鈾礦找礦中的物化探方法

劉 歡

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）

1 前言

自1789年德國化學(xué)家克勞普羅特發(fā)現(xiàn)鈾礦物以來，鈾的用途經(jīng)歷了巨大的變化，它作為高度敏感的戰(zhàn)略資源，廣受人們關(guān)注。我國的鈾礦找礦工作展開了近50年，近地表鈾礦陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，鈾礦找礦已轉(zhuǎn)向?qū)ふ疑畈康V體，若只靠地表地質(zhì)工作是難以發(fā)現(xiàn)的，配合合理的物化探方法，會取得好的效果。但是，物化探方法測量過程中，干擾因素很多，結(jié)果解釋也是多樣的，在實(shí)際工作中將物化探方法的結(jié)合起來應(yīng)用，使結(jié)果和解釋更加客觀，可靠。通過對這些物化探方法全面的評價與總結(jié)，提出更好的物化探方法組合，有著很重要的意義。

2 鈾礦找礦中放射性物探測量方法

2．1 氡測量

氡是天然放射性元素鈾系中的一個氣體放射性元素，有較大的遷移性。測量氡氣的含量變化可以提供深部的鈾礦體信息。氡氣測量方法是一種直接找礦方法，其原理是基于鈾的衰變子體——?dú)鈶B(tài)氡（Rn）的遷移，擴(kuò)散和地氣理論。Rn本身作為鈾元素衰變過程中的一種氣態(tài)惰性核素，具有由地下遷移至近地表的能力。地氣理論則認(rèn)為地球深部存在地氣流，在其上升過程中經(jīng)過鈾礦體及其周圍高鈾含量的原生暈和次生暈時，將攜帶其中的活性金屬鈾及其子體一起遷移到地表附近。斷裂構(gòu)造的存在是氡氣及地下水活動的通道，使深部鈾礦化信息傳遞至地表。這種方法的探測靈敏度很高，對深部盲礦體非常有效，在第四系覆蓋地區(qū)找砂巖型鈾礦的一種非常有效的方法。氡測量包括活性炭吸附測氡、液體閃爍測氡法，α卡法，氡管法，α收集膜法，熱釋光測量等多種方法。本文僅重點(diǎn)介紹以下兩種方法：

（1）土壤熱釋光測量法

基本原理方法是指采集地表一定深度的土壤或砂土樣品，用高靈敏度的熱釋光測量裝置測量樣品中天然礦物在漫長的地質(zhì)年代內(nèi)長期接受放射性核素，尤其是氡及其子體的輻射而產(chǎn)生的熱釋光強(qiáng)度進(jìn)行找礦的一種方法，它屬于累積測氡方法的范疇。地下一定深度的土壤所獲得的天然輻射劑量，是由自身和所處環(huán)境中的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的，主要是鈾－238，釷－232系列和鉀－40，以及其它天然放射性元素。土壤自身所含的放射性物質(zhì)主要來源于其母巖，有一部分來源于深部。這些放射性物質(zhì)在漫長的地質(zhì)歷史時期發(fā)生了相對富集或貧化。土壤和砂中含有大量的結(jié)晶礦物如SiO2和CaCO3等具有半導(dǎo)體性質(zhì)的結(jié)晶礦物，這些結(jié)晶礦物都是天然的熱釋光探測器。由于礦物晶體中存在大量的電子和空穴，在射線作用下產(chǎn)生電離和激發(fā)，在使晶體價帶中的電子獲得能量，在沒有外來能量激發(fā)的情況下電子和空穴可長期留在晶體的缺陷中，隨時間的積累，礦物晶體缺陷中的電子、空穴不斷的積累；由于礦物晶體累積記錄天然輻射的時間很長，熱釋光測量的異常重復(fù)性很好，能夠反映較弱的異常信息。對樣品加熱到一定溫度后，礦物晶體缺陷中的電子、空穴恢復(fù)到正常，而以光的形式將能量釋放出來，測量加熱狀態(tài)下樣品的熱釋光強(qiáng)度就可以研究空間輻射場的分布進(jìn)行找礦。

工作方法是，野外選定工作范圍，按照土壤地球化學(xué)規(guī)范要求，采集B層土壤樣品，室內(nèi)將樣品自然風(fēng)干，用高敏熱釋光儀器測量樣品。土壤熱釋光法可以適用于砂巖型與花崗巖型鈾礦找礦，利用此法已經(jīng)在伊犁地區(qū)和相山地區(qū)的普查找礦中取得了比較好的效果。

（2）活性炭吸附法

活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，吸附能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?；钚蕴康奈脚c吸附物與吸附質(zhì)的濃度和溫度等有關(guān)，它對氡主要是物理吸附，有很強(qiáng)的吸附能力，單位重量的活性炭吸附的氡與被吸附地點(diǎn)的氡成正比。主要工作方法是特制的填充用活性炭的小盒埋入地下300～400mm，保持干燥，密封，沒有外源侵入，4～6天后取出用測氡儀器測量氡子體γ強(qiáng)度，由此可以探測此地區(qū)的地下氡濃度及分布規(guī)律，進(jìn)而對鈾礦體的情況進(jìn)行判斷。這項技術(shù)周期短，技術(shù)容易掌握，成本比較低廉，可獨(dú)立完成工作。

總之氡氣測量在隱伏，盲礦，和第四系覆蓋區(qū)的勘察中取得好的效果，如在西北地區(qū)的一些鈾礦和河北某礦都有很好的應(yīng)用。但該方法干擾因素較多，比如在地表屏蔽，鹽堿地，巖石強(qiáng)烈風(fēng)化及高本底巖性，斷裂構(gòu)造都可能引起非礦化假異常，這就需要在實(shí)際應(yīng)用中探索一些突出深部礦化微弱信息、剔除地表干擾的手段。另外測氡法都是用儀器來測定，必然用到各種數(shù)學(xué)模型，與數(shù)據(jù)提取模型，數(shù)據(jù)處理技術(shù)較復(fù)雜。

2．2 地面γ測量

巖石或覆蓋層中的放射性元素（背景含量）產(chǎn)生的伽馬射線強(qiáng)度稱為正常γ強(qiáng)度。由于同一地區(qū)同一種巖石由于鈾及伴生元素會遷移到周圍的基巖，土壤，沖積層，地下水中，形成比礦體范圍大得多的分散暈，由于分散暈在形成時間和空間上的不同和相互關(guān)系分為原生暈和次生分散暈，造成了放射性元素的分布不均勻，造成巖石不同部位的γ射線強(qiáng)度不同，這樣即可以利用地面γ測量來測量和尋找分散暈，追索成暈的鈾礦源。這種方法是范圍最廣、最經(jīng)濟(jì)的鈾礦找礦方法之一，適用于區(qū)調(diào)、普查、詳查各個找礦階段。它的主要影響因素是第四系較厚的覆蓋，在一些比較好的露頭區(qū)易于發(fā)現(xiàn)鈾礦化的原生暈和分散暈，如在紅山地區(qū)和沙棗泉地區(qū)，地面γ測量發(fā)現(xiàn)了好的鈾礦化異常。應(yīng)用淺孔地面γ測量，在十紅灘地區(qū)、鄂爾多斯盆地北部地區(qū)的一些普查找礦中獲得了找礦線索。

2．3 γ能譜測量

γ能譜測量方法是利用地質(zhì)體中天然放射性核素（主要是鈾、釷、鉀）衰變釋放出不同射線（主要是γ射線），來確定鈾礦位置的方法。由于不同環(huán)境條件及不同物質(zhì)來源所形成的地質(zhì)體鈾、釷、鉀的含量也有變化，因而放射性強(qiáng)度不同。根據(jù)此原理可以通過測量不同地層的放射性強(qiáng)度及鈾、釷、鉀的含量，進(jìn)行湖相沉積物物質(zhì)來源及形成條件的研究，進(jìn)而反推環(huán)境演化的過程。對于多道譜儀，U－Ra、Th、K三個測量道就是三個測量的譜段。由于全譜測量的譜段是通過能量刻度后動態(tài)確定的，因此可克服譜漂而引起的測量誤差。γ能譜測量按其儀器運(yùn)載方式的不同分為地面、汽車、航空γ能譜等幾種方法。

（1）地面γ能譜測量

地面γ能譜測量主要用于鑒定異常性質(zhì)和測定巖石中的鈾，釷，鉀的含量前者在異常點(diǎn)（帶）上進(jìn)行測量，后者是在測區(qū)內(nèi)按一定的測網(wǎng)進(jìn)行。普查階段采用1∶10000和1∶25000兩種比例尺，詳查階段采用1∶1000和1∶5000兩種比例尺。工作方法是，在工作前標(biāo)定地面能譜儀，選擇基點(diǎn)，每天的工作前和工作后在基點(diǎn)上測量，檢驗(yàn)?zāi)茏V儀和標(biāo)準(zhǔn)元的穩(wěn)定性，在測點(diǎn)每測量1分鐘讀數(shù)，讀2～3次取平均值，并記錄巖性，構(gòu)造，浮土情況，為了保證測量質(zhì)量選取10%測點(diǎn)進(jìn)行自檢測量。

（2）汽車伽馬能譜測量

此方法以其測量速度快，探測精度高，適合成礦條件不明的大面積測量．同時還可在航空測量不到的邊境地區(qū)開展工作，因而在西北地區(qū)被大量采用，例如在新疆天山南北、青海柴達(dá)木盆地和內(nèi)蒙古二連盆地等邊境地區(qū)進(jìn)行了面積或路線測量。在滿洲里－額爾古納地區(qū)開展的車載伽馬測量為縮小鈾資源勘探靶區(qū)發(fā)揮了重要作用。

（3）航空γ測量

航空γ測量在鈾礦普查工作中，不僅是獨(dú)立的找礦方法，也代表著整個普查找礦工作的一個階段。前期的航空γ能譜測量一般在工作程度很差的地區(qū)以成礦構(gòu)造造山褶皺帶為主攻目標(biāo)，在中新生代盆地的大面積測量工作取得了參考資料。γ能譜在尋找砂巖型鈾礦時具有很重要的意義。第一，結(jié)合已有的地質(zhì)資料，利用測得的U、Th、K元素的放射性場分布趨勢及變化規(guī)律結(jié)合砂巖型鈾礦成礦理論進(jìn)行分析，便可以對測區(qū)成礦前景做出較客觀的評價。第二，研究盆地內(nèi)地球化學(xué)環(huán)境及鈾元素的遷移規(guī)律分析U、Th、K等天然放射性元素的地球化學(xué)特性。不同地球化學(xué)環(huán)境以不同方式影響著放射性元素的活動，性質(zhì)活潑的K元素在氧化還原條件下更加活躍，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的Th元素則不受成巖后期地球化學(xué)因素干擾而相對穩(wěn)定，而化學(xué)活動性復(fù)雜多變的U元素性質(zhì)受氧化還原條件控制特別明顯，六價鈾易溶解遷移，而四價鈾難溶易沉淀，因此鈾主要在氧化還原過渡帶及富含還原物質(zhì)的地段或夾層內(nèi)富集。利用γ能譜測量得到U、Th、K元素在各種巖石中的正常分布和在特定條件下形成淋失與富集的資料，研究與推測沉積盆地的地球化學(xué)環(huán)境。第三，分析測定鈾，鐳，釷的含量，測定鈾，钚同位素的豐度，確定和判斷鈾礦的形成時間和環(huán)境。

3 鈾礦找礦中普通物探方法

物探方法作為鈾礦找礦中主要研究方法，被廣泛的使用。物探測量主要是磁測、重力和地震為主的測量。目標(biāo)是研究地質(zhì)環(huán)境、劃分基底構(gòu)造單元、分析地層結(jié)構(gòu)及沉積體系、解釋斷裂構(gòu)造、圈定骨架砂體范圍。

（1）電磁法

利用電磁感應(yīng)原理來勘察隱伏礦體分布的地球物理方法，用它主要用來弄清地區(qū)蓋層和基底的形態(tài)，隱伏的斷裂構(gòu)造和垂向的電性分析，分析地層結(jié)構(gòu)及沉積體系，近十年來，電磁法在勘察砂巖型鈾礦和熱液型鈾礦方面發(fā)揮了重要的作用。

（2）自然電位法

在一定的自然條件下，地下存在的穩(wěn)定天然的電流場，它主要是由于地下形成的氧化還原條件產(chǎn)生的氧化還原電位和穿行巖石裂隙的溶液中的帶電離子的電位疊加形成的，地浸砂巖性鈾礦主要產(chǎn)于氧化還原過渡帶，說明地浸砂巖性鈾礦周圍有自然電場分布，就可以通過對自然電場的分布來研究鈾礦的位置和空間分布，這種方法已經(jīng)在新疆和內(nèi)蒙的一些地區(qū)取得了很好效果。

4 鈾礦找礦中普通化探方法

鈾礦找礦地球化學(xué)測量主要為區(qū)域化探，化探詳查和氣體化探，主要分析其U、Th元素含量異常，可信度很高，主要礦化區(qū)都能顯示。

（1）地氣法

地氣方法最初起源于氡氣測量 它的原理是：由于在演化過程中地球長期受到重力和熱力，地球被分異成不同圈層，在熱力作用下，熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)不斷從地球內(nèi)部向地殼方向排出，同時一些含水礦物脫水，在溫度、壓力和濃度梯度作用下，均可呈微細(xì)氣流或氣泡流自深部向地表遷移，包括放射性核素衰變放射出的惰性氣體，這些氣體礦床形成過程中，往往有金屬氣停滯、聚集、分散在礦床周圍和蝕變圍巖中。礦床形成后，礦物在地下水和地下氣流作用下部分氧化分解，在地表空氣中形成地氣異常，進(jìn)而可以進(jìn)行地氣探測進(jìn)行找礦。工作方法是采距地表30～40cm的B層土壤，采集地氣樣品并保持干燥，用等離子質(zhì)譜法，分析鈾元素的含量，進(jìn)而對深部礦體進(jìn)行判斷。此方法也在尋找其他一些隱伏金屬礦的過程中起到過很重要的作用，但此方法受環(huán)境影響較大，對數(shù)據(jù)處理要求較高。地氣法已經(jīng)在遼寧，湖南鈾礦找礦工作中起到很好作用。

（2）金屬活動態(tài)法

元素在地表疏松物中有穩(wěn)定態(tài)和活動態(tài)兩種存在形式。穩(wěn)定態(tài)形式存在于造巖礦物之中 ，活動態(tài)形式呈弱結(jié)合相 ，被地表土壤中水溶性機(jī)物、粘土礦物和鐵錳氧化物所捕獲，這部分活動態(tài)元素在地表土壤中形成疊加的異常，采集地表疏松介質(zhì)，用合適的提取方法將各種活動態(tài)物質(zhì)提取出來，以達(dá)到深部找礦的目的。這兩種化探方法，已經(jīng)在新疆吐哈盆地和伊犁地區(qū)應(yīng)用，取得了比較好的效果。

5 總結(jié)

物化探方法的綜合運(yùn)用是以地質(zhì)為基礎(chǔ)，物化探方法為手段進(jìn)行找礦的，各種物化探方法都有自己的應(yīng)用條件與應(yīng)用范圍。實(shí)際找礦工作中是一類方法與幾種具體方法的綜合運(yùn)用，其中物探方法中放射性物探與普通物探的綜合應(yīng)用，放射性物探與金屬活動態(tài)法的綜合運(yùn)用，都是根據(jù)工作地區(qū)特定的生產(chǎn)條件選擇科學(xué)的組合方式，達(dá)到提高找礦效果的目的。

（略）