塔里木盆地沙雅隆起区航放异常特征及其找矿意义探究

2021-07-30伍显红王培建陈志鹏孟祥宝郑少杰

铀矿地质 2021年4期

伍显红，王培建，陈志鹏，孟祥宝，郑少杰

（1.核工业航测遥感中心，河北石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），河北石家庄 050002）

塔里木盆地是一个大型封闭性山间盆地，沙雅隆起则位于塔里木盆地北部，是我国重要的油气开采基地［1］。为推进塔里木盆地北缘铀矿找矿进程，2019 年在沙雅隆起一带，开展了1：5 万高精度航空磁法（以下简称航磁）和航空伽马能谱测量（以下简称航放），并在沙雅隆起轮南低凸起区发现了17 个铀异常［2］，这些航放异常均与油气开采将含铀水带出地表有关，分布在个别油气井输油管线油气泄露区或采油井的脱水脱渣池内，以及未打出油气的承压地下水排泄地段；这些航放异常对评价深部找矿潜力具有重要意义，为塔里木盆地铀矿勘查工作提供了新的线索。

异常区一带中新生界沉积厚度大，以河流-三角洲相为主，在盆缘一带见有良好的砂体，砂泥结构韵律清晰。异常区离北侧南天山蚀源区约70 km，具备较长的径流区，异常区南侧有区域排泄区，如塔里木河一带，异常区一带又有断裂构造及油气藏分布，具备有较好的局部构造及还原条件，航放异常区分布范围广，具有形成大规模铀矿床的地质背景。因此，应进一步加强对这些航放异常区砂岩型铀成矿潜力的探究。

1 地质背景及铀成矿特征

1.1 地质背景

区内地层由太古宙-元古宙古老结晶基底、古生代裂谷陆缘沉积与弧后拉张造山带和中新生代陆相沉积盖层组成［3-4］。

太古宙-元古宙结晶基底主要由中高温变质的麻粒岩、变粒岩、片麻岩、石榴子石-黑云母片岩、石英岩、变质砂岩、混合岩、花岗片麻岩夹火山岩建造和中-浅变质的海相碎屑岩-碳酸盐建造所组成［5］。

古生界则是海相碎屑岩-碳酸盐岩夹少量火山岩、火山碎屑岩及花岗质侵入岩组成。自三叠纪开始，塔里木盆地进入了中新生代陆相盆地沉积时期，盖层发育齐全［6］。早期（T-J）沉积了暗色含煤碎屑，但沉积范围较为局限，异常区内以薄层或零星分布为特征；从早白垩世开始，陆相盆地有所扩大，沉积了厚度较大的碎屑岩。新近纪沉积物覆盖至全区，盆地沉积了巨厚的碎屑建造，地层厚度一般在3 000 m以上。第四纪继承了古近纪和新近纪的沉积范围，以冲积、洪积和风积为主。

盆地中新生代构造活动在不同地段有较大差异。近盆地边缘一带构造活动强烈，且断裂发育，以近东西向断裂为主［7］；异常区内构造活动相对盆缘活动较弱，以北东向或近东西向断裂为主体，北西向断裂次之，这些断裂对基底起伏、盖层沉积起着控制作用，同时也是油气及深部流体运移的良好通道。

1.2 铀成矿特征

前人在塔里木盆地北缘铀成矿带中相继发现了多个铀矿床和众多铀矿（化）点及异常点，异常区一带未发现铀矿床、铀矿（化）点及异常点［8］（图1）。区域上，目的层主要为中下侏罗统、下白垩统和新近系库车组、吉迪克组。矿化类型主要有含煤层间氧化带型、潜水氧化带型和复合成因型。其中层间氧化带型和潜水氧化带型的铀矿化规模较大。

图1 塔北异常区北侧铀矿床、矿化点分布图（据参考文献［8］修改）Fig.1 Distribution of uranium deposits（occurrences，anomalies）in the north side of the North Tarim anomaly area（modified after reference［8］）

区域上，铀矿化呈近东西向展布，由北带和南带构成。北带沿库车坳陷沙瓦布齐山间盆地、北部单斜带西段和直线褶皱带分布，南带沿秋里塔格复背斜中-西部分布。在矿化层位上，具有自北向南由老变新的特点。其中侏罗系中矿化产于最北部，稍南为白垩系矿化，古近系、新近系矿化分布较广。产于新近系的矿化最多，其次为产于侏罗系和白垩系的矿化。在矿化规模上，侏罗系矿化规模最大，新近系矿化居其次［9-10］。

2 航放异常特征

2.1 空中异常特征

在沙雅隆起轮南低凸起一带分布有17 个航放异常（图2、图3），在剖面平面图中异常以尖峰为特征，在等值线平面图中以似圆状或椭圆状为特征，铀含量一般在（4.5～11）×10-6，最高可达359.9×10-6，背景值在（2.5～3）×10-6，U/Th 一般在0.5～0.9，最高可达1.6，其中9 个为铀异常，8 个为铀钍混合异常（表1），这些异常分布在油气泄漏、承压地下水排水、原油脱水脱渣等区域，以密集分布为特征，异常与油气开采有关。

表1 17 个航放铀异常特征统计Table 1 Characteristics of airborne uranium anomalies

图2 研究区航放异常分布及航放铀含量剖面平面图Fig.2 The profiles of airborne radioactive uranium concentration and uranium anomalies in the study area

图3 研究区航放异常分布及航放铀含量等值线平面图Fig.3 The contour map of airborne radioactive uranium concentration and uranium anomalies in the study area

2.2 异常查证结果

查证结果见（图4、图5、图6），异常位于油气运输管道或输油管局部泄漏区、原油脱水脱渣区及承压地下水排泄等地段，异常与深部含铀层中的放射性物质相关，推测深部存在较好的含铀含水层。

图4 HF-6、HF-15、HF-24 号异常地面γ 总量等值线平面图Fig.4 The total gamma-ray contour map of ground survey in anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24

图5 HF-6、HF-15、HF-24 号异常地面能谱测量U 含量等值线平面图Fig.5 The uranium concentration contour map of anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24 measured by ground spectrometric survey

图6 HF-6、15、24 号异常土壤氡浓度等值线平面图Fig.6 The soil radon concentration contour map of anomaly No.HF-6，HF-15，and HF-24

异常范围与含铀的油气或承压地下水地表浸泡范围和脱水脱渣区范围基本一致。异常强度与含铀的油气或承压地下水渗漏深度或脱渣堆积厚度相关，渗漏深度或堆积厚度越大，异常幅值越高。这些异常油气或承压地下水渗漏厚度一般在10～40 m，油气渗漏层厚度小于10 cm时，γ 总量值一般在（40～150）×10-6eU，10～20 cm 时，γ 总量值一般在（150～350）×10-6eU，20～30 cm 时，γ 总量值一般在（300～700）×10-6eU，30～400 cm 时，γ 总量值一般在（600～1 200）×10-6eU，大于40 cm 时，γ总量值大于1 000×10-6eU，向下挖透渗漏层幅值明显降低。

3 航放异常与油气井的关系

沙雅县-草湖乡一带分布大量油气井，航放异常仅在轮南镇北侧呈密集近东西向带状分布，17 个航放异常密集分布在东西长约50 km，南北宽约25 km 的范围内；表明航放异常并非与油气田分布一致，具有选择性。

从异常与油气井将深部含铀水带出地表的表现形式可分为三种：

第一种形式位于采油区原油泄漏区一带（HF-6、HF-15、HF-31、HF-34），该类异常周边一般有4～8 个正在开采的油气井，油井相距300～800 m，但并不是每个油气井及输油管道都有异常显示，仅在个别油气井及其输油气管道有异常显示。有异常输油管道γ 总量测量值一般为（120～230）×10-6eU，输油管道异常值高于输气管道（图7）；异常与个别井位油气输出相关，可能是个别油气井储油层之上的含铀含水层混入油气所致。

图7 HF-6 号异常与油气井位置图Fig.7 The locations of anamaly No.HF-6 and oil-gas well

第二种形式位于未打出油气地区，为承压地下水排泄区（现已干枯，井口已封）一带（图8），该种异常有HF-24，异常分布范围与承压地下水排泄范围一致，异常强度与承压地下水浸泡层厚度有关，表明该井位下部具备较好的含铀含水层位，且铀含量较高。

图8 HF-24 号异常、承压地下水排水池与钻孔位置图Fig.8 The locations of anomaly No.HFU-24 and drainage pool of confined groundwater and borehole

第三种形式位于原油脱水脱渣池一带（HF-3、HF-4、HF-5、HF-7、HF-21、HF-22、HF-23、HF-25、HF-26、HF-29、HF-30、HF-32），脱水脱渣场一般由就近20～30 口油井汇集的原油处理场所引起（图9），具体由哪个油气井原油引起的异常不能确定，只能反映区域内个别油气井输出的油气含有较丰富的铀，从而反映该区域深部存在较好的含铀含水层。

图9 HF-25 号异常与脱水脱渣池分布位置Fig.9 The locations of anomaly No.HF-25 and dewatering-discharging tank

综上分析，第一种形式表明异常分布区储油层与含铀层不属同一层，含铀层分布在油气层之上；第二种形式表明地下水含有丰富的放射性元素；第三种形式表明在异常分布区储油层之上存在连续性较好的含铀含水层。故在航放异常分布区一带深部有连续性好、铀含量高的层位，该带具备较好铀矿找矿潜力。

4 异常区砂岩型铀成矿前景探究

异常区前人未进行过系统性铀矿找矿工作，这些异常均为首次发现，根据本次在沙雅县至尉犁县一带航磁、航放、遥感、重力、遥感等资料，编制了该带航磁、航放、重力及遥感等综合解释信息图［2］（图10），结合砂岩型铀成矿理论、区域地质、物探资料对异常区铀成矿前景进行探究。

4.1 异常区成矿条件

4.1.1 构造条件

异常区北侧近盆地边缘一带构造活动强烈，且断裂发育，以近东西向断裂为主，断裂长期活动使山前地层依次出露地表（图11），强烈的构造活动使其地层产状从平缓到直立，甚至倒转，遭受强烈剥蚀作用，致使大部分地层出露，形成构造窗，有利于深层位地下水的补给和蚀源区强烈的剥蚀提供丰富的物源，为铀矿化的形成提供了有利的构造条件［2］。

异常区构造活动相对盆缘活动较弱，剧烈活动主要表现在前中生代，中新代趋于平静，具体表现为这些断裂切穿前中生界，中新生界无明显错动（图11）。异常区内构造以北东向及近东西向为主体，北西向断裂次之（图10），这些断裂对基底起伏、盖层沉积起着控制作用，同时也是油气及深部流体运移的良好通道，如推断解释的F1、F2、F3、F4、F5等断裂为不同构造单元分界线，F11、F12、F14、F16等为储油构造及深部流体运移的良好通道［11］。

燕山晚期为库车坳陷与沙雅隆起填平补齐阶段，喜马拉雅期（中更新世）异常区以北的库车凹陷整体抬升，与异常区形成了由北向南较为稳定的斜坡沉积（图11），从而为发育冲积扇、辫状河、三角洲等有利相带提供了有利的构造条件，同时也为渗入型地下水的改造成矿作用奠定了较好的基础。

图11 塔里木盆地北部地层、构造断面示意图（据石油地震剖面改编［12-13］）Fig.11 Schematic section of strata and structure in the northern Tarim Basin（based on the petroleum seismic profile［12-13］）

4.1.2 铀源条件

异常区北部蚀源区广泛分布中酸性火山岩、侵入岩及古生界硅质含磷含铀层，其铀含量较高；本次在异常区周边的物性参数测量结果表明：下二叠统的火山角砾、石英斑岩和安山玢岩、安山岩和石碳系凝灰岩铀含量大于6×10-6，新元古界片岩实测铀含量为5×10-6；中酸性侵入岩铀含量为（4.75～6.1）×10-6，这表明基底层位及中酸性侵入岩铀含量较高，为沉积层盖提供了充足的铀源；中-新生界整体铀含量较高；铀含量一般大于3.3 ×10-6，特别是吉迪克组泥岩、细砂岩、泥质砂岩铀含量可达10.5×10-6，古近系库姆格列木群含砾砂岩铀含量可达5.42×10-6，下白垩统泥岩、细砂岩、泥质砂岩铀含量可达4.7×10-6，中侏罗统的薄煤层可达5.3×10-6。这些表明中-新生界本身含铀丰富，是主要的富铀层位，不同地段铀含量变化较大，层位铀活化迁移较好。

总之，异常区以北的蚀源区老地层和岩体均能为异常区提供较好的铀源条件、异常区中、新生界层位本身含铀较高，且铀活化运移特征较明显，有利于铀的富集成矿。

4.1.3 水文地质条件

上新统库车组-上三叠统哈拉哈塘组的含水岩性以黄褐、黄灰、灰色砾岩、砂砾岩、砂岩与泥岩不等厚互层，由北向南岩石粒度变细，单层厚度一般为20～80 m，具西厚东薄特征，泥质、弱钙质、钙质胶结，疏松、较疏松，水解作用强烈，顶、底板隔水层为泥质粉砂岩、粉砂质泥质、泥岩。隔水顶、底板厚度多大于10 m，在异常区具有较稳定的泥-砂-泥结构。区域上稳定，与上、下含水层的水力联系较小。

异常区北侧天山一带终年积雪，在盆缘一带构造发育，目的层产状陡，直接出露地表，有利于地表水的补给；从盆缘至塔里木河（约70 km）一带中新生界发育，泥-砂-泥结构完整，断裂构造不发育，有利于含水层的径流；塔里木河流域一带是区域性的排泄区，异常分布在塔里木河以北径排过度带；上述特征表明异常一带具有充足的含铀含氧水补给，长距离的径流区，有较好的局部及区域性的排泄区，故异常一带具备由北向南完整的补-径-排水动力条件。

4.1.4 还原条件

据资料表明［14］：塔里木盆地北部中新代地层还原条件较好，侏罗系至白垩系层位本身含有丰富的有机质（炭屑）。另外，在油气藏断裂或裂隙一带存在油气还原，在盆地北部油气藏断裂或裂隙一带见灰绿色透镜体或不规则团块，局部见灰黑色油浸条带或沥青细脉；含有机质、油气还原的地段铀含量增高，这些都表明该区具备较好的还原条件。

轮南低凸起是塔里木盆地的油气聚集区［13］，其基底发育了众多断层。油气沿断层上升成为还原剂，异常均分布在油气田分布区，异常区分布有F11、F12、F14、F15等断裂，为基底储油断裂，这些断裂在地震剖面上新生界无明显的错动，但断裂构造在喜山期受南北向挤压、拉伸等作用，可能在这些断裂一带新生界发育裂隙，油气沿裂隙向上逸散可形成较好的局部还原障。

4.2 深部找矿层位分析

异常区铀矿勘查工作几乎为空白，没有已知铀矿床及铀矿化线索，盆地北缘铀矿勘查成果表明：自三叠系到新近系，多数地层发育砂体且具备稳定的“泥-砂-泥（煤）”结构，以河流相-三角洲相为主，其中富铀层位有上新统库车组、中新统吉迪克组、下白垩统亚格列木组和巴西盖组、中侏罗统克孜勒努尔组、阳霞组、上三叠统哈拉哈塘组［14］；这些层位在异常区北侧盆缘一带已发现多个铀矿床（点），同时也是异常区内主要的找矿目的层。

异常区位于沙雅隆起轮南低凸一带，该带为古生代的隆起区，晚三叠世至早白垩世总体为抬升阶段［14］，特别是侏罗世以抬升剥蚀为主，仅在低洼地段零星沉积，厚度小于100 m。

新近系吉迪克组厚度约400 m，库车组厚度约3 000 m，以三角洲相为主，地层具备较好的泥-砂-泥结构，砂体厚度在20～50 m，个别大于80 m。前人在异常区北侧库车组、吉迪克组发现众多铀矿化，矿化类型以砂岩型为主；石油自然γ 测井在新近系中、下部出现明显异常，幅值一般60～90 API，局部地段大于150 API；异常区东侧草2 井-草6 井连井剖面曲线［15］（图12）也有相似的反应。表明异常区含铀含水层最有可能分布于新近系库车组、吉迪克组中。

图12 草2 井-蔚犁1 井连井剖面图［15］Fig.12 The cross section of well Cao No.2 and well Weili No.1

下白垩统亚格列木组和巴西盖组在该区沉积厚度在200～400 m，埋深大于3 500 m 为一套河流-三角洲相沉积，岩性为由细砾岩、含砾砂岩、砂岩与绿灰、灰黑色细砂岩、粉砂岩、泥页岩及煤层和煤线组成，区域上分布稳定，与上、下含水层的水力联系较小，具备较好砂岩型铀成矿环境，石油自然γ 测井局部也有异常显示。

侏罗系（J）石油自然γ 测井曲线γ 幅值整体较高，呈多处尖峰，最高达230 API。砂岩层自然γ 测井值一般为60～90 API（沙88 井）［16］。但航放异常区分布零星，一般小于100 m，埋深大于3 800 m，找矿意义不大。

三叠系（T）分布稳定，厚度100～300 m，埋深大于3 800 m，为河流相、三角洲相和湖泊相［17］。石油自然γ 测井曲线呈多处尖峰，最高达200 API，有一定的找矿意义。

区域上古生界含磷含铀层分布广泛，层位稳定，目前收集的γ 测井资料该层几乎均有较好的异常显示，其幅值在40～120 API，局部大于150 API，表明该层含铀性好，但含磷含铀的活化、迁移富集能力差，加之埋深一般大于4 000 m，其找矿意义不大。

综上所述，异常分布区新近系库车组和吉迪克组最为发育，厚度大，泥砂泥结构完好，受构造活动影响较小，地层连续性好，各层间具备完整的水动力系统，砂（层）体中的地下水有较好的承压性（石油钻孔揭露该层位中含水层均有较好自喷特征）；该层位在自然γ 测井曲线中有明显增高或异常，在异常区北侧前人发现了多个铀矿床或矿点，初步认为异常一带含铀含水层分布于新近系，含铀含水层最有可能在新近系吉迪克组和库车组中，也不排除白垩系、三叠系等层位。