张劭祺+张云海

摘 要：根据钻孔岩心取样分析结果，研究了自然界中常见的三种天然放射性元素与稀土矿床之间的关系，进而验证了在矿区内进行的放射性γ测井对判断钻孔是否见稀土矿和岩心取样工作具有重要的指导作用。

关键词：稀土矿；放射性元素；放射性γ测井；关系研究

中图分类号：F299 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0127-03

1 引言

1.1 工作目的

西峡县太平镇稀土矿床是河南省首个预测资源量达到中型的工业稀土矿床。在开展深部钻探揭露工作中，放射性γ测井工作对钻孔稀土矿层位置的判定和岩心取样工作有着重要的指导作用。对此，通过对比γ测井测值与钻孔取样分析结果，了解矿区深部钻探放射性元素与稀土矿化之间的关系，进而验证放射性γ测井对钻孔岩心取样工作的指导作用。

1.2 放射性元素概述

在自然界中存在最常见的放射性系列有三个，即铀系、钍系和钾元素的同位素40K。它们的共同特点都是原子核不够稳定，能够自发的发生衰变并伴随着放出离子或射线（可以由仪器接收并反映），这种现象称为放射性衰变，而这些元素称为放射性元素。

1.3 稀土元素

稀土，或称稀土元素，是元素周期表中镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）15种元素和与镧系的密切相关的钪（Sc）、钇（Y）共17种元素的合称。因天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故叫“稀土”。

1.4 放射性γ测井

放射性γ测井是勘查放射性矿床的一种钻井地球物理方法。它是用γ测井仪沿井孔测量岩石和矿石的天然γ射线强度，并根据γ场分布来确定所穿过矿层的位置、厚度以及其中放射性元素的含量。

1.5 工作的重要性

稀土具有优良的光电磁等物理特性，其最显著的功能就是大幅度提高其他材料的质量和性能，组成性能各异的新型材料和产品；是重要的战略资源，广泛运用于新能源、新材料、电子信息、航空航天等领域。

本矿床是河南省省首个预测资源量达到中型的稀土矿床，在东秦岭特别是河南省境内实现了稀土矿床找矿的新突破，本文总结了放射性γ测井在稀土矿床勘查工作中的应用，对寻找同类型矿床有一定的借鉴作用。

2 地质特征

矿区地质特征：太平镇稀土矿床大地构造位置为北秦岭（二郎坪群）岩浆岛弧。二郎坪群地质体呈NW向楔形夹持于瓦穴子断裂和朱夏断裂之间，主要由变质岩和一些花岗岩类侵入体构成。矿区出露地层为下古生界二郎坪岩群大庙组、火神庙组及新生界第四系。矿区内岩浆岩呈侵入状，在北部出露燕山期老界岭复式岩体，岩性为中斑中粒～细粒二长花岗岩；南西部出露的是海西期中酸性二长花岗岩；中部为加里东期中酸性斜长花岗岩；东南部为加里东期闪长岩。矿区内断裂构造发育，大体分为三组：北西向、北西西向、北东向断裂。其中以北西向断裂最为强烈，是主要的含稀土矿断裂构造，已发现有F1、F2、F3三条平行断裂构造（见图1）。

矿体特征：稀土矿紧邻太平镇西北的大西沟-火神庙一带，主要赋存在F1、F2、F3断裂构造带内，断裂构造呈NWW向近平行产出，间距60～180m，产状213°～236°∠59°～83°，有分支复合现象，构造力学性质早期为张性，后期为压扭性，后期北东向构造对其破坏作用。断裂大部分位于斜长花岗岩中，部分穿插在火神庙组和二长花岗岩内。矿体以破碎石英-蚀变岩为主，产状与断裂产状基本一致。矿体富集出现在产状变异处，倾角较陡或平面上转折处富集明显。本稀土矿经分析主要由铈、镧、钕三种轻稀土元素组成，主要矿物为氟碳铈矿。矿床平均厚度2.17m，平均品位2.32%，（333）+（334）TR2O3资源量超过10万吨，达到中型稀土矿床规模。

3 放射性元素与稀土矿之间的关系

在稀土矿物中，138La、176Lu具有天然的极低的放射性（不易为仪器接收），一般含有低的Th、U放射性元素，是異价类质同象所致。由于Th4+、U4+的离子半径较为接近，易和稀土矿物发生类质同象置换，甚至形成内潜同晶（张培善等，1985），因此在进行矿物鉴定中未见到放射性元素的单矿物或次生矿物。

根据工作进度，在矿区内进行了764件样品进行了稀土含量分析，对70个钻孔样品进行了U、Th含量分析，在前期进行的地表取样工作中，k元素含量较低，故钻孔未进行K含量分析。

本区钻孔样品稀土矿品位在0.5～4%之间变化，U含量一般在0.3～30ppm之间变化，含稀土矿化时，一般在2～30ppm之间变化，最高57.6ppm；Th含量一般在2～150×10-6之间变化，最高样品达到208.5ppm，含稀土矿化时，一般在25～150ppm，约每ω（∑REO）1%为Th含量增量为（30～35）ppm（详见表1）。并做了钻孔U、Th含量随稀土含量变化的关系曲线（详见图2、图3）。

另根据分析数据计算了Th/U比值，此数值变化较大，一般为0.62～790。不含矿化的围岩斜长花岗岩的Th/U在1～6之间，明显较低；当含有稀土矿化时，一般在9～60之间，最高值790。

4 伽玛测井工作

4.1 使用仪器

本次使用仪器为上海申核电子仪器厂生产的FD-3019改进型闪烁γ测井仪，工作前在相关部门标定，各项指标符合规范要求。

4.2 工作方法

本次γ测井严格按照规范要求，每次测量前对仪器进行了稳定性检测。测井前用清水冲洗钻孔排除在钻进过程中的岩矿粉和放射性元素衰变子体氡产生的放射性污染，冲孔后立即进行伽玛测井工作，测量点距按照正常地段点距1米，异常地段点距0.1米进行了数据采集，采样时间5秒。最终经过γ测井反褶积程序将采集的数据转换为照射量率单位（nC/（Kg*h）），并绘制到钻孔柱状图上（见图4、图5）。

4.3 结果分析

通过资料综合整理，在矿区内施工的13个钻孔中，有10个钻孔伽玛测井工作见到照射量率超过10（nC/Kg*h）的异常段，对应测井异常位置进行了岩心取样分析，稀土总量全部达到了工业品位（部分样品因厚度不足1m进行了储量计算合并变成了边界矿体）。而其余3个未见矿的钻孔伽玛测井也没有见到异常段（最高照射量率<10（nC/Kg*h）。因此在本项目区，伽玛测井对钻孔稀土矿见矿情况和岩心取样工作有着重要的指示意义。

5 结语

通过以上图表和数据分析，得出了下面结论：

（1）本矿区放射性元素U含量与稀土矿化呈弱正相关系，但总体来说，U元素含量偏低，未达到U矿化标准。（2）本矿区放射性元素Th含量与稀土矿化呈强正相关系，钻孔分析每ω（∑REO）1% Th含量增量幅度大，是放射性物探工作在本矿区具有指示意义的根本原因。Th元素易于和稀土矿物发生类质同象置换，甚至形成内潜同晶，因此在肉眼观测和矿物鉴定中不能见到Th元素单矿物或次生矿物。（3）根据计算Th/U比值，在矿区内发现放射性异常且当存在Th/U比值大于9时，则有可能成稀土矿化。（4）验证了本矿区伽玛测井工作对钻孔稀土矿见矿情况和岩心取样工作有着指导的意义。当钻孔伽玛测井工作见到测值>10（nC/Kg*h）的异常段时，对应位置岩心取样分析稀土总量全部达到工业品位，当测值<10（nC/Kg*h）时，取样分析达不到稀土矿化品位。

通过此次研究钻孔取样分析结果，了解矿区内放射性元素与稀土矿化之间的关系，也验证了放射性γ测井工作在稀土矿深部钻探揭露工作中的指导作用，对寻找同類型矿床有一定的借鉴作用，可以作为在河南省内甚至东秦岭地区对稀土矿床的勘查一种方法。

参考文献

[1]冯必达，贾文懿，等.放射性物探方法.华东地质勘探局教材编写组，1983，2.

[2]葛良全.核辐射测量方法讲义.成都理工大学应用核技术与自动化工程学院，2006，9.

[3]中华人民共和国核行业标准EJ/T 831-94地面伽玛总量测量规范 .1994，12.

[4]中华人民共和国核行业标准EJ/T 661-2005伽玛测井规范.2005，12.

[5]张培善，杨主明，陶克捷，等.我国铌钽稀土矿物学及工业利用[J].稀有金属，2005，29（2）：57-61.