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        湖山鈾礦床伽馬測井中釷修正方法研究

        2021-05-22 00:55:24陳寧秦超飛郝金龍鄧洪澤
        鈾礦地質(zhì) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:湖山鈾礦床伽馬

        陳寧,秦超飛,郝金龍,鄧洪澤

        (中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司,北京 100029)

        湖山鈾礦床(Husab Deposit)位于非洲南部納米比亞共和國埃龍戈省納米布沙漠地區(qū),距離海濱城市Swakopmund 約65 km,是近十年來全球范圍內(nèi)鈾資源領(lǐng)域找礦的重大發(fā)現(xiàn)[1]。湖山鈾礦床地處達(dá)馬拉(Damara)造山帶,位于北部的剛果(Congo)克拉通和南部的卡拉哈里(Kalahari)克拉通之間[1-3]。礦區(qū)內(nèi)地層以前寒武系到下古生界為主,上覆第四系。礦區(qū)內(nèi)主要出露晚寒武紀(jì)變質(zhì)巖和酸性侵入巖,鈾礦化主要賦存在羅辛組內(nèi),在上覆楚斯組底部和下伏可汗組頂部也有少量分布。含礦巖性主要由白崗巖和偉晶巖組成,其次為含透輝石鈣質(zhì)硅酸鹽和黑云母片巖。

        該礦床地質(zhì)勘探工作始于2007 年,結(jié)束于2011 年底,共投入鉆探工作量50 余萬米??碧狡陂g,鉆探工作主要采用金剛石鉆(DD)和空氣反循環(huán)巖粉鉆(RC),并利用巖心(巖粉)化學(xué)分析的方法確定巖礦石鈾品位。2012 年轉(zhuǎn)入礦山開發(fā)階段,為了提高工作效率和降低成本,采用爆破孔伽馬測井方法取代樣品化學(xué)分析方法確定巖礦石鈾品位,因此消除釷元素對伽馬測井的影響是保證鈾品位測定準(zhǔn)確性的前提,是礦山開采的重要一環(huán)。

        湖山鈾礦床釷含量與鈾品位呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系,并且釷鈾比與鈾品位的關(guān)系較為密切[4-9]。湖山鈾礦在勘探時(shí)期,受限于巖粉鉆的特點(diǎn),未很好的區(qū)分巖性地層,因此難以對不同巖性或不同地層的釷及釷鈾比進(jìn)行研究,因此本文僅研究釷、釷鈾比與鈾含量之間的關(guān)系,從而得出測井的釷修正方法。

        1 樣品統(tǒng)計(jì)方法

        用于釷鈾比分析統(tǒng)計(jì)的樣品數(shù)據(jù)來自歷史勘探時(shí)期取樣和采坑1、采坑2 的補(bǔ)充勘探樣品數(shù)據(jù),其中包括巖心樣品和巖粉樣品。樣品選取原則:

        A.統(tǒng)計(jì)樣品的鈾含量(金屬)>10×10-6;

        B.釷含量>0;

        C.樣品釷鈾比滿足不大于均值+1.96 倍的均方差(即95%的可信度)。

        滿足條件A、B、C 的樣品數(shù)見表1。

        表1 湖山鈾礦床采坑1 和采坑2 樣品統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of samples from pit 1 and pit 2 of Husab Deposit

        釷鈾比規(guī)律統(tǒng)計(jì)方法為,對所有滿足要求的樣品按鈾品級(jí)進(jìn)行分組,分別計(jì)算出每組的加權(quán)鈾含量、加權(quán)釷含量和釷鈾比,然后進(jìn)行擬合[10-15],其中加權(quán)鈾含量和加權(quán)釷含量均以樣品長度加權(quán)。

        例如加權(quán)鈾含量計(jì)算公式為:

        其中,QUi―樣品鈾含量,10-6;hi―樣品長度,m。

        2 釷分布規(guī)律

        根據(jù)樣品選取原則,對樣品鈾含量按照如下表進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì),分別得到采坑1、采坑2 的鈾、釷含量(表2、表3),并計(jì)算每組的平均釷鈾比,其中eU3O8的計(jì)算公式見公式(2)。

        利用表2、表3 中的鈾含量和釷鈾比,進(jìn)行趨勢分析并擬合,得如下結(jié)果:

        采坑1 釷鈾比與鈾含量關(guān)系為QTh/QU=4.6963×QU-0.4714,相關(guān)系數(shù)R=0.9892;

        采坑2 釷鈾比與鈾含量關(guān)系為QTh/QU=3.8486×QU-0.4454,相關(guān)系數(shù)R=0.9884;

        其中QTh為樣品釷含量、QU為樣品鈾含量。

        由此可得出湖山鈾礦采坑1 和采坑2 的釷鈾比與鈾含量呈現(xiàn)負(fù)冪指數(shù)關(guān)系,并且呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性,如圖1 和圖2 所示。

        3 測井釷修正方法

        根據(jù)圖2、圖3 得到的是鈾品位和釷鈾比之間的關(guān)系,是表征鈾礦床本身的特性[11],但在實(shí)際測井修正中,需得到當(dāng)量鈾(eU)與釷鈾比之間的關(guān)系才能進(jìn)行直接修正[4]。

        表2 采坑1 化學(xué)分析樣品鈾含量及釷鈾比分組統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

        表3 采坑2 化學(xué)分析樣品鈾含量釷鈾比分組統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

        圖1 采坑1 釷鈾比與金屬鈾品位擬合曲線Fig.1 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 1

        圖2 采坑2 釷鈾比與金屬鈾品位擬合曲線Fig.2 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 2

        在湖山鈾礦床的勘探及開采中,使用U3O8作為計(jì)量物,因此在表2 和表3 中,根據(jù)礦山現(xiàn)有測井儀器的釷鈾當(dāng)量系數(shù)0.396,計(jì)算出各分組鈾含量對應(yīng)的當(dāng)量U3O8含量(eU3O8),再由當(dāng)量U3O8與釷鈾比進(jìn)行擬合,得到當(dāng)量U3O8與釷鈾比的關(guān)系式用于測井修正[14]。

        由樣品鈾計(jì)算當(dāng)量鈾公式為:

        其中,QeU為當(dāng)量鈾含量,10-6;QU為樣品鈾含量,10-6;QTh為樣品釷含量,10-6;0.396 為儀器釷鈾當(dāng)量系數(shù)。

        eU3O8與當(dāng)量鈾之間關(guān)系為:

        根據(jù)表2、表3 中釷鈾比與eU3O8,進(jìn)行趨勢擬合得出如下結(jié)果(圖3、圖4):

        采坑1 釷鈾比與eU3O8關(guān)系為QTh/QU=6.5171×QeU3O8-0.5013,相關(guān)系數(shù)R=0.9865;

        采坑2 釷鈾比與eU3O8關(guān)系為QTh/QU=5.1328×QeU3O8-0.4707,相關(guān)系數(shù)R=0.9845;

        其中QTh為樣品釷含量、QU為樣品鈾含量、QeU3O8為當(dāng)量鈾含量的U3O8表達(dá)形式。

        測井修正時(shí),采用如下公式[9]:

        圖3 采坑1 釷鈾比與eU3O8擬合關(guān)系曲線Fig.3 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 1

        圖4 采坑2 釷鈾比與eU3O8擬合關(guān)系曲線Fig.4 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 2

        圖5 湖山鈾礦床某爆破孔伽馬測井釷修正前后對比圖Fig.5 The uranium before and after thorium correction of gamma logging of a blast hole

        式 中:Qu3O8、QeU3O8、Qth、Q′u—分別為修正后的鈾含量、γ 測井的當(dāng)量鈾含量和樣品分析釷含量、鈾含量的數(shù)值;Kth為儀器的釷鈾當(dāng)量系數(shù),其含義為單位含量釷(系)元素的放射性計(jì)數(shù)與單位含量鈾(系)引起放射性計(jì)數(shù)的比值,與具體的儀器相關(guān),該系數(shù)是儀器在石家莊航測遙感中心標(biāo)定時(shí)得到。

        根據(jù)以上得出的修正公式,對爆破孔測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋,圖5 為進(jìn)行釷修正前后鈾品位結(jié)果曲線,由圖可看出,修正后鈾品位有明顯的降低,降低部分即為釷干擾所引起。

        4 結(jié)論

        1)對于鈾釷混合型礦床或釷含量較高的鈾礦床,在明確釷或釷鈾比分布規(guī)律的情況下,伽馬測井方法依然有效;

        2)湖山鈾礦釷元素分布與鈾品位密切相關(guān),釷鈾比與鈾含量呈現(xiàn)負(fù)冪指數(shù)關(guān)系;兩個(gè)采坑的釷鈾比與鈾品位的關(guān)系略有不同但總體差異不大,可統(tǒng)一進(jìn)行修正。根據(jù)伽馬測井儀器的釷鈾當(dāng)量系數(shù)可得出釷鈾比與當(dāng)量鈾之間的關(guān)系,從而直接在測井解釋時(shí)進(jìn)行修正;

        3)通過釷干擾修正方法的實(shí)施,湖山鈾礦伽馬測井結(jié)果剔除了釷的影響,使伽馬測井確定鈾品位準(zhǔn)確性大幅提高。

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