新疆伊犁盆地南緣鈾礦床鐳氡平衡系數確定方法*

2016-09-26 02:09:26邱余波李成虎

現代礦業 2016年5期

徐　平　邱余波　李成虎　張　利

(核工業二一六大隊)

徐平邱余波李成虎張利

(核工業二一六大隊)

鐳氡平衡系數是可地浸砂巖型鈾礦資源量估算的重要參數之一，能否準確得出礦床的鐳氡平衡系數關乎鈾礦床資源儲量估算結果的準確性。以新疆伊犁盆地南緣鈾礦床為例，對2種鐳氡平衡系數確定方法進行了對比分析，認為通過物探參數孔直接觀測法確定的鐳氡平衡系數更為準確可靠。在此基礎上討論了伽瑪測井解譯結果與礦芯分析結果對比法在計算鐳氡平衡系數時需注意的問題，為區內后續鈾礦勘查工作提供參考。

伊犁盆地鈾礦床鐳氡平衡系數伽瑪測井鈾礦勘查

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]。在鉆進過程中，當井液泥漿壓力大于含礦段含水層的壓力時，井液泥漿進入鈾礦層巖石孔隙，使得層間水及溶解于其中的氡氣一并被擠壓而離開孔壁(壓氡效應)[2]，破壞了鐳氡之間的放射性平衡，導致終孔后伽瑪測井照射量率低于正常狀態時的數值。在鉆進過程中，泥漿滲入井壁周圍的一定范圍內，往往在井壁形成了1層較厚的泥漿餅，對伽瑪射線有一定的屏蔽作用，使得計算出的鈾含量偏低。為使基于伽瑪測井解譯結果計算出的鈾含量及鈾礦資源儲量準確可靠，有必要對鐳氡平衡系數進行修正。

1　研究區概況

伊犁盆地在大地構造單元劃分上歸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，總體上屬于準噶爾—哈薩克斯坦板塊。伊犁盆地具有多層復合基底，可分為前震旦紀結晶基底、震旦紀—寒武紀初始蓋層基底和古生界褶皺基底。盆地蓋層自下而上發育有三疊系、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—下侏羅統水西溝群和中—上侏羅統艾維爾溝群。鈾礦床主要產于中—下侏羅統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。按含礦主巖類型可劃分為砂巖型、煤巖型和泥巖型3類。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產出。己知的工業礦帶主要發育于水西溝群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發現工業礦帶，小泉溝群暫未發現工業礦化。調查區鈾礦化具有近源產出的特點，大致呈EW向帶狀展布，經多年找礦勘查工作，已發展成為由蒙其古爾、扎吉斯坦、烏庫爾其、庫捷爾太、洪海溝等5個砂巖型鈾礦床組成的東西長60km的鈾礦田，據調查區構造和鈾礦化產出特征，可分為東部和西部2個鈾成礦單元[3-5]。

2　鐳氡平衡系數

2.1鐳氡平衡破壞現象檢查

在伊犁盆地南緣對2406-1、2406-2 兩個水文孔進行了注水試驗，該2個孔在含礦含水層部位放置了過濾器，且在1個月內未進行過任何試驗工作，鐳氡處于平衡飽和狀態。試驗方法：注水前首先進行第1次伽瑪測井，然后立即注水，總注水量6m3，注水時間為4h。注水結束后繼續進行第2次伽瑪測井，發現在滲透性巖層中，注水后的伽瑪測井的伽瑪照射量率明顯低于注水前伽瑪測井的伽瑪照射量率，而在非滲透性巖層中，注水前、后伽瑪測井的伽瑪照射量率幾乎未發生變化(圖1)，說明伊犁盆地南緣施工的鉆孔中存在壓氡效應，即鉆孔終孔測井所得的伽瑪照射量率小于鉆孔實際值。為確保鈾礦資源量估算結果的準確可靠，須獲取礦床的鐳氡平衡系數，以對終孔測井所得的伽馬照射量率值進行修正。

圖1　2406-1水文孔鐳氡平衡破壞觀測示意

2.2鐳氡平衡系數獲取方法2.2.1伽瑪測井解譯結果與礦芯分析結果對比

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

2.2.2物探參數孔直接觀測

根據礦體形態、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物探參數孔(分布均勻、代表性強)，物探參數孔結構如圖2所示。物探參數孔施工完畢后，對其進行長期觀測，觀測時間至少38d(氡氣的半衰期為3.825d，根據放射性平衡規律，10個半衰期趨于穩定)。鐳氡平衡系數用物探參數孔狀態觀測曲線的擬合曲線測量時間t趨于0的極限值與趨于無窮大的極限值之比確定。

圖2　物探參數孔結構示意

2.3鐳氡平衡系數確定方法分析對比

伊犁盆地南緣各鈾礦床累計采集鐳氡平衡樣品1 832件，代表287個樣段，共施工了26個物探參數孔，計算結果見表1。由表1可知：分析對比法所得的鐳氡平衡系數均值為0.89，變化系數為49.79%；物探參數孔直接觀測法所得的鐳氡平衡系數均值為0.85，變化系數為8.49%，可見分析對比法得出的各鈾礦床鐳氡平衡系數變化相對較大，而物探參數孔直接觀測法得出的各鈾礦床鐳氡平衡系數變化較小。

表1　伊犁盆地南緣各鈾礦床鐳氡平衡系數

2.4可靠性分析2.4.1分析對比法

分析對比法計算環節包括原始礦芯采集、礦芯取樣、礦樣分析、伽瑪測井等，最易引入誤差的環節為原始礦芯采集階段，由于采取率無法實現100%，因此所取礦芯無法完全反應地下原始礦芯情況，礦芯取樣時，技術人員由于工作能力存在差別，也會引入一定的系統誤差。本研究以伊犁盆地南緣蒙其古爾鈾礦床的2個典型鉆孔進行分析。由圖3、圖4可知：P4735、P5516鉆孔的鐳氡放射性平衡系數實測值均為0.79，而伽瑪解譯與礦芯分析結果對比值則為1.505，0.955；P4735鉆孔的伽瑪解譯結果w(Ra)最高0.27%，峰值形態呈雙峰，而分析結果w(Ra)最高僅0.11%，形態為單峰；P5516鉆孔的伽瑪解譯結果w(Ra)最高達0.90%，峰值形態呈三峰，而分析結果w(Ra)最高僅0.34%，形態為三峰，產生該現象的原因可能為：①高含量礦段較薄，巖芯未能完整采集；②樣品未能及時采集，高品位礦段鈾被淋濾流失；③采樣長度不合理，高品位礦段被貧化。

2.4.2物探參數孔直接觀測法

采用物探參數孔直接觀測法對鉆孔中的原始地層進行直接觀測時，測量過程中應使用同一儀器，要求重復測量誤差不大于5%，且觀測條件為原地實際狀態，但該方法需專門施工物探參數孔進行觀測，成本較高。