自然γ測(cè)井在鈾礦普查中的應(yīng)用

劉興華，王艷麗

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，廣州 510800）

0 引言

放射性測(cè)井方法，按其探測(cè)射線的類型可分為兩大類，即探測(cè)γ射線的γ測(cè)井法和探測(cè)中子的中子測(cè)井法。

放射性測(cè)井具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）裸眼井、套管井內(nèi)均可進(jìn)行測(cè)井；

（2）在油基泥漿、高礦化度泥漿以及干井中均可測(cè)井；

（3）是碳酸巖剖面和水化學(xué)沉積剖面不可缺少的測(cè)井方法。

但是它的測(cè)速慢，成本高。由于生產(chǎn)和解釋方法的改進(jìn)，放射性測(cè)井解決生產(chǎn)問題的范圍不斷擴(kuò)大，它仍是一項(xiàng)重要的測(cè)井方法。特別是核磁共振測(cè)井儀的研制成功，更加擴(kuò)大了放射性測(cè)井的應(yīng)用范圍。

自然γ測(cè)井以地層自然放射性為基礎(chǔ)，測(cè)井時(shí)用γ射線探測(cè)器沿井眼進(jìn)行測(cè)量，只記錄γ射線強(qiáng)度，稱為自然γ測(cè)井。

1 巖石的放射性

巖石的放射性，主要是由于含有鈾（U）、釷（Th）、鉀（K）等放射性元素，所以巖石的放射性強(qiáng)度決定放射性元素的含量。

一般條件下，巖石的放射性物質(zhì)含量很少，按放射性的強(qiáng)弱沉積巖可分為以下幾類：

自然γ放射性高：放射性軟泥、紅色黏土、海綠石砂巖、獨(dú)居石等巖石。

自然γ放射性中：淺海相和陸上沉積的泥質(zhì)巖石，如泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)石灰?guī)r，泥灰?guī)r等。

自然γ放射性低：砂巖、石灰?guī)r、石膏、巖鹽、煤和瀝青等。

2 自然γ測(cè)井的原理

測(cè)量裝置由井下儀器和地面儀器組成。下井儀器有探測(cè)器（閃爍計(jì)數(shù)管）、放大器和高壓電源等幾部分。自然γ射線由巖層穿過泥漿、儀器外殼進(jìn)入探測(cè)器，探測(cè)器將γ射線轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器把電脈沖放大后由電纜送到地面儀器。

早期的自然γ曲線采用計(jì)數(shù)率（脈沖／分鐘）單位，曲線用Jγ表示，現(xiàn)今的自然γ測(cè)井都采用標(biāo)準(zhǔn)刻度單位API，曲線用GR表示。定義高放射性地層與低放射性地層讀數(shù)之差為200API單位，作為標(biāo)準(zhǔn)刻度單位。

3 自然γ測(cè)井的曲線特征和影響因素

3.1 自然γ測(cè)井曲線特征

把自然γ測(cè)井儀下到井中，測(cè)量地層放射性強(qiáng)度隨深度變化的曲線，稱為自然γ曲線（GR）。

曲線特點(diǎn)。根據(jù)理論計(jì)算自然γ測(cè)井理論曲線如圖。其特點(diǎn)為：

（1）曲線對(duì)稱于地層中點(diǎn)，在地層中點(diǎn)處有極大值或極小值，反映該層放射性大小。

（2）當(dāng)?shù)貙雍穸萮小于三倍的鉆頭直徑d（h＜3d）時(shí)，極大值隨h↗而↗（極小值隨h↗而↘）。當(dāng)h≥3d時(shí)，極大值（或極小值）為一常數(shù)，與地層厚度無關(guān)，與巖石的自然放射性強(qiáng)度成正比。

（3）h≥3d時(shí)，由曲線的半幅點(diǎn)確定的底厚度等于地層的真實(shí)厚度，當(dāng)h＜3d時(shí)，由半幅點(diǎn)確定的地層厚度大于地層的真實(shí)厚度，而且越薄，大得越多。

理論曲線是在測(cè)速為零、點(diǎn)狀計(jì)數(shù)管的條件下計(jì)算得到的，但實(shí)際測(cè)井中，計(jì)數(shù)管不是點(diǎn)狀的，測(cè)速也不為零，所以實(shí)測(cè)曲線和理論曲線是有些差異的，但基本形狀仍然相似。

3.2 自然γ測(cè)井曲線影響因素

3.2.1 層厚的影響

地層變薄會(huì)使泥巖層的自然γ測(cè)井曲線值下降，砂巖層的自然γ測(cè)井曲線值上升，并且地層越薄，這種下降和上升就越多。因此對(duì)h＜3d的地層，應(yīng)用曲線時(shí)，應(yīng)考慮層厚的影響。

3.2.2 井參數(shù)的影響

井徑的擴(kuò)大意味著下套管井水泥環(huán)增厚和裸眼井泥漿層增厚。若水泥環(huán)和泥漿不含放射性元素，則水泥環(huán)和泥漿層增厚會(huì)使GR值降低，但由于泥漿有一些放射性，所以泥漿的影響很小。套管的鋼鐵對(duì)γ射線的吸收能力很強(qiáng)，所以下了套管的井，GR值會(huì)有所下降。

3.2.3 放射性漲落的影響

在放射性源強(qiáng)度和測(cè)量條件不變的條件下，在相等的時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)放射性的強(qiáng)度進(jìn)行重復(fù)多次測(cè)量，每次記錄的數(shù)值是不相同的，而總是在某一數(shù)值附近上下變化，這種現(xiàn)象叫放射性漲落。它和測(cè)量條件無關(guān)，是微觀世界的一種客觀現(xiàn)象，且有一定的規(guī)律性。這種現(xiàn)象是由于放射性元素的各個(gè)原子核的衰變彼此是獨(dú)立的，衰變的次序是偶然的等原因造成的。

由于放射性漲落的存在，使得GR曲線不像電測(cè)井光滑。放射性測(cè)井曲線上讀數(shù)的變化，一是由地層性質(zhì)變化引起的，另一方面是由放射性漲落引起的，要對(duì)放射性測(cè)井曲線進(jìn)行正確地質(zhì)解釋，必須正確區(qū)分這兩種原因造成的曲線變化。

3.2.4 測(cè)速的影響

測(cè)井時(shí)的儀器上提速度是對(duì)GR曲線產(chǎn)生影響。測(cè)速越大，GR關(guān)于地層越不對(duì)稱。（一般是V·τ的影響，τ為積分電路時(shí)間常數(shù)）

4 自然γ測(cè)井的應(yīng)用

4.1 劃分巖性

主要根據(jù)地層中泥質(zhì)含量的變化引起GR曲線幅度變化來區(qū)分不同的巖性。

I.砂、泥巖剖面

Ⅱ.碳酸鹽剖面

Ⅲ.膏巖剖面

4.2 進(jìn)行地層對(duì)比

GR曲線與地層中所含流體性質(zhì)無關(guān)，其幅度主要決定于地層中的放射性物質(zhì)，通常對(duì)于不同巖性其幅度較為穩(wěn)定，另外，對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)層也易選取，通常選用厚度泥巖作標(biāo)準(zhǔn)層，進(jìn)行油田范圍或區(qū)域范圍內(nèi)的地層對(duì)比。

4.3 估算地層中泥質(zhì)含量

首先用自然γ相對(duì)幅度的變化計(jì)算出泥質(zhì)含量指數(shù)IGR：

式中：GR目的——目的層自然γ幅度；

GRmax、GRmin為純泥巖、純砂巖的自然γ幅度。

通常IGR的變化范圍為0～1，用下式將IGR轉(zhuǎn)化成泥質(zhì)含量Vsh：

G為希爾奇指數(shù)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室取心分析資料確定。

5 實(shí)際案例分析

5.1 工程概況

該項(xiàng)目為廣東省仁化縣學(xué)堂坳地區(qū)鈾礦普查，為2014年廣東省鈾礦風(fēng)險(xiǎn)勘查專項(xiàng)資金找礦新開項(xiàng)目。工作區(qū)位于廣東省仁化縣長(zhǎng)江鎮(zhèn)。

工作任務(wù)是：尋找、評(píng)價(jià)各類異常、蝕變和礦化，通過有限的揭露工程，大致查明區(qū)內(nèi)是否有進(jìn)行下一步工作價(jià)值的礦體或礦化帶、異常帶，大致掌握其分布規(guī)律、規(guī)模、產(chǎn)狀以及與成礦有關(guān)的地質(zhì)條件，推斷礦體的連續(xù)性、進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)的概略研究，估算相應(yīng)類型的礦產(chǎn)資源／儲(chǔ)量，提出是否有進(jìn)行下一步工作的價(jià)值或圈出詳查區(qū)。

5.2 儀器設(shè)備

本次測(cè)斜采用FD－3019改進(jìn)型閃爍γ測(cè)井儀（見圖1）。FD－3019改進(jìn)型閃爍γ測(cè)井儀主要用于地面鉆孔中的放射性γ強(qiáng)度測(cè)量。確定鈾礦床的礦石品位。也可用于放射性方法測(cè)量地下水情等。

圖1 FD－3019改進(jìn)型閃爍γ測(cè)井儀

5.3 工作方法

放射性γ測(cè)井分為基本測(cè)井、重復(fù)測(cè)井、檢查測(cè)井［5］。

5.3.1 基本測(cè)井

基本測(cè)井包括中間測(cè)井和終孔測(cè)井兩種。鉆孔揭穿上部礦層后，應(yīng)立即進(jìn)行中間測(cè)井；鉆孔達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)孔深和全部設(shè)計(jì)目的時(shí)，應(yīng)進(jìn)行終孔測(cè)井。完成全部測(cè)井任務(wù)前，不得拆除鉆機(jī)場(chǎng)地任何設(shè)施?；緶y(cè)井按測(cè)量方式又分為點(diǎn)法測(cè)井和連續(xù)γ測(cè)井。采用點(diǎn)法測(cè)井時(shí)，探管由下而上逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)距在放射性正常地段采用1m；偏高地段和異常幅度變化不大的地段采用0.2～0.5m；異常地段采用0.1m。應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分層解釋時(shí)，點(diǎn)距只采用1m和0.1m，且異常測(cè)量段應(yīng)伸入正常地段五個(gè)點(diǎn)。采用連續(xù)γ測(cè)井時(shí)，測(cè)井速度應(yīng)保持勻速，速度變化不超過5%。點(diǎn)距采用0.05m。

5.3.2 重復(fù)測(cè)井

重復(fù)測(cè)井是在基本測(cè)井結(jié)束后，以同一儀器、同一操作者進(jìn)行的；是檢查γ測(cè)井儀器連續(xù)工作期間的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)是否存在增長(zhǎng)著的放射性水等干擾和操作過程中的偶然誤差。

5.3.3 檢查測(cè)井

檢查測(cè)井由測(cè)井組長(zhǎng)或負(fù)責(zé)測(cè)井工作的物探人員承擔(dān)，是檢查多臺(tái)儀器的一致性，解決基本測(cè)井存在的問題，發(fā)現(xiàn)不同人操作過程中的系統(tǒng)偏差。檢查測(cè)井的數(shù)量不少于鉆孔總數(shù)的10%，應(yīng)選擇具有代表性的工業(yè)礦化孔或可疑孔，以不同儀器、不同人進(jìn)行全孔檢查。

5.4 自然γ測(cè)井資料解釋方法

γ測(cè)井資料解釋采用三點(diǎn)式或五點(diǎn)式反褶積測(cè)井程序?qū)y(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋。反褶積程序處理數(shù)據(jù)首先是搜索異常段最高照射量率值，通過計(jì)算判別因子（E），求取反褶積參數(shù)α，最后輸出Qi與α。

三點(diǎn)式計(jì)算公式為：

五點(diǎn)式計(jì)算公式為：

式中：Qi——第i個(gè)單元層含量的數(shù)值，%；

Ii——測(cè)點(diǎn)i的γ照射量率的數(shù)值，nC／（kg·h）；

K0——換算系數(shù)，單位為（nC·0.01%eU）／（kg·h）；

α——反褶積參數(shù)，l／m；

h——單元層厚度的數(shù)值，m。

γ測(cè)井解釋時(shí)礦段邊界的確定：用給定強(qiáng)度法確定礦段邊界。分0.01%、0.03%和0.05%等不同品級(jí)。在解釋時(shí)黃、藍(lán)品級(jí)礦段厚度大于30cm時(shí)（即測(cè)井解釋反褶積結(jié)果連續(xù)三個(gè)點(diǎn)屬于同一品級(jí)時(shí)），才單獨(dú)作為一個(gè)層解釋，否則與相鄰的下一品級(jí)礦段合并或不作解釋；品級(jí)大于0.05%點(diǎn)的連續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上單獨(dú)解釋，一個(gè)紅點(diǎn)時(shí)與相鄰的礦段合并。

5.5 自然γ測(cè)井質(zhì)量要求

根據(jù)《γ測(cè)井規(guī)范》（EJ／T 611—2005）要求，γ測(cè)井包括基本測(cè)井、重復(fù)測(cè)井和檢查測(cè)井，其質(zhì)量要求應(yīng)滿足表1。

5.6 自然γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解譯

原始數(shù)據(jù)由儀器導(dǎo)入電腦，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，解譯軟件采用核工業(yè)二一六大隊(duì)編制的γ測(cè)井解釋系統(tǒng)1.2版。數(shù)據(jù)處理之前，應(yīng)填寫γ測(cè)井實(shí)際材料登記表，見表2。

表1 γ測(cè)井基本測(cè)井、重復(fù)測(cè)井和檢查測(cè)井質(zhì)量要求

表2 鉆孔γ測(cè)井實(shí)際材料登記表

圖2為自然γ測(cè)井解釋成果圖，從中可得到：礦段品位、礦段厚度、礦段米百分?jǐn)?shù)、礦段起始和終止深度。結(jié)合巖心編錄和測(cè)斜等資料分析，判別數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、合理性，以便為后續(xù)成果分析提供依據(jù)。

圖2 γ測(cè)井解釋成果圖

5 結(jié)論與建議

放射性測(cè)井在研究鉆井地質(zhì)剖面，尋找油氣藏以及研究油井工程中具有廣泛應(yīng)用。本文僅從其中一分支即自然γ測(cè)井，討論其在鈾礦找礦中應(yīng)用的合理性和可行性。

項(xiàng)目實(shí)施過程中，必須對(duì)γ測(cè)井儀的三性檢查進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，如其相對(duì)誤差超出相關(guān)規(guī)范要求或合同要求，應(yīng)及時(shí)送往廠家維修。

實(shí)際工作中可同時(shí)開展普通物探工作，以加強(qiáng)工作區(qū)礦化蝕變帶、斷裂構(gòu)造及裂隙發(fā)育帶的研究，結(jié)合鉆孔資料加強(qiáng)對(duì)工區(qū)地質(zhì)情況的認(rèn)識(shí)。

［1］吳傳芝，楊寧，李翻平，盧麗.地表放射性油氣勘探技術(shù)研究現(xiàn)狀分析［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2009，32（4）：239－247.

［2］劉東海，邱曉紅.放射性測(cè)量在油氣勘探中的應(yīng)用［J］.石油勘探與開發(fā)，1992，19（6）：37－42.

［3］劉慶成.放射性測(cè)量技術(shù)在油氣勘查中的應(yīng)用［J］.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，18（1）：43－47.

［4］尹航，王喜君，李成立，等.放射性勘探探尋油氣藏的實(shí)驗(yàn)效果［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，28（1）：65－67.

［5］國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).《γ測(cè)井規(guī)范》EJ／T611－2005［S］.