納米比亞歡樂谷鈾礦床伽馬測井解釋與巖（礦）心取樣分析鈾含量對比研究

趙希剛，朱西養(yǎng)，李勝祥，王金平，叢衛(wèi)克，張積運

納米比亞歡樂谷鈾礦床伽馬測井解釋與巖（礦）心取樣分析鈾含量對比研究

趙希剛1，朱西養(yǎng)2，李勝祥2，王金平2，叢衛(wèi)克2，張積運2

（1.核工業(yè)二〇三研究所，西安 710086；2.中國鈾業(yè)有限公司，北京 100029）

在納米比亞歡樂谷白崗巖型鈾礦勘探和開發(fā)過程中，采用野外鉆探取樣和實驗室測試分析獲得鈾含量，不但周期長，費用高，而且因為采樣段劃分不準(zhǔn)確得到的鈾含量存在誤差。通過對比現(xiàn)場伽馬測井解釋鈾含量與巖（礦）心取樣分析測試鈾含量的結(jié)果，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)理學(xué)分析，認(rèn)為伽馬測井解釋鈾含量的結(jié)果是準(zhǔn)確的，在勘探和開發(fā)階段可以部分取代巖（礦）心取樣，不但降低勘查和采礦的成本費用，而且快速獲得鈾含量解釋結(jié)果，還可以準(zhǔn)確劃分礦體邊界。該結(jié)論可以為后期在納米比亞歡樂谷的白崗巖型鈾礦勘查和開發(fā)中伽馬測井和鈾含量解釋代替巖（礦）心取樣和分析測試鈾含量提供參考和工作技術(shù)方法。

伽馬測井和解釋；巖（礦）心取樣和分析測試；白崗巖型鈾礦；納米比亞

納米比亞達(dá)馬拉造山帶含有豐富的鈾資源，已查明的鈾資源量近80萬噸，鈾礦化類型主要為白崗巖型和鈣結(jié)巖型。納米比亞境內(nèi)達(dá)馬拉造山帶西南部，圍繞著羅辛穹窿集中產(chǎn)出多個超大型白崗巖型鈾礦床，著名的羅辛鈾礦以其礦量大、品位低、可露天開采、礦石處理工藝性能較好而聞名于世。其周邊還有湖山（Husab）、艾探戈（Etango）和瓦倫西亞（Valencia）等大型鈾礦床，找礦前景良好。白崗巖型鈾礦含礦主巖為典型的“D”型白崗巖，為高硅酸鹽型礦石，鈾主要以晶質(zhì)鈾礦和少量瀝青鈾礦單礦物形式存在，有害組分甚微，酸法浸出總耗酸量低、浸出率較高[1-3]。

納米比亞白崗巖型鈾礦在勘探和采礦過程中，如果是采用巖心鉆探，采取的巖（礦）心樣品送化驗室分析。西方勘探公司一般不詳細(xì)劃分礦心邊界，而是根據(jù)鉆探進(jìn)尺一米采取一個樣品，一半留用，另一半送去實驗室進(jìn)行分析測試。如果采用巖粉鉆探，鉆探進(jìn)程中，按進(jìn)尺直接一米采集一個樣品，送化驗室分析結(jié)果。巖心采樣和測試鈾含量不但周期長，費用高，而且可能加大或減少礦體厚度，影響資源量計算。采樣和測試分析的優(yōu)點是直接獲得鈾含量的數(shù)據(jù)。而野外現(xiàn)場測井?dāng)?shù)據(jù)，經(jīng)過鈾鐳平衡系數(shù)、射氣系數(shù)、釷鉀影響系數(shù)、濕度影響、有效原子序數(shù)等修正，解釋后可快速獲得鈾含量。但是前期的各種系數(shù)需要進(jìn)行大量規(guī)范有效的工作，才能獲得正確的修正系數(shù)，為測井?dāng)?shù)據(jù)解釋鈾含量提供準(zhǔn)確的修正參數(shù)[4-6]。

1 歡樂谷區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于世界著名的達(dá)馬拉造山帶，是卡拉哈里和剛果兩大太古宇克拉通間的元古宇造山帶，為世界上最古老的地盾之一，基底為太古宇結(jié)晶基底，具有地殼固結(jié)早、巖石演化成熟度高、富鈾。元古宇末的達(dá)馬拉造山運動構(gòu)造活動強烈，不同期次巖漿活動發(fā)育，以富鉀質(zhì)的花崗巖、混合花崗巖、深變質(zhì)巖為主，能譜測量鈾含量（平均值39.44×10-6）與地殼克拉克值相比，明顯偏高，為鈾含量偏高地區(qū)。達(dá)馬拉造山帶為后期鈾成礦可提供豐富的鈾源，找礦前景良好。

達(dá)馬拉運動后該區(qū)一直處于構(gòu)造穩(wěn)定階段，早期形成的鈾礦得以保存，后期構(gòu)造運動使鈾礦得以疊加富集。

歡樂谷鈾礦床處于達(dá)馬拉造山帶西南部次級構(gòu)造單元中部帶南部區(qū)和奧卡汗加線形帶內(nèi)，位于北東向奧馬魯魯斷裂和奧克汗加斷裂所夾持的區(qū)域。地理上位于納米比亞中西部鈾成礦的中心部位，周圍有在產(chǎn)羅辛和湖山白崗巖型鈾礦、待產(chǎn)的瓦倫西亞白崗巖型鈾礦床、蘭格漢瑞赤鈣結(jié)巖型鈾礦，以及其他鈾礦床和鈾礦點。距離海邊城市斯瓦科普孟德約65km，交通便利，電力和用水充足。

1.1 地 層

研究區(qū)內(nèi)出露的地層主要為達(dá)馬拉層序、古、新近紀(jì)鈣結(jié)巖和第四系[3]。區(qū)內(nèi)與白崗巖型鈾礦有關(guān)的地層主要為可汗組、羅辛組和卡里比組。巖性為大理巖、泥質(zhì)片巖和片麻巖、云母角閃片巖、混合巖、鈣硅質(zhì)巖、石英巖、變質(zhì)礫巖等。

1.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育。達(dá)馬拉造山帶中部帶以侵入巖發(fā)育為特征，其侵入出露面積約為75 000 km2。其中96%為花崗巖，另外4%為少量鈣堿性輝長巖和花崗閃長巖類。侵入巖主要為前達(dá)馬拉期和達(dá)馬拉期兩大期。前達(dá)馬拉期侵入巖主要有阿巴比斯（Abbabis）雜巖體中片麻狀花崗巖和眼球狀片麻巖。以北東向延伸的巖株產(chǎn)出。這類巖石與一些放射性異常相伴，鈾含量一般在3×10-6～20×10-6，巖石出露區(qū)與航空放射性異常的分布區(qū)吻合。

侵入到達(dá)馬拉帶造山帶變質(zhì)沉積巖中的花崗巖可劃分為5個時代。含鈾與非含鈾花崗巖的含鈾性表現(xiàn)出顯著的差異性。礦化白崗巖（侵位于可汗組和羅辛組的穹窿、巖脈、交織巖脈）鈾含量為38×10-6～1120×10-6，達(dá)馬拉期后侵入活動較弱，見有一些粗玄巖和細(xì)晶巖沿斷裂分布。區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要發(fā)生在達(dá)馬拉期。達(dá)馬拉層序巖石遭受的區(qū)域變質(zhì)作用，多數(shù)巖石達(dá)到角閃巖相變質(zhì)作用(估計溫度峰值550～645 ℃，壓力2.6～3.4 kbar)。沿侵入巖與圍巖接觸地方可以見接觸交代作用，此外區(qū)內(nèi)沿可汗河兩側(cè)見一些韌性剪切帶中巖脈動力變質(zhì)巖。

1.3 構(gòu) 造

研究區(qū)正好處于納米比亞鈾成礦區(qū)的中心部位，該區(qū)主要區(qū)域構(gòu)造線方向為北東向，一系列的北東向褶被和斷層發(fā)育。含鈾花崗巖（白崗巖）和古、新近紀(jì)古沖溝體系也主要為北東向分布。顯示的構(gòu)造形式是穹-褶式，許多花崗巖的定位與穹隆相伴，并見環(huán)形構(gòu)造。巖石中各種片理、片麻理和節(jié)理發(fā)育。區(qū)內(nèi)可識別出多期褶皺，最早期褶皺為北西向，后期的褶皺方向為北東向。

千歲蘭斷裂是區(qū)域南部中心構(gòu)造帶和南部構(gòu)造帶分界線，控制著含鈾花崗巖體的就位。

沿可汗河兩側(cè)約2 km范圍內(nèi)，存在北東向羅辛韌性剪切帶，除分布在韌性剪切帶內(nèi)穹窿周邊才發(fā)現(xiàn)鈾異常，位于韌性剪切帶外的穹窿周邊未見較好鈾礦化。

1.4 礦化和蝕變

區(qū)內(nèi)鈾礦化類型為白崗巖型和鈣結(jié)巖型，其中白崗巖型鈾成礦年齡為508±2 Ma，基本與白崗巖脈形成同期，成因?qū)儆趲r漿成因。

白崗巖型鈾礦床賦礦巖石為D型花崗巖，顏色為灰白色，粒度大，石英為煙灰色，單鈾型礦床，鈾成礦作用以巖漿結(jié)晶分異作用為主。鈾礦物以晶體較大晶形較好的晶質(zhì)鈾礦為主，其它原生鈾礦物和含鈾礦物是鈾釷礦、鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦，皆以副礦物的形式存在于D型花崗巖脈中。在地表及近地表見瀝青鈾礦和硅鈣鈾礦，主要是由晶質(zhì)鈾礦等原生鈾礦物演變而成[3]。

礦化蝕變主要有硅化、高嶺石化、伊利石化、硅化和黃鐵礦化。硅化、伊利石化是礦化蝕變，蝕變疊加地段是富礦部位。

2 巖心取樣與伽馬測井對比分析

2.1 巖心取樣方法

根據(jù)測井解釋含量結(jié)果和地面物探編錄結(jié)果，對比巖心巖性和回次，按中國規(guī)范（中華人民共和國核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T 611-2005《測井規(guī)范》對確定的含礦段巖心劃分樣段采集。對品位大于 0.005%U的典型礦層，根據(jù)不同品位，按≤0.005%、0.005%～0.010%、0.01%～0.030%、0.03%～0.05%、＞0.05%等級分別取樣，采樣長度在0.2～1.0 m之間（表1），一半送檢，另一半保留。為了有效的控制礦體邊界，礦體邊界樣品長度為10～20 cm。

2.2 伽馬測井解釋和巖心分析測試鈾含量結(jié)果對比

野外現(xiàn)場測井嚴(yán)格按照測井上述規(guī)范執(zhí)行。測井儀器在工作前于計量站進(jìn)行了校準(zhǔn)和標(biāo)定。工作期間按規(guī)范進(jìn)行短期和長期穩(wěn)定性測量。為了對比測井解釋和取樣測試的鈾含量，測井進(jìn)行了重復(fù)測量和檢查測量。并對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效性分析，符合測井規(guī)范要求。

在納米比亞歡樂谷鈾礦床勘查過程中，選取5個不同礦段、不同深度、不同品位的鉆孔，進(jìn)行取樣測試和測井鈾含量對比試驗（表1，圖1）。將伽馬測井和解釋鈾含量曲線與巖（礦）心取樣分析測試鈾含量曲線畫在一起進(jìn)行結(jié)果對比研究，做出對比圖（圖2、3）。

將取樣分析測試的鈾品位和米百分?jǐn)?shù)作為真值（L），伽馬測井解釋鈾品位（鈾含量）和米百分?jǐn)?shù)與巖（礦）心取樣分析鈾品位（鈾含量）和米百分?jǐn)?shù)之差作為絕對誤差（△）計算相對誤差（）。

計算公式：=△/L×100%

式中：—實際相對誤差，單位%；△—絕對誤差，單位鈾含量或米百分?jǐn)?shù)；L—真值，單位鈾含量或米百分?jǐn)?shù)。

對表1內(nèi)巖心取樣測試獲得米百分?jǐn)?shù)和測井解釋得到的米百分?jǐn)?shù)相對誤差進(jìn)行了正態(tài)分布檢驗。樣數(shù): 43；平均值: -4.42；均方差: 24.45；變異系數(shù) : -5.53；檢驗1 : -0.41；檢驗2 : 0.84；偏度: -0.14；峰度: 3.53。檢驗參與統(tǒng)計的相對誤差數(shù)據(jù)位于±1.96內(nèi)，說明數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

將取樣分析得到鈾含量和測井解釋的鈾含量進(jìn)行相關(guān)分析（圖1），相關(guān)系數(shù)R進(jìn)行顯著性檢驗，2=0.714 1，=0.845，絕對值大于0.8，表明取樣測試得到鈾含量和測井解釋的鈾含量高度相關(guān)。將取樣分析得到鈾含量和測井解釋的鈾含量進(jìn)行回歸分析，回歸方程為=0.934 9。

表1 歡樂谷鈾礦床伽馬測井與巖心取樣分析鈾含量結(jié)果對比表

備注：1—測井解釋鈾含量的厚度為0.1 m，表中測井解釋鈾含量對照巖心樣長度加權(quán)平均法計算；2—測井解釋鈾含量為經(jīng)過釷元素影響修正后得到的結(jié)果。

圖1 歡樂谷鈾礦床巖心取樣分析鈾含量和測井解釋鈾含量相關(guān)分析圖

從圖上宏觀看到礦段伽馬測井解釋鈾品位（鈾含量）與巖（礦）心取樣分析鈾品位（鈾含量）的曲線吻合相對較好。

圖2 歡樂谷鈾礦床ZKH11-11鉆孔取樣分析鈾含量和測井解釋鈾含量結(jié)果對比圖

圖3 歡樂谷鈾礦床ZKH0-17鉆孔取樣分析鈾含量和測井解釋鈾含量結(jié)果對比圖

2.3 誤差分析

統(tǒng)計上述5個礦段伽馬測井解釋鈾品位（鈾含量）與巖（礦）心取樣分析鈾品位（鈾含量）和米百分?jǐn)?shù)，根據(jù)數(shù)理學(xué)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，兩者的米百分?jǐn)?shù)的相對誤差見表2。從表中可知：參與統(tǒng)計礦層的總厚度為32.47 m，測井解釋鈾米百分?jǐn)?shù)和礦石取樣測試鈾米百分?jǐn)?shù)結(jié)果對比的系統(tǒng)誤差為0.9～1.0。說明測井方法和解釋結(jié)果是正確的。5個礦段的鈾米百分?jǐn)?shù)（m·%）相對誤差小于±10%，整體相對誤差為3.92%。

表2 歡樂谷鈾礦床伽馬測井與巖心取樣分析鈾含量結(jié)果對比誤差統(tǒng)計表

3 結(jié) 論

1）采樣段劃分和測井解釋礦段是合適的。測井孔口0 m位置確定是準(zhǔn)確的，而且標(biāo)定的電纜深度是可靠的。本次取樣就是根據(jù)巖性物探編錄和測井解釋深度曲線，結(jié)合回次和巖性綜合劃分的樣段。

2）本次選取測井?dāng)?shù)據(jù)解釋的修正參數(shù)是合適的。一是鉆孔結(jié)構(gòu)采用的孔徑、套管厚度和泥漿密度修正系數(shù)是合適的；二是前期研究了鈾鐳平衡系數(shù)、射氣系數(shù)、濕度、釷鉀含量影響系數(shù)，礦石有效原子序數(shù)等各種系數(shù)，按規(guī)范要求，除對釷影響修正外，其他參數(shù)不需要修正，說明選取的釷修正系數(shù)是正確的。

3）采用的野外測井工作方法是可行的。伽馬測井解釋鈾含量與礦心取樣測試鈾含量的對比結(jié)果，認(rèn)為現(xiàn)場測井解釋鈾含量是有效的。該方法在白崗巖型鈾礦勘探后期和開發(fā)階段，可以部分代替現(xiàn)場取樣和后期實驗室分析測試鈾含量。建議在納米比亞開展白崗巖型鈾礦勘查后期和開采階段時，特別是在礦坑采礦階段，采用伽馬測井代替巖（礦）心取樣和后續(xù)樣品測試，不但節(jié)約費用，而且快速取得鉆孔鈾含量，為勘探階段資源量估算，開發(fā)階段的礦坑爆破、礦石開挖、礦石運輸和堆放、礦石破碎等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Comparative study on uranium content of Happy Valley uranium deposit between gamma logging interpretation and rock (ore) core sample analysis in Namibia

ZHAO Xigang1，ZHU Xiyang2，LI Shengxiang2，WANG Jinping2，CONG Weike2，ZHANG Jiyun2

(1. No. 203 Institute of Nuclear Industry, CNNC, Xi'an 710086, China; 2. China National Uranium Corporation Limited, Beijing 100029, China)

In the process of exploration and development of the alaskite-type uranium deposit in Happy Valley, Namibia, using field drilling sampling and laboratory test analysis to obtain uranium content, not only has a long period and high cost, but also has errors due to inaccurate division of sampling section. By comparing the results of on-site gamma logging interpretation of uranium content and rock (ore) core sampling analysis and testing of uranium content, according to statistical and mathematical analysis, it is considered that the results of gamma logging interpretation of uranium content are accurate and can partially replace rock (ore) core sampling in the stage of exploration and development, which not only reduces the cost of exploration and mining, but also can quickly obtain the interpretation results of uranium content, and also can be used for reference in order to accurately divide the ore body boundary. This conclusion can provide a reference and technical method for gamma logging and uranium content interpretation to replace core sampling and analysis of uranium content in the exploration and development of alaskite-type uranium deposit in Happy Valley, Namibia.

gamma logging and interpretation; core sampling and analysis; uranium content of alaskite-type uranium deposit; Namibia

P619.14；P631

A

1672-0636 (2021) 03-0358-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.009

2020-11-30

趙希剛（1963— ），男，陜西藍(lán)田人，博士，高級工程師（研究員級），主要從事地球物理探測和信息技術(shù)研究。E-mail: zhaoxg418@126.com