利用油气勘探资料勘查铀矿的几点认识:以松辽盆地北部铀矿勘探为例

胡霞，吕建才，胡英，钟延秋，谷社峰

大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712

0 引言

随着含油气盆地储层砂岩型铀矿勘探的进一步发展，越来越多的资料表明油气的生成和运移在砂岩储层型铀矿的形成中起着非常重要的作用，高品质的地浸砂岩型铀矿矿层多与含油气储层相伴生，因而研究铀矿成矿规律与含油气储层成藏之间的关系逐渐成为砂岩型铀矿找矿的重点任务。松辽盆地北部以油气资源为主，金属矿产勘探程度较低。近年来，通过复查油气井资料，揭示盆地内局部地区存在放射性异常，根据实际情况，探索出了一条“油-铀结合”的铀矿勘探思路，总结了“五图叠合”的铀矿靶区优选方法，取得良好的找矿效果。利用油气资料找矿，不仅节省了铀矿找矿大量的前期投资，同时也缩短了铀矿勘查周期，探索出一种具有油田特色的高效的铀矿找矿方法[1]。

1 伽玛异常区圈定

大庆油田油气勘探开发已经有50多年的历史。区内综合地质、二维三维地震、综合测井、油气录井等多方面资料的综合研究，为在松辽盆地北部开展铀资源勘探奠定了良好的资料性基础。现有资料分析表明，含铀层段在测井曲线上有明显的响应，一般表现出显著的高伽玛、中高电阻、自然电位负异常(不同地区可能正负有变化)、低视密度等特征；但同时也发现，松辽盆地北部已知的油气目的层和铀矿目的层在埋深上差别较大，铀矿埋深一般<600 m，铀矿与油气目的层一浅一深。

两个勘探领域在基本地质特征、测井曲线响应特征及部署勘探线精度要求等方面存在显著差异，因而油田钻孔的测井曲线资料在砂岩型铀矿找矿的应用就存在很多难点。笔者基于油气测井数据资料特点，自主研发了“铀矿测井资料处理解释系统”，借助岩芯实验分析数据，对测井原始数据进行系列校正及标定，实现了测井曲线的计算处理、岩性识别、孔隙度预测、γ测井解释、物探参数计算、成果输出等处理[2]，上万口井的测井数据在几个小时内完成，自动形成详细完善的自然伽玛异常统计报表，可以快速锁定伽玛异常区。依据油气钻井放射性异常筛查结果，在松辽盆地北部划分出3个重点伽玛异常区，分别是西部斜坡区、大庆长垣及周边地区和朝长地区(图1)。

2 含矿层位与含矿组合

三个重点伽玛异常区地层厚度变化明显，尤其是纵向地层厚度变化大，横向砂体分布不确定，使得仅利用综合测井资料、油气录井资料对目标区的地层进行划分对比存在着一定的局限性。针对上述变化特点，本文在充分利用岩芯、测井及录井等地质资料的基础上，结合前人的航放资料，通过二、三维地震资料的应用，以能有效反映地层横向变化的合成地震记录对大层界面进行标定追踪，使地质层位和地震追踪界面达到了吻合互验，保证了目标区地层划分对比时间和空间上的精确度和可靠性。

2.1 含矿组合标定

在研究中利用油田现有的丰富地震资料制作和标定合成地震记录，对重点伽玛异常区主要的地层界面进行追踪标定，对地质地震标定不吻合的地层重新调整并做精准修改，使钻孔标定与地震解释达到高度一致，准确控制大套地层界线及发育趋势[3]。在应用中地震资料与基础地质的电性资料存在一定差异，分辨率并不完全相同，地震资料追踪的地层反射界面是一个深度范围，并不能像测井资料一样标定一个具体的深度位置。因此，在确定地层具体边界位置时，需要对这一深度范围内的钻孔测井电性资料和综合录井资料进行详细分析比对，从而大大提高了利用测井和录井资料划分地层的准确性[4]。通过井震结合，纵向上确定了4套含矿组合，分别是泰康组砂岩、明水组砂岩、四方台组和嫩江组上部砂岩、姚家组和青山口组砂岩(图2)，上下分别有对应的泥岩隔水层，对形成层间氧化型铀矿非常有利。

2.2 含矿层位的标定

地质录井资料能客观地反映地层的岩性情况，即标定岩层及矿层的深度、厚度等参数[5]，因此是最直观、最可靠的反映地下地质特征的第一手资料。前已述及，松辽盆地存在4套找矿层位，结合自主研发放射性铀矿老井资料筛查自动处理技术及软件，对探井、开发井资料全面进行放射性筛查，对异常自动分段，通过“油-铀兼探高效运行” 的创新技术，综合铀异常井、异常段埋藏深度、砂岩颜色及厚度、砂-泥岩结构、构造条件 、铀源、油气配置等成矿条件的时空配置关系，纵向上明确了松辽盆地北部四方台组、嫩江组上部砂岩是层间氧化带砂岩型铀矿床重点找矿层位[6]。

图1 松辽盆地北部伽玛异常井分布图Fig.1 Distribution map of GR abnormal wells in northern Songliao Basin

图2 松辽盆地北部泥-砂-泥组合划分图Fig.2 Division of mud-sand-mud combination of northern Songliao Basin

3 有利构造部位、含矿砂体及其空间展布规律

西部斜坡区位于盆地西部，构造运动导致该地区的升降，控制地层的分布。四方台组和明水组主要岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩及粉砂岩夹泥岩互层，是层间氧化带型和古河道型砂岩铀矿成矿的有利场所。据石油钻井自然伽玛测井资料统计，有多口井于明水组、四方台组见到铀异常。垂直盆缘的古河道与南北向主河道交叉处是有利成矿部位，矿化带近南北走向，为西斜坡寻找古河道型铀矿指明了勘探方向。从松辽盆地北部的内部构造条件分析，地壳抬升掀斜形成的缓斜坡和反转构造形成的3个构造“天窗”，分别是西斜坡、大庆长垣及长春岭背斜带[6](图3)。构造天窗具备较好的铀源入口，同时构造缓斜坡、背斜或向斜的翼部是砂岩型铀矿成矿的有利部位。松辽盆地北部历经中生代和新生代的燕山期和喜玛拉雅期两次大型构造运动，构造运动与砂岩型铀矿成矿密切相关，嫩末和明末两期构造运动形成有利于铀迁移、富集的单倾斜坡及构造天窗，对成矿至关重要。嫩末构造运动以垂向差异隆升的造陆运动为主。明末构造运动大部分地区发生挤压反转。沉积间断时间长，铀源区长期风化，地层长期暴露，有利于含铀含氧水长期渗入。

图3 松辽盆地北部测线地震剖面图Fig.3 Seismic profiles of measuring line of northern Songliao Basin

利用井-震联合解释可确定有利成矿沉积相带，预测含矿砂体，并利用三维地震解释反演河道砂体展布。根据地质编录，结合以往研究资料，初步认为四方台组主要发育曲流河、滨浅湖沉积，其中曲流河沉积包括河床滞留沉积微相、边滩微相、天然堤微相、决口扇微相及泛滥平原微相等，滨浅湖沉积主要包括滨湖、浅湖、滩坝微相[7-8]。从沉积特征上看，富铀砂岩层大多是由物源区向盆地内注入的河流、河湖三角洲等陆相沉积条件下的产物。在松辽盆地北部各地层广泛发育的三角洲相中良好的砂岩、砂岩泥岩互层结构及砂岩透镜体，即是油气勘探的有利储层目标，同时此处地下水的汇集，有利于铀矿沉淀富集，因此三角洲沉积的岩性特征及其相应组合部位即是油气勘探领域的重点目标，也是有利于砂岩型铀矿找矿的有利部位。而在三角洲沉积的3个亚相即三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲中，对铀矿成矿最有利的是河道砂体富集的三角洲平原亚相。

4 砂岩型铀矿矿化类型及空间分布

松辽盆地北部嫩江组及青山口组发育的湖相泥岩分布稳定，厚底较大，几乎超覆全盆地，该两套泥岩构成全盆地区域性稳定隔水层，将整个松辽盆地北部分隔为上中下三套含水岩系，形成彼此独立、性质不同的三大水动力系统(图4)。据研究，上部系统地下水主要以渗入承压性质为主，水的运动在平面上表现为向盆地中心低部位汇聚，在剖面上表现为由上部向下降；下部系统地下水主要以渗出承压性质为主，水的运动在平面上表现为由盆地中心向四周扩散，在剖面上表现为下部向上升，二者完全相反，而中部系统介于两者之间，在地下水的补-径-排系统过程中，其水的化学作用由氧化向还原过渡[9]。伴随不同性质地下水系统，形成3种铀矿化类型:渗入水层间氧化带型铀矿化(Ⅰ型)、渗出水改造型铀矿化(Ⅱ型)和混合型铀矿化(Ⅲ型)[10]。 3种类型铀矿化成矿作用主要受两套水动力系统控制,Ⅰ型和Ⅲ型受氧化还原、离子交换和沉淀富集控制；Ⅱ型受构造活动、富铀溶液减压降温和沉淀富集控制。3种类型的铀矿化空间分布同时也受到构造类型的控制：Ⅰ型铀矿化类型主要分布于盆地的边缘区带—西部斜坡区、北部倾没区、东南隆起区和西南隆起区；Ⅱ型铀矿化主要分布在盆地的中间次级隆起带和斜坡区的背斜轴部；Ⅲ型矿化分布于隆坳过渡带或有断裂构造贯通上、下含水层的部位，是盆地中部地区的主要找矿类型[10]。

1.渗入水流动方向；2.渗出水流动方向；3.3种矿化类型编号；①第三系、第四系；② 嫩江组3、4、5段， 四方台组、明水组；③嫩江组1、2 段区域隔水层；④姚家组、青山口组2、3 段；⑤青山口组1 段；⑥泉头组、登娄库组；⑦基底.图4 松辽盆地砂岩型铀矿化类型及空间分布模型[10]Fig.4 Uranium mine types and spatial distribution models sandstone type in northern Songliao Basin

随着松辽盆地中部古龙及三肇凹陷沉积发展，夹持于青山口一段和嫩江组一二段隔水层之间的中部承压水系统，以古龙及三肇凹陷为沉积中心呈放射状向四周的阶地斜坡和隆起(背斜带)侧向运移[11]，在松辽盆地中央坳陷区内的长垣背斜带、长春岭背斜带、任民望奎背斜带等地汇聚[12]，沿背斜带边缘及周边的区域继承性断裂上升与上部含水层系统贯通而排出。松辽盆地北部这种多沉降中心的地下水渗出体系，对油气及铀的运移富集起到了重要的控藏作用，实钻也证明铀矿化钻孔多分布在渗出体系分区界线断裂带附近。

5 大庆长垣实现可地浸砂岩型铀矿勘探突破

松辽盆地北部铀源充足，发育斜坡、天窗有利构造，泥-砂-泥结构地层发育，补-径-排系统配置合理，断裂沟通下部油气等还原物质有利于铀的还原富集。基于基础地质研究，结合铀源、构造、沉积、水动力、古气候、还原体等基本成矿条件的时空配置关系，查明成矿主控因素及富集规律，以油田异常井为中心，以构造为背景，以沉积为主线，结合异常强度、厚度、埋深、岩性、连续性，进行钻孔验证，在大庆长垣钻遇了高品位、高渗透性、埋藏浅的优质工业矿层，含矿砂层分布连续，含矿岩性为浅灰色含砾细砂岩、细砂岩，发育少量炭屑，分选中等，疏松-较疏松，顶底板泥岩隔水层稳定发育，便于地浸开采。从矿层的埋深、岩性、品位、渗透性、开采难易程度等指标来看，大庆长垣及周边铀矿层与国内钱家店铀矿、鄂尔多斯盆地铀矿相比，达到优质矿层的标准，此次找矿突破，首次在大庆探区内实现了可地浸砂岩型铀矿的重大发现。

6 建立松辽盆地北部砂岩型铀矿的控矿因素及成矿模式

6.1 松辽盆地北部砂岩型铀矿控矿因素

在找矿过程中对控矿因素进行分析，初步总结出以下7个因素：①地层处于盆地构造演化萎缩期，主要包括四方台组和明水组；②存在后期构造反转作用，构造反转作用使一些基底断裂再次复活，深部油气及油田水沿断裂上升，进入含矿层，使氧化砂岩二次还原呈绿灰色，具有一定的保矿作用。构造反转形成剥蚀天窗，长期接受古地表含氧水的改造；③主要目的层四方台组形成于盆地萎缩期湖进体系域发育期，产于低水位体系域中，处于曲流河相废弃河道和边滩微相砂体中；④砂体规模适中，连通性及透水性好，砂体厚度5～25 m之间；⑤四方台组至明水组地层属于干旱-半干旱气候向温热转化期，存在多期气候变化，有机质发育；⑥油气、油田水的后生还原作用，深部油气、油田水进入容矿层，使氧化性质的紫红色、红褐色砂岩被还原成灰绿色，并从深部带入大量的烃类、H2S等还原物质；⑦发育区域性古层间氧化带，含氧水在灰绿色地层中流动，促使铀的迁移、富集，并在氧化带前锋线及其附近沉淀，形成砂岩型铀矿床。

6.2 松辽盆地北部地浸砂岩型铀成矿模式

根据矿体分布规律，结合控矿因素初步建立了松辽盆地北部地浸砂岩型铀矿成矿模式，认为该模式属于层间氧化带型大类，古层间氧化带型中的地层超覆埋藏亚型，该模式包括3个体系(图5)：A-主成矿体系相当于典型层间氧化带砂岩型铀成矿模式。B-隆起剥蚀体系与下部不整合面的侵蚀间断期>10 Ma，一般相当于缺失两个地层组以上的间隔，同时要求超覆体系现代保留厚度≤200 m，否则矿体埋深过大，在当前的开采技术条件下矿体的利用价值降低。B-隆起剥蚀体系在松辽盆地北部局部地区再次隆起并遭受剥蚀，原有古层间氧化带成矿体系(环境)可能遭受破坏或改造，即灰绿色砂体被二次氧化改造成黄色砂体。C-地层超覆埋藏体系在各具体矿床不一定出现，如果这一体系不出现，矿床成为全盲矿体，增加找矿难度。

A.主成矿体系；B.隆起剥蚀体系；C.地层超覆埋藏体系.图5 松辽盆地北部地浸砂岩型铀矿成矿模式图Fig.5 Metallogenic model of insitu leachable sandstone-type uranium mineralization in northern Songliao Basin

7 结论

(1)利用油田放射性测井、地质和地震资料开展砂岩性铀矿成矿条件综合研究，是形之有效的勘探方法。

(2)通过“油-铀兼探高效运行” 的创新技术，明确了四方台组和嫩江组上部砂岩是层间氧化带砂岩型铀矿床重点找矿层位。

(3)根据矿体分布规律，结合控矿因素，明确松辽盆地北部砂岩型铀矿成矿模式属于层间氧化带型大类。