CN113359203A - 一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法 - Google Patents
一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法；包括：步骤1：选出钻井或钻孔；步骤2：计算地层中铀、钍元素含量；步骤3：分析铀、钍元素含量，筛选出高铀层段；步骤4：识别出喷流沉积型矿床的垂向分布；步骤5：确定喷流沉积型矿床的厚度、连续性及均匀性；步骤6：确定喷流沉积型矿床的深度位置、分布层位及厚度变化；步骤7：确定喷流沉积型矿床的空间形态和成矿规律，预测有利勘探区域。本发明利用SEXDEX型矿床富铀、高铀钍比的特点，结合自然伽马能谱测井分析，获取地层中铀、钍的含量，建立铀含量和铀钍比的连续纵向剖面；本发明方法是一种快速、准确、经济的筛选出深部地层中有利SEDEX矿床勘探目标的方法。
Description
技术领域
本发明属于矿产资源勘查领域；尤其涉及一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法。
背景技术
随着地表和浅层固体矿产资源的不断减少，固体矿产资源勘查逐渐向深地进发。岩石地球化学方法(又称原生晕法)是国内外目前寻找固体矿产矿床或矿体勘查的主要方法，是通过系统采集目标区岩石样品，分析其元素含量或其他地球化学特征，识别矿体与围岩之间的岩石地球化学异常，进而确定矿床或矿体的分布。
现有技术以岩石地球化学方法为主，此类方法主要是通过选择可能发育热液型铀矿的空间位置进行样品采集，开展相关的矿物鉴定和元素分析；在分析结果的基础上提出深部热液型铀矿体的矿物组合类型和分布特征；综合多个不同空间位置的样品矿物或元素特征，进而确定热液型铀矿床或矿体的分布特征。
该类技术存在以下不足：
(1)样品需求量较大，但深部地层采样难度大。该类技术的应用前提是根据地质构造背景和区域调查结果预判出热液型铀矿床或矿体的空间位置。为了确定热液矿床或矿体的具体分布需要对多个不同位置的岩石进行系统采样分析。并且，随着矿床或矿体开发的深入，势必要求更高的勘探精度，后期需要对研究样品进行加密分析。因此该类技术需要采集大量的岩石样品，但深部地层的钻探取心难度大，难以实现类似地表或浅部地层的连续取样。
(2)实验费用高、耗费时间长。该类技术需要开展显微观察、岩矿鉴定、电子探针分析、元素分析等多项岩石矿物和地球化学分析实验。这些实验的测试费用高，且样品处理过程复杂，分析测试耗时较长。
喷流沉积型矿床(SEDEX)通常是指深部热液在海底或湖底发生喷流沉积形成的层状、似层状矿体(祝朝辉等，2006)。SEDEX矿产主要包括铅锌矿、铜矿、锰矿以及金银矿等，它提供了世界上约60％的铅、50％的锌、50％的银、20％的铜，是一类非常重要的矿床(翟玉林等，2017)。
SEDEX矿产形成于碎屑岩或碳酸盐岩的沉积岩中，其成矿流体主要为深部热液，因此SEDEX的矿产特征与热液性质密切相关。热液是指进入宿主地层中，温度高于围岩温度的流体，通常与岩浆活动密切相关(Davies G R et al.,2006)。前人研究发现热液及其喷流沉积物具有特殊的常量与微量元素及同位素组成，例如：SEDEX矿床通常富集Si、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、As、Ba、Sr、Sb、U等元素，其含量较正常沉积岩高出数倍至数十倍，这些元素的丰度、比值及变化常被用作判别喷流沉积作用的标志(薛春纪等，2000；贾智彬等，2016)。目前SEDEX矿产的岩石地球化学勘查技术主要以上述原理为理论基础，通过采集大量的岩石样品分析其元素或同位素特征来确定矿产分布及空间形态。
正如前述，岩石地球化学勘查方法在深部地层中SEDEX矿床勘探方面存在2方面的缺点：1、样品需求量较大，且深部地层采样难度大；2、实验费用高、耗费时间长。因此，目前行业内急需一套先进、实用的方法和技术能从勘查区的大套深部地层中快速、准确、经济的筛选出有利的SEDEX矿床勘探目标。
为解决这一技术难题，本发明根据深部热液通常具有富集铀元素且铀钍比存在正异常的特点，利用自然伽马能谱测井检测地层中放射性能谱进而获取铀和钍的含量，并结合地层特征及区域地质背景，识别出喷流沉积型矿床的分布位置。通过区域中多口钻井或钻孔的铀含量和铀钍比曲线可以对喷流沉积型矿床的分布进行预测，为深部地层中的喷流沉积型矿床或矿体勘探提供地质依据。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法，包括以下步骤：
步骤1：根据地质成矿理论，确定喷流沉积型矿床的区域地质构造背景，选择具备喷流沉积型矿床成矿条件的钻井或钻孔。
步骤2：对上述步骤1中具备喷流沉积型矿床成矿条件的钻井或钻孔进行自然伽马能谱测井，根据不同元素的伽马能谱特征计算地层中铀、钍元素含量。
步骤3：分析上述步骤2中自然伽马能谱测井获得的铀、钍元素含量，根据大套正常沉积岩的铀含量确定铀含量基值，筛选出沉积地层中的远大于铀含量基值的高铀层段。
步骤4：计算上述步骤3中高铀层段的铀含量和钍含量的比值(U/Th)，根据热液的高铀钍比特征(U/Th>1)识别出喷流沉积型矿床的垂向分布。
步骤5：分析步骤4中喷流沉积型矿床的U/Th曲线特征，确定喷流沉积型矿床的厚度、连续性及均匀性。
步骤6：选择多个钻井或钻孔执行步骤1～步骤5，根据多口井的U/Th联井剖面，确定喷流沉积型矿床的深度位置、分布层位及厚度变化。
步骤7：根据上述步骤6中喷流沉积型矿床垂向特征，结合喷流沉积型矿床的平面投影，确定喷流沉积型矿床的空间形态和成矿规律，预测有利勘探区域。
本发明利用自然伽马能谱测井来确定深部地层中喷流沉积型矿床的位置。由于地层中铀、钍、钾元素的伽马能谱响应特征不同，根据区域内不同位置的自然伽马能谱测井获得的U含量和U/Th比分析结果可以为喷流沉积型矿床的分布规律和空间形态提供地质依据。
本发明原理：本发明利用SEXDEX型矿床富铀、高铀钍比以及铀钍元素具有放射性的特点，在深部地层固体矿产钻孔或钻井勘查过程中，通过开展自然伽马能谱测井分析，获取地层中铀、钍的含量，建立铀含量和铀钍比的连续纵向剖面；通过对比分析地层剖面中正常沉积地层和喷流沉积矿体的铀含量和铀钍比的特征，建立沉积地层的铀含量和铀钍比的曲线基值，位于曲线基值附近及以下的为正常沉积地层，远高于曲线基值以上的为喷流沉积矿床；通过本发明所涉及的方法能快速定位矿体的位置；本发明基于多个钻孔的喷流沉积矿体的铀含量和铀/钍比的曲线形特征，进而确定喷流沉积型矿床的空间形态和成矿规律，预测有利勘探区域。
本发明具有以下优点：
(1)本发明所涉及的喷流沉积型矿床(SEDEX矿床)，具有一定形态和产状的、连续的地质体；具有铀元素富集和高铀钍比的特点。在海底或湖底的热液系统中，热液常聚集了大量矿化剂，促使热液在盆地基底循环过程中萃取岩浆分异产物以及围岩中的铀元素而形成富铀流体。
富铀流体在上涌到海底或湖底后会明显提高混合水体中的铀含量。这些铀元素在沉积过程中与铁锰元素发生共同沉淀，导致喷流沉积型矿床中的铀富集(Dekov et al，2011)，其铀含量远高于正常沉积物的铀含量(5～12μg/g)(Jones and Manning，1994；林治家等，200)。与铀不同，钍在热液中的溶解度相对较低(Zhang et al.,2017)。因此，高铀含量(U>12μg/g)和高铀钍比(U/Th>1)可用作判断SEDEX矿床的重要指标(Bonatti et al,1972；Rona,1978；Marchig et al.,1982；王旭等，2011)。
(2)自然伽马能谱测井能够快速、经济的分析出深部地层中铀和钍的元素含量，且采样间隔小、数据连续。岩石中的铀系、钍系和钾等天然放射性核素在自然衰变时会发射伽马射线，使岩石具有天然的放射性。其中以238U、232T和40K的放射性最强，但它们所发射的伽马射线能量和强度不同，具有各自存在独特的特征谱峰。自然伽马能谱测井是在测量铀、钍、钾的伽马混合能谱时，利用多道脉冲幅度分析器来区分不同幅度的脉冲数，得到不同能量的伽马能谱。同时，由于238U、232T和40K在自然界中铀、钍、钾同位素中所占的比例较为稳定，因此可以通过自然伽马能谱确定地层中的铀、钍、钾的含量。
(3)本发明所涉及的方法利用SEXDEX型矿床中富铀、高铀钍比的特点，结合自然伽马能谱测井能通过放射性能谱快速检测地层中铀钍含量的功能的特点完成的一种方法；
(4)本发明方法是一种快速、准确、经济的筛选出深部地层中有利SEDEX矿床勘探目标的方法。
附图说明
图1是YH4井下白垩统苏红图组喷流沉积矿床位置图；
图2是YHC1、YH2、YH3、YH4、YH5的U/Th联井剖面图；
图3是哈日凹陷苏红图组喷流沉积矿床厚度等值线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例
本实施例涉及一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法，包括以下步骤：
本实施例针对内蒙古地区哈日凹陷下白垩统的喷流沉积型矿床进行了探测，具体步骤如下：
步骤1，区域地质调查指示，哈日凹陷是位于内蒙古北部的中生代箕状断陷，其北侧边界断裂向下延伸至基底，且早白垩世区域内存在多期岩浆活动和火山喷发，具有发育喷流沉积型矿床的成矿地质条件。
步骤2，根据喷流沉积型矿床的成矿机理，断裂能为深部热液提供向上运移的通道，因此大断裂附近的区域最有可能发育喷流沉积型矿床。基于上述研究，选取靠近边界大断裂的YH4井进行了自然伽马能谱测井。
步骤3，自然伽马能谱测井显示哈日凹陷下白垩统苏红图组存在明显的铀异常，铀含量最高可达175μg/g。研究区正常沉积岩的铀含量主体分布在2～12μg/g，因此确定铀含量基值为12μg/g。将铀含量大于24μg/g(基值2倍)的层段划分为高铀层段。
步骤4，高铀层段的铀含量和钍含量的比值(U/Th)统计分析表明，U/Th值分布在0.38～12.18；其中具备热液高铀钍比特征(U/Th>1)的层段主要分布在苏宏图组中部和下部，见图1所示。
步骤5，喷流沉积型矿床的U/Th曲线特征表明，喷流沉积型矿床厚170m，主要包括4个层段。其中第1个层段的矿体厚度大且U/Th比值也较大，指示沉积时期热液喷流强度大，其矿产资源更丰富。
步骤6，对YH4井周边的YHC1、YH2、YH3、YH5井按照上述方法分析，并绘制YHC1、YH2、YH3、YH4、YH5的U/Th联井剖面图。从图2可以看出，哈日凹陷苏红图组的喷流沉积型矿体主要分布在YHC1、YH3和YH4及周边区域，在YH2和YH5井上并没有分布。该矿床的埋深分布在921m～1998m，钻孔所见矿床厚度在125～196m。
步骤7：根据喷流沉积型矿床垂向特征，将喷流沉积型矿床分布投影至平面，绘制喷流沉积型矿床的厚度等值线图。从图3可以看出，喷流沉积型矿床主要沿凹陷东南侧边界断裂呈楔状舌形分布，向四周矿床厚度逐渐减薄。因此该矿床的有利勘探区域应在YH3和YH4及周边区域。
本发明利用SEXDEX型矿床富铀、高铀钍比以及铀钍元素具有放射性的特点，在深部地层固体矿产钻孔或钻井勘查过程中，通过开展自然伽马能谱测井分析，获取地层中铀、钍的含量，建立铀含量和铀钍比的连续纵向剖面；通过对比分析地层剖面中正常沉积地层和喷流沉积矿体的铀含量和铀钍比的特征，建立沉积地层的铀含量和铀钍比的曲线基值，位于曲线基值以下的为正常沉积地层，位于曲线基值以上的为喷流沉积矿床；通过本发明所涉及的方法能快速定位矿体的位置；本发明基于多个钻孔的喷流沉积矿体的铀含量和铀/钍比的曲线形特征，进而确定喷流沉积型矿床的空间形态和成矿规律，预测有利勘探区域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。
Claims (1)
1.一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定喷流沉积型矿床的区域地质构造背景，选出钻井或钻孔；
步骤2：对钻井或钻孔进行自然伽马能谱测井，计算地层中铀、钍元素含量；
步骤3：分析地层中铀、钍元素含量变化，筛选出高铀层段；
步骤4：计算高铀层段中铀含量和钍含量的比值，识别出喷流沉积型矿床的垂向分布；
步骤5：分析铀含量和钍含量比值的曲线特征，确定喷流沉积型矿床的厚度、连续性及均匀性；
步骤6：选择多个钻井或钻孔，重复步骤1-步骤5，根据多口井的铀含量和钍含量比值的联井剖面，确定喷流沉积型矿床的深度位置、分布层位及厚度变化；
步骤7：根据喷流沉积型矿床垂向特征，结合喷流沉积型矿床的平面投影，确定喷流沉积型矿床的空间形态和成矿规律，预测有利勘探区域。
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| CN202110681641.8A Active CN113359203B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种基于自然伽马能谱测井探测深部喷流沉积型矿床的方法 |
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2021
- 2021-06-18 CN CN202110681641.8A patent/CN113359203B/zh active Active
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