相山铀矿田杏树下地区科学深钻岩心物性特征分析

张濡亮，胡英才，王恒，腰善丛

（核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

相山铀矿田是我国目前规模最大、品位最富的火山岩型铀矿田［1-2］。近年来，核工业北京地质研究院、东华理工大学等多家单位在该区开展了大量的地球物理测量工作，取得了很多成果认识，总结了相山火山盆地磁性结构分布特征［3］及音频大地电磁等多种方法在该区的应用效果［4-8］。

随着该区多种地球物理勘探方法［9-10］的不断开展，区内主要岩矿石的物性参数及彼此间的物性差异这个地球物理应用的基础问题就显得日趋重要。针对这一基础问题，多位学者也对相山地区岩石物性进行过统计。喻翔等人［11］对相山火山盆地岩石的电性参数进行过统计，总结了其分布规律。李红星等人［12］对相山主要岩性的物性参数进行了分析测试，并通过逆质量磁化率（密度/磁化率）与密度交会分析，将物性交会区域划分成较为明显的四个区。邓居智等人［13-15］也对相山地区的物性参数进行过系统研究，取得系列研究成果。

上述学者针对相山地区物性参数的研究成果为该区开展地球物理测量工作奠定了有力基础。但是，随着近年来深部铀矿地球物理勘探难度的增大以及地球物理方法研究的深入，对岩矿石的物性研究，特别是对接近自然赋存状态下的岩矿石物性的研究就显得更加重要。基于此，本文对相山铀矿田杏树下地区实施的科学深钻岩心进行了取样，完成了常温常压下密度、磁性、电性参数及高温高压下电性参数的分析，最大程度还原了自然条件下岩矿石的真实赋存状态，为后续地球物理工作的开展提供了物性基础。

1 相山铀矿田地质概况

相山铀矿田位于赣杭构造火山岩铀成矿带的南西端［16］，受相山大型塌陷式火山盆地控制，区域上是NE 向遂川深大断裂与NNE 向宜黄-安远深断裂的交汇复合地带。其东与华夏地块的桃山-诸广岩浆弧毗邻，北接下扬子陆块的江南古岛弧。

相山及其邻区的中生代岩浆活动强烈，铀矿田受铀含量较高的中酸性火山-侵入杂岩系控制。相山火山盆地基底地层为中元古界片岩、千枚岩；盖层为上白垩统打鼓顶组、鹅湖岭组中酸性、酸性火山熔岩、火山碎屑岩、局部夹陆相碎屑沉积岩。矿田构造主要为火山环状构造及NE 向断裂构造，次为近SN 向断裂构造与近EW 向推覆构造，其中火山环状构造及NE向断裂构造为矿田内主要控矿构造［17-19］。

2 物性测试仪器与方法

本次分析测试主要针对杏树下3 000 m 科学深钻的149 块岩心样品而开展，基本涵盖了深钻经过的主要地质单元。岩性主要为鹅湖岭组上段的碎斑流纹岩、鹅湖岭组下段的凝灰岩、打鼓顶组上段的流纹英安岩、打鼓顶组下段的凝灰岩、砂岩以及基底变质岩等。

由于岩心样品的直径较大且不完全相同，为减少由此引起的分析测试误差，在分析测试前用台钻、切片机将样品在水冷却条件下加工为高约22 mm，直径约25 mm 的圆柱状规格化样品。针对不能加工成规格化样品的岩心，仅供测定磁性之用；针对能够加工成形、但含节理等裂缝或不太规则的岩心，则只供测定磁性与密度之用。密度与电性参数物性测试数据均经24 h 以上水饱和后测得。

本次物性测试所用的仪器及其部分技术指标见表1。

3 物性参数分析

3.1 密度参数分析

图1 为相山铀矿田杏树下科学深钻岩心密度分布图。从图中可以看出：岩心的密度参数分布呈明显的三层结构，其数值随深度及岩性变化呈逐级变大的台阶式分布。浅部的碎斑流纹岩密度偏小，密度分布范围主要集中在2.60～2.65 g/cm3；中部流纹英安岩的密度比碎斑流纹岩密度值要高，分布范围主要集中在2.66～2.71 g/cm3，两者之间有明显的分界线；密度最大的是深部的泥岩、粉砂岩和板岩，密度值分布范围主要集中在2.70～2.81 g/cm3。此外，凝灰岩的密度值分布范围跨度较大，主要集中在2.66～2.77 g/cm3，基本上覆盖了流纹英安岩的整个分布范围和泥岩粉砂岩范围的大部。从图中可以看出，碎斑流纹岩、流纹英安岩以及板岩这三类相山地区主要岩性彼此间的密度值分界线清楚，密度值范围几乎没有重叠部分，密度参数差异明显。

图1 相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品密度随深度及岩性分布图Fig.1 Density distribution of core samples with depth and lithology of Scientific Deep Drilling in Xingshuxia area

3.2 磁性参数分析

图2 为相山铀矿田杏树下科学深钻岩心磁化率分布图。从图中可以看出：3 000 m 深钻5 种主要岩性的磁化率以500×10-6SI 为分界线，大致可以分为两个组合。浅部的碎斑流纹岩和流纹英安岩是一个组合，该组合的磁化率多大于500×10-6SI，且样品磁化率值主要集中在2 000×10-6SI～10 000×10-6SI 的范围内，表现出明显的高磁特征，该组合中流纹英安岩的磁化率略低于碎斑流纹岩；深部的凝灰岩、泥岩、粉砂岩和板岩是另一个组合，其磁化率大多低于500×10-6SI，主要集中100×10-6SI～500×10-6SI 的范围内，表现为低磁特性。另外，少数凝灰岩样品的磁化率较低，甚至低于20×10-6SI，远远低于其他样品的磁化率值，表现出明显的低磁特征。根据上述磁化率参数测定结果，可从磁化率参数上区分碎斑流纹岩、流纹英安岩组合和板岩，但对碎斑流纹岩和流纹英安岩这两类岩性却较难区分。

图2 相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品磁化率随深度及岩性分布图Fig.2 Magnetic susceptibility distribution of core samples with depth and lithology of Scientific Deep Drilling in Xingshuxia area

3.3 电性参数分析

图3 是相山铀矿田杏树下科学深钻岩心电阻率分布图，分布图显示科学深钻穿过的地质单元虽然符合相山地区典型的三层结构，但是电阻率分布却不满足三层电性结构的特点。以10 000 Ω·m为界，可大致区分出碎斑流纹岩和流纹英安岩（碎斑流纹岩电阻率多高于10 000 Ω·m，流纹英安岩电阻率多低于10 000 Ω·m），但深部板岩的电阻率布范围与碎斑流纹岩及流纹英安岩的范围重合度较高，从电性角度难以识别流纹英安岩及板岩的界面。但是，处于流纹英安岩与板岩界面附近的凝灰岩、泥岩及粉砂岩电阻率较低，多在2 000 Ω·m 以下，与上部流纹英安岩及下部板岩电阻率差异明显，可作为该深度处的电性标志界面加以区分。

图4 为相山铀矿田杏树下科学深钻岩心极化率分布图。从分布图上可以看出：科学深钻5 个主要岩性中，流纹英安岩的极化率均值最高，其极化率多高于2.5%，而泥岩、粉砂岩和凝灰岩的极化率多小于1%，碎斑流纹岩和板岩的极化率大多介于两者之间，其极化率范围主要集中在1.0%～2.4%范围内。

综合图3 和图4 可知，科学深钻5 个主要岩性的电性特征为：

图3 相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品电阻率随深度及岩性分布图Fig.3 Resistivity distribution of core samples with depth and lithology of Scientific Deep Drilling in Xingshuxia area

图4 相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品极化率随深度及岩性分布图Fig.4 Polarization distribution of of core samples with depth and lithology of Scientific Deep Drilling in Xingshuxia area

1）碎斑流纹岩和板岩均表现出高电阻率、中极化率的特点，在科学深钻的5 个主要岩性中，这两者的重合度最高，从电性角度最难区分；

2）流纹英安岩表现出中低电阻率、高极化率的特点，其极化率参数值是5 种岩性中最高的；

3）泥岩、粉砂岩及凝灰岩是低电阻率、低极化率的特点，电阻率和极化率均低于上述几种岩性。

3.4 高温高压与常温常压条件下电性参数对比

为最大程度还原自然条件下岩矿石的真实赋存状态，从相山几种主要岩性中选取了10块岩心样品，进行高温高压条件下电阻率参数的分析测试。表2 是进行高温高压电阻率参数分析对比所选样品的基本信息，通过与常温常压条件下电阻率参数的对比，以期发现不同温度压力条件下电阻率参数的变化规律。

表2 用作对比分析的岩心样品信息Table 2 Core sample information used for comparative analysis

图5 是根据样品电阻率参数绘制的相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品电阻率随温度、深度的变化图。从图中可以看出，不同岩性的样品对温度压力变化的敏感度亦不相同。碎斑流纹岩和泥岩、粉砂岩在升温增压时，其电阻率变化不明显，特别是3 块碎斑流纹岩样品，随着升温增压电阻率基本没有变化。流纹英安岩和板岩对温度压强变化的敏感程度较大，随温度升到110 ℃压强变为70 MPa，上述岩性5 块样品的电阻率均有所减小。最明显的SDXG-6 号流纹英安岩样品，从常温常压下的3 978 Ω·m 迅速减小到1 084 Ω·m，电阻率值几乎是原来电阻率的1/4，其余4 块样品电阻率变化也比较明显。

图5 相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品电阻率随温度、深度（岩性）变化图Fig.5 Resistivity variation of core samples with temperature and depth（lithology）in Scientific Deep Drilling

上述对比结果表明地下真实赋存状态下的电阻率值比我们地表取岩心样测得的值要低，在进行电阻率反演时应该更多的参考电阻率测井的结果。

4 结论

通过此次相山铀矿田杏树下科学深钻岩心样品的物性分析，得出以下结论：

1）岩心样品中碎斑流纹岩表现出低密度、高磁化率、高电阻率、中极化率的特点；流纹英安岩表现出中密度、中高磁化率、中低电阻率值、高极化率的特点；凝灰岩则表现出密度范围大、低磁化率、低电阻率、低极化率的特点，泥岩、粉砂岩是高密度、低磁化率、低阻、低极化率的特点；板岩是高密度、低磁化率、高电阻率、中极化率的特征。各个岩性的物性特征比较明显；

2）深钻揭露范围内组间界面两侧岩性电阻率差异明显，而基底界面上方的流纹英安岩与下方基底板岩电阻率差异不明显，但是两者之间通常夹杂泥岩和粉砂岩，这两种岩性电阻率较低，其与板岩的分界面可以作为基底界面通过电阻率差异进行区分。

3）随着温度和压强的增大，流纹英安岩和板岩的电阻率值明显变小，反映出在自然赋存状态下上述岩性电阻率参数与常规采样后常温常压状态下电阻率参数值的差别，在后续电法反演解译时需引起注意。

致谢：感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所李磊老师及长江大学向葵老师给出的关于岩心样品物性参数的精确分析和测定，上述数据为本文的分析总结奠定了基础，在此表示感谢。