将石油勘探技术与沉积及上涌模型相结合，用于尼罗河谷晚白垩世的磷矿资源评估

《Journal of African Earth Sciences》：Integrating petroleum exploration techniques with depositional and upwelling models for late Cretaceous phosphate assessment in Nile Valley

　　

Fathy H. Mohamed|Ahmed H. Farag|Salah A. Omar

埃及亚历山大市亚历克斯大学理学院地质系，邮编21511

摘要

在未勘探区域准确预测磷矿分布并可靠评估矿石质量，是全球磷矿勘探与资源评价面临的重大挑战。本研究通过结合沉积学观察结果以及从石油储层描述中借鉴的三维地质建模技术，为埃及Duwi地层的磷矿床建立了预测性沉积框架。研究基于瓦迪埃尔沙加布地区的20口井的岩芯和地表数据，并辅以瓦迪萨亚廷和瓦迪奎拉地区的区域观测数据。通过相分析、岩石学研究、地层对比、地球化学数据分析以及确定性三维建模，研究了相结构与磷矿分布情况。研究结果表明，磷矿的积累受上升流带来的生产力、海岸带-潮汐作用、富含牡蛎的相发育、硅质重新分布以及早期成岩作用共同影响。研究共识别出三个含磷沉积周期，其中中间周期的磷矿品位最高，且与含燧石的相有明显关联。该三维模型成功再现了相的连续性和磷矿分布特征，有助于预测未勘探区域的磷矿分布，进而提升矿石质量的空间评估水平。研究表明，磷矿质量主要受相结构和地层位置控制，而非仅由层厚决定。这一综合工作流程为勘探目标确定、资源评估和矿山规划提供了有效工具，也可应用于全球其他沉积型磷矿系统。

引言

埃及磷矿床的存在最早由Barron在1897年于吉夫特东南部的加巴尔卡恩地区记录下来。此后，埃及的磷灰岩一直是地质学、沉积学和经济学研究的重要对象（如Soliman，1986；Abdel-Kireem和Khalil，1993；Hamama等人，2013）。尽管已有长期的研究历史，但一些根本性问题仍未解决，尤其是磷灰岩的起源、其空间变化规律以及预测矿石分布的最有效方法。

晚白垩世的磷灰岩地层呈宽带状分布，北起加巴尔阿布哈德，南至卢克索以东地区，这一带通常被称为埃及磷矿带（Hermina，1990；El-Kammar和Dardir，1990）。在该磷矿带内存在多个具有经济价值的磷矿床，它们的形成与上升流作用及相关的沉积环境密切相关（Glenn等人，1994；F?llmi，1996；Omran等人，2020）。

了解控制磷矿富集的机制对于提升资源评估水平及预测矿石分布至关重要。仅依靠传统的沉积学方法往往难以把握相的异质性、成岩作用的叠加效应以及地层结构等复杂因素，而这些因素正是决定磷矿质量和空间分布的关键（如Notholt等人，2005）。为应对这些挑战，本研究采用了石油勘探中常用的方法，包括相分析、地层对比以及三维地质建模，用于评估Duwi地层中的磷矿床（Catuneanu，2006；Posamentier和Allen，1999）。

对研究区域内的相序进行特征分析后，提出了以下几项关键研究问题：

• 1.
  上升流作用在磷矿积累过程中起到了怎样的作用？
• 2.
  中间地层段中的燧石具有何种重要意义？
• 3.
  燧石相与石灰-燧石相在磷矿沉积过程中存在哪些差异？
• 4.
  哪些沉积环境决定了主要相类型的分布？
• 5.
  含牡蛎的地层段在地质层位和古环境方面有何重要意义？
• 6.
  库赛尔杂色页岩作为Duwi地层的基底单元，起到了怎样的作用？
• 7.
  研究区域内可识别出多少个含磷沉积周期？影响这些周期变化的因素有哪些？

本研究的主要目标是构建一个整合了上升流动态、沉积环境及地层结构的Duwi地层沉积模型，重点探讨燧石相、泥灰岩相以及富含牡蛎的相在磷矿积累过程中的作用。研究利用瓦迪埃尔沙加布地区的岩芯和地表样本构建了含磷相的三维地质模型，同时引入红海地区的瓦迪萨亚廷以及尼罗河谷的瓦迪奎拉的样本，以确定区域性的沉积趋势并进一步完善所提出的沉积框架。

内容节选

地质背景

位于埃及南部尼罗河谷与红海沿岸地区的瓦迪埃尔沙加布磷矿矿区（图1）是晚白垩世Duwi地层中所形成的重要磷灰岩矿床。从区域范围来看，Duwi地层形成于晚坎帕阶至马斯特里赫特阶，属于特提斯洋南缘广泛分布的磷矿生成带的一部分（Said，1990；Glenn等人，1994）。从地层构成上看，Duwi地层（图2）

材料与方法

本研究基于一个综合数据集（图3），该数据集来自20口深入研究区域完整地层序列的钻井，这些地层从矿区地表一直延伸到库赛尔杂色页岩顶部。每口井都记录了包含所有已知相类型的详细地层信息，包括泥灰岩相、牡蛎石灰岩相、燧石相、磷矿相以及杂色页岩相。此外，还对含磷地层段进行了P₂O₅的地球化学分析，以便进一步评估

野外类比

本研究整合了四个地点的数据（图1）：红海地区的瓦迪萨亚廷（L1），以及尼罗河谷东部的瓦迪奎拉（L2）、瓦迪乌姆苏莱曼（L3）和瓦迪埃尔沙加布（L4）。这些数据集被用来解决关键的地质不确定性问题，进而构建出一个能够用于预测磷矿分布的实用沉积模型。

经济评估工具

通过结合详细的沉积环境分析、对磷矿层形成机制的重建，以及应用原本为石油储层建模而开发的先进软件，本研究最终构建出了一个功能强大且应用广泛的模型。该模型不仅能够进行描述性的地质解释，还能作为兼具预测功能和经济评估功能的工具，整合地层、地球化学信息以及空间相分布数据。其输出结果可提供

结论

通过整合野外类比数据、岩石学分析结果、沉积学解释以及类似石油行业的地下建模方法，本研究为预测Duwi地层中的磷矿分布提供了可靠的框架。野外证据，如牡蛎堆积、燧石层以及有序的相序，表明磷矿的积累主要受海岸带-潮汐作用以及上升流带来的营养物质供应所控制。

岩石学分析结果进一步证实了

资金支持

作者们表示，本研究未获得任何资金支持。

作者贡献说明

Fathy H. Mohamed：概念设计、数据整理、定量分析、研究实施、方法设计、项目管理、资源协调、软件应用、结果验证、可视化处理、初稿撰写、审稿与修改。 Ahmed H. Farag：研究实施、方法设计、可视化处理、初稿撰写。 Salah A. Omar：概念设计、数据整理、定量分析、研究实施、方法设计、资源协调、软件应用、结果验证、可视化处理、初稿撰写、审稿与

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢埃及磷矿公司提供了地震数据、井测资料以及岩芯报告，这些资料为完成本研究提供了重要支持。