松辽盆地北部放射性异常产出特征及控制因素分析

2018-03-23赵忠华赖天功

世界核地质科学 2018年1期

赵忠华，赖天功

（核工业二四〇研究所，沈阳 110032）

松辽盆地是大型能源盆地，赋存丰富的石油、天然气、煤炭和铀矿资源，开展了多种能源矿产地质工作。特别是盆地南部钱家店特大型铀矿床的发现，掀起了盆地铀矿找矿的新一轮高潮，相继有核工业部门、油田部门和煤炭部门投入大量铀矿找矿工作。笔者通过系统收集盆地北部油、气、煤等资源勘查形成的大量放射性测井资料，借助砂岩型铀矿、煤铀-油铀综合勘查成果及实践，研究深部放射性测井孔中放射性异常产出特征、控制因素，对进一步铀矿勘查具有重要的实际价值。

1 盆地概况

1.1 盆地构造演化

盆地构造演化经历了热隆张裂期（前裂谷期）、伸展断陷期（裂谷期）、沉降坳陷期（后裂谷期）和构造反转期（抬升萎缩期）4个阶段，自下而上形成了断陷、坳陷和反转3个大的构造层。中白垩纪，由于太平洋板块俯冲加强和周缘板块不均衡的挤压作用，使本区处在挤压应力场中，盆地北部表现为抬升和挤压。它一方面奠定了盆地现代构造格局，另一方面发育了上白垩统超补偿型沉积。晚白垩纪和新近纪，由于日本海的扩张，对大陆的挤压进一步加强，从而导致全区强烈褶皱、基底断层走滑变形以及局部逆冲反转，形成了现今构造［1］。

1.2 盆地北部构造单元

松辽盆地北部具有凹陷和隆起相间分布的构造格局，具有构造十分平缓的总体构造面貌和构造特征。可划分为西部斜坡区、北部倾没区、中央坳陷区和东北隆起区4个一级构造单元，20个二级构造单元［2］。其中西部斜坡区包括西部超覆带、泰康隆起带和富裕构造带；北部倾没区包括嫩江阶地、依安凹陷、三兴背斜、克山依龙背斜、乾元隆起和乌裕尔凹陷；中央坳陷区包括黑鱼泡凹陷、明水阶地、龙虎泡—红岗阶地、齐家—古龙凹陷、大庆长垣、三肇凹陷和朝阳沟阶地；东北隆起区包括海伦隆起、绥棱背斜、绥化凹陷、庆安隆起和呼兰隆起（图1）。每个一级构造单元内的构造有其独特性，东部隆起区出露地层一般较老，局部构造多呈NE向或NEE向排列，且多窄长，地层倾角较大，断裂发育；中央坳陷区构造多呈NNE向，似箱状，具有面积大、幅度高的特点；西部斜坡区构造恰恰相反，幅度小、面积小、排列不规则，为定向性较差的鼻状构造和穹隆状构造。目前找矿勘查主要集中在中央坳陷区和西部斜坡区。

图1 松辽盆地北部构造单元分区图Fig.1 Map of structure unit in the north of Songliao basin

1）中央坳陷区：位于盆地中部，面积27 819.22 km2，是盆地发展过程中沉降相对占优势的大型负向构造单元。长期为盆地的沉降、沉积中心。现今构造形态为略有起伏的大型复向斜。地层发育齐全，侏罗系至古、新近系沉积岩厚度达7 000～10 000 m。发育有多套生储盖组合，成藏条件好。是盆地中最重要的油气源区和油气田分布区［2］。

2）西部斜坡区：位于盆地的西部，图中出露面积为36 680.2 km2，基底岩性以海西期花岗岩为主，局部地区有上古生界和前古生界变质岩。侏罗系为地堑式充填沉积；白垩系自东而西逐层超覆，白垩系总厚度约1 000～1 500 m。基岩埋藏较浅为2 000～2 500 m，呈区域性东倾的大单斜，倾角1°左右，构造平缓，断层不发育，在斜坡区的中部临近深坳陷部位，具有较好的生储油条件。

2 放射性异常产出层位及分布特点

2.1 异常产出层位

松辽盆地北部地区早期石油普查与勘探施工钻孔近2 000个，钻孔深度由数百米至3 000 m不等。勘探期钻探施工钻孔主要集中于盆地北部中央坳陷区、西部斜坡区。按可地浸砂岩型铀矿化孔和异常孔划分基本要求，将各钻孔放射性测井砂岩段、砂砾岩段自然伽马强度与上下段厚层泥岩段自然伽马强度比值大于3的确定为铀矿化异常孔［3］。对研究区已有放射性测井资料进行了核查，圈定放射性异常孔202个，铀异常段数213段，查明14个二级构造单元产有放射性异常（表1）。

表1 松辽盆地北部构造单元及钻孔放射性测井异常特征表Table 1 Characteristics of borehole radioactive anomaly and structure units in the north of Songliao basin

下白垩统有铀异常段数2段，占总铀异常段数的1%，放射性强度8 200脉冲，异常厚度16.4 m，埋藏深度大于500 m。

泉头组有铀异常段数5段，占总铀异常段数的2.30%，放射性强度11 640脉冲，异常厚度1.68 m，埋藏深度有3段小于500 m，2段在500 m以上。

青山口组有铀异常段数86段，占总铀异常段数的40.40%，放射性强度13 300～14 050脉冲，平均13 600脉冲，异常厚度1.17～13.30 m，平均4.75 m，埋藏深度均大于500 m。

姚家组有异常段数56段占总铀异常段数的26.30%，放射性强度10 300～20 650脉冲，平均14 025脉冲，厚度1.95～3.61 m，平均2.76 m，埋藏深度只有1段小于500 m，其他均在500 m以上。

嫩江组有异常段数46段占总铀异常段数的21.60%，放射性强度11 400～13 500脉冲，平均12 438脉冲（718 API），异常厚度1.67～3.67 m，平均2.89 m，埋藏深度有6段小于500 m，其他均在500 m以上。

四方台组有异常段数18段占总铀异常段数的8.50%，放射性强度10 750～48 000脉冲，平均29 375脉冲（766 API），异常厚度1.60～3.61 m，平均2.93 m，埋藏深度有2段小于500 m，其他均大于500 m以上。

依据盆地沉积层发育、演化特点，以青山口一段和嫩江组二段区域隔水层为界，将本区放射性异常分为下、中、上三个含铀层位［3］。异常强度以青山口组、姚家组和四方台组最高。总体上，这些矿化产出地层埋深多在400～600 m间，多位于产油层中，这也说明本区的放射性异常与油气作用关系密切。

2.2 异常分布特征

1）西部斜坡区：本区现有放射性异常孔96个，铀异常48段，主要分布在青山口组地层中。姚家组、嫩江组、四方台组及上白垩统中也有少量分布。从表1中看出青山口组有异常孔18个，铀异常39段，占本区铀异常段的81%。放射性强度9 500～18 000脉冲，平均13 300脉冲；异常厚度1～9.20 m，平均3.43 m；埋藏深度只有一段小于500 m，其它均在500 m以上；异常产于粉砂岩和细砂岩中。本区内较好异常孔为杜12孔，异常产于四方台组中，埋深560～562.60 m，厚度2.60 m，放射性强度48 000脉冲，相当于 98 μR/h约 57.6×10-6。

2）中央坳陷区：本区共有铀异常钻孔99个，主要见铀异常层位是姚家组有52个异常段，次者为青山口组见47个铀异常段；铀异常埋藏较深，其中大于500 m者有136段约占82%，小于500 m见29个异常段约占18%；铀异常段平均厚度较薄，在2.65～3.83 m之间；放射性强度较低，最高是朝阳沟阶地，平均强度14 660脉冲，最低是齐家—古龙凹陷，平均11 550脉冲。其中三肇凹陷有铀异常钻孔21个，主要见铀异常层位是四方台组有11个异常段，次者为嫩江组见10个铀异常段；铀异常埋藏较浅均小于500 m，四方台组平均强度766 API，最高强度1 129 API，嫩江组平均强度718 API，最高强度1 074 API。

3）北部倾没区：本区有2铀异常钻孔，见有两段铀异常，一段在嫩江组孔深148 m，另一段在泉头组孔深858 m。另外，东北隆起区见铀异常孔5个。

由上述分析可见，集中分布在西部斜坡区的放射性异常多产自油田区，产出层位齐全，与构造活动、油气田分布有关。相对而言，东部的铀矿化则较分散，多与地表潜水氧化或层间氧化作用有关。

3 放射性异常控制因素分析和评价

3.1 放射性异常控制因素分析

3.1.1 基底断裂

按空间产出分布特征，将已确定的放射性异常孔划分为6个放射性异常孔富集带（图2），呈北北东-北东向分布，放射性异常孔的密集产出区主要集中于北北东-北东向断裂带和北北东-北东向断裂与北西-北西西向断裂交汇处。这一带也正是基底深断裂通过处，白垩系各组底面构造发育，也存在构造对铀矿化的控制作用。依据石油勘探和重磁场推断，松辽盆地北部基底主要发育北东-北北东、近南北、近东西及北西向4组大断裂，大小共计约65条，主要基底深大断裂12条，其中依安—杜尔伯特断裂（F2）、孙吴—双辽断裂（F3）、明水—乾安断裂（F4）、通化—伏龙泉断裂（F5）控制着放射性异常孔的北东、北北东向分布；滨州断裂（F9）、扎赉特—陶赖召断裂（F10）、白城—长春断裂（F12）控制着放射性异常孔的北西、北西西向分布。

图2 松辽盆地北部基底断裂与放射性异常孔分布示意图Fig.2 Sketch of base fracture and uranium anomaly hole distribution in the north of Songliao basin

3.1.2 反转构造

3.1.2.1 反转构造带

松辽盆地北部构造格局是线状构造呈NNE、NE向展布，具东西分带特征，这种东西分带特征正是反转构造作用在盆地北部的平面上产出的结果。现今反转构造的产出既受盆地基底构造格局的控制，如早期深断裂产状、活动强度及其基底埋深等，也受盆地盖层白垩系的岩石物理性质、岩性、厚度等制约［4］。研究表明，盆地北部在同一区域应力场作用下，形成的反转构造在平面上具有一致性的分布规律。将油田地震资料解译出的78个反转构造，按产出特征，平面上可圈定24个反转构造亚带。依据各反转构造亚带的特征，从东到西划分为5个反转构造带。依据其分布和幅度等特征，反转构造分为西部齐齐哈尔反转构造带（Ⅰ）；龙虎泡－通辽反转构造带（Ⅱ）；中部克山－大庆反转构造带（Ⅲ）；东北部望奎－任民镇反转构造带（Ⅳ）和东南朝长反转构造带（Ⅴ）（图3）。除齐齐哈尔以西部分钻孔外，大部分放射性异常孔均发育于上述前四个反转构造带内。它们均呈NE或NNE向，受相对应反转构造控制。

3.1.2.2 反转构造作用

图3 松辽盆地北部反转构造带与放射性异常孔分布示意图Fig.3 Sketch of reversal structure belt and uranium anomaly distribution in the north of Songliao basin

1）反转构造作用产生了新的断层或激活了早期存在的断层，拓宽了深部还原性流体上升的通道，断裂切穿了上白垩统，成为油气、CO、H2S、H2等深部还原流体向上运移的通道，不但形成油气藏，在浅部的上白垩统砂岩中产生大面积的还原蚀变，增加了浅部目的层的还原能力。同时伴随深部还原流体上移的富铀组分，沿被切穿的目的层砂体进行侧向运移，也大大地提升了目的层砂体的赋矿成矿能力。如大庆长垣控制断陷层的基底断裂进一步复活穿切上覆坳陷层的反转断裂；明水阶地控制断陷层的基底断裂进一步复活切穿上覆坳陷层和反转层的反转断裂，匀起到有利于深部还原性烃类流体和富铀组分上升的通道作用。

2）反转构造作用使白垩系隆升遭受剥蚀，在局部同一含水层内，由于抬升地层的倾斜发生变化，造成了含水层内流动的重力差，这就使目的层中的地下水中从滞留状态变为流动状态、形成了局部的或区域性的层间承压水补-径-排的循环系统［5］。反转构造作用使盆地内局部区域受到不同程度的隆升变为正向地形，在构造强烈处抬升隆起幅度大，导致相当部分白垩系直接裸露地表遭受剥蚀，形成剥蚀天窗，如大庆长垣、长春岭背斜带、绥棱背斜带等都是规模较大的剥蚀天窗构造。大庆长垣顶部四方台组至明水组沉积时期大范围遭受剥蚀，沉积间断时间长达32 Ma，剥蚀面积最大达500 km2，剥蚀厚度800 m。剥蚀天窗周边是二次层间氧化成矿的有利区域，剥蚀天窗周边目的层均为反向单斜构造，大气降水沿天窗渗入单斜带径流，在目的层中渗入和流动过程中形成局部层间氧化带，有利于铀富集成矿。

3.2 放射性异常评价

3.2.1 放射性勘查现状

核工业系统2003—2005年，在研究区内投入的钻探工作量主要集中在北部讷河、西部齐齐哈尔，中部绥化—肇州区和东北部建兴、庆安地区，发现的27个铀矿化、异常孔，大部分产于盆地外围的淘淇河组、建兴组和达连河组，盆中仅发现4个铀矿化孔，4个异常孔。铀矿化产于姚家组和四方台组灰色细砂岩中，埋深为235～62 m。2014—2015年，对松辽盆地北部进行了系列编图和钻探工程揭露工作，大胆探索嫩江组的成矿条件和找矿前景，在嫩江组一段发现有一定规模的砂体，局部见到黄褐色氧化砂岩。

2012年开始，大庆油田整理钻孔测井资料，发现西部斜坡区的四方台组有23个钻孔见到放射性异常，最高1 289 API，另外在明水组、嫩江组、青山口组也发现铀的测井异常。2013年在赉来县巴彦查干乡北验证了来75井矿化情况，平米铀含量为1.84 kg/m2和1.75 kg/m2，埋深为502～431 m。拓宽了松辽盆地北部的找矿思路，确定多个找矿目的层。2015年，大庆油田在肇源西北20 km验证石油测井异常孔，在上白垩统四方台组发现工业铀矿化，平米铀含量分别为8 kg/m2和5 kg/m2，埋深为360～168 m。

3.2.2 铀矿化有利区评价

铀矿化有利区主要分布在克山—大庆反转构造带南部，望奎—任民镇反转构造带西南端，位于三肇凹陷、大庆长垣二级构造单元内，面积约4 300 km2。该区基底断裂发育，铀异常受北东向明水—乾安断裂（F4）、通化—伏龙泉断裂（F5）两组断裂和北西向扎赉特—陶赖召断裂（F10）控制，尤其在明水—乾安断裂（F4）和扎赉特—陶赖召断裂（F10）交汇处铀异常集中产出。该区也是克山—大庆反转构造带和望奎—任民镇反转构造带交汇处。有利区产有二个放射性异常孔带，矿化目的层四方台组以三角洲前缘、三角洲平原和滨浅湖沉积为主，岩性为中细粒砂岩、粉砂岩，砂体厚度多20～40 m；嫩江组四段为三角洲前缘滨浅湖相沉积物，岩性以灰绿、深灰、灰、棕色泥岩、粉砂岩、细砂岩互层，存在厚度＞20 m砂体分布。晚白垩世受盆地构造反转挤压作用，发育局部断裂、切穿盖层，有利于附近的油气等还原物质沿断裂扩散进入河道砂体中，主要表现为铀元素沿砂体运移过程中所发生的二次还原作用，有利于铀成矿。大庆油田在该区上白垩统四方台组砂体中发现了工业铀矿化，显示该区具有较好的找矿前景。