铀是一种战略性的清洁、低碳核能源，是实现全世界能源可持续发展目标7——经济适用的清洁能源(SDG7)的重要保障(金若时等，2020)。砂岩型铀矿作为所有铀矿中规模占比最高的类型，其资源量占到全球的25%和中国的62%，同时其具有开采成本低、环境污染小等优点，在中国北方含油气盆地中广泛发育，展示出极大的勘探前景(Akhtar et al.，2017；苗培森等，2017；Bohari et al.，2018；聂逢君等，2018；Miao et al.，2020；蒋喆等，2020)。前人对砂岩型铀矿的构造背景、矿物蚀变、地化指标、流体来源、成矿期次等进行了系统研究，有效指导了各种复杂条件下砂岩型铀矿的地质找矿勘查及成矿规律分析(付勇等，2016；吴曲波等，2017；Jin et al.，2019；魏佳林等，2019；Nie et al.，2020；Gao，2021；Wang et al.，2021；曹民强等，2021；聂逢君等，2021；董方升等，2022；蒲小晨等，2022；赵龙等，2022)。然而，对于含油气盆地，油气作为还原性流体，在铀矿化过程中扮演了重要角色(刘武生等，2017；胡霞等，2019；蔡宁宁等，2021)，油气影响下的砂岩型铀矿富集规律有待深入研究。

松辽盆地是中国重要的大型含油气盆地之一，具有良好的砂岩型铀矿成矿条件(封志兵等，2013；赵岳等，2020；邢作昌等，2021)。盆地周边出露的中生代花岗岩和火山岩为盆地内的铀矿富集成矿提供了物质基础(钟延秋等，2011)；晚白垩世以来的构造反转作用，使盆地中部的大庆长垣隆起形成“剥蚀天窗”，有利于含铀氧化水向下渗流(钟延秋等，2012；Cheng et al.，2020)；盆地内发育上部黑帝庙、中部萨葡高和下部扶杨3套含油气组合，同时青山口组、嫩江组稳定的厚层泥岩可作为区域隔水层，砂岩层可作为含铀氧化水的渗流通道，并为铀矿提供容矿空间(钟延秋等，2011)；大庆长垣构造多套主力含油层系赋存的大量油气可作为铀成矿的还原剂(刘武生等，2017；汤超等，2017；胡霞等，2019)。上述因素耦合形成了大庆长垣四方台组工业级砂岩型铀矿床(汤超等，2018)。因此，本次选取松辽盆地大庆长垣南端为靶区，基于三维地震资料精细解译成果，以油气运聚理论与铀成矿理论为指导，分析砂岩型铀矿的分布特征，明确大庆长垣隆起背景下砂岩型铀矿富集的主控因素，建立油气运聚控矿模式，为含油气盆地砂岩型铀矿勘探提供了新的思路。

1.   地质概况

1.1   构造背景

研究区在构造上位于松辽盆地中央坳陷区大庆长垣南端，面积约240 km²(图 1)。受明水组沉积末期构造反转控制，研究区东北部强烈抬升，四方台组遭受剥蚀，整体表现为向西南倾斜的单斜构造，地层埋深浅，最深处不足800 m。地层倾角向西南逐渐变缓，在1.0°~2.8°之间。该地区良好的构造背景是铀矿富集的先决条件，含铀地表水从东北部的“剥蚀天窗”直接深入储层，使盆地中心也有铀源汇入。

图  1  研究区位置(a)及典型钻孔A1-3地层综合图(b)

Figure  1.  Location of the study area(a) and stratigraphic comprehensive map of typical borehole A1-3(b)

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1.2   沉积特征

中国地质调查局天津地质调查中心在研究区部署钻孔共44口，通过测井及岩心资料揭示了四方台组的地层沉积特征。该地层为曲流河相沉积，河床频繁改道，平面分布较广，垂向上表现为多期河道叠加(万涛等，2018；肖鹏等，2018)。四方台组地层垂向自下而上划分为3段(刘阳等，2020)：一段主要为河床亚相，岩性以灰色、灰绿色细砂—粗砂为主，砂岩厚度较大，一般可达十余米，最厚处可接近30 m；二段主要为堤岸亚相和河漫亚相，即泛滥盆地沉积，河道较不发育，岩性以棕色、灰褐色粉砂质泥岩—泥岩为主，常夹有薄层砂岩；三段表现为河床亚相与泛滥盆地沉积多期次叠置发育的特点，岩性也表现为砂泥岩互层(图 1)。

整体看，四方台组一段储层砂体厚度大、平面分布广、粒度较粗、分选性较好且物性较高。其下部为嫩五段湖相泥岩隔水层，上部为四方台组二段泛滥盆地沉积，以泥质为主。上述地质因素耦合有利于含铀水在四方台组一段内渗流与成矿，为铀矿富集提供了良好的沉积背景。

2.   三维地震资料精细解译

2.1   构造解译

相对于钻孔资料，三维地震资料可以反映地质体的空间展布特征，具有良好的横向识别精度。本次研究在浅层钻孔精细标定的基础上，对四方台组各层段界面及断层进行了三维追踪解译，明确了研究区地层展布及断层发育特征(图 2)。

图  2  四方台组三维构造解译(a)及底面构造图(b)

K₂n¹⁺²—嫩江组一二段；K₂n³⁺⁴—嫩江组三四段；K₂n⁵—嫩江组五段；K₂s—四方台组

Figure  2.  3D structural interpretation(a) and bottom structural map(b) of the Sifangtai Formation

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解译结果表明，在构造反转的背景下，四方台组断层规模较小，一般在1~3 km之间，断距约为10 m。断层走向主要为近东西向、北北西向及北东向。从断层倾角及上下盘的相对关系看，近东西向和北北西向断层倾角较小，一般为40°~50°，为正断层性质；北东向断层倾角较大，超过70°，且延伸长度较长，推测具有张扭性质。考虑到断层可以作为深部流体垂向运移的输导通道，按照断层底部断至层位，将四方台组断层划分为3种类型：断至嫩一二段及以下层位断层、断至嫩三四段断层及断至嫩五段断层(图 2)。嫩一二段为盆地内烃源岩层，嫩三四段为重要的油气储层，因此前2类断层对于沟通深部油气具有重要的作用。

2.2   河道砂体刻画

地震资料记录了地质体界面上下波阻抗的差异信息。一般而言，当地质体厚度达到地震资料识别精度时，界面上下岩性差异越大，波阻抗差越大，地震波的振幅越强。因此，常利用地震资料的振幅属性对岩性进行识别与预测。

从各钻孔测井曲线对地震反射的标定结果看，河道砂体在地震剖面上具有明显的响应特征：河道砂体具有强振幅反射，非河道砂体为弱振幅反射；沿河道方向连续性好，垂直于河道方向连续性差，表现为振幅及频率突变，据此识别出四方台组一段发育2期河道(图 3-a)。分别提取四方台组一段上部和下部地层的均方根振幅属性，可以实现对2期河道平面展布的初步刻画(图 3-b)。同时，为避免邻层强振幅的影响，还须进一步结合剖面对目的层强振幅进行追踪解译，最终实现河道砂体的精细刻画(图 3-c)。

图  3  四方台组一段河道砂体识别与分布图

a—河道地震反射特征；b—四方台组一段下部均方根振幅属性；c—四方台组一段第一期河道分布。K₂s¹—四方台组一段；K₂s²—四方台组二段

Figure  3.  Identification and distribution map of channel sand bodies in the first section of the Sifangtai Formation

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3.   矿体分布与控矿因素分析

研究区共44口钻孔，均不同程度地揭示了铀异常的存在。总体而言，大庆长垣隆起区砂岩型铀矿具有单体规模小、局部富集强的特点。本文在对矿体分布及三维地震资料解译成果分析的基础上，对矿体局部富集的主控因素进行了分析。

3.1   河道砂体为铀矿提供赋存空间

含铀层段在自然伽马曲线上表现为异常高值，一般大于300 API，最大可达数千API，是识别铀的直接标识(于洋等，2020)。含铀层段多数赋存在四方台组薄层粉砂岩或粉砂质泥岩中，而具有工业意义的铀矿(化)体主要分布在四方台组一段的厚层河道砂体中，粒度为细砂—粗砂(图 1)。

利用地震资料，将四方台组一段划分出2期河道。以A1-3井为例，看似矿体位于一整套厚层砂体的中部，但实际上该厚层砂体由2期河道叠置形成，在矿体顶部存在细粒岩性夹层及颜色突变，在地震剖面上表现为2套叠置的强反射同相轴。据此进一步确定，铀矿(化)体主要分布在四方台组一段的第一期河道砂体中(图 4)。

图  4  四方台组井-震剖面(剖面位置见图 3-c)

a—连井对比图；b—连井地震剖面图；K₂n⁵—嫩江组五段；K₂s¹—四方台组一段；K₂s²—四方台组二段；K₂s³—四方台组三段；K₂m—明水组

Figure  4.  Well-seismic profile of Sifangtai Formation(the position of the profile is shown in Fig. 3-c)

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河道砂体具有单层厚度大、物性好的特点，可以为铀矿赋存提供充足的空间，有利于铀矿富集。

3.2   油气输导断层提供还原剂

从矿体分布与断层的关系看，四方台组一段有11口钻孔钻遇铀矿，其中10口邻近断层，且所邻断层向下最深断至嫩三四段，为油气输导断层(图 2)。由此不难得出，输导断层作为油气的输导通道，为铀成矿提供了必要的还原剂，是控制铀矿局部富集的主要因素之一。

3.3   油气圈闭控制铀矿局部富集

研究区A1-1、A1-3和B0-01三口钻孔同时钻遇了2期河道，但矿体仅分布于第一期河道的顶部，那么第二期河道为何没有铀矿？另外，位于该3个钻孔两侧的B0-03井和A1-2同样钻遇第一期河道砂体，也同样位于相同输导断层的上盘，为何也没有矿体分布？显然，仍有其他因素控制铀矿的富集。

通过对上述5个邻近的孔位进行精细地质条件分析，发现矿体的分布还有以下特征：①第一期河道与东西向输导断层共同构成一个断层-岩性圈闭(图 5-g)，未含矿的A1-2钻孔位于圈闭边部(亦是河道边部)；②含矿的河道砂体随地层向东抬升，而中间3个钻孔的铀矿体厚度也向东变厚，自西向东厚度依次为4.2 m、5.0 m、6.7 m，与构造抬升的方向一致(图 5-a)，未含矿的B0-03钻孔位于构造低部位。

图  5  成矿点位与非成矿点位对比分析图(地层代号注释同图 4)

a—东西向连井砂体反演剖面；b~f—南北向单井砂体反演剖面；g—断层-岩性圈闭与井位分布(黄色区为第一期河道，见图 3-c)

Figure  5.  Comparison and analysis of ore-forming and non-ore-forming points

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根据油气运聚理论，圈闭是油气聚集的场所，在圈闭内的油气受浮力作用集中分布在构造高部位。结合铀成矿理论，圈闭内聚集的油气可以为铀成矿提供还原剂，因此圈闭亦可成为铀矿富集的场所，圈闭内的构造高部位为最有利的成矿部位。油气在以后漫长的地质岁月中可能逐渐散失，但已经沉淀的铀矿只要在稳定的氧化还原条件下就可以保存至今。于是便形成了如今圈闭中只见铀矿不见油气的现象。

综上所述，圈闭既是油气成藏的主控因素，也可作为砂岩型铀矿成矿的主控因素。在砂岩型铀矿勘探中，可以通过寻找发生过油气充注的圈闭间接寻找铀矿，这将为砂岩型铀矿勘探提供新的思路。

4.   砂岩型铀矿成矿模式

4.1   输导断层与油气圈闭联合控矿模式

砂岩型铀矿的形成需要含铀水与还原剂的共同配合。在研究区，油气即为还原剂，无论是在运移路径上或在油气聚集区，均可与含铀水发生反应形成铀矿。因此，本文结合油气运聚理论与铀成矿理论，建立了输导断层与油气圈闭联合控矿模式。

输导断层作为油气的运移通道，在构造活动时期开启，深部油气沿断层不断向上运移，若与含铀的地下水相遇，即可沉淀成矿。因此，铀矿体受控于输导断层，分布于断层附近的砂体中。同时，若输导断层与圈闭相互配合，油气沿输导断层在圈闭中聚集停留，将有更充分的时间与储层中含铀水发生反应，使铀矿逐渐富集。即使缺少区域性盖层遮挡，后期油气可能逐渐散失，但只要氧化还原条件不变，已沉淀的铀矿便可保存下来。

在该模式下，具有含铀地下水的河道砂体储层作为铀成矿层位，输导断层为铀矿提供了还原剂的运移通道，圈闭是铀矿富集的场所(图 6)。

图  6  输导断层与圈闭联合控矿模式图

Figure  6.  Joint ore-controlling model diagram of conducting fault and trap

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4.2   长垣南端砂岩型铀矿综合成矿过程

结合研究区地质条件及成矿主控因素，本文明确了长垣南端工业级铀矿体的成矿过程：嫩一二段烃源岩生成的油气经过初次运移，进入嫩三四段储层中，再通过输导断层发生二次运移，进入四方台组底部的断层-岩性圈闭中形成油气藏；另一方面，携带六价铀离子的地下水通过研究区东部的“剥蚀天窗”，在嫩五段泥岩的隔挡下，沿四方台组底部的河道砂体流动。流经输导断层及油气藏时，六价铀离子被油气还原并在砂岩孔隙中沉淀富集；后期由于该圈闭的封盖能力较差，油气逐渐散失，而氧化还原环境未发生改变，已沉淀的铀矿得以保存至今(图 7)。

图  7  大庆长垣南端砂岩型铀矿综合成矿模式图

K₂n¹⁺²—嫩江组一二段；K₂n³⁺⁴—嫩江组三四段；K₂n⁵—嫩江组五段；K₂s—四方台组；K₂m—明水组；E—古近系；N—新近系；Q—第四系

Figure  7.  Comprehensive metallogenic model of sandstone type uranium deposit in the southern part of Daqing Placanticline

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5.   结论

(1) 基于三维地震精细解译的成果，将四方台组断层划分为3种类型：断至嫩一二段及以下层位断层、断至嫩三四段断层及断至嫩五段断层，前两类为油气输导断层，并在四方台组一段识别出2期河道。

(2) 大庆长垣隆起区砂岩型铀矿具有单体规模小、局部富集强的特点。垂向上，四方台组一段第一期河道砂体是砂岩型铀矿的富集层段；平面上，铀矿主要分布在沟通深部油气储层的断层附近。

(3) 在宏观成矿背景下，河道砂体、油气输导断层及油气圈闭是控制砂岩型铀矿局部富集的3个主要因素。河道砂体为铀矿提供了赋存空间，油气输导断层提供了还原剂，油气圈闭则控制铀矿富集部位。

(4) 结合油气运聚理论与铀成矿理论，建立了输导断层与油气圈闭联合控矿模式，明确了研究区砂岩型铀矿的成矿过程：在长垣隆起的构造背景下，含铀地表水以“剥蚀天窗”为入口、以四方台组一段的河道砂体为通道深入地下；同时，油气作为还原剂，以输导断层为通道向上运移，并在圈闭内与含铀地下水充分反应，使铀沉淀并富集。