陳長偉, 宋舜堯, 楊 飛, 梁傳國, 鄒紅麗, 王翊超

(中國石油大港油田分公司，天津 300280)

砂巖型鈾礦是中國鈾礦資源儲量快速增長的主要礦床類型，一舉改變了中國鈾礦勘查的首選目標類型和鈾礦資源分布與開發(fā)的基本格局，是現(xiàn)階段鈾礦勘查和開發(fā)的重點[1]。目前，伊犁盆地[2]、吐哈盆地[3]、鄂爾多斯盆地[4]、二連盆地[5]、巴音戈壁盆地[6]、松遼盆地[7]陸續(xù)獲得重大找礦突破，尤其是以松遼盆地南部為代表的超大型砂巖型鈾礦床，為沉積盆地開展油鈾兼探工作提供了科學(xué)依據(jù)。

渤海灣盆地蘊含著豐富的石油和天然氣資源[8]，是中國東部地區(qū)重要的油氣生產(chǎn)基地之一。前人對盆地內(nèi)石油和天然氣的研究程度相對較高，而鈾成礦條件及成礦潛力研究工作尚未開展。本次研究利用油氣勘探過程中積累的測井資料，在港西斷層-港東斷層、南大港斷層、羊二莊斷層和官西-官東斷裂帶第四系平原組和新近系明化鎮(zhèn)組砂巖段發(fā)現(xiàn)4個自然伽馬異常區(qū)(圖1)，反映渤海灣盆地具備砂巖型鈾成礦潛力。本文主要以渤海灣盆地黃驊拗陷新近系為重點，對異常段對應(yīng)層位沉積、儲層及資源潛力展開研究，初步明確了該區(qū)砂巖型鈾礦成礦類型及找礦方向，以期能為渤海灣盆地砂巖型鈾礦找礦突破及勘探部署提供參考。

圖1 黃驊拗陷新近系構(gòu)造簡圖Fig.1 Schematic diagram of Neogene structure in Huanghua Depression

1 地質(zhì)背景

黃驊拗陷屬于新生代斷拗盆地，為渤海灣盆地內(nèi)的次級拗陷，位于天津市東南部和河北省東部的渤海沿岸地區(qū)，北界為燕山褶皺系，西界為滄縣隆起，東南界為埕寧隆起，東北伸向渤海海域，以沙壘田凸起為界與渤中拗陷分隔，呈NE-SW向展布，面積約1.87×104km2，其中陸地面積約1.67×104km2[9](圖1)。至漸新世末期，盆地地殼整體抬升遭受剝蝕，導(dǎo)致了全域性的不整合界面；隨后新近紀沉積物覆蓋了盆地內(nèi)所有凸起，演變成一個底界面相對均一的大湖盆，各小沉積單元開始相互連通，沉積中心轉(zhuǎn)移到了渤中凹陷，渤海灣盆地也由此進入熱沉降階段[10]。

黃驊拗陷新生界包括古近系、新近系和第四系。古近系主要有孔店組、沙河街組和東營組，是黃驊拗陷重要的生烴和含油氣層段[9]；新近系有館陶組和明化鎮(zhèn)組，是黃驊拗陷重要含油層系[11-13]；第四系包括更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。明化鎮(zhèn)組可進一步分為明下段和明上段：明下段(N1mx)自下而上可劃分為明Ⅳ、明Ⅲ、明Ⅱ、明Ⅰ四個油組(圖2)，厚度1 200 m左右，為新近系大旋回層的中部細粒段，巖性以紫紅、灰綠、棕紅色泥巖為主，夾灰白、灰綠、棕黃色巖屑質(zhì)含泥長石砂巖，屬沖積、淤積平原相堆積；明上段(N2ms)厚度約800 m，為新近系大旋回層的上部粗粒段，巖性為棕紅、黃綠色及雜色泥巖與砂巖間互層，以富含鈣質(zhì)團塊為特征，屬沖積平原相沉積[14]。

平原組分為下段、中段、上段[14]：下段以湖相沉積為主，夾有河流沖積相，以陸相生物組合為主；中段為以湖相為主的類河流沉積，并有河口外壩、河口壩和淺湖、潟湖沉積，以淡水生物化石組合為主，兼有海水侵入的海陸交互相沉積；上段以河流相、海相、潮汐影響的河流相為主，夾有海相地層。全新統(tǒng)底部常含泥炭層，為海侵前的濱海沼澤相沉積，見咸、淡水生物化石，頂部多有人工填土。

圖2 黃驊拗陷新近系和第四系地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of Neogene and Quaternary strata in Huanghua Depression

2 自然伽馬異常及平面分布特征

2.1 自然伽馬異常分類

根據(jù)異常段厚度、自然伽馬峰值和峰基比參數(shù)將異常段分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類(表1)。

表1 黃驊拗陷自然伽馬異常分類表Table 1 Classification of natural gamma anomalies in Huanghua Depression

Ⅰ類異常：厚度一般大于5 m、自然伽馬最大值大于300 API、峰基比大于3(圖3-A、B、C)，其厚度及鈾豐度達到工業(yè)邊界品位，具備工業(yè)礦化潛力；通過對異常段的平面追蹤對比，刻畫出礦體空間分布狀態(tài)，有望實現(xiàn)該地區(qū)砂巖型鈾礦勘查突破。其自然伽馬異常呈現(xiàn)多種曲線形態(tài)，隨著礦化程度的增加，測井曲線呈薄層→齒化組合型→漏斗型或鐘型→箱型過渡。X7-14-2井583～549.38 m深度，Ⅰ類異常段厚度11.38 m，自然伽馬基值117.43 API、最大值375.11 API、峰基比3.19(圖3-A)，測井曲線由下至上呈漏斗型+箱型+鐘型組合特征，基線與自然伽馬之間的面積大，整體礦化程度較高。X3-8-6井666.14～672.76 m深度，Ⅰ類異常段厚度6.62 m，自然伽馬基值85.62 API、最大值336.93 API、峰基比3.93(圖3-B)，測井曲線呈漏斗型+鐘型組合特征；X5-13-2井584.18～590.64 m深度，Ⅰ類異常段厚度6.64 m，自然伽馬基值80.78 API、最大值329.03 API、峰基比4.07(圖3-C)，測井曲線呈齒化漏斗型+齒化鐘型組合特征，礦化程度相對較低，但主體已具備工業(yè)礦化潛力。

圖3 黃驊拗陷新近系伽馬測井曲線異常段分類圖Fig.3 Classification of abnormal segments of Neogene gamma log curves in Huanghua Depression(A)X7-14-2井，Ⅰ類異常；(B)X3-8-6井，Ⅰ類異常；(C)X5-13-2井，Ⅰ類異常；(D)X12-13-7井，Ⅱ類異常；(E)Z1608-4井，Ⅱ1類異常；(F)X6-12-7井，Ⅱ1類異常；(G)G94-8井，Ⅱ2類異常；(H)X7-13-3H井，Ⅲ類異常

Ⅱ類異常：厚度一般2～5 m，根據(jù)自然伽馬最大值、峰基比參數(shù)，可進一步劃分為Ⅱ1和Ⅱ2兩個亞類。

Ⅱ1類異常自然伽馬最大值150～350，峰基比1.5～3，其厚度小于工業(yè)礦化標準(5 m)，但自然伽馬峰值較高，處于工業(yè)礦化邊緣或尚未達到工業(yè)礦化階段，通過礦體追蹤對比，有望找到工業(yè)礦化層。X12-13-7井547.16～550.86 m深度，Ⅱ1類異常段厚度3.7 m，自然伽馬基值65.35 API、最大值301.14 API、峰基比4.61(圖3-D)，測井曲線呈薄層漏斗型+薄層鐘型組合特征；Z1608-4井781.1～784.02 m深度，Ⅱ1類異常段厚度2.92 m，自然伽馬基值69.5 API、最大值371 API、峰基比5.34(圖3-E)，測井曲線呈指形；X6-12-7井562.32～567.82 m深度，Ⅱ1類異常段厚度4.5 m，自然伽馬基值71.08 API、最大值318.16 API、峰基比5.34(圖3-F)，測井曲線呈指形。

Ⅱ2類異常的自然伽馬最大值>500，峰基比>10，均位于深度40.04～590.00 m 范圍內(nèi)，且大部分鉆孔異常厚度集中在1 m左右，且多達6口鉆孔異常厚度皆為1.25 m，形態(tài)上均為“尖刀狀”突變(圖3-G)，初步判斷該類異常可能為假值，但不排除其為碳質(zhì)夾層的可能性，下一步需對該類自然伽馬異常的真實性進行放射性測井檢驗。

Ⅲ類異常：厚度一般小于2 m，自然伽馬值為100～150 API、峰基比<1.5，處于鈾初始聚集帶，勘探潛力相對較小(圖3-H)。

2.2 自然伽馬異常分布特征

經(jīng)過自然伽馬篩查，黃驊拗陷淺層共發(fā)現(xiàn)4層Ⅰ類異常，23層Ⅱ1類異常，13層Ⅱ2類異常。平面上可將黃驊拗陷淺層放射性異常劃分為4個放射性異常區(qū)(圖1)：港西斷層-港東斷層呈北東—北偏西方向展布，異常帶分布面積為341 km2，明上段、明下段和平原組下段均有異常分布，區(qū)內(nèi)存在Ⅰ類、Ⅱ1類和Ⅱ2類異常，其中Ⅰ類異常面積為10.28 km2，主要集中在明上段；南大港斷層呈北東向展布，異常帶分布面積為266.54 km2，異常層位主要集中在明上段和平原組下段，區(qū)內(nèi)存在Ⅱ1和Ⅱ2類異常；羊二莊斷層呈北偏西向展布，異常帶分布面積為213.53 km2，異常層位主要集中在明上段和明下段，已發(fā)現(xiàn)井以Ⅱ1類異常為主，經(jīng)L10X1井的井壁取心實測數(shù)據(jù)驗證，該井處于工業(yè)礦化帶邊緣，具備形成工業(yè)礦化潛力；官西斷層-官東斷層呈北偏東向展布，異常帶分布面積為341.6 km2，異常層位主要集中在平原組下段，以Ⅱ2類異常為主。

3 沉積特征

3.1 單井沉積微相分析

河流既是物源區(qū)向匯聚區(qū)重要的輸砂通道，又是砂體堆積的重要場所。明化鎮(zhèn)組曲流河成因砂體是油氣勘探的重要目標，前人針對黃驊拗陷明化鎮(zhèn)組曲流河沉積微相識別、儲層預(yù)測及古河道恢復(fù)等方面研究較多[9,15-16]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，黃驊拗陷已發(fā)現(xiàn)的28層Ⅰ類和Ⅱ1類異常，與河道有關(guān)的占16個，且Ⅰ類異常均為河道成因砂體。

本次研究重點對港西—港東斷裂帶Ⅰ類異常帶展開沉積、儲層及成礦潛力研究。該區(qū)典型的垂向沉積序列表現(xiàn)為：泛濫平原→河道滯留→(點沙壩)邊灘→泛濫平原→河漫灘，河道、泛濫平原和河漫灘垂向上組成短期正旋回序列，河流頻繁改道，單期旋回厚度20～30 m，砂體厚度2.84～16.50 m(平均8.64 m)(圖4-A、B、C、D)。河流改道過程中，河水沖刷河漫灘形成下切河道，河流在較高流速下首先發(fā)生粒度較粗的河道滯留沉積，測井曲線上河底滯留沉積與河漫灘沉積之間呈突變特征。當河道相對穩(wěn)定時，河底滯留沉積物堆積較厚，測井曲線呈箱型；在正常流動情況下，河底滯留沉積向上演變?yōu)辄c沙壩(邊灘)沉積，測井曲線呈鐘型(圖4-E)；當河流頻繁改道，河道滯留沉積物較薄，點沙壩(邊灘)不發(fā)育，河道滯留沉積向上演變?yōu)榕＼椇毩３练e物，電阻曲線向上呈快速變低的薄鐘型特征。

圖4 黃驊拗陷新近系典型砂巖型鈾儲層沉積微相Fig.4 Sedimentary microfacies of typical Neogene sandstone-type uranium reservoirs in Huanghua Depression

在高水位時期，過量的洪水沖決天然堤，并在堤岸靠平原方向的斜坡上形成樹枝狀水系的扇狀堆積決口扇，沖積扇是沖裂作用的主要產(chǎn)物之一[17]。決口扇由扇根至扇端方向，厚度逐漸變薄，測井曲線呈漏斗型或齒化漏斗型(圖4-F)。

3.2 沉積微相空間展布特征

橫切物源剖面，以河漫灘、河道(河底滯留+點沙壩)沉積為主，決口扇和河漫灘砂體不占優(yōu)勢，河流頻繁改道，砂體橫向連續(xù)性差，河道寬度一般<1 km，單砂體厚度<15 m，砂地比在38.4%～48.9%，縱向上劃分出多期短期正旋回(圖5)。單期旋回內(nèi)由下部多期河道側(cè)積成因的富砂段向上過渡為穩(wěn)定的河漫灘沉積，穩(wěn)定泥頁巖段可作為小層對比的標志層之一。A1小層河道砂體分布在X7-13-3H、X7-14-2井區(qū)，河道砂體與決口扇砂體縱向疊置。A2小層在X12-13-7、X7-13-3H、X7-14-2井各發(fā)育一期河道沉積，河道砂體相對較厚，決口扇砂體規(guī)模較小。A3小層是該區(qū)放射性異常集中的層位，發(fā)育河道、決口扇和河漫灘多種類型沉積砂體，砂體厚度大，還發(fā)育厚度10～20 m的穩(wěn)定低滲河漫灘泥巖。

圖5 X12-13-7井、X7-13-3H井、X7-14-2井和X34-13-28井沉積微相剖面圖Fig.5 Sedimentary microfacies profile of Well X12-13-7, Well X7-13-3H, Well X7-14-2 and Well X34-13-28(剖面位置見圖7)

順物源剖面(圖6)，砂體側(cè)向連續(xù)性增加，河道相占優(yōu)勢；遠離物源方向，河道發(fā)育時間變短，河流頻繁改道，河漫灘穩(wěn)定性變差。在主河道方向，以河流的下切侵蝕、河道砂體沉積為主，決口扇和河漫灘砂體不占優(yōu)勢。A1-A4小層沉積時期，物源供給強度呈強→弱→強→弱周期性變化：A1小層砂地比可達50%以上，河道穩(wěn)定性較好，河道下切侵蝕，河底滯留和河漫灘砂體較發(fā)育；A2小層沉積時期，物源供給能力減弱，砂體側(cè)向連續(xù)性變差，砂體厚度一般小于5 m，旋回頂部河漫灘泥巖段穩(wěn)定發(fā)育；A3小層沉積時期，物源供給能力再次增強，放射性異常體為一期主河道沉積砂體，砂體延伸距離可達3 km，旋回頂部發(fā)育穩(wěn)定河漫灘泥巖段；A4小層沉積時期，河道側(cè)向遷移，X3-8-6井區(qū)以河漫灘沉積為主。

圖6 X7-15-1井、X7-14-2井、X3-8-6井和XJ2井地層對比圖Fig.6 Sedimentary microfacies profile of Well X17-15-1, Well X7-14-2, Well X3-8-6 and Well XJ2 (剖面位置見圖7)

A3小層發(fā)育3期近東西向河道(圖7)，X7-13-3H井區(qū)和X7-15-1井區(qū)發(fā)育2期決口扇沉積，早期河道砂體由決口扇砂體與新河道砂體相連，改善了砂體之間側(cè)向連通性，形成地下水徑流系統(tǒng)，為X7-14-2井區(qū)扇體中鈾元素聚集打下基礎(chǔ)。根據(jù)測井自然伽馬異常顯示情況，推測2個礦化體：①號礦體為河道沉積砂體，分布面積為2.45 km2；②號礦體為第2期決口扇沉積砂體，分布面積為2.41 km2。

圖7 X7-14-2井區(qū)A3小層沉積相平面特征Fig.7 Characteristics of sedimentary facies of sublayer A3 in Well X7-14-2 area

4 鈾資源潛力分析

在沉積微相平面約束條件下，統(tǒng)計砂體自然伽馬異常段厚度作為礦體厚度。①號礦體平面分布面積為2.457 km2(圖8)，其中：厚度≤5 m的礦體分布面積為0.677 km2， 5 m<厚度≤10 m的礦體分布面積為0.958 km2， 10 m<厚度≤12 m的礦體分布面積為0.491 km2， 厚度>12 m的礦體分布面積為0.331 km2。②號礦體平面分布面積為2.412 km2(圖9)，其中：厚度≤5 m的礦體分布面積為1.161 km2, 5 m<厚度≤8 m的礦體分布面積為0.793 km2， 厚度>8 m的礦體分布面積為0.458 km2。

圖8 X7-14-2井區(qū)①號礦體平面分布特征Fig.8 Plane distribution characteristics of the No.1 ore body in Well X7-14-2 area

圖9 X7-14-2井區(qū)②號礦體平面分布特征Fig.9 Plane distribution characteristics of the No.2 ore body in Well X7-14-2 area

L10X1井 595.2～596 m深度的井壁取心實測鈾豐度(質(zhì)量分數(shù)：wU)為218×10-6[砂巖型鈾礦邊界品位(wU)為100×10-6]，對應(yīng)深度自然伽馬值為350 API。根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有資料，用L10X1井實測數(shù)據(jù)校正自然伽馬異常與實測鈾含量之間的線性關(guān)系，鈾含量(wU)與自然伽馬測井值(γ)之間滿足下列經(jīng)驗公式

wU=0.773×(γ- 68)×10-6

在井控區(qū)間內(nèi)，用測井解釋鈾含量計算資源量；在無井區(qū)，則根據(jù)趨勢推算該區(qū)域可能的鈾豐度。將相關(guān)參數(shù)代入資源量計算公式：資源量=厚度×分布面積×巖石密度×鈾豐度。計算出①號礦體資源量為8 522 t，②號礦體資源量為4 790 t，合計13 312 t，研究區(qū)具備發(fā)現(xiàn)中型砂巖型鈾礦潛力。

5 砂巖型鈾成礦模式

在干旱、半潮濕氣候條件下，隆起區(qū)的富鈾巖石碎屑和溶于水的活化鈾等成礦元素，被搬運至盆地內(nèi)，在富含有機質(zhì)的淺灰—深灰色細砂巖、中砂巖中發(fā)生鈾的吸附作用，達到鈾的預(yù)富集[18]。典型的砂巖型鈾礦成礦模式與層間氧化帶砂巖有關(guān)，通常將其劃分為氧化帶、氧化-還原過渡帶和原生巖石帶或還原帶，鈾礦體往往產(chǎn)生于氧化-還原過渡帶內(nèi)部[7]。黃驊拗陷淺層放射性異常主要集中在港東斷層-港西斷層、南大港斷層、羊二莊斷層和官東斷層-官西斷層附近，淺層放射性異常與油田分布具有密切關(guān)系。當?shù)乇砗醯叵滤匮趸绑w向下深入過程中遇到向上逸散的還原性油氣流體時，易在接觸部位形成氧化-還原地球化學(xué)障，有利于鈾的沉淀富集，發(fā)生鈾礦化[18]。

渤海灣盆地新近紀進入拗陷階段，盆內(nèi)凸起、隆起沒于侵蝕基準面之下，物源主要來自盆地邊緣，館陶組和明化鎮(zhèn)組地層在渤海灣盆地內(nèi)廣泛分布(圖10)。受繼承性沉降作用控制，盆地內(nèi)部持續(xù)性斷裂活動形成斷裂型構(gòu)造天窗，斷裂帶同時溝通地表鈾源和深部生烴源巖。盆地邊緣花崗巖體[14]經(jīng)過風(fēng)化后，U4+被氧化成U6+沿地表水系運移至盆地中部，滄東斷層、濱海斷層、南大港斷層等與地表相通的深大斷裂成為含鈾流體下滲的主要通道，地表含U6+流體從斷裂構(gòu)造天窗滲入地層，在重力作用下沿優(yōu)勢輸導(dǎo)砂體向地下運移。同時，這些深大斷裂將淺層的新近系、第四系與處于生烴高峰的古近系、石炭系—二疊系生烴源巖溝通，CH4、H2S等還原性流體沿斷裂帶向上運移，形成還原帶，當U6+遇到還原流體時，被還原成U4+，發(fā)生沉淀聚集，優(yōu)勢輸導(dǎo)砂體內(nèi)持續(xù)的還原性流體與地表含U6+流體補給是研究區(qū)砂巖型鈾礦聚集并富集的必要條件。

圖10 黃驊拗陷砂巖型鈾成礦模式圖Fig.10 Metallogenic model for sandstone-type uranium in Huanghua Depression

此外，從砂層對比剖面可以看出，該區(qū)明上段砂體較發(fā)育，而發(fā)生礦化的砂體相對較小，物性較好的主河道砂體并未發(fā)生礦化；主河道側(cè)緣礦化程度相對較高，其成礦條件可能與河道側(cè)緣堆積的植物碎屑有關(guān)。針對該區(qū)砂巖型鈾成礦模式，還需要結(jié)合巖心進一步展開研究。

6 結(jié) 論

a.黃驊拗陷淺層自然伽馬異常分為3類：Ⅰ類異常，具備工業(yè)礦化潛力，是現(xiàn)階段重點勘查目標；Ⅱ類異常，處于工業(yè)礦化邊緣或尚未達到工業(yè)礦化階段，通過成礦條件精細刻畫，有望找到有潛力的工業(yè)礦化體；Ⅲ類異常處于鈾初始聚集帶，勘探潛力較小。

b.曲流河主河道是黃驊拗陷淺層砂巖鈾聚集的有利載體，決口扇砂體改善了河道之間的側(cè)向連續(xù)性，精細刻畫出的2個河道和決口扇成因砂體中預(yù)測資源量約 13 000 t，研究區(qū)具備發(fā)現(xiàn)中大型砂巖型鈾礦潛力。

c.已發(fā)現(xiàn)的淺層放射性異常處于曲流河沉積環(huán)境，鈾聚集成礦與古近系烴源巖排烴作用相關(guān)，優(yōu)勢輸導(dǎo)砂體內(nèi)持續(xù)的還原性流體與地表含U6+流體補給是研究區(qū)砂巖型鈾礦聚集并富集的必要條件。