CN107664772B - 一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种铀矿地质研究技术领域，具体公开一种砂岩型铀成矿有利砂体和有利区带的预测方法，该方法包括如下步骤：步骤1，古地貌恢复；步骤2，古地貌单元划分；步骤3，铀成矿有利砂体和有利区带预测。该方法通过恢复含矿目的层沉积期和铀成矿关键时期古地貌特征，圈定砂岩型铀成矿有利区。
Description
技术领域
本发明属铀矿地质研究技术领域，具体涉及一种砂岩型铀成矿有利砂体和有利区带的预测方法。
背景技术
目前，我国正处在产业结构转变的关键时期，“节能减排”是重中之重，以往“粗放-高耗能”的生产方式将逐步被“清洁-有效”的生产方式所取代，核电就是最好的选择之一。我国正处于核电建设大发展时期，而每年都需要大量的天然铀供给，且逐年递增。这就需要足够的经济可采铀矿资源储量来满足国家核电建设的需要。保障国内天然铀资源稳定供给，已是铀矿地质勘查工作必需面对的严峻挑战。“地浸”技术的突破，使得可地浸砂岩型铀矿具有成本低、易开采、安全环保的特点，砂岩型铀矿资源已成为我国经济易采的有效资源。自上世纪九十年代在我国北方中新生代沉积盆地寻找可地浸砂岩型铀矿以来，先后在伊犁、鄂尔多斯、二连和松辽等盆地取得了较大进展，尤其是皂火壕铀矿床、纳岭沟铀矿床、大营铀矿床和钱家店铀矿床的发现和资源量的扩大，使得我国探明的砂岩型铀资源量已跃至我国四大工业类型之首。
砂岩型铀矿有利区带预测技术方法体系主要基于砂岩型铀成矿有利空间识别技术、深埋铀矿化表征信息识别技术、深部含矿砂岩体识别定位技术的基础上，通过含矿目的层成矿环境的精细分析，利用物化探等技术手段，探测识别深部铀矿化信息，基于GIS平台，采用矿床模型综合地质信息预测技术，对研究区的成矿有利地段进行全方位综合预测，落实铀矿化有利区段。该方法对成矿有利地段进行全方位综合预测，需要利用大量的钻孔资料、航放数据及地面放射性测量数据和地震资料等，适合于勘探中后期；但在勘探前期，钻孔资料偏少，放射性测量工作少，地震资料缺失，该方法不甚适用，急需一种在前期铀矿勘查工作中适用的砂岩型铀矿有利区带的预测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，该方法通过恢复目的层沉积期和铀成矿关键时期古地貌特征；圈定砂岩型铀矿有利砂体和有利区带。
实现本发明目的的技术方案：一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，古地貌恢复；
步骤2，古地貌单元划分；
步骤3，铀成矿有利砂体和有利区带预测。
所述的步骤1包括如下步骤：
步骤1.1通过钻孔资料和地震资料整理收集研究区古地貌恢复所需的数据；
步骤1.2对上述步骤1.1得到的数据进行去压实校正，通过拉平不同时期沉积层或古沉积水平面，恢复研究区目的层沉积期和成矿期的古地貌；
步骤1.3在上述步骤1.2去压实校正的基础上，利用该研究区沉积期的古水深资料，进行古水深校正，显示恢复的古地貌特征。
所述的步骤1.1中数据包括钻孔的海拔、分层数据以及目的层的砂岩厚度、地层厚度、含砂率，以及残留厚度和恢复剥蚀厚度。
所述的步骤1.3中采用印模法，利用三维显示技术，显示恢复的古地貌特征。
所述的步骤2包括如下步骤：
步骤2.1结合钻孔资料，依据沉积期古地貌的地形地貌特征，划分目的层沉积期的古地貌单元；
步骤2.2结合钻孔资料，依据铀成矿期的古地貌的地形地貌特征，划分目的层铀成矿时期的古地貌单元；
步骤2.3在步骤2.2的基础上，再现不同时期铀储集层的空间位置及形态演化，重建铀成矿不同时期的古水流的空间变化。
所述的步骤2.1中将古地貌单元划分为下切谷、古隆起、斜坡、低凸起4种；
所述的步骤2.2中将古地貌单元划分为古隆起、斜坡和低洼区3种。
所述的步骤3包括如下步骤：
步骤3.1综合钻孔资料和钻探情况，确定有利的铀成矿沉积相带，从而预测铀成矿有利砂体的分布范围；
步骤3.2结合钻孔的蚀变特征，根据成矿期的古地貌特征，结合古地貌斜坡带分布特征，确定层间氧化带空间分布范围；
步骤3.3在步骤3.1、步骤3.2的基础上，铀成矿有利砂体的分布范围、预富集期的斜坡和低洼区古地貌、与主成矿期的斜坡古地貌叠合区，是铀成矿的最为有利区域。
所述的步骤3.1中有利的铀成矿沉积相带确定如下：沉积期的下切谷和斜坡区古地貌单元是有利沉积相带最为发育的地方，确定沉积期下切谷和斜坡区的分布，从而预测铀成矿有利砂体的分布范围。
所述的步骤3.3中的铀成矿有利砂体的分布范围为沉积期的下切谷和斜坡区古地貌分布区。
本发明的有益技术效果在于：本发明建立了利用古地貌恢复的方法，确定和识别有利铀成矿有利砂体，重建不同时期古水流，确定氧化还原带的分布，来预测砂岩型铀矿有利区带，对砂岩型铀矿找矿具有直接指导作用，经济效益明显。该本发明的方法通过恢复目的层沉积期和铀成矿关键时期古地貌特征，划分铀成矿各个关键时期古地貌单元；分析古地貌对铀储集层分布的影响，明确有利砂体分布规律；揭示铀储集层的时空演化，阐明地下古水流的流向，明确砂岩型铀矿层间氧化带分布特征和展布规律；圈定铀成矿远景区，优选有利区带，为铀矿找矿工作提供依据。
附图说明
图1为鄂尔多斯盆地南缘铀矿地质略图；
图2为彬县地区直罗组底部铀成矿关键时期的古地貌特征；
图3为彬县地区直罗组下段沉积相剖面图；
图4为彬县地区直罗组下段层间氧化带剖面图；
图5为彬县地区直罗组下段沉积和成矿模式图；
图6为彬县地区直罗组铀成矿有利区域预测图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
以彬县地区为例，详细说明本发明所提供的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法。
彬县地区构造位置处于鄂尔多斯盆地南缘伊陕斜坡和渭北隆起的过渡部位。钻孔自上而下主要揭露第四系、新近系、白垩系环池华河组、洛河组、宜君组、侏罗系直罗组、延安组、富平组等地层(图1)。直罗组下段是鄂尔多斯盆地内主要含铀层位之一，其顶部发育灰绿色、黄褐色中粗粒长石石英砂岩，下部为灰白色、灰绿色中厚层、块状中粗、粗粒长石石英砂岩和砂砾岩，底部以粗粒和砂砾岩为主。前人利用U-Pb同位素测年测得鄂尔多斯盆地铀成矿年龄为149±16Ma，110～98Ma，41.8±9.3Ma，51.0±5.8Ma，其中晚侏罗世为铀预富集阶段，早白垩世—古新世为主要成矿阶段，始新世—中新世为铀叠加富集阶段。
如图1、2、3、4、6所示，本发明所提供的一种适用于砂岩型铀矿有利区带的预测方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，古地貌恢复
步骤1.1通过钻孔资料和地震资料整理收集彬县地区研究区古地貌恢复所需的数据，数据包括钻孔的海拔、分层数据以及目的层的砂岩厚度、地层厚度、含砂率，以及残留厚度和恢复剥蚀厚度；
步骤1.2对上述步骤1.1得到的残留厚度和恢复剥蚀厚度进行去压实校正，通过拉平不同时期沉积层或古沉积水平面，来恢复研究区目的层沉积期和成矿期的古地貌；
通过对彬县地区研究区直罗组下段去压实校正，基本恢复了鄂尔多斯盆地南部的直罗组下段各个时期的古地貌形态。
步骤1.3在上述步骤1.2去压实校正的基础上，利用该研究区沉积期的古水深资料，进行古水深校正，采用印模法，利用三维显示技术，显示恢复的古地貌特征。
在彬县地区研究区直罗组下段与上段整合接触，上段地层普遍发育，因此下段地层不存在剥蚀，故不用进行剥蚀恢复。直罗组下段沉积主体是形成于相对浅水的辫状河沉积体系，水深2～4m，故暂不予考虑。采用印模法，利用三维显示技术(Voxler软件)，显示恢复的古地貌特征(图2)。
步骤2，古地貌单元划分
步骤2.1结合现有的钻孔资料，依据沉积期古地貌的地形地貌特征，划分目的层沉积期的古地貌单元，划分为下切谷、古隆起、斜坡、低凸起4种主要的古地貌单元；
划分目的层沉积期的古地貌单元，包括下切谷、古隆起、斜坡、低凸起(图2-a)。直罗组下段沉积期研究区北部、西北部和南部为古隆起区，形成“西北高，中部及东南低”的古地貌特征，包括下切谷、古隆起、斜坡、低凸起这4种主要的古地貌单元(图2-a)。下切谷：为地形最低的古地貌单元，呈长条状位于低洼区；宽2～4km，下切深度50～80m；主要为辫状河河道充填沉积，岩性为中、粗砂岩，含底砾岩，夹大量植物碎屑；主要发育大型槽状交错层理、斜层理；砂岩厚度为25～40m，向低洼区增厚。古隆起：研究区内地形最高的地貌单元，古隆起面积8～40km2；直罗组上段部分地区遭受风化剥蚀，缺失沉积，而下段沉积厚度相对较薄，厚度仅为10～30m，被下切河道分割成3个独立的高地，砂岩不发育，厚度0～10m。斜坡：为古隆起和下切谷的过渡地带，直罗组下段沉积厚度为30～50m；东北部斜坡较陡，坡降10～15m/km，西部斜坡较为宽缓，3～12m/km；受下切河道冲刷切割，导致斜坡前缘破碎，砂岩厚度为10～20m，向古隆起砂层减薄。低凸起：为低洼地势相对较高的区域，地层厚度25～40m，面积1.5～5km2；与下切河道相邻，砂岩厚度5～15m，向地势较高处减薄。
步骤2.2结合现有的钻孔资料，依据铀成矿期的古地貌的地形地貌特征，划分目的层铀成矿时期的古地貌单元，划分为古隆起、斜坡和低洼区3种古地貌单元；
如图2-b、2-c所示，古隆起区是地形最高的古地貌单元，高差250m左右，坡降40～50m/km，坡角3°～4°，坡度较陡，砂岩易被氧化，Fe2O3含量高，褐铁矿较发育，不利于铀矿的保存；斜坡区落差200m左右，坡降15～20m/km，坡角1°左右，Fe2O3含量降低，FeO含量高，氧化程度较低；而洼陷区，坡角小于1°，S全含量高。
步骤2.3在步骤2.2的基础上，再现不同时期铀储集层的空间位置及形态演化，重建铀成矿不同时期的古水流的空间变化。
古地貌控制了地下古水流的流向，晚侏罗世—早白垩世铀预富集阶段，彬县地区北部为古隆起区，古水流从北往南流；早白垩世—古新世主成矿阶段，直罗组底部古地貌变为东南高、北西低特征，含氧含铀水由东南古隆起处向北西方向渗流。
步骤3，铀成矿有利砂体和有利区带预测
步骤3.1综合钻孔资料和钻探情况，确定有利的铀成矿沉积相带，沉积期的下切谷和斜坡区古地貌单元是有利沉积相带最为发育的地方，确定沉积期下切谷和斜坡区的分布，从而预测铀成矿有利砂体的分布范围；
鄂尔多斯盆地南部彬县地区中侏罗统直罗组主要发育辫状河沉积体系和曲流河沉积体系。直罗组上段曲流河道砂体分选好，但横向延展性差，所以难以构成大规模的含矿流体系统。直罗组下段辫状河砂体岩石类型以粗砂岩、砂砾岩和砾岩为主；分选性好、孔隙发育(19.9％～22.5％)、渗透性较好(11.9×10-3μm2～60.8×10-3μm2)、视密度为2.06～2.12g/cm3，且砂层厚度10～30m，岩层横向分布范围广，是最好的铀储集层。直罗组沉积古地貌控制了有利铀储集层砂体的分布，主要发育在古地貌低洼区的下切谷中。矿化孔和异常孔的含砂率一般都大于50％，砂岩厚度为25～40m，基本上位于南北向展布的主辫状河道上(图3)。另外，辫状河道砂体常夹有煤线和大量植物碎屑，增强了砂体的吸附铀能力，且具备丰富的还原物质，有利于铀元素的还原富集。直罗组下段砂体被上段泛滥平原亚相泥岩隔水层覆盖，且砂体下面还发育稳定的延安组顶部泥岩隔水层，这种稳定的泥岩—砂岩—泥岩结构稳定，为后期层间氧化带的发育提供了广泛空间。因此，沉积古地貌控制了含矿目的层的有利沉积相带的分布，辫状河道为有利的铀储集层砂体，受沉积古地貌控制，主要发育在下切谷中；铀矿(化)体主要赋存于辫状河砂体中。
步骤3.2充分结合现有钻孔的蚀变特征，根据成矿期的古地貌特征，结合古地貌斜坡带分布特征，确定层间氧化带空间分布范围；
晚侏罗世为铀预富集成矿期，直罗组下段灰色砂岩建造是铀成矿地质体，其铀含量为2～4×10-6，明显偏高，沉积砂岩中含有大量的植物碎屑，对铀具有吸附作用，形成富铀地层。彬县地区北部为古隆起区，长期处于隆起状态，缺失安定组和芬芳河组，使直罗组上段顶部直接暴露地表。抬升作用使地层内压力松弛，浅部大气降水直接渗入，直罗组下段含矿层受到一期潜水淋滤氧化改造(同生氧化作用)，形成铀矿的预富集成矿作用。地下古水流受北部古隆起控制，由北向南运移，形成了铀矿的预富集。其中古隆起相对较高，更容易被淋滤氧化，不利于沉积预富集阶段铀矿的保存，一般铀含量较低，古隆起上的钻孔一般为无矿孔，也证实了古隆起不利于铀预富集；在古斜坡和低洼区淋滤氧化作用相对较弱，有利于前期铀矿的保存，铀含量相对较高。晚侏罗世的铀预富集为后期主成矿阶段奠定了部分物质基础。早白垩世—古新世阶段，鄂尔多斯盆地处于抬升剥蚀期，直罗组底部古地貌变为“东南高、北西低”特征，最大高差达600m，最大埋深720m。造山带与直罗组下段含矿目的层直接相连，并遭受剥蚀，是层间氧化作用发育及铀成矿的主要阶段。该时期气候干旱炎热，盆缘隆起区含氧含铀水在重力的驱使下沿着直罗组下段辫状河道砂体，由东南古隆起向北西低洼区方向渗流，在彬县地区形成南西-北东向的层间氧化带。根据岩石颜色、矿物成分、化学成分和古地貌特征沿渗入水流方向依次识别出强氧化带、弱氧化带、氧化还原过渡带和还原带(图4)。古隆起区发育氧化带为主，不利于铀矿的保存；斜坡区，主要发育氧化还原过渡带，含氧含铀流体流动速度降低、供给不足，氧化程度较低，利于还原环境的产生和铀矿体的保存；而洼陷区不利于含氧含铀流体供给，流体很难渗流至该区域，S全含量高，主要发育原生带。
步骤3.3在步骤3.1、步骤3.2的基础上，铀成矿有利砂体的分布范围(沉积期的下切谷和斜坡区古地貌)、预富集期的斜坡和低洼区古地貌、与主成矿期的斜坡古地貌叠合区，是铀成矿的最为有利区域。
古地貌控制了地下古水流的流向，控制着氧化带的发育和铀矿的富集。晚侏罗世—早白垩世铀预富集阶段，彬县地区北部为古隆起区，容易被淋滤氧化，不利于铀矿的预富集；早白垩世—古新世主成矿阶段，直罗组底部古地貌变为东南高、北西低特征，含氧含铀水由东南古隆起处向北西方向渗流，在斜坡带上形成南西-北东向展布的层间氧化带。综上所述，成矿期有利铀成矿区为预富集期的斜坡区、低洼区古地貌单元与主成矿期的斜坡区古地貌单元的叠合部位。
步骤3.4在步骤3.1、步骤3.2、步骤3.3的基础上，综合现有的勘探情况，综合铀成矿地质条件和成矿要素(沉积、层间氧化带、钻孔信息、古地貌特征等)，圈定铀成矿远景区，优选铀成矿有利区带。
鄂尔多斯盆地南缘彬县地区的直罗组铀矿(化)体主要赋存于辫状河主河道砂体中，受直罗组下段沉积期古地貌控制，主要分布在下切谷中；直罗组下段伽马高值区基本和主辫状河道的分布一致(图5-a)。古地貌控制了地下古流体的流向，成矿流场控制着氧化带的发育和铀成矿。在晚侏罗世铀预富集阶段，直罗组底部呈现“西北高、西南及东南低”古地貌特征，古隆起受潜水淋滤氧化改造，不利于前期铀矿的预富集；早白垩世—古新世主成矿阶段，直罗组底部古地貌变为“东南高、北西低”特征，地下水由原先的自北西向南东径流改变为自东南向西北方向径流，成矿流体呈扇形沿着直罗组铀储集层渗流(图5-b)，古地貌特征控制着层间氧化带的分布特征。彬县地区北部沉积期古水流方向与主成矿期含矿流体运移方向不同导致的成矿差异，使得该区成矿效率降低，含矿区域较分散。晚侏罗世铀预成矿期，含铀物质向斜坡和低洼区迁移，导致该时期古隆起区的铀含量低，伽马值小于10ppm；早白垩世—古新世主成矿期，斜坡区控制了氧化还原带的分布，该区伽马值均大于100ppm，局部伽马异常值可达1000ppm。沉积期下切谷和斜坡古地貌单元(铀成矿有利砂体的分布范围)、晚侏罗世铀预富集期的斜坡和低洼区古地貌单元、早白垩世—古新世主成矿期的斜坡古地貌单元的叠合区，是铀成矿的最为有利区域(图6)。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (7)
1.一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，古地貌恢复；所述的步骤1包括如下步骤：
步骤1.1通过钻孔资料和地震资料整理收集研究区古地貌恢复所需的数据；
步骤1.2对上述步骤1.1得到的数据进行去压实校正，通过拉平不同时期沉积层或古沉积水平面，恢复研究区目的层沉积期和成矿期的古地貌；
步骤1.3在上述步骤1.2去压实校正的基础上，利用该研究区沉积期的古水深资料，进行古水深校正，显示恢复的古地貌特征；
步骤2，古地貌单元划分；所述的步骤2包括如下步骤：
步骤2.1结合钻孔资料，依据沉积期古地貌的地形地貌特征，划分目的层沉积期的古地貌单元；
步骤2.2结合钻孔资料，依据铀成矿期的古地貌的地形地貌特征，划分目的层铀成矿时期的古地貌单元；
步骤2.3在步骤2.2的基础上，再现不同时期铀储集层的空间位置及形态演化，重建铀成矿不同时期的古水流的空间变化
步骤3，铀成矿有利砂体和有利区带预测；所述的步骤3包括如下步骤：
步骤3.1综合钻孔资料和钻探情况，确定有利的铀成矿沉积相带，从而预测铀成矿有利砂体的分布范围；
步骤3.2结合钻孔的蚀变特征，根据成矿期的古地貌特征，结合古地貌斜坡带分布特征，确定层间氧化带空间分布范围；
步骤3.3在步骤3.1、步骤3.2的基础上，铀成矿有利砂体的分布范围、预富集期的斜坡和低洼区古地貌、与主成矿期的斜坡古地貌叠合区，是铀成矿的最为有利区域。
2.根据权利要求1所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于：所述的步骤1.1中数据包括钻孔的海拔、分层数据以及目的层的砂岩厚度、地层厚度、含砂率，以及残留厚度和恢复剥蚀厚度。
3.根据权利要求2所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于：所述的步骤1.3中采用印模法，利用三维显示技术，显示恢复的古地貌特征。
4.根据权利要求3所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于：所述的步骤2.1中将古地貌单元划分为下切谷、古隆起、斜坡、低凸起4种。
5.根据权利要求4所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于：所述的步骤2.2中将古地貌单元划分为古隆起、斜坡和低洼区3种。
6.根据权利要求5所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于，所述的步骤3.1中有利的铀成矿沉积相带确定如下：沉积期的下切谷和斜坡区古地貌单元是有利沉积相带最为发育的地方，确定沉积期下切谷和斜坡区的分布，从而预测铀成矿有利砂体的分布范围。
7.根据权利要求6所述的一种用于砂岩型铀矿有利砂体和有利区带的预测方法，其特征在于：所述的步骤3.3中的铀成矿有利砂体的分布范围为沉积期的下切谷和斜坡区古地貌分布区。
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