松辽盆地宝龙山地区钻孔γ照射量率分布特征

黄笑， 杨亚新， 王殿学， 罗齐彬， 蔡建芳， 周文博，张亮亮，余弘龙，马振宇

（1.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰024000；2.东华理工大学地球物理与测控技术学院，江西 南昌 330013；3.东华理工大学，核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013）

我国铀矿勘查的重心自20世纪90年代以来，已从南方勘查热液型铀矿转移到了北方勘查可地浸砂岩型铀矿［1-2］。20多年来，核工业地质系统依据钻孔γ测井资料发现并落实了大量可地浸砂岩型铀矿床。随着找矿工作的不断深入，“攻深找盲”已成为现今找矿工作的重点［3-4］。

钻孔γ照射量率参数是通过对γ测井数据进行换算而得出，是确定铀矿石品位、圈定矿体边界的主要依据和指标。由于不同地层、不同岩性中的放射性元素含量差别较大［5-6］，因此对积累了大量钻孔γ测井资料的地区，通过研究当地的钻孔γ照射量率在不同地层、不同岩性段的分布特征，可以确定放射性元素的富集程度以及迁移富集规律等［7-10］。通过发掘可地浸砂岩型铀矿的放射性测井数据，对钻孔γ照射量率均值、均方差及变异系数3个参数进行系统性计算、统计、分析，总结出放射性元素在上覆地层及含矿砂体中的富集规律，可指导钻探工作部署，提高找矿效率［11-12］。

1 地质概况

宝龙山地区位于松辽盆地开鲁坳陷钱家店凹陷的东北部，沉积盖层由白垩系 （K）、新近系 （N）和第四系 （Q）组成。宝龙山地区，目前已发现钱家店 （钱Ⅱ块）、宝龙山等多个铀矿床，区内已发现的铀矿床和众多异常点带，显示该区具有较好的找矿潜力。

区内找矿目的层姚家组可分为姚家组上段（K2y2）和姚家组下段（K2y1）， 姚家组下段顶部发育一层较为稳定的泥岩，厚度一般为8～15 m，为上、下段的分界标志层［13］。姚家组下段灰色砂体具有厚度和埋深适中的特点，是区内主要的赋矿层。研究区内铀矿化主要产于姚家组下段灰色砂体中，灰色砂体主要分布于构造剥蚀天窗东翼架玛吐—腰哈根—白兴吐一带，整体呈北东向展布，长约50 km，宽2～10 km， 受氧化带前锋线控制明显［14］（图 1）。

2 研究方法

为了研究宝龙山地区钻孔γ照射量率的分布特征，总结钻孔γ照射量率与铀矿化的关系。首先从剖面3A-5A线观测铀的富集与钻孔γ照射量率的分布情况，然后选取了1线、7线和纵剖面3条剖面，共计30个钻孔进行钻孔放射性数据统计分析（图1）。钻孔的选取具一定代表性，包括无矿孔、异常孔、矿化孔、工业孔4种类型。针对选取的30个钻孔，先分别计算出各单个钻孔不同地层的γ照射量率均值、均方差、变异系数，再按地层统计单个钻孔计算出的3个参数数值的最大值、最小值及平均值 （表1）。

图1 宝龙山地区前第四纪地质简图及钻探剖面线分布Fig.1 Pre-quaternary geology sketch and drilling exploaration lines in Baolongshan area

表1 宝龙山地区钻孔γ照射量率参数统计表Table 1 Statistics of gamma-ray exposure rate of boreholes in Baolongshan area

钻孔γ照射量率能够反映不同地层、不同岩性段的放射性特征，根据地层进行分组统计，同一地层内可根据岩性分段统计；根据矿化程度和岩石渗透性，将含矿层姚家组下段划分为含矿段内渗透性岩石与非渗透性岩石、无矿段内渗透性岩石与非渗透性岩石分别进行钻孔γ照射量率参数统计。在对渗透岩石、非渗透岩石统计过程中，要求以较大段纯泥岩或纯砂岩为统计对象，避开相互影响大、数据真实性差的泥砂互层地段。在统计含矿层渗透岩石、非渗透岩石背景值时，需避开矿段，若受矿段影响将会导致所统计的地层背景值、均方差和变异系数偏高。

为了进一步研究钻孔γ照射量率的分布特征，笔者又统计了宝龙山矿床77个钻孔的姚家组下段含矿渗透性岩石的γ照射量率参数，据此绘制了姚家组下段含矿渗透性岩石的钻孔γ照射量率均值、均方差及变异系数的平面等值线图，研究了这些参数在区域上的分布特征以及变化规律，探索了其找矿意义。

3 钻孔γ照射量率分布特征

3.1 剖面观测结果

宝龙山铀矿床无矿地层钻孔γ照射量率均值偏低，趋于背景值，为3.00 nC·kg-1·h-1左右，均方差和变异系数相对稳定，无明显变化。第四系 （Q）、上白垩统嫩江组 （K2n）钻孔γ照射量率均值可视为地层背景值，随着地层由新至老，放射性背景值也略有所增高。

图2 宝龙山地区3A-5A线γ测井曲线地质剖面图Fig.2 longitudinal geological section with γ logging curve along Line 3A-5A in Baolongshan area

含矿层钻孔γ照射量率均值急速增大，通常可达背景值的3倍以上。铀矿体主要赋存于姚家组下段（K2y1）辫状河相砂体中（图2），矿体呈板状沿水平方向展布，连续性较好，厚度较大。对于钻孔ZK3C-10无矿段γ测井曲线呈平稳直线型，幅值小，整体趋于本底水平，钻孔γ测井照射量率均值、均方差、变异系数偏低，无铀元素富集。相对于无矿段来说，钻孔ZK3A-10A含矿段γ测井曲线局部呈现窄小的单尖峰、剧烈变化的锯齿状或断续高峰状，钻孔γ照射量率均值变大，均方差和变异系数变大，没有稳定变化趋势，铀元素出现富集现象，但矿化不均匀，一般形成铀矿化体；钻孔ZK3C-10含矿段γ测井曲线呈强度较大的单峰或连续锯齿状分布规律，钻孔γ照射量率均值、均方差、变异系数三者均变大，呈正相关性，铀元素出现强富集现象，矿化均匀，易形成品位高且矿体厚度较大的工业铀矿体。由此可见，钻孔γ照射量率均值、均方差和变异系数随着铀元素富集程度变强而变大。

3.2 宝龙山地区钻孔γ照射量率分布

据表1可知，宝龙山地区第四系和嫩江组钻孔γ照射量率均值平均值分别为1.92 nC·kg-1·h-1、 3.47 nC·kg-1·h-1， 变化较平稳，嫩江组钻孔γ照射量率均值高于第四系。 均方差平均值分别为 0.68 nC·kg-1·h-1、1.17 nC·kg-1·h-1； 变异系数均值分别为 0.35、0.33，均方差与变异系数二者变化相对较小。

宝龙山地区姚家组下段含有渗透和非渗透两类矿体，分别为含矿砂岩和含矿泥岩。姚家组上段 （K2y2）钻孔 γ照射量率均值为2.34～6.45 nC·kg-1·h-1， 平均为 4.40 nC·kg-1·h-1，变化范围相对较小，均方差为0.68～18.68 nC·kg-1·h-1， 均值为 2.52 nC·kg-1·h-1，变化范围相对较大，其中均方差最大值与均值最大值相对应，因局部γ照射量率增高引起，两者呈正相关。变异系数为0.20～2.90，均值为0.52，最大值为局部矿化导致γ照射量率增高引起，而变异系数整体趋于正常背景值水平，大小与均值、均方差无对应关系，且γ照射量率均值水平较低，无放射性元素富集。

姚家组下段 （K2y1）无矿非渗透岩石钻孔γ 照射量率均值为 2.95～5.54 nC·kg-1·h-1， 平均为3.81 nC·kg-1·h-1，变化幅度较小；均方差与变异系数分别为0.46～2.25 nC·kg-1·h-1、0.13～0.47， 平均分别为 0.96 nC·kg-1·h-1、 0.25， 二者变化范围相对较小且较稳定，γ照射量率无增高显示。均值、均方差、变异系数总体走势平稳，三者无明显相关关系。

姚家组下段 （K2y1）无矿渗透岩石钻孔γ照射量率均值 2.71～6.39 nC·kg-1·h-1， 平均为3.77 nC·kg-1·h-1， 变化幅度较小； 均方差0.67～13.21 nC·kg-1·h-1， 均值为 2.78 nC·kg-1·h-1；变异系数0.23～2.97，均值为0.66。相对于非渗透岩石而言，均值平均水平略低，均方差、变异系数平均值稍大，由此说明，渗透与非渗透岩石γ照射量率变化规律不一，可能与铀元素在渗透性岩石中易于迁移有关。钻孔γ照射量率均值偏低，铀元素未出现富集现象。

姚家组下段 （K2y1）含矿非渗透岩石钻孔γ 照射量率均值 14.64～58.61 nC·kg-1·h-1，平均为37.02 nC·kg-1·h-1， 变化范围较大， 放射性元素出现了强富集现象。均方差为9.57～38.47 nC·kg-1·h-1， 均值为 25.07 nC·kg-1·h-1，变化区间不大，最大值和最小值相差不大，说明该段铀元素垂向上富集较为均匀。变异系数为0.29～1.82，均值为0.83，变化相对较小，极大和极小值相差不大，铀元素在区域上矿化程度较一致。

姚家组下段 （K2y1）含矿渗透岩石钻孔γ照射量率均值 15.98～59.85 nC·kg-1·h-1， 平均为28.78 nC·kg-1·h-1， 为该地层背景值 3倍以上。 均方差为 10.9～101.1 nC·kg-1·h-1， 变化区间较大，其均值为 37.19 nC·kg-1·h-1， 最大值远远高于其平均值，说明该区铀元素垂向上富集程度不一。变异系数为0.46～2.42，变化相对稳定，最大值与最小值两者相差不大，其均值为1.28，相对较大，说明该区域铀元素矿化规模较大，矿化程度相对较高。

综上所述，通过对宝龙山地区钻孔γ照射量率数据分析可知，姚家组下段钻孔γ照射量率均值较大、铀元素富集作用较强，系区内主要的赋矿层位，其γ照射量率背景值一般为5 nC·kg-1·h-1左右。就钻孔γ照射量率均方差而言，姚家组下段泥岩小于砂岩，说明铀元素在泥岩中的分布较为均匀。均方差在含矿段大于无矿段，含矿层姚家组下段均方差为各地层中最大，说明均方差与铀元素富集程度呈正比。另外，就钻孔γ照射量率变异系数而言，姚家组下段泥岩小于砂岩，说明泥岩相对砂岩对铀元素的吸附作用更为稳定。变异系数在含矿段大于无矿段，说明变异系数越大，对铀元素的富集作用越有利。因此，钻孔γ照射量率均值变大，均方差和变异系数整体均处于较高水平，铀元素出现富集现象，矿化现象较明显。

3.3 姚家组下段含矿渗透性岩石钻孔γ照射量率分布

为了更直观显示宝龙山地区姚家组下段含矿渗透性岩石的γ照射量率参数分布特征，又统计分析了宝龙山矿床77个钻孔的赋矿层姚家组下段含矿渗透性岩石的γ照射量率参数，从平面上分析宝龙山地区含矿层姚家组下段渗透性岩石钻孔γ照射量率的分布情况。图3、图4和图5分别为宝龙山地区含矿层姚家组下段渗透性岩石的钻孔γ照射量率均值等值线图、均方差等值线图以及变异系数等值线图。

研究区内赋矿层的γ照射量率值小于5 nC·kg-1·h-1为背景值区；异常晕整体呈北西向展布，由南往北逐渐变宽，呈不规则带状，最大值为59.85 nC·kg-1·h-1，异常晕区内钻孔一般为工业铀矿孔或铀矿化孔；偏高晕内钻孔基本上为铀矿化孔或异常孔（图3）。从图3可知，异常晕和偏高晕主要分布于研究区北部，其面积约为研究区的40%左右。研究区南部主要由背景值区构成，局部出现小面积异常晕，放射性地球物理场明显弱于北部。据钻孔揭露情况来看，北部铀矿化情况好于南部，说明铀矿化强弱直接影响钻孔γ照射量率均值的大小及分布情况。

图3 宝龙山地区姚家组下段渗透性岩石钻孔γ照射量率均值等值线Fig.3 Mean value contour of boreholes gamma-ray exposure rate of the permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

图4 宝龙山地区姚家组下段渗透性岩石钻孔γ照射量率均方差等值线Fig.4 Mean square deviation contour of gamma-ray exposure rate of the permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

图5 宝龙山地区姚家组下段渗透性岩石钻孔γ照射量率变异系数等值线Fig.5 The variation coefficient contour of gamma-ray exposure rate of permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

区内钻孔γ照射量率均方差 （图4）与均值等值线图整体走势基本一致。均方差异常晕较为分散，呈不规则带状或片状。据研究区高晕分析，整体呈北西向展布，连续性较好，与均值异常晕整体走向一致，形态基本相似，吻合程度相对较高，区内钻孔一般为工业铀矿孔或矿化孔。说明均方差与均值二者基本呈正相关，受铀矿化强弱影响，铀矿化越强，均值与均方差也越大，反之越小。

与图3、4相比，γ照射量率变异系数等值线图 （图5）变化更明显，较均值、均方差更加不稳定。变异系数异常晕更加分散，呈小面积的不规则形状，连续性极差；据高晕分析，整体呈北西向展布，与均值及均方差整体展布方向一致，区内钻孔一般为工业铀矿孔或矿化孔。可见变异系数受铀矿化强弱影响，其与均方差都随着均值的连续增大而增大，三者之间基本呈正相关关系。

在宝龙山地区，钻孔ZK1-8和ZK1-9等工业铀矿孔均位于γ照射量率均值、均方差和变异系数异常晕或高晕区内。因此，钻孔γ照射量率均值、均方差和变异系数三者异常晕或偏高晕吻合度较好的地区，为下一步找矿重点区域。

依据γ照射量率均值、均方差和变异系数的分布特征及变化规律，在今后的找矿方向上可遵循以下建议：一定区域上，如沿某一方位，连续出现钻孔γ照射量率均值偏低，趋于背景水平，均方差和变异系数稳定，可考虑减少钻探工作量或放弃该方位的追踪探索；若均值开始急剧增大，均方差和变异系数呈无规律变化，极其不稳定，应考虑继续追踪探索；若均值急剧增大，均方差和变异系数呈正相关也随之增大，应进行加密追踪工业铀矿体。

4 结论

1）钻孔γ照射量率均值、均方差及变异系数三者基本呈正相关，三者随着铀元素富集程度增强而增大。

2）钻孔γ照射量率均值、均方差和变异系数三者异常晕吻合地段为最理想的找矿地段。

3）在可地浸砂岩型铀矿勘查过程中，通过对钻孔γ测井照射量率均值、均方差和变异系数3个参数分布特征进行统计分析，结合地质条件综合研判，能够指导钻探工作部署，提高找矿效率。