准噶尔盆地车排子凸起沙湾组沉积特征及砂岩型铀矿成矿前景

2021-12-29何中波张字龙

世界核地质科学 2021年4期

贺锋,何松,何中波,贾翠,张字龙

（1.核工业北京地质研究院中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029；2.核工业二一六大队，乌鲁木齐 830011）

我国北方中新生代沉积盆地新层位、新地区和新类型铀矿仍具有巨大的找矿潜力和找矿空间，是砂岩铀矿资源大幅增长的主战场［1-2］。准噶尔盆地是典型的多能源沉积盆地，盆地铀矿“三新”找矿方面已在卡姆斯特地区取得了重大突破，另外还有很多新区、新层位值得去探索。车排子凸起春光油田的油气资源勘探已经取得重大突破，在沙湾组已经陆续发现和开采了一批大小不等的岩性油藏［3-4］。车排子凸起砂岩型铀矿勘查程度低，其成矿前景不明。盆地中砂岩型铀成矿与油气关系密切［5］，前人在车排子凸起石油钻孔测井中发现了高异常的自然伽马，异常主要分布在新近系沙湾组的砂砾岩、含砾粗砂岩中［6-7］。车排子凸起不仅是油气有利勘查区，也是砂岩型铀矿的勘查有利地区，其砂岩型铀成矿前景值得进一步分析和研究。

准噶尔盆地车排子凸起春光地区钻孔数据多，三维地震资料覆盖全区，为该区的砂岩型铀矿成矿前景分析奠定了良好数据基础。通过对钻孔数据和地震资料综合分析，明确了车排子凸起沙湾组构造特征、岩性、砂体和沉积相特征，总结了钻孔中自然伽马测井异常特征和分布范围，综合分析了该区砂岩型铀成矿前景，为准噶尔盆地砂岩型铀矿勘查提供依据。

1 区域地质背景

1.1 研究区概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西缘，研究区面积约406 km2，在区划上属于新疆乌苏市境内西北约68 km处的车排子镇［8］。车排子凸起呈倒三角形状，北部为扎伊尔山，西南部为四棵树凹陷，东部为红车断裂带和昌吉凹陷［9-10］（图1a）。区内缺失二叠系、三叠系，侏罗系在局部有残存，主要发育白垩系、古近系、新近系和第四系沉积建造，超覆在石炭系凝灰岩与变质岩基底之上［11-12］。沙湾组在纵向上可划分为沙湾组一段、沙湾组二段和沙湾组三段（图1b），地层分布具有南厚北薄的特点。

图1 准噶尔盆地车排子凸起造位置图（a）和沙湾组柱状图（b）（据参考文献［10-12］，有修改）Fig.1 Structure location map of Chepaizi uplift（a）and stratagraphic column of Shawan Formation（b），Junggar Basin（Modified after References［10-12］）

1.2 构造特征

车排子凸起为单一向南倾的大型斜坡构造，构造较缓，地层倾角2°左右（图2）。车排子凸起沉积盖层构造简单，沙湾组整体向西或西北方向超覆、减薄、尖灭。沙湾组各段构造继承性好，该区无明显构造带，但受区内发育的几组断裂控制，在不同构造层形成局部小型断鼻、断块等构造类型的圈闭。断裂发育较少、规模较小，且多为正断层，只在车排子凸起的东部红车断裂带发育规模较大的逆断层。车排子凸起断层产状较陡，断距一般仅10～55 m，且延伸短，平面延伸距离短，一般为1～5 km。断裂走向以近EW和NW向为主，NE向次之。

图2 准噶尔盆地车排子凸起地震构造剖面图（构造位置见图1）Fig.2 Sesmic section and interpreted structure of Chepaizi uplift，Junggar Basin（Structure location is shown in Fig.1）

中晚二叠世至早三叠世初，红车断裂带发育，车排子凸起初始形成；中晚三叠世-早侏罗世，车排子凸起处于大面积剥蚀状态，沉积了较厚的中上三叠统-下侏罗统；至中晚侏罗世，车排子凸起再次隆升，大面积遭受剥蚀，三叠系-侏罗系仅在部分地区残存；白垩系沉积时期，车排子凸起仍然具有东西向展布古隆起形态；在喜马拉雅构造运动的作用下，盆地大规模区域性地向南掀斜，沉积了新近系独山子组、塔西河组及沙湾组和第四系西域组［13-14］。区内沙湾组各段、各砂组大面积分布，向高部位超覆。其中沙湾组一段整体向东南倾伏，构造高点在研究区西北部P22井附近，沙湾组二段和沙湾组三段倾向发生变化，地层整体南倾，构造高点在研究区西北部P204井附近。

2 沙湾组沉积特征

2.1 岩性特征

沙湾组一段西北厚东南薄，地层厚度20～125 m，为区内砂岩型铀矿主要的目标层位，岩性以灰色、灰褐色砂砾岩、含砾粗砂岩、粉砂岩与薄层灰色粉砂质泥岩、泥岩互层为主，下部普遍发育一套巨厚层褐灰色、灰色砂砾岩和含砾粗砂岩［14-15］，砂体最厚可达40 m，顶部普遍发育厚层的紫红色、灰色泥岩、灰质泥岩，厚度4～10 m（图3）。沙湾组二段南厚北薄，厚度50～140 m，泥岩较为发育，中部发育巨厚层棕红色泥岩夹薄层泥质粉砂岩、细砂岩，南部发育灰色泥岩与细砂岩不等厚互层［14-15］。沙湾组一段和沙湾组二段为车排子凸起的主要油气储层，电性特征相似，砂岩视电阻率曲线多为负向特征，曲线形态呈指状、钟形、箱形。砂岩密度测井值低于泥岩，砂岩密度为2.1～2.2 g/cm3，泥岩密度一般为2.3～2.5 g/cm3；补偿中子测井曲线值一般为20%～50%，砂岩明显低于泥岩，反映砂岩较疏松。沙湾组三段南厚北薄，厚度40～95 m，北部发育一套巨厚层杂色砂砾岩、含砾砂岩夹中厚层杂色泥岩，南部主要发育灰色、棕红色厚层泥岩［14-15］，泥岩最厚可达40 m。砂砾岩视电阻率曲线呈齿化箱状，砂砾岩密度测井值一般为2.4 g/cm3左右，补偿中子测井曲线值为15%～35%。

2.2 沉积特征

车排子凸起沙湾组主要发育扇三角洲、辫状河-辫状河三角洲、滩坝-湖泊、冲积扇-冲积平原四种沉积体系类型（图3）［3，12，14］。沙湾组一段以辫状河-辫状河三角洲沉积为主，物源来自北东、北西两个方向，其中北东向为主要物源方向［16-17］。沙湾组一段1砂组主要形成于湖盆的萎缩阶段，以辫状河沉积为主（图4a）；沙湾组一段2砂组沉积期湖盆面积扩大，沉积类型以辫状河三角洲-滨浅湖沉积为主；沙湾组一段3砂组时期，湖盆萎缩水位下降，物源供给充足，发育进积型辫状河三角洲与滨浅湖沉积组合；沙湾组一段4砂组湖盆水体有所下降，沉积特征与3砂组类似。

图3 准噶尔盆地车排子凸起沙湾组沉积剖面图（构造位置见图1）Fig. 3 Sedimentary profile of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin（Structure location is shown in Fig.1）

沙湾组二段倾向变为南倾，沙湾组二段5砂组沉积时期，湖平面逐渐上升直至接近最大湖侵面，西北部发育扇三角洲沉积，中部沿北东-西南走向发育厚层的泥岩段，属于滨浅湖泥岩沉积［16-17］，东南部发育大面积席状薄层砂岩，与泥岩互层，发育砂岩透镜体，属于滨浅湖滩坝沉积（图4b）。其中滩砂分布范围较广，主要以灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩组成，单层厚度较薄，一般小于2 m；坝砂分布范围较小，厚度较滩砂大，主要以含砾细砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，是油气成藏的良好储层。沙湾组二段6砂组继承了5砂组的沉积格局，湖盆逐渐萎缩，西北物源供给较5砂组充足部，扇三角洲前缘向南进积，滩坝沉积范围减小。沙湾组二段7砂组沉积期湖水大面积萎缩，发育一套冲积扇-冲积平原-滨浅湖的沉积组合。沙湾组三段整体南倾，沉积类型与沙湾组二段7砂组相似，岩性较7砂组粗，湖盆进一步萎缩，冲积扇向南进积。

图4 准噶尔盆地车排子凸起沙湾组一段1砂组（a）和沙湾组二段5砂组（b）沉积相图Fig.4 Sedimentary facies of 1st sand-zone in the first member（a）and 5th sand-zone in the secend member（b）of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin

2.3 砂体特征

春光地区沙湾组一段1砂组大面积发育辫状河道砂体，砂体厚度20～45 m，单层厚度大，偶见泥岩薄夹层，南部单层砂岩厚度可达40 m以上（图5a）。砂体岩性较粗，多含砾岩，横向连通性好。含砂率一般为70%～95%，孔隙度一般为22%～34%，渗透率一般为100～2000×10-3μm2，为中高-高孔—高渗型砂体。沙湾组一段2砂组、3砂组和4砂组中部发育滨浅湖泥岩为主，东南部主要发育辫状河三角洲前缘砂体，砂体厚度10～25 m，单层厚度最厚可达15 m，含砂率一般为45%～80%，孔隙度一般为22%～36%，渗透率一般为130～1600×10-3μm2，也为中高-高孔—高渗型砂体。

沙湾组二段5砂组和6砂组砂体整体发育湖相泥岩，砂体规模较小。西北部发育扇三角洲砂体，砂体厚度8～14 m，单层厚度4～6 m，砂体以含砾细砂岩为主，含砂率一般为30%～60%；东南部发育薄层滩坝相砂体，砂体以细砂岩、粉砂岩为主，砂体厚度2～20 m，单层厚度2～3 m，含砂率一般为10%～40%（图5b）。滩坝砂体受波浪改造，孔隙度为18%～44%，渗透率为150～2000×10-3μm2，为高孔—高渗型砂体。

图5 准噶尔盆地车排子凸起沙湾组一段1砂组（a）和沙湾组二段5砂组（b）砂岩厚度图Fig.5 Thickness contour map of 1st sand-zone in the first member（a）and 5th sand-zone in the secend member（b）of Shawan Formation in Chepaizi uplift，Junggar Basin

沙湾组二段7砂组和沙湾组三段西北部主要发育冲积扇砂体，岩性以杂色砾岩、砂砾岩为主，岩性分选磨圆度差，储层物性较差，孔隙度，一般为4%～10%，渗透率一般为0.4～200×10-3μm2。西北部砂岩厚度10～25 m，含砂率在50%～90%之间，含砂率等值图显示北高南低的趋势，逐渐过渡为冲积平原厚层泥岩夹薄层砂沉积。

3 沙湾组伽马异常特征

在前人基础之上，通过对现有的钻孔伽马测井资料分析，明确了车排子凸起沙湾组的伽马异常特征。目前已发现15个钻孔发育伽马异常，呈南西-北东走向，位于车排子凸起的中部和西北部（表1和图6）。伽马异常发育井段一般在340～1300 m，异常厚度1.5～14.5 m，平均4.3 m。伽马异常段主要位于沙湾组一段1、2、3、4砂组中，异常段岩性为浅灰色、灰色、灰褐色、浅棕色砂砾岩、含砾粗砂岩、含砾细砂岩和砾质砂岩以及少量异常发育在紫红色泥质粉砂岩（表1）。伽马异常值一般在300～1500 API，伽马异常是本底值的3～23倍。如图6所示，春17-1、春21井和P27井伽马曲线井段深度808～812.9 m、904.7～908 m和1388.7～1392.1 m，异常厚度分别为4.9、3.3和3.4 m，伽马异常分别是本底值的18、18和23倍。

图6 准噶尔盆地车排子凸起沙湾组伽马曲线异常特征和钻孔分布图Fig.6 Anomaly characteristics of gamma curve and the distribution of anomaly borehole in Chepaizi uplift，Junggar Basin

表1 准噶尔盆地车排子凸起伽马测井异常统计表Table 1 Statistical table of gamma anomaly in Chepaizi uplift,Junggar Basin

4 砂岩型铀矿成矿前景

车排子凸起为向南倾的大型缓坡带，构造简单，继承性发育，为有利的铀成矿构造带，砂岩型铀成矿构造条件有利。沙湾组超覆在石炭系凝灰岩和变质岩基底上，与古近系和石炭系呈不整合接触。新近系沙湾组主要发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲、扇三角洲和滨浅湖滩坝砂体。沙湾组三段冲积扇砂体岩性以深灰色、灰色和杂色砂砾岩为主，粒度粗、成熟度低、圆度不好、分选较差、渗透性差。沙湾组二段滨浅湖滩坝相砂体岩性以细砂岩和泥质砂岩沉积为主，单层厚度薄，砂体规模较小，渗透性好，砂体独立分布，连通性比较差。沙湾组二段扇三角洲砂体发育在研究区西北部，分布范围小。沙湾组一段为砂岩型铀矿主要的目标层位，大面积发育辫状河和辫状河三角洲砂体，砂体单层厚度大，分选好，渗透性好，发育高孔高渗带，西北部埋深变浅，是铀成矿的有利砂体。

车排子凸起沙湾组的伽马曲线异常段发育在沙湾组一段，埋深在340～1300 m，异常平均厚度4.3 m，异常值一般在300～1500 API，伽马异常是本底值的3～23倍。前人对车排子凸起部分钻孔也做过自然伽马能谱测井分析，沙湾组一段最大铀含量可达113.3×10-6，铀平均含量3.24×10-6［19］。春17井861～868 m是铀含量高引起的高伽马砂体，在自然伽马能谱测井曲线上显示为高伽马，高U，低K和Th值［19］。铀砂位于稠油上部，与稠油在纵向上呈上下叠置关系［18］。核工业二一六大队在沙湾组灰绿色钙质砾岩中也发现铀偏高现象［7］，进一步指示了车排子凸起沙湾组一段放射性异常。

车排子凸起为油气运移的正向构造，含油气流体在昌吉凹陷和四棵树凹陷里生成，通过断层、不整合面和沙湾组一段高孔高渗砂体进行垂直和水平运移，在有利的岩性圈闭或构造圈闭成藏［13-14］。沙湾组油气资源极为发育，可为砂岩型铀矿提供丰富的还原物质。含铀含氧水主要通过辫状河-辫状河三角洲砂体和少量扇三角洲砂体向盆地内部运移，受油气流体改造和还原，可在斜坡带的某个有利部位形成铀矿化（图7），砂岩型铀矿成矿前景较大。另外在古近系和白垩系也见到铀异常［19］，部分铀含量大于100×10-6，也是车排子凸起砂岩型铀矿值得关注的潜在目标层位。