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泊江海子油气环状构造的发现及其铀成矿的重要意义

刘德长 叶发旺 张杰林

1 引言

鄂尔多斯盆地是我国大型能源盆地,不仅石油、天然气资源十分丰富,而且砂岩型铀矿资源潜力也很大。近几年的勘查结果表明,鄂尔多斯盆地北部东胜地区存在一个大型的铀矿床。通过对该矿床所在区域地质背景的遥感信息研究,作者发现东胜矿床处于一个由断隆构造、NWW向断裂和泊江海子环状构造三者有机组成的一个特殊的区域地质构造环境中[1],泊江海子环形构造是这一区域地质背景的重要组成部分,对东胜铀矿床的形成具有重要的作用。本文将论述泊江海子环形构造的遥感信息发现,探讨其深、浅部特征、成因以及与东胜铀矿床形成的关系等,旨在开阔遥感信息地质应用的思路,并促进砂岩型铀成矿理论的进步与发展。

2 泊江海子环形构造的发现及其深化研究

2.1 环形构造的发现

对鄂尔多斯盆地北部ETM图像进行解译,发现在泊江海子一带存在一个略呈椭圆状的环形构造,北东-南西长约50公里,北西-南东宽约40公里,迄今为止,未见前人报道,现将其命名为泊江海子环形构造(彩图A)。泊江海子环形构造具有如下影像特征:①环形影像由同心环状水系和一系列放射状水系组成,是整个东胜地区的分水岭中心。北边由西向东分别是黑赖沟和西柳沟,东边分别为西乌兰木伦河和东乌兰木伦河,南边为串珠状水塘组成的水系,西边是一条由多个湖泊组成的略向南呈弧形突起的水系;②环形影像内部与外围有较明显的色调差异,内部的色调较深,而外围的色调较浅;③环形构造放射状水系的两侧水系出现不同程度的错位,这些错位现象在ETM图像和雷达图像上均有不同程度的反映。

经野外调查,这些环状和放射性水系是在裂隙带和小断层的基础上发育起来的。在组成环状构造的环形山顶上发现有现代河床沉积及满山遍野的鹅卵石,反映环状构造近期还在上升隆起(彩图 B)。

2.2 泊江海子环形构造的深化研究

2.2.1 环形构造深部结构

从环状构造与1:20万布格重力叠合图(图1)上可以看出,泊江海子环形构造与重力低值异常相对应。据崔焕敏研究,在向上延拓1km,2km及4km时,泊江海子一带的重力相对低值异常均有表现,直至向上延拓8km时,环形构造内部的重力低值异常消失,这表明环形构造深部可能是一个局部的基底坳陷。从航磁△Ta等值线与环形构造叠合图来看(图2),环形构造中心一带主要位于正负磁场异常的过渡带区域,正磁异常幅度为+50Nt,仅显示弱磁性的特点。

图1 泊江海环形构造与重力信息叠合图

从位于环形构造不同位置的伊13井,鄂1井,伊21井揭露的深部地质特征来看,鄂1井在3440m深处的O1m地层中有油气显示[2],表明位于环形构造近中心区域的奥陶系的埋深至少在此深度;而伊13井,伊21井的奥陶系埋深却分别只有2945m和2512m,均明显浅于前者。这也反映泊江海子环形构造鄂1井地段的3000多米深处,确实存在一个局部的小坳陷。

图2 泊江海环形构造与航磁信息叠合图

将遥感数据和重力数据进行对比分析,可以看出,该环形构造在地表为穹形隆起,而其深部却表现为凹陷,三维形态呈锥状体(彩图C)。结合应力机制分析,地表的穹状隆起是由于上顶力形成的,深部的凹陷是由于深部物质喷出形成空腔塌陷而成。

2.2.2 环形构造与断裂的关系

从彩图A右图可以看出,泊江海子环形构造处于NWW,NEE和SN向三组基底断裂的交汇部位,其中,NWW向的本害敖包-准格尔召断裂和北东东向的君土梁-泊江海子断裂在重力、磁力、地震以及遥感等各种信息中均有明显反映,进一步研究表明,其形成时间早、活动时间长、切割至结晶基底,属压-张多次反转的贯通性大断裂[3];近南北向的断裂在遥感图像上表现为近南北向串珠状分布的湖泊和水塘,在布格重力异常图上,断裂两侧的异常形态明显不同,而且在向上延拓8公里重力信息上,依然显示清楚,反映该南北向断裂是一条切割很深的大断裂。经对航磁信息进行化极、垂向微熵及水平微熵处理发现,该南北向的断裂两侧磁异常形态也有很大差异,亦是断裂构造存在重要证据。上述三条大断裂与环形构造的形成密切相关,环形构造是受这三条基底断裂控制形成的。同时,这三条断裂后期的活动又破坏了环状构造,其中NWW向本害敖包——准格尔召控矿断裂对环状构造的破坏表现得尤为明显。从遥感图像上可以清楚看出,该断裂将泊江海子环状构造分为南北两半,北半部分环状纹理密而清晰,南半部分稀少而模糊(彩图A左图),反映出NWW向本害敖包——准格尔召控矿断裂的北盘相对南盘曾发生过向上的错动。

3 环形构造的成因分析

从上述环形构造的地表形态、深部地球物理、地质等特征出发,可以对环形构造的成因进行探讨。从环形构造的重力低值异常和弱正磁异常特征来看,不可能是岩浆侵入的产物,因为磁异常并不高,不超过50Nt,而花岗岩体的磁异常在200Nt以上。从环形构造与深部油气田的空间关系来看(图3),环形构造周围分布有不少油气田和气井,反映泊江海子环形构造与深部油气田有密切的关系。另据有关资料,在云南、贵州、四川碳酸盐岩、碎屑岩地区的油气构造,不但有色环晕圈显示,而且发育环形和放射状断裂,集色、线、环于一体,与隐伏岩体特征极相似[4],但并非花岗岩体侵入形成。

图3 环形构造、断裂构造与油气田的关系图

(1-断裂构造,2-环形构造,3-油气田分布区)

从这里可以看出,泊海子环状构造与石油部门研究的油气构造具有明显的相似性,它很可能是长期深部油气的强大气压造成的穹形隆起在地表的表现,由于油气大量喷出,在深部造成空腔塌陷,重力上相应反映为圆形的重力低现象。

对泊江海子环形构造地表出露的白垩系地层、钻孔岩芯中的直罗组地层及断裂带内岩石光谱测量分析结果表明,泊江海子地区存在明显的碳酸盐异常、粘土化异常和Fe2+异常,特别是断裂带和泊江海子环形构造附近的地层,其光谱曲线呈现明显的2.3μm的CO32-强吸收峰和1.1μm的Fe2+宽缓吸收峰[5](图4)。同时,对泊江海子地区出露地层的酸解烃分析也表明,岩石中普遍含甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戍烷、正戍烷等气体,且含量很高,甲烷、乙烷一般为数十到数千微升,最高可达6041微升/千克。上述事实也说明,泊江海子环形构造是一个含油气构造,是深部天然气上涌的通道。

图4 泊海子环状构造边缘(宋家梁南侧)地层实测光谱曲线图

4 对铀成矿的重要作用

4.1 砂岩铀成矿与油气的关系

研究表明,鄂尔多斯盆地北部东胜铀矿床砂岩型铀矿与油气的关系极为密切,主要证据包括:

(1)经钻孔岩芯观察和矿石的显微研究,发现矿石中含大量沥青脉(彩图D左),并见许多油气包裹体和油珠(彩图D右)。

(2)核工业208地质队对富矿岩石、贫矿岩石和无矿岩石酸解烃类进行的化学分析表明,烃类含量在富矿岩石中比非含矿岩层明显增高(表1)。

表1 东胜地区矿化段酸解烃对比一览表

层位

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

样品数

无矿段

269.70

56.41

39.671

2.962

7.565

2.54

2.551

5

贫矿段

346.597

77.64

33.133

4.038

7.891

3.177

3.291

3

富矿段

1189.5

218.483

117.303

8.91

18.931

6.496

5.879

2

(3)对各种颜色岩石的地球化学特点及空间分布特征研究表明,绿色砂岩主要是由Fe2+引起的,而蓝色砂岩可能是由Mo元素引起的,它们均是油气二次还原作用的结果。

(4)据杜乐天研究,铀矿物不是由四价铀和六价铀组成的沥青铀矿,而是由四价铀组成的铀石(USiO4•nH2O),表明该铀矿床形成于强还原环境条件下,否则四价铀便会氧化成六价铀,不再成为铀矿物的主体;研究还发现与铀矿物共生的矿物有硒铅矿(PbSe),Se2-负二价是典型的强还原产物,从而进一步表明了该铀矿床形成于强还原环境。作者认为这个强还原环境的存在与深部油气等还原性物质沿断裂带上升到含矿层位密切相关。

正因为鄂尔多斯盆地北部东胜铀矿床的形成与油气的关系密切,因此,位于东胜铀矿床西侧不远的泊江海子含油气构造对东胜铀矿床的产出具有重要的意义。

4.2 泊江海子环状构造对东胜铀矿床形成的作用

泊江海子环状构造对东胜铀矿床形成的重要作用,主要表现为:

(1)泊江海子环形构造的存在,是鄂尔多斯盆地北部铀成矿断隆构造这一区域地质背景的重要组成部分,为鄂尔多斯盆地北部深部古生代油气不断向地表浅部运移和喷出的中心,是鄂尔多斯盆地东胜—杭锦旗地区砂岩型铀成矿所需还原性气体的重要来源之一;

(2)与环形构造成因密切相关的NWW向断裂构造的存在及其后期活动,促使泊海子环形构造深部的油气源源不断地沿NWW向控矿断裂向东西两侧运移,向东迁移到东胜地区,对东胜铀矿床的形成提供了还原性物质,造成了铀的沉淀富集,对东胜铀矿床的形成起到了构造-地球化障的作用[6,7]。沿该NWW向控制铀矿的油气断裂,从东胜矿床向西,在与有利成矿砂体的复合地段,同样会成为砂岩型铀矿成矿的重要富集场所,从而为东胜铀矿床的扩大,甚至鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿的找矿指明了方向。

5 结语

遥感信息在地质矿产勘查领域的应用优势是可以发现一些用常规方法难以发现的新现象,新信息。但是,如果仅仅把发现的现象或信息解译出来,而不是与其他地学信息相结合进行深入分析,就无法充分利用遥感信息的优势,为矿产资源勘查决策服务,也无法真正促进遥感技术在矿产勘查理论进步方面的贡献。因此,遥感信息的在地质中的应用不仅要重视图像处理、信息解译,更要重视信息的深入分析和研究,即重视遥感信息的延伸应用。只有这样,才能不断提高遥感信息地质应用的效果,并促进遥感信息的产业化进程。

另外,该环状构造的发现及其对石油、天然气勘查的重要意义也值得石油地质工作者探讨。

参考文献

[1] Liu Dechang, Ye Fawang, et.al. A new concept and practice of remote sensing information application——post remote sensing application technology and application case to geology. Remote Sensing of the Environment: 15th National Symposium on Remote Sensing China, edited by Qingxi Tong, Wei Gao, Huadong Guo, Proc.of SPIE Vol.6200,620002, (2006)

[2] 邓祖佑.鄂尔多斯盆地北部含气性重新评价.,见傅诚德主编的《鄂尔多斯深盆气研究》[M].北京:石油工业出版社.2001

[3] 叶发旺.后遥感应用技术及其在鄂尔多斯盆地北部铀资源勘查中的应用[D].核工业北京地质研究院,博士学位论文,2004.

[4] 楼性满,葛榜军著.遥感找矿预测方法[M].北京:地质出版社,1994

[5] 张玉君,杨建民,陈薇. ETM+(TM)蚀变遥感异常提取方法研究与应用——地质依据和波谱前提[J]. 国土资源遥感,2002,(4):30-36

[6] 刘德长,张杰林,赵英俊.砂岩型铀矿区构造-地球化学障的后遥感应用技术研究[J].世界核地质科学,2005,22(1):50-54

7] 刘德长,叶发旺,张杰林,等. 后遥感应用技术的提出与地质实践-以鄂尔多斯盆地东胜-神木地区铀资源勘查为例[J]. 国土资源遥感,2004,第1期:11-14

 

 彩图A 环形构造ETM影像()与解译图 ()

   

 彩图B 环形山顶上现代河床沉积野外照片

 彩图C 泊江海环形构造与重力信息叠合图

   

彩图D 显微镜下发现的沥青脉(左,据余达淦,2004)和油气包裹体(右)

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