湖山鈾礦床伽馬測井中釷修正方法研究

陳寧,秦超飛,郝金龍,鄧洪澤

（中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100029）

湖山鈾礦床（Husab Deposit）位于非洲南部納米比亞共和國埃龍戈省納米布沙漠地區(qū)，距離海濱城市Swakopmund 約65 km，是近十年來全球范圍內(nèi)鈾資源領(lǐng)域找礦的重大發(fā)現(xiàn)［1］。湖山鈾礦床地處達馬拉（Damara）造山帶，位于北部的剛果（Congo）克拉通和南部的卡拉哈里（Kalahari）克拉通之間［1-3］。礦區(qū)內(nèi)地層以前寒武系到下古生界為主，上覆第四系。礦區(qū)內(nèi)主要出露晚寒武紀變質(zhì)巖和酸性侵入巖，鈾礦化主要賦存在羅辛組內(nèi)，在上覆楚斯組底部和下伏可汗組頂部也有少量分布。含礦巖性主要由白崗巖和偉晶巖組成，其次為含透輝石鈣質(zhì)硅酸鹽和黑云母片巖。

該礦床地質(zhì)勘探工作始于2007 年，結(jié)束于2011 年底，共投入鉆探工作量50 余萬米。勘探期間，鉆探工作主要采用金剛石鉆（DD）和空氣反循環(huán)巖粉鉆（RC），并利用巖心（巖粉）化學分析的方法確定巖礦石鈾品位。2012 年轉(zhuǎn)入礦山開發(fā)階段，為了提高工作效率和降低成本，采用爆破孔伽馬測井方法取代樣品化學分析方法確定巖礦石鈾品位，因此消除釷元素對伽馬測井的影響是保證鈾品位測定準確性的前提，是礦山開采的重要一環(huán)。

湖山鈾礦床釷含量與鈾品位呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系，并且釷鈾比與鈾品位的關(guān)系較為密切［4-9］。湖山鈾礦在勘探時期，受限于巖粉鉆的特點，未很好的區(qū)分巖性地層，因此難以對不同巖性或不同地層的釷及釷鈾比進行研究，因此本文僅研究釷、釷鈾比與鈾含量之間的關(guān)系，從而得出測井的釷修正方法。

1 樣品統(tǒng)計方法

用于釷鈾比分析統(tǒng)計的樣品數(shù)據(jù)來自歷史勘探時期取樣和采坑1、采坑2 的補充勘探樣品數(shù)據(jù)，其中包括巖心樣品和巖粉樣品。樣品選取原則：

A.統(tǒng)計樣品的鈾含量（金屬）＞10×10-6；

B.釷含量＞0；

C.樣品釷鈾比滿足不大于均值＋1.96 倍的均方差（即95%的可信度）。

滿足條件A、B、C 的樣品數(shù)見表1。

表1 湖山鈾礦床采坑1 和采坑2 樣品統(tǒng)計Table 1 Statistics of samples from pit 1 and pit 2 of Husab Deposit

釷鈾比規(guī)律統(tǒng)計方法為，對所有滿足要求的樣品按鈾品級進行分組，分別計算出每組的加權(quán)鈾含量、加權(quán)釷含量和釷鈾比，然后進行擬合［10-15］，其中加權(quán)鈾含量和加權(quán)釷含量均以樣品長度加權(quán)。

例如加權(quán)鈾含量計算公式為：

其中，QUi―樣品鈾含量，10-6；hi―樣品長度，m。

2 釷分布規(guī)律

根據(jù)樣品選取原則，對樣品鈾含量按照如下表進行分組統(tǒng)計，分別得到采坑1、采坑2 的鈾、釷含量（表2、表3），并計算每組的平均釷鈾比，其中eU3O8的計算公式見公式（2）。

利用表2、表3 中的鈾含量和釷鈾比，進行趨勢分析并擬合，得如下結(jié)果：

采坑1 釷鈾比與鈾含量關(guān)系為QTh/QU＝4.6963×QU-0.4714，相關(guān)系數(shù)R＝0.9892；

采坑2 釷鈾比與鈾含量關(guān)系為QTh/QU＝3.8486×QU-0.4454，相關(guān)系數(shù)R＝0.9884；

其中QTh為樣品釷含量、QU為樣品鈾含量。

由此可得出湖山鈾礦采坑1 和采坑2 的釷鈾比與鈾含量呈現(xiàn)負冪指數(shù)關(guān)系，并且呈現(xiàn)強相關(guān)性，如圖1 和圖2 所示。

3 測井釷修正方法

根據(jù)圖2、圖3 得到的是鈾品位和釷鈾比之間的關(guān)系，是表征鈾礦床本身的特性［11］，但在實際測井修正中，需得到當量鈾（eU）與釷鈾比之間的關(guān)系才能進行直接修正［4］。

表2 采坑1 化學分析樣品鈾含量及釷鈾比分組統(tǒng)計Table 2 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

表3 采坑2 化學分析樣品鈾含量釷鈾比分組統(tǒng)計Table 3 Statistics of uranium content and Th/U ratio of chemical analysis samples from Pit 1

圖1 采坑1 釷鈾比與金屬鈾品位擬合曲線Fig.1 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 1

圖2 采坑2 釷鈾比與金屬鈾品位擬合曲線Fig.2 Fitting curve of Th/U ratio and uranium grade in Pit 2

在湖山鈾礦床的勘探及開采中，使用U3O8作為計量物，因此在表2 和表3 中，根據(jù)礦山現(xiàn)有測井儀器的釷鈾當量系數(shù)0.396，計算出各分組鈾含量對應的當量U3O8含量（eU3O8），再由當量U3O8與釷鈾比進行擬合，得到當量U3O8與釷鈾比的關(guān)系式用于測井修正［14］。

由樣品鈾計算當量鈾公式為：

其中，QeU為當量鈾含量，10-6；QU為樣品鈾含量，10-6；QTh為樣品釷含量，10-6；0.396 為儀器釷鈾當量系數(shù)。

eU3O8與當量鈾之間關(guān)系為：

根據(jù)表2、表3 中釷鈾比與eU3O8，進行趨勢擬合得出如下結(jié)果（圖3、圖4）：

采坑1 釷鈾比與eU3O8關(guān)系為QTh/QU＝6.5171×QeU3O8-0.5013，相關(guān)系數(shù)R＝0.9865；

采坑2 釷鈾比與eU3O8關(guān)系為QTh/QU＝5.1328×QeU3O8-0.4707，相關(guān)系數(shù)R＝0.9845；

其中QTh為樣品釷含量、QU為樣品鈾含量、QeU3O8為當量鈾含量的U3O8表達形式。

測井修正時，采用如下公式［9］：

圖3 采坑1 釷鈾比與eU3O8擬合關(guān)系曲線Fig.3 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 1

圖4 采坑2 釷鈾比與eU3O8擬合關(guān)系曲線Fig.4 Fitting curve between Th/U and eU3O8in pit 2

圖5 湖山鈾礦床某爆破孔伽馬測井釷修正前后對比圖Fig.5 The uranium before and after thorium correction of gamma logging of a blast hole

式 中：Qu3O8、QeU3O8、Qth、Q′u—分別為修正后的鈾含量、γ 測井的當量鈾含量和樣品分析釷含量、鈾含量的數(shù)值；Kth為儀器的釷鈾當量系數(shù)，其含義為單位含量釷（系）元素的放射性計數(shù)與單位含量鈾（系）引起放射性計數(shù)的比值，與具體的儀器相關(guān)，該系數(shù)是儀器在石家莊航測遙感中心標定時得到。

根據(jù)以上得出的修正公式，對爆破孔測井數(shù)據(jù)進行解釋，圖5 為進行釷修正前后鈾品位結(jié)果曲線，由圖可看出，修正后鈾品位有明顯的降低，降低部分即為釷干擾所引起。

4 結(jié)論

1）對于鈾釷混合型礦床或釷含量較高的鈾礦床，在明確釷或釷鈾比分布規(guī)律的情況下，伽馬測井方法依然有效；

2）湖山鈾礦釷元素分布與鈾品位密切相關(guān)，釷鈾比與鈾含量呈現(xiàn)負冪指數(shù)關(guān)系；兩個采坑的釷鈾比與鈾品位的關(guān)系略有不同但總體差異不大，可統(tǒng)一進行修正。根據(jù)伽馬測井儀器的釷鈾當量系數(shù)可得出釷鈾比與當量鈾之間的關(guān)系，從而直接在測井解釋時進行修正；

3）通過釷干擾修正方法的實施，湖山鈾礦伽馬測井結(jié)果剔除了釷的影響，使伽馬測井確定鈾品位準確性大幅提高。