松遼盆地寶龍山地區(qū)鉆孔γ照射量率分布特征

黃笑， 楊亞新， 王殿學(xué)， 羅齊彬， 蔡建芳， 周文博，張亮亮，余弘龍，馬振宇

（1.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰024000；2.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；3.東華理工大學(xué)，核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013）

我國(guó)鈾礦勘查的重心自20世紀(jì)90年代以來，已從南方勘查熱液型鈾礦轉(zhuǎn)移到了北方勘查可地浸砂巖型鈾礦［1-2］。20多年來，核工業(yè)地質(zhì)系統(tǒng)依據(jù)鉆孔γ測(cè)井資料發(fā)現(xiàn)并落實(shí)了大量可地浸砂巖型鈾礦床。隨著找礦工作的不斷深入，“攻深找盲”已成為現(xiàn)今找礦工作的重點(diǎn)［3-4］。

鉆孔γ照射量率參數(shù)是通過對(duì)γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行換算而得出，是確定鈾礦石品位、圈定礦體邊界的主要依據(jù)和指標(biāo)。由于不同地層、不同巖性中的放射性元素含量差別較大［5-6］，因此對(duì)積累了大量鉆孔γ測(cè)井資料的地區(qū)，通過研究當(dāng)?shù)氐你@孔γ照射量率在不同地層、不同巖性段的分布特征，可以確定放射性元素的富集程度以及遷移富集規(guī)律等［7-10］。通過發(fā)掘可地浸砂巖型鈾礦的放射性測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)鉆孔γ照射量率均值、均方差及變異系數(shù)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析，總結(jié)出放射性元素在上覆地層及含礦砂體中的富集規(guī)律，可指導(dǎo)鉆探工作部署，提高找礦效率［11-12］。

1 地質(zhì)概況

寶龍山地區(qū)位于松遼盆地開魯坳陷錢家店凹陷的東北部，沉積蓋層由白堊系 （K）、新近系 （N）和第四系 （Q）組成。寶龍山地區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)錢家店 （錢Ⅱ塊）、寶龍山等多個(gè)鈾礦床，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床和眾多異常點(diǎn)帶，顯示該區(qū)具有較好的找礦潛力。

區(qū)內(nèi)找礦目的層姚家組可分為姚家組上段（K2y2）和姚家組下段（K2y1）， 姚家組下段頂部發(fā)育一層較為穩(wěn)定的泥巖，厚度一般為8～15 m，為上、下段的分界標(biāo)志層［13］。姚家組下段灰色砂體具有厚度和埋深適中的特點(diǎn)，是區(qū)內(nèi)主要的賦礦層。研究區(qū)內(nèi)鈾礦化主要產(chǎn)于姚家組下段灰色砂體中，灰色砂體主要分布于構(gòu)造剝蝕天窗東翼架瑪吐—腰哈根—白興吐一帶，整體呈北東向展布，長(zhǎng)約50 km，寬2～10 km， 受氧化帶前鋒線控制明顯［14］（圖 1）。

2 研究方法

為了研究寶龍山地區(qū)鉆孔γ照射量率的分布特征，總結(jié)鉆孔γ照射量率與鈾礦化的關(guān)系。首先從剖面3A-5A線觀測(cè)鈾的富集與鉆孔γ照射量率的分布情況，然后選取了1線、7線和縱剖面3條剖面，共計(jì)30個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆孔放射性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（圖1）。鉆孔的選取具一定代表性，包括無礦孔、異?？?、礦化孔、工業(yè)孔4種類型。針對(duì)選取的30個(gè)鉆孔，先分別計(jì)算出各單個(gè)鉆孔不同地層的γ照射量率均值、均方差、變異系數(shù)，再按地層統(tǒng)計(jì)單個(gè)鉆孔計(jì)算出的3個(gè)參數(shù)數(shù)值的最大值、最小值及平均值 （表1）。

圖1 寶龍山地區(qū)前第四紀(jì)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及鉆探剖面線分布Fig.1 Pre-quaternary geology sketch and drilling exploaration lines in Baolongshan area

表1 寶龍山地區(qū)鉆孔γ照射量率參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of gamma-ray exposure rate of boreholes in Baolongshan area

鉆孔γ照射量率能夠反映不同地層、不同巖性段的放射性特征，根據(jù)地層進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，同一地層內(nèi)可根據(jù)巖性分段統(tǒng)計(jì)；根據(jù)礦化程度和巖石滲透性，將含礦層姚家組下段劃分為含礦段內(nèi)滲透性巖石與非滲透性巖石、無礦段內(nèi)滲透性巖石與非滲透性巖石分別進(jìn)行鉆孔γ照射量率參數(shù)統(tǒng)計(jì)。在對(duì)滲透巖石、非滲透巖石統(tǒng)計(jì)過程中，要求以較大段純泥巖或純砂巖為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，避開相互影響大、數(shù)據(jù)真實(shí)性差的泥砂互層地段。在統(tǒng)計(jì)含礦層滲透巖石、非滲透巖石背景值時(shí)，需避開礦段，若受礦段影響將會(huì)導(dǎo)致所統(tǒng)計(jì)的地層背景值、均方差和變異系數(shù)偏高。

為了進(jìn)一步研究鉆孔γ照射量率的分布特征，筆者又統(tǒng)計(jì)了寶龍山礦床77個(gè)鉆孔的姚家組下段含礦滲透性巖石的γ照射量率參數(shù)，據(jù)此繪制了姚家組下段含礦滲透性巖石的鉆孔γ照射量率均值、均方差及變異系數(shù)的平面等值線圖，研究了這些參數(shù)在區(qū)域上的分布特征以及變化規(guī)律，探索了其找礦意義。

3 鉆孔γ照射量率分布特征

3.1 剖面觀測(cè)結(jié)果

寶龍山鈾礦床無礦地層鉆孔γ照射量率均值偏低，趨于背景值，為3.00 nC·kg-1·h-1左右，均方差和變異系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，無明顯變化。第四系 （Q）、上白堊統(tǒng)嫩江組 （K2n）鉆孔γ照射量率均值可視為地層背景值，隨著地層由新至老，放射性背景值也略有所增高。

圖2 寶龍山地區(qū)3A-5A線γ測(cè)井曲線地質(zhì)剖面圖Fig.2 longitudinal geological section with γ logging curve along Line 3A-5A in Baolongshan area

含礦層鉆孔γ照射量率均值急速增大，通?？蛇_(dá)背景值的3倍以上。鈾礦體主要賦存于姚家組下段（K2y1）辮狀河相砂體中（圖2），礦體呈板狀沿水平方向展布，連續(xù)性較好，厚度較大。對(duì)于鉆孔ZK3C-10無礦段γ測(cè)井曲線呈平穩(wěn)直線型，幅值小，整體趨于本底水平，鉆孔γ測(cè)井照射量率均值、均方差、變異系數(shù)偏低，無鈾元素富集。相對(duì)于無礦段來說，鉆孔ZK3A-10A含礦段γ測(cè)井曲線局部呈現(xiàn)窄小的單尖峰、劇烈變化的鋸齒狀或斷續(xù)高峰狀，鉆孔γ照射量率均值變大，均方差和變異系數(shù)變大，沒有穩(wěn)定變化趨勢(shì)，鈾元素出現(xiàn)富集現(xiàn)象，但礦化不均勻，一般形成鈾礦化體；鉆孔ZK3C-10含礦段γ測(cè)井曲線呈強(qiáng)度較大的單峰或連續(xù)鋸齒狀分布規(guī)律，鉆孔γ照射量率均值、均方差、變異系數(shù)三者均變大，呈正相關(guān)性，鈾元素出現(xiàn)強(qiáng)富集現(xiàn)象，礦化均勻，易形成品位高且礦體厚度較大的工業(yè)鈾礦體。由此可見，鉆孔γ照射量率均值、均方差和變異系數(shù)隨著鈾元素富集程度變強(qiáng)而變大。

3.2 寶龍山地區(qū)鉆孔γ照射量率分布

據(jù)表1可知，寶龍山地區(qū)第四系和嫩江組鉆孔γ照射量率均值平均值分別為1.92 nC·kg-1·h-1、 3.47 nC·kg-1·h-1， 變化較平穩(wěn)，嫩江組鉆孔γ照射量率均值高于第四系。 均方差平均值分別為 0.68 nC·kg-1·h-1、1.17 nC·kg-1·h-1； 變異系數(shù)均值分別為 0.35、0.33，均方差與變異系數(shù)二者變化相對(duì)較小。

寶龍山地區(qū)姚家組下段含有滲透和非滲透兩類礦體，分別為含礦砂巖和含礦泥巖。姚家組上段 （K2y2）鉆孔 γ照射量率均值為2.34～6.45 nC·kg-1·h-1， 平均為 4.40 nC·kg-1·h-1，變化范圍相對(duì)較小，均方差為0.68～18.68 nC·kg-1·h-1， 均值為 2.52 nC·kg-1·h-1，變化范圍相對(duì)較大，其中均方差最大值與均值最大值相對(duì)應(yīng)，因局部γ照射量率增高引起，兩者呈正相關(guān)。變異系數(shù)為0.20～2.90，均值為0.52，最大值為局部礦化導(dǎo)致γ照射量率增高引起，而變異系數(shù)整體趨于正常背景值水平，大小與均值、均方差無對(duì)應(yīng)關(guān)系，且γ照射量率均值水平較低，無放射性元素富集。

姚家組下段 （K2y1）無礦非滲透巖石鉆孔γ 照射量率均值為 2.95～5.54 nC·kg-1·h-1， 平均為3.81 nC·kg-1·h-1，變化幅度較??；均方差與變異系數(shù)分別為0.46～2.25 nC·kg-1·h-1、0.13～0.47， 平均分別為 0.96 nC·kg-1·h-1、 0.25， 二者變化范圍相對(duì)較小且較穩(wěn)定，γ照射量率無增高顯示。均值、均方差、變異系數(shù)總體走勢(shì)平穩(wěn)，三者無明顯相關(guān)關(guān)系。

姚家組下段 （K2y1）無礦滲透巖石鉆孔γ照射量率均值 2.71～6.39 nC·kg-1·h-1， 平均為3.77 nC·kg-1·h-1， 變化幅度較??； 均方差0.67～13.21 nC·kg-1·h-1， 均值為 2.78 nC·kg-1·h-1；變異系數(shù)0.23～2.97，均值為0.66。相對(duì)于非滲透巖石而言，均值平均水平略低，均方差、變異系數(shù)平均值稍大，由此說明，滲透與非滲透巖石γ照射量率變化規(guī)律不一，可能與鈾元素在滲透性巖石中易于遷移有關(guān)。鉆孔γ照射量率均值偏低，鈾元素未出現(xiàn)富集現(xiàn)象。

姚家組下段 （K2y1）含礦非滲透巖石鉆孔γ 照射量率均值 14.64～58.61 nC·kg-1·h-1，平均為37.02 nC·kg-1·h-1， 變化范圍較大， 放射性元素出現(xiàn)了強(qiáng)富集現(xiàn)象。均方差為9.57～38.47 nC·kg-1·h-1， 均值為 25.07 nC·kg-1·h-1，變化區(qū)間不大，最大值和最小值相差不大，說明該段鈾元素垂向上富集較為均勻。變異系數(shù)為0.29～1.82，均值為0.83，變化相對(duì)較小，極大和極小值相差不大，鈾元素在區(qū)域上礦化程度較一致。

姚家組下段 （K2y1）含礦滲透巖石鉆孔γ照射量率均值 15.98～59.85 nC·kg-1·h-1， 平均為28.78 nC·kg-1·h-1， 為該地層背景值 3倍以上。 均方差為 10.9～101.1 nC·kg-1·h-1， 變化區(qū)間較大，其均值為 37.19 nC·kg-1·h-1， 最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其平均值，說明該區(qū)鈾元素垂向上富集程度不一。變異系數(shù)為0.46～2.42，變化相對(duì)穩(wěn)定，最大值與最小值兩者相差不大，其均值為1.28，相對(duì)較大，說明該區(qū)域鈾元素礦化規(guī)模較大，礦化程度相對(duì)較高。

綜上所述，通過對(duì)寶龍山地區(qū)鉆孔γ照射量率數(shù)據(jù)分析可知，姚家組下段鉆孔γ照射量率均值較大、鈾元素富集作用較強(qiáng)，系區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位，其γ照射量率背景值一般為5 nC·kg-1·h-1左右。就鉆孔γ照射量率均方差而言，姚家組下段泥巖小于砂巖，說明鈾元素在泥巖中的分布較為均勻。均方差在含礦段大于無礦段，含礦層姚家組下段均方差為各地層中最大，說明均方差與鈾元素富集程度呈正比。另外，就鉆孔γ照射量率變異系數(shù)而言，姚家組下段泥巖小于砂巖，說明泥巖相對(duì)砂巖對(duì)鈾元素的吸附作用更為穩(wěn)定。變異系數(shù)在含礦段大于無礦段，說明變異系數(shù)越大，對(duì)鈾元素的富集作用越有利。因此，鉆孔γ照射量率均值變大，均方差和變異系數(shù)整體均處于較高水平，鈾元素出現(xiàn)富集現(xiàn)象，礦化現(xiàn)象較明顯。

3.3 姚家組下段含礦滲透性巖石鉆孔γ照射量率分布

為了更直觀顯示寶龍山地區(qū)姚家組下段含礦滲透性巖石的γ照射量率參數(shù)分布特征，又統(tǒng)計(jì)分析了寶龍山礦床77個(gè)鉆孔的賦礦層姚家組下段含礦滲透性巖石的γ照射量率參數(shù)，從平面上分析寶龍山地區(qū)含礦層姚家組下段滲透性巖石鉆孔γ照射量率的分布情況。圖3、圖4和圖5分別為寶龍山地區(qū)含礦層姚家組下段滲透性巖石的鉆孔γ照射量率均值等值線圖、均方差等值線圖以及變異系數(shù)等值線圖。

研究區(qū)內(nèi)賦礦層的γ照射量率值小于5 nC·kg-1·h-1為背景值區(qū)；異常暈整體呈北西向展布，由南往北逐漸變寬，呈不規(guī)則帶狀，最大值為59.85 nC·kg-1·h-1，異常暈區(qū)內(nèi)鉆孔一般為工業(yè)鈾礦孔或鈾礦化孔；偏高暈內(nèi)鉆孔基本上為鈾礦化孔或異常孔（圖3）。從圖3可知，異常暈和偏高暈主要分布于研究區(qū)北部，其面積約為研究區(qū)的40%左右。研究區(qū)南部主要由背景值區(qū)構(gòu)成，局部出現(xiàn)小面積異常暈，放射性地球物理場(chǎng)明顯弱于北部。據(jù)鉆孔揭露情況來看，北部鈾礦化情況好于南部，說明鈾礦化強(qiáng)弱直接影響鉆孔γ照射量率均值的大小及分布情況。

圖3 寶龍山地區(qū)姚家組下段滲透性巖石鉆孔γ照射量率均值等值線Fig.3 Mean value contour of boreholes gamma-ray exposure rate of the permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

圖4 寶龍山地區(qū)姚家組下段滲透性巖石鉆孔γ照射量率均方差等值線Fig.4 Mean square deviation contour of gamma-ray exposure rate of the permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

圖5 寶龍山地區(qū)姚家組下段滲透性巖石鉆孔γ照射量率變異系數(shù)等值線Fig.5 The variation coefficient contour of gamma-ray exposure rate of permeable rocks in the lower Member of Yaojia Formation in Baolongshan area

區(qū)內(nèi)鉆孔γ照射量率均方差 （圖4）與均值等值線圖整體走勢(shì)基本一致。均方差異常暈較為分散，呈不規(guī)則帶狀或片狀。據(jù)研究區(qū)高暈分析，整體呈北西向展布，連續(xù)性較好，與均值異常暈整體走向一致，形態(tài)基本相似，吻合程度相對(duì)較高，區(qū)內(nèi)鉆孔一般為工業(yè)鈾礦孔或礦化孔。說明均方差與均值二者基本呈正相關(guān)，受鈾礦化強(qiáng)弱影響，鈾礦化越強(qiáng)，均值與均方差也越大，反之越小。

與圖3、4相比，γ照射量率變異系數(shù)等值線圖 （圖5）變化更明顯，較均值、均方差更加不穩(wěn)定。變異系數(shù)異常暈更加分散，呈小面積的不規(guī)則形狀，連續(xù)性極差；據(jù)高暈分析，整體呈北西向展布，與均值及均方差整體展布方向一致，區(qū)內(nèi)鉆孔一般為工業(yè)鈾礦孔或礦化孔。可見變異系數(shù)受鈾礦化強(qiáng)弱影響，其與均方差都隨著均值的連續(xù)增大而增大，三者之間基本呈正相關(guān)關(guān)系。

在寶龍山地區(qū)，鉆孔ZK1-8和ZK1-9等工業(yè)鈾礦孔均位于γ照射量率均值、均方差和變異系數(shù)異常暈或高暈區(qū)內(nèi)。因此，鉆孔γ照射量率均值、均方差和變異系數(shù)三者異常暈或偏高暈吻合度較好的地區(qū)，為下一步找礦重點(diǎn)區(qū)域。

依據(jù)γ照射量率均值、均方差和變異系數(shù)的分布特征及變化規(guī)律，在今后的找礦方向上可遵循以下建議：一定區(qū)域上，如沿某一方位，連續(xù)出現(xiàn)鉆孔γ照射量率均值偏低，趨于背景水平，均方差和變異系數(shù)穩(wěn)定，可考慮減少鉆探工作量或放棄該方位的追蹤探索；若均值開始急劇增大，均方差和變異系數(shù)呈無規(guī)律變化，極其不穩(wěn)定，應(yīng)考慮繼續(xù)追蹤探索；若均值急劇增大，均方差和變異系數(shù)呈正相關(guān)也隨之增大，應(yīng)進(jìn)行加密追蹤工業(yè)鈾礦體。

4 結(jié)論

1）鉆孔γ照射量率均值、均方差及變異系數(shù)三者基本呈正相關(guān)，三者隨著鈾元素富集程度增強(qiáng)而增大。

2）鉆孔γ照射量率均值、均方差和變異系數(shù)三者異常暈吻合地段為最理想的找礦地段。

3）在可地浸砂巖型鈾礦勘查過程中，通過對(duì)鉆孔γ測(cè)井照射量率均值、均方差和變異系數(shù)3個(gè)參數(shù)分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合地質(zhì)條件綜合研判，能夠指導(dǎo)鉆探工作部署，提高找礦效率。