郑晓杰，于常青，聂逢君

(1.东华理工大学地球物理与测控技术学院，南昌 330013；2.中国地质科学院地质研究所，北京 100037；3.东华理工大学地球科学学院，南昌 330013)

自宾夕法尼亚首次发现了砂岩型铀矿之后，科罗拉多高原、鹅怀明盆地以及南德克萨斯等地区都发现了具有工业意义的砂岩型铀矿床[1]，该时期的铀主要用于染料工业。二战时期美国在日本投放的两枚原子弹证实了核武器的实战中在效果，同时让人们对铀矿有了全新的认识,引发了一次铀矿勘查的高潮期，如美国的热液脉型铀矿床、格兰茨砂岩型铀矿床[2]。苏联于1952年发现了乌奇库杜克砂岩型铀矿床，以及一系列的花岗岩型铀矿床和火山岩型铀矿床[3]。

随着水成铀矿理论和地浸采铀技术的逐渐发展完善，20世纪90年代开始，中国逐渐将铀矿的战略目标转移到北方之后有了重大的进展，分别在伊犁盆地、二连盆地、鄂尔多斯盆地和吐哈等盆地发现了超大型的砂岩型铀矿床[4-7]。这些盆地的砂岩型铀矿主要分布于新生代地层，在北方由西往东，含铀的地层逐渐变新，西北地区含铀层为侏罗系。二连盆地和松辽盆地为白垩系，西南的滇西盆地为新生代时期[8-10]。

首次采用地震与测井的结合手段在加拿大阿萨巴斯卡盆地Carswell地区的铀矿勘探中取得了很好的勘探效果[11]。前人[12-14]在伊犁等盆地提出了地震与测井联合方法勘探砂岩型铀矿的技术和方法，并在砂体识别和铀矿预测等方面取得了重大突破。

目前常用的地震测井联合反演有模型反演、稀疏脉冲反演和模拟退火反演。模型反演具有较高的分辨率。对于砂岩型铀矿的精细勘探具备优势[11-14]。

地震-测井联合反演能够提高砂岩型铀矿目的层位预测精度，能够反映砂岩型铀矿的空间分布情况，有效解决地震勘探在砂岩型铀矿勘探中横向及纵向分辨率低的问题。为砂岩型铀矿目的层预测提供勘探手段。

1 砂岩型铀矿分类及其地球物理特征

中国北方砂岩型铀矿主要分布于中生代的侏罗纪和白垩纪的地层，还有少量分布在新生代的地层。对于砂岩型铀矿的分类各不相同，外国主要根据矿体形态和矿体成因分类，主要分为板状准整合型、卷型和构造岩性。也可分为卷型、板状、古河道型和构造岩性型。中国分类也相对较多，既有依据沉积建造、沉积环境、矿体形态和成矿作用对砂岩型铀矿进行划分，又可根据构造背景、控矿因素将砂岩型铀矿划分成伊犁式、吐哈式、东胜式、乌兰察布式、马尼特式和通辽式6种类型[15-17],最新研究按成因及含矿主岩与环境划分为层间氧化型、潜水氧化型、沉积成岩型、复合成因型，根据含铀表生流体运移方式将砂岩型铀矿划分为层间渗透砂岩型、潜水渗透砂岩型和复合渗透砂岩型等[18-23]。

砂岩型铀矿的形成前期会有氧化带、氧化-还原带[24-28]的出现，地层中的构造活动为砂岩型铀矿的浸出提供了良好的运移通道。对于含铀砂体而言，砂体的粒度较粗，具备一定的孔隙，为后期含铀含氧水的运移提供了通道，同时也为有机质含量较高的还原物质运移提供了良好的通道。对砂岩型铀矿的富集成矿有至关重要的作用。所以含铀砂体一般体现出低密度体、低电阻率、低速度、高伽马、相对高孔隙度等物性特征[29-36]。

2 地震-测井联合反演原理

地震-测井联合反演结合了地震勘探具备较高的横向分辨率而测井具备较高的纵向分辨率的特征，所以地震-测井联合反演能有效地将研究区目的层精细化分，能够清楚地表示目的层的参数变化特征。既能提高反演的分辨率又能保证反演的准确性。

基于模型的宽带约束反演是地震-测井约束反演的一种[23]。该反演技术的基本研究思路是在综合地质、地震、测井信息的基础上建立地层初始波阻抗模型，通过地震子波与反射系数的褶积运算求得合成地震记录，并与实际地震记录相比较，根据结果修改初始模型的相关参数(如速度、密度、深度及子波等)，直到合成地震记录与实际地震记录最为相似，从而获得最优化的地层波阻抗模型[23-25]，具体流程如图1所示。

图1 基于模型宽带约束反演处理流程图Fig.1 Based on the model of broadband constraint inversion processing flow chart

由于不同地层之间的岩性不同，所以波阻抗特征亦各不相同，所以有不同反射系数的产生。如式(1)所示，设某地层的反射系数为

(1)

式(1)中：r(j)表示第j地层的反射系数；ρ(j)表示第j地层的密度；V(j)表示第j地层的速度；ρ(j+1)表示第j+1地层的密度；V(j+1)表示第j+1地层的速度。

然后根据反射系数与提取的子波作褶积运算得到合成的地震记录T(i)为

T(i)=∑r(j)W(i-j+1)+n(i)

(2)

式(2)中:T(i)表示地震记录；r(j)表示第j层的反射系数；W(i)表示选取的子波；n(i)表示噪音。

基于模型宽带约束反演是把地震与测井有机地结合起来，避免了直接对地震资料进行反演，突破了传统意义上的地震分辨率的限制。然而，随之而来的是产生多解性。尽管如此，由于有地震测井资料和地质资料的约束，常可以将多解性降低到最低限度，可以在岩性的刻画和储层横向预测中起到重要作用。

3 应用实例

3.1 柴达木盆地砂岩型铀矿

柴达木盆地西南地区海拔高、降水少、日照条件充足、典型的高原地区。在该地区的航空放射性勘探发现有明显的特征，放射性异常在盆地边缘的隆起地区强，逐渐向盆地中心减弱。这与之前盆地内油铀兼探中内油边铀的理论分布特征相符合。

根据研究区基底起伏及岩性特征、基底断裂特征、盖层沉积物特征、构造样式分布等特征，可将柴西南地区构造单元划分为图2所示的2个一级断裂、若干二级构造断裂及若干三级构造断裂。

图2 柴西南地区断裂分布Fig.2 The fracture distribution in southwest Qaidam Basin

研究区地震测井联合反演过程如下：①工区内部的地震资料进行处理；②地震资料属性分析及层位标定；③地震-测井联合反演；④铀矿有利砂体分析。

图3为二条地震连井伽马参数反演剖面图。从图3(a)可以看出，H12井附近有一个明显的断层存在，测井显示高伽马异常值与地震伽马参数反演剖面中的高伽马值区域对应一致，并且由伽马参数预测剖面可以看出高伽马值范围基本集中于红柳泉断层上盘位置，从西南到东北伽马异常无论是在测井曲线还是伽马参数反演剖面都显示伽马异常增大的趋势。图3(b)是一条东南方向上的一条连井伽马参数反演剖面，从东南到西北，地层相对稳定，伽马异常值增大，测井伽马异常值与伽马参数反演异常值对应一致。

如图4所示，三维伽马参数反演属性切片中验证了异常区的走向，异常体由西南向东北方向延伸。7个泉组下部参数反演伽马属性特征切片和狮子沟组上部参数反演伽马属性特征切片中明显看出异常体受到断层的控制，分布在断层的上部。另外异常体在7个泉组下部分布相对集中，在狮子沟组上部分布较分散。通过地震-测井联合反演圈定出了异常体的层位和范围。

图4 三维伽马参数反演伽马属性切片图Fig.4 3D gamma parameter inversion gamma attribute slice map

3.2 钱家店砂岩型铀矿

钱家店铀矿床是开鲁盆地钱家店凹陷进行石油勘查过程中发现的唯一可地浸砂岩型铀矿床，研究区位于开鲁盆地东北部，行政上属于科尔沁区与科尔沁左翼后旗所管辖；属蒙古高原递降到低山丘陵和倾斜冲积平原地带。

钱家店砂岩型铀矿是松辽盆地唯一可地浸砂式的砂岩型铀矿，它与中国北方其他砂岩型铀矿大有不同之处，它是一个多源复合成因的成矿类型，同生沉积预富集成矿作用及渗出油气流体、渗入流体、热流体等多源流体叠合成矿作用，而不是单一的层间氧化成矿作用。

图5是其中一条连井伽马参数反演剖面，该剖面由北向南布设。在剖面上能看到该地层断层发育复杂，错断现象明显。地震-测井联合反演地层的同相轴连续性相对较好，整体能看出同相轴的连续。该剖面中高伽马值出现在北部和南部。伽马测井曲线由南向北伽马异常值变高。推测物源区位于北部和南部。

图5 Q7-Q27-Q21-Q26 连井伽马参数反演剖面Fig.5 Q7-Q27-Q21-Q26 Integral gamma parameter inversion profile

GR为自然伽马图3 连井伽马参数反演剖面Fig.3 Integral gamma parameter inversion profile

图6是钱家店姚家组上下段连井伽马参数剖面分布图，综合分析可知钱家店姚家组上部异常目的层分布于研究区中南部，如图6(a)所示；钱家店姚家组下段异常层位目的层位于研究区北部地区，如图6(b)所示。中部出现少量的高伽马异常值，铀矿异常分布区域较散，究其原因可能是因为研究区内部地质构造相对比较复杂，断层较多，导致层间氧化还原物质比较丰富，使铀矿的富集区相对较多。导致高伽马异常的分布比较散。但是整体而言对于局部砂岩型铀矿还是有很好的圈闭效果。

图6 伽马参数反演剖面Fig.6 Gamma parameter inversion profile

通过对钱家店地区砂岩型铀矿地震-测井联合反演分析后结合地质资料初步预测砂岩型铀矿成矿模式图(图7)。从图7可以看出，含氧化合物从地表天窗构造渗入下部地层，底部还原性流体向上部地层浸出，最后在白垩系地层两种流体将铀元素氧化还原，最终富集成矿。图7中成矿过程相对实际简单，但是其中过程分析基本符合实际中砂岩型铀矿的沉积过程。

图7 钱家店砂岩型铀矿成矿模式图Fig.7 Metallogenic model map of Qianjiadian sandstone type uranium deposit

4 结论

在分析砂岩型铀矿勘探过程的基础上，以地震-测井联合反演为基础，结合砂岩型铀矿的物性特征，通过2个典型实例的应用分析，在砂岩型铀矿的勘探得出以下结论。

(1)有井参与的地震反演相对于无井地震反演有明显的横向分辨率和纵向分辨率，通过地震测井联合反演对于有利砂体的识别，可以较为明显地区分砂岩型铀矿的有利分布区。

(2)连井伽马参数反演在柴达木盆地西南红柳泉地区砂岩型铀矿和开鲁盆地钱家店砂岩型铀矿对于地下异常体的走向、层位以及异常体的强弱得出了明显的效果，对于砂岩型铀矿的边界能做出一定范围的圈闭。为后期砂岩型铀矿的开采提供了必不可少的有利依据。

(3)地震-测井联合反演在柴达木盆地西南红柳泉地区砂岩型铀矿和开鲁盆地钱家店地区砂岩型铀矿验证了在纵向和横向上的分辨率。提高了对砂岩型铀矿层位预测的准确性。为以后砂岩型铀矿的勘探提供了较好的方法和技术。

通过对以上实例的分析，为今后在其他地区砂岩型铀矿的预测和开发提出了可供选择的有效的地球物理勘探方法和手段。