下庄花岗岩型铀矿田科学钻探ZKE-1孔测井资料初探

2018-11-12邓居智王彦国葛坤朋陆明俊

东华理工大学学报(自然科学版) 2018年3期

肖昆，邓居智，王彦国，葛坤朋，陆明俊

(东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西南昌 330013)

地球物理测井(简称测井)是科学钻探的重要组成部分和关键技术之一，与地面地球物理探测技术、钻探取芯和岩芯测试共同组成科学钻探的完整体系(牛一雄等，2004)。由于中国核电事业的快速发展，中国对铀矿资源的需求进一步加大，消耗明显加快，铀矿资源分布于近地表及浅部的储量和供给能力明显下降。为了突破铀资源发展的瓶颈，目前深部铀矿勘查(第二深度空间：500～1 000 m)显现巨大的潜力，已成为铀矿资源勘查的主要方向，对于扩大中国铀矿潜力区具有重要意义 (翟裕生等，2004)。埋藏于深部的铀矿藏，通常存在赋存深度较深、成藏构造复杂、勘查难度大等问题。为了达到“攻深探盲，寻找大矿、富矿”的目标，地球物理勘查方法势必成为关键的测量手段(Goleby et al.，2004；杨亚新等，2007；王春双等，2012；汪洋，2017)，而其中将地表延伸到地下的勘查方法——测井有着其他地面勘查方法不可比拟的优势(张成勇等，2010；王卫国等，2010；李强等，2016)。首先测井可以提供连续的、高分辨率的和定量的地层信息，广泛应用于划分和检验钻孔岩性剖面、圈定目的层、分析和铀矿形成有关的围岩蚀变等；其次测井具有原位测量钻孔地层各种岩石物理性质的优势，同时测量装置距离目标体较近，因此所获得的异常响应特征非常显著；测井还在探明井周、井底盲矿，圈定矿体赋存位置、产状等方面也效果明显(蔡柏林，1988；罗志明，2005；刘勇，2012)。

ZKE-1孔是广东下庄地区第一口科学钻探孔，位于广东省韶关市翁源县湖子地区，该钻孔于2016年10月18日顺利开钻，计划钻探深度850 m，于2016年11月21日顺利完钻，终孔孔深850.3 m。钻孔全孔直径75 mm(除表层套管)，共取芯840.5 m，平均采取率98.85%。钻孔下有套管，深9.75 m，套管直径为85 mm。

东华理工大学负责实施了ZKE-1孔的地球物理综合测井工作，获取了0～850 m井段宝贵的定量伽马、声波速度、视电阻率等测井数据。根据地质岩性编录资料显示，该孔800～850 m井段地层较破碎，因此该井段只在套管中测量了定量伽马测井参数，故本次研究将针对0～800 m井段的综合测井资料，分析该井段地层不同岩石的测井响应特征，划分不同地层岩性的界面，并对铀矿异常段进行分析和解释。

图1 下庄铀矿田地质简图(据周新民等，2007)Fig.1 The geology diagram of xiazhuang ore fields uranium 1.第四系堆积物；2.白垩系红色砂砾岩；3.上侏罗统火山碎屑岩、火山熔岩；4.上古生界粉砂岩；5.下古生界浅变砂页岩、板岩；6.燕山晚期第一阶段细不等粒黑云母花岗岩；7.燕山早期第三阶段细粒二云母花岗岩；8.燕山早期第一阶段中粗粒黑云母花岗岩；9.加里东期至印支期花岗岩；10.中基性脉岩；11.硅化断裂带；12.地层不整合界线；13.铀矿床及编号；14.铀矿点；15.地名；16.ZKE-1孔

1 区域地质概况

下庄铀矿田地处南岭纬向构造带的第二亚带中段大东山-贵东花岗岩带的东部，在大地构造上属于华夏古陆西缘和闽赣后加里东隆起西南缘与湘、桂、粤北海西-印支坳陷的结合部(图1)，具体位置为江西省全南县与广东省翁源县、连平县相接壤的区域。下庄铀矿田主体的构造岩体包括：下庄岩体、鲁溪岩体和帽峰岩体，均属于印支时期的花岗岩(徐夕生等，2003；凌洪飞等，2004；张展适等，2007；夏宗强等，2016)。

下庄铀矿田位于多种深大断裂带的交汇部位，包括：黄陂-龙南深大断裂带、恩平-新丰深大断裂带、惠来-汝城深大断裂带和大东山-漳州深大断裂带(俞祺智等，2013；王军等，2014)。在多种断裂构造带的交汇部位，有利于含矿热液运移、沉淀与富集成矿。区内岩浆活动频繁，其中在燕山早期最为强烈，燕山晚期主要发育细粒的花岗岩岩体和中基性岩脉(刘文泉等，2014)。下庄铀矿田铀矿化与区内断裂构造发育密切相关，按控矿构造类型共划分出5种，分别为蚀变碎裂岩型、变质岩型、硅化带大脉型、硅化带群脉型和“交点”型(张辉仁等，2010)。

2 ZKE-1孔测井响应特征

岩性识别是铀矿储层测井评价的基础，准确的岩性识别结果可以为铀矿资源的勘探提供可靠的依据，在寻找铀矿和评价铀矿储量方面发挥着巨大的作用。测井参数值代表了地层岩石的组成结构、矿物成分与孔隙度等参数的综合响应，是进行岩性分析与识别的基础资料，对于特定的一组综合测井参数值，必然与地下岩层的一种或几种岩性相对应。利用测井资料进行地层岩性划分，就是依据测井曲线的形态特征和曲线数值来定性区分的。具体划分方法为：首先依据钻孔岩芯与测井参数的对应特征，进行岩芯的岩性划分；而后从划分的各种岩性中，依次读取能够反映岩性特征的测井参数值，进而确定不同岩性和测井参数之间的对应关系(肖昆等，2013)。

根据岩芯编录资料可知，本井揭露的岩性包括：中粒似斑状二云母花岗岩、中粒似斑状黑云母花岗岩、强风化花岗岩、弱风化花岗岩、蚀变花岗岩、蚀变碎裂岩、蚀变碎裂花岗岩、细粒二云母花岗岩、硅化碎裂岩、钾长花岗岩、中细粒二云母花岗岩，其中强风化花岗岩、弱风化花岗岩、硅化碎裂岩、钾长花岗岩、中细粒二云母花岗岩五种岩性出露较少，因此仅对其它出露较多岩性进行测井响应特征分析。通过对ZKE-1孔已钻井段的测井资料和岩芯编录资料进行分析，优选出能够反映岩性变化的测井参数，最终确定短源距视电阻率、长源距视电阻率、声波速度、定量伽马等4 种测井曲线作为岩性识别的特征参数。统计出ZKE-1孔已钻井段的同一岩性在不同井段的测井响应值，总结出ZKE-1孔地层岩性的测井响应特征(表1)。

表1 ZKE-1 孔0～800 m井段主要测井参数统计表

对于常规测井，不同岩性对同一测井参数的响应不同，根据这些数值特征，结合下庄铀矿田地层岩性的特点，总结出该井段地层岩性的测井响应特征。中粒似斑状二云母花岗岩的测井响应具有“三高”的特征，在测井曲线上表现为高定量伽马、高电阻率、高声波速度；中粒似斑状黑云母花岗岩的测井响应具有“两高一低”的特征，在测井曲线上表现为高定量伽马、低电阻率、高声波速度；蚀变花岗岩的测井响应具有“一高两低”的特征，在测井曲线上表现为高声波速度差、低定量伽马、低电阻率；蚀变碎裂岩的测井响应具有“一高两低”的特征，在测井曲线上表现为高定量伽马、低电阻率、低声波速度；蚀变碎裂花岗岩的测井响应具有“三低”的特征，在测井曲线上表现为低定量伽马、低电阻率、低声波速度。

根据以上总结的不同岩性的测井响应差异，可以用于研究区利用常规测井曲线快速直观地进行岩性识别(图2)。从图中可知，对于自然伽马曲线，中粒似斑状二云母花岗岩层段显示高值，蚀变碎裂岩层段显示低值；对于视电阻率曲线，中粒似斑状二云母花岗岩层段显示高值，蚀变碎裂岩层段显示低值；对于声波速度曲线，中粒似斑状二云母花岗岩层段显示高值，蚀变碎裂岩层段显示低值；声波速度曲线和视电阻率曲线对于地层岩性的变化响应更为明显，能够有效用于地层岩性分层。

3 测井物性参数岩性分层

ZKE-1孔0～800 m井段的主要测井物性参数统计见表2。从表中可以看出，长短源距视电阻率平均值分别为768.64 Ω·m，1 220.42 Ω·m，反映该井段地层整体电阻率较高，地层较致密；纵波速度平均值为4.76 km/s，也反映该井段地层较致密，岩石孔隙度较低，与岩芯编录资料吻合较好。

图2 ZKE-1孔典型岩性测井响应特征Fig.2 The logging response characteristics of typical lithology in hole ZKE-1

测井参数定量伽马/(nC/kg·h-1)自然电位/mV短源距视电阻率/(Ω·m)长源距视电阻率/(Ω·m)纵波速度/(km·s-1)最大79.37172.584 578.675 673.065.71最小6.20-11.4755.4028.781.36平均值20.1188.541 220.42768.644.76中值15.59104.58773.81416.815.02

根据钻井及岩芯编录资料可知，ZKE-1孔0～800 m井径变化小，井眼环境相对稳定，仅在450～500 m井段地层出现较多破碎带，其它地层岩性均较致密。定量伽马、视电阻率、纵波速度等参数能反映地层特征。从表2可知，该孔声波速度为1.36～5.71 km/s，集中分布在4～5 km/s；206.6～221.8 m层段声波速度平均值最小，其值为3.00 km/s；781.9～800.0 m层段声波速度平均值最大，其值为5.46 km/s。该孔长源距视电阻率值为28.78～5 673.06 Ω·m，集中分布在500～1 000 Ω·m和2 000～3 000 Ω·m；207.6～224.6 m层段长源距视电阻率平均值最小，其值为54 Ω·m；558.4～572.8 m层段长源距视电阻率平均值最大，其值为3 740 Ω·m。

当地层较致密时，声波穿透单位厚度地层用的时间短，在声波速度曲线上呈现幅度高值；当地层孔隙发育疏松时，声波穿透单位厚度地层用的时间长，在声波速度曲线上呈现幅度低值。不同岩性的地层，其电阻率一般不同，在视电阻率曲线上也出现幅度差异，用视电阻率曲线特征点划分层界面时，通常采用顶部和底部梯度电极系所测两条曲线的极大值所在深度分别确定高阻层的顶、底界面(邹长春等，2010)。因此，针对地层不同岩性的变化，可以综合利用声波速度和视电阻率测井曲线有效进行地层划分。

基于声波速度和视电阻率测井曲线对不同岩性的变化特征，结合上述不同岩性的测井响应特征，对ZKE-1孔0～800 m进行了综合测井分层，并与实际钻探岩芯编录资料进行了对比分析。通过测井曲线分层可知，视电阻率曲线结合声波速度曲线能够有效划分钻孔地层岩性分界面，其中视电阻率曲线相比声波速度曲线对于地层岩性的变化响应更为明显，对于地层岩性的划分更加接近于岩芯编录资料。根据测井曲线的变化，ZKE-1孔共划分为38层，分层结果见表3，该孔实际地层分为41层，测井曲线分层结果大部分与实际地层相吻合。在部分层段(381.3～411.1 m)，由于实际地层岩性变化较剧烈，导致该井段地层不同岩性交互，地层厚度较薄，测井曲线难以识别出来，因此在该井段进行测井曲线岩性分层时存在一定误差。

表3 ZKE-1孔0～800 m综合测井分层统计表

续表

编号测井曲线分层钻探岩芯编录顶深底深厚度顶深底深厚度地层岩性26402.7459.456.7402.3403.61.3中粒似斑状二云母花岗岩27402.7459.456.7403.6404.91.3蚀变碎裂岩28402.7459.456.7404.9409.84.9中粒似斑状二云母花岗岩29402.7459.456.7409.8411.11.3蚀变花岗岩30402.7459.456.7411.1459.448.3中粒似斑状二云母花岗岩31459.4489.830.4459.4489.830.4蚀变碎裂岩32489.8534.644.8489.8582.292.4中粒似斑状二云母花岗岩534.6546.912.3489.8582.292.4中粒似斑状二云母花岗岩546.9558.411.5489.8582.292.4中粒似斑状二云母花岗岩558.4572.814.4489.8582.292.4中粒似斑状二云母花岗岩572.8583.210.4489.8582.292.4中粒似斑状二云母花岗岩33583.2595.212.0582.2584.32.1硅化碎裂岩34595.2621.226.0584.3627.142.8中粒似斑状二云母花岗岩35621.2629.88.6627.1637.710.6蚀变碎裂花岗岩629.8650.020.2627.1637.710.6蚀变碎裂花岗岩650.0665.515.5627.1637.710.6蚀变碎裂花岗岩36665.5685.019.5637.7685.547.8中粒似斑状二云母花岗岩37685.0687.52.5685.5692.16.6钾长花岗岩38687.5734.547.0692.1735.543.4中粒似斑状二云母花岗岩39734.5740.56.0735.5741.66.1硅化碎裂岩40740.5795.955.4741.6798.857.2中粒似斑状二云母花岗岩41795.9800.04.1798.8800.451.7中细粒二云母花岗岩

4 定量伽马测井铀矿异常段分析

放射性测井作为测量和分析井中铀矿层铀含量、厚度和深度的主要手段，可以有效获得地下岩层的铀矿层分布及其品位，对于铀矿资源储量评价及勘探与开发具有重要的指导意义(骆淼等，2008)。

ZKE-1孔共计完成定量伽马测井深度850.22 m，定量伽马测井正常值为36～120 c/s，异常峰值出现在139.40 m(γ值为481 c/s)、165.70 m(γ值为485 c/s)和195.00 m(γ值为556 c/s)。测井异常峰值与岩芯编录的异常峰值基本吻合。

定量伽马测井结果采用五点式反褶积法求解出铀矿异常段的铀含量(汤彬，2008)。通过对定量伽马曲线进行解释，得出本井铀矿异常段共计13段，主要分布于蚀变花岗岩地层，视厚度19.00 m，真厚度12.39 m(表4)。

为了检查伽马测井资料评价铀矿异常段铀含量的准确性，按照伽马测井规范要求，对铀含量小于0.03%的矿段重复测井工作量大于总异常长度的20%。ZKE-1孔在样段号1，3，8，9，10进行了重复测井，重复工作量达12.30 m，符合规范要求。通过对重复段伽马测井数据的分析可知(图3)，异常峰值无位移，米百分值相对误差在4.39%～7.64%，均符合规范要求，一定程度上反映了解释成果的可靠性。由于还未对铀矿段的岩石样品进行实验室铀含量分析，因此伽马测井解释的铀含量品位精度有待下一步工作完善。