松遼盆地北部放射性異常產(chǎn)出特征及控制因素分析

趙忠華，賴天功

（核工業(yè)二四〇研究所，沈陽(yáng) 110032）

松遼盆地是大型能源盆地，賦存豐富的石油、天然氣、煤炭和鈾礦資源，開展了多種能源礦產(chǎn)地質(zhì)工作。特別是盆地南部錢家店特大型鈾礦床的發(fā)現(xiàn)，掀起了盆地鈾礦找礦的新一輪高潮，相繼有核工業(yè)部門、油田部門和煤炭部門投入大量鈾礦找礦工作。筆者通過(guò)系統(tǒng)收集盆地北部油、氣、煤等資源勘查形成的大量放射性測(cè)井資料，借助砂巖型鈾礦、煤鈾-油鈾綜合勘查成果及實(shí)踐，研究深部放射性測(cè)井孔中放射性異常產(chǎn)出特征、控制因素，對(duì)進(jìn)一步鈾礦勘查具有重要的實(shí)際價(jià)值。

1 盆地概況

1.1 盆地構(gòu)造演化

盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了熱隆張裂期 （前裂谷期）、伸展斷陷期（裂谷期）、沉降坳陷期（后裂谷期）和構(gòu)造反轉(zhuǎn)期（抬升萎縮期）4個(gè)階段，自下而上形成了斷陷、坳陷和反轉(zhuǎn)3個(gè)大的構(gòu)造層。中白堊紀(jì)，由于太平洋板塊俯沖加強(qiáng)和周緣板塊不均衡的擠壓作用，使本區(qū)處在擠壓應(yīng)力場(chǎng)中，盆地北部表現(xiàn)為抬升和擠壓。它一方面奠定了盆地現(xiàn)代構(gòu)造格局，另一方面發(fā)育了上白堊統(tǒng)超補(bǔ)償型沉積。晚白堊紀(jì)和新近紀(jì)，由于日本海的擴(kuò)張，對(duì)大陸的擠壓進(jìn)一步加強(qiáng)，從而導(dǎo)致全區(qū)強(qiáng)烈褶皺、基底斷層走滑變形以及局部逆沖反轉(zhuǎn)，形成了現(xiàn)今構(gòu)造［1］。

1.2 盆地北部構(gòu)造單元

松遼盆地北部具有凹陷和隆起相間分布的構(gòu)造格局，具有構(gòu)造十分平緩的總體構(gòu)造面貌和構(gòu)造特征?？蓜澐譃槲鞑啃逼聟^(qū)、北部?jī)A沒(méi)區(qū)、中央坳陷區(qū)和東北隆起區(qū)4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，20個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元［2］。其中西部斜坡區(qū)包括西部超覆帶、泰康隆起帶和富裕構(gòu)造帶；北部?jī)A沒(méi)區(qū)包括嫩江階地、依安凹陷、三興背斜、克山依龍背斜、乾元隆起和烏裕爾凹陷；中央坳陷區(qū)包括黑魚泡凹陷、明水階地、龍虎泡—紅崗階地、齊家—古龍凹陷、大慶長(zhǎng)垣、三肇凹陷和朝陽(yáng)溝階地；東北隆起區(qū)包括海倫隆起、綏棱背斜、綏化凹陷、慶安隆起和呼蘭隆起（圖1）。每個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)的構(gòu)造有其獨(dú)特性，東部隆起區(qū)出露地層一般較老，局部構(gòu)造多呈NE向或NEE向排列，且多窄長(zhǎng)，地層傾角較大，斷裂發(fā)育；中央坳陷區(qū)構(gòu)造多呈NNE向，似箱狀，具有面積大、幅度高的特點(diǎn)；西部斜坡區(qū)構(gòu)造恰恰相反，幅度小、面積小、排列不規(guī)則，為定向性較差的鼻狀構(gòu)造和穹隆狀構(gòu)造。目前找礦勘查主要集中在中央坳陷區(qū)和西部斜坡區(qū)。

圖1 松遼盆地北部構(gòu)造單元分區(qū)圖Fig.1 Map of structure unit in the north of Songliao basin

1）中央坳陷區(qū)：位于盆地中部，面積27 819.22 km2，是盆地發(fā)展過(guò)程中沉降相對(duì)占優(yōu)勢(shì)的大型負(fù)向構(gòu)造單元。長(zhǎng)期為盆地的沉降、沉積中心?，F(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為略有起伏的大型復(fù)向斜。地層發(fā)育齊全，侏羅系至古、新近系沉積巖厚度達(dá)7 000～10 000 m。發(fā)育有多套生儲(chǔ)蓋組合，成藏條件好。是盆地中最重要的油氣源區(qū)和油氣田分布區(qū)［2］。

2）西部斜坡區(qū)：位于盆地的西部，圖中出露面積為36 680.2 km2，基底巖性以海西期花崗巖為主，局部地區(qū)有上古生界和前古生界變質(zhì)巖。侏羅系為地塹式充填沉積；白堊系自東而西逐層超覆，白堊系總厚度約1 000～1 500 m?；鶐r埋藏較淺為2 000～2 500 m，呈區(qū)域性東傾的大單斜，傾角1°左右，構(gòu)造平緩，斷層不發(fā)育，在斜坡區(qū)的中部臨近深坳陷部位，具有較好的生儲(chǔ)油條件。

2 放射性異常產(chǎn)出層位及分布特點(diǎn)

2.1 異常產(chǎn)出層位

松遼盆地北部地區(qū)早期石油普查與勘探施工鉆孔近2 000個(gè)，鉆孔深度由數(shù)百米至3 000 m不等?？碧狡阢@探施工鉆孔主要集中于盆地北部中央坳陷區(qū)、西部斜坡區(qū)。按可地浸砂巖型鈾礦化孔和異常孔劃分基本要求，將各鉆孔放射性測(cè)井砂巖段、砂礫巖段自然伽馬強(qiáng)度與上下段厚層泥巖段自然伽馬強(qiáng)度比值大于3的確定為鈾礦化異?？祝?］。對(duì)研究區(qū)已有放射性測(cè)井資料進(jìn)行了核查，圈定放射性異?？?02個(gè)，鈾異常段數(shù)213段，查明14個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元產(chǎn)有放射性異常（表1）。

表1 松遼盆地北部構(gòu)造單元及鉆孔放射性測(cè)井異常特征表Table 1 Characteristics of borehole radioactive anomaly and structure units in the north of Songliao basin

下白堊統(tǒng)有鈾異常段數(shù)2段，占總鈾異常段數(shù)的1%，放射性強(qiáng)度8 200脈沖，異常厚度16.4 m，埋藏深度大于500 m。

泉頭組有鈾異常段數(shù)5段，占總鈾異常段數(shù)的2.30%，放射性強(qiáng)度11 640脈沖，異常厚度1.68 m，埋藏深度有3段小于500 m，2段在500 m以上。

青山口組有鈾異常段數(shù)86段，占總鈾異常段數(shù)的40.40%，放射性強(qiáng)度13 300～14 050脈沖，平均13 600脈沖，異常厚度1.17～13.30 m，平均4.75 m，埋藏深度均大于500 m。

姚家組有異常段數(shù)56段占總鈾異常段數(shù)的26.30%，放射性強(qiáng)度10 300～20 650脈沖，平均14 025脈沖，厚度1.95～3.61 m，平均2.76 m，埋藏深度只有1段小于500 m，其他均在500 m以上。

嫩江組有異常段數(shù)46段占總鈾異常段數(shù)的21.60%，放射性強(qiáng)度11 400～13 500脈沖，平均12 438脈沖（718 API），異常厚度1.67～3.67 m，平均2.89 m，埋藏深度有6段小于500 m，其他均在500 m以上。

四方臺(tái)組有異常段數(shù)18段占總鈾異常段數(shù)的8.50%，放射性強(qiáng)度10 750～48 000脈沖，平均29 375脈沖 （766 API），異常厚度1.60～3.61 m，平均2.93 m，埋藏深度有2段小于500 m，其他均大于500 m以上。

依據(jù)盆地沉積層發(fā)育、演化特點(diǎn)，以青山口一段和嫩江組二段區(qū)域隔水層為界，將本區(qū)放射性異常分為下、中、上三個(gè)含鈾層位［3］。異常強(qiáng)度以青山口組、姚家組和四方臺(tái)組最高。總體上，這些礦化產(chǎn)出地層埋深多在400～600 m間，多位于產(chǎn)油層中，這也說(shuō)明本區(qū)的放射性異常與油氣作用關(guān)系密切。

2.2 異常分布特征

1）西部斜坡區(qū)：本區(qū)現(xiàn)有放射性異?？?6個(gè)，鈾異常48段，主要分布在青山口組地層中。姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組及上白堊統(tǒng)中也有少量分布。從表1中看出青山口組有異?？?8個(gè)，鈾異常39段，占本區(qū)鈾異常段的81%。放射性強(qiáng)度9 500～18 000脈沖，平均13 300脈沖；異常厚度1～9.20 m，平均3.43 m；埋藏深度只有一段小于500 m，其它均在500 m以上；異常產(chǎn)于粉砂巖和細(xì)砂巖中。本區(qū)內(nèi)較好異常孔為杜12孔，異常產(chǎn)于四方臺(tái)組中，埋深560～562.60 m，厚度2.60 m，放射性強(qiáng)度48 000脈沖， 相當(dāng)于 98 μR/h約 57.6×10-6。

2）中央坳陷區(qū)：本區(qū)共有鈾異常鉆孔99個(gè)，主要見(jiàn)鈾異常層位是姚家組有52個(gè)異常段，次者為青山口組見(jiàn)47個(gè)鈾異常段；鈾異常埋藏較深，其中大于500 m者有136段約占82%，小于500 m見(jiàn)29個(gè)異常段約占18%；鈾異常段平均厚度較薄，在2.65～3.83 m之間；放射性強(qiáng)度較低，最高是朝陽(yáng)溝階地，平均強(qiáng)度14 660脈沖，最低是齊家—古龍凹陷，平均11 550脈沖。其中三肇凹陷有鈾異常鉆孔21個(gè)，主要見(jiàn)鈾異常層位是四方臺(tái)組有11個(gè)異常段，次者為嫩江組見(jiàn)10個(gè)鈾異常段；鈾異常埋藏較淺均小于500 m，四方臺(tái)組平均強(qiáng)度766 API，最高強(qiáng)度1 129 API，嫩江組平均強(qiáng)度718 API，最高強(qiáng)度1 074 API。

3）北部?jī)A沒(méi)區(qū)：本區(qū)有2鈾異常鉆孔，見(jiàn)有兩段鈾異常，一段在嫩江組孔深148 m，另一段在泉頭組孔深858 m。另外，東北隆起區(qū)見(jiàn)鈾異常孔5個(gè)。

由上述分析可見(jiàn)，集中分布在西部斜坡區(qū)的放射性異常多產(chǎn)自油田區(qū)，產(chǎn)出層位齊全，與構(gòu)造活動(dòng)、油氣田分布有關(guān)。相對(duì)而言，東部的鈾礦化則較分散，多與地表潛水氧化或?qū)娱g氧化作用有關(guān)。

3 放射性異?？刂埔蛩胤治龊驮u(píng)價(jià)

3.1 放射性異?？刂埔蛩胤治?/h3>

3.1.1 基底斷裂

按空間產(chǎn)出分布特征，將已確定的放射性異?？讋澐譃?個(gè)放射性異?？赘患瘞В▓D2），呈北北東-北東向分布，放射性異常孔的密集產(chǎn)出區(qū)主要集中于北北東-北東向斷裂帶和北北東-北東向斷裂與北西-北西西向斷裂交匯處。這一帶也正是基底深斷裂通過(guò)處，白堊系各組底面構(gòu)造發(fā)育，也存在構(gòu)造對(duì)鈾礦化的控制作用。依據(jù)石油勘探和重磁場(chǎng)推斷，松遼盆地北部基底主要發(fā)育北東-北北東、近南北、近東西及北西向4組大斷裂，大小共計(jì)約65條，主要基底深大斷裂12條，其中依安—杜爾伯特?cái)嗔眩‵2）、孫吳—雙遼斷裂（F3）、 明水—乾安斷裂（F4）、 通化—伏龍泉斷裂（F5）控制著放射性異?？椎谋睎|、北北東向分布；濱州斷裂（F9）、扎賚特—陶賴召斷裂（F10）、 白城—長(zhǎng)春斷裂（F12）控制著放射性異?？椎谋蔽鳌⒈蔽魑飨蚍植?。

圖2 松遼盆地北部基底斷裂與放射性異?？追植际疽鈭DFig.2 Sketch of base fracture and uranium anomaly hole distribution in the north of Songliao basin

3.1.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造

3.1.2.1 反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶

松遼盆地北部構(gòu)造格局是線狀構(gòu)造呈NNE、NE向展布，具東西分帶特征，這種東西分帶特征正是反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用在盆地北部的平面上產(chǎn)出的結(jié)果?，F(xiàn)今反轉(zhuǎn)構(gòu)造的產(chǎn)出既受盆地基底構(gòu)造格局的控制，如早期深斷裂產(chǎn)狀、活動(dòng)強(qiáng)度及其基底埋深等，也受盆地蓋層白堊系的巖石物理性質(zhì)、巖性、厚度等制約［4］。研究表明，盆地北部在同一區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，形成的反轉(zhuǎn)構(gòu)造在平面上具有一致性的分布規(guī)律。將油田地震資料解譯出的78個(gè)反轉(zhuǎn)構(gòu)造，按產(chǎn)出特征，平面上可圈定24個(gè)反轉(zhuǎn)構(gòu)造亞帶。依據(jù)各反轉(zhuǎn)構(gòu)造亞帶的特征，從東到西劃分為5個(gè)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。依據(jù)其分布和幅度等特征，反轉(zhuǎn)構(gòu)造分為西部齊齊哈爾反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（Ⅰ）；龍虎泡－通遼反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（Ⅱ）；中部克山－大慶反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（Ⅲ）；東北部望奎－任民鎮(zhèn)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（Ⅳ）和東南朝長(zhǎng)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶（Ⅴ）（圖3）。除齊齊哈爾以西部分鉆孔外，大部分放射性異?？拙l(fā)育于上述前四個(gè)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶內(nèi)。它們均呈NE或NNE向，受相對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制。

3.1.2.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用

圖3 松遼盆地北部反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶與放射性異?？追植际疽鈭DFig.3 Sketch of reversal structure belt and uranium anomaly distribution in the north of Songliao basin

1）反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用產(chǎn)生了新的斷層或激活了早期存在的斷層，拓寬了深部還原性流體上升的通道，斷裂切穿了上白堊統(tǒng)，成為油氣、CO、H2S、H2等深部還原流體向上運(yùn)移的通道，不但形成油氣藏，在淺部的上白堊統(tǒng)砂巖中產(chǎn)生大面積的還原蝕變，增加了淺部目的層的還原能力。同時(shí)伴隨深部還原流體上移的富鈾組分，沿被切穿的目的層砂體進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移，也大大地提升了目的層砂體的賦礦成礦能力。如大慶長(zhǎng)垣控制斷陷層的基底斷裂進(jìn)一步復(fù)活穿切上覆坳陷層的反轉(zhuǎn)斷裂；明水階地控制斷陷層的基底斷裂進(jìn)一步復(fù)活切穿上覆坳陷層和反轉(zhuǎn)層的反轉(zhuǎn)斷裂，勻起到有利于深部還原性烴類流體和富鈾組分上升的通道作用。

2）反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用使白堊系隆升遭受剝蝕，在局部同一含水層內(nèi)，由于抬升地層的傾斜發(fā)生變化，造成了含水層內(nèi)流動(dòng)的重力差，這就使目的層中的地下水中從滯留狀態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)、形成了局部的或區(qū)域性的層間承壓水補(bǔ)-徑-排的循環(huán)系統(tǒng)［5］。反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用使盆地內(nèi)局部區(qū)域受到不同程度的隆升變?yōu)檎虻匦?，在?gòu)造強(qiáng)烈處抬升隆起幅度大，導(dǎo)致相當(dāng)部分白堊系直接裸露地表遭受剝蝕，形成剝蝕天窗，如大慶長(zhǎng)垣、長(zhǎng)春嶺背斜帶、綏棱背斜帶等都是規(guī)模較大的剝蝕天窗構(gòu)造。大慶長(zhǎng)垣頂部四方臺(tái)組至明水組沉積時(shí)期大范圍遭受剝蝕，沉積間斷時(shí)間長(zhǎng)達(dá)32 Ma，剝蝕面積最大達(dá)500 km2，剝蝕厚度800 m。剝蝕天窗周邊是二次層間氧化成礦的有利區(qū)域，剝蝕天窗周邊目的層均為反向單斜構(gòu)造，大氣降水沿天窗滲入單斜帶徑流，在目的層中滲入和流動(dòng)過(guò)程中形成局部層間氧化帶，有利于鈾富集成礦。

3.2 放射性異常評(píng)價(jià)

3.2.1 放射性勘查現(xiàn)狀

核工業(yè)系統(tǒng)2003—2005年，在研究區(qū)內(nèi)投入的鉆探工作量主要集中在北部訥河、西部齊齊哈爾，中部綏化—肇州區(qū)和東北部建興、慶安地區(qū)，發(fā)現(xiàn)的27個(gè)鈾礦化、異?？?，大部分產(chǎn)于盆地外圍的淘淇河組、建興組和達(dá)連河組，盆中僅發(fā)現(xiàn)4個(gè)鈾礦化孔，4個(gè)異?？住ｂ櫟V化產(chǎn)于姚家組和四方臺(tái)組灰色細(xì)砂巖中，埋深為235～62 m。2014—2015年，對(duì)松遼盆地北部進(jìn)行了系列編圖和鉆探工程揭露工作，大膽探索嫩江組的成礦條件和找礦前景，在嫩江組一段發(fā)現(xiàn)有一定規(guī)模的砂體，局部見(jiàn)到黃褐色氧化砂巖。

2012年開始，大慶油田整理鉆孔測(cè)井資料，發(fā)現(xiàn)西部斜坡區(qū)的四方臺(tái)組有23個(gè)鉆孔見(jiàn)到放射性異常，最高1 289 API，另外在明水組、嫩江組、青山口組也發(fā)現(xiàn)鈾的測(cè)井異常。2013年在賚來(lái)縣巴彥查干鄉(xiāng)北驗(yàn)證了來(lái)75井礦化情況，平米鈾含量為1.84 kg/m2和1.75 kg/m2，埋深為502～431 m。拓寬了松遼盆地北部的找礦思路，確定多個(gè)找礦目的層。2015年，大慶油田在肇源西北20 km驗(yàn)證石油測(cè)井異?？?，在上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化，平米鈾含量分別為8 kg/m2和5 kg/m2，埋深為360～168 m。

3.2.2 鈾礦化有利區(qū)評(píng)價(jià)

鈾礦化有利區(qū)主要分布在克山—大慶反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部，望奎—任民鎮(zhèn)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶西南端，位于三肇凹陷、大慶長(zhǎng)垣二級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)，面積約4 300 km2。該區(qū)基底斷裂發(fā)育，鈾異常受北東向明水—乾安斷裂（F4）、通化—伏龍泉斷裂（F5）兩組斷裂和北西向扎賚特—陶賴召斷裂（F10）控制，尤其在明水—乾安斷裂（F4）和扎賚特—陶賴召斷裂（F10）交匯處鈾異常集中產(chǎn)出。該區(qū)也是克山—大慶反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和望奎—任民鎮(zhèn)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶交匯處。有利區(qū)產(chǎn)有二個(gè)放射性異?？讕?，礦化目的層四方臺(tái)組以三角洲前緣、三角洲平原和濱淺湖沉積為主，巖性為中細(xì)粒砂巖、粉砂巖，砂體厚度多20～40 m；嫩江組四段為三角洲前緣濱淺湖相沉積物，巖性以灰綠、深灰、灰、棕色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖互層，存在厚度＞20 m砂體分布。晚白堊世受盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)擠壓作用，發(fā)育局部斷裂、切穿蓋層，有利于附近的油氣等還原物質(zhì)沿?cái)嗔褦U(kuò)散進(jìn)入河道砂體中，主要表現(xiàn)為鈾元素沿砂體運(yùn)移過(guò)程中所發(fā)生的二次還原作用，有利于鈾成礦。大慶油田在該區(qū)上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組砂體中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)鈾礦化，顯示該區(qū)具有較好的找礦前景。

4 結(jié)論

1）松遼盆地北部放射性異常具分布廣、層位多特點(diǎn)，其中異常主要集中產(chǎn)于西部斜坡區(qū)和中央凹陷區(qū)，異常密集產(chǎn)出層位是青山口組、姚家組、嫩江組和四方臺(tái)組。

2）基底斷裂和反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶控制著放射性異常的分布。反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用使部分基底深斷裂復(fù)活，有利于深部還原流體及富鈾組分上移；反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用形成剝蝕天窗，有利于層間氧化帶形成；反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用改變了上白堊統(tǒng)地下水循環(huán)狀態(tài)，有利于鈾成礦。

3）放射性異?？追植际芸赜贜E（F4、F5）和NW（F10）向斷裂，集中產(chǎn)于斷裂交匯處，放射性異常主要產(chǎn)于四方臺(tái)組和嫩江組四段厚層的中細(xì)砂和粉砂巖中，反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用和后生改造發(fā)育，預(yù)測(cè)克山—大慶反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部，望奎—任民鎮(zhèn)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶西南端為砂巖型鈾成礦有利區(qū)。

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