新疆伊犁盆地南缘铀矿床镭氡平衡系数确定方法*

徐　平　邱余波　李成虎　张　利

(核工业二一六大队)



新疆伊犁盆地南缘铀矿床镭氡平衡系数确定方法*

徐平邱余波李成虎张利

(核工业二一六大队)

镭氡平衡系数是可地浸砂岩型铀矿资源量估算的重要参数之一，能否准确得出矿床的镭氡平衡系数关乎铀矿床资源储量估算结果的准确性。以新疆伊犁盆地南缘铀矿床为例，对2种镭氡平衡系数确定方法进行了对比分析，认为通过物探参数孔直接观测法确定的镭氡平衡系数更为准确可靠。在此基础上讨论了伽玛测井解译结果与矿芯分析结果对比法在计算镭氡平衡系数时需注意的问题，为区内后续铀矿勘查工作提供参考。

伊犁盆地铀矿床镭氡平衡系数伽玛测井铀矿勘查

可地浸砂岩型铀矿有较高的孔隙度和水饱和度，其中镭氡是平衡的[1]。在钻进过程中，当井液泥浆压力大于含矿段含水层的压力时，井液泥浆进入铀矿层岩石孔隙，使得层间水及溶解于其中的氡气一并被挤压而离开孔壁(压氡效应)[2]，破坏了镭氡之间的放射性平衡，导致终孔后伽玛测井照射量率低于正常状态时的数值。在钻进过程中，泥浆渗入井壁周围的一定范围内，往往在井壁形成了1层较厚的泥浆饼，对伽玛射线有一定的屏蔽作用，使得计算出的铀含量偏低。为使基于伽玛测井解译结果计算出的铀含量及铀矿资源储量准确可靠，有必要对镭氡平衡系数进行修正。

1　研究区概况

伊犁盆地在大地构造单元划分上归属于天山造山带中的伊犁—中天山微地块，该微地块除南天山外，总体上属于准噶尔—哈萨克斯坦板块。伊犁盆地具有多层复合基底，可分为前震旦纪结晶基底、震旦纪—寒武纪初始盖层基底和古生界褶皱基底。盆地盖层自下而上发育有三叠系、侏罗系、白垩系、第三系、第四系，其中侏罗系自下而上可划分为中—下侏罗统水西沟群和中—上侏罗统艾维尔沟群。铀矿床主要产于中—下侏罗统水西沟群及头屯河组陆相暗色含煤建造中。铀矿化赋存的岩性具有多样性，即砂砾岩、砂岩、泥岩和煤。按含矿主岩类型可划分为砂岩型、煤岩型和泥岩型3类。砂岩型铀矿化在伊犁盆地南缘主要砂体层间氧化带空间上基本连续产出。己知的工业矿带主要发育于水西沟群Ⅴ、Ⅶ旋回，其次为水西沟群Ⅰ、Ⅱ旋回，头屯河组仅在洪海沟地区发现工业矿带，小泉沟群暂未发现工业矿化。调查区铀矿化具有近源产出的特点，大致呈EW向带状展布，经多年找矿勘查工作，已发展成为由蒙其古尔、扎吉斯坦、乌库尔其、库捷尔太、洪海沟等5个砂岩型铀矿床组成的东西长60km的铀矿田，据调查区构造和铀矿化产出特征，可分为东部和西部2个铀成矿单元[3-5]。

2　镭氡平衡系数

2.1镭氡平衡破坏现象检查

在伊犁盆地南缘对2406-1、2406-2 两个水文孔进行了注水试验，该2个孔在含矿含水层部位放置了过滤器，且在1个月内未进行过任何试验工作，镭氡处于平衡饱和状态。试验方法：注水前首先进行第1次伽玛测井，然后立即注水，总注水量6m3，注水时间为4h。注水结束后继续进行第2次伽玛测井，发现在渗透性岩层中，注水后的伽玛测井的伽玛照射量率明显低于注水前伽玛测井的伽玛照射量率，而在非渗透性岩层中，注水前、后伽玛测井的伽玛照射量率几乎未发生变化(图1)，说明伊犁盆地南缘施工的钻孔中存在压氡效应，即钻孔终孔测井所得的伽玛照射量率小于钻孔实际值。为确保铀矿资源量估算结果的准确可靠，须获取矿床的镭氡平衡系数，以对终孔测井所得的伽马照射量率值进行修正。

图1　2406-1水文孔镭氡平衡破坏观测示意

2.2镭氡平衡系数获取方法2.2.1伽玛测井解译结果与矿芯分析结果对比

伽玛测井解译结果与矿芯分析结果对比法[3](以下简称分析对比法)是通过对比分析样品得到的镭含量和伽玛测井所得到的镭含量的比值，矿段样品选择原则为：①样品分布应具有代表性；②矿段样品的位置应与伽玛测井解译矿段的位置相互对应；③矿段矿芯片采取率≥85%；④矿体内矿段边缘w(Ra)≥0.01%。

2.2.2物探参数孔直接观测

根据矿体形态、品位、厚度及矿层的渗透性，在矿体的不同地段和不同部位布设物探参数孔(分布均匀、代表性强)，物探参数孔结构如图2所示。物探参数孔施工完毕后，对其进行长期观测，观测时间至少38d(氡气的半衰期为3.825d，根据放射性平衡规律，10个半衰期趋于稳定)。镭氡平衡系数用物探参数孔状态观测曲线的拟合曲线测量时间t趋于0的极限值与趋于无穷大的极限值之比确定。

图2　物探参数孔结构示意

2.3镭氡平衡系数确定方法分析对比

伊犁盆地南缘各铀矿床累计采集镭氡平衡样品1 832件，代表287个样段，共施工了26个物探参数孔，计算结果见表1。由表1可知：分析对比法所得的镭氡平衡系数均值为0.89，变化系数为49.79%；物探参数孔直接观测法所得的镭氡平衡系数均值为0.85，变化系数为8.49%，可见分析对比法得出的各铀矿床镭氡平衡系数变化相对较大，而物探参数孔直接观测法得出的各铀矿床镭氡平衡系数变化较小。

表1　伊犁盆地南缘各铀矿床镭氡平衡系数

2.4可靠性分析2.4.1分析对比法

分析对比法计算环节包括原始矿芯采集、矿芯取样、矿样分析、伽玛测井等，最易引入误差的环节为原始矿芯采集阶段，由于采取率无法实现100%，因此所取矿芯无法完全反应地下原始矿芯情况，矿芯取样时，技术人员由于工作能力存在差别，也会引入一定的系统误差。本研究以伊犁盆地南缘蒙其古尔铀矿床的2个典型钻孔进行分析。由图3、图4可知：P4735、P5516钻孔的镭氡放射性平衡系数实测值均为0.79，而伽玛解译与矿芯分析结果对比值则为1.505，0.955；P4735钻孔的伽玛解译结果w(Ra)最高0.27%，峰值形态呈双峰，而分析结果w(Ra)最高仅0.11%，形态为单峰；P5516钻孔的伽玛解译结果w(Ra)最高达0.90%，峰值形态呈三峰，而分析结果w(Ra)最高仅0.34%，形态为三峰，产生该现象的原因可能为：①高含量矿段较薄，岩芯未能完整采集；②样品未能及时采集，高品位矿段铀被淋滤流失；③采样长度不合理，高品位矿段被贫化。

2.4.2物探参数孔直接观测法

采用物探参数孔直接观测法对钻孔中的原始地层进行直接观测时，测量过程中应使用同一仪器，要求重复测量误差不大于5%，且观测条件为原地实际状态，但该方法需专门施工物探参数孔进行观测，成本较高。

3　讨　论

(1)水文孔观测和参数孔测量显示伊犁盆地南缘各铀矿床存在明显的镭氡平衡破坏现象，为准确估算铀矿资源量，在铀矿勘查过程中应注意镭氡平衡的研究。

(2)物探参数孔直接观测结果较之分析对比法

图3　P4735钻孔伽玛解译结果与矿芯分析结果(Ra含量)对比

更为可靠，建议参数孔数量代表性达到要求时，采用参数孔直接观测的结果作为镭氡平衡系数修正的依据。

(3)样品采集前应系统对比测井与物探编录资料，合理设计样品，不拘泥于相关规范对矿芯采取率的要求，而应明确实际矿段矿芯采集是否完整，位置摆放是否正确，对于无法确定的矿段切勿采集样品。

(4)对参数样品进行统计分析时应对单矿段分析结果与伽玛测井解译结果进行对比分析，对样品进行严格筛选，确保样品具有代表性。

图4　P5516钻孔伽玛解译结果与矿芯分析结果(Ra含量)对比

[1]李进学，李锦，阚小波，等.地浸砂岩型铀矿镭-氡放射性平衡对伽玛测井解释结果的影响研究[J].山西地质，2010(2)：3-4.

[2]邓小卫，李季安，冯志杰，等.可地浸砂岩型铀矿储量计算中的镭-氡放射性平衡系数研究[J].铀矿地质，2003(6)：2-3.

[3]张磊，邱余波，王福东，等.蒙其古尔铀矿床三工河组砂体特征与铀成矿的关系[J].现代矿业，2016(2)：88-92.

[4]陈虹，张占峰.蒙其古尔铀矿床泥质类岩石在铀成矿过程中的作用[J].现代矿业，2015(2)：91-92.

[5]邱余波，伊海生，罗星刚，等.红海沟铀矿床头屯河组岩相特征及对铀成矿的控制[J].金属矿山，2015(1)：90-93.

2016-03-11)

*国家自然科学基金联合基金项目(编号：U1403292)；中国地质调查局基金项目(编号：12120114007601)。

徐平(1981—)，男，工程师，830011 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市北京南路467号。