蔡義峰　薛冽　彭文利　黃新華　馬效杰

摘? 要：通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地北三臺(tái)凸起油氣鉆井的錄、測(cè)井等資料分析發(fā)現(xiàn)，在新近系沙灣組底部發(fā)育一套異常高自然伽馬砂礫巖，其中B311井GR值最高達(dá)1 732.58 API，預(yù)示該區(qū)具有良好鈾資源勘探前景。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該區(qū)含鈾砂巖分布，通過精細(xì)的合成記錄標(biāo)定，對(duì)該含鈾砂層提取地震屬性。通過多屬性融合與分析，預(yù)測(cè)含鈾砂層平面分布，進(jìn)而利用地震波形指示反演技術(shù)預(yù)測(cè)含鈾砂層的垂向和平面展布特征，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度，指出了鈾礦勘探的有利區(qū)域。

關(guān)鍵詞：北三臺(tái)凸起;新近系沙灣組;含鈾砂巖;地震屬性;地震波形指示反演;分布預(yù)測(cè)

勘探和生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，煤、石油、天然氣和鈾礦等多種能源礦產(chǎn)資源往往廣泛共存于同一沉積盆地中。鈾礦按巖性可分為沉積巖型、火成巖型和變質(zhì)巖型。過去受開采技術(shù)限制，火山熱液型鈾礦床一直處主導(dǎo)地位。近年來，隨著鈾礦勘探開采技術(shù)的突破，沉積型鈾礦特別是砂巖型鈾礦，已為勘查和可經(jīng)濟(jì)利用的主要類型。準(zhǔn)噶爾盆地能源礦產(chǎn)資源十分豐富，已探明儲(chǔ)量豐富的煤炭、石油和天然氣[1]。準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦找礦工作始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的勘探，發(fā)現(xiàn)了大量鈾礦床、礦點(diǎn)及異常點(diǎn)[2-3]。通過近十年大量勘探工作投入及持續(xù)研究，在盆地西北緣、準(zhǔn)東北部、準(zhǔn)南均取得重要進(jìn)展。驗(yàn)證井實(shí)踐表明，油氣井GR異常大于500 API即為潛在鈾礦層，并發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)。2019年，在盆地東部喀木斯特地區(qū)發(fā)現(xiàn)萬噸級(jí)的大型砂巖型鈾礦產(chǎn)地，展示了準(zhǔn)噶爾盆地鈾礦勘探的良好前景。通過對(duì)北三臺(tái)凸起石油鉆井資料研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)新近系沙灣組底部發(fā)育一套異常高或特高自然伽馬的砂礫巖，埋深約1 000 m，是勘查砂巖型鈾礦資源的有利地區(qū)。以往對(duì)砂巖型鈾礦的勘查，一般采用鉆探方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，該方法成本高、周期長(zhǎng)。目前多采用重、磁、電及放射性測(cè)量等物探方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，取得了一定效果，但預(yù)測(cè)精度還有待提高。通過利用油氣勘探的地震、鉆井、錄井和測(cè)井等資料，運(yùn)用精細(xì)的地震解釋技術(shù)、多屬性融合與分析及反演技術(shù)，預(yù)測(cè)含鈾砂層的分布，為尋找砂巖型鈾礦提供了一種新思路，具較好的應(yīng)用前景。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

北三臺(tái)凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，為繼承性的古隆起，西與阜康凹陷以斜坡過渡，東以西地?cái)嗔押屠锨f灣斷裂與吉木薩爾凹陷相鄰，南鄰阜康斷裂帶，北部以鞍狀構(gòu)造逐漸過渡到沙奇凸起[4-5]，面積達(dá)2 000 km2。

北三臺(tái)凸起油氣勘探始于20世紀(jì)50年代，從90年代開始陸續(xù)實(shí)施三維地震勘探，截止目前，三維地震已經(jīng)覆蓋全區(qū)。該區(qū)石油、天然氣鉆井已多達(dá)200余口（圖1）。以往油氣勘探主要目標(biāo)層為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，而淺層新近系鮮有油氣發(fā)現(xiàn)，針對(duì)新近系的研究也寥若晨星[6]。而所有深層目標(biāo)的油氣探井均經(jīng)過淺層新近系，這些豐富的地震、石油測(cè)、錄井資料為新近系鈾資源的勘查提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 高GR砂巖特征

在石油測(cè)井解釋中，通常利用自然電位、自然伽馬、井徑、電阻率和聲波時(shí)差等信息綜合分析來區(qū)分砂泥巖。當(dāng)Rw

自然伽馬測(cè)井是在井內(nèi)測(cè)量巖石中自然存在的放射性核素中核衰變過程中放射出來的γ射線的強(qiáng)度，來研究地質(zhì)問題的一種測(cè)井方法。巖石的自然放射性決定于巖石所含的放射性核素的種類和數(shù)量，不同地層具有不同的自然放射性強(qiáng)度。對(duì)于砂泥巖，由于巖層中所含泥質(zhì)含量不同，造成自然伽馬值存在差異。砂巖表現(xiàn)為最低值，粘土（泥巖、頁巖）表現(xiàn)為高值，而粉砂巖、泥質(zhì)砂巖介于中間，并隨巖層中泥質(zhì)含量的增加而增大。

通過對(duì)北三臺(tái)凸起油氣鉆井的錄、測(cè)井資料進(jìn)行分析，新近系沙灣組砂巖GR值一般在38～46 API，泥巖GR值一般在70～75 API，但一部分井的GR曲線在新近系沙灣組底部砂礫巖層段出現(xiàn)異常高的特征（表1）。其中，B311井GR異常值最高達(dá)到1 732.58 API，背景值為72 API，異常高GR砂巖厚度為6 m。從其GR異常高值與背景值的幅度對(duì)比和后期補(bǔ)充測(cè)量的定向伽馬測(cè)井資料可看出，該區(qū)發(fā)育有鈾礦化層信息，且該區(qū)具鈾成礦有利背景，表明該區(qū)為鈾礦勘查有利區(qū)。

3 地震多屬性技術(shù)預(yù)測(cè)含鈾砂巖

普遍認(rèn)為，由疊前或疊后地震數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)變換（如傅氏變換、復(fù)數(shù)道分析、自相關(guān)函數(shù)、自回歸分析、小波變換、模擬退火等），且不經(jīng)其他學(xué)科數(shù)據(jù)干預(yù)，所獲得的地震波幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)或統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)，稱為地震屬性[7]。地質(zhì)體及其性質(zhì)的任何變化都會(huì)引起地震屬性的變化，因此，利用地震屬性來研究地下儲(chǔ)層的物性具明顯優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)60年代，Ben Rummerfeld首次將地震屬性技術(shù)應(yīng)用于油氣勘探中[8]，經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，屬性技術(shù)已經(jīng)得到石油地質(zhì)專家的認(rèn)可，且已發(fā)展成為一套完善的技術(shù)序列，廣泛應(yīng)用于構(gòu)造研究、油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、油藏儲(chǔ)集特性描述、儲(chǔ)層表征等方面。

3.1? 地震屬性提取

為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)研究對(duì)象（某一地層）在平面上的變化，通常需要提取該地層的層位屬性（或稱為界面屬性、層面屬性、波至屬性）。合成記錄標(biāo)定和層位解釋的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系所提取的層位屬性是否能反應(yīng)該層的地質(zhì)信息。通過合成記錄標(biāo)定，賦予了地震同相軸以特定的地質(zhì)含義，將地震同相軸與地層之間建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過利用從井旁地震道數(shù)據(jù)提取的統(tǒng)計(jì)子波進(jìn)行合成記錄標(biāo)定，合成記錄與井旁地震道相關(guān)系數(shù)達(dá)0.82，新近系沙灣組底界位于波峰位置（圖2）。

地震屬性的提取模式通常有4種：沿層模式、層間模式、時(shí)間/深度面模式、時(shí)間/深度段模式[9]。為避免受到上下鄰層的干擾，針對(duì)本次研究目標(biāo)，即新近系沙灣組底部砂礫巖的層位及高GR異常厚度，提取了N1s底界層位及其之上20 ms之間的地震屬性，共提取瞬時(shí)類、振幅類、自相關(guān)類、單頻類、地層統(tǒng)計(jì)類等地震屬性9類77種。

3.2? 屬性樣本的建立和優(yōu)化

屬性樣本是根據(jù)井的已知信息建立的用于眾多屬性學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的數(shù)據(jù)。據(jù)研究目標(biāo)為預(yù)測(cè)工區(qū)新近系沙灣組底界砂巖厚度，統(tǒng)計(jì)該區(qū)總共42口已鉆井實(shí)鉆揭示的新近系沙灣組底界砂層厚度作為屬性樣本。

每一種屬性只是儲(chǔ)層一個(gè)或幾個(gè)特征參數(shù)的地球物理響應(yīng)，并不能反映儲(chǔ)層整個(gè)性質(zhì)特征，任何一種地震屬性都有特殊性和針對(duì)性[10-13]。同時(shí)，地震屬性的數(shù)量不勝枚舉，不可能一一利用，需針對(duì)具體研究目標(biāo)從全體地震屬性集中優(yōu)選最好的地震屬性子集，這就是地震屬性的優(yōu)化[14]。地震屬性優(yōu)化方法可分為地震屬性選擇和地震屬性壓縮兩大類[15]。針對(duì)本次研究目標(biāo)，采用地震屬性選擇的方法進(jìn)行地震屬性優(yōu)選。通過計(jì)算所有提取的地震屬性與樣本（砂層厚度）之間的相關(guān)系數(shù)，同時(shí)兼顧地震屬性的地球物理含義，選擇相關(guān)系數(shù)高（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.73以上）、能夠指示砂層厚度的地震屬性，共優(yōu)選了均方根振幅、最大波峰振幅、振幅峰態(tài)、自相關(guān)之和、混沌李指數(shù)、包絡(luò)的二階倒數(shù)等6種地震屬性。

3.3? 地震屬性模式識(shí)別

利用地震屬性模式識(shí)別方法對(duì)優(yōu)選的多種屬性進(jìn)行綜合分析的過程稱為地震屬性模式識(shí)別。根據(jù)模式識(shí)別方法的不同，可以分為統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩大類。BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)，是一種有監(jiān)督的、層狀結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，可以實(shí)現(xiàn)在已知物性樣本的情況下對(duì)儲(chǔ)層物性參數(shù)進(jìn)行估算[16]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以分為輸入層、隱層和輸出層。其算法的學(xué)習(xí)過程由正向傳播和反向傳播兩個(gè)過程組成。正向傳播時(shí)，樣本數(shù)據(jù)從輸入層輸入，通過隱層的處理，傳向輸出層。若輸出結(jié)果與期望輸出的誤差大于設(shè)定的誤差極限，則轉(zhuǎn)入誤差反向傳播階段。誤差反向傳播是將輸出誤差通過隱層向輸入層逐層傳回，并將誤差分?jǐn)偨o各層的所有單元，從而獲得各層單元的誤差信號(hào)，此誤差信號(hào)即作為修正各單元權(quán)值的依據(jù)[17]。

選取工區(qū)已鉆的42口井，利用井旁優(yōu)選的6種地震屬性作為訓(xùn)練樣本，以每口井N1s底界砂層厚度作為訓(xùn)練期望輸出進(jìn)行學(xué)習(xí)，直至滿足誤差要求，然后用學(xué)習(xí)到的映射關(guān)系求取全工區(qū)N1s底界砂巖厚度平面展布特征（圖3）。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該砂礫巖地層厚度整體上呈北部薄，南部厚的特點(diǎn)，西南部的XQ028-B311一帶為砂層厚度最大的區(qū)域。

4 反演技術(shù)預(yù)測(cè)含鈾砂巖

地震反演技術(shù)是利用地震資料反演出地層波阻抗（或速度）的一種地震處理解釋技術(shù)[18]，從20世紀(jì)80年代興起以來，隨著地震技術(shù)在油田勘探、開發(fā)中不斷深入應(yīng)用而得到蓬勃發(fā)展。波阻抗反演將常規(guī)的地震反射剖面轉(zhuǎn)換成能直接與鉆、測(cè)井等實(shí)鉆資料進(jìn)行對(duì)比和分析的巖層型剖面，縱向上充分利用測(cè)井資料的高分辨率，充分挖掘和利用地震資料所包含的巖性、物性、含油氣性等信息[19-20]。

根據(jù)輸入地震數(shù)據(jù)類型的不同，地震反演可分為疊前反演和疊后反演。疊前反演數(shù)據(jù)量龐大，存在敏感性和運(yùn)算量巨大的問題。疊后反演經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，形成了多種成熟的技術(shù)。如遞推反演、稀疏脈沖反演和基于模型的反演[21-22]，在科研生產(chǎn)中驗(yàn)證了其可靠性和有效性。針對(duì)本區(qū)塊主要目的層巖性為砂巖，主要目的是刻畫砂巖和高GR砂巖的展布范圍，采用地震波形指示反演技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

地震波形指示反演技術(shù)[23-26]是利用地震波形在空間上的橫向變化代替常規(guī)反演所采用的變差函數(shù)來表征儲(chǔ)層特征在空間上的變異程度，再通過高分辨率的測(cè)、錄井資料來分析儲(chǔ)層在垂向上巖性組合的高頻結(jié)構(gòu)特征，客觀上更符合沉積地質(zhì)規(guī)律，大大提高了儲(chǔ)層反演的精度和適用范圍。

地震波形指示反演的過程主要包括（圖4）：①對(duì)工區(qū)內(nèi)所有已鉆井進(jìn)行分析，剔除測(cè)井曲線異常值，優(yōu)選出該區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)井，將工區(qū)內(nèi)其他所有井對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)井做測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)井的優(yōu)選原則為位于研究目標(biāo)的有利位置，鉆井較深，測(cè)井系列齊全，井眼條件好，測(cè)井資料真實(shí)可靠，與井眼位置周圍地震資料波形關(guān)聯(lián)度較高等[27]。根據(jù)優(yōu)選原則，選取B311井作為工區(qū)標(biāo)準(zhǔn)井。②敏感曲線分析。通過分析不同的測(cè)井參數(shù)對(duì)研究目標(biāo)的敏感程度優(yōu)選測(cè)井參數(shù)作為反演的目標(biāo)。通過分析，波阻抗對(duì)于砂泥巖的分辨程度較高，而GR曲線作為鈾礦在測(cè)井曲線中的最明顯表現(xiàn)，也應(yīng)作為反演目標(biāo)。所以針對(duì)砂巖型鈾礦的反演研究應(yīng)該同時(shí)分析波阻抗和GR參數(shù)的反演結(jié)果。③空間估值。即利用標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和空間結(jié)構(gòu)特征對(duì)工區(qū)內(nèi)其余位置進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，從而達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。首先，以貝葉斯理論為基礎(chǔ)，結(jié)合似然函數(shù)、先驗(yàn)概率得到后驗(yàn)概率密度的分布，不斷修改模型參數(shù)，使后驗(yàn)概率的密度值達(dá)到最大，此時(shí)的解作為有效的隨機(jī)結(jié)果，取多次有效隨機(jī)結(jié)果均值作為期望值輸出。

通過對(duì)工區(qū)內(nèi)所有已鉆油氣井的測(cè)、錄井資料進(jìn)行綜合分析，選取包括B311、B313、XQ019、XQ017等GR顯示異常井的42口井作為波形指示反演的樣本井。通過對(duì)逐口井進(jìn)行合成記錄標(biāo)定，提取目的層附近對(duì)應(yīng)的子波，建立可靠的地質(zhì)模型，再對(duì)模型進(jìn)行空間插值后做波形指示反演，得到工區(qū)波阻抗及GR在剖面（圖5）和平面上的反演結(jié)果（圖5，6）。

通過對(duì)反演結(jié)果和已鉆井測(cè)、錄井資料進(jìn)行綜合分析，新近系沙灣組發(fā)育有兩套連續(xù)性較好的砂體，分布在地層底部和中部，GR異常集中在底部砂體;平面上新近系時(shí)期砂體整體發(fā)育，具有NS向展布、EW向分帶的特點(diǎn)，GR異常主要集中在工區(qū)西南部巖性變化區(qū)域。B311、DQ3、XQ028、DQ1、B313等新近系沙灣組底界砂巖GR異常井均處于該預(yù)測(cè)異常范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)GR異常面積，即鈾礦勘查有利面積達(dá)28 km2。

2019年，在預(yù)測(cè)的有利區(qū)鉆探ZS1井，在井深900～934m之間獲得3層共計(jì)3 m的鈾礦層，品位及豐度均達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為鈾礦工業(yè)孔，從而證實(shí)了預(yù)測(cè)的合理性和準(zhǔn)確性。

5? 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1） 準(zhǔn)噶爾盆地北三臺(tái)地區(qū)GR異常幅度高，埋藏深度適中，有利區(qū)面積廣，是鈾礦勘查有利區(qū)域。北三臺(tái)地區(qū)鈾資源主要富集在XQ028-B311-DQ3-DQ1一帶的新近系沙灣組底部砂巖層中。

（2） 利用地震屬性預(yù)測(cè)鈾資源的富集，主要是針對(duì)砂巖厚度的研究與預(yù)測(cè)，無法直觀的預(yù)測(cè)異常高GR砂巖的分布。高精度的反演技術(shù)可以相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)異常高GR砂巖在垂向上和平面上的分布范圍。

（3） 在油田區(qū)進(jìn)行鈾資源勘查，要充分利用油田豐富的地震、測(cè)井和錄井資料，采用石油勘探的技術(shù)來預(yù)測(cè)鈾資源的分布，能起到事半功倍的效果。

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Abstract： According to the analysis of well logging and logging data of oil and gas drilling in Beisantai uplift of Junggar basin， a set of abnormal high natural gamma （GR） glutenite is developed at the bottom of Shawan Formation in the Neogene（N1s）. The GR value of well B311 is up to 1 732.58 API， which indicate that this area has a good prospect for uranium exploration. In order to predict the plane distribution of uraniferous sandstone in this area accurately， the seismic attributions of the seismic horizon corresponding to the uraniferous sandstone are extracted through high-precision synthetic calibration. Through multi-attribute fusion and analysis， the plane distribution of uranium bearing sand layer is predicted， and then the vertical and plane distribution characteristics of uranium bearing sand layer are predicted by using seismic waveform indication inversion technology， which further improves the prediction accuracy and points out the favorable areas for uranium exploration.

Key words： Beisantai uplift;Neogene Shawan Formation;Uraniferous sandstone;Seismic attribution;Seismic waveform indication inversion;Distribution prediction