自然伽瑪測(cè)井在河北某地區(qū)礦產(chǎn)普查中的應(yīng)用

陳學(xué)蓉，王 穎

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

2021年，在河北某稀土礦普查項(xiàng)目1號(hào)礦體中部的8個(gè)勘探鉆孔測(cè)井中，自然伽瑪測(cè)井方法不僅能較準(zhǔn)確地確定稀土礦層頂?shù)装宓奈恢谩⒙裆罴昂穸?，彌補(bǔ)了巖心采取率的不足，還可以結(jié)合稀土礦取樣化驗(yàn)分析結(jié)果，利用測(cè)井參數(shù)進(jìn)一步推算稀土礦工業(yè)品位。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

普查區(qū)位于太行山中段東麓山區(qū)，大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ2）、山西斷?。á?3）、武安凹斷束（Ⅳ233）東南部東側(cè)邊緣。

普查區(qū)東部緊鄰臨清臺(tái)陷，東南部緊鄰內(nèi)黃臺(tái)拱，區(qū)域構(gòu)造以塊狀斷裂為特點(diǎn)。本區(qū)以斷裂構(gòu)造為主，褶皺次之。

區(qū)域總的構(gòu)造形態(tài)為一向南東緩傾斜、褶皺平緩開(kāi)闊的單斜層，但斷裂構(gòu)造發(fā)育，形成了一系列的地壘、地塹，分別組成北東向、南北向及北北東向的蓋層構(gòu)造總貌。

區(qū)域范圍內(nèi)地層出露較全，最老地層是古生界寒武系，最新地層是新生界第四系。

區(qū)內(nèi)大面積被第四系（Q）所覆蓋，面積約28km2，基巖多出露于普查區(qū)西部及北部。出露地層由老到新分別為奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）；石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、上統(tǒng)太原組（C3t）；二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上統(tǒng)上石盒子組（P2s）；三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）和新生界第四系（Q）。

2 礦體特征

稀土礦主要賦存于奧陶系碳酸鹽巖古風(fēng)化面之上的含鋁巖系中，含鋁巖系主要指二疊系下統(tǒng)下石盒子組至石炭系中統(tǒng)本溪組中含鋁較高的粘土巖（Al2O3一般含量在20%～55%之間），尤以本溪組中下部鐵鋁質(zhì)粘土巖為代表，粘土巖中粘土礦物對(duì)“三稀”元素及放射性元素有較強(qiáng)的吸附作用。本區(qū)稀土礦賦存于本溪組中下部鐵鋁質(zhì)粘土巖中，礦體產(chǎn)狀受溶蝕洼地控制，大多傾向南東，傾角4°～25°，為一埋藏淺、厚度較穩(wěn)定、礦化均勻、規(guī)模大的稀土礦床。

礦石結(jié)構(gòu)主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)。本區(qū)的賦礦巖性主要為鐵質(zhì)泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、含鋁土質(zhì)泥巖、含粉砂鋁土質(zhì)泥巖。

該區(qū)稀土礦床賦存于含鋁巖系本溪組中，本套地層覆于奧陶系碳酸鹽巖侵蝕基準(zhǔn)面之上，其含礦巖系為鐵質(zhì)粘土巖、含鋁粘土巖、粉砂巖、鋁土礦等組成的鐵鋁質(zhì)建造，形成時(shí)代為石炭紀(jì)本溪期，約300Ma～310Ma。

本區(qū)自?shī)W陶系碳酸鹽巖沉積后經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)1.4億年的風(fēng)化剝蝕作用，形成了一套奧陶系頂部稀土元素初步富集的古風(fēng)化殼，后期石炭紀(jì)海水入侵，對(duì)古風(fēng)化殼進(jìn)行了剝蝕、搬運(yùn)、改造、富集、沉積，導(dǎo)致稀土元素的進(jìn)一步富集，這些富含稀土元素的海水在濱海、瀉湖等局限性盆地和溶蝕洼地中，由于物理化學(xué)條件的改變而沉淀下來(lái)，形成了瀉湖相沉積型含鋁巖系，完成了稀土礦床的雛形，而后該套地層經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的壓實(shí)、固結(jié)成巖、埋藏變質(zhì)等作用形成了現(xiàn)代的稀土礦床。

3 普查區(qū)地球物理特征

鉆孔揭露的地層為第四系、石炭系、奧陶系。第四系主要有粘土、粉砂質(zhì)粘土、礫石等；石炭系主要有泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、砂巖、煤等；奧陶系主要為石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r；巖漿巖主要有閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖等。各巖性的天然放射性強(qiáng)度見(jiàn)表1。

表1 天然放射性統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，天然放射性強(qiáng)度由強(qiáng)到弱為：含鋁巖系“三稀”礦、泥巖、砂巖（石炭系）、粘土、粉砂質(zhì)粘土、泥質(zhì)灰?guī)r、砂層、礫石、閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、石灰?guī)r。而含鋁巖系“三稀”礦的放射性強(qiáng)度明顯高于其他巖性。由此可知，本區(qū)不同巖礦石之間存在明顯的放射性差異，具備開(kāi)展自然伽瑪測(cè)井工作的物理前提。

4 測(cè)井儀器及野外工作方法

4.1 測(cè)井儀器

物探測(cè)井儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能測(cè)井系統(tǒng)，包含JGS-1B智能工程測(cè)井系統(tǒng)主機(jī)、JCH-3絞車(chē)控制器、JCH-3000變頻自動(dòng)絞車(chē)、R411自然伽瑪探管等。測(cè)井內(nèi)容主要包括自然伽瑪（API）。

4.2 野外工作方法

使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能工程測(cè)井系統(tǒng)及配套的電極系、R411自然伽瑪探管進(jìn)行測(cè)量。測(cè)井前檢查了儀器性能及設(shè)備工作狀態(tài)，了解了待測(cè)孔的孔內(nèi)結(jié)構(gòu)及安全情況，做好了準(zhǔn)備工作。探管下放至孔底，提升時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集觀測(cè)，再次下放探管至檢查孔深，提升時(shí)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)質(zhì)量檢查。自然伽瑪測(cè)井設(shè)置采樣間隔為0.1m，測(cè)井速度10m/分鐘。

5 資料整理及解釋

5.1 資料整理

用智能測(cè)井系統(tǒng)4.0軟件將自然伽瑪曲線進(jìn)行倒序、記錄點(diǎn)對(duì)齊、數(shù)值計(jì)算后，繪制測(cè)井曲線圖，再結(jié)合地質(zhì)編錄進(jìn)行解譯。

5.2 異常解釋

8個(gè)鉆孔的自然伽瑪曲線圖總體看均有如下特征：第四系地層，自然伽瑪一般在30～80（API）之間；灰?guī)r、閃長(zhǎng)玢巖段自然伽瑪最低，均小于30（API），其余井段巖性主要為砂巖、泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、煤層等，除高值異常段外，自然伽瑪一般在30～120（API）之間，砂巖稍低，泥巖稍高。

ZK801主要高值異常段在141.1m～141.5m、145.7m～148.7m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值為278.0（API），巖性主要為泥巖（稀土礦）。

ZK802主要高值異常段在179.5m～179.7m、184.0m～190.0m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值分別為224.0（API）、270.0（API），巖性主要為鋁土質(zhì)泥巖。

ZK803全孔未見(jiàn)礦，自然伽瑪亦無(wú)明顯高值異常，基本都在120（API）以內(nèi)變化。

ZK804全孔未見(jiàn)含鋁巖系“三稀”礦。

ZK1601主要高值異常段在84.5m～98.5m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值為418.0（API），巖性主要為鋁土質(zhì)泥巖、鐵鋁質(zhì)泥巖、角礫巖。35.0m～35.5m井段,自然伽瑪相對(duì)高，大于120（API），極大值為176.0（API），巖性為炭質(zhì)泥巖。

ZK1602自然伽瑪主要高值異常段在134.4m～135.8m、139.8m～145.6m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值為280.0（API），巖性主要為含鐵鋁土質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖。

ZK1603主要高值異常段在143.3m～143.9m、147.0m～155.0m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值為418.0（API），巖性主要為鋁土質(zhì)泥巖。

ZK1604主要高值異常段在123.9m～137.2m井段,自然伽瑪大于120（API），極大值為368.0（API），巖性主要為鋁土質(zhì)泥巖、含鋁土質(zhì)泥巖、含鐵鋁質(zhì)泥巖。

圖1是ZK1604孔測(cè)井曲線圖，測(cè)井資料與鉆探、化學(xué)分析結(jié)果對(duì)比可看出：物探解釋與鉆探及化學(xué)分析結(jié)果相吻合。由圖可見(jiàn)，稀土礦與圍巖的物性差異非常明顯，自然伽瑪測(cè)井曲線劃分地層界面顯示清晰，所以利用自然伽瑪測(cè)井曲線能夠確定稀土礦的埋深和厚度，且效果明顯。并能夠有效地彌補(bǔ)鉆探過(guò)程中因取芯不足造成的錯(cuò)劃、漏編情況。

圖1 ZK1604孔實(shí)測(cè)曲線

由以上八個(gè)鉆孔自然伽瑪異常形態(tài)分析，總體上看，找礦目的層段自然伽瑪值相對(duì)全孔來(lái)說(shuō)，一般均為高值異常區(qū)，且異常明顯。

6 相關(guān)關(guān)系分析

為便于解譯分析自然伽瑪強(qiáng)度與石炭系本溪組鋁土質(zhì)泥巖及鐵鋁質(zhì)泥巖中稀土礦品位REO(輕稀土氧化物)的關(guān)系，對(duì)本次工作的8個(gè)鉆孔，選取取樣段的自然伽瑪曲線及輕稀土氧化物(REO)進(jìn)行了對(duì)比分析，并分別繪制了表圖，藍(lán)線表示實(shí)測(cè)自然伽瑪曲線，紫線表示輕稀土氧化物(REO)，橫軸代表取樣段，橫軸上紅粗線表示見(jiàn)礦段，橫軸上青綠線表示非礦段含鋁巖系目的層。

本次工作8個(gè)鉆孔中，有ZK801、ZK802、ZK1601、ZK1602、ZK1603、ZK1604共6個(gè) 孔 見(jiàn) 礦， 有ZK803、ZK804共2個(gè)孔未見(jiàn)礦。由該8個(gè)鉆孔的稀土礦品位（REO）與自然伽瑪值（API）關(guān)系的綜合曲線圖看，在目的層取樣段的下部見(jiàn)礦段，6個(gè)見(jiàn)礦孔，均顯示高品位（REO大于500＊10-6）對(duì)應(yīng)高值放射性（自然伽瑪一般大于100API）。除此之外，在8個(gè)孔取樣段的非礦段，基本上均顯示，低品位（REO）對(duì)應(yīng)低值放射性（自然伽瑪）；僅在局部小段，顯示低品位（REO）對(duì)應(yīng)高值放射性（自然伽瑪），其所對(duì)應(yīng)巖性也基本均為鋁土質(zhì)泥巖。

經(jīng)以上對(duì)比分析可知，自然伽瑪與REO基本呈正相關(guān)關(guān)系，尤其在目的層下部見(jiàn)礦段尤為明顯。

礦區(qū)6個(gè)見(jiàn)礦孔的27個(gè)不同層位稀土礦樣輕稀土氧化物含量REO(%)與自然伽瑪γ值關(guān)系散點(diǎn)圖，由圖可見(jiàn)輕稀土氧化物含量REO(%)與自然伽瑪γ值基本呈線性關(guān)系，因此可以用線性回歸方法建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而預(yù)報(bào)稀土礦工業(yè)品位。經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算，輕稀土氧化物含量REO(%)與自然伽瑪γ值間的回歸方程為：

REO=0.0005γ+0.0047

求取其相關(guān)系數(shù)r=0.88（一般來(lái)說(shuō)取絕對(duì)值后r在0～0.09表示為沒(méi)有相關(guān)性，0.1～0.3為弱相關(guān)，0.3～0.5為中等相關(guān)，0.5～1為強(qiáng)相關(guān)）可知，自然伽瑪與輕稀土氧化物REO為正相關(guān)且強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，完全可以利用上式進(jìn)行稀土礦工業(yè)品位預(yù)測(cè)。

用該回歸方程對(duì)區(qū)內(nèi)5個(gè)鉆孔共27個(gè)不同深度稀土礦樣品的輕稀土氧化物含量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)比了各鉆孔化學(xué)分析品位。回歸效果與化學(xué)分析數(shù)據(jù)大致吻合。預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差基本上均小于0.02%。

通過(guò)對(duì)該回歸方程的進(jìn)一步實(shí)踐與檢驗(yàn)，表明自然伽瑪值與稀土礦的輕稀土氧化物含量REO間，確實(shí)存在著顯著相關(guān)關(guān)系，利用該方程進(jìn)行稀土礦品位預(yù)測(cè)是可行的，其預(yù)測(cè)結(jié)果完全可以達(dá)到野外生產(chǎn)的實(shí)用程度。這進(jìn)一步說(shuō)明利用自然伽瑪測(cè)井方法不僅能劃分鉆孔地質(zhì)剖面、彌補(bǔ)鉆探的取芯不足，還能估算稀土礦工業(yè)品位，為儲(chǔ)量計(jì)算提供參考依據(jù)。

7 結(jié)論

結(jié)合本次及以往工作成果，石炭系本溪組鋁土質(zhì)泥巖及鐵鋁質(zhì)泥巖等含稀土礦層有明顯的高放射性特征，說(shuō)明自然伽瑪測(cè)井對(duì)稀土礦尋找具有重要指導(dǎo)意義。

通過(guò)進(jìn)行鉆孔自然伽瑪測(cè)量和測(cè)井解釋?zhuān)茌^準(zhǔn)確地劃分礦層埋深、厚度，對(duì)于驗(yàn)證鉆探質(zhì)量和彌補(bǔ)見(jiàn)礦深度、厚度誤差提供了可利用的數(shù)據(jù)。

用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)稀土礦品位作定量解釋也行之有效。在礦心采取率低的情況下能夠起到驗(yàn)證和彌補(bǔ)品位資料不足的作用，為稀土礦勘探提供有用信息。