红柳泉地区砂岩型铀矿成矿模式预测

卢 潮，于常青，钱 鹏，聂逢君，周 宇，谈顺佳

(1.东华理工大学地球物理与测控技术学院，330013，南昌；2.中国地质科学院地质研究所，100037，北京； 3.首钢地质勘查院，100043，北京；4.东华理工大学地球科学学院，330013，南昌；5.中煤地质集团有限公司，100040，北京)

0 引言

红柳泉地区位于柴达木盆地西南缘，柴达木拥有丰富的矿产资源，有着聚宝盆的美名[1]。早在20世纪就发现多个铀矿点，但是由于当时认为其规模小，品位低并没有获得重视。近年来随着水成铀矿理论在柴达木盆地的调查，认为红柳泉地区具有良好的铀矿前景，由于青海油田已经在当地做过大量勘探的工作，拥有大量的浅部的地质与地球物理资料，并发现多处高伽马异常层位疑似为铀矿储层[2-4]。在青海油田工作的基础上，利用现有资料对红柳泉地区浅层异常区做详细的解释，运用测井-地震联合反演和参数反演刻画了有利含铀砂体的展布特征，结合地质资料分析了影响其成矿因素，推测研究区内的成矿模式图。

1 地质概况

研究区位于柴达木盆地西南红柳泉地区，是青海和新疆交接的地方。研究区海拔在2 900 m左右，地形较为平坦，研究区内矿产资源丰富，已探明石油、煤和多种金属矿。

砂岩型铀矿形成的条件比较苛刻，首先必须要有铀源条件，主要来自铀含量较高的花岗岩与铀含量较高的变质岩等，其次研究区内还需要大量的砂岩作为铀储层，铀矿还需要断层和断裂等构造为其创造出与油气等还原物质的运移通道，一般情况下，铀矿对古气候条件也有要求，潮湿的条件更有利于铀矿的迁移和富集。铀矿的形成不是受单种因素影响，而是受多种因素共同制约[5-7]。

红柳泉位于尕斯断陷7个泉-红柳泉断鼻带上的1个三级构造[8]。柴达木盆地内岩石铀含量高，能为铀成矿提供充足的铀源。柴达木盆地盖层沉积多为砂岩与泥岩互层，沉积相多为水相，有利于层间氧化带发育，大量的砂岩为铀提供了富集的场所，研究区内大量的断裂构造也利于铀矿还原。简而言之，柴达木红柳泉地区地质条件非常有利于铀富集成矿[9-10]。

结合测井资料，研究区内的高伽马异常层位主要为7个泉组下部与狮子沟组上部，7个泉组与狮子沟组都是受晚喜山运动构造影响，岩相分别为冲积扇与辫状河三角洲平原相[11]。狮子沟组厚度约为400 m，岩性为棕灰色泥岩夹砂岩；7个泉组为第四系地层，总体厚度达800 m，上部分岩性为灰色泥岩，下部岩性为灰色泥岩与泥、砂岩互夹[12]。

2 地球物理资料分析

2.1 测井资料分析

研究区内由中石油青海油田实施的钻孔很多，为方便本次研究，共收集了12口测井数据(分别为H105、H111、H112 H114、H115、H116、H117、H118、H119、H120、H34、H28)资料进行分析，鉴于篇幅限制，选取其中特征较为典型的H111、H112两口测井进行分析表述如下。

图1 研究区位置图

从图2的H111测井曲线分析可以看出，测井高伽马的层位主要有两段，上段位于第四系7个泉组地层下部，对应深度大致在550～650 m之间，下段位于狮子沟组地层顶部，对应深度大致在750～730 m之间。两段高伽马值异常处的测井波速、密度均出现明显的增大，自然电位略有下降，电阻率轻微增大的特征，同时对比两段伽马异常层位可以发现7个泉组下部相对于狮子沟组上部的伽马异常更为强烈，伽马异常的厚度也远远大于后者。

图2 H111测井曲线分析

图3为H112测井曲线分析，由图3中可以看出与H111井类似，图2黑色方框内也显示出两段高伽马异常层位，7个泉组下部(670～675 m)和狮子沟组上部(855～860 m)。H112井的伽马异常为收集的测井资料中最强烈，7个泉组下部地层的伽马异常最高可达1 200 API，狮子沟组上部的伽马异常稍弱，但最高值也可达900 API。从图2中可看出高伽马异常层位测井的特征和H111井一样表现出测井波速、密度出现明显增大，自然电位略有下降，电阻率轻微增大的特征。

图3 H112测井曲线分析

由图3中分析可得，测区内高伽马放射异常层为600～900 m，显示为图3中黑色方框位置，呈现出两段式异常特征，对应7个泉下部和狮子沟上部地层。通过观察高伽马异常层的各种测井特征，自然电位低且声波、密度和电阻率增大，而砂岩一般在测井中显示为高波速、高密度、高电阻率以及低自然电位的特征，大致判断出高伽马异常层为砂岩。

2.2 地震资料分析

根据本区资料情况和属性优选原则，对地震资料进行了瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位做属性提取，进而分析了解地层和有矿层信息，为下一步井震联合反演打下基础。从图4 Inline368主测线瞬时振幅剖面过H111井的瞬时振幅特征分析剖面上可以看出砂岩和泥岩的分布范围。对于同一层段的砂泥岩来说，砂岩的往往会强于泥岩的瞬时振幅。图4中H111井显示有伽马异常的位置正好位于振幅较强的位置，显示砂岩层位中可能富含较高的放射性铀元素。同时可以看出在其上下地层明显的能量差异，显示为一种泥砂泥互层的特征，继而推测可能为一层间氧化带。从图5 Inline368主测线瞬时频率剖面图中可以看出伽马异常层位的瞬时频率特征为中高频率(深蓝-浅蓝色标)向中低频率(浅蓝—绿黄色标)过渡，表明该层段的孔隙较为发育。从图6 Inline368主测线瞬时相位剖面瞬时相位特征分析剖面可以很好地看出构造的变化以及断层的位置。如剖面上红柳泉断层的位置相对于未经处理的地震剖面形态更加清晰，同时断层两边的层位对应关系更加明确。

图4 主测线Inline368瞬时振幅剖面

图5 主测线Inline368瞬时频率剖面

2.3 地震层位标定及解释

本次三维地震资料的构造层位解释的关键之处在于工区内主要断裂——红柳泉断裂以及断裂两侧的地层对应情况的判断。为了更好地解决以上2个问题，采取了断层两侧测井层位标定控制地震剖面解释的办法。通过主测线剖面可以明显地看出断层为逆断层，因此选择位于断层下盘位置的H120井，位于断层上盘位置的H116、H111、H34井以及穿过断层的H112井作“井”字型4条连井剖面，通过4条连井地震剖面的解释从而控制全区地震资料的解释。由于篇幅有限，仅以H120和H116连井地震剖面作展示。

图7为H120和H116连井地震剖面(大致与主测线平行)的地层解释，可以看出在测井层位标定(图中N22、N23曲线)的控制下的地震剖面层位解释能很好地勾画出狮子沟组顶界面N23和上油砂山组顶界面N22在红柳泉断层两侧的形态特征，从而识别出地震剖面上狮子沟组及7个泉组的地层厚度以及地层展布形态。

图7 H120和H116连井地震剖面解释

结合测井层位标定对地震剖面的地层、构造解释可以得知红柳泉地区地层发育比较平缓。而位于红柳泉断层的两侧地层发生轻微倾斜，而其中又以断层上盘即断层东北方向的地层倾斜更加明显。

3 测井-地震联合反演

3.1 基本原理

基于模型的宽带约束反演是一种井震联合参数约束反演。这种反演方法结合地震、测井和地质资料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通过测井资料的校正得到合成地震记录，再同实际的地震记录对比[15]，效果不佳则修改初始模型的相关参数，直到拟合效果达到最佳，最后就提取了效果最好的地层波阻抗模型，流程如图8所示。

图8 主测线Inline368地震层位及构造解释

图9 基于模型宽带约束反演处理流程图

3.2 测井资料校正

测井曲线的编辑包括去野值、环境校正、曲线的时移、拉伸和压缩子波的修改包括修改子波的长度、起跳时间、频带宽度及相位等。判别的准则是使合成地震道与原始地震道吻合得更好。子波的质量直接受测井曲线与地震匹配关系好坏的影响,因此子波的提取与测井曲线的编辑是相辅相成的,只有将二者不断迭代进行才能得到一个好的子波[16]。

3.3 合成记录制作

通过合成地震记录制作，使测井资料与地质、地震资料更加紧密地结合，为下一步反演工作打好基础。 选取了5口井(H111、H112、H116、H120、H34)制作合成地震记录进行层位标定。

图10 H111井合成地震记录

图11为5口测井合成记录与地震记录相关性系数品质图，分析结果显示对这5口井做的合成记录与地震记录的相关系数较高，综合相关系数达到0.4。

图11 测井合成地震记录综合分析图

3.4 地质建模

通过对上文中对地震地层构造解释结合测井资料制作的合成地震记录，建立的地质模型如图12。

图12 地质模型图

3.5 波阻抗反演

波阻抗反演是通过地震、测井和地质资料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通过测井资料的校正得到合成地震记录，再同实际的地震记录比较，效果不佳则修改初始模型的相关参数，直到拟合效果达到最佳，最后提取效果最好的地层波阻抗模型[13]。

3.5.1 波阻抗反演剖面 图13为波阻抗反演连井剖面(过H115、H114、H112、H111井)，图13中曲线为伽马测井曲线。一般砂岩对应为高波阻抗，泥岩为低波阻抗。从图13中可以看出高伽马值对应的高波阻抗位置推测为含铀砂岩，上下为低波阻抗的泥岩，表现出泥砂泥的结构。由图14中可以看出位于红柳泉断层位置的波阻抗相对于下盘位置整体明显偏弱，同时对应的下盘测井(H114、H115)伽马异常也不如上盘位置测井(H111)伽马异常强烈。

图13 H115、H114、H112、H111波阻抗反演连井剖面

图14为过H116、H111、H34波阻抗反演连井剖面，该剖面位于红柳泉断层上盘位置，大致为SE走向，由图14中可以看出，测井高伽马的深度对应的为两层连续性较好的高波阻抗层位，显示出明显的测井高伽马与地震反演高波阻抗相应的特征，即含铀砂岩层的特征。同时由剖面中间的H111井位置处向两边(H116和H34)位置不管是伽马异常值还是波阻抗值均呈现减弱的趋势。

图14 H116、H112、H105连井波阻抗反演剖面

3.5.2 波阻抗属性切片 针对测井分析的研究区域测井高伽马异常为两段分布，截取对应的7个泉组下部和狮子沟组上部的2个地震层位的波阻抗属性切片，如图15和图16，并借此反映这2个层位的砂体展布特征。通过对比2个层位的波阻抗属性特征，可以发现，7个泉组底部呈现出大面积的高波阻抗区域，显示出连续且较大范围的砂体展布，在形态上以红柳泉断裂为界线呈现由西北向东南的扇状分布。狮子沟组上部的的波阻抗普遍为中等偏弱，零星的散落一些高波抗区域，并且自西北向东南方向的波阻抗值有明显增强的趋势，并在其东南边界部位有一小片较为连续且波阻抗较强区域，由此推测其东南方向外围可能具有较为可观的砂体分布。

图15 7个泉组下部波阻抗属性特征切片

图16 狮子沟组上部波阻抗属性特征切片

3.6 伽马参数反演

在波阻抗反演的基础上，利用测井伽马曲线与声波时差曲线相关性分析，对相关井进行伽马参数反演[14]。

3.6.1 伽马反演剖面 图17为近似主测线方向(北东方向)的H115、H114、H112、H111连井伽马参数反演剖面，从图17中可以看出，伽马异常区域受红柳泉断裂因数影响比较明显，位于断层东北方向的上盘位置，伽马异常不仅异常幅值大且连续性较好，而对于断层西南方向的伽马异常比较分散且异常值较小。图18为联络测线方向(南东方向)的H116、H111、H34连井伽马参数反演剖面，可以看出由西北向东南伽马异常值和伽马异常连续性增强的趋势。

图17 近似主测线连井剖面(北东方向)

图18 近似联络测线连井剖面(南东方向)

因此推测7个泉下部和狮子沟组上部纵向上有良好的泥砂泥互层现象，在横向上砂岩层拥有较好的连续性，在构造上，红柳泉断层提供了还原物质运移的通道，符合层间氧化带的基础条件。 且由于受红柳泉逆断层的影响东北区域地层发生轻微向西北倾斜而西南区域的地层发育相对更加平缓，这也解释了为何断层东北区域显现大面积的伽马异常，而西南地区却相对较弱。

3.6.2 伽马属性特征切片 通过对比7个泉组下部和狮子沟组上部的伽马参数反演切片(图19、图20)，可以看出，测井显示伽马异常强烈的井(H111、H112、H116、H34、H28、H105)基本位于异常区内，伽马异常形态与上述强波阻属性切片基本一致，但异常范围比波阻抗异常更为收敛，使得含铀砂岩的展布空间得到更小范围内的圈定。同时，伽马异常受断裂控制明显，异常区域基本集中沿着断层东北方向展布。7个泉组下部伽马异常范围比较集中，通过坐标计算大致估算其伽马异常范围面积为11 km2，狮子沟组上部伽马异常比较分散，但目测其应该占到伽马属切片的1/4，即10 km2左右的面积。

图19 7个泉组下部参数反演伽马属性特征切片

图20 狮子沟组上部参数反演伽马属性特征切片

4 研究区成矿模式分析

通过上述成果分析研究区的砂岩型铀矿的成矿模式，可总结其受下面3个因素影响。

1)断裂：红柳泉断裂将深层路乐河组、下柴干沟组上段2个生油层，下柴干沟组下段储油层与浅层7个泉组下部和狮子沟组上部地层相连接，提供了还原性物质运移通道。

2)层位：异常区对应为7个泉组下部与狮子沟组上部，深度为600～900 m，通过红柳泉断裂能够接受地表含氧含铀流体的渗入。而且地层产状较为平缓，录井资料显示该层位砂泥互层特征明显，有利形成层间氧化带。

3)砂体分布：7个泉组下部和狮子沟组上部地层有较大范围的连续砂体分布，提供了铀还原富集的场所。

结合研究区内的地质情况和上述地球物理成果，最后得到研究区铀矿成矿模式如图21所示。

图21 红柳泉地区砂岩型铀矿成矿模式图

5 结论

通过对测区进行波阻抗反演、伽马参数反演与成矿模式预测分析，获得了以下认识：

1)研究区内出现放射异常砂体主要分布在7个泉组下部和狮子沟组上部，通过波阻抗反演和伽马参数反演的数据切片可发现其中7个泉组下部的砂体分布更加广泛，且铀矿异常信息更加显著，为本区域寻找砂岩型铀矿的最有利层位。而狮子沟组上部的砂体有向东南延伸的趋势，推测在研究区外围可能具备更加可观的含铀砂岩层。

2)通过反演结果与地质资料预测了测区成矿模式图，并且分析铀成矿主要受断层和断裂带的影响，且对应地层含有大量砂岩提供了铀富集的场所。