砂岩型铀矿勘查中密度测井曲线的校正研究及应用

杨兴 李娜 赵旭

摘   要：砂岩型铀矿勘查中，密度测井作为地球物理测井的一个重要方法，在准确划分地层起到重要作用。但当地层中有较强放射性矿时，会对密度测井数据造成干扰，对判断地层岩性造成很大影响，需要对密度测井数据加以校正。通过大量取样分析对比及钻孔验证表明，采用两次密度测井对含有铀矿地层密度测井曲线的干扰进行校正，能得到更加接近地层实际密度数值，修正后的密度曲线能更好地反映地层岩性及界面，为地层岩性精确划分提供依据。该方法对地层岩性划分及砂岩型铀矿资源量的估算、提供矿层空间位置均具重要意义。

关键词：砂岩型铀矿勘查;密度测井;曲线校正

砂岩型铀矿床划分地层主要根据综合物探测井的各岩性参数进行岩性识别和划分[1-2]，主要利用的地球物理参数为密度、电阻率、井径、声波和自然电位等，各参数互相配合进行岩性识别和界面划分[3-5]。因此，岩性参数是岩性识别、地层划分的重要基础。

密度作为重要参数之一，是查明一个地区地层层序和划分矿层的重要依据，在地层划分中起着重要的作用。但砂岩型铀矿化地区由于矿层中存在放射性，会对密度测量数据产生很大的干扰，从而影响地层划分与岩性识别。矿层中若含有钙质层、泥岩等非渗透地层时，在测井解释和资源量估算中，应将非渗透层剔除后计算，如果不能对夹层进行精细准确的划分，必将对测井解释结果与资源量的估算造成影响。因此，需要对矿层因含有放射性而造成密度测井数值的干扰进行修正，以获得更加准确的密度数据，更加准确的划分地层和估算砂岩型铀矿资源量。

1  区域地质特征

吐哈盆地是在前寒武纪结晶基底和前晚二叠世古生代褶皱基底之上发育起来的晚二叠世至中生代沉积盆地。在大地构造格架上，位于艾比湖-星星峡缝合线和卡拉麦里-麦钦乌拉缝合线之间，西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块3大板块夹持的准噶尔-吐鲁番微板块的东段。吐哈盆地自独立演化以来，长期受到构造活动的影响，尤其是在中侏罗世以后。受印度板块俯冲的影响，吐哈盆地在塔里木板块和西伯利亚板块持续NS向挤压下，无论是盆地边缘还是内部，中新生界多发育逆冲断裂，并伴有褶皱产生。NS向剖面形态上表现为南浅北深的非对称凹陷形态和叠合式泛盆沉积的山间盆地，断裂构造多呈逆冲式发育。

吐哈盆地沉积盖层主要由上二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系6大套地層组成，最大沉积厚度9 000 m。地层发育程度基本受基底活动控制，北部沉积厚度大，层序齐全;南部沉积较薄，发育不全。工作区的沉积盖层从三叠系到第四系均有出露。三叠系在盆中呈残体分布，出露有上仓房沟群和小泉沟群，为一套河湖相沉积。侏罗系是盆地中为分布面积最大的沉积盖层。上侏罗统、白垩系主要分布在吐鲁番地区中部[6-7]。

2  密度测井原理

γ射线通过物质时，主要发生3种不同类型的反应，即电子对效应，康普顿效应和光电效应[8]。密仪度测井由推靠器、探头、电路段组成。在探头上（也称滑板）安装放射源和探测器，选用137Cs放射源，发射0.662 MeV的γ射线，排除了形成电子对的可能性，选择探测器的阈值避免了光电效应的影响，测量康普顿效应频谱段的γ射线。测井时，在推靠器的作用下，探头紧靠井壁，放射源通过发射窗口向地层发射γ射线，与地层发生一次或多次康普顿散射的γ射线，被探测器晶体俘获并发生光电效应，产生电信号，经放大和甄别处理而被记录，仪器经过测量参数校准，可计算地层的密度值。在实际测井中，由于井壁不规则、推靠等因素，不可避免地在滑板和地层之间夹带泥饼，这时仪器测得的密度值（称为视密度）不仅与地层密度有关，还与泥饼的厚度、密度、平均原子序数有关。因此，在探头中设置长源距探测器和短源探测器（图1），采用双源距补偿方法求取地层密度[9-11]。

3  密度测井曲线发生畸变原因分析

一般情况下，地层中的γ射线强度相对于137Cs所以所发出的γ射线强度来说较小，对密度测量不会造成很大影响。但当测量矿层或γ射线较强的地层时，环境中的γ射线必然会与放射源放射的γ射线同时被探管中的长、短源距探测器所接收，矿层中γ射线越强，实际测量出的密度数值越小，造成密度曲线的畸变，故矿层放射性辐射是引起密度测井曲线发生畸变的根源。

4  密度数据的校正方法及应用

由密度测井曲线在矿层中产生畸变的原因分析可知，剔除矿层中放射性元素叠加到长、短源距道的数据，得到单一与地层密度相关的数据，进而正确计算出地层的岩石密度，是解决问题的根本方法。

密度探管二次测井，测量的长、短源距道数据：①携带137Cs放射源进行测井，采集岩（矿）石放射性叠加数据;②不装137Cs放射源，采集岩（矿）石天然放射性数据。剔除矿层干扰后的长、短源距道数据进行密度校正计算，得到地层准确的密度值。

4.1  钻孔验证

选择三个典型砂岩型铀矿工业钻孔进行二次测井，验证上述理论和成果的实际效果（图2，3，4）。

从图2可看出，密度曲线在校正前，密度测量值与实际密度相差较大;校正后的密度数值更接近煤密度的真实数值，利用测井曲线进行地层划分能提供更为准确的依据。从图3中可看出，校正前的密度曲线严重变形，与实际密度相差较大，结合电阻率曲线，并不能对地层进行准确划分。通过二次密度测井对密度曲线进行校正，可明显看出，矿层并未完全处于煤层中，结合地质物探编录，可在240.90 m位置（图中绿色虚线所示）将矿层一分为二，上部为砂砾岩含矿层，下部为煤层含矿层，较准确的划分出了两种岩性的地层界线，为铀矿资源量的估算提供可靠依据。图4中，校正前的密度曲线结合电阻率曲线不能清楚的将地层进行划分。经过二次密度测井，对密度曲线进行校正后，结合电阻率曲线、地质编录可看出，在矿层中深度为510.3～510.8 m处为明显的钙质砂岩层，为非渗透地层。据规范要求，在进行测井解释与资源量估算时，应将此矿段剔除，为资源量估算提供可靠的矿层空间位置数据。通过3个钻孔验证表明，二次测井进行密度曲线校正方法准确可行。

4.2  测井与样品采集密度数值比对

本文通过采取样品测得密度数值与二次测井计算出密度数值进行对比，验证上述方法计算出的密度准确性。

结合地浸砂岩型铀矿勘查的特点，分别采取了砂岩及煤岩样品[13]。砂岩样品采用蜡封法测得密度值;煤样采用实验室送检测得密度值。将蜡封法与实验室送检测得的密度值与二次测井计算得出的密度值进行对比（表1，表2），从表1中可看出，35个砂岩样品中，最大绝对误差为0.06 g/cm3，相对误差最大为2.87%，相对误差均小于3%，大于2 %的只有两个，小于2%的占比为94.29%。从表2中可看出，13个煤样中，最大绝对误差为0.03 g/cm3，相对误差最大为2.21%。表1，表2中均表明，无论是砂岩样品采用的蜡封法，还是煤样采用实验室送检，与测井校正得出的密度值相差不大，误差均小于3%。因此，通过前后两次测井校正过的密度值较为准确，能够满足砂岩型铀矿勘查中对于地层划分及资源量估算的基本要求。

5   结论与建议

通过对密度测井曲线发生畸变的原因分析与校正，可以得到以下几点认识：

（1） 通过采集样品与二次测井两种方法得出密度数据对比，二次密度测井对密度曲线进行校正方法准确可靠，可得出准确合理的密度数值，能够满足正常的地质勘查需求。

（2） 通过对密度测井曲线的修正，可获得更加真实的地层密度数据，从而可对地层界线或矿层中非渗透夹层更加准确的识别与划分，可对铀矿与煤矿资源量准确估算提供可靠依据。

（3） 由于二次测井所带来的测井风险增加，建议在不能分辨的地层界线或无法识别的非渗透夹层而不能准确进行资源量估算时，再进行二次密度测井进行校正，以达到经济效益的最大化。

参考文献

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[2]    赵鹏大. 非传统矿产资源概论[M]. 北京：地质出版社，2003.

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[4]    李国栋.测井在地浸砂岩型铀矿勘查中的应用研究[D].长安大学，2016.

[5]    赵希刚，吴汉宁，柏冠军，等. 砂岩型铀矿床矿层中隔、夹层物性  特征识别[J]. 铀矿地质，2006，22（1）：44-49.

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[8]    尉中良，邹长春. 地球物理测井[M]. 北京：地质出版社，2008.

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[10]  蔡柏林，王惠濂. 钻孔地球物理勘探[M]. 北京：地质出版社，1990.

[11]  杨晓慧，杨治.岩性密度曲线无谱的探头影响因素分析及解决方案研究[J]. 国外测井技术，2018，39（1）：67-70.

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