盧 潮，于常青，錢 鵬，聶逢君，周 宇，談順佳

(1.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院，330013，南昌；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，100037，北京； 3.首鋼地質(zhì)勘查院，100043，北京；4.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，330013，南昌；5.中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，100040，北京)

0 引言

紅柳泉地區(qū)位于柴達(dá)木盆地西南緣，柴達(dá)木擁有豐富的礦產(chǎn)資源，有著聚寶盆的美名[1]。早在20世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)多個(gè)鈾礦點(diǎn)，但是由于當(dāng)時(shí)認(rèn)為其規(guī)模小，品位低并沒(méi)有獲得重視。近年來(lái)隨著水成鈾礦理論在柴達(dá)木盆地的調(diào)查，認(rèn)為紅柳泉地區(qū)具有良好的鈾礦前景，由于青海油田已經(jīng)在當(dāng)?shù)刈鲞^(guò)大量勘探的工作，擁有大量的淺部的地質(zhì)與地球物理資料，并發(fā)現(xiàn)多處高伽馬異常層位疑似為鈾礦儲(chǔ)層[2-4]。在青海油田工作的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有資料對(duì)紅柳泉地區(qū)淺層異常區(qū)做詳細(xì)的解釋，運(yùn)用測(cè)井-地震聯(lián)合反演和參數(shù)反演刻畫(huà)了有利含鈾砂體的展布特征，結(jié)合地質(zhì)資料分析了影響其成礦因素，推測(cè)研究區(qū)內(nèi)的成礦模式圖。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地西南紅柳泉地區(qū)，是青海和新疆交接的地方。研究區(qū)海拔在2 900 m左右，地形較為平坦，研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，已探明石油、煤和多種金屬礦。

砂巖型鈾礦形成的條件比較苛刻，首先必須要有鈾源條件，主要來(lái)自鈾含量較高的花崗巖與鈾含量較高的變質(zhì)巖等，其次研究區(qū)內(nèi)還需要大量的砂巖作為鈾儲(chǔ)層，鈾礦還需要斷層和斷裂等構(gòu)造為其創(chuàng)造出與油氣等還原物質(zhì)的運(yùn)移通道，一般情況下，鈾礦對(duì)古氣候條件也有要求，潮濕的條件更有利于鈾礦的遷移和富集。鈾礦的形成不是受單種因素影響，而是受多種因素共同制約[5-7]。

紅柳泉位于尕斯斷陷7個(gè)泉-紅柳泉斷鼻帶上的1個(gè)三級(jí)構(gòu)造[8]。柴達(dá)木盆地內(nèi)巖石鈾含量高，能為鈾成礦提供充足的鈾源。柴達(dá)木盆地蓋層沉積多為砂巖與泥巖互層，沉積相多為水相，有利于層間氧化帶發(fā)育，大量的砂巖為鈾提供了富集的場(chǎng)所，研究區(qū)內(nèi)大量的斷裂構(gòu)造也利于鈾礦還原。簡(jiǎn)而言之，柴達(dá)木紅柳泉地區(qū)地質(zhì)條件非常有利于鈾富集成礦[9-10]。

結(jié)合測(cè)井資料，研究區(qū)內(nèi)的高伽馬異常層位主要為7個(gè)泉組下部與獅子溝組上部，7個(gè)泉組與獅子溝組都是受晚喜山運(yùn)動(dòng)構(gòu)造影響，巖相分別為沖積扇與辮狀河三角洲平原相[11]。獅子溝組厚度約為400 m，巖性為棕灰色泥巖夾砂巖；7個(gè)泉組為第四系地層，總體厚度達(dá)800 m，上部分巖性為灰色泥巖，下部巖性為灰色泥巖與泥、砂巖互夾[12]。

2 地球物理資料分析

2.1 測(cè)井資料分析

研究區(qū)內(nèi)由中石油青海油田實(shí)施的鉆孔很多，為方便本次研究，共收集了12口測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(分別為H105、H111、H112 H114、H115、H116、H117、H118、H119、H120、H34、H28)資料進(jìn)行分析，鑒于篇幅限制，選取其中特征較為典型的H111、H112兩口測(cè)井進(jìn)行分析表述如下。

圖1 研究區(qū)位置圖

從圖2的H111測(cè)井曲線分析可以看出，測(cè)井高伽馬的層位主要有兩段，上段位于第四系7個(gè)泉組地層下部，對(duì)應(yīng)深度大致在550～650 m之間，下段位于獅子溝組地層頂部，對(duì)應(yīng)深度大致在750～730 m之間。兩段高伽馬值異常處的測(cè)井波速、密度均出現(xiàn)明顯的增大，自然電位略有下降，電阻率輕微增大的特征，同時(shí)對(duì)比兩段伽馬異常層位可以發(fā)現(xiàn)7個(gè)泉組下部相對(duì)于獅子溝組上部的伽馬異常更為強(qiáng)烈，伽馬異常的厚度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。

圖2 H111測(cè)井曲線分析

圖3為H112測(cè)井曲線分析，由圖3中可以看出與H111井類似，圖2黑色方框內(nèi)也顯示出兩段高伽馬異常層位，7個(gè)泉組下部(670～675 m)和獅子溝組上部(855～860 m)。H112井的伽馬異常為收集的測(cè)井資料中最強(qiáng)烈，7個(gè)泉組下部地層的伽馬異常最高可達(dá)1 200 API，獅子溝組上部的伽馬異常稍弱，但最高值也可達(dá)900 API。從圖2中可看出高伽馬異常層位測(cè)井的特征和H111井一樣表現(xiàn)出測(cè)井波速、密度出現(xiàn)明顯增大，自然電位略有下降，電阻率輕微增大的特征。

圖3 H112測(cè)井曲線分析

由圖3中分析可得，測(cè)區(qū)內(nèi)高伽馬放射異常層為600～900 m，顯示為圖3中黑色方框位置，呈現(xiàn)出兩段式異常特征，對(duì)應(yīng)7個(gè)泉下部和獅子溝上部地層。通過(guò)觀察高伽馬異常層的各種測(cè)井特征，自然電位低且聲波、密度和電阻率增大，而砂巖一般在測(cè)井中顯示為高波速、高密度、高電阻率以及低自然電位的特征，大致判斷出高伽馬異常層為砂巖。

2.2 地震資料分析

根據(jù)本區(qū)資料情況和屬性優(yōu)選原則，對(duì)地震資料進(jìn)行了瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位做屬性提取，進(jìn)而分析了解地層和有礦層信息，為下一步井震聯(lián)合反演打下基礎(chǔ)。從圖4 Inline368主測(cè)線瞬時(shí)振幅剖面過(guò)H111井的瞬時(shí)振幅特征分析剖面上可以看出砂巖和泥巖的分布范圍。對(duì)于同一層段的砂泥巖來(lái)說(shuō)，砂巖的往往會(huì)強(qiáng)于泥巖的瞬時(shí)振幅。圖4中H111井顯示有伽馬異常的位置正好位于振幅較強(qiáng)的位置，顯示砂巖層位中可能富含較高的放射性鈾元素。同時(shí)可以看出在其上下地層明顯的能量差異，顯示為一種泥砂泥互層的特征，繼而推測(cè)可能為一層間氧化帶。從圖5 Inline368主測(cè)線瞬時(shí)頻率剖面圖中可以看出伽馬異常層位的瞬時(shí)頻率特征為中高頻率(深藍(lán)-淺藍(lán)色標(biāo))向中低頻率(淺藍(lán)—綠黃色標(biāo))過(guò)渡，表明該層段的孔隙較為發(fā)育。從圖6 Inline368主測(cè)線瞬時(shí)相位剖面瞬時(shí)相位特征分析剖面可以很好地看出構(gòu)造的變化以及斷層的位置。如剖面上紅柳泉斷層的位置相對(duì)于未經(jīng)處理的地震剖面形態(tài)更加清晰，同時(shí)斷層兩邊的層位對(duì)應(yīng)關(guān)系更加明確。

圖4 主測(cè)線Inline368瞬時(shí)振幅剖面

圖5 主測(cè)線Inline368瞬時(shí)頻率剖面

2.3 地震層位標(biāo)定及解釋

本次三維地震資料的構(gòu)造層位解釋的關(guān)鍵之處在于工區(qū)內(nèi)主要斷裂——紅柳泉斷裂以及斷裂兩側(cè)的地層對(duì)應(yīng)情況的判斷。為了更好地解決以上2個(gè)問(wèn)題，采取了斷層兩側(cè)測(cè)井層位標(biāo)定控制地震剖面解釋的辦法。通過(guò)主測(cè)線剖面可以明顯地看出斷層為逆斷層，因此選擇位于斷層下盤位置的H120井，位于斷層上盤位置的H116、H111、H34井以及穿過(guò)斷層的H112井作“井”字型4條連井剖面，通過(guò)4條連井地震剖面的解釋從而控制全區(qū)地震資料的解釋。由于篇幅有限，僅以H120和H116連井地震剖面作展示。

圖7為H120和H116連井地震剖面(大致與主測(cè)線平行)的地層解釋，可以看出在測(cè)井層位標(biāo)定(圖中N22、N23曲線)的控制下的地震剖面層位解釋能很好地勾畫(huà)出獅子溝組頂界面N23和上油砂山組頂界面N22在紅柳泉斷層兩側(cè)的形態(tài)特征，從而識(shí)別出地震剖面上獅子溝組及7個(gè)泉組的地層厚度以及地層展布形態(tài)。

圖7 H120和H116連井地震剖面解釋

結(jié)合測(cè)井層位標(biāo)定對(duì)地震剖面的地層、構(gòu)造解釋可以得知紅柳泉地區(qū)地層發(fā)育比較平緩。而位于紅柳泉斷層的兩側(cè)地層發(fā)生輕微傾斜，而其中又以斷層上盤即斷層?xùn)|北方向的地層傾斜更加明顯。

3 測(cè)井-地震聯(lián)合反演

3.1 基本原理

基于模型的寬帶約束反演是一種井震聯(lián)合參數(shù)約束反演。這種反演方法結(jié)合地震、測(cè)井和地質(zhì)資料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通過(guò)測(cè)井資料的校正得到合成地震記錄，再同實(shí)際的地震記錄對(duì)比[15]，效果不佳則修改初始模型的相關(guān)參數(shù)，直到擬合效果達(dá)到最佳，最后就提取了效果最好的地層波阻抗模型，流程如圖8所示。

圖8 主測(cè)線Inline368地震層位及構(gòu)造解釋

圖9 基于模型寬帶約束反演處理流程圖

3.2 測(cè)井資料校正

測(cè)井曲線的編輯包括去野值、環(huán)境校正、曲線的時(shí)移、拉伸和壓縮子波的修改包括修改子波的長(zhǎng)度、起跳時(shí)間、頻帶寬度及相位等。判別的準(zhǔn)則是使合成地震道與原始地震道吻合得更好。子波的質(zhì)量直接受測(cè)井曲線與地震匹配關(guān)系好壞的影響,因此子波的提取與測(cè)井曲線的編輯是相輔相成的,只有將二者不斷迭代進(jìn)行才能得到一個(gè)好的子波[16]。

3.3 合成記錄制作

通過(guò)合成地震記錄制作，使測(cè)井資料與地質(zhì)、地震資料更加緊密地結(jié)合，為下一步反演工作打好基礎(chǔ)。 選取了5口井(H111、H112、H116、H120、H34)制作合成地震記錄進(jìn)行層位標(biāo)定。

圖10 H111井合成地震記錄

圖11為5口測(cè)井合成記錄與地震記錄相關(guān)性系數(shù)品質(zhì)圖，分析結(jié)果顯示對(duì)這5口井做的合成記錄與地震記錄的相關(guān)系數(shù)較高，綜合相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.4。

圖11 測(cè)井合成地震記錄綜合分析圖

3.4 地質(zhì)建模

通過(guò)對(duì)上文中對(duì)地震地層構(gòu)造解釋結(jié)合測(cè)井資料制作的合成地震記錄，建立的地質(zhì)模型如圖12。

圖12 地質(zhì)模型圖

3.5 波阻抗反演

波阻抗反演是通過(guò)地震、測(cè)井和地質(zhì)資料建立初始的波阻抗模型，首先提取子波，通過(guò)測(cè)井資料的校正得到合成地震記錄，再同實(shí)際的地震記錄比較，效果不佳則修改初始模型的相關(guān)參數(shù)，直到擬合效果達(dá)到最佳，最后提取效果最好的地層波阻抗模型[13]。

3.5.1 波阻抗反演剖面 圖13為波阻抗反演連井剖面(過(guò)H115、H114、H112、H111井)，圖13中曲線為伽馬測(cè)井曲線。一般砂巖對(duì)應(yīng)為高波阻抗，泥巖為低波阻抗。從圖13中可以看出高伽馬值對(duì)應(yīng)的高波阻抗位置推測(cè)為含鈾砂巖，上下為低波阻抗的泥巖，表現(xiàn)出泥砂泥的結(jié)構(gòu)。由圖14中可以看出位于紅柳泉斷層位置的波阻抗相對(duì)于下盤位置整體明顯偏弱，同時(shí)對(duì)應(yīng)的下盤測(cè)井(H114、H115)伽馬異常也不如上盤位置測(cè)井(H111)伽馬異常強(qiáng)烈。

圖13 H115、H114、H112、H111波阻抗反演連井剖面

圖14為過(guò)H116、H111、H34波阻抗反演連井剖面，該剖面位于紅柳泉斷層上盤位置，大致為SE走向，由圖14中可以看出，測(cè)井高伽馬的深度對(duì)應(yīng)的為兩層連續(xù)性較好的高波阻抗層位，顯示出明顯的測(cè)井高伽馬與地震反演高波阻抗相應(yīng)的特征，即含鈾砂巖層的特征。同時(shí)由剖面中間的H111井位置處向兩邊(H116和H34)位置不管是伽馬異常值還是波阻抗值均呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)。

圖14 H116、H112、H105連井波阻抗反演剖面

3.5.2 波阻抗屬性切片 針對(duì)測(cè)井分析的研究區(qū)域測(cè)井高伽馬異常為兩段分布，截取對(duì)應(yīng)的7個(gè)泉組下部和獅子溝組上部的2個(gè)地震層位的波阻抗屬性切片，如圖15和圖16，并借此反映這2個(gè)層位的砂體展布特征。通過(guò)對(duì)比2個(gè)層位的波阻抗屬性特征，可以發(fā)現(xiàn)，7個(gè)泉組底部呈現(xiàn)出大面積的高波阻抗區(qū)域，顯示出連續(xù)且較大范圍的砂體展布，在形態(tài)上以紅柳泉斷裂為界線呈現(xiàn)由西北向東南的扇狀分布。獅子溝組上部的的波阻抗普遍為中等偏弱，零星的散落一些高波抗區(qū)域，并且自西北向東南方向的波阻抗值有明顯增強(qiáng)的趨勢(shì)，并在其東南邊界部位有一小片較為連續(xù)且波阻抗較強(qiáng)區(qū)域，由此推測(cè)其東南方向外圍可能具有較為可觀的砂體分布。

圖15 7個(gè)泉組下部波阻抗屬性特征切片

圖16 獅子溝組上部波阻抗屬性特征切片

3.6 伽馬參數(shù)反演

在波阻抗反演的基礎(chǔ)上，利用測(cè)井伽馬曲線與聲波時(shí)差曲線相關(guān)性分析，對(duì)相關(guān)井進(jìn)行伽馬參數(shù)反演[14]。

3.6.1 伽馬反演剖面 圖17為近似主測(cè)線方向(北東方向)的H115、H114、H112、H111連井伽馬參數(shù)反演剖面，從圖17中可以看出，伽馬異常區(qū)域受紅柳泉斷裂因數(shù)影響比較明顯，位于斷層?xùn)|北方向的上盤位置，伽馬異常不僅異常幅值大且連續(xù)性較好，而對(duì)于斷層西南方向的伽馬異常比較分散且異常值較小。圖18為聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向(南東方向)的H116、H111、H34連井伽馬參數(shù)反演剖面，可以看出由西北向東南伽馬異常值和伽馬異常連續(xù)性增強(qiáng)的趨勢(shì)。

圖17 近似主測(cè)線連井剖面(北東方向)

圖18 近似聯(lián)絡(luò)測(cè)線連井剖面(南東方向)

因此推測(cè)7個(gè)泉下部和獅子溝組上部縱向上有良好的泥砂泥互層現(xiàn)象，在橫向上砂巖層擁有較好的連續(xù)性，在構(gòu)造上，紅柳泉斷層提供了還原物質(zhì)運(yùn)移的通道，符合層間氧化帶的基礎(chǔ)條件。 且由于受紅柳泉逆斷層的影響東北區(qū)域地層發(fā)生輕微向西北傾斜而西南區(qū)域的地層發(fā)育相對(duì)更加平緩，這也解釋了為何斷層?xùn)|北區(qū)域顯現(xiàn)大面積的伽馬異常，而西南地區(qū)卻相對(duì)較弱。

3.6.2 伽馬屬性特征切片 通過(guò)對(duì)比7個(gè)泉組下部和獅子溝組上部的伽馬參數(shù)反演切片(圖19、圖20)，可以看出，測(cè)井顯示伽馬異常強(qiáng)烈的井(H111、H112、H116、H34、H28、H105)基本位于異常區(qū)內(nèi)，伽馬異常形態(tài)與上述強(qiáng)波阻屬性切片基本一致，但異常范圍比波阻抗異常更為收斂，使得含鈾砂巖的展布空間得到更小范圍內(nèi)的圈定。同時(shí)，伽馬異常受斷裂控制明顯，異常區(qū)域基本集中沿著斷層?xùn)|北方向展布。7個(gè)泉組下部伽馬異常范圍比較集中，通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算大致估算其伽馬異常范圍面積為11 km2，獅子溝組上部伽馬異常比較分散，但目測(cè)其應(yīng)該占到伽馬屬切片的1/4，即10 km2左右的面積。

圖19 7個(gè)泉組下部參數(shù)反演伽馬屬性特征切片

圖20 獅子溝組上部參數(shù)反演伽馬屬性特征切片

4 研究區(qū)成礦模式分析

通過(guò)上述成果分析研究區(qū)的砂巖型鈾礦的成礦模式，可總結(jié)其受下面3個(gè)因素影響。

1)斷裂：紅柳泉斷裂將深層路樂(lè)河組、下柴干溝組上段2個(gè)生油層，下柴干溝組下段儲(chǔ)油層與淺層7個(gè)泉組下部和獅子溝組上部地層相連接，提供了還原性物質(zhì)運(yùn)移通道。

2)層位：異常區(qū)對(duì)應(yīng)為7個(gè)泉組下部與獅子溝組上部，深度為600～900 m，通過(guò)紅柳泉斷裂能夠接受地表含氧含鈾流體的滲入。而且地層產(chǎn)狀較為平緩，錄井資料顯示該層位砂泥互層特征明顯，有利形成層間氧化帶。

3)砂體分布：7個(gè)泉組下部和獅子溝組上部地層有較大范圍的連續(xù)砂體分布，提供了鈾還原富集的場(chǎng)所。

結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)情況和上述地球物理成果，最后得到研究區(qū)鈾礦成礦模式如圖21所示。

圖21 紅柳泉地區(qū)砂巖型鈾礦成礦模式圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行波阻抗反演、伽馬參數(shù)反演與成礦模式預(yù)測(cè)分析，獲得了以下認(rèn)識(shí)：

1)研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)放射異常砂體主要分布在7個(gè)泉組下部和獅子溝組上部，通過(guò)波阻抗反演和伽馬參數(shù)反演的數(shù)據(jù)切片可發(fā)現(xiàn)其中7個(gè)泉組下部的砂體分布更加廣泛，且鈾礦異常信息更加顯著，為本區(qū)域?qū)ふ疑皫r型鈾礦的最有利層位。而獅子溝組上部的砂體有向東南延伸的趨勢(shì)，推測(cè)在研究區(qū)外圍可能具備更加可觀的含鈾砂巖層。

2)通過(guò)反演結(jié)果與地質(zhì)資料預(yù)測(cè)了測(cè)區(qū)成礦模式圖，并且分析鈾成礦主要受斷層和斷裂帶的影響，且對(duì)應(yīng)地層含有大量砂巖提供了鈾富集的場(chǎng)所。