尔组上岩段厚度分布可以看出，勘查区在早白垩世晚期，盆地凹陷趋于填平，水域缩小，可能形成一套以河流相、滨浅湖相沉积为主的腾格尔组上岩段。

5.4 下白垩统巴彦花群腾格尔组下岩段厚度分布特征

图8为勘查区下白垩统巴彦花群腾格尔组下岩段等厚度图[2]。由图8可见：

(1)腾格尔组下岩段等厚线总体呈北北东向展布；

(2)中部地区以300 m厚度线为界向中心呈椭圆形展布，平均厚度约450 m，最厚处在钻孔ZK2附近，超过600 m；

(3)东、西两侧K1t1厚度逐渐变薄，但东侧厚度变化梯度远大于西侧，厚度在0～300 m之间；

(4)东北部在钻孔ZK5附近，200 m以上等厚线出现分叉现象。

结合钻孔资料，从下白垩统巴彦花群腾格尔组下岩段厚度分布可以看出，勘查区在早白垩世中期，中东侧凹陷区为一个相对稳定的中-深湖相沉积环境，物源供给充足，岩性为砂岩、砂砾岩和泥岩，呈不等厚互层；中西侧K1t1沉积时期为一个相对较缓的斜坡，次级河道河水将上游碎屑物源源不断地带入湖区，并沿斜坡沉积，在纵深方向上形成具有一定规模的河流冲积扇体的中-底层。

图7 下白垩统巴彦花群腾格尔组上岩段等厚度图Fig.7 Rock thickness of the upper member of lower Cretaceous Tengkoerh formation in Bayanhua group1—K1t2等厚度线；2—基岩出露区；3—钻孔及其编号。

图8 下白垩统巴彦花群腾格尔组下岩段等厚度图Fig.8 Rock thickness of the under member of lower Cretaceous Tengkoerh formation in Bayanhua group1—K1t1等厚度线；2—基岩出露区；3—钻孔及其编号。

由上述分析可知，基本上查明了勘查区内的地层结构特征，确定了找矿目的层——下白垩统巴彦花群腾格尔组上、下岩段的厚度及分布范围，为勘查区铀矿勘探提供了重要的参考资料。

6 结论

(1)应用浅层地震勘探技术，通过对其成果资料的分析，能较好地了解各地层的埋深、厚度、起伏等分布情况，尤其是找矿目的层——下白垩统巴彦花群腾格尔组的空间展布特征，可为后续的勘查工作提供指导。

(2)浅层地震勘探技术对砂岩体具有较高的垂向分辨率，基本上能够满足砂岩型铀矿勘查工作的需求。

[1]徐国苍,吴同海.内蒙古红格尔—达来地区浅层地震勘探报告[R].石家庄：核工业航测遥感中心，2007.

[2] 徐国苍，吴同海．内蒙古苏尼特左旗红格尔北部地区浅层地震勘探报告[R].石家庄：核工业航测遥感中心，2008.

[3] 梁光河，蔡新平，张宝林，等．浅层地震勘探方法在金矿深部预测中的应用[J].地质与勘探，2001,37(6):29-32.

[4] 熊 翥 谭试典．数据处理与地质解释[M].北京：石油工业出版社，2003.

[5] 孙家振，李兰斌．地震地质综合解释教程[M].北京：中国地质大学出版社，2002.

[6] 周绪文．反射波地震勘探方法[M].北京：石油工业出版社，1989.

[7]姚长纲．地震地层学[M].北京：石油工业出版社，1989.

[8] 薛志恒．浅层地震勘探在砂岩铀矿勘查中的应用[J].河南理工大学学报，2010,29(3):170-171.

The Application of Shallow Seismic Exploration to the Uranium Exploration in Honggeer Area of Erlian Basin

QIAO Yong, WU Yong, WANG Ze-xia, SHEN Jing-bang

(AirborneSurveyandRemoteSensingCenterofNuclearIndustry,Shijiazhuang,Hebei050002,China)

The field dada acquisition, data processing and geological interpretation of shallow seismic method in the exploration of sandstone type uranium deposit was introduced by the case study of Honggeer area in Erlian Basin.Through practical application, the distribution of the target Tengkoerh Formation of lower Cretaceous Bayanhua group was detected, which provided reliable guidance for drilling engineering arrangement and confirmed the validity of this method to the exploration of sandstone type uranium.

shallow seismic exploration；sand body；sandstone type uranium

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.02.006

2013-04-08 [改回日期]2015-01-24

乔 勇(1980—)，男，高级工程师，2004年毕业于长安大学地球物理学专业，现主要从事铀矿地质勘查工作。E-mail：qyhy703@126.com

1000-0658(2015)02-0103-07

P631.4；P619.14

A