您现在的位置:首页 > >

层序地层学研究与砂岩型铀矿床找矿勘探

发布时间:

第 18 卷 第 2 期 V ol. 18  N o. 2                  地 质 找 矿 论 丛                 2003 年 6 月 Ju n. 2003

层 序 地层 学研 究与 砂 岩型 铀矿 床找 矿 勘探
肖新建, 李子颖, 李胜祥
( 核工业北京地 质研究院 , 北京 100029) 摘  要 :   文章介绍了层序 地层学的基本理论 框架、 研究 内容、 研究方 法 , 以及砂 岩型铀矿的特征 ; 分 析了层序地层学研究与砂岩型铀矿找矿 勘探的有机结合点 , 初步建立 和探讨了层序地层 学研究 应 用于砂岩型铀矿找矿勘探工作的方法和 步骤 ; 列举 了层序地层学应用 于砂岩型铀矿找矿 工作的 实 例 , 预测了层序地层学研究方法在砂岩型铀矿找矿勘 探中的发展前景。 关 键词 :   层序地层学 ; 砂岩型铀矿 ; 找矿勘探 中 图分类号 :   P 539. 2; P 619. 14   文献标识码 :   A   文章编号 : 1001-1412( 2003) 02-008404

1 层序地层学研究
层序地层学 ( sequence st rat ig raphy ) 是 20 世纪 末期在地震地层学基础上发展起来 , 它在石油勘探 中的成功应用令人瞩目 , 使它得以在短短的二、 三十 年的时间发展成为一系统的学科体系。 现今 , 层序地 层学在其他沉积矿产( 如铀资源 ) 勘探中也得到了应 用与发展。 1. 1 层序地层学起源及发展 层序地层学前身是地震地层学, 它同时也受益 于生物地层学、 年代地层学和沉积学。 层序地层学被 定义为: 研究以不整合面或与之相对应的整合面为 边界的年代地层格架中具有成因联系的地层 ( Van Wago ner 等, 1990) 。 这个定义距今虽只有 10 余年的 时间, 但层序 ( Sequence) 一词早在 1963 年就被强调 和使用 ( Sloss, 1963) 。随后, 经 Vail 等 ( 1987) 、 Gal以及 Van Wagoner 等 ( 1990) 在 沉积 low ay ( 1989) 、 学、 地层学和地震地层学的研究工作基础上, 层序地 层 学才真 正形成学科体 系。随即 , Co rss 等 ( 1993, 1994) 创立了以基准面旋回为基础的高分辨率层序 地层学 , 拓宽了层序地层学的研究领域。 1. 2 层序地层学和基本理论框架及特点 现在所普遍接受的层序地层学的理论框架是以
收稿日期 : 2002-08-01;   修订日期 : 2003-02-24 基金项目 : 核工业地质总局科技项目 ( D 0209) 资助。

Vail 的层序地层构型 ( Vail 等, 1987) 为基本模式的。 在 Vail 的这个模式中 , 层序的上、 下界面均为不整合 面。一 个 层 序 由 3 个 体 系 域 组 成, 即 由 低 水 位 ( L ST ) 、 海侵 ( T ST ) 和高水位体系域 ( HST ) 组成。 低 位 体系域由充填的深切谷 ( ivf ) 、 低位进积楔 ( lsw ) 、 低位斜坡扇( sf ) 和低位盆底扇 ( bf ) 组成。 低位体系域 和海侵体系域之间由初始海泛面 ( f fs) 所隔, 海侵体 系域与高位体系域之间由最大海泛面 ( mf s) 所隔。 全 球海*面变化具有相对一致性 , 海*面变化控制了 层序发育。 层序地层学中指出 , 海*面升降变化具有全球 周期性, 海*面相对变化是形成以不整合面以及与 之可对比的整合面为界的、 成因相关的沉积层序的 根本原因。层序地层学注重研究以不整合面及与之 相关的整合面为界的旋回地层的关系。一个沉积层 序是沉积在一个相对海*面升降旋回之间的各沉积 物组合, 一个层序中地层单元的几何形态和岩性受 构造沉降、 全球海*面升降、 沉积物供给速率和气候 等 4 个基本因素的控制。其中构造沉降提供了可供 沉积物沉积的可容空间, 全球海*面变化控制了地 层和岩相分布模式 , 沉积物供给速率控制了沉积物 的充填过程和盆地古水深变化 , 气候控制了沉积物 类型以及沉积物的沉积数量。 一般来说 , 构造沉降速 率、 海*面升降速率和沉积物供给速率 3 个参数控 制了沉积盆地的几何形态, 沉降速率和海*面升降

作者简介 : 肖新建 ( 1976-) , 男 , 江西波阳人 , 博士生 , 现在核工业北京地质研究院攻读博士学位 , 研究方向为资源勘查及矿床地球化学。

第 18 卷 第 2 期          肖新建等: 层 序地层学研究与砂岩型铀矿床找矿勘探 变化综合控制了沉积物可容纳空间的变化。 Vail 等( 1987) 的层序地层学的基本理论观点现 已被地层学家及石油地质学家普遍接受。 除此之外, Cross 认为地层基准面是理解地层层序成因并进行 地层划分的主控因素, 并且发展了 Wheeler( 1964) 的 基准面概念 , 他认为地层基准面不是海*面, 也不是 相当于海*面的一个自陆方向延伸的水*面, 而是 一个相对于地表波状起伏、 连续的、 略向盆地方向下 倾的抽象面 ( 非物理面) , 其位置运动方向及升降幅 度不断地随时间变化。 基准面在移动过程中 , 总向着 它的最大值( 最高) 和最小值 ( 最低 ) 来回摆动, 从最 大值至最小值又回到原来的位置的变化过程, 构成 一 个 完 整 的 上 升 和 下 降 旋 回, 称 为 基 准 面 旋 回 ( Cro ss, 1994) 。在此基础上 , Cross 等提出了高分辨 率层序地层学的理论体系, 且应用高分辨率层序地 层学方法在测井、 岩芯和露头等资料操作上取得了 重要的实用效果。 1. 3 层序地层学研究内容和方法 层序地层学研究主要表现在综合利用露头、 钻 测井和地震资料对地层构型进行综合分析。故从资 料来源的角度看, 层序地层学研究内容包括: 露头资 料的层序分析、 钻测井资料的层序分析、 地震资料的 层序分析、 层序地层学研究结果在油气勘探开发中 的应用以及在其他能源矿产勘探开发中的应用。而 从地层学的基本理论出发, 考虑实际资料来源情况, 层序地层学的主要研究内容应该包括 : 不同资料的 层序划分与对比、 建立年代地层格架、 分析控制层序 构型的主控因素、 研究各层序不同体系域的沉积体 系特征、 预测不同层序或不同体系域有利的生储盖 层分布、 有利的成藏组合, 以及有利的成矿层位。 层序地层学有一系列的研究方法, 主要是通过 对露头、 钻测井和地 震资料的分析 , 识别出层 序界 面、 确定层序类型, 确定层序单元的年代及其与全球 海*面升降曲线的拟合关系 , 通过对岩性、 岩相的分 析为依据确定沉积体系的特征、 古盆地的特征 , 对沉 积相进行分析 , 然后通过综合分析结果建立层序地 层模式, 进而确定层序与生储盖层、 构造圈闭、 成藏 特征及其他沉积矿床特征之间的关系, 做出成油、 成 矿预测 ( 朱筱敏, 1998) 。 这其中涉及一些具体的工作方法, 如确定层序 单元的年代方法、 对资料进行解译的方法、 层序识别 的标志和方法、 可容空间的分析方法等 , 都需要在具 体工作中详细研究和探讨。

85

2 砂岩型铀矿床基本特征及勘探
砂岩型铀矿床的定义为: 铀呈浸染状主要产于 通常与泥质层互层的陆相河流相( 少数为滨海相) 长 石砂岩内, 这种砂岩与弱透水层互层 , 或上下被其限 定, 原生铀一般呈 4 价状态, 主要由沥青铀矿和晶质 铀矿组成 ( F. J . Dahlkamp , 1998) 。无疑, 砂岩型铀 矿床是产于沉积盆地中的沉积型矿床。 砂岩型铀矿作为一个铀矿床类型经历了很独特 的认识过程。 1948 年 , 在美国科罗拉多高原圣胡安盆 地西南缘首次发现了安布罗之湖砂岩铀矿床。此后 的 20 世纪 50 ~70 年代 , 在前苏联、 美国等地陆续发 现了产于沉积盆地中的一系列大型砂岩型铀矿床。 20 世纪 60 年代末, 前苏联科学家发明了地浸开采工 艺, 该方法利用矿床含矿层含水和矿石渗透系数较 高的特点, 把稀的硫酸水溶液 ( 即酸法地浸; 也可为 碱液 , 即碱法地浸。 主要根据地层岩性特征不同而采 用不同的方法) 通过钻孔注入到含矿层中, 让其与矿 石进行反应将铀浸出, 再通过钻孔将浸取液抽出并 送到水冶车间进一步加工。该方法不仅保护了采矿 区的环境, 且大大降低了采冶成本, 还使得开采大量 的低品位矿石成为可能, 扩大了砂岩铀矿的经济规 模, 从而使地浸砂岩铀矿进入了新的大发展阶段, 成 为当前世界铀矿主攻类型之一。 砂岩型铀矿床时空分布有如下一些特征: 矿

龄新。 目前发现的砂岩铀矿绝大多数成矿时代较新 , 主要 集中 在新 生代 , 特 别是 渐 新统 ( E 3 ) —第 四 系 ( Q ) ; 含矿主岩时代新 : 目前发现的砂岩铀矿绝大 多数产在中新生代盆地的盖层中 ; 宏观上看呈带 状分布 , 如砂岩铀矿 主要分布在南、 北半球中纬 度 ( 20 ° ~ 50° ) 地区 , 这可能因为砂岩型铀矿床为沉积型 矿床, 受纬度、 气候条件所控制的原因; ! 砂岩型铀 矿床盆地边部往往产有花岗岩和火山岩类, 这些岩 类作为蚀源区为铀源提供了条件 , 其次盆地基底也 可能为铀源供应区。 砂岩型铀矿床与产于沉积盆地中的油气等其他 矿床有所不同, 主要表现在如下几个方面: 砂岩型 铀矿床的铀源来自于蚀源区或含矿层( 即砂体 ) 本身 的氧化带部分; 砂岩型铀矿床的发育深度较浅, 一 般为几十米至几百米, 而且对于采矿来说, 由于地浸 工艺开采的特点, 一般埋深 > 500 m 的砂岩型铀矿 体开采的经济成本较高, 故在现时经济技术条件下

86

地 质 找 矿 论 丛              2003 年 系的时空分布 , 从而可大致确定可能的赋矿层位的 空间展布。 ( 2) 其次, 通过对石油、 煤炭部门钻测井资料, 或 专门的铀矿勘探钻井资料进行层序地层学分析 , 划 分出层序类型 , 并可进行不同钻井资料解译的层序 地层对比。 ( 3) 通过对地震资料的层序地层学分析 , 并结合 露头资料及钻测井资料的分析结果 , 建立露头、 钻测 井层序和地震层序的一致关系。可利用地震资料及 海泛面的位置和上超点的迁移规律 , 区分出低位、 海 侵和高位体系域。利用地震资料或钻井资料还可求 得不同层序地层、 体系域中的砂泥岩体积分数及砂 岩铀矿层中透水层和隔水层的大致范围。 ( 4) 综合以上各方面资料可建立层序地层模式 ,

一般不予考虑; 砂岩型铀矿床一旦形成, 矿质很少 经长距离运移而在远处形成另外的矿体, 即使经过 了再次富集, 大多数情况下也只是在距原矿体不远 处形成新的矿体。 对砂岩型铀矿床产出的特点及其与沉积砂体之 间紧密的空间相关性研究、 对产出砂岩型铀矿床的 沉积盆地的研究 , 可为我们利用层序地层学方法研 究砂岩型铀矿床建立联系。

3 层序地层学在砂岩铀矿床勘探中的 应用
  目前, 层序地层学虽在油气勘探中应用广泛, 但 在砂岩型铀矿床勘探中却应用不多。只是在*几年 才出现了将层序地层学应用到砂岩型铀矿床勘探方 面的研究 ( 董文明, 1998; 向伟东等 , 1999; 李胜祥等, 2001; 李胜祥 , 2002 ) , 并取得了较大的进展。 3. 1 层序地层学与砂岩型铀矿床的有机结合点 层序地层学原理起源于海相被动大陆边缘沉积 地层的研究。 对于非海相成因的沉积地层, 只要具有 旋回性和周期性沉积的特点, 都可应用层序地层学 进行研究。虽然砂岩型铀矿床通常产于陆相及海陆 交互相的沉积盆地中 , 然而外海对内陆盆地的周期 性侵袭 , 影响内陆盆地基准面的升降变化, 在海泛期 间具有某种全球变化的同一性。这为应用层序地层 学研究陆相砂岩型铀矿床提供了前提。 层序地层学直接应用于勘探和开发问题时应强 调三个基本概念: 地层几何形态和沉积分布的关系; 岩 石 物性、 生 物 地 层和 地 震 资 料的 详 细 综 合; 将 Vail, V an Wago ner 和其他学者的可容 纳沉积空间 模式作为一种基本格架 , 用于分析构造沉降、 地层学 与海*面旋回间的相互关系。 这样 , 我们就可以建立 用层序地层学方法研究砂岩型铀矿床的一般模式。 ( 1) 首先, 通过对野外露头资料进行分析, 对赋 存铀矿的沉积砂体进行岩性岩相学的研究, 确定各 地层层序的体系域和准层序组特征及类型, 并运用 可容空间概念进行沉积相分析。这样可确定各层序 中体系域组合特征、 准层序的叠置样式以及沉积体

并进行计算模拟 , 进而确定层序与富铀层位、 赋矿砂 体之间的关系 , 确定砂岩铀矿的含矿砂体展布特征。 ( 5) 最后, 结合室内的分析测试及研究手段 , 将 更详尽地圈出铀矿成矿区和远景成矿区, 并为找矿 勘探提供指导。 3. 2 层序地层学在砂岩型铀矿床勘探中的应用及 前景 前人在研究中国陆相沉积盆地砂岩型铀矿的基 础上, 应用层序地层学方法划分层序地层, 对比发现 层间氧化带型砂岩铀矿主要产于高水位体系中 , 如 伊犁盆地南缘 512 铀矿床和吐哈盆地南缘十红滩铀 矿床的铀矿体均产于高水位体系域的砂体中( 董文 明等 , 1998; 向伟东等, 1999 ) , 柴达木盆地西北部的 第三系中, 层序内高水位体系域中的辫状河三角洲 砂体及扇三角洲砂体是层间氧化带型砂岩铀矿最有 利的成矿单元 ( 艾桂根 , 2001) 。 而在低水位体系域的 下切谷中则产有潜水氧化带型砂岩铀矿床, 如俄罗 斯外乌拉尔地区产于下切谷河道中的潜水氧化带砂 岩型铀矿床( 李胜祥, 2001) 。在我国伊犁盆地的 512 铀矿床的中下侏罗统水西沟群的低水位体系域的河 流相沉积中也发现一些层间氧化带砂岩型铀矿床。 综上, 虽然层序地层学方法引入砂岩型铀矿床 研究尚为初步阶段 , 但可预见其进一步的应用前景 , 如对砂岩型铀矿床的容矿沉积盆地进行沉积地层的 划分与对比 , 可指导砂岩型铀矿床的成矿预测及勘

李胜祥 . 松辽盆地地质演化史与砂岩型铀矿找矿方向研究 ( 博士学位论文 ) . 北京 : 核工业北京地质研究院, 2002. 1-202. 向伟东 , 陈 肇博 , 陈祖伊 , 等 . 吐哈 盆地西南部层间氧化带型砂岩 铀矿成矿条件 与成矿规律 ( 科 研报告 ) . 北京 : 核工业北 京地质研究 院 , 1999. 1-191.

第 18 卷 第 2 期          肖新建等: 层 序地层学研究与砂岩型铀矿床找矿勘探 探工作。 更为重要的是, 应用层序地层学整个体系来 划分和对比我国各大沉积盆地, 建立全国尺度上的 砂岩型铀矿成矿层序地层学模式、 找矿目的层位及 远景层位, 为我国核能资源数字化研究服务。

87

[ A ] . In: Es ch ard R , D oligez B. S ubs urf ace reservoir char acterizat ion from out crop observat ion [ C ] . p roceedings of th e 7t h E xplorat ion and product ion research conferen ce . 1993. 11-33. [ 2]   G all oway W E . G enet ic s trat igraphic sequ ence in basin analys is I: archit ect ure an d genesis of fl ood ing-surf ace bounded deposit ional unit s[ J ] . A A PG Bul letin . 1989, 73: 125-142. [ 3]   Soll L L. Sequence in t he crat on ic int erior of N ort h A merica [ J ] . G sA . Bull et in, 74: 93-114. [ 4]   V ail P R. Seismic St rat igraphy int erpretat ion us ing s equence

4 结束语
层序地层学是在 20 世纪 80 年代以来发展起来 的一门地层学分支学科。这门学科因其在油气勘探 方面的良好应用而逐渐被越来越多的地质工作者所 接受, 并被应用到油气勘探和其他矿产的找矿勘查 工作中。 这门学科可以说是一种新的地质工作方法、 新的找矿思路的体现。核工业地质系统的专家在找 矿勘探及学*过程中 , 逐渐将这一新的方法和思路 应用到实际工作中 , 极大地开阔了我国铀资源找矿 思路。该方法 ( 学科 ) 正如地浸开采砂岩型铀矿工艺 一样, 将对我国在新世纪砂岩型铀矿资源勘查诸方 面起到极大的促进作用。 致谢: 本文受魏魁生教授的教导和鼓励, 在此表 示感谢 !

s t rat igraphy. Part 1: seismic st rat igraphy int erpret at ion procedure [ A ] . In : Bally A W . A tl as of S eis mic S trat igraphy [ C ] . volum e A A PG St udies in Geology. 1987, 27: 1-10. [ 5]   V an Wagoner J C , M itchum R M , Cam pion K M , e t al . S iliclast ic sequen ce s t rat igraphy in w ell logs , cores, an d out crop concept s for high -res olut ion correlat ion of t ime and f acies [ J] . A A PG M et hods i n Ex ploration Series, 1990, 7: 55. [ 6 ]   Wh eeler H E. Bas e-l evel , L ith osphere s urf ace an d t imes t rat igraphy [ J ] . Bul l. Geol. S oc. A merica, 1964, 75: 599610. [ 7]  艾桂根 . 柴达木盆地西北部第三系 层序地层特征及可地浸砂岩 型铀矿找矿方向 [ J] . 铀矿地质 , 2001, 17( 4) : 209-215. [ 8]   董文明 , 黄贤芳 , 谢志东 , 等 . 吐 鲁番—哈密盆 地南缘侏 罗系层 序地层特征及成铀规律 [ J] . 铀矿地质 , 1998, 14( 3) : 129-132. [ 9]   李胜祥 , 陈肇博 , 陈 祖伊 , 等 . 层序地 层学在陆 相沉积盆 地内砂 岩型铀矿找 矿中的应用前 景 [ J] . 铀矿 地质 , 2001, 17 ( 4) : 204208. [ 10]  向伟东 , 陈肇博 , 陈祖伊 , 等 . 吐哈 盆地西南部砂岩型铀矿含矿 岩 系 孢粉 组合 特 征及 层 序地 层 划分 与对 比 [ J ] . 地 球 学报 ,

参考文献:
[ 1]   Cross T A , Baker M R, Chapin M A , et al . A ppl icat ions of high-resolu tion sequ ence st rat igraphy t o res ervoir analys is

1999, 17( 增刊 ) . [ 11]  朱筱敏 . 层 序地层学原理及应用 [ M ] . 北京 : 石油 工业出版社 , 1998. 1-106.

THE SEQUENCE STRATIGRAPHY AND THE PROSPECTING OF SANDSTONE TYPE URANIUM DEPOSIT
XIAO Xin-ji an, LI Zi-ying, LI Sheng xiang
( B eij ing R esear ch I nstitute of Ur anium Geology , Beij ing 100029, China )

Abstract:  T he sequence st rat ig raphy o riginat ed f rom t he seism str at igr aphy is a successful met ho d fo r t he oil pro specting since 1980s. N ow , g eo logists have used it to ot her sedim ent ary depo sit s such as sandsto ne t ype ur anium deposit. In this paper , t he aut ho rs mainly discussed t he basic t heor ies, research fields and a set of met ho ds of sequence st rat ig raphy , and t he general charact erist ics of sandst one ty pe ur anium depo sit . T he aut hors also analy zed t he org anic r elat ionship bet w een sandsto ne t ype uranium deposit and sequence st rat igraphy , and sug gest ed t he pr im ary and elementar y methods f or applicat ion of sequence strat igr aphy t o t he prospect ing of sandst one t ype uranium deposit and g iv e such prospecting ex amples, t hen predict bright f ut ure of t he applicat ion . Key words :  sequence st rat igraphy; sandst one t ype uranium deposit ; prospect ing



友情链接: 团党工作范文 工作范文 表格模版 社科文档网 营销文档资料 工程文档大全