泊江海子油氣環(huán)狀構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)及其鈾成礦的重要意義

劉德長 葉發(fā)旺 張杰林

1 引言

鄂爾多斯盆地是我國大型能源盆地，不僅石油、天然氣資源十分豐富，而且砂巖型鈾礦資源潛力也很大。近幾年的勘查結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地北部東勝地區(qū)存在一個大型的鈾礦床。通過對該礦床所在區(qū)域地質(zhì)背景的遙感信息研究，作者發(fā)現(xiàn)東勝礦床處于一個由斷隆構(gòu)造、NWW向斷裂和泊江海子環(huán)狀構(gòu)造三者有機(jī)組成的一個特殊的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中[1]，泊江海子環(huán)形構(gòu)造是這一區(qū)域地質(zhì)背景的重要組成部分，對東勝鈾礦床的形成具有重要的作用。本文將論述泊江海子環(huán)形構(gòu)造的遙感信息發(fā)現(xiàn)，探討其深、淺部特征、成因以及與東勝鈾礦床形成的關(guān)系等，旨在開闊遙感信息地質(zhì)應(yīng)用的思路，并促進(jìn)砂巖型鈾成礦理論的進(jìn)步與發(fā)展。

2 泊江海子環(huán)形構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)及其深化研究

2.1 環(huán)形構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)

對鄂爾多斯盆地北部ETM圖像進(jìn)行解譯，發(fā)現(xiàn)在泊江海子一帶存在一個略呈橢圓狀的環(huán)形構(gòu)造，北東-南西長約50公里，北西-南東寬約40公里，迄今為止，未見前人報道，現(xiàn)將其命名為泊江海子環(huán)形構(gòu)造（彩圖A）。泊江海子環(huán)形構(gòu)造具有如下影像特征：①環(huán)形影像由同心環(huán)狀水系和一系列放射狀水系組成，是整個東勝地區(qū)的分水嶺中心。北邊由西向東分別是黑賴溝和西柳溝，東邊分別為西烏蘭木倫河和東烏蘭木倫河，南邊為串珠狀水塘組成的水系，西邊是一條由多個湖泊組成的略向南呈弧形突起的水系；②環(huán)形影像內(nèi)部與外圍有較明顯的色調(diào)差異，內(nèi)部的色調(diào)較深，而外圍的色調(diào)較淺；③環(huán)形構(gòu)造放射狀水系的兩側(cè)水系出現(xiàn)不同程度的錯位，這些錯位現(xiàn)象在ETM圖像和雷達(dá)圖像上均有不同程度的反映。

經(jīng)野外調(diào)查，這些環(huán)狀和放射性水系是在裂隙帶和小斷層的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的。在組成環(huán)狀構(gòu)造的環(huán)形山頂上發(fā)現(xiàn)有現(xiàn)代河床沉積及滿山遍野的鵝卵石，反映環(huán)狀構(gòu)造近期還在上升隆起（彩圖 B）。

2.2 泊江海子環(huán)形構(gòu)造的深化研究

2.2.1 環(huán)形構(gòu)造深部結(jié)構(gòu)

從環(huán)狀構(gòu)造與1：20萬布格重力疊合圖（圖1）上可以看出，泊江海子環(huán)形構(gòu)造與重力低值異常相對應(yīng)。據(jù)崔煥敏研究，在向上延拓1km，2km及4km時，泊江海子一帶的重力相對低值異常均有表現(xiàn)，直至向上延拓8km時，環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部的重力低值異常消失，這表明環(huán)形構(gòu)造深部可能是一個局部的基底坳陷。從航磁△Ta等值線與環(huán)形構(gòu)造疊合圖來看（圖2），環(huán)形構(gòu)造中心一帶主要位于正負(fù)磁場異常的過渡帶區(qū)域，正磁異常幅度為+50Nt，僅顯示弱磁性的特點(diǎn)。

圖1 泊江海環(huán)形構(gòu)造與重力信息疊合圖

從位于環(huán)形構(gòu)造不同位置的伊13井，鄂1井，伊21井揭露的深部地質(zhì)特征來看，鄂1井在3440m深處的O1m地層中有油氣顯示[2]，表明位于環(huán)形構(gòu)造近中心區(qū)域的奧陶系的埋深至少在此深度；而伊13井，伊21井的奧陶系埋深卻分別只有2945m和2512m，均明顯淺于前者。這也反映泊江海子環(huán)形構(gòu)造鄂1井地段的3000多米深處，確實(shí)存在一個局部的小坳陷。

圖2 泊江海環(huán)形構(gòu)造與航磁信息疊合圖

將遙感數(shù)據(jù)和重力數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以看出，該環(huán)形構(gòu)造在地表為穹形隆起，而其深部卻表現(xiàn)為凹陷，三維形態(tài)呈錐狀體（彩圖C）。結(jié)合應(yīng)力機(jī)制分析，地表的穹狀隆起是由于上頂力形成的，深部的凹陷是由于深部物質(zhì)噴出形成空腔塌陷而成。

2.2.2 環(huán)形構(gòu)造與斷裂的關(guān)系

從彩圖A右圖可以看出，泊江海子環(huán)形構(gòu)造處于NWW，NEE和SN向三組基底斷裂的交匯部位，其中，NWW向的本害敖包-準(zhǔn)格爾召斷裂和北東東向的君土梁-泊江海子斷裂在重力、磁力、地震以及遙感等各種信息中均有明顯反映，進(jìn)一步研究表明，其形成時間早、活動時間長、切割至結(jié)晶基底，屬壓-張多次反轉(zhuǎn)的貫通性大斷裂[3]；近南北向的斷裂在遙感圖像上表現(xiàn)為近南北向串珠狀分布的湖泊和水塘，在布格重力異常圖上，斷裂兩側(cè)的異常形態(tài)明顯不同，而且在向上延拓8公里重力信息上，依然顯示清楚，反映該南北向斷裂是一條切割很深的大斷裂。經(jīng)對航磁信息進(jìn)行化極、垂向微熵及水平微熵處理發(fā)現(xiàn)，該南北向的斷裂兩側(cè)磁異常形態(tài)也有很大差異，亦是斷裂構(gòu)造存在重要證據(jù)。上述三條大斷裂與環(huán)形構(gòu)造的形成密切相關(guān)，環(huán)形構(gòu)造是受這三條基底斷裂控制形成的。同時，這三條斷裂后期的活動又破壞了環(huán)狀構(gòu)造，其中NWW向本害敖包——準(zhǔn)格爾召控礦斷裂對環(huán)狀構(gòu)造的破壞表現(xiàn)得尤為明顯。從遙感圖像上可以清楚看出，該斷裂將泊江海子環(huán)狀構(gòu)造分為南北兩半，北半部分環(huán)狀紋理密而清晰，南半部分稀少而模糊（彩圖A左圖），反映出NWW向本害敖包——準(zhǔn)格爾召控礦斷裂的北盤相對南盤曾發(fā)生過向上的錯動。

3 環(huán)形構(gòu)造的成因分析

從上述環(huán)形構(gòu)造的地表形態(tài)、深部地球物理、地質(zhì)等特征出發(fā)，可以對環(huán)形構(gòu)造的成因進(jìn)行探討。從環(huán)形構(gòu)造的重力低值異常和弱正磁異常特征來看，不可能是巖漿侵入的產(chǎn)物，因?yàn)榇女惓２⒉桓撸�不超過50Nt，而花崗巖體的磁異常在200Nt以上。從環(huán)形構(gòu)造與深部油氣田的空間關(guān)系來看(圖3)，環(huán)形構(gòu)造周圍分布有不少油氣田和氣井，反映泊江海子環(huán)形構(gòu)造與深部油氣田有密切的關(guān)系。另據(jù)有關(guān)資料，在云南、貴州、四川碳酸鹽巖、碎屑巖地區(qū)的油氣構(gòu)造，不但有色環(huán)暈圈顯示，而且發(fā)育環(huán)形和放射狀斷裂，集色、線、環(huán)于一體，與隱伏巖體特征極相似[4]，但并非花崗巖體侵入形成。

圖3 環(huán)形構(gòu)造、斷裂構(gòu)造與油氣田的關(guān)系圖

（1-斷裂構(gòu)造，2-環(huán)形構(gòu)造，3-油氣田分布區(qū)）

從這里可以看出，泊海子環(huán)狀構(gòu)造與石油部門研究的油氣構(gòu)造具有明顯的相似性，它很可能是長期深部油氣的強(qiáng)大氣壓造成的穹形隆起在地表的表現(xiàn)，由于油氣大量噴出，在深部造成空腔塌陷，重力上相應(yīng)反映為圓形的重力低現(xiàn)象。

對泊江海子環(huán)形構(gòu)造地表出露的白堊系地層、鉆孔巖芯中的直羅組地層及斷裂帶內(nèi)巖石光譜測量分析結(jié)果表明，泊江海子地區(qū)存在明顯的碳酸鹽異常、粘土化異常和Fe2＋異常，特別是斷裂帶和泊江海子環(huán)形構(gòu)造附近的地層，其光譜曲線呈現(xiàn)明顯的2.3μm的CO32－強(qiáng)吸收峰和1.1μm的Fe2＋寬緩吸收峰[5]（圖4）。同時，對泊江海子地區(qū)出露地層的酸解烴分析也表明，巖石中普遍含甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戍烷、正戍烷等氣體，且含量很高，甲烷、乙烷一般為數(shù)十到數(shù)千微升，最高可達(dá)6041微升/千克。上述事實(shí)也說明，泊江海子環(huán)形構(gòu)造是一個含油氣構(gòu)造，是深部天然氣上涌的通道。

圖4 泊海子環(huán)狀構(gòu)造邊緣（宋家梁南側(cè)）地層實(shí)測光譜曲線圖

4 對鈾成礦的重要作用

4.1 砂巖鈾成礦與油氣的關(guān)系

研究表明，鄂爾多斯盆地北部東勝鈾礦床砂巖型鈾礦與油氣的關(guān)系極為密切，主要證據(jù)包括：

（1）經(jīng)鉆孔巖芯觀察和礦石的顯微研究，發(fā)現(xiàn)礦石中含大量瀝青脈（彩圖D左），并見許多油氣包裹體和油珠（彩圖D右）。

（2）核工業(yè)208地質(zhì)隊對富礦巖石、貧礦巖石和無礦巖石酸解烴類進(jìn)行的化學(xué)分析表明，烴類含量在富礦巖石中比非含礦巖層明顯增高（表1）。

表1 東勝地區(qū)礦化段酸解烴對比一覽表

（3）對各種顏色巖石的地球化學(xué)特點(diǎn)及空間分布特征研究表明，綠色砂巖主要是由Fe2+引起的，而藍(lán)色砂巖可能是由Mo元素引起的，它們均是油氣二次還原作用的結(jié)果。

（4）據(jù)杜樂天研究，鈾礦物不是由四價鈾和六價鈾組成的瀝青鈾礦，而是由四價鈾組成的鈾石（USiO4•nH2O），表明該鈾礦床形成于強(qiáng)還原環(huán)境條件下，否則四價鈾便會氧化成六價鈾，不再成為鈾礦物的主體；研究還發(fā)現(xiàn)與鈾礦物共生的礦物有硒鉛礦（PbSe），Se2－負(fù)二價是典型的強(qiáng)還原產(chǎn)物，從而進(jìn)一步表明了該鈾礦床形成于強(qiáng)還原環(huán)境。作者認(rèn)為這個強(qiáng)還原環(huán)境的存在與深部油氣等還原性物質(zhì)沿斷裂帶上升到含礦層位密切相關(guān)。

正因?yàn)槎鯛柖嗨古璧乇辈繓|勝鈾礦床的形成與油氣的關(guān)系密切，因此，位于東勝鈾礦床西側(cè)不遠(yuǎn)的泊江海子含油氣構(gòu)造對東勝鈾礦床的產(chǎn)出具有重要的意義。

4.2 泊江海子環(huán)狀構(gòu)造對東勝鈾礦床形成的作用

泊江海子環(huán)狀構(gòu)造對東勝鈾礦床形成的重要作用，主要表現(xiàn)為：

（1）泊江海子環(huán)形構(gòu)造的存在，是鄂爾多斯盆地北部鈾成礦斷隆構(gòu)造這一區(qū)域地質(zhì)背景的重要組成部分，為鄂爾多斯盆地北部深部古生代油氣不斷向地表淺部運(yùn)移和噴出的中心，是鄂爾多斯盆地東勝—杭錦旗地區(qū)砂巖型鈾成礦所需還原性氣體的重要來源之一；

（2）與環(huán)形構(gòu)造成因密切相關(guān)的NWW向斷裂構(gòu)造的存在及其后期活動，促使泊海子環(huán)形構(gòu)造深部的油氣源源不斷地沿NWW向控礦斷裂向東西兩側(cè)運(yùn)移，向東遷移到東勝地區(qū)，對東勝鈾礦床的形成提供了還原性物質(zhì)，造成了鈾的沉淀富集，對東勝鈾礦床的形成起到了構(gòu)造-地球化障的作用[6,7]。沿該NWW向控制鈾礦的油氣斷裂，從東勝礦床向西，在與有利成礦砂體的復(fù)合地段，同樣會成為砂巖型鈾礦成礦的重要富集場所，從而為東勝鈾礦床的擴(kuò)大，甚至鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦的找礦指明了方向。

5 結(jié)語

遙感信息在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢是可以發(fā)現(xiàn)一些用常規(guī)方法難以發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，新信息。但是，如果僅僅把發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象或信息解譯出來，而不是與其他地學(xué)信息相結(jié)合進(jìn)行深入分析，就無法充分利用遙感信息的優(yōu)勢，為礦產(chǎn)資源勘查決策服務(wù)，也無法真正促進(jìn)遙感技術(shù)在礦產(chǎn)勘查理論進(jìn)步方面的貢獻(xiàn)。因此，遙感信息的在地質(zhì)中的應(yīng)用不僅要重視圖像處理、信息解譯，更要重視信息的深入分析和研究，即重視遙感信息的延伸應(yīng)用。只有這樣，才能不斷提高遙感信息地質(zhì)應(yīng)用的效果，并促進(jìn)遙感信息的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

另外，該環(huán)狀構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)及其對石油、天然氣勘查的重要意義也值得石油地質(zhì)工作者探討。

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7] 劉德長,葉發(fā)旺,張杰林,等. 后遙感應(yīng)用技術(shù)的提出與地質(zhì)實(shí)踐-以鄂爾多斯盆地東勝-神木地區(qū)鈾資源勘查為例[J]. 國土資源遙感，2004，第1期:11-14

彩圖A 環(huán)形構(gòu)造ETM影像(左)與解譯圖 (右)
彩圖B 環(huán)形山頂上現(xiàn)代河床沉積野外照片	彩圖C 泊江海環(huán)形構(gòu)造與重力信息疊合圖
彩圖D 顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的瀝青脈（左，據(jù)余達(dá)淦，2004）和油氣包裹體（右）