青海省侏罗纪和石炭纪铀矿资源聚集类型与评价方法研究

徐 宁，刁俊魏，赵 平，倪晴晖

(青海煤炭地质勘查院，西宁 810001)

0 引言

青海省煤炭勘查系统的放射性铀矿(以下简称铀矿)勘查始于20世纪50年代中期，当时称“顺便普查”，每个勘探队都配有专职技术人员和专用探测仪器。当时的主要地质任务是对探煤钻孔中采集的岩心进行综合γ强度地面检查与编录，但因当时的铀矿地质基础理论尚不成熟，仪器精度低与相关技术水平不匹配，多年多孔的岩心检查，没有取得有工业价值的地质成果。自煤炭地球物理测井核测井技术的引进实施和资料综合解释技术水平的不断提高，逐渐取代了这个专业。为适应青海省国民经济高速发展的需要，从1965年开始从东北调入二个专业队伍开始较大规模的煤炭地质勘探，先后在柴达木盆地北缘、大通河流域、南祁连等青海省主要聚煤区投入较大的工程量对多个井田进行了不同阶段的煤炭资源勘查工作。但对探煤钻井中所揭露的各个地质时代地层中，特别是与侏罗纪、石炭纪含煤岩系伴生的各种有益矿产重视不够，研究程度低，对铀矿资源潜力未做评估。

从2003年开始，随着青海省找矿突破战略的实施，政府地勘基金陆续投入进行了多项煤炭地质勘查项目，通过对各个井田很多钻孔中实测物性参数，尤其是自然γ曲线综合分析，在中侏罗纪含煤地层中发现有同期聚集的，不同强度的放射性异常层，个别孔见有不同工业品位的放射性异常23层，每平方米铀(含量)最高的达1.359kg/m2，有的井田控制程度达到煤炭勘探(勘探级)控制面积2～3km2，并在其临近周边地面γ能谱检测发现了较长的铀异常带铀含量一般为50×10-6～500×10-6，最低值均高于国家规定的富铀岩体(铀含量大于8×10-6)标准下线约9倍以上，另外在北祁连及热水地区柴达尔井田也相继发现铀异常点(带)。我省的铀矿资源经过多年勘查主要成矿带的大部分近地表浅层的铀矿异常段分布情况已基本查清，已知工业品位矿点已被揭露和控制，促使铀矿勘查必须向深部隐伏盲矿体延伸，然而因深部找铀矿理论目前还处于逐步严谨完善阶段，深部布孔探矿还存在着投入资金大、风险高等弊端。探煤钻孔中深部铀矿异常的发现突破了单矿种勘查老模式，形成了多元勘查新模式，催生了煤铀兼探等新的勘查方法，它的出现较为有效的解决了多年来深部铀矿勘查受制于风险因素控制而进展缓慢、实现一次性投入探明多个矿种，技术经济合理有效。通过基础地质、铀矿地质、井中(地面)物探、样品采集化验测试等多维度放射性铀矿系列综合研究，预期形成一套符合国家及相关部委级规程(规范)要求，操作性强，含煤层系铀矿资源潜力评价模式。

1 理论基础及聚集类型

侏罗纪、石炭纪含煤岩系上部赋存的放射性元素均为次生的，它主要来源于热液型火成岩，其中以酸性火成岩为最多，如花岗岩、流纹岩及富含二氧化硅岩体火山岩。它含地壳中大部分的铀、钍、钾元素，其中铀具有不稳定和变价性，总以化合状态存在。基性和超基性火山岩的含量则较少，它们是含放射性元素的原生矿物，当遇到潜水氧化、层间氧化等水动力表生作用时由U+4变为U+6，或在自然表生作用下富铀火山岩遭到破坏分解过程中，铀元素就从其中分离出来，大部分变成可溶性岩盐溶于水中，随水流动将其运移过程中遇适宜的物化环境条件时，铀可被还原或吸附重新沉积，而形成富铀矿层。一般海相沉积的含炭和含沥青泥岩与深水淤泥，以及中生代含煤盆地及其边缘部位的含炭泥岩(炭质页岩)等富矿层都是在沉积物堆积时放射性元素同时被有机物沉淀剂吸收，从已发现含铀页岩或河流相砂岩的聚集特点的地质条件分析，它们沉积于平缓的陆缘、海湾及澙湖以及海底中酸性火成岩喷出古河口三角州地段，在这里一方面大陆上的酸性火成岩风化产物，可以不断的供给与浅海中经常有磷等或有机质的堆集为铀矿的聚集创造了良好条件。因此放射性物质的沉积与富集，除铀源供给、运移通道还需适宜的古地理环境的氧化还原条件，以及铀元素运移过程中携带含量，其聚集类型主要有以下三种。

1.1 微孔隙高孔隙度大比面积型

在沉积环境和放射性物质来源相同的条件下，聚集体孔隙度愈大，组成聚集体岩屑粒度愈细，单位体积的表面积愈大，则吸收的放射性物质愈多。当岩体本身不含放射性物质时，其强度与粒级呈负相关，亦即组成岩体的颗粒愈大含放射性强度愈小，反之则愈大。这就是目前煤炭测井自然γ参数划分沉积岩性定性煤层、放射性异常层主要理论依据。

1.2 有机质沉淀剂

如迁移铀(U+6)离子呈六价状态，当它流入具有还原介质的水盆地时即还原为(U+4)而被有机物质所吸收，此外二氧化硅、黏土等也都是吸收剂。

1.3 大孔隙、小孔隙度砂岩型

这种岩层虽然孔隙度小，但单孔隙单位体积内面积较大，渗透系数、通透性能高，是地下水主要载体的承压富水层，从母岩体酸性火成岩分离出来后的放射性物质，在各外力搬运过程中，易溶于水的六价铀在还原环境中，还原成四价铀，而四价铀很难被溶解，从溶液中分离出来后富集在河流相砂岩中，其它易溶解者则变成为放射性水溶液而被流水带走，这种沉积模式形成的铀矿床称地浸砂岩型，因其可采用原地浸出工艺，开采成本低，矿量大，有利环保是目前国内外铀矿勘查主攻类型之一。

2 地质概况及地下水补、径、排条件

研究区周边出露的主要是古生代地层，但大部分为第四纪掩盖，含煤地层是侏罗纪中统，根据含煤性和岩性特征划分为石门沟组和大煤沟组，石门沟组又划两个岩性段(油页岩、砂泥岩段)。石门沟组上部为灰-深灰色泥岩、页岩、油页岩，中部为灰白、灰黑色泥岩、粉砂岩、细砂、粗砂岩，形成煤层的结构由复杂到简单，含有五个局部可采煤层组，为非矿井开拓段，它是本研究区的放射性异常层主要赋存段，异常多数赋存泥岩及煤层的顶底板砂岩中。

大煤沟的岩性主要为灰白、灰黑色泥岩及粉、中、粗、含砾不同粒径的砂岩，其中泥岩段以砂岩为主与石门沟组相反，含M6、M7二层全区主要可采煤层而且厚度大，连续稳定性好，它沉积于本区老基底上奥陶统滩间山群，其岩性主要是灰色片理化蚀变安山岩、凝灰岩夹大理岩，下部主要为灰色千枚岩、灰岩夹绢云母石英片岩，含少量锰硅质岩、灰岩中含珊瑚及腕足类化石，其中还有大型岩浆岩侵入体。

研究区属干旱半干旱区，年降水量不足100 mm，而蒸发量却大于2 000 mm，其补给量很有限，侏罗系层间承压水具有完整的补给，径流和排泄系统，属地下水极贫泛区故补给、径流、排泄条件较差，只有在断层破碎带及研究区南侧含水层露头区有微弱的大气降水补给，以蒸发形式排泄。在有放射性异常层赋存的石门沟含煤段第一含水岩组，岩性主要为白色粗砂，局部为灰白色含砾粗砂岩，夹灰黑色薄层粉砂岩及泥质粉砂岩，全区发育，厚度在3.6～41.55m，有足够的储水空间和储水能力、运移通道，倾向上随煤层埋深增加，厚度有微弱增加，走向上全区厚度变化不大，岩石颗粒局部变细，大部分变化不大。根据区内某ZK2-1钻孔抽水结果显示，静止水位24.6 m，水位标高3 123.67 m，单位涌水量q=0.015 L/s·m，渗透系数K=0.079 m/d，矿化度15.39g/L。

3 成矿地质条件及铀源岩

青海省柴达木盆地北缘与塔里木、准格尔盆地同属欧亚大陆成矿域，在这个成矿域内，铀和多金属内生矿床均属古生代构造岩浆活动的产物，沉积岩中的放射性铀矿一般均来源于火山岩，它含有地壳中大部分铀、钍、钾元素，其中以酸性火成岩含量最高，约为10-11～10-12镭当量/克；基性和超基性最弱含量小于10-12镭当量/克；且与SiO2呈正相关即酸性(75%～65%)、中性(65%～52%)、基性(52%～40%)及超基性(小于40%)。

青海省境内柴北缘陆块火山岩活动主要是加里东和华里西二期。加里东期柴北缘火山岩主要是阿尔金亚带寒武—奥陶纪滩间山群火山岩，主要分布于茫崖以北，花土沟-北采石岭一带被侏罗纪大煤沟组不整合覆盖，火山岩沿北东东向长条北产生，该层下部位砂岩、粉砂岩、砾岩夹基性火山岩及中酸性火山碎屑岩，上部为中基性火山岩，由爆发相-喷溢相组成的完整喷发旋回基性火山岩，其中SiO2含量为49.18%～51.79%,中酸性火成岩SiO2含量为65.54%，中酸性火成岩主要位于英安岩区。华力西期柴北缘的火山岩带主要是赛什腾-乌兰亚带牦牛山-带、火山岩呈北西-南东向条带状或狭长带状延展，呈透晶状产生，在赛什腾一带火山岩为中基性、中性熔岩，SiO2含量为48%，变安山岩SiO2含量为54.34%。乌兰西牦牛山地区安山岩SiO2含量为55.16%～62.69%，在阿木尼克山、牦牛山组与上覆下石炭纪呈平行不整合接触，乌兰西火山岩被石炭系城墙沟组不整合。另外，在富含溶解盐类(碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐)水中铀的含量也相对较高。这种含化学载体的地下水主要发育在干旱和半干旱地区，在极端的情况下，这种水可浓集成卤水，而且有极高含量的铀和其它金属。我省境内柴北缘地区气候干燥、环境较差，是卤水极发育地区，且局部钻孔中放射性异常较高。这种地质条件对铀的浓缩和富集有很大作用，同时，钻孔中的放射性异常也揭示了地表以下深部层位有含铀地层、矿化层或含铀卤水层。

4 评价方法

深部铀矿资源评价有别于近地表，是应用从地表露头追溯，分勘查阶段进行找矿。而深部铀矿勘查主要依据井中物探成果资料发现的含铀矿层,它是评价深部连片区铀矿层聚集类型和分布特征的可靠基础数据，它不仅能用物理量定性含铀层级别还可提供与检验测试成果平行的评价矿区。方法上采用基础地质，煤田地质，铀矿勘查学，地面物探与井中物探相结合的综合系列评价方法，而且还应用物探成果与验证孔岩石样本、测试成果进行互验，互补的定量评价。

4.1 仪器标准化与定量刻度

参与本次研究的地球物理测井成果时间跨度大约15年施测的仪器有国产，进口两种，国产仪器有不同年代，不同厂家，不同制式与型号的多种。因而在不同仪器间具有不同的灵敏度致使不同仪器在同一岩石上测到不同量值，刻度方法(模块)又各异。因探测目的层的不同使用放射性强度物理单位变化较大，有脉冲(CPS)、pA/kg、API等五种为充分利用以往的测井成果需按国家、部委(局)已颁布执行的有关铀矿勘查的各种版本的“规范”，规程的各项规定要求，在建立新的铀矿测井模式基础上对已往数据进行标准化，物理量单位统一化，资料归一化处理，以达到可满足平米铀含量和铀金属量含量资源储量估算的要求。

①仪器标准化。井中数据采集选用目前国内铀矿勘查专用的“FD-3019”伽马测井仪。

仪器在石家庄核工业航测遥感中心国家质量监督检验，检疫总局计量授权鉴定单位，核工业放射性勘查计量站国家一级放射性刻度井进行了刻度并求得铀换算系数KCU29.95(nCkg-1h-1)/(0.01%eV)和示值误差。其中模型号(UThF-0.01-0.03-I)标准铀含量99.0×10-6，实测铀含量100.9×10-6，相对求值误差1.9%仪器精度与换算系数满足“γ测井规范”要求和参与铀品位计算。

②统一物理单位。因为核物理地面，井中检查目的矿层不同而形成多种放射性强度单位，最原始的计量单位是脉冲/秒(cps)及美国石油学会单位(API)，γ(μR/h)，皮安培(pA/kg)纳库仑每千克小时(nC/kg·h)相对与绝对两类等五种，对所使用的资料均应按表1统一换算为nC/kg·h绝对单位，其中(nC/kg·h数学运算过程省略)可使不同仪器所测得强度仅与仪器周围的岩层性质有关而与仪器灵敏度无关。

表1 自然伽马单位换算表

注：1pA/kg=3.6nC/kg·h

③以往资料归一化处理。为充分利用以往放射性铀矿实测成果参与评价，必须消除不同型号、不同年代仪器、因响应灵敏度不同而造成采集原始数据差值较大，影响定量解释的精度，选在验证孔用铀矿标准FD-3019型与煤田常规PSJ-2两种自然γ测井仪在同一孔中用用同种技术条件各测一条自然γ曲线，通过同层、同深多点密集取值，以FD-3019为基准计算求得两者换算系数为0.825即:FD-3019自然伽马强度等于0.825倍PSJ值，以此值为基础对以往成果进行归一化处理。

对已知构成空间分布集中连片区且厚度大，强度高的区段的钻孔中发现的放射性异常层按照国家各部委、局发布的有关放射性铀矿勘查各种规范、规程、规定的相关要求，逐层进行核对后将其划分为工业铀矿层、矿化层、异常层三类。

铀、钍、钾定量分析；利用自然γ能谱仪，采集的钻井剖面连续U、Th、K曲线做异常层的层内各点含量统计与Th/U比分析，对岩体的产铀性进行评估以及用Th/K比区分泥岩的性质，确定泥质含量及其他矿物成分用判别成矿类型和确定放射异常层是由哪种核素引起的。

利用ET/T611-2005《伽马测井规范》、《铀矿勘查学》等规范(文献)推荐的铀元素含量数学计算公式逐层做定量解释

①铀含量品位计算式：Q=S/Ku·H

式中，Q——层铀含量单位为%

S——常面积单位(nC·/kg·h)

Ku——换算系数为〔29.95(nC·kg-1h-1)/(0.01%eV)〕

H——铀矿层厚度(m)

②每平方米铀(含)量：U=C×M×D

式中，M——矿体在投影面法线方向上的平均厚度

D——矿石的平均密度(t/m3)

C——矿石的平均品位%

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U——矿体每平方米铀(含)量kg/m2

③矿体中铀金属资源储量计算P=U×S/1000

式中，P——铀金属含量kg/t

U——每平方米铀(含)量kg/m2

S——异常层面积nC·m/kg·h

4.2 β+γ岩心检查与铀、镭平衡

自然γ测井仪所测得的放射性异常是多种核素的合成，其中铀是产生的β射线，而镭产生的是γ射线，当铀镭在平衡状下，自然伽玛所测得放射线可显示矿石中的铀元素含量，但二者一旦失衡，而偏铀时使同一层位测得放射强度减弱造成异常漏解，目前还没有井下直接探测β+γ的仪器，而用地面β+γ检查钻获岩心方式寻找漏异常。

4.3 布设验证孔与采样测试

①验证测井提供的异常层与钻获岩心厚度，深度，强度差值。

②通过钻获岩心鉴定分析，确定异常层岩石性质，界定异常层的成矿类型。

③采集岩心样本进行铀、钍、钾、镭含量，氧化还原指示矿物Fe2O3、FeO，有机碳等定量检测数据与测井原位实测值对比二者拟合度和发生差值的原因，计算铀、镭平行系数对主要成矿带氧化(还原)层段的进行定量分析。

④做U、Th、K含量，U/Th比的,每平方米铀含量测井值与测试值对比。

⑤采用FD-3019铀矿专用伽马测井仪实际刻度的铀含量换算系数计算每平方米铀含量和当量铀含量品位用于各铀矿层资源量估算。

了解铀源岩的分布情况与类别划分，特别是酸性岩浆岩的铀含量，可参照花岗岩划分铀矿岩体标准将铀源岩划分为贫铀岩体(铀含量小于4×10-6)、中等含铀岩体(铀含量小于4×10-6～8×10-6)、富铀岩体(铀含量大于8×10-6)等三个等级以此标准，将连片区铀矿层进行定量核定。

收集异常强度大的连片区或单孔异常层钻孔周边地面γ能谱。航空确定的地表γ异常(点、带)与井中异常的关联性，追溯井中异常层的地面出露点。

5 实例与验证

研究区工作样品的采集严格按照《铀矿采样采取规程》规定采取，共采集样品30件。开展化验测试工作共完成铀、镭、钍、钾含量测试18件；碳酸盐全分析7件；二、三价铁分析9件；密度分析2件；总铀分析2件；有机质分析4件；岩矿鉴定共完成7件，其中薄片鉴定4件，光片鉴定3件。

研究区确定的2号含矿层赋存在粗、中粒砂岩及煤层上部，矿物成份为石英、斜长石、微斜长石、白云母和黑云母，表面有高岭土化，磨圆度、分选性较差，干涉色Ⅰ级灰白色，聚集类型为砂岩型与有机质沉淀剂型混合铀矿化层； 3号含矿层赋存在粗粒砂岩中，成分主要以石英为主，矿物成份为斜长石、微斜长石、石英，磨圆度、分选性差，表面高岭土化，干涉色Ⅰ级灰色，定名长石石英砂岩，聚集类型为砂岩型铀矿化层。经测试及测井资料综合分析2号矿化层厚度0.39～0.40 m，当量铀含量值×10-667.6～103×10-6，测试结果U含量125×10-6～179×10-6；3号矿化层厚度0.31～0.49 m，当量铀含量值58.4×10-6～79.0×10-6，测试结果U含量44.8×10-6。

通过研究区内不同仪器的测井工作，建立了两种仪器实测数值换算关系，并在青海省柴北缘鱼卡地区选择了几个钻孔对异常层进行了二次解释。二次解释工作中对模拟测井资料孔径按128 mm平均值利用，其余钻孔孔径按实测值利用；泥浆比重未考虑；Ku值统一采用7348#FD-3019探管刻度获得的29.95(nC/kg·h)/(0.01%eV)，其它算法与本次伽玛测井解释工作一致计算成果如下表。通过对煤田钻孔的二次认识，确定了2个潜在工业铀矿孔，3个潜在铀矿化孔，4个铀矿化异常孔，见表2。

后期在ZK1钻孔附近施工验证钻孔，在420 m附近钻遇厚度大于1 m，铀含量大于0.03%的工业铀矿层。证实前期取得的相关换算系数在侏罗系地层是较适用的。

表2 以往钻孔二次解释铀含量成果表

6 结语

验证孔使用国内生产的铀矿勘查专用FD-3019伽马仪和美国蒙特公司生产的自然伽马能谱两种核能测井仪，施工前经国家质量监督、检验、检疫总局授权检定单位：核工业放射性勘查计量站一级放射性元素刻度井进行标准定量刻度。求得铀换算系数并与煤测井PSJ-2型自然伽马测井仪在同一钻孔中平行采集数据，经处理后统一确定了物理量单位和两种仪器实测数值换算关系，达到仪器标准化。其成果可参与每平方米铀含量和铀金属含量资源储量估算和已知高强度异常连片成矿靶区的铀矿资源潜力评价研究。

致谢 本文在撰写过程中一直得到青海煤炭地质局退休物探测井专家弓佩章高级工程师的全程指导及青海省第四地质矿产勘查院总工程师陈建洲高级工程师、青海煤炭地质勘查院总工程师陈磊博士的大力帮助和全文审校，特在此表示感谢。

参考文献:

[1]王正其、夏菲,等.铀矿勘查学[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社(2014.1).

[2]国防科学技术工业委员会.EJ/J611-2005伽马测井规范[S].中华人民共和国核行业标准.2005.

[3]中国矿业学院西安矿业学院.煤田地球物理测井[M].北京：煤炭工业出版社,1979.

[4]刘学瑾、陆国纯.煤田测井资料数字处理[M].北京：煤炭工业出版社，1990.

[5]赵平、田贵发,等.青海省鱼卡煤田尕秀西段砂岩型铀矿调查评价报告[R].西宁：青海煤炭地质勘察院.2014.