鄂尔多斯盆地西北缘浩然柴达木地区下白垩统结构特征

李茂，吴旭亮

（1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），河北 石家庄 050002）

鄂尔多斯盆地为一盛产煤、石油、天然气和铀的中新生代盆地，近年来通过核地质系统的铀矿资源勘查与评价，在盆地北东部发现了多个大中型砂岩型铀矿床，显示了巨大的找矿前景。浩然柴达木地区位于盆地北缘伊盟隆起的中西部，区内下白垩统广泛发育，尤其是华池-环河组出露范围广，整体呈北北西向及南北向展布，其沉积特点为东粗西细，北粗南细，局部最大沉积厚度超过1000 m，因赋存砂岩型铀矿化及具备形成区域层间氧化带的岩性-岩相条件［1-2］，为杭锦旗西部主要的找矿目的层之一。区内虽然开展过一定的钻探查证与铀资源调查评价工作，并在下白垩统华池-环河组中发现了铀矿化信息，但钻孔揭露深度浅，深部找矿工作尚未系统开展，铀矿勘查程度整体相对较低，根据盆地北部铀矿资源勘查与评价工作需要，利用研究区2019 年完成的可控源音频大地电磁（CSAMT）资料，对盆地北西缘下白垩统的结构特征进行了研究，以期为区内钻探工程的布置及铀矿条件分析提供地质-地球物理依据。

1 研究区地质及岩石电阻率特征

1.1 地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地北西缘，大地构造位置处于鄂尔多斯台向斜的中西部［3-5］，出露的地层主要为下白垩统华池-环河组、罗汉洞组及第四系（图1）。根据钻孔资料分析，区内发育盖层有中新生界三叠系（T）、侏罗系（J）、下白垩统（K1）及第四系（Q）。各地层在纵向与横向上发育差异较大，其中侏罗系与下白垩统是区内沉积主体，下面主要对这两套地层进行简述。

侏罗系主要发育有上侏罗统安定组（J2a）与中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）。

中侏罗统延安组（J2y）：岩性主要为灰色泥质粉砂岩、砂岩及煤层；中侏罗统直罗组（J2z）：上段岩性主要为紫红色泥岩与灰绿细沙互层；下段岩性主要为灰绿、灰色砂岩、砂砾岩及泥岩；上侏罗统安定组（J3a）：岩性主要为紫红色泥岩与细砂岩互层。

下白垩统自下至上划分为洛河组（K1l）、华池-环河组（K1hc＋h）、罗汉洞组（K1lh）。

洛河组（K1l）：岩性主要为浅红色砂岩、砂砾岩；华池-环河组 （K1hc＋h）：岩性主要为灰绿、棕红色及姜黄色钙质砂岩，为杭锦旗西部重要的找矿目的层。罗汉洞组 （K1lh）：上部岩性主要为土红、紫红色砂岩和灰色中粗粒砂岩，下部为泥质粉砂岩互层。

区内地层产状平缓，褶皱与断裂构造不发育［6-10］。

1.2 岩石电阻率特征

图1 研究区地质及测线布置简图（据参考文献［11］）Fig.1 Geological sketch and layout of survey line in the study area

表1 地层钻孔测井电阻率/（Ω·m）统计表［12］Table 1 Statistics of resistivity of different rocks/（Ω·m）

表1 为收集研究区内的4 个煤田钻孔岩心电阻率测井资料统计结果。由表可见，下白垩统罗汉洞组中粗粒砂岩及泥质粉砂岩互层，平均电阻率值33.0 Ω·m，表现为相对中高阻特征；华池-环河组与洛河组以钙质砂岩、砂砾岩为主，平均电阻率值分别为45.0 Ω·m与38.0 Ω·m，表现为相对高阻特征。

上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组主要为泥岩、粉砂岩、中粗粒砂岩，平均电阻率值分别为13.0 Ω·m 与17.0 Ω·m，表现为相对低阻特征；中侏罗统延安组为煤系地层，平均电阻率为29.0 Ω·m，由于煤层电阻率较高，整体表现为相对中阻特征。

上述地层电性异常是区内电性结构的划分依据，其特征为资料的解释奠定了基础。

2 研究区电性特征

2.1 测线布置及数据反演处理

研究区完成CSAMT 剖面5 条，编号Y19K01～Y19K05，具体位置见图1。数据反演处理采用Zonge 公司商业化软件SCS2D 完成。

数据反演处理是后续资料解释的关键，为使反演结果及资料的解释效果达到较好的预期，根据收集的已知钻孔资料对主要反演参数，即初始背景电阻率模型、第一层厚度、圆滑系数进行了反复的对比分析［12］，在此基础上厘定了研究区数据反演处理的约束条件，即初始电阻率模型为二维移动平均数据初始化背景电阻率模型，第一层厚度为75 m，圆滑系数为0.5，减少了多解性，确保了资料解释结果的可靠性。

2.2 已知钻孔旁地电特征对比分析

根据收集的ZK1-3 钻孔资料，对区内地电特征进行了对比分析。ZK1-3 孔为收集的煤田钻孔，位于Y19K02 线平距3.0 km 处，揭露深度1 513 m，图中裁截至1 350 m。第四系 （Q）：0～9.0 m；下白垩统罗汉洞组（K1lh）：9.0～213.0 m；下白垩统华池-环河组（K1hc＋h）与洛河组（K1l）：213.0～1 012.0 m；上侏罗统安定组（J3a）与中侏罗统直罗组（J2z）：1 012～1 257 m；中侏罗统延安组（J2y）：1 257～1 350 m。

图2 为ZK1-3 钻孔旁地电特征对比图，由图可见，反演电阻率断面纵向主要反映为中高-高-低-中四层电性结构。

上部反映连续、稳定、厚度200 m 左右，反演电阻率28～80 Ω·m 相对中高阻电性层，呈 “上高、下低” 特征，基本与第四系风成沙及下白垩统罗汉洞组砂岩、砂质泥岩夹层相对应。

中部横向连续稳定，反演电阻率28.0～100.0 Ω·m 的相对高阻电性层，其底部横向等值线呈密集带分布，主要与钻孔揭露的下白垩统华池-环河组与洛河组粗粒沉积层相对应；

图2 钻孔ZK1-3 旁地电特征对比图Fig.2 Comparison diagram of geoelectric characteristics near boreholes ZK1-3

深部横向分布连续稳定，反演电阻率小于28.0 Ω·m 的相对低阻电性层，主要反映为泥、砂互层，基本上与上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组细粒沉积层相对应。

底部横向断续分布，反演电阻率大于28.0 Ω·m 的相对中阻电性层，主要反映为煤系地层，基本上与中侏罗统延安组相对应。

由以上分析可见，区内盖层存在三个明显的电性界面，一是下白垩统罗汉洞组与下伏华池-环河组的整合接触界线；二是洛河组与下伏上侏罗统安定组的角度不整合接触界线；三是中侏罗统直罗组与延安组的整合接触界线，其电性特征为资料的解释提供了依据，同时也为本次研究提供了基础。

2.3 典型断面地电特征分析

在研究区完成CSAMT 剖面Y19K01～Y19K05 线共5 条，各剖面纵向电性具有大致相似的规律性分布特征。上部主要反映为连续、厚层状的醒目相对中高及高阻电性层，深部主要反映为连续的相对低阻电性层，底部主要反映为断续的相对中阻电性层，客观地反映了地下电性层的分布规律。根据钻孔旁地电特征对比分析，下面主要以Y19K02 线平距8～13 km 反演电阻率断面为例（图3），对区内反演电阻率断面地电特征进行概述。

由图3 可见，断面纵向主要反映为中高、高、低、中的四层电性结构。上部反映连续、稳定、厚度200 m 左右，反演电阻率大于28.0 Ω·m 的相对中高阻电性层，呈“上高”与“下低” 的电性特征，底部横向等值线呈近水平状密集带分布，主要由近地表第四系的风成沙及下白垩统罗汉洞组砂岩与泥质粉砂岩夹层引起；

中部反映连续、稳定、厚度700～800 m，反演电阻率大于28 Ω·m 相对高阻电性层，底部横向反演电阻率等值线呈密集带分布，主要与下白垩统华池环河组与洛河组厚层状中粗粒砂岩及底部含砾砂岩等电阻率相对较高的沉积层引起；

深部反映连续、反演电阻率小于28.0 Ω·m的相对低阻电性层，主要由侏罗系安定组与直罗组泥、砂互层等视电阻率相对偏低的细粒沉积层引起；

底部断续分布，反演电阻率大于28.0 Ω·m的相对中阻电性层，主要由延安组含煤岩系视电阻率相对偏高所引起。

分析可见，断面纵向下白垩统 “中高阻、高阻”、侏罗系安定组和直罗组 “低阻” 与延安组 “中阻” 的电性特征是产生上述电性层的主要地质原因。

图3 Y19K02 线平距反演电阻率断面及地质解释断面图Fig.3 Inversed resistivity section and geological interpretation parallel to Lin Y19K02

3 下白垩统结构特征

下白垩统华池-环河组为杭锦旗西部主要的找矿目的层之一，前人通过少量的钻孔勘查在该套地层中发现了工业铀矿化信息，显示了较好的找矿前景。因此，在本区的铀矿勘查与评价中，大致查明下白垩统的地层结构，对指导区内钻探工程的布置将发挥积极的作用。

3.1 罗汉洞组与洛河组底板埋深分布特征

根据5 条CSAMT 剖面的解释成果，将下白垩统罗汉洞组与洛河组组底板埋深数据在各剖面地质推断解释断面图上按测点间隔进行采样，得到各组的底板埋深数据文件，然后采用Surfer 13 软件处理成三维曲面图 （图4）。

由图4a 可见，研究区罗汉洞组底板（华池环河组顶板）埋深150～350 m 之间，一般在200 m 左右，局部达350 m，地层沉积稳定，厚度变化不大。

由图4b 可见，研究区洛河组底板埋深呈北西走向，整体反映为北东部浅、南西部深、中部更深的分布形态特征，底板埋深500～950 m 之间，大部分地段在750 m 以深，最深处位于Y19K02 线平距13.3～16.5 km，埋深达1 000 m 以上，最浅主要位于Y19K01 线平距23.6～24.2 km、Y19K02 线平距26.6～28.2 km、Y19K03 线平距20.0～25.0 km，埋深约500 m 左右。

分析可见，区内下白垩统的沉积中心主要分布于区内的中南部，走向北西，显示物源主要来源于盆地北部与东部。

3.2 华池-环河组与洛河组厚度分布特征

将下白垩统罗汉洞组与洛河组底板埋深数据相减，得出华池-环河组与洛河组的厚度，然后在各剖面地质推断解释断面图上按测点间隔进行采样，得到厚度数据文件，最终采用Surfer13 软件处理成三维曲面图（图5）。

图5 为区内下白垩统华池-环河组与洛河组厚度三维曲面图。由图可见，两套地层厚度一般在400～600 m 之间，最薄分布范围主要位于研究区的北东侧，厚度约400 m 左右；中部—南西部厚度500～700 m 之间，最厚分布范围主要位于Y19K01 线平距13.3～16.5 km 与Y19K02 线平距13.3～16.5 km，厚达750 m 以上，大致反映了区内两套地层的沉积中心分布位置。

图4 研究区罗汉洞组与洛河组底板埋深三维曲面图Fig.4 3D Surface of the floor depth of Luohandong Formation and Luohe Formation in study area

图5 研究区下白垩统华池环河组与洛河组厚度三维曲面图Fig.5 3D Surface of the thickness of HuachiHuanhe Formation and Luohe Formation in study area

上述分析表明，区内下白垩统华池-环河组与洛河组广泛发育河流相沉积体系，沉积粒度较粗，分布范围较广，厚度400～700 m，其沉积中心主要位于研究区的中部，整体表现为北东部薄、南西部厚、中部更厚的发育分布特征。

4 结论

1）研究区下白垩统由浅至深主要发育两层地电结构，上部罗汉洞组纵向反映为明显的 “上高下低” 相对中高阻电性层，底板埋深一般在200 m 左右，局部达350 m；下部华池-环河组与洛河组整体反映为相对高阻电性层，底板埋深500～950 m，局部达1 000 m以上，其厚度400～700 m，局部达750 m，走向北西，总体表现为北东部薄、南西部厚、中部更厚的发育分布特征。

2）研究结果表明，下白垩统华池-环河组整体表现为明显的高阻电性层，横向连续、稳定，厚度大，反映该套地层广泛发育河流相沉积体系，岩性以中粗粒厚层状砂岩为主，地层产状平缓，岩性与岩相相对稳定。

3）研究区后续施工的ZKW2019-1 钻孔，验证了CSAMT 解释结果的可靠性及方法的有效性，指导了钻探工程的布置，为鄂北地区物探方法的选择提供了借鉴。