乌库尔齐铀矿床镭-氡放射性平衡系数计算及讨论

罗　义

乌库尔齐铀矿床镭-氡放射性平衡系数计算及讨论

罗义

（四川省核工业地质调查院，成都 610061）

从分析镭-氡放射性平衡破坏的原因出发，以新疆乌库尔齐可地浸砂岩型铀矿床为例，探讨了镭-氡放射性平衡系数的计算方法，并对不同的计算方法进行了讨论。该系数的取得，为乌库尔齐铀矿床测井数据的修正、矿体边界的划分、铀矿资源量的计算提供了科学依据。

铀矿床；砂岩型；镭-氡放射性平衡系数；乌库尔齐

铀矿勘查过程中，伽玛测井是铀矿勘查的重要手段。通过伽玛测井，可确定矿体的空间位置、品位及厚度等［1］。影响伽玛测井解释结果的因素较多，需要通过各种参数修正才能得到准确的储量估算，在可地浸砂岩型铀矿中，镭-氡放射性平衡系数就是其中较为重要的修正参数之一［2］。在可地浸砂岩型铀矿钻探勘查过程中，由于隔水层揭穿，加之钻进过程中井液泥浆的循环，压力使围岩和含矿层均出现了井液侵入带，井液的侵入和气体扩散作用使得铀矿化层的含铀含矿水出现了局部的镭-氡放射性不平衡现象，使得矿层原有的镭-氡放射性平衡遭到破坏，其结果导致终孔测井的伽玛照射量率降低，从而不能客观的评价铀矿层的厚度和品位。现以新疆伊犁盆地乌库尔齐铀矿床的镭-氡放射性平衡系数计算为例，简要介绍其理论、计算方法，进行不同方法对比。

1　压氡现象对伽玛测井解释的影响

伽玛测井是利用放射性探测仪器在钻孔内测量来自岩矿石中放射性物质衰变过程中产生的伽玛照射量率来反演铀矿化品位和厚度的物探方法。放射性物质在衰变过程中，同时伴随着α、β和 γ射线的产生。γ射线的穿透能力较强（与α和β射线相比），在铀系中γ射线主要与RaA（218PO）、RaB（214Pb）及RaC（214Bi）有关，当纯铀与UX1和UX2+UZ 达到放射性平衡时，纯铀所放出的γ射线仅为铀-镭放射性系列γ射线能量的1.5%。在放射性系列中，铀系列的铀-镭-氡处于放射性平衡时，伽玛测井结果能准确反映出矿层铀含量的高低。伽玛测井时测量的γ射线大多数能量来自铀系氡（222Rn）的短寿子体218PO（RaA）、214Pb（RaB）、214Bi （RaC），包括226Ra在内铀系列的长寿子体对伽玛测井影响非常小，因此226Ra与222Rn 的放射性不平衡时，对测井结果影响很大。222Rn 是一种单原子气体，能溶于水和有机溶剂中，能被强烈的吸附于各种活性物质的表面，特别是煤和硅胶。氡从镭盐中的释放取决于其物理特性，因此温度、压力等变化非常容易造成氡的迁移或者镭-氡放射性平衡的破坏［3］。

地浸砂岩型铀矿钻探勘查过程中，由于循环井液泥浆压力大于含矿段含水层的压力，井液泥浆将会侵入铀矿层岩石孔隙，使得层间水及溶解于其中的氡（222Rn）一起被挤压而离开孔壁，这一过程被称为压氡现象。压氡现象的存在破坏了镭-氡之间的放射性平衡，导致伽玛测井结果偏低。同时，钻进过程中，泥浆侵入井壁周围一定范围，也会在井壁形成一层厚厚的泥浆饼，都会对伽玛射线有一定的屏蔽吸收作用，会使伽玛测井照射量率数值偏低。

影响镭-氡放射性平衡系数变化的主要原因是氡的迁移或屏蔽作用。氡在砂体中随含铀水一起迁移，或者沿断裂带、裂隙带析出后出现局部增高。氡通过扩散和对流的途径伴随气流和水流进行迁移，在有利的条件下，对流迁移是氡迁移的最主要方式。虽然影响镭-氡放射性平衡系数变化的因素较多，但镭-氡饱和后的放射性平衡系数主要与沉积地质环境、矿石铀含量、砂体的滲透性和钻探方法等因素有关。由于钻探过程中井液的循环及砂体中含铀含氧水的运动，矿层中的镭和氡的累积或迁移都会造成镭-氡放射性平衡的破坏，而氡（222Rn）又是镭（226Ra）的次级衰变产物，氡是一种放射性气体，很容易随着钻探贯穿矿层或井液循环而流失，因此含矿钻孔中的铀-镭-氡总是处于动态平衡状态，其平衡很容易受到了破坏，这种破坏会使实测的γ射线强度与平衡铀系所应有的射线强度之间产生差别。因此在进行铀矿伽玛测井时研究评价镭-氡放射性平衡是非常重要的。

2　镭-氡平衡系数的测定

2.1物探参数孔成井工艺及流程

进行镭-氡放射性平衡系数研究的物探参数孔必须设计在工业矿块段，并且保证成井钻孔内有工业铀矿层，工作流程如下［4］:

钻探施工设计-布孔钻探（取芯、地质编录、物探编录）-完井（成井）-换浆冲孔-伽玛测井、综合测井-扩孔-下套管对顶板封井止水-检查顶板止水质量-清水冲孔-孔底封井止水-伽玛观察测井（连续观测30天）。

图1　ZK41779物探参数孔观测曲线图

乌库尔齐铀矿床的物探参数孔依据设计开孔后，目的层钻探孔径110mm，孔径与其它勘探孔大小一致，取芯率不小于85% ，钻探过程中经过岩心地质编录、物探编录和水文编录，完钻后经过伽玛测井和综合测井确定了铀异常或矿化层的位置、品位及含矿含水层的顶、底板厚度和位置，为进一步扩孔、止水器设计制作、套管下放及含矿层顶底板封井止水提供了可靠的数据资料。

图2　ZK35725-1物探参数孔观测曲线图

2.2测井观测及计算方法

第二，加大投入力度。按照公共财政要求，加大对水利基础设施建设的投入，确保当年本级财政可用财力的2%~4%用于水利建设。继续收足用好防洪保安资金、水利建设基金、水资源费和南水北调基金，认真落实城市建设维护税15%用于城市防洪建设、土地出让金纯收益15%用于农业土地开发和水利建设的政策，保证配套资金及时足额到位。积极运用市场机制，广泛吸纳社会资金，逐步建立多元化水利投入新机制。

镭-氡放射性平衡系数的测定采用连续伽玛观察测井来完成。这次野外工作使用的FD-3019伽玛测井仪配合TYSC-3Q数字综合测井仪进行连续伽玛测井。测井时电动绞车提升电缆和探管，深度由光电码盘自动提供给中央处理器，计算机专用数据采集软件在电缆提升时以0.05m的点距连续自动采集数据并存盘，自动化程度高，人为影响因素少。

依据规范［5］每个物探参数孔伽玛观察测井时间需要30天以上，前4天每8小时测井一次，后5～7天每天测井一次，之后每2～3天测井1次，直到氡气饱和后，测井结果相对不变化为止。根据下套管前的γ测井结果，区分出延伸到围岩的并处于渗透性岩石中的铀矿段，计算出矿段内的各测点γ照射量率的和（ΣI0），在该界限内根据状态观测结果计算铀矿段内各测点γ照射量率（已经铁套管和冲洗液吸收修正）的和（ΣIi），以γ照射量率I为纵坐标，以时间t为横坐标作出I-t关系图，假定ΣI0=A，t=O，然后把各点用平滑曲线连接起来得到一条曲线，该图称之为压氡状态观测曲线图。在渗透性铀矿段中若存在着氡压缩效应的现象，则可公式（1）计算出镭─氡放射性平衡系数修正值PRn［2］。

PRn=ΣIO/ΣIi……………（1）

（1）式中：PRn-镭-氡放射性平衡系数；ΣIO-压氡状态观测曲线始端的γ照射量率测量值，nC/（kg·h）；ΣIi-压氡状态观测曲线尾端的γ照射量率测量值，nC/（kg·h）。

图3　ZK44965-1物探参数孔观测曲线图

3　镭-氡放射性平衡系数的确定

3.1物探参数孔测量及计算镭-氡放射性平衡系数结果

乌库尔齐铀矿床共施工了ZK41779、ZK35725-1和ZK46965-1共3个物探参数孔。参数孔的设计和观测方法如规范［5］。压氡状态观测曲线分别如图1、图2、图3所示。

从图1～3中看出氡在钻孔中的积累现象显示明显。利用式（1）计算出ZK41779孔的镭-氡放射性平衡系数为0.742；ZK35725-1孔为0.861；ZK46965-1孔为0.884。3个孔的镭-氡放射性平衡系数平均值为0.829。由于岩石粒度、孔隙度等差异，三个钻孔观测曲线形态不尽一致，但增长趋势还是十分明显的，证明了钻探过程中，镭氡放射性平衡破坏现象的存在。

本区所施工的物探参数孔充分证实了在钻进过程中镭-氡放射性平衡遭到了破坏，定量确定镭-氡放射性平衡破坏修正值则采用岩矿心分析结果与伽玛测井解释结果对比的方法［6］。具体计算方法是：选用对应矿段上伽玛测井解释的镭线储量与化学分析镭线储量加权值之比，求出单样段镭-氡放射性平衡系数，然后再用化学分析镭线储量加权平均法按（3）式计算出全区总的镭-氡放射性平衡系数。确定修正值样品选择原则为：①采用储量计算块段内的样品；②矿段内铀含量≥0.01%；③样品矿段位置应与γ测井解释矿段位置相互对应；④剔除不合格矿段数量不应大于符合以上条件矿段总数的5%；⑤矿心采取率≥85%。［7］单矿段镭-氡放射性平衡系数计算公式为［6］：

（2）式中：PRni─单矿段镭─氡放射性平衡系数；H2i·R2ai─单矿段γ测井解释的镭线储量，m·%；H1i·R1ai ─单矿段矿心样品分析的镭线储量，m·%。在计算时应注意的几点：①此处的伽玛测井解释结果是指经湿度修正后的镭的含量，如果伽玛测井解释结果没经湿度修正，则应对分析结果进行湿度修正，以保证对比双方条件一致；②此处的矿段采取率是根据样品分析结果，铀含量大于0.01%的矿段的实际采取率，对于采取率不够100%的，应将分析结果修正为100%。

全区总的镭-氡放射性平衡系数计算公式为：

（3）式中： PRn─矿床总镭─氡放射性平衡系数；其余参数如公式（2）中参数。

乌库尔齐铀矿区镭-氡平衡系数计算表

表中经过（3）式计算出镭-氡放射性平衡系数为0.843。矿心取样总长度69.4m，远大于规范要求的20m。伽玛测井解释结果与矿心取样分析结果的米百分数相对误差为2.83%，小于规范［5］5%的要求。因此，认为该区镭-氡放射性平衡系数的确定方法是合理的，修正系数值是客观的、准确的。

3.3两种计算镭-氡放射性平衡系数结果对比

从上面两种方法计算出的镭-氡放射性平衡系数的相对误差为1.69%，小于10%的规范［6］要求。

4　镭-氡放射性平衡系数计算方法的讨论

本文用了两种计算镭-氡放射性平衡系数的方法。方法1：利用物探参数孔和γ测井结果计算；方法2：利用伽玛测井资料与岩矿心分析结果对比计算。虽然两种方法计算的结果都可以在资源量计算中使用，但采用方法1的物探参数孔施工工期和观测周期比较长，但是方法1计算结果比方法2要科学、合理的多。

首先，通过方法1计算的镭-氡放射性平衡系数比方法2得出的结果误差小，方法2从钻探过程中的深度测量误差到样品深度调整误差及分析误差等误差累加较大，且这些误差是不可避免的。其次通过方法1计算的镭-氡放射性平衡系数比方法2得出的结果受人为因素影响小，方法2得出的结果受人为的岩心颠倒、矿心拉长、采取率计算等人为因素的影响。而方法1计算的镭-氡放射性平衡系数从终孔测井（生产）到状态观测采用同一台γ测井仪，消除了仪器的系统误差，同时在测量过程中最大程度地保持了矿层的原始状态，不受测量条件变化的影响。最后，还有采取率的问题，尽管相应规范［5］要求，方法2中矿段采取率不低于85%，但没有采上来的矿心有可能是铀含量高的矿样，也可能是铀含量低的矿样，对此，一般在计算过程中采用对采取率修正的办法，但无论怎样修正，必然存在用高品位结果代替低品位（未采上来的为低品位）或者用低品位代替高品位的情况，而方法1前后观测数据连续、客观地记录了矿段中放射性照射量率的变化情况。由于以上原因，方法2所采用的数据可信度比方法1采用的数据低的多。从前述的计算结果也可以看出，虽然两种方法求得的乌库尔齐铀矿床的镭-氡放射性平衡系数误差只有1.69%，但通过方法2得出的乌库尔齐铀矿床39个单矿段的镭-氡放射性平衡系数变化范围为0.33～1.11，最大值约是最小值的3.4倍，最小值与最大值的相对误差达70.27%；而方法1得出的3个镭-氡放射性平衡系数变化范围为0.742～0.884，最小值与最大值的相对误差只有16.06%。我们知道，在砂岩型铀矿存在井液的钻进中，镭-氡放射性平衡系数最大为1（没有任何压氡效应，这在可渗透性砂岩中几乎是不可能的），但方法2计算的结果大于1的矿段却有8段，占全部组合样段的20.51%。

尽管规范［5］规定，在没有物探参数孔或物探参数孔数量小于相应规定的情况下，通过方法2可以得出该区的镭-氡放射性平衡系数，并且当其计算结果小于0.9时，应对γ测井资料解释进行修正。但鉴于以上的讨论和实践，笔者认为通过方法2得出的镭-氡放射性平衡系数受人为因素、采取率等因素影响较大，可信度较低。在条件允许的情况下，利用方法1求得镭-氡放射性平衡系数是较为科学的。

［1］ EJ/T 611-2005伽玛测井规范［S］.2005

［2］ EJ/T 1214-2006 地浸砂岩型铀矿资源/储量估算指南［S］.2007

［3］ 鲁挑建，姜启明. 放射性地球物理勘查M］.哈尔滨工程大学出版社，2009，7

［4］ EJ/T 1052-1997 放射性矿产资源钻探规程［S］.1997

［5］ EJ/T 1230-2008地浸砂岩型铀矿镭氡平衡系数测量规程［S］.2008

［6］ EJ/T 1030-1996铀矿射气系数测定规范［S］.1997

［7］ EJ/T 1158-2002地浸砂岩型铀矿取样规范［S］.2003

Calculation of Radium-Radon Radioactive Equilibrium Coefficient of the Wukuerqi in-situ Leaching Sandstone-Type Uranium Deposit

LUO Yi
（Sichuan Institute of Uranium Geology， Chengdu 610061）

This paper makes an approach to calculation methodology of radium-radon radioactive equilibrium coefficient of the Wukuerqi in-situ leaching sandstone-type uranium deposits in Xinjiang. The resultant parameters provide scientific base for correction of radioactivity logging， determination of cut-off grade and resources/reserves estimation.

in-situ leaching sandstone-type uranium deposit； Ra-Rn radioactive equilibrium coefficient；calculation； Wukuerqi

P619.14；P631.6

A

1006-0995（2015）04-0562-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.019

2015-01-14

罗义（1981-），男，四川成都人，工程师，从事放射性地球物理勘探