吳旭亮，武勇強(qiáng)，李茂

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002； 2.中核集團(tuán)公司鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050002)

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國(guó)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(dá)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(duì)較低。根據(jù)收集的煤田鉆孔伽馬測(cè)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(shí)核工業(yè)二〇八大隊(duì)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(guó)家戰(zhàn)略需要，為進(jìn)一步擴(kuò)大盆地北部鈾礦找礦工作成果，實(shí)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(duì)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(dòng)的通道以及鈾次生活動(dòng)和富集的有利空間，也是石油、天然氣、氮?dú)獾鹊膬?chǔ)集層和運(yùn)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(duì)指導(dǎo)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(cè)量”項(xiàng)目完成的面積性測(cè)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(diǎn)對(duì)下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組砂體特征進(jìn)行了研究，揭示了其深部空間展布特征，指導(dǎo)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(cè)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(duì)侏羅系與下白堊統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)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(dá)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(xì)砂巖、泥巖夾鈣質(zhì)膠結(jié)的白色細(xì)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(zhǎng)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(duì)伊和烏素地區(qū)與巴音青格利地段鉆孔資料統(tǒng)計(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于其他巖性，電阻率要明顯偏高。

表1 測(cè)區(qū)巖石平均電阻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 測(cè)區(qū)地層測(cè)井電阻率均值統(tǒng)計(jì)[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(cè)量方法及數(shù)據(jù)反演處理

2.1 儀器設(shè)備及測(cè)量裝置

數(shù)據(jù)采集使用GDP-32Ⅱ多功能電法儀測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量裝置為赤道偶極標(biāo)量測(cè)量裝置。磁場(chǎng)信號(hào)(Hy)垂直于電場(chǎng)信號(hào)(Ex)，采用ANT-6磁探頭進(jìn)行測(cè)量；電場(chǎng)信號(hào)采用固體不極化電極進(jìn)行觀測(cè)。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(cè)頻率為0.5 Hz。

2.2 測(cè)線布置

研究區(qū)位于杭錦旗西部浩然柴達(dá)木地區(qū)，地層整體呈NW走向，依據(jù)物探剖面線應(yīng)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(zhǎng)34.0 km，線距3.60 km，點(diǎn)距100～200 m，總計(jì)測(cè)點(diǎn)1 200個(gè)(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(jì)算，將所觀測(cè)的電磁場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為電性結(jié)構(gòu)模型，以達(dá)到解決地質(zhì)任務(wù)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(duì)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(jìn)行了適用性實(shí)驗(yàn)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(hào)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(duì)比分析可以看出，三種初始模型對(duì)上部的下白堊統(tǒng)電性層反演結(jié)果基本一致，對(duì)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(dòng)平均初始化背景電阻率模型對(duì)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(hào)鉆孔揭露地層測(cè)井電阻率基本一致(見表2)。一維模擬二維移動(dòng)平均電阻率模型與二維移動(dòng)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(duì)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(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不再贅述。

a—一維模擬二維移動(dòng)平均電阻率模型；b—二維移動(dòng)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(hào)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(shí)驗(yàn)，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(dòng)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(shí)，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(dòng)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(cè)遙感中心在杭錦旗西部開展的可控源音頻大地電磁測(cè)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(duì)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(duì)下白堊統(tǒng)華池—環(huán)河組的砂體解釋進(jìn)行分析。ZKW2019-1鉆孔為核工業(yè)二〇八大隊(duì)2019年施工的第一個(gè)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(duì)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(duì)中高阻電性層，基本與第四系風(fēng)成沙及下白堊統(tǒng)羅漢洞組砂巖、砂質(zhì)泥巖相對(duì)應(yīng)。下部反映連續(xù)、穩(wěn)定、厚度450～700 m(測(cè)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(duì)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(duì)應(yīng)。

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(duì)較薄，因此上述解釋的砂體簡(jiǎn)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(cè)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(jiǎn)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(cè)點(diǎn)間隔進(jìn)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(dá)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(dá)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(duì)比分析表明，CSAMT測(cè)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(shí)現(xiàn)了新區(qū)域、新層位找礦的重大發(fā)現(xiàn)。