煤田勘查資料在雙龍地區砂巖型鈾礦調查選區中的應用

王軍禮， 曹惠鋒， 劉厚寧

(中陜核工業集團地質調查院有限公司，西安 710000)

0 引言

煤、砂巖型鈾礦均賦存在中新生代沉積盆地中，它們賦存層位在空間上一般具有上下疊置的關系。21世紀初我國在各含煤盆地中系統性開展了煤田地質勘查工作，施工了大量探煤孔，獲取了巖心實物、測井數據、水文地質及綜合地質研究等豐富地質資料。其中探煤孔開展的自然伽馬測井反映了井內巖石自然伽馬射線總量，其對鈾礦找礦有直接指示意義；采取的巖心實物對鈾礦調查區地層格架建立、鈾儲層沉積體系分析、地球化學環境判別意義重大。因此，利用已有煤礦勘查資料的二次開發尋找砂巖型鈾礦，往往能節約勘查成本，實現快速突破，特別是對大型、超大型鈾礦找礦更有價值[1-3]。筆者收集并利用了黃陵二號煤礦鉆孔資料，在鄂爾多斯盆地南緣雙龍地區找到一個大型砂巖型鈾礦床，總結出二次開發利用煤田勘查鉆孔資料尋找砂巖鈾礦的基本思路，為類似項目開展提供參考。

1 雙龍地區地質概況

雙龍地區位于鄂爾多斯盆地東南部，是陜西省重要煤炭基地之一。區內構造簡單，總體為一傾向北西-北西西的單斜構造，地層傾角一般1°～5°，斷裂構造不發育。區內出露地層由上至下有第四系(Q)、白堊系下統 (K1)，侏羅系中統直羅組(J2z)、延安組(J2y)；三疊系上統延長組(T3y)(圖1)。

中侏羅統直羅組為半干旱氣候下河流相沉積，與下伏延安組呈平行不整合接觸，地層厚度87.18～198.76m，一般厚160m左右，可分為上下兩段，其中下段以砂巖為主，俗稱“七里鎮砂巖”，是砂巖型鈾礦主要賦礦層位。

圖1 雙龍地區地層綜合柱狀圖Figure 1 Shuanglong area stratigraphic comprehensive column

延安組是為本區含煤地層，為一套生油含煤內陸碎屑河湖沼相沉積，厚度7.44～135.18m，平均92.30m，呈南薄北厚的變化規律，含煤4層，自上而下依次編號為0號煤、1號煤、2號煤和3號煤，其中2號煤為全區可采煤層，厚度0.05～6.75m，平均厚3.91m，0號、1號、3號煤層為局部可采煤層[1-5]。

2 煤礦及鈾礦勘查現狀

2.1 鈾礦勘查

雙龍地區是鈾礦工作老區，20世紀60年代初到70年代末在盆緣東部直羅組出露區開展1∶25 000伽馬普查時發現了多處放射性異常，通過淺表揭露，提交了一個小型鈾礦床及一批礦點、礦化點。2013年以來，受大營鈾礦“煤鈾兼探”思路啟發，中國地質調查局再次在區內開展鈾礦調查工作，系統收集煤田勘查成果，在原礦床西部圈定2處自然伽馬異常區，預測2處鈾礦找礦靶區。通過鉆探驗證后發現富大的工業礦體，大型鈾礦雛形初步顯現[4-5]。

2.2 煤田勘查現狀

研究區及周邊煤礦勘查程度基本都達到詳查-勘探程度，施工了各類探煤孔1 066個，煤礦首采地段達到線距(750～600)m×孔距(750～500)m鉆探勘查網度，外圍地區達到1 500m×1 500m，西部和南部由于煤層深度大，控制程度稍差，但也達到了3 000m×1 500m控制程度，形成大量地物水資料及鉆井原始資料，為區內利用煤炭資料二次開發尋找砂巖鈾礦奠定了基礎(圖2)。

3 煤田資料在鈾礦調查中應用

3.1 圈定自然伽馬異常區

探煤孔開展的自然伽馬測井收集的是井內巖石自然伽馬射線總量，其對鈾礦找礦有直接指示意義，結合異常段綜合測井曲線和巖心編錄資料，同時可以確定異常段巖性和礦物學特征。通過系統篩查鄂爾多斯盆地東南部1 066個探煤孔自然伽馬測井曲線，初步圈出自然伽馬異常比較集中的雙龍地區作為本次研究區，面積600km2，研究區包含有各時期探煤孔共計527個。

①煤田鉆孔自然伽馬異常評價標準。煤田鉆孔自然伽馬異常評價可分為三類，分別為正?？?、潛在鈾礦化孔和潛在鈾礦孔，主要標準見表1。

②篩查結果。根據上述標準，雙龍地區527個鉆孔共篩選出潛在鈾礦孔39個，潛在鈾礦化孔121個，自然伽馬異常埋深27.00～538.18m，大多在400m以淺，厚度一般0.30～17.70m，最厚21.38m，伽馬強度一般50～667γ，最高890γ。按層位分，洛河組、華池環河組、直羅組、延安組都有分布，但以直羅組下段為主，異常段巖性主要為各種粒度砂巖，部分為粉砂巖和泥巖。

圖2 雙龍地區煤礦勘查程度簡圖Figure 2 A sketch of coal exploration degree in Shuanglong area

孔類別判別標準正?？鬃匀毁ゑR<3.5pA/kg(50γ)或150API或12.6 n·C/kg·h潛在鈾礦化孔3.5pA/kg(50γ)或150API或12.6 n·C/kg·h≤自然伽馬值<7pA/kg(100γ)或300API或25.2 n·C/kg·h潛在鈾礦孔自然伽馬≥7pA/kg(100γ)或300API或25.2 n·C/kg·h

③編制自然伽馬極值等值線圖。本項目統一將自然伽馬測井單位換算為γ，按照以50γ為本底，以100γ、300、500γ為計曲線，編制自然伽馬異常最大值等值線圖， 主要反映區內自然伽馬異常平面展布特征(圖3)。研究區內圈出2個直羅組下段自然伽馬異常區，分別編號為YC-1和YC-2。YC-1異常區位于區內北部，長6 000m，寬2 000m，面積12km2，總體呈EW走向，包含9個潛在工業孔，總體特點自然伽馬異常集中，厚度大，強度中等；YC-2號異常規模大，撐近東西向的條帶狀展布，異常延伸長度大于10.0km，西部延伸至直羅組深埋區，異常帶寬度平均3km，高異常主要位于區內東部，西部異常偏低，與鉆孔控制程度低有關。

圖3 煤田鉆孔自然伽馬異常等值線圖Figure 3 Isogram of natural gamma anomalies from coalfield boreholes

3.2 初步建立等時地層格架和鈾儲層沉積體系分析

煤田勘查重在含煤地層研究，但通過煤田綜合測井資料和巖心編錄資料的對比研究，可以初步建立區內等時地層格架，圈定鈾儲層的分布范圍。

3.2.1 建立等時地層格架

根據雙龍地區煤田鉆孔資料研究對比，區內中侏羅統直羅組巖性主要為灰白砂巖向紫紅色泥巖過渡巖性組合， 與上覆大套紅色洛河組砂巖以及下伏深灰-灰黑色延安組巖石特征和電性特征區別非常明顯，上下均為區域不整合接觸，因此，可選取兩個不整合面作為標志層劃分大的地層格架。直羅組之上分為下白堊統洛河組，洛河組之上為第四系黃土覆蓋。對直羅組精細研究，該段下部為厚層狀砂巖(俗稱七里鎮砂巖)， 上部為大套紫紅色、 灰綠色泥巖夾薄層砂巖，測井曲線上部為低幅加積型，下部為高幅箱型，據此，將直羅組分為上下兩段。根據自然伽馬異常篩查結果，區內自然伽馬異常主要集中在中侏羅統直羅組下段，為區內主要鈾儲層，全區皆有分布。

選取自然伽馬異常較好部位編制煤田鉆孔剖面對比圖，主要目的是研究目的層穩定性，自然伽馬異常穩定性和連續性。區內自然伽馬異常位于直羅組下段的中下部，異常段巖性以灰白色中粗砂巖為主，異常連續性好，厚度變化大，薄僅0.5m，最厚11.70m(圖4)。

3.2.2 鈾儲層沉積體系分析

利用煤田資料，可以編制鈾儲層中砂體等厚度圖、砂地比圖和底板等高線圖，對其沉積體系及構造特征進行研究。根據編圖成果，區內直羅組砂體以辮狀河道沉積為主，砂體厚度一般30～70m，最厚94.6m，分布比較穩定，總體具有由西向東厚度增厚趨勢(圖5)；砂體埋深適中，一般100～500m，由東向西埋深逐漸增大；砂體呈東高西低，總體向西北傾斜的單斜構造，局部存在小的隆起、洼陷構造(圖6)。

3.3 鈾儲層地球化學環境分析

砂巖型鈾礦為外生后生成因， 目的層沉積期后潛水或層間水的氧化改造作用是形成砂巖型鈾礦必要因素。煤田鉆孔巖心編錄中巖石的顏色和黃鐵礦、褐鐵礦、炭屑、油跡等特征可作為劃分氧化還原環境的重要標志。其中含有黃鐵礦、炭屑、油跡油斑灰色砂體指示還原環境，砂體呈紅色、黃色、褐色并含有褐鐵礦等后生礦物指示氧化環境，砂體呈灰黃混雜并多黃色、褐色雜斑可判斷為過渡環境，鈾礦化一般產于過渡帶中。通過雙龍地區煤田孔巖心編錄資料，初步編制區內目的層直羅組下段地球化學圖(圖7)。

圖4 3號勘探線煤田鉆孔地質剖面圖Figure 4 Geological section of exploration line No.3 coal boreholes

圖5 直羅組下段砂體等厚度圖Figure 5 Isopach map of sandstone inlower member of Zhiluo Formation

圖6 直羅組底板等高線圖Figure 6 Contour map of Zhiluo Formation floor

圖7 雙龍地區氧化還原帶分區圖Figure 7 Shuanglong area redox zone partition map

4 煤田孔放射性異常驗證及成礦遠景預測

4.1 煤田孔放射性異常驗證情況

4.1.1 驗證孔設計

設計驗證鉆孔目的是檢驗煤田鉆孔自然伽馬異?？煽啃?，總結成礦規律。驗證孔設計遵循以下幾個原則：布置在自然伽馬連片分布區域；在潛在鈾礦孔中優選厚度大強度高鉆孔進行驗證；驗證孔不應距離原孔位過遠，一般在5m內為宜，利于對比；對不同時期、不同儀器測量的自然伽馬異常盡可能都要進行驗證；結合地質規律，平面上布置盡量成帶，控制鈾成礦遠景。61301地區選擇10個鉆孔進行驗證，具體位置見圖3。

4.1.2 驗證孔與煤田孔柱狀對比

區內施工10個驗證孔，其中工業孔6個，礦化孔2個。由于鉆孔施工年限不一，測井設備、儀器型號、標定系數等均存在很大差別，部分驗證孔放射性測井曲線和煤田孔自然伽馬可以很好對應，但也有少部分鉆孔對應性較差，規律性不是很強。例如自然伽馬異常R9號孔，自然伽馬異常深度區間319.45～339.20m，自然伽馬強度區間153.5～3232.50API，平均厚度16.70m，強度均值1 693API；驗證后結果，YZ2號驗證孔解釋工業礦段322.35～336.55m，厚度17.20m，放射性強度22.93～1354.02nc/kg·h，解釋品位0.088%，每平方米鈾含量27.69kg/m2。

圖8 驗證孔YZ2與煤田孔R9自然伽馬測井曲線對比Figure 8 Comparison of natural gamma curves from verification borehole YZ2 and coal borehole R9

4.1.3 驗證孔吻合程度評述

驗證孔與煤田孔之間的吻合程度包括以下三項指標。

①驗證孔全孔異?；虻V化段層數(C1)與煤勘孔全孔異常層數(C2)的吻合程度(W1)：

W1=2C1/(C1+C2)

衡量標準：W1= 0.75～1.25 吻合；W1= 0.49～0.74(或1.26～1.49)基本吻合；W1<0.49或W1>1.49 不吻合。

②驗證孔含礦含水層內異常/礦化段累計厚度(H1)與煤勘孔含礦含水層內異常層累計厚度(H2)的吻合程度(W2)：

W2=2H1/(H1+H2)

衡量標準：W2=0.75～1.25 吻合；W2=0.49～0.74(或1.26～1.49)基本吻合；W2<0.49或W1>1.49 不吻合。

③驗證孔含礦含水層內主要異常/礦化段峰值位置(F1)與煤勘孔含礦含水層內主要異常層峰值位置(F2)的垂向位移吻合程度(W3)：

W3=∣F1—F2∣

衡量標準：W3<3m吻合；W3=3～5m 基本吻合；W3>5m不吻合。

按照驗證工程“三項指標”計算方法，計算出各項指標數據(表2)，從表中可以看出，異常層數W1指標吻合程度較低：吻合占30%，基本吻合占40%，不吻合占30%；異常厚度W2指標吻合程度較低：吻合占10%，基本吻合占50%，不吻合占40%；異常峰值位置W3指標吻合程度較高：吻合占50%，基本吻合占20%，不吻合占20%。

表2 驗證孔“三項指標”一覽表

4.1.4 驗證結論

通過驗證孔與煤田孔柱狀對比和吻合程度評述，得出如下結論：

①從地層和巖性看，煤田鉆孔地層劃分和巖性定名與本次驗證結果基本一致，但是煤田孔對巖石顏色及巖石中所含與地浸砂巖型鈾礦密切相關的油斑、有機炭、黃鐵礦等描述不詳細。

②自然伽馬異常和本次驗證FD3019儀器所測異常形態、強度、異常位置不盡一致，自然伽馬異常分辨率相對低，異常顯得寬泛。

③根據驗證，區內自然伽馬異?；究煽?，可以作為圈定放射性異常依據。

④另外，驗證發現區內鈾礦化與綠色蝕變及石油油浸現象關系密切，鈾品位高低與有機炭含量呈正相關[6-16]。

4.2 成礦遠景區圈定

根據上述自然伽馬異常等值圖及驗證孔結果，研究區可初步圈定出2片鈾成礦遠景區，即YC-1和YC-2遠景區(圖3)。YC-1遠景區長6.1km,寬1.8km，潛在鈾礦孔10個，顯示有很好的鈾成礦潛力；YC-2遠景區長10.7km，寬2.6km，潛在鈾礦孔8個，通過驗證發現工業鈾礦孔6個，已達到大型鈾礦床規模。

5 結論

①通過上述雙龍地區利用煤田資料開展砂巖鈾礦遠景調查范例，證實利用利用已有煤田勘查孔資料二次開發對尋找大型超大型鈾礦具有節約勘查資金，快速突破的優勢。

②總結出煤田資料在開展鈾礦遠景調查選區中主要三個方面應用，即自然伽馬異常篩查，地層格架建立和鈾儲層沉積體系分析和氧化還原過渡帶初步劃定。

③通過雙龍地區驗證孔與煤田孔對比，發現驗證孔與煤田巖性和地層基本一致；FD3019儀器所測異常形態與煤田孔自然伽馬異?；疽恢?，自然伽馬異?；究煽?，可以作為圈定放射性異常依據；煤田孔資料二次開發利用對含煤含鈾盆地鈾礦勘查有重要價值和指示意義。