徐　平　邱余波　李成虎　張　利

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

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新疆伊犁盆地南緣鈾礦床鐳氡平衡系數(shù)確定方法*

徐平邱余波李成虎張利

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

鐳氡平衡系數(shù)是可地浸砂巖型鈾礦資源量估算的重要參數(shù)之一，能否準(zhǔn)確得出礦床的鐳氡平衡系數(shù)關(guān)乎鈾礦床資源儲(chǔ)量估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。以新疆伊犁盆地南緣鈾礦床為例，對(duì)2種鐳氡平衡系數(shù)確定方法進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為通過(guò)物探參數(shù)孔直接觀測(cè)法確定的鐳氡平衡系數(shù)更為準(zhǔn)確可靠。在此基礎(chǔ)上討論了伽瑪測(cè)井解譯結(jié)果與礦芯分析結(jié)果對(duì)比法在計(jì)算鐳氡平衡系數(shù)時(shí)需注意的問(wèn)題，為區(qū)內(nèi)后續(xù)鈾礦勘查工作提供參考。

伊犁盆地鈾礦床鐳氡平衡系數(shù)伽瑪測(cè)井鈾礦勘查

可地浸砂巖型鈾礦有較高的孔隙度和水飽和度，其中鐳氡是平衡的[1]。在鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)井液泥漿壓力大于含礦段含水層的壓力時(shí)，井液泥漿進(jìn)入鈾礦層巖石孔隙，使得層間水及溶解于其中的氡氣一并被擠壓而離開(kāi)孔壁(壓氡效應(yīng))[2]，破壞了鐳氡之間的放射性平衡，導(dǎo)致終孔后伽瑪測(cè)井照射量率低于正常狀態(tài)時(shí)的數(shù)值。在鉆進(jìn)過(guò)程中，泥漿滲入井壁周?chē)囊欢ǚ秶鷥?nèi)，往往在井壁形成了1層較厚的泥漿餅，對(duì)伽瑪射線有一定的屏蔽作用，使得計(jì)算出的鈾含量偏低。為使基于伽瑪測(cè)井解譯結(jié)果計(jì)算出的鈾含量及鈾礦資源儲(chǔ)量準(zhǔn)確可靠，有必要對(duì)鐳氡平衡系數(shù)進(jìn)行修正。

1　研究區(qū)概況

伊犁盆地在大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚蠚w屬于天山造山帶中的伊犁—中天山微地塊，該微地塊除南天山外，總體上屬于準(zhǔn)噶爾—哈薩克斯坦板塊。伊犁盆地具有多層復(fù)合基底，可分為前震旦紀(jì)結(jié)晶基底、震旦紀(jì)—寒武紀(jì)初始蓋層基底和古生界褶皺基底。盆地蓋層自下而上發(fā)育有三疊系、侏羅系、白堊系、第三系、第四系，其中侏羅系自下而上可劃分為中—下侏羅統(tǒng)水西溝群和中—上侏羅統(tǒng)艾維爾溝群。鈾礦床主要產(chǎn)于中—下侏羅統(tǒng)水西溝群及頭屯河組陸相暗色含煤建造中。鈾礦化賦存的巖性具有多樣性，即砂礫巖、砂巖、泥巖和煤。按含礦主巖類(lèi)型可劃分為砂巖型、煤巖型和泥巖型3類(lèi)。砂巖型鈾礦化在伊犁盆地南緣主要砂體層間氧化帶空間上基本連續(xù)產(chǎn)出。己知的工業(yè)礦帶主要發(fā)育于水西溝群Ⅴ、Ⅶ旋回，其次為水西溝群Ⅰ、Ⅱ旋回，頭屯河組僅在洪海溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦帶，小泉溝群暫未發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦化。調(diào)查區(qū)鈾礦化具有近源產(chǎn)出的特點(diǎn)，大致呈EW向帶狀展布，經(jīng)多年找礦勘查工作，已發(fā)展成為由蒙其古爾、扎吉斯坦、烏庫(kù)爾其、庫(kù)捷爾太、洪海溝等5個(gè)砂巖型鈾礦床組成的東西長(zhǎng)60km的鈾礦田，據(jù)調(diào)查區(qū)構(gòu)造和鈾礦化產(chǎn)出特征，可分為東部和西部2個(gè)鈾成礦單元[3-5]。

2　鐳氡平衡系數(shù)

2.1鐳氡平衡破壞現(xiàn)象檢查

在伊犁盆地南緣對(duì)2406-1、2406-2 兩個(gè)水文孔進(jìn)行了注水試驗(yàn)，該2個(gè)孔在含礦含水層部位放置了過(guò)濾器，且在1個(gè)月內(nèi)未進(jìn)行過(guò)任何試驗(yàn)工作，鐳氡處于平衡飽和狀態(tài)。試驗(yàn)方法：注水前首先進(jìn)行第1次伽瑪測(cè)井，然后立即注水，總注水量6m3，注水時(shí)間為4h。注水結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行第2次伽瑪測(cè)井，發(fā)現(xiàn)在滲透性巖層中，注水后的伽瑪測(cè)井的伽瑪照射量率明顯低于注水前伽瑪測(cè)井的伽瑪照射量率，而在非滲透性巖層中，注水前、后伽瑪測(cè)井的伽瑪照射量率幾乎未發(fā)生變化(圖1)，說(shuō)明伊犁盆地南緣施工的鉆孔中存在壓氡效應(yīng)，即鉆孔終孔測(cè)井所得的伽瑪照射量率小于鉆孔實(shí)際值。為確保鈾礦資源量估算結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，須獲取礦床的鐳氡平衡系數(shù)，以對(duì)終孔測(cè)井所得的伽馬照射量率值進(jìn)行修正。

圖1　2406-1水文孔鐳氡平衡破壞觀測(cè)示意

2.2鐳氡平衡系數(shù)獲取方法2.2.1伽瑪測(cè)井解譯結(jié)果與礦芯分析結(jié)果對(duì)比

伽瑪測(cè)井解譯結(jié)果與礦芯分析結(jié)果對(duì)比法[3](以下簡(jiǎn)稱(chēng)分析對(duì)比法)是通過(guò)對(duì)比分析樣品得到的鐳含量和伽瑪測(cè)井所得到的鐳含量的比值，礦段樣品選擇原則為：①樣品分布應(yīng)具有代表性；②礦段樣品的位置應(yīng)與伽瑪測(cè)井解譯礦段的位置相互對(duì)應(yīng)；③礦段礦芯片采取率≥85%；④礦體內(nèi)礦段邊緣w(Ra)≥0.01%。

2.2.2物探參數(shù)孔直接觀測(cè)

根據(jù)礦體形態(tài)、品位、厚度及礦層的滲透性，在礦體的不同地段和不同部位布設(shè)物探參數(shù)孔(分布均勻、代表性強(qiáng))，物探參數(shù)孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。物探參數(shù)孔施工完畢后，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間至少38d(氡氣的半衰期為3.825d，根據(jù)放射性平衡規(guī)律，10個(gè)半衰期趨于穩(wěn)定)。鐳氡平衡系數(shù)用物探參數(shù)孔狀態(tài)觀測(cè)曲線的擬合曲線測(cè)量時(shí)間t趨于0的極限值與趨于無(wú)窮大的極限值之比確定。

圖2　物探參數(shù)孔結(jié)構(gòu)示意

2.3鐳氡平衡系數(shù)確定方法分析對(duì)比

伊犁盆地南緣各鈾礦床累計(jì)采集鐳氡平衡樣品1 832件，代表287個(gè)樣段，共施工了26個(gè)物探參數(shù)孔，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：分析對(duì)比法所得的鐳氡平衡系數(shù)均值為0.89，變化系數(shù)為49.79%；物探參數(shù)孔直接觀測(cè)法所得的鐳氡平衡系數(shù)均值為0.85，變化系數(shù)為8.49%，可見(jiàn)分析對(duì)比法得出的各鈾礦床鐳氡平衡系數(shù)變化相對(duì)較大，而物探參數(shù)孔直接觀測(cè)法得出的各鈾礦床鐳氡平衡系數(shù)變化較小。

表1　伊犁盆地南緣各鈾礦床鐳氡平衡系數(shù)

2.4可靠性分析2.4.1分析對(duì)比法

分析對(duì)比法計(jì)算環(huán)節(jié)包括原始礦芯采集、礦芯取樣、礦樣分析、伽瑪測(cè)井等，最易引入誤差的環(huán)節(jié)為原始礦芯采集階段，由于采取率無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%，因此所取礦芯無(wú)法完全反應(yīng)地下原始礦芯情況，礦芯取樣時(shí)，技術(shù)人員由于工作能力存在差別，也會(huì)引入一定的系統(tǒng)誤差。本研究以伊犁盆地南緣蒙其古爾鈾礦床的2個(gè)典型鉆孔進(jìn)行分析。由圖3、圖4可知：P4735、P5516鉆孔的鐳氡放射性平衡系數(shù)實(shí)測(cè)值均為0.79，而伽瑪解譯與礦芯分析結(jié)果對(duì)比值則為1.505，0.955；P4735鉆孔的伽瑪解譯結(jié)果w(Ra)最高0.27%，峰值形態(tài)呈雙峰，而分析結(jié)果w(Ra)最高僅0.11%，形態(tài)為單峰；P5516鉆孔的伽瑪解譯結(jié)果w(Ra)最高達(dá)0.90%，峰值形態(tài)呈三峰，而分析結(jié)果w(Ra)最高僅0.34%，形態(tài)為三峰，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能為：①高含量礦段較薄，巖芯未能完整采集；②樣品未能及時(shí)采集，高品位礦段鈾被淋濾流失；③采樣長(zhǎng)度不合理，高品位礦段被貧化。

2.4.2物探參數(shù)孔直接觀測(cè)法

采用物探參數(shù)孔直接觀測(cè)法對(duì)鉆孔中的原始地層進(jìn)行直接觀測(cè)時(shí)，測(cè)量過(guò)程中應(yīng)使用同一儀器，要求重復(fù)測(cè)量誤差不大于5%，且觀測(cè)條件為原地實(shí)際狀態(tài)，但該方法需專(zhuān)門(mén)施工物探參數(shù)孔進(jìn)行觀測(cè)，成本較高。

3　討　論

(1)水文孔觀測(cè)和參數(shù)孔測(cè)量顯示伊犁盆地南緣各鈾礦床存在明顯的鐳氡平衡破壞現(xiàn)象，為準(zhǔn)確估算鈾礦資源量，在鈾礦勘查過(guò)程中應(yīng)注意鐳氡平衡的研究。

(2)物探參數(shù)孔直接觀測(cè)結(jié)果較之分析對(duì)比法

圖3　P4735鉆孔伽瑪解譯結(jié)果與礦芯分析結(jié)果(Ra含量)對(duì)比

更為可靠，建議參數(shù)孔數(shù)量代表性達(dá)到要求時(shí)，采用參數(shù)孔直接觀測(cè)的結(jié)果作為鐳氡平衡系數(shù)修正的依據(jù)。

(3)樣品采集前應(yīng)系統(tǒng)對(duì)比測(cè)井與物探編錄資料，合理設(shè)計(jì)樣品，不拘泥于相關(guān)規(guī)范對(duì)礦芯采取率的要求，而應(yīng)明確實(shí)際礦段礦芯采集是否完整，位置擺放是否正確，對(duì)于無(wú)法確定的礦段切勿采集樣品。

(4)對(duì)參數(shù)樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)應(yīng)對(duì)單礦段分析結(jié)果與伽瑪測(cè)井解譯結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)樣品進(jìn)行嚴(yán)格篩選，確保樣品具有代表性。

圖4　P5516鉆孔伽瑪解譯結(jié)果與礦芯分析結(jié)果(Ra含量)對(duì)比

[1]李進(jìn)學(xué)，李錦，闞小波，等.地浸砂巖型鈾礦鐳-氡放射性平衡對(duì)伽瑪測(cè)井解釋結(jié)果的影響研究[J].山西地質(zhì)，2010(2)：3-4.

[2]鄧小衛(wèi)，李季安，馮志杰，等.可地浸砂巖型鈾礦儲(chǔ)量計(jì)算中的鐳-氡放射性平衡系數(shù)研究[J].鈾礦地質(zhì)，2003(6)：2-3.

[3]張磊，邱余波，王福東，等.蒙其古爾鈾礦床三工河組砂體特征與鈾成礦的關(guān)系[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(2)：88-92.

[4]陳虹，張占峰.蒙其古爾鈾礦床泥質(zhì)類(lèi)巖石在鈾成礦過(guò)程中的作用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(2)：91-92.

[5]邱余波，伊海生，羅星剛，等.紅海溝鈾礦床頭屯河組巖相特征及對(duì)鈾成礦的控制[J].金屬礦山，2015(1)：90-93.

2016-03-11)

*國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目(編號(hào)：U1403292)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基金項(xiàng)目(編號(hào)：12120114007601)。

徐平(1981—)，男，工程師，830011 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市北京南路467號(hào)。