湖山铀矿床伽马测井中钍修正方法研究

陈宁,秦超飞,郝金龙,邓洪泽

（中广核铀业发展有限公司，北京 100029）

湖山铀矿床（Husab Deposit）位于非洲南部纳米比亚共和国埃龙戈省纳米布沙漠地区，距离海滨城市Swakopmund 约65 km，是近十年来全球范围内铀资源领域找矿的重大发现［1］。湖山铀矿床地处达马拉（Damara）造山带，位于北部的刚果（Congo）克拉通和南部的卡拉哈里（Kalahari）克拉通之间［1-3］。矿区内地层以前寒武系到下古生界为主，上覆第四系。矿区内主要出露晚寒武纪变质岩和酸性侵入岩，铀矿化主要赋存在罗辛组内，在上覆楚斯组底部和下伏可汗组顶部也有少量分布。含矿岩性主要由白岗岩和伟晶岩组成，其次为含透辉石钙质硅酸盐和黑云母片岩。

该矿床地质勘探工作始于2007 年，结束于2011 年底，共投入钻探工作量50 余万米。勘探期间，钻探工作主要采用金刚石钻（DD）和空气反循环岩粉钻（RC），并利用岩心（岩粉）化学分析的方法确定岩矿石铀品位。2012 年转入矿山开发阶段，为了提高工作效率和降低成本，采用爆破孔伽马测井方法取代样品化学分析方法确定岩矿石铀品位，因此消除钍元素对伽马测井的影响是保证铀品位测定准确性的前提，是矿山开采的重要一环。

湖山铀矿床钍含量与铀品位呈现一定的正相关关系，并且钍铀比与铀品位的关系较为密切［4-9］。湖山铀矿在勘探时期，受限于岩粉钻的特点，未很好的区分岩性地层，因此难以对不同岩性或不同地层的钍及钍铀比进行研究，因此本文仅研究钍、钍铀比与铀含量之间的关系，从而得出测井的钍修正方法。

1 样品统计方法

用于钍铀比分析统计的样品数据来自历史勘探时期取样和采坑1、采坑2 的补充勘探样品数据，其中包括岩心样品和岩粉样品。样品选取原则：

A.统计样品的铀含量（金属）＞10×10-6；

B.钍含量＞0；

C.样品钍铀比满足不大于均值＋1.96 倍的均方差（即95%的可信度）。

满足条件A、B、C 的样品数见表1。

表1 湖山铀矿床采坑1 和采坑2 样品统计Table 1 Statistics of samples from pit 1 and pit 2 of Husab Deposit

钍铀比规律统计方法为，对所有满足要求的样品按铀品级进行分组，分别计算出每组的加权铀含量、加权钍含量和钍铀比，然后进行拟合［10-15］，其中加权铀含量和加权钍含量均以样品长度加权。

例如加权铀含量计算公式为：

其中，QUi―样品铀含量，10-6；hi―样品长度，m。

2 钍分布规律

根据样品选取原则，对样品铀含量按照如下表进行分组统计，分别得到采坑1、采坑2 的铀、钍含量（表2、表3），并计算每组的平均钍铀比，其中eU3O8的计算公式见公式（2）。

利用表2、表3 中的铀含量和钍铀比，进行趋势分析并拟合，得如下结果：

采坑1 钍铀比与铀含量关系为QTh/QU＝4.6963×QU-0.4714，相关系数R＝0.9892；

采坑2 钍铀比与铀含量关系为QTh/QU＝3.8486×QU-0.4454，相关系数R＝0.9884；

其中QTh为样品钍含量、QU为样品铀含量。

由此可得出湖山铀矿采坑1 和采坑2 的钍铀比与铀含量呈现负幂指数关系，并且呈现强相关性，如图1 和图2 所示。

3 测井钍修正方法

根据图2、图3 得到的是铀品位和钍铀比之间的关系，是表征铀矿床本身的特性［11］，但在实际测井修正中，需得到当量铀（eU）与钍铀比之间的关系才能进行直接修正［4］。

表2 采坑1 化学分析样品铀含量及钍铀比分组统计Table 2 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

表3 采坑2 化学分析样品铀含量钍铀比分组统计Table 3 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

图1 采坑1 钍铀比与金属铀品位拟合曲线Fig.1 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 1

图2 采坑2 钍铀比与金属铀品位拟合曲线Fig.2 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 2

在湖山铀矿床的勘探及开采中，使用U3O8作为计量物，因此在表2 和表3 中，根据矿山现有测井仪器的钍铀当量系数0.396，计算出各分组铀含量对应的当量U3O8含量（eU3O8），再由当量U3O8与钍铀比进行拟合，得到当量U3O8与钍铀比的关系式用于测井修正［14］。

由样品铀计算当量铀公式为：

其中，QeU为当量铀含量，10-6；QU为样品铀含量，10-6；QTh为样品钍含量，10-6；0.396 为仪器钍铀当量系数。

eU3O8与当量铀之间关系为：

根据表2、表3 中钍铀比与eU3O8，进行趋势拟合得出如下结果（图3、图4）：

采坑1 钍铀比与eU3O8关系为QTh/QU＝6.5171×QeU3O8-0.5013，相关系数R＝0.9865；

采坑2 钍铀比与eU3O8关系为QTh/QU＝5.1328×QeU3O8-0.4707，相关系数R＝0.9845；

其中QTh为样品钍含量、QU为样品铀含量、QeU3O8为当量铀含量的U3O8表达形式。

测井修正时，采用如下公式［9］：

图3 采坑1 钍铀比与eU3O8拟合关系曲线Fig.3 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 1

图4 采坑2 钍铀比与eU3O8拟合关系曲线Fig.4 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 2

图5 湖山铀矿床某爆破孔伽马测井钍修正前后对比图Fig.5 The uranium before and after thorium correction of gamma logging of a blast hole

式 中：Qu3O8、QeU3O8、Qth、Q′u—分别为修正后的铀含量、γ 测井的当量铀含量和样品分析钍含量、铀含量的数值；Kth为仪器的钍铀当量系数，其含义为单位含量钍（系）元素的放射性计数与单位含量铀（系）引起放射性计数的比值，与具体的仪器相关，该系数是仪器在石家庄航测遥感中心标定时得到。

根据以上得出的修正公式，对爆破孔测井数据进行解释，图5 为进行钍修正前后铀品位结果曲线，由图可看出，修正后铀品位有明显的降低，降低部分即为钍干扰所引起。

4 结论

1）对于铀钍混合型矿床或钍含量较高的铀矿床，在明确钍或钍铀比分布规律的情况下，伽马测井方法依然有效；

2）湖山铀矿钍元素分布与铀品位密切相关，钍铀比与铀含量呈现负幂指数关系；两个采坑的钍铀比与铀品位的关系略有不同但总体差异不大，可统一进行修正。根据伽马测井仪器的钍铀当量系数可得出钍铀比与当量铀之间的关系，从而直接在测井解释时进行修正；

3）通过钍干扰修正方法的实施，湖山铀矿伽马测井结果剔除了钍的影响，使伽马测井确定铀品位准确性大幅提高。