砂巖型鈾礦勘查中密度測井曲線的校正研究及應用

楊興 李娜 趙旭

摘? ?要：砂巖型鈾礦勘查中，密度測井作為地球物理測井的一個重要方法，在準確劃分地層起到重要作用。但當?shù)貙又杏休^強放射性礦時，會對密度測井數(shù)據(jù)造成干擾，對判斷地層巖性造成很大影響，需要對密度測井數(shù)據(jù)加以校正。通過大量取樣分析對比及鉆孔驗證表明，采用兩次密度測井對含有鈾礦地層密度測井曲線的干擾進行校正，能得到更加接近地層實際密度數(shù)值，修正后的密度曲線能更好地反映地層巖性及界面，為地層巖性精確劃分提供依據(jù)。該方法對地層巖性劃分及砂巖型鈾礦資源量的估算、提供礦層空間位置均具重要意義。

關鍵詞：砂巖型鈾礦勘查;密度測井;曲線校正

砂巖型鈾礦床劃分地層主要根據(jù)綜合物探測井的各巖性參數(shù)進行巖性識別和劃分[1-2]，主要利用的地球物理參數(shù)為密度、電阻率、井徑、聲波和自然電位等，各參數(shù)互相配合進行巖性識別和界面劃分[3-5]。因此，巖性參數(shù)是巖性識別、地層劃分的重要基礎。

密度作為重要參數(shù)之一，是查明一個地區(qū)地層層序和劃分礦層的重要依據(jù)，在地層劃分中起著重要的作用。但砂巖型鈾礦化地區(qū)由于礦層中存在放射性，會對密度測量數(shù)據(jù)產生很大的干擾，從而影響地層劃分與巖性識別。礦層中若含有鈣質層、泥巖等非滲透地層時，在測井解釋和資源量估算中，應將非滲透層剔除后計算，如果不能對夾層進行精細準確的劃分，必將對測井解釋結果與資源量的估算造成影響。因此，需要對礦層因含有放射性而造成密度測井數(shù)值的干擾進行修正，以獲得更加準確的密度數(shù)據(jù)，更加準確的劃分地層和估算砂巖型鈾礦資源量。

1? 區(qū)域地質特征

吐哈盆地是在前寒武紀結晶基底和前晚二疊世古生代褶皺基底之上發(fā)育起來的晚二疊世至中生代沉積盆地。在大地構造格架上，位于艾比湖-星星峽縫合線和卡拉麥里-麥欽烏拉縫合線之間，西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊3大板塊夾持的準噶爾-吐魯番微板塊的東段。吐哈盆地自獨立演化以來，長期受到構造活動的影響，尤其是在中侏羅世以后。受印度板塊俯沖的影響，吐哈盆地在塔里木板塊和西伯利亞板塊持續(xù)NS向擠壓下，無論是盆地邊緣還是內部，中新生界多發(fā)育逆沖斷裂，并伴有褶皺產生。NS向剖面形態(tài)上表現(xiàn)為南淺北深的非對稱凹陷形態(tài)和疊合式泛盆沉積的山間盆地，斷裂構造多呈逆沖式發(fā)育。

吐哈盆地沉積蓋層主要由上二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系6大套地層組成，最大沉積厚度9 000 m。地層發(fā)育程度基本受基底活動控制，北部沉積厚度大，層序齊全;南部沉積較薄，發(fā)育不全。工作區(qū)的沉積蓋層從三疊系到第四系均有出露。三疊系在盆中呈殘體分布，出露有上倉房溝群和小泉溝群，為一套河湖相沉積。侏羅系是盆地中為分布面積最大的沉積蓋層。上侏羅統(tǒng)、白堊系主要分布在吐魯番地區(qū)中部[6-7]。

2? 密度測井原理

γ射線通過物質時，主要發(fā)生3種不同類型的反應，即電子對效應，康普頓效應和光電效應[8]。密儀度測井由推靠器、探頭、電路段組成。在探頭上（也稱滑板）安裝放射源和探測器，選用137Cs放射源，發(fā)射0.662 MeV的γ射線，排除了形成電子對的可能性，選擇探測器的閾值避免了光電效應的影響，測量康普頓效應頻譜段的γ射線。測井時，在推靠器的作用下，探頭緊靠井壁，放射源通過發(fā)射窗口向地層發(fā)射γ射線，與地層發(fā)生一次或多次康普頓散射的γ射線，被探測器晶體俘獲并發(fā)生光電效應，產生電信號，經放大和甄別處理而被記錄，儀器經過測量參數(shù)校準，可計算地層的密度值。在實際測井中，由于井壁不規(guī)則、推靠等因素，不可避免地在滑板和地層之間夾帶泥餅，這時儀器測得的密度值（稱為視密度）不僅與地層密度有關，還與泥餅的厚度、密度、平均原子序數(shù)有關。因此，在探頭中設置長源距探測器和短源探測器（圖1），采用雙源距補償方法求取地層密度[9-11]。

3? 密度測井曲線發(fā)生畸變原因分析

一般情況下，地層中的γ射線強度相對于137Cs所以所發(fā)出的γ射線強度來說較小，對密度測量不會造成很大影響。但當測量礦層或γ射線較強的地層時，環(huán)境中的γ射線必然會與放射源放射的γ射線同時被探管中的長、短源距探測器所接收，礦層中γ射線越強，實際測量出的密度數(shù)值越小，造成密度曲線的畸變，故礦層放射性輻射是引起密度測井曲線發(fā)生畸變的根源。

4? 密度數(shù)據(jù)的校正方法及應用

由密度測井曲線在礦層中產生畸變的原因分析可知，剔除礦層中放射性元素疊加到長、短源距道的數(shù)據(jù)，得到單一與地層密度相關的數(shù)據(jù)，進而正確計算出地層的巖石密度，是解決問題的根本方法。

密度探管二次測井，測量的長、短源距道數(shù)據(jù)：①攜帶137Cs放射源進行測井，采集巖（礦）石放射性疊加數(shù)據(jù);②不裝137Cs放射源，采集巖（礦）石天然放射性數(shù)據(jù)。剔除礦層干擾后的長、短源距道數(shù)據(jù)進行密度校正計算，得到地層準確的密度值。

4.1? 鉆孔驗證

選擇三個典型砂巖型鈾礦工業(yè)鉆孔進行二次測井，驗證上述理論和成果的實際效果（圖2，3，4）。

從圖2可看出，密度曲線在校正前，密度測量值與實際密度相差較大;校正后的密度數(shù)值更接近煤密度的真實數(shù)值，利用測井曲線進行地層劃分能提供更為準確的依據(jù)。從圖3中可看出，校正前的密度曲線嚴重變形，與實際密度相差較大，結合電阻率曲線，并不能對地層進行準確劃分。通過二次密度測井對密度曲線進行校正，可明顯看出，礦層并未完全處于煤層中，結合地質物探編錄，可在240.90 m位置（圖中綠色虛線所示）將礦層一分為二，上部為砂礫巖含礦層，下部為煤層含礦層，較準確的劃分出了兩種巖性的地層界線，為鈾礦資源量的估算提供可靠依據(jù)。圖4中，校正前的密度曲線結合電阻率曲線不能清楚的將地層進行劃分。經過二次密度測井，對密度曲線進行校正后，結合電阻率曲線、地質編錄可看出，在礦層中深度為510.3～510.8 m處為明顯的鈣質砂巖層，為非滲透地層。據(jù)規(guī)范要求，在進行測井解釋與資源量估算時，應將此礦段剔除，為資源量估算提供可靠的礦層空間位置數(shù)據(jù)。通過3個鉆孔驗證表明，二次測井進行密度曲線校正方法準確可行。

4.2? 測井與樣品采集密度數(shù)值比對

本文通過采取樣品測得密度數(shù)值與二次測井計算出密度數(shù)值進行對比，驗證上述方法計算出的密度準確性。

結合地浸砂巖型鈾礦勘查的特點，分別采取了砂巖及煤巖樣品[13]。砂巖樣品采用蠟封法測得密度值;煤樣采用實驗室送檢測得密度值。將蠟封法與實驗室送檢測得的密度值與二次測井計算得出的密度值進行對比（表1，表2），從表1中可看出，35個砂巖樣品中，最大絕對誤差為0.06 g/cm3，相對誤差最大為2.87%，相對誤差均小于3%，大于2 %的只有兩個，小于2%的占比為94.29%。從表2中可看出，13個煤樣中，最大絕對誤差為0.03 g/cm3，相對誤差最大為2.21%。表1，表2中均表明，無論是砂巖樣品采用的蠟封法，還是煤樣采用實驗室送檢，與測井校正得出的密度值相差不大，誤差均小于3%。因此，通過前后兩次測井校正過的密度值較為準確，能夠滿足砂巖型鈾礦勘查中對于地層劃分及資源量估算的基本要求。

5? ?結論與建議

通過對密度測井曲線發(fā)生畸變的原因分析與校正，可以得到以下幾點認識：

（1） 通過采集樣品與二次測井兩種方法得出密度數(shù)據(jù)對比，二次密度測井對密度曲線進行校正方法準確可靠，可得出準確合理的密度數(shù)值，能夠滿足正常的地質勘查需求。

（2） 通過對密度測井曲線的修正，可獲得更加真實的地層密度數(shù)據(jù)，從而可對地層界線或礦層中非滲透夾層更加準確的識別與劃分，可對鈾礦與煤礦資源量準確估算提供可靠依據(jù)。

（3） 由于二次測井所帶來的測井風險增加，建議在不能分辨的地層界線或無法識別的非滲透夾層而不能準確進行資源量估算時，再進行二次密度測井進行校正，以達到經濟效益的最大化。

參考文獻

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