彭阳地区砂岩型铀矿反射地震特征分析

雷晨露，于常青，范柱国，郑晓杰，杨云秋

(1.昆明理工大学，昆明 650093；2.中国地质科学院地质研究所，北京 100037；3.南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)，广州 511458；4.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710100)

砂岩型铀矿是泛指铀元素赋存在砂岩地层而成矿的铀矿床[1]。彭阳地区位于鄂尔多斯盆地西南缘，鄂尔多斯盆地被认为是北方砂岩型铀矿的重要找矿区域[2]。继2009年在其北东缘——东胜地区发现的位于地层直罗组约600～1000 m深度之间的可地浸砂岩型铀矿，是当时发现的最大规模砂岩型铀矿。其后在其南部店头地区也发现一个规模可观的同类型铀矿，并于2017年其西南部地区发现多处放射性异常，相关的钻孔资料有大量不同程度的铀矿化情况响应[3-5]，随后即在该地区成立了国家重点研发项目。目前针对深部探测砂岩型铀矿这一类研究，可采取的有效物探手段较少，而且只能大范围预测砂岩型铀矿的可能存在区域，无法做到精细具体分析[6]，大多主要是根据常规的反射地震、结合重力资料和电测法资料来刻画其部分相关特征。本文主要是基于叠后的二维地震数据体，主要通过地震属性特征分析，基于模型的波阻抗反演方法以及参数反演的手段分析研究区砂岩型铀矿含有储层的分布特征，以期达到利用反射地震资料探测砂岩型铀矿的目的。

1 区域地质条件

砂岩型铀矿的富集需要呈层状的斜坡地形构造或者一定程度的断层因素、合适的断裂条件等构造地质条件，具备良好的通透性、连同性以及成层性等沉积条件，相对潮湿的古气候条件，完整的补给区—径流区—排泄区等水文地质条件。其中完整的水文地质条件和相应的构造地质条件促进形成了完整的氧化还原带[7-10]，从而保障了砂岩型铀矿的运移。

彭阳地区坐落在鄂尔多斯盆地西南缘，天环凹陷南部，西缘冲断带东侧，东靠伊陕斜坡[11]。结晶基底是太古生界及古元古界的变质岩体系，这一基底体系为铀矿的富集贡献了丰富的铀源，区域内复杂多变的构造保障了铀元素的运移，油、气、水等物质营造了富集需要的氧化还原环境。连续沉积的三叠系地层，以及侏罗系、白垩系大量的砂泥岩地层支撑了铀矿富集的沉积环境[12-14]，综上，说明研究区的地质条件对富集铀矿是十分有利的。

根据钻孔情况：铀矿体、铀矿化、异常段砂体厚度大，含矿岩性以浅灰色、浅灰白色-灰绿色中粗(细)粒砂岩为主，岩石普遍渗透性较好。区域沉积背景分析：富集主要层位为洛河组，在盆地中南部沉积环境总体以沙漠相为主[15-17]，岩性以细粒长石石英砂岩为主，杂基含量少，单层厚度大，累计砂岩厚120～170 m，发育巨型交错层理和板状层理。而在盆地西南缘千阳草碧沟一带叠加冲积扇沉积，厚170 m，底部含砾岩层。

2 地震属性分析

地震波在不同深度、不同地层中传播时会有不同的反射和折射效果，从而产生不同的地震属性差异，地震属性分析的原理就是指在叠前或者叠后，提取数据体中关于地震波的相关特征参数值[18]。本文为了避免单一属性的局限性，即根据属性优选原则，最终分别通过对瞬时振幅、瞬时频率等相关属性的提取，分析了解地层信息。

一般来说，实际地震道f(t)可以表示成以时间为变量的振幅和相位的相关函数：

f(t)=A(t)sinθ

(1)

而正交道可以表示为：

h(t)=A(t)sinθ

(2)

因此，复地震道可表示为：

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)表示反射强度，θ(t)表示瞬时相位，ω(t)表示瞬时频率。如果实际地震道f(t)已知，那么正交道可以由实际地震道希尔伯特变换求出来，进一步求出A(t)(反射强度)θ(t)(瞬时相位)，再由ω(t)=dθ(t)/dt获得瞬时频率。

2.1 瞬时振幅

瞬时振幅响应的是声阻抗差的信息，值总是正的，其横向变化多与岩性变化对应相关，也称作反射强度，振幅包络。其多被用作振幅异常的品质分析，用来识别断层、河道、地下异常体等[18]，从复合波中分辨厚层反射。

如图1从剖面可以看出，WELL1井左侧有明显的地层断裂，在伽马测井曲线异常周围有明显振幅包络“弱—强—弱”的分布特点，结合钻井的岩性信息推断该区域是白垩系洛河组的砂泥岩互层地层。分析该区域非常有利于砂岩型铀矿的富集。

图2根据过H095685测线地震振幅包络剖面的测井曲线分析，在伽马曲线异常部位存在明显多的同相轴“抖动现象”，推测该特征与风成沙地质条件符合，砂岩的瞬时振幅强度会比泥岩的瞬时振幅强度强，所以伽玛测井曲线的异常值对应剖面中振幅较强的地层，在异常区的上下地层同相轴平坦、连续性强，这些属性特征与之前鄂尔多斯盆地的沉积条件特征符合。

图1 H095731地震振幅包络剖面Fig.1 H095731 seismic amplitude envelope section

图2 H095685地震振幅包络剖面Fig.2 H095685 seismic amplitude envelope section

2.2 瞬时频率

瞬时频率反应的特征是指地震同相轴的有效频率吸收效应及裂缝影响和储层厚度的信息。当地震波通过孔隙、裂缝型地层时，反射振幅降低，高频信号衰减加剧，主频向低频方向移动[18]。

图3是H105781测线的地震瞬时频率剖面，通常在砂岩中表现为高频信息，泥岩层位中频率会表现出相对低频。剖面中频率变化幅度较大，低频与高频交错分布，这种现象符合研究区地层砂泥岩互层的特征，在伽玛测井曲线的高幅度异常值层位表现出中高频与高频共同存在的特征，可以指示该地层是砂岩层，有差异是因为砂岩的岩性不同，上部主要是岩性粒度较大、孔隙度发育较好的粗砂—中砂夹杂部分砾岩的砂岩，下部分布有岩性粒度较大的细砂岩。

图3 H105781瞬时频率剖面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]，该方法顾名思义就是根据测井及地震资料建立初始模型，根据模型与实际地层的符合程度进行的反演手段。

图4为H095731测线的基于模型的地震波阻抗反演剖面，从剖面中可以看到，在含铀矿层位明显能看出地震反演剖面上有明显的波阻抗强弱“抖动”甚至断续的现象，这与研究区目标层位是砾岩和粗砂岩的风成沙的地质现象符合，是砂岩型铀矿富集的有利目标层位，顶、底部具备较厚的连续地层，这为砂岩性铀矿的富集铺垫了良好的地层。

图4 H095731波阻抗反演剖面Fig.4 H095731 wave impedance inversion section

在图5的反演剖面中，显示了该区域白垩系地层砂泥岩互层现象突出，并且砂岩粒度差异大，粗砂岩和细砂岩分布明显，在伽马异常地层分布明显的砾岩，剖面中对该地层特征反应明显，其伽马异常区属于洛河组地层，洛河组的风成沙现象在剖面中也有所显示，伽马异常区的地震波阻抗反演剖面有明显的局部起伏现象，而且波阻抗值与上下围岩差异大，是砂岩型铀矿的有利富集区。

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

3 结论

通过对研究区反射地震资料的处理，对目标层进行属性分析，并结合井资料、地质资料进行局部波阻抗反演剖面分析，获得了以下认识：

瞬时振幅剖面和瞬时频率剖面中强振幅、中低频的属性特征对应高伽马异常值，该地层砂泥岩发育，结合测井资料分析应该是砂岩型铀矿有利富集区。

伽玛异常值对应在地层有“弱—强—弱”明显特征的砂泥岩互层或岩性粒度变化较大的地层之中，该砂体中的波阻抗值明显相对于周围地层中的波阻抗值较大，而且该砂体的同相轴分布特征中表现出了上下“轻微抖动”的分布特征，这与研究区内部白垩系洛河组地层中砂体属于风成砂且上下围岩为泥岩的沉积特征相对应。

局部波阻抗反演剖面发现断层周围同一地层较低位置的波阻抗值相对较高，且连续范围广，对应测井曲线分析显示可能是有利含铀储层。

综合来看，研究区地层中砂岩型铀矿在地震属性剖面以及地震反演剖面中特征明显，尤其是伽玛测井曲线异常值地层对应在横向地层中的分布特征，所以说反射地震资料的综合研究是砂岩型铀矿预测的重要方法。