吳旭亮，武勇強，李茂

(1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002； 2.中核集團公司鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點實驗室，河北 石家莊 050002)

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國北方中新生代大型產(chǎn)鈾沉積盆地之一，目前發(fā)現(xiàn)的大型砂巖型鈾礦床均產(chǎn)于盆地北東緣中侏羅統(tǒng)直羅組中，鈾礦化主要受古層間氧化帶前鋒線控制，賦存于灰色砂巖和綠色砂巖的過渡帶。浩然柴達木地區(qū)位于盆地北西緣杭錦旗西部，因下白堊統(tǒng)沉積厚度大，目的層中侏羅統(tǒng)直羅組頂板埋深一般大于750 m[1]，埋藏較深，區(qū)內(nèi)鈾礦勘查工作程度一直相對較低。根據(jù)收集的煤田鉆孔伽馬測井資料分析，杭錦旗西部下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組中存在較好的鈾礦化顯示，同時核工業(yè)二〇八大隊2006年施工的ZKY7-3，在下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)鈾礦化，顯示該層位具備較好的找礦潛力。根據(jù)國家戰(zhàn)略需要，為進一步擴大盆地北部鈾礦找礦工作成果，實現(xiàn)新區(qū)域、新層位的找礦突破，近年來，在盆地北西緣加大了對目的層下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組的找礦潛力研究。

砂體是可地浸砂巖型鈾礦重要的成礦條件之一，它不僅是地下水或含鈾含氧水活動的通道以及鈾次生活動和富集的有利空間，也是石油、天然氣、氮氣等的儲集層和運移通道[2]。因此，在該地區(qū)砂巖型鈾礦勘查中首先查明下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體空間展布特征，對指導區(qū)內(nèi)找礦工作具有重要意義。本文以2019年“鄂爾多斯盆地北緣伊和烏素地區(qū)CSAMT測量”項目完成的面積性測深數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)與鉆孔資料，重點對下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體特征進行了研究，揭示了其深部空間展布特征，指導了區(qū)內(nèi)鉆探工程布置。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況及巖石電阻率特征

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊盟隆起的中北部，出露的地層主要為下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組、羅漢洞組及第四系(圖1)，區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，褶皺、斷裂構(gòu)造不發(fā)育[4-7]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及測線布置Fig.1 Geological map and survey line arrangement diagram of study area

根據(jù)鉆孔資料分析，區(qū)內(nèi)中新生界三疊系(T)、侏羅系(J)、下白堊統(tǒng)(K1)及第四系(Q)構(gòu)成了沉積蓋層的主體。下面主要對侏羅系與下白堊統(tǒng)進行重點敘述。

侏羅系主要發(fā)育有上侏羅統(tǒng)安定組(J3a)與中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)。中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)：巖性下部及上部為綠色、黃綠色、灰色含礫粗砂巖，中部為灰色、黑色、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，灰黑、淺灰色粉砂巖、煤層及煤線，厚50～250 m，最厚可達450 m。中侏羅統(tǒng)直羅組(J2z)：上段以泥巖、粉砂巖為主，下段以中、粗砂巖為主，為鄂爾多斯盆地北東部主要的賦礦層位。上侏羅統(tǒng)安定組(J3a)：巖性為灰綠色泥質(zhì)砂巖、紫紅色細砂巖、泥巖夾鈣質(zhì)膠結(jié)的白色細砂巖，在盆地西部石油孔中其厚度大于300 m,與下伏直羅組呈平行不整合接觸關(guān)系。

下白堊統(tǒng)自下至上劃分為洛河組(K1l)、華池—環(huán)河組(K1hc+h)、羅漢洞組(K1lh)。洛河組(K1l)：巖性主要以淺紅色砂巖為主，夾棕紫色泥巖，含鈣質(zhì)結(jié)核，底部發(fā)育底礫巖。華池—環(huán)河組(K1hc+h)：巖性主要為黃色、灰綠、淺灰、棕紅色的中、粗粒長石石英砂巖、粉砂巖、姜黃色砂巖、砂礫巖不等厚互層，因賦存砂巖型鈾礦化，為杭錦旗西部重要的找礦目的層，與下伏洛河組整合接觸。羅漢洞組(K1lh)：上部主要為土紅、紫紅色砂巖和灰色中粗粒砂巖，下部為泥質(zhì)粉砂巖互層、紅色塊狀砂巖，局部夾泥巖，含鈣質(zhì)結(jié)核，厚390 m，與下伏華池—環(huán)河組呈整合接觸關(guān)系。

1.2 巖石電阻率特征

表1、表2為根據(jù)核工業(yè)二〇八大隊伊和烏素地區(qū)與巴音青格利地段鉆孔資料統(tǒng)計的地層電阻率。由表可見，第四系沖洪積物、砂礫巖平均電阻率值為40 Ω·m，表現(xiàn)為相對高阻特征[8]。下白堊統(tǒng)主要為礫巖、含礫砂巖夾粉砂巖、泥巖組成，電阻率值14～51.20 Ω·m，其中華池—環(huán)河組最高，表現(xiàn)為相對高阻特征。上侏羅統(tǒng)安定組與中侏羅統(tǒng)直羅組主要為泥巖、粉砂巖、中粗粒砂巖，電阻率值7～18 Ω·m，表現(xiàn)為明顯的相對低阻特征；中侏羅統(tǒng)延安組巖性主要為泥巖、粉砂巖、中粗粒砂巖、煤層，由于煤層電阻率較高，整體表現(xiàn)為相對中阻特征。其次，從巖性分析，煤層、礫巖、含礫砂巖、中粗粒砂巖相對于其他巖性，電阻率要明顯偏高。

表1 測區(qū)巖石平均電阻率統(tǒng)計結(jié)果

表2 測區(qū)地層測井電阻率均值統(tǒng)計[9]

上述巖性電性特征是區(qū)內(nèi)劃分巖性及地層的物性基礎(chǔ)，為資料的解釋提供了重要依據(jù)。

2 CSAMT測量方法及數(shù)據(jù)反演處理

2.1 儀器設備及測量裝置

數(shù)據(jù)采集使用GDP-32Ⅱ多功能電法儀測量系統(tǒng)，測量裝置為赤道偶極標量測量裝置。磁場信號(Hy)垂直于電場信號(Ex)，采用ANT-6磁探頭進行測量；電場信號采用固體不極化電極進行觀測。發(fā)射偶極AB=1.0 km，接收偶極MN=100 m，最小收發(fā)距4.2 km，最低觀測頻率為0.5 Hz。

2.2 測線布置

研究區(qū)位于杭錦旗西部浩然柴達木地區(qū)，地層整體呈NW走向，依據(jù)物探剖面線應與主構(gòu)造線走向垂直的原則，布置NE向CSAMT剖面5條，每條剖面長34.0 km，線距3.60 km，點距100～200 m，總計測點1 200個(見圖1)。

2.3 數(shù)據(jù)反演處理

數(shù)據(jù)反演處理為資料解釋的重要環(huán)節(jié)，其目的是通過反演計算，將所觀測的電磁場信息轉(zhuǎn)換為電性結(jié)構(gòu)模型，以達到解決地質(zhì)任務的目的。本次數(shù)據(jù)反演處理主要采用Zonge公司與GDP-32Ⅱ多功能電法儀相配套的SCS2D軟件完成。

為確保本次數(shù)據(jù)反演精度，提高資料的解釋效果，首先利用已知鉆孔資料，對主要反演參數(shù)[9]即初始背景電阻率模型、第一層厚度、圓滑系數(shù)進行了適用性實驗分析。

圖2為Y19K05線13.0～18.0 km段不同初始模型反演結(jié)果。ZK5-1號鉆孔揭露深度 1 489 m(圖中延安組厚度省略，截取了一段)，0～190 m為下白堊統(tǒng)羅漢洞組(K1lh)，190～962 m為下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組(K1hc+h)與洛河組(K1l)，962～1 223 m為侏羅系安定組(J3a)與直羅組(J2z)，1 223～1 489 m為中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)。

由圖2對比分析可以看出，三種初始模型對上部的下白堊統(tǒng)電性層反演結(jié)果基本一致，對于深部安定組、直羅組以及底部延安組電性層的反映明顯存在一定的差異性特征。二維移動平均初始化背景電阻率模型對上述電性層的中高、高、低、中電性結(jié)構(gòu)反映較為清晰(圖2b)，其反演結(jié)果基本上與ZK5-1號鉆孔揭露地層測井電阻率基本一致(見表2)。一維模擬二維移動平均電阻率模型與二維移動平均數(shù)據(jù)初始化背景電阻率模型的反演結(jié)果大致一致，但底部中阻層延安組的反演結(jié)果與鉆孔揭露情況有所差別(圖2a)，效果稍差。均勻半空間電阻率模型對深部安定組和直羅組低阻層以及底部延安組中阻層的反演結(jié)果不明顯(圖2c)，反演電阻率整體偏高，分層效果稍差。第一層厚度與圓滑系數(shù)也在該鉆孔旁進行了反復實驗，不再贅述。

a—一維模擬二維移動平均電阻率模型；b—二維移動平均電阻率模型；c—均勻半空間電阻率模型；1—羅漢洞組；2—華池-環(huán)河組；3—洛河組；4—安定組；5—直羅組；6—延安組；7—地層界線；8—鉆孔及編號a—1-D modeling and 2-D moving average resistivity；b—2-D moving average resistivity model；c—uniform half-space resistivity model；1—Luohandong Group; 2—Huachi huanhe Group; 3—Luohe Group; 4—Anding Group; 5—Zhiluo Group; 6—Yanan Group; 7—stratigraphic boundary; 8—driling and numbering

通過實驗，最終確定了區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)反演約束條件，即初始模型為二維移動平均數(shù)據(jù)初始化背景電阻率模型、第一層厚度為75 m、圓滑系數(shù)為0.5時，反演結(jié)果能客觀地反映區(qū)內(nèi)蓋層的地電結(jié)構(gòu)，提高了資料解釋的可靠性。

3 下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體解釋

3.1 下白堊統(tǒng)巖性特征

據(jù)區(qū)內(nèi)煤田資料分析，鄂爾多斯盆地下白堊統(tǒng)構(gòu)造層主要為伸展活動背景下形成的粗粒碎屑巖與古沙漠沉積，其次，從核工業(yè)航測遙感中心在杭錦旗西部開展的可控源音頻大地電磁測量成果資料分析，下白堊統(tǒng)中段華池—環(huán)河組主要以河流相厚層狀砂巖為主[10]，泥巖不發(fā)育，而下段洛河組底部發(fā)育較厚的底礫巖。整體來說，下白堊統(tǒng)巖性粒度較粗，在天環(huán)向斜的東翼與伊陜斜坡區(qū)，表現(xiàn)為西傾的大型單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，巖性與巖相相對穩(wěn)定[11]。

3.2 下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體解釋

研究區(qū)5條反演電阻率斷面特征基本一致[12]，下面主要結(jié)合圖3對下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組的砂體解釋進行分析。ZKW2019-1鉆孔為核工業(yè)二〇八大隊2019年施工的第一個見礦孔，位于Y19K03線平距約11 km處，揭露深度828.7 m，雖然揭露到洛河組底部底礫巖，但下白堊統(tǒng)未揭穿。鉆孔0～9.2 m為第四系，9.2～193.6 m為下白堊統(tǒng)羅漢洞組，193.6～713.1 m為下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組，713.1～828.7 m為下白堊統(tǒng)洛河組。

由圖3可見，斷面中下白堊統(tǒng)縱向主要反映為明顯的相對中高和高阻二層電性結(jié)構(gòu)，與下白堊統(tǒng)巖性及電性特征基本一致。上部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度200 m左右，反演電阻率28～80 Ω·m，底部等值線呈近水平密集帶分布，縱向反映為明顯的“上高下低”相對中高阻電性層，基本與第四系風成沙及下白堊統(tǒng)羅漢洞組砂巖、砂質(zhì)泥巖相對應。下部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度450～700 m(測線北東部薄)，反演電阻率大于28 Ω·m，電性層底部等值線橫向呈密集帶分布的相對高阻電性層，基本與下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組與洛河組發(fā)育的厚層狀砂巖及底部含礫砂巖相對應。

圖3 Y19K03線平距10.4～14.0 km電阻率反演斷面及地質(zhì)推斷解釋成果Fig.3 Geological interence interpretation cross section of inverted resistivity with horizontal distance of 10.4～14.0 km on Y19K03 Line

分析可見，華池—環(huán)河組與洛河組電性相近，均表現(xiàn)為明顯的高阻電性層，其頂板埋深200 m左右，根據(jù)鉆孔揭露華池—環(huán)河組與洛河組巖性與電性特征，將該套電性層以中粗粒砂巖、含礫砂巖為主的沉積層，整體解釋為砂體，由于洛河組厚度相對較薄，因此上述解釋的砂體簡稱為華池—環(huán)河組砂體。

4 下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體分布特征

根據(jù)可控源音頻大地電磁測量5條剖面的解釋成果，將下白堊統(tǒng)底板埋深與華池—環(huán)河組頂板埋深相減，得出華池—環(huán)河組與洛河組的砂體厚度(簡稱為華池—環(huán)河組砂體)，然后在各剖面地質(zhì)推斷解釋斷面圖上按測點間隔進行采樣，并投影到同一平面，結(jié)合其他相關(guān)資料，勾劃出本區(qū)下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體厚度等值線平面(圖4)。

圖4 研究區(qū)下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體厚度等值線平面Fig.4 Contour plan of sand body thickness of Lower Cretaceous Huachi-Huanhe Formation in the research area

由圖4可見，區(qū)內(nèi)砂體厚度等值線呈NW向展布，北東部厚度一般在400～600 m之間，最薄處主要為：Y19K01線平距22.8～24.6 km，Y19K03線平距23～25.6 km、29.8～31.4 km，Y19K04線平距27.4～30 km，Y19K05線平距20.8～27.2 km，這幾處厚度均小于350 m；中部至南西部厚度在500～700 m，最厚處位于Y19K01線平距13.3～16.5 km與Y19K02線平距13.3～16.5 km，達750 m以上。

由以上分析可見，區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體十分發(fā)育，分布范圍較廣，頂板埋深200 m左右，厚度400～700 m，局部達750 m，走向NW，整體表現(xiàn)為北東部薄、中部—南西部厚的發(fā)育分布特征。

5 結(jié)論

本次鉆探與成果資料對比分析表明，CSAMT測量解釋結(jié)果客觀地反映了區(qū)內(nèi)蓋層的結(jié)構(gòu)特征，尤其是目的層下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體空間展布特征，為區(qū)內(nèi)鉆探工程的布置提供了深部地質(zhì)信息。其次，Y19K03線平距11.0 km處施工的ZKW2019鉆孔，在下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組中發(fā)現(xiàn)了巨厚的工業(yè)鈾礦化，實現(xiàn)了新區(qū)域、新層位找礦的重大發(fā)現(xiàn)。