自然伽瑪測井在河北某地區礦產普查中的應用

陳學蓉，王 穎

（河北省地質礦產勘查開發局第九地質大隊，河北 邢臺 054000）

2021年，在河北某稀土礦普查項目1號礦體中部的8個勘探鉆孔測井中，自然伽瑪測井方法不僅能較準確地確定稀土礦層頂底板的位置、埋深及厚度，彌補了巖心采取率的不足，還可以結合稀土礦取樣化驗分析結果，利用測井參數進一步推算稀土礦工業品位。

1 區域地質概況

普查區位于太行山中段東麓山區，大地構造位置位于中朝準地臺（Ⅰ2）、山西斷隆（Ⅱ23）、武安凹斷束（Ⅳ233）東南部東側邊緣。

普查區東部緊鄰臨清臺陷，東南部緊鄰內黃臺拱，區域構造以塊狀斷裂為特點。本區以斷裂構造為主，褶皺次之。

區域總的構造形態為一向南東緩傾斜、褶皺平緩開闊的單斜層，但斷裂構造發育，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造總貌。

區域范圍內地層出露較全，最老地層是古生界寒武系，最新地層是新生界第四系。

區內大面積被第四系（Q）所覆蓋，面積約28km2，基巖多出露于普查區西部及北部。出露地層由老到新分別為奧陶系中統峰峰組（O2f）；石炭系中統本溪組（C2b）、上統太原組（C3t）；二疊系下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上統上石盒子組（P2s）；三疊系下統劉家溝組（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化面之上的含鋁巖系中，含鋁巖系主要指二疊系下統下石盒子組至石炭系中統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粘土巖為代表，粘土巖中粘土礦物對“三稀”元素及放射性元素有較強的吸附作用。本區稀土礦賦存于本溪組中下部鐵鋁質粘土巖中，礦體產狀受溶蝕洼地控制，大多傾向南東，傾角4°～25°，為一埋藏淺、厚度較穩定、礦化均勻、規模大的稀土礦床。

礦石結構主要為泥質結構、鮞粒結構。本區的賦礦巖性主要為鐵質泥巖、鐵鋁質泥巖、鋁土質泥巖、含鋁土質泥巖、含粉砂鋁土質泥巖。

該區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面之上，其含礦巖系為鐵質粘土巖、含鋁粘土巖、粉砂巖、鋁土礦等組成的鐵鋁質建造，形成時代為石炭紀本溪期，約300Ma～310Ma。

本區自奧陶系碳酸鹽巖沉積后經過了長達1.4億年的風化剝蝕作用，形成了一套奧陶系頂部稀土元素初步富集的古風化殼，后期石炭紀海水入侵，對古風化殼進行了剝蝕、搬運、改造、富集、沉積，導致稀土元素的進一步富集，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，由于物理化學條件的改變而沉淀下來，形成了瀉湖相沉積型含鋁巖系，完成了稀土礦床的雛形，而后該套地層經過了長期的壓實、固結成巖、埋藏變質等作用形成了現代的稀土礦床。

3 普查區地球物理特征

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、粉砂質粘土、礫石等；石炭系主要有泥巖、鋁土質泥巖、砂巖、煤等；奧陶系主要為石灰巖、泥質灰巖；巖漿巖主要有閃長巖、閃長玢巖等。各巖性的天然放射性強度見表1。

表1 天然放射性統計表

由表1可知，天然放射性強度由強到弱為：含鋁巖系“三稀”礦、泥巖、砂巖（石炭系）、粘土、粉砂質粘土、泥質灰巖、砂層、礫石、閃長巖、閃長玢巖、石灰巖。而含鋁巖系“三稀”礦的放射性強度明顯高于其他巖性。由此可知，本區不同巖礦石之間存在明顯的放射性差異，具備開展自然伽瑪測井工作的物理前提。

4 測井儀器及野外工作方法

4.1 測井儀器

物探測井儀器采用重慶地質儀器廠生產的JGS-1B智能測井系統，包含JGS-1B智能工程測井系統主機、JCH-3絞車控制器、JCH-3000變頻自動絞車、R411自然伽瑪探管等。測井內容主要包括自然伽瑪（API）。

4.2 野外工作方法

使用重慶地質儀器廠生產的JGS-1B智能工程測井系統及配套的電極系、R411自然伽瑪探管進行測量。測井前檢查了儀器性能及設備工作狀態，了解了待測孔的孔內結構及安全情況，做好了準備工作。探管下放至孔底，提升時進行數據采集觀測，再次下放探管至檢查孔深，提升時進行重復觀測質量檢查。自然伽瑪測井設置采樣間隔為0.1m，測井速度10m/分鐘。

5 資料整理及解釋

5.1 資料整理

用智能測井系統4.0軟件將自然伽瑪曲線進行倒序、記錄點對齊、數值計算后，繪制測井曲線圖，再結合地質編錄進行解譯。

5.2 異常解釋

8個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；灰巖、閃長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），巖性主要為鋁土質泥巖。

ZK803全孔未見礦，自然伽瑪亦無明顯高值異常，基本都在120（API）以內變化。

ZK804全孔未見含鋁巖系“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），巖性主要為鋁土質泥巖、鐵鋁質泥巖、角礫巖。35.0m～35.5m井段,自然伽瑪相對高，大于120（API），極大值為176.0（API），巖性為炭質泥巖。

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泥巖、鋁土質泥巖。

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），巖性主要為鋁土質泥巖、含鋁土質泥巖、含鐵鋁質泥巖。

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

圖1 ZK1604孔實測曲線

由以上八個鉆孔自然伽瑪異常形態分析，總體上看，找礦目的層段自然伽瑪值相對全孔來說，一般均為高值異常區，且異常明顯。

6 相關關系分析

為便于解譯分析自然伽瑪強度與石炭系本溪組鋁土質泥巖及鐵鋁質泥巖中稀土礦品位REO(輕稀土氧化物)的關系，對本次工作的8個鉆孔，選取取樣段的自然伽瑪曲線及輕稀土氧化物(REO)進行了對比分析，并分別繪制了表圖，藍線表示實測自然伽瑪曲線，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個鉆孔中，有ZK801、ZK802、ZK1601、ZK1602、ZK1603、ZK1604共6個 孔 見 礦， 有ZK803、ZK804共2個孔未見礦。由該8個鉆孔的稀土礦品位（REO）與自然伽瑪值（API）關系的綜合曲線圖看，在目的層取樣段的下部見礦段，6個見礦孔，均顯示高品位（REO大于500＊10-6）對應高值放射性（自然伽瑪一般大于100API）。除此之外，在8個孔取樣段的非礦段，基本上均顯示，低品位（REO）對應低值放射性（自然伽瑪）；僅在局部小段，顯示低品位（REO）對應高值放射性（自然伽瑪），其所對應巖性也基本均為鋁土質泥巖。

經以上對比分析可知，自然伽瑪與REO基本呈正相關關系，尤其在目的層下部見礦段尤為明顯。

礦區6個見礦孔的27個不同層位稀土礦樣輕稀土氧化物含量REO(%)與自然伽瑪γ值關系散點圖，由圖可見輕稀土氧化物含量REO(%)與自然伽瑪γ值基本呈線性關系，因此可以用線性回歸方法建立數學模型，進而預報稀土礦工業品位。經數學計算，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

求取其相關系數r=0.88（一般來說取絕對值后r在0～0.09表示為沒有相關性，0.1～0.3為弱相關，0.3～0.5為中等相關，0.5～1為強相關）可知，自然伽瑪與輕稀土氧化物REO為正相關且強相關關系，完全可以利用上式進行稀土礦工業品位預測。

用該回歸方程對區內5個鉆孔共27個不同深度稀土礦樣品的輕稀土氧化物含量進行了預測，并對比了各鉆孔化學分析品位。回歸效果與化學分析數據大致吻合。預測結果相對誤差基本上均小于0.02%。

通過對該回歸方程的進一步實踐與檢驗，表明自然伽瑪值與稀土礦的輕稀土氧化物含量REO間，確實存在著顯著相關關系，利用該方程進行稀土礦品位預測是可行的，其預測結果完全可以達到野外生產的實用程度。這進一步說明利用自然伽瑪測井方法不僅能劃分鉆孔地質剖面、彌補鉆探的取芯不足，還能估算稀土礦工業品位，為儲量計算提供參考依據。

7 結論

結合本次及以往工作成果，石炭系本溪組鋁土質泥巖及鐵鋁質泥巖等含稀土礦層有明顯的高放射性特征，說明自然伽瑪測井對稀土礦尋找具有重要指導意義。

通過進行鉆孔自然伽瑪測量和測井解釋，能較準確地劃分礦層埋深、厚度，對于驗證鉆探質量和彌補見礦深度、厚度誤差提供了可利用的數據。

用數理統計方法對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證和彌補品位資料不足的作用，為稀土礦勘探提供有用信息。