利用地面γ能譜測量評價鉬礦區(qū)的放射性環(huán)境

趙希剛，婁漢生，喻 騰，崔元銘

（核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽，712000）

1 銀洞溝地區(qū)地質(zhì)概況

銀洞溝地區(qū)處于秦嶺EW走向的復雜構(gòu)造帶東端南部，是南北隆起，中部為斷陷的階梯狀地塹構(gòu)造，華北準地臺的渭南陸隆帶南緣的商渭臺緣的褶皺帶。屬中期準地臺西南的晉寧期寬坪—陶灣隆褶帶與加里東期洛源—石門坳褶斷裂帶兩個構(gòu)造單元相鄰的部位。出露巖石以沉積巖為主體，少量為變質(zhì)巖及巖漿巖。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要是寒武系、震旦系和中元古界。寒武系分布在該區(qū)域的中部，基本上為一套含硅質(zhì)的碳酸鹽沉積建造；震旦系分布在該區(qū)域的北部，基本上屬火山-沉積碎屑巖建造；中元古界分布在勘查區(qū)的南、北兩側(cè)，為較深變質(zhì)的沉積碎屑巖；在區(qū)域中部的斷陷盆地中，還分布著少量的二疊系、古近系、新近系巖性及第四系的沖洪積物。

區(qū)域內(nèi)的巖漿侵入活動微弱，除在娘娘廟—書堂山—小文峪—東蒿坪一帶見到中生代正長斑巖、花崗斑巖等呈巖株狀分布外，其余為長英巖、細晶巖、偉晶巖、閃長巖、煌斑巖及粗面斑巖等巖脈，規(guī)模小。

區(qū)內(nèi)總構(gòu)造線呈EW向，是一個由褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造構(gòu)成的EW向構(gòu)造帶。

2 地面γ能譜野外測量的工作方法

2.1 測量儀器和儀器校準

地面γ能譜測量儀器采用核工業(yè)航測遙感中心生產(chǎn)的ARD型便攜式智能多道能譜儀。野外工作前儀器在核工業(yè)航測遙感中心輻射劑量站進行標定。同時對儀器進行了“三性”檢查，均滿足誤差要求，野外工作期間的早出工、晚收工都進行了靈敏度長期穩(wěn)定性檢查，室內(nèi)固定點8 h內(nèi)進行短期穩(wěn)定性檢查，短、長期穩(wěn)定性相對誤差＜5%，達到規(guī)范誤差要求。

2.2 野外測量方法

野外測量嚴格按照中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準 《地面γ能譜測量技術(shù)規(guī)程》（DZ/T0205—1999）執(zhí)行。根據(jù)目的任務(wù)，在已知礦區(qū)約2 km2內(nèi)均勻布置了8條測線，測點為562個，測線方向垂直礦體走向，沿探槽或平洞測量，探槽內(nèi)為每2～4 m一個測點，與地質(zhì)采樣點對應(yīng)，探槽外測點距離為2～5 m。檢查測量時，兩臺儀器位于同一個測點，同時測量。當同一測點測量誤差較大時，進行多次測量，確保測量數(shù)據(jù)的準確性，同時記錄地形地貌、自然景觀以及巖性特征。

2.3 野外測量的誤差統(tǒng)計

完成野外測量檢查點58個，大于規(guī)范要求的10%。以TC2平洞測線為例，在當量鈾質(zhì)量分數(shù)＜10×10-6時，絕對誤差范圍為－1.1～0.8，平均值為－0.15，合格率達到100%；在當量鈾質(zhì)量分數(shù)＞10×10-6時，相對誤差范圍為－35.3～12.8，平均值為－6.2，合格率達到81.8%。在測區(qū)當量釷質(zhì)量分數(shù)＜15×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)＜5%時，采用絕對誤差，其當量釷質(zhì)量分數(shù)測量合格率為100%，鉀質(zhì)量分數(shù)測量合格率為80%；在當量釷質(zhì)量分數(shù)＞15×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)＞5%時，采用相對誤差，其當量釷質(zhì)量分數(shù)測量合格率＞81.3%，鉀質(zhì)量分數(shù)測量合格率＞95.45%。

3 銀洞溝地區(qū)放射性特征

3.1 礦區(qū)γ能譜測量放射性含量參數(shù)特征

表1 銀洞溝地區(qū)鉬礦區(qū)地面γ能譜測量放射性含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table 1 Statistics of gamma ray spectral survey radioactive content in molybdenum mine Yindonggou

統(tǒng)計γ能譜測量數(shù)據(jù)，銀洞溝地區(qū)當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為11.1×10-6（表1），當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為17.0×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為4.3%，總道測量換算的鈾當量平均值為32.7×10-6，當量鈾質(zhì)量分數(shù)最大值為100.0×10-6，最小值為 0.3×10-6，變異系數(shù)當量鈾為 114.7，當量釷為 97.6，鉀為 5.0，總道測量換算的鈾當量為357.8，變異系數(shù)的變化規(guī)律是當量鈾和總道測量換算的鈾當量相對較大，釷和鉀相對較小。其中當量鈾的峰度為17.9，偏度為3.1，因此，該區(qū)當量鈾含量偏高，變異系數(shù)變化相對大，峰度表現(xiàn)為陡峭，為尖頂峰，偏度表現(xiàn)為正偏或右偏，表示比正偏差數(shù)值稍大，綜合分析說明當量鈾含量之間差異大，存在當量鈾的局部富集偏高現(xiàn)象。

經(jīng)統(tǒng)計，該區(qū)γ能譜測量中，不同巖性放射性含量存在差異。表現(xiàn)為泥質(zhì)炭質(zhì)板巖放射性含量高，當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為24.3×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為23.5×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為5.1%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為52×10-6，γ空氣吸收劑量率為220.5 nGy·h-1；炭質(zhì)硅質(zhì)板巖互層次之，當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為16.8×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為22.5×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為5.9%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為46.7×10-6，γ空氣吸收劑量率為190.9 nGy·h-1；硅質(zhì)板巖、千枚巖和坡積物再次之，當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為3.7×10-6～6.3×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為8.8×10-6～17×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為2.3%～5.7%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為15.5×10-6～32.7×10-6，γ空氣吸收劑量率為64.5～192.2 nGy·h-1；灰?guī)r（白云巖）最低，當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為2.7×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為11.6×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為1.7%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為11.9×10-6，γ空氣吸收劑量率為51.7 nGy·h-1。

礦化段雜色板巖互層或礦渣的放射性含量高于其他巖性。如含鉬礦化的雜色板巖當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為29.4×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為25.5×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為5.6%，總道測量換算的當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為59.7×10-6，γ空氣吸收劑量率為252.5 nGy·h-1。

平洞內(nèi)測量的放射性含量高于地面測量結(jié)果。如平洞內(nèi)測量所有數(shù)據(jù)當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為29.2×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為30.5×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為8.6%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為70.27×10-6，γ空氣吸收劑量率為 354.9 nGy·h-1。

3.2 礦區(qū)外圍γ能譜測量本底放射性含量參數(shù)特征

為了進行放射性含量對比，在銀洞溝地區(qū)變電站附近測量礦區(qū)外圍本底，該區(qū)本底當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為5.3×10-6（表2），當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為7.9×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為2.0%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為15.3×10-6。當量鈾質(zhì)量分數(shù)最大值為13.9×10-6，最小值為1.4×10-6，變異系數(shù)為9.0，峰度為0.9，偏度為0.8，測區(qū)本底當量鈾質(zhì)量分數(shù)峰度比正態(tài)分布平坦，偏度大于0，為右偏，說明該區(qū)當量鈾質(zhì)量分數(shù)和本底相對偏高。

表2 銀洞溝地區(qū)地面γ能譜測量鉬礦區(qū)外圍本底放射性含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of gamma ray spectral survey radioactive background in Yindonggou molybdenum deposit area

4 測區(qū)放射性環(huán)境估計

天然放射性核素U、Th和K及其衰變子體是γ輻射源，一般情況下，利用γ能譜測量方法可以得到巖石和土壤中放射性核素含量，而它們在空氣中的作用，則可用照射量率或γ空氣吸收劑量率表示。巖石和土壤中放射性元素含量換算為地面γ輻射劑量率的系數(shù)，采用無限大土壤和空氣介質(zhì)中適用的光電傳輸計算確定。這個復雜數(shù)學問題的數(shù)值方程解，決定于初始和散射γ射線在地表和空氣中的作用，并取決于傳輸方程和U、Th、K及其衰變子體的能量發(fā)射譜。實際工作中該系數(shù)值常采用滿足測量條件（如輻射源為無限均勻平面等）下所得到的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計估算。陸地地表上1 m高處γ空氣吸收劑量率用Beck 公式估算［1-2］：

式中：KU、KTh和KK分別為鈾、釷和鉀的換算系數(shù)，其中 KU＝0.462（μGy·h-1/Bq·g-1）、KTh＝0.604（μGy·h-1/Bq·g-1）和 KK＝0.00417（μGy·h-1/Bq·g-1）；AU、 ATh和 AK分別為鈾、 釷和鉀質(zhì)量活度 （Bq·g-1），其中 AU＝0.01235·wU，ATh＝0.00406·wTh，AK＝0.313·wK。

將上述參數(shù)代入Beck公式：

式中：wU×10-6、 wTh×10-6、 wK%為地 面 γ 能譜儀測量的當量鈾含量、當量釷含量、鉀含量。

根據(jù)資料，空氣中計算出距地面1 m處的γ射線強度與地表測量幾乎沒有差別，這樣，采用地表γ能譜測量數(shù)據(jù)估算γ空氣吸收劑量率見表3。銀洞溝地區(qū)估算γ空氣吸收劑量率本底是52.2 nGy·h-1，整個鉬礦測區(qū)的估算γ空氣吸收劑量率為 110.6 nGy·h-1，處于陜西省內(nèi)室外的范圍環(huán)境γ輻射水平（表4），鉬礦化帶中估算γ空氣吸收劑量率是237.6 nGy/h，如果考慮測量輻射角的影響，換算后鉬礦化帶中估算γ空氣吸收劑量率為 158.4 nGy·h-1，因此，銀洞溝地區(qū)鉬礦化帶為γ空氣吸收劑量率偏高地區(qū)，鉬礦開采階段放射性含量處于可控制的范圍內(nèi)，不會對人和環(huán)境造成明顯的危害。

5 結(jié) 論

通過在銀洞溝地區(qū)進行地面γ能譜測量及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，地面γ能譜測量銀洞溝地區(qū)鉬礦區(qū)當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為11.1×10-6，當量釷質(zhì)量分數(shù)平均值為17.0×10-6，鉀質(zhì)量分數(shù)平均值為4.3%，總道測量換算的鈾當量質(zhì)量分數(shù)平均值為32.7×10-6。測區(qū)放射性元素含量數(shù)據(jù)與地殼克拉克值（鈾1.70×10-6和釷5.80×10-6、鉀2.04%）比較，該區(qū)當量鈾含量、當量釷含量和鉀含量為偏高區(qū)。

不同巖性放射性含量存在差異。泥質(zhì)炭質(zhì)板巖放射性含量高，炭質(zhì)硅質(zhì)板巖互層次之，硅質(zhì)板巖、千枚巖和坡積物再次之，灰?guī)r（白云巖）最低，礦化段雜色板巖互層或礦渣的放射性含量高于其他巖性，平洞內(nèi)測量的放射性含量高于地面測量結(jié)果。

表3 銀洞溝地區(qū)地面γ能譜測量估算γ空氣吸收劑量率表Table 3 The estimated γ absorption dose rate by gamma ray spectral survey in Yindonggou area

表4 陜西省境內(nèi)環(huán)境γ輻射水平統(tǒng)計結(jié)果Table 4 The γ radiation level of environment in Shaanxi province 單位：nGy·h-1

礦化段當量鈾含量明顯偏高，但與硬巖地區(qū)鈾礦開采的最低邊界品位300×10-6相比，測區(qū)內(nèi)礦帶上能譜測量的當量鈾質(zhì)量分數(shù)平均值為 29.4×10-6，銀洞溝鉬礦區(qū)當量鈾含量低于硬巖鈾礦開采的最低邊界品位。

銀洞溝地區(qū)估算的γ空氣吸收劑量率本底是52.2 nGy·h-1，整個鉬礦測區(qū)的估算γ空氣吸收劑量率為110.6 nGy·h-1，屬于陜西省境內(nèi)室外的環(huán)境γ輻射水平（表4），鉬礦化帶中估算γ空氣吸收劑量率是237.6 nGy·h-1，如果考慮測量輻射角的影響，換算后鉬礦化帶中估算γ空氣吸收劑量率為158.4 nGy·h-1。雖然鉬礦化及含鉬礦化的雜色泥質(zhì)板巖與硅質(zhì)板巖互層為γ空氣吸收劑量率偏高地區(qū)，但是整個測區(qū)γ空氣吸收劑量率還是偏低。

總之，鉬礦開采階段應(yīng)對含鉬礦化的雜色泥質(zhì)板巖與硅質(zhì)板巖進行重點控制，使鉬礦開采階段處于可控制的范圍內(nèi)，避免或降低放射性物質(zhì)對人和環(huán)境造成的影響。

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