鄂爾多斯西北部煤系地層鈾礦異常點的測井資料研究

李德海，趙雪陽，寧智源，劉 勇，葉天彬，趙發(fā)展

1中國石油集團(tuán)測井有限公司新疆分公司，新疆 克拉瑪依

2西南油氣田華油集團(tuán)華天興能燃?xì)夤?，四?成都

3神華集團(tuán)神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京

地球物理測井，伽馬能譜測井，地浸砂巖型鈾礦，伽馬異常點，卷積處理

1. 鄂爾多斯鈾礦特點

鄂爾多斯西北部煤系地層測井中，發(fā)現(xiàn)了一部分高放射性異常區(qū)，通過對以往的測井和地質(zhì)資料研究分析，這里存在著一定量的放射性異常區(qū)域。

鄂爾多斯盆地含鈾為砂巖型鈾礦，砂巖型鈾礦系指產(chǎn)于砂巖、砂頁巖等碎屑巖中的外生后成鈾礦床，以分布廣、礦石品位較低、中小規(guī)模為主，且易開采冶煉等特點著稱。砂巖型鈾礦是世界最早發(fā)現(xiàn)的鈾礦類型之一，也是世界上分布最廣的鈾礦床類型。

鄂爾多斯含鈾巖系，位于中侏羅系直羅組，中直羅統(tǒng)延安組是區(qū)內(nèi)主要的含煤層系，基巖主要為一套中生代沉積地層，自下而上為三疊系延長組(T3y)、中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)和直羅組(J2z)，下白堊統(tǒng)志丹群(K1z)，區(qū)內(nèi)無巖漿熱液活動。中侏羅統(tǒng)直羅組可劃分為上段(J2z2)和下段(J2z1)，直羅組上段巖性主要為灰綠色、黃色，紫紅色泥巖，粉砂巖以及泥質(zhì)粉砂巖，中間夾薄層砂巖；下段巖性主要為灰色，灰綠色中粗粒砂巖，在露頭上可見黃色砂巖。常見炭化植物碎屑和黃鐵礦，偶見油斑，根據(jù)其韻律特征進(jìn)一步劃分直羅組上亞段與下亞段，該區(qū)域東勝鈾礦床在鈾成礦地質(zhì)背景方面基本相似[1]。

2. 鈾礦成礦的地質(zhì)作用

2.1. 有機(jī)質(zhì)對鈾的吸附作用

對礦床鈾礦石研究結(jié)果表明，礦石中的鈾主要以分散吸附態(tài)存在，并且礦石中主要吸附劑為有機(jī)質(zhì)。礦床的形成中有機(jī)質(zhì)吸附鈾起了重要作用的原因有可能是：

1) 過渡帶中含有大量的有機(jī)質(zhì)，并且煤系地層中含有大量有機(jī)質(zhì)。除煤層以外，賦存在泥巖、砂巖和礫巖中的炭屑和分散有機(jī)質(zhì)均十分豐富，在后生層間氧化條件下它們是形成大量有機(jī)酸的物質(zhì)。

2) 本區(qū)含礦主巖中有機(jī)質(zhì)類型處于未成熟或低變質(zhì)階段，這種有機(jī)質(zhì)孔隙度高，比表面積大，活性大，表面上常有OH、COOH、CO、NH2等活性官能團(tuán)[2]。具有特別大的吸附和吸收能力，且本身也容易朝腐殖酸方向轉(zhuǎn)化。

2.2. 有機(jī)質(zhì)對鈾的還原作用

鄂爾多斯西北部含鈾礦石中的鈾主要以鈾礦物和分散吸附狀態(tài)存在，鈾礦中的U6+被還原為U4+的結(jié)果。有機(jī)質(zhì)吸附沉淀鈾，一般不能形成鈾礦物。但是，在有機(jī)質(zhì)的還原作用下則可形成四價鈾礦物。

3. 定量伽馬測井

3.1. 定量伽馬測井和自然伽馬測井

在地球物理測井中，自然伽馬測井主要用于劃分巖性，結(jié)合密度、電阻率進(jìn)行地層對比，計算泥質(zhì)含量，在煤層解釋中確定煤層厚度，計算煤層的灰分等。而定量伽馬測井主要應(yīng)用于與核工業(yè)相關(guān)的鈾礦勘探，儲量計算等。在煤田測井，油氣田測井中經(jīng)常會遇到鈾礦儲層，然后，鈾礦勘查應(yīng)用的是定量伽馬測井[3]，用于獲取鈾礦品位，厚度和深度等信息，但是煤和油氣勘探應(yīng)用的是自然伽馬測井，用于開展油氣生油巖評價和沉積環(huán)境的評價等，自然伽馬的單位為API，定量自然伽馬的單位為nc/kg?h (納庫每千克每小時)，兩者無法直接進(jìn)行比較，但是這兩個單位之間有一定的關(guān)系，通過油田或煤田鉆孔自然伽馬測井和定量伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)回歸分析，就可確定定量伽馬、鈾礦的品位、平米鈾量等參數(shù)之間的關(guān)系，研究成果可以作為煤田勘探、油氣勘探的鉆孔數(shù)據(jù)開展鈾資源評價有用的數(shù)據(jù)[3]。

對塔然高勒28個鉆孔進(jìn)行了放射性測井，根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)17個鉆孔達(dá)到異常范圍，并進(jìn)行了專門的伽瑪測井，放射性異常深度在434.10～696.84 m范圍內(nèi)，平均深度537.53 m，厚度為0.36～2.41 m之間，平均厚0.84 m；大部分鉆孔異常段分2～3段，巖性以粗砂巖、含礫粗砂巖為主；異常值在870CPS～6300CPS范圍內(nèi)，平均2666 CPS。

把分析的定量伽馬和自然伽馬值按照深度對應(yīng)好，進(jìn)行擬合，其曲線為直線，該直線的斜率為轉(zhuǎn)換系數(shù)，然后就可講自然伽馬轉(zhuǎn)化為定量伽馬測井，以適應(yīng)鈾礦測井評價。

3.2. 樣品化驗成果及評價

針對各鉆孔測井異常段進(jìn)行了采樣化驗，經(jīng)對樣品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，西一盤區(qū)內(nèi)，鈾(U)的含量在0.84～285× 10?6范圍內(nèi)，平均35.75 × 10?6，采樣數(shù)量35個。根據(jù)《地浸砂巖型鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(EJ/T 1157-2002)，鈾礦的邊界品位為0.01%，即100 × 10?6，超邊界品位的樣品分布在三個鉆孔(BK09、BK18、BK28)的3個樣品，異常值也比較高，但因分布分散，且不連成片，故不具開發(fā)價值，按照塊段面積法初步估算鈾的含量，參數(shù)取值說明如下：

放射性資源量計算公式：Q =S ×H×ρ×C

鈾的含量以化驗測試的數(shù)據(jù)為依據(jù)，插入4個邊界線點，取平均值，符號C，單位：1 × 10?6；面積以CAD插值圈定的為準(zhǔn)，符號S，單位：m2；厚度以采樣的代表厚度為準(zhǔn)，符號H，單位：m。密度采用樣品化驗中的濕密度，符號ρ，單位：g/cm3；

圖1是塔然高勒地區(qū)放射性異常的自然伽馬(GR)曲線對比圖。表1是塔然高勒西二盤區(qū)內(nèi)BK37鉆孔放射性元素含量成果表。

Figure 1. Radioaction abnormity contrastive chart in Taran gauler coal mine圖1. 塔然高勒煤礦放射性異常對比圖

Table 1. Radioaction element content result in drilling hole BK37 in Xi’er eara表1. 西二盤區(qū)內(nèi)BK37鉆孔放射性元素含量成果表

4. 地浸砂巖型油礦評價標(biāo)準(zhǔn)

在鄂爾多斯西北部地區(qū)，對煤層鉆孔進(jìn)行采樣分析35個，經(jīng)過放射性分析，鈾的含量在0.11 × 10?11～35.40 × 10?11ppm的范圍內(nèi)，平均2.52 × 10?11ppm。根據(jù)以往地質(zhì)資料研究成果，該區(qū)的含鈾地層為地浸砂巖鈾礦。

根據(jù)地浸砂巖鈾礦規(guī)范，地浸砂巖鈾礦的一般工業(yè)要求為：鈾的邊界品位大于0.01%，邊界平米鈾量大于1 kg/m2的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

圖2為BK10的巖性為粗粒砂巖，埋藏深度498.54～498.86 m，厚度0.52 m，埋藏深度501.86～503.2 m，厚度1.34 m，顯示自然伽馬異常。通過對該區(qū)進(jìn)行常規(guī)的地球物理測井和伽馬能譜測井，發(fā)現(xiàn)許多異常點。

為了研究鈾礦床的伽馬特性，對該地層進(jìn)行定量解釋，需要對異常層段進(jìn)行褶積分層解釋[5]，根據(jù)鉆孔的孔徑，貼套管直徑，厚度，等效水層厚度等，按照伽馬測井規(guī)范所列出的鐵水吸收系數(shù)，以及測井時的泥漿密度，進(jìn)行如下工作：

1) 檢查密度測井解釋軟件中的各項參數(shù)是否齊全；

2) 根據(jù)測井儀鈾含量靈敏度系數(shù)和密度測井伽馬照射量換算系數(shù)，確定0.01%鈾含量的每秒讀數(shù)；

3) 對測井異常段地層按照測井深度進(jìn)行編號；

4) 根據(jù)泥漿密度，換算系數(shù)，平衡系數(shù)，鐵套管的修正系數(shù)，最低可采品位，最小厚度，巖石密度等進(jìn)行反褶積處理，輸出密度伽馬測井解釋曲線圖。

經(jīng)實驗室室分析化驗，BK10井在501.65～503.65 m，礦層的平均品位為2.4167 × 10?4ppm，礦層平均鈾量1.02 kg/m2。該礦層平均鈾量指標(biāo)略大于工業(yè)指標(biāo)，見圖3。

Figure 3. Well BK10 drilling hole anomalies interval gamma interpreting result chart圖3. BK10井鉆孔異常段伽馬解釋成果圖

圖2的測井資料進(jìn)行處理，得到圖3所示的處理結(jié)果：埋藏深度501.65～503.65 m，礦層厚度2.00 m，礦段平均品位為0.0242%，礦層米百分?jǐn)?shù)為4.83 (m*10?4)，按照規(guī)范要求，平均品位在0.01%～0.03%，米百分值＜ 0.021的礦段為異常段，平均品位在0.03%～0.05%，米百分值0.021%～0.035%的礦段為礦化段，平均品位>0.05%，米百分值>0.035%的礦段為工業(yè)礦段。

Table 2. Drilling hole gamma interpreting result Statistical list表2. 鉆孔伽瑪測井解釋結(jié)果統(tǒng)計表

表2是該區(qū)內(nèi)所有井的實驗和處理結(jié)果，只有BK10井的501.65～503.65 m的地層為平米鈾量為1.02 kg/m2，達(dá)到地浸砂巖鈾礦的工業(yè)層的標(biāo)準(zhǔn)，但是品位較低，該鉆孔控制的面積極小，其他層也沒有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)褶積處理后確定為異常層。

5. 結(jié)論

鄂爾多斯盆地北東部東勝區(qū)的砂巖型鈾礦的形成與該地區(qū)的大量有機(jī)質(zhì)的存在有著非常密切的關(guān)系，有機(jī)質(zhì)在鈾礦化的整個過程中(運移、富集、成礦等)起著重要的作用。

鄂爾多斯在煤礦勘探中通過地球物理測井發(fā)現(xiàn)許多放射性異常井段，伽馬能譜測井對地層中放射性含量的測量有重要的意義，自然伽馬和自然伽馬能譜測井能準(zhǔn)確的確定鈾異常井段的深度和厚度；經(jīng)過褶積處理，可以得到鈾異常點的米百分?jǐn)?shù)和平米鈾量，并以此可以劃分出鈾含量和級別，從而有可能發(fā)現(xiàn)具有開采價值的工業(yè)鈾礦。