γ测井技术在准噶尔盆地铀矿勘查中的应用

刘宽宏，长孙月雷，穆 伟，王树祥，张选朋

(中陕核工业集团二一四大队有限公司，陕西 西安 710054)

铀资源是中国重要的战略资源和能源矿产[1]。1958—2010年，核工业系统多家单位在不同阶段对准噶尔盆地西北缘进行过大量的基础性铀矿调查工作，取得了大量找矿线索。在乌尔禾白垩系吐谷鲁群第一岩性段和侏罗系齐古组，发现了受层间氧化带控制的砂岩型铀矿化，显示出巨大的成矿潜力[2]。夏子街主要成矿层位有白垩系吐谷鲁群第三岩性段，成矿类型为层间氧化带型，含矿岩性为细砂岩，具有层间氧化带理想成矿条件。通过钻探验证，在钻孔ZKX-03和ZKX-05的深度200～320 m区间发现至少4层铀矿化或异常，另外见多层氧化砂层，显示了该区具有很好的层间氧化带型铀矿成矿潜力。

但由于乌尔禾—夏子街一带属于油田重点生产区，井位密集，油层埋深在千米以下，缺乏浅部测井资料，尤其夏子街X1218井～X1429井一带属于浅部放射性测井空白区，仅靠现有的自然伽马测井资料难以对该区域铀成矿潜力进行准确评价。应用定量伽马测井技术对乌尔禾—夏子街一带进行一定网格间距的老井补测和新井加测，是快速、高效、经济实现调查区铀矿找矿评价的理想方法。

1 工作区地质概况

1.1 地层

勘查区古生代褶皱基底岩系仅见石炭系上石炭统(C2)，出露较少。分布于乌尔禾—夏子街靶区北部，为1套浅海相细-极细的火山碎屑岩-陆源碎屑沉积，岩性为凝灰质粉砂岩、泥岩与凝灰岩不均匀互层，局部夹火山灰层凝灰岩、砂岩、粉砂岩、砾岩、硅质岩及安山玢岩。

调查区盖层包括三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系，其中侏罗系、白垩系、新近系为本区的主要含矿层位。

三叠系仅见上三叠统白碱滩组(T3b)，勘查区无出露，总体为温湿气候条件下沉积的灰绿色、灰色碎屑岩，岩性为灰色泥岩和黄褐、灰色粉砂岩。

侏罗系勘查区无岀露，自下而上分为八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)、和齐古组(J3q)，勘查区以往工作在齐古组中见铀矿化体。

白垩系在勘查区仅见下白垩统吐谷鲁群(K1Tg)，为乌尔禾—夏子街靶区的主要放射性目标层，分布较广泛。地表除车排子和百口泉2个靶区外均有出露，与下伏地层呈不整合接触，总厚度大于700 m。主要岩性有灰、灰绿、灰褐、棕红色泥岩，土黄、浅灰、灰、灰绿、灰褐色粉砂岩，浅灰、灰、深灰、灰绿色细砂岩、含砾细砂岩，灰色、深灰色细砾岩，灰绿、深灰色中砾岩，局部见灰绿色中砂岩。吐谷鲁群沉积环境为干旱、半干旱气候下的氧化-弱氧化环境，在盆地边缘出露厚度较薄(80～840 m)，进入盆地后迅速增厚到1 000 m左右，且在大范围内保持稳定。地层总体表现为下粗上细的正向韵律结构，自下而上单层砂体的厚度逐渐减少，层数增多。

古近系在勘查区仅见乌伦古河组(E2-3w)，与下伏地层不整合接触，分布范围较小，地表仅在夏子街地区出露，深部在钻孔ZKX-05揭露，厚约20 m，主要岩性为灰白色、浅红色细砂岩，其次为少量浅红色粉砂岩。

新近系仅在勘查区南部车排子地区分布，出露范围较小，仅见下新统沙湾组和下新统塔西河组，均为车排子靶区目的层。

第四系分布广泛，为1套洪积、冲积、风积物，主要为砾石、碎石、沙土的松散堆积物，一般厚度不大，最厚约50 m。

1.2 构造特征

准噶尔盆地是晚古生代以来形成的叠合盆地，乌夏断裂带位于准噶尔盆地西北缘的东部，是西北缘冲断带的重要组成部分[3]。勘查区位于西北缘冲断带上，冲断带整体呈北东向西凸出的弧形，长约300 km，宽约30 km。北东向的克(拉玛依)—夏(子街)断裂对其形成、发展起着重要的支配作用，主断裂南起车排子，经红山嘴、白碱滩、百口泉、乌尔禾、夏子街，在德伦山东与北西向的吐丝托依拉断裂(东准主干断裂)呈“入”字型相交，北东～北东东走向，倾角北西，倾角上陡(60～70°)下缓(15～45°)。

主断裂是在海西运动形成之后，经印支运动叠加而发展起来的巨型同生逆冲断裂，从晚石炭世到中侏罗世末期长期处于活动状态；断开了石炭系～中下侏罗统地层，晚侏罗世之后断裂活动基本停止，表现为隐伏断裂特征。在长期推覆过程中，由于主干断裂的推拉作用，在其两侧同时发育了一系列与其平行或斜交的次级断裂。受北西主应力的推覆挤压及断裂切割，晚侏罗系以下地层构成了由盆内向盆缘阶梯状上升的断阶带，断阶带内各地层呈南东倾向的梯状单斜。

1.3 岩浆岩特征

勘查区内未见岩浆岩出露，钻孔也未揭露到；但在调查区北部山区大面积出露花岗岩，主要有小西湖岩体、克拉玛依岩体及红山岩体。该区岩体铀品位为(4.2～4.9)×10-6，这些岩体蚀源区为砂岩型铀矿提供铀源。

2 工作区地球物理特征

2.1 铀源条件

勘查区的蚀源区为准噶尔盆地西北部的扎伊尔山和哈拉阿拉特山的含铀-富铀地质体。其主要富铀地质体的放射性参数见表1。

表1 富铀地质体放射性参数Table 1 Radioactivity parameters of uranium-enriched geological bodies

从表1可看出，中石炭统哈尔加乌组(C2h)钠长石英斑岩和下石炭统黑山头组(C1h)钠长斑岩的铀、钍品位和伽马照射量率都高于区域背景值，钍铀比值低于区域背景值，该地质体中铀品位相对偏高。上泥盆统卡希翁组(D3k)砂岩、乌鲁苏巴斯套组(D1-2w)砂岩的钍品位高于区域背景值，铀品位接近或高于区域背景值，钍铀比值高于区域背景值。蚀源区泥盆统、中下石炭统火山岩分布广泛，出露的华力西期中酸性花岗岩类大面积分布[4-5]，其中铀品位(4.2～4.9)×10-6，钍品位(15.0～19.0)×10-6，铀钍品位、伽马照射量率高于区域背景值。

这些富铀地质体长期为盆地砂岩层提供铀源，同时蚀源区为区域地下水的补给区。盆地近山大部分地区地表缺失第四系覆盖，有利于大气中的氧无阻挡地渗入地层深部。地下含水砂体可连通于地表，有利于含氧含铀水渗入，向深部发育为层间氧化带。

2.2 放射性异常特征

根据定量伽马新井加测及老井补测背景值统计结果，该地区定量伽马值有如下特征：伽马照射量率背景值一般在1.0～3.5 nC/(kg·h)，平均为2.1 nC/(kg·h)；含矿主岩往往具有特别高的伽马照射量率，呈现高放射性异常特征，定量伽马异常照射量率为14.5～100.0 nC/(kg·h)，异常厚度为0.1～1.4 m。

3 物探工作方法及技术要求

依据相关资料[6-8]，选定以定量伽马测井技术进行放射性勘查。定量伽马测井所用仪器为FD-3019，编号分别为7416、7411；配合上海地学仪器厂生产的JHQ-2D型综合数字智能测井系统进行自动化连续测井。

按照《γ测井规范》EJ/T 611—2005要求，进行仪器FD-3019标定，获得检定证书，并取得准确的换算系数。工作过程中按《γ测井规范》要求，使用6号镭源或固定点源校验仪器“三性”，校验检查结果符合规范要求后投入使用。仪器“三性”校验为每月1次。

《γ测井规范》要求在伽马自动化连续测井时，探管下井速度一般控制在15 m/min以内；上提探管测量时，正常段测量速度不大于4 m/min；异常段测量速度不大于2 m/min，采样间隔0.05 m。基本测量结束后，估算铀品位，对铀品位不小于0.01%且平米铀量不小于0.5 kg/m2的矿段或矿化段进行100%重复测井；对铀品位不小于0.01%且平米铀量小于0.5 kg/m2的矿化段，重复测井应不少于总矿化段的20%。在伽马基本测井与重复测井结束后，应及时选择有代表性的钻孔进行伽马检查测井，检查测井的钻孔数应不小于总钻孔数的10%。

4 定量伽马测井资料解释原则和方法

4.1 解释原则

γ测井是铀矿地质勘查中的1种核心地球物理方法[9]。根据一般工业指标或可行性评价确定的矿层品级指标，属于同品级的连续单元层，在2个同品级的矿层之间，存在小于可采厚度的低品级矿层或夹石层时，合并后其加权平均含量仍保持原品级者，可合并为1个矿层[10]；不同品级的矿层之间，存在小于可采厚度的夹石层时，该夹石层合并到低品级矿层后，仍能保持原品级者，允许合并为1个矿层。

地浸砂岩型铀矿床在2个矿层之间，存在小于可采厚度且低于边界品位夹层时，符合以下2个条件可合并为1个矿层：低于边界品位的夹层厚度应经有关主管部门批准认可，合并后品位应不小于工业边界品位；同一矿段含有渗透和不渗透的矿石时，渗透和不渗透的矿石应分开[11-12]。

依据《地浸砂岩型铀矿地质勘查规范》的工业指标确定铀矿层边界品位为0.01%。矿层厚度为两边界品位之间的厚度，矿层品位按式(1)确定。

(1)

式中：Q—矿层品位，%；qi—单元矿层品位，%；hi—单元矿层厚度，m；H—矿层厚度，m。

4.2 解释方法

在伽马异常定量解释工作中，采用核工业总公司二〇三研究所研发的铀矿地球物理测井数据处理解释软件中的γ测井五点式反褶积法分层解释模块。解释过程中，准确输入铁套管修正系数、井液密度、伽马测井仪照射量率换算系数、铀含量灵敏度换算系数等，解释软件自动完成修正解释工作。根据解释结果确定放射性异常的品位、厚度和空间位置。放射性异常解释采用反褶积法分层确定含量[13-14]。

5 定量伽马测井解释成果

通过定量伽马测井解释，在勘查区共发现铀矿化孔12口，铀异常孔18口，具体见矿情况见表2，异常井位分布如图1所示。

表2 定量伽马测井解释成果Table 2 Interpretation results of quantitative γ logging

5.1 乌尔禾地区解释成果

此次定量伽马监测工作在乌尔禾北及105井区共监测29口井，发现2口矿化井、11口异常井，见矿率44.83%。通过连井剖面可知，南北异常坡度约5°，与该区白垩系地层坡度一致。铀矿化均赋存于白垩系吐谷鲁群第一岩性段中(K1Tga)。根据以往铀矿工业孔、矿化孔、异常孔及本次监测发现的矿化孔、异常孔，共同圈定乌尔禾地区铀矿化异常分布，如图2所示。

图2 乌尔禾地区铀矿化异常分布Fig. 2 Anomalous distribution of uranium mineralization in Wuerhe area

结合以往“油铀兼探”成果，在K1Tga段圈定一层铀矿化异常，铀矿化异常面积为12.2 km2，铀矿化厚度为0.1～2.6 m，铀品位为0.004 1%～0.017 1%，平米铀量为0.01～1.34 kg/m2。从南北向连井剖面可看出连续性较好，但整体厚度、品位、平米铀量等变化较大。在乌105井区已知工业孔ZKW-01周边，矿化厚度为0.6～2.6 m，属于较厚区域，有4口井达到铀矿边界品位；周边异常井和潜在异常井(150

5.2 夏子街井区解释成果

夏子街井区的勘查区域东西长约16 km，南北宽约800 m，属于以往铀矿勘查资料搜集、钻探验证空白区，共勘查62口井，发现铀矿化井10口，铀异常井7口。在白垩系吐谷鲁群第二岩性段(K1Tgb)发现1层铀矿化异常，第三岩性段(K1Tgc)发现4层铀矿化异常，主要含铀层位为第3层，具有分布面积广、异常集中等特点(图3)。

图3 夏子街井区铀异常分布Fig. 3 Uranium anomaly distribution of Xiazijie well area

铀矿化厚度0.1～1.2 m、铀品位0.005%～0.016 3%、平米铀量0.01～0.47 kg/m2，铀矿化平面均呈北东东向展布，与吐谷鲁群地层等深线分布一致，纵向分步在333.65～362.15 m、312.95～338.15 m、211.95～234.35 m、146.55～186.65 m、96.45～126.65 m深度范围内。

6 结论

在乌尔禾—夏子街地区以定量伽马测井为监测手段，发现12个铀矿化孔、18个铀异常孔，将乌105井区白垩系吐谷鲁群第一岩性段(K1Tga)铀矿化分布范围扩大至12.2 km2，新发现了夏子街井区西部白垩系吐谷鲁群第二岩性段(K1Tgb)铀矿化层、第三岩性段(K1Tgc)4层铀矿化层，为该区域铀矿勘查提供了重要找矿线索。

在乌尔禾—夏子街地区，侏罗系齐古组、白垩系吐谷鲁群第一、第二、第三岩性段均已发现铀矿化，初步认为该区铀矿找矿潜力巨大。因本次工作程度较低，待进一步勘查落实铀矿产地。