尼日爾Azelik砂巖型鈾礦勘查中土壤氡氣測(cè)量方法應(yīng)用研究

宋亮，柯丹，顧大釗，王勇

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

尼日爾Azelik砂巖型鈾礦勘查中土壤氡氣測(cè)量方法應(yīng)用研究

宋亮，柯丹，顧大釗，王勇

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

為了在尼日爾Azelik鈾礦已知砂巖型鈾礦床周邊及外圍地區(qū)尋找新的鈾礦化線索，開(kāi)展了土壤氡氣測(cè)量方法試驗(yàn)及應(yīng)用。在已知剖面上的試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤瞬時(shí)測(cè)氡結(jié)果反映了深部鈾礦化信息，在北部、中部和西部3片測(cè)區(qū)共發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的土壤氡氣異常共4片，為地質(zhì)找礦工作提供了參考依據(jù)。

氡氣；阿澤里克；砂巖型鈾礦床；放射性物探

土壤氡氣測(cè)量作為一種放射性地球物理勘查方法，是尋找深部隱伏鈾礦體的有效手段，目前已知的探測(cè)深度達(dá)500 m，除此之外，在金礦勘查、地震預(yù)報(bào)、油氣勘查［1］、斷層定位［2］等方面得到了應(yīng)用。

Azelik（阿澤里克）鈾礦區(qū)位于尼日爾中部阿加德茲省阿加德茲市北西，地理坐標(biāo)東經(jīng)6°35′～7°00′，北緯17°06′～17°40′，面積1 953 km。研究區(qū)有沙漠公路與阿加德茲市及阿爾利特市相連。距首都尼亞美直線距離850 km。公路交通距離約1 235 km，每日有數(shù)對(duì)客車對(duì)開(kāi)。沙漠公路在雨季期間（7-9月）通行條件較差（圖1）。

研究區(qū)主要為戈壁地形，區(qū)內(nèi)主要有G、T和IR礦3個(gè)典型的砂巖型鈾礦床，礦體最大埋深約為200 m。礦區(qū)開(kāi)展過(guò)車載伽馬能譜測(cè)量，且發(fā)現(xiàn)了較好的地面伽馬能譜異常，因此開(kāi)展深部找礦方法應(yīng)用研究具有重要的實(shí)際意義。

圖1 研究區(qū)地理交通位置圖Fig.1 Location map of the study area

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of the study area

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

Azelik（阿澤里克）鈾礦位于尼日爾中部阿加德茲省阿加德茲市西北，礦區(qū)范圍內(nèi)包含G、T和IR礦3個(gè)鈾礦床（圖2）。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂構(gòu)造主要分為3組：NE向?yàn)橹饕獢嗔?，控制區(qū)內(nèi)格局；NWW（近EW）向斷裂為壓扭性，控制區(qū)內(nèi)成礦流體的活動(dòng)；NW向?yàn)樽钔頂嗔?，?duì)成礦有疊加改造作用。構(gòu)造對(duì)鈾成礦有明顯的控制作用，已知的3個(gè)礦床中的鈾礦化均位于NWW與NE向的構(gòu)造交叉，或NW與NE向的構(gòu)造交叉部位。

研究區(qū)內(nèi)鈾礦體主要賦存于伊臘澤爾組之下的阿薩烏阿組，它與侏羅系奇雷茲林組為不整合接觸。G礦和T礦均分布在阿澤里克背斜的北西翼。含礦巖性為砂巖，含礫砂巖和部分泥巖，礦體的產(chǎn)狀與賦礦地層的產(chǎn)狀基本一致。G礦礦體呈層狀、似層狀，埋深從地表逐漸加深至70 m；T礦礦體呈似層狀、透鏡狀，埋深從地表逐漸加深至155 m，與阿薩烏阿組砂巖走向、傾向和傾角基本一致；IR礦位于阿澤里克背斜T礦的北部，礦體埋深在190～200 m范圍內(nèi)，呈層狀，近乎水平，走向NNW，微西傾，傾角＜1°，空間分布較穩(wěn)定。

礦區(qū)主要的含礦層位均為下白堊統(tǒng)阿薩烏阿組砂礫巖，尤其是底部砂巖。阿薩烏阿組在全區(qū)出露面積有限，總厚度0至20 m不等。除IR礦床埋藏地下之外，在G和T礦床阿薩烏阿組主要圍繞背斜核部四周出露，巖性為含礫砂、泥巖，含礫砂巖為區(qū)內(nèi)主要含礦層。

2 土壤氡氣測(cè)量方法

2.1 土壤氡氣測(cè)量原理

氡有3種同位素，即鈾系中的222Rn、釷系中的220Rn（釷射氣）和錒鈾系中的219Rn（錒射氣）。由于220Rn和219Rn的半衰期均比較短，因此在鈾礦勘查中，測(cè)量的主要對(duì)象是222Rn。222Rn是天然放射性鈾系的惟一氣態(tài)元素，其直接母體是由238U經(jīng)衰變而形成的226Ra。雖然氡氣的比重比空氣大，但由于團(tuán)簇遷移［3］、接力傳遞［4］、對(duì)流、抽吸［5］等作用，它能夠從地下幾十米甚至幾百米的深度遷移到地表土壤中。因此，在鈾、鐳富集地段或地質(zhì)構(gòu)造破碎帶上方都可形成氡的富集，而在其附近地段，氡氣濃度明顯降低［6］。于是根據(jù)氡氣濃度的高低，可以直接尋找鈾礦體和構(gòu)造破碎帶。

土壤氡氣測(cè)量方法包括累積式和瞬時(shí)式測(cè)量。累積式測(cè)量方法眾多，主要有活性炭吸附測(cè)量、α徑跡蝕刻測(cè)量、α杯（卡）測(cè)量、Po測(cè)量、α聚集器測(cè)量和熱釋光測(cè)量等［7］，采樣時(shí)間一般為4 h～30 days不等，異常穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，但工作效率較低；瞬時(shí)式測(cè)量是在測(cè)點(diǎn)抽氣進(jìn)行測(cè)量，工作效率較高，且現(xiàn)場(chǎng)就可以獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性比累積式測(cè)量差，但可通過(guò)多次測(cè)量改善。

2.2 野外工作方法

本次野外工作采用的是瞬時(shí)氡氣測(cè)量方法，并與活性炭測(cè)氡進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，使用美國(guó)DURRIDGE公司生產(chǎn)的RAD7型測(cè)氡儀，其特點(diǎn)是沒(méi)有探測(cè)器污染問(wèn)題，也不存在釷射氣的干擾，具有較高靈敏度等特點(diǎn)。野外土壤氡測(cè)量方法具體工作流程為：RAD7吸氣凈化5 min，插入取氣器（密封取氣器與周圍土壤之間的縫隙），連接RAD7主機(jī)、干燥管、入口過(guò)濾器，設(shè)置吸氣（Sniff）測(cè)量時(shí)間為單次最佳時(shí)間5 min，采樣深度為60～80 cm。

2.3 測(cè)網(wǎng)布置

工作區(qū)內(nèi)RAD7瞬時(shí)氡氣測(cè)量網(wǎng)格按線距500 m，點(diǎn)距50 m布置測(cè)線25條，實(shí)際測(cè)點(diǎn)共計(jì)1 580個(gè)。目的是探尋阿澤里克鈾礦區(qū)周邊未知礦化形成的氡氣異常及其延伸方向，從而進(jìn)一步對(duì)已知礦化地段的深部和外圍進(jìn)行定位預(yù)測(cè)，為地質(zhì)找礦提供參考依據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)RAD7瞬時(shí)氡氣測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，由不同地質(zhì)景觀背景統(tǒng)計(jì)等確定背景值和異常下限。

1）背景值和均方差的確定。主要采用平均值（M）、均方差（S）統(tǒng)計(jì)法，采用逐步挑剔異常數(shù)據(jù)的方法（即挑剔“≥M＋3S”和“≤M-3S或≤0”）直至所剩數(shù)據(jù)在“M-3S（0）～M＋3S”范圍內(nèi)，以此散點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為統(tǒng)計(jì)單元或地質(zhì)景觀的統(tǒng)計(jì)背景值和均方差。

2）土壤氡異常下限的確定。土壤氡濃度為背景值加3倍均方差，即統(tǒng)計(jì)大于等于“M＋3S”的散點(diǎn)數(shù)據(jù)所占的空間范圍視為異常暈；氡高暈下限為背景值加2倍均方差（M＋2S），即數(shù)據(jù)大于等于“M＋S”且小于“M＋2S”的空間范圍視為偏高暈；正常暈一般指大于背景值減去1倍均方差至背景值加1倍均方差之間的空間范圍；小于背景值減去1倍均方差且大于或等于背景值減去2倍均方差的空間范圍視為偏低暈；小于背景值減去2倍均方差范圍為低暈。

3 效果分析

3.1 方法試驗(yàn)效果分析

IR礦位于阿澤里克背斜T礦的北部，礦體距地表埋深大多數(shù)在190～200 m范圍內(nèi)，為了檢驗(yàn)土壤瞬時(shí)測(cè)氡在反映深部鈾礦化信息方面的有效性，在IR礦區(qū)范圍內(nèi)的已知標(biāo)型剖面上開(kāi)展了方法試驗(yàn)。由圖3可見(jiàn)，礦孔正上方的土壤氡氣濃度基本上均高于異常下限值，而無(wú)礦孔上方的土壤氡氣濃度均低于異常下限值，見(jiàn)礦孔達(dá)到深度在100～200 m。說(shuō)明土壤氡氣異常能夠有效反映深部鈾礦化信息。

該標(biāo)型剖面通過(guò)了測(cè)區(qū)內(nèi)的兩條斷裂F1和F2，在斷裂上方土壤中進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)氡氣濃度表現(xiàn)為高值，東段位于41號(hào)測(cè)點(diǎn)，西段位于9號(hào)測(cè)點(diǎn)。

圖3 標(biāo)型剖面土壤氡氣濃度與鉆孔剖面圖Fig.3 Section showing radon concentration and drill holes

3.2 對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)剖面活性炭吸附氡的測(cè)量結(jié)果表明（圖4），氡氣濃度與瞬時(shí)測(cè)量所得到氡氣濃度在形態(tài)上具有一致性，且測(cè)量數(shù)據(jù)的跳躍性比瞬時(shí)測(cè)氡數(shù)據(jù)稍小，具有較好的平穩(wěn)性，但瞬時(shí)測(cè)氡在局部地段所反映的異常襯值要比活性炭吸附氡偏大，說(shuō)明兩種方法均能較好地反映該地區(qū)土壤中的氡氣濃度。

4 未知區(qū)應(yīng)用效果分析

4.1 北部測(cè)區(qū)應(yīng)用效果分析

圖4 試驗(yàn)剖面上土壤氡氣瞬時(shí)測(cè)量與活性炭吸附測(cè)量結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison result between instantaneous radon measuring and active carbon absorbing in the test section

阿澤里克鈾礦北部測(cè)區(qū)土壤氡氣濃度整體呈現(xiàn)西高東低的趨勢(shì)（圖5），在西北角存在一處面積近0.86 km2的異常，達(dá)到測(cè)區(qū)的最大值27 000 Bq·m-3以上。根據(jù)地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)有一NW向深大斷裂F1通過(guò)，西北角氡氣高值區(qū)剛好位于斷裂帶上，斷裂一直向ES延伸至IR礦。測(cè)區(qū)東部氡氣濃度偏低，僅有范圍很小的高值區(qū)。測(cè)區(qū)內(nèi)車載伽馬能譜數(shù)據(jù)表現(xiàn)為偏高場(chǎng)，呈NW向分布，IR礦并沒(méi)有落在能譜高場(chǎng)內(nèi)，說(shuō)明車載伽馬能譜對(duì)反映深部鈾礦化信息作用不大，均位于能譜鈾高場(chǎng)至低場(chǎng)的過(guò)渡部位，說(shuō)明土壤氡氣異常并非是由地表淺部的原因引起的，可能反映的是深部鈾礦化信息。

4.2 中部測(cè)區(qū)應(yīng)用效果分析

中部測(cè)區(qū)的土壤氡氣濃度呈EW向分布（圖6），測(cè)區(qū)北部呈現(xiàn)為平緩的低值區(qū)，在南部存在1處面積為0.9 km2的高值區(qū)，最大值達(dá)到100 000 Bq·m-3以上。中部測(cè)區(qū)南部存在1處面積較大的車載伽馬能譜高值區(qū)，土壤氡氣異常位于能譜鈾高場(chǎng)內(nèi)，且距離南邊的T礦較近，最近處僅為1 km左右。分析認(rèn)為土壤氡氣異常是由淺部及深部因素疊加引起的，至于哪種因素占主導(dǎo)地位，還需要結(jié)合地質(zhì)等其他資料進(jìn)一步研究。

圖5 北部測(cè)區(qū)土壤氡氣濃度平面等值圖Fig.5 Contour map showing radon concentration in northern area

圖6 中部測(cè)區(qū)土壤氡氣濃度平面等值圖Fig.6 Contour map showing radon concentration in central area

4.3 西部測(cè)區(qū)應(yīng)用效果分析

西部測(cè)區(qū)的土壤氡氣濃度呈NNE向分布（圖7），中西部存在2處面積分別為0.42和0.32 km2的異常區(qū)，最大值達(dá)到57 000 Bq·m-3以上。測(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有3處鈾礦化點(diǎn)，有1處位于土壤氡氣異常邊緣，異常位于能譜鈾高場(chǎng)或場(chǎng)的過(guò)渡部位，經(jīng)地表探槽揭露，并未在土壤氡氣異常處發(fā)現(xiàn)明顯的地表鈾礦化，因此認(rèn)為土壤氡氣異常是由淺部及深部因素疊加引起的，且深部鈾礦化信息為主要原因。

圖7 西部測(cè)區(qū)土壤氡氣濃度平面等值圖Fig.7 Contour map showing radon concentration in western area

5 結(jié)論

在阿澤里克鈾礦區(qū)已知標(biāo)型剖面上開(kāi)展了土壤瞬時(shí)氡氣測(cè)量方法應(yīng)用試驗(yàn)，取得了較好的試驗(yàn)效果，結(jié)果表明土壤氡氣異常能夠有效地反映深部鈾礦化信息。通過(guò)土壤氡氣瞬時(shí)測(cè)量方法和活性炭吸附氡氣測(cè)量方法的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，活性炭吸附氡氣濃度與瞬時(shí)測(cè)量氡氣濃度在形態(tài)上具有一致性，兩種方法均能較好地反映該地區(qū)土壤中的氡氣濃度。在阿澤里克鈾礦區(qū)北部、西部及中部3片測(cè)區(qū)均發(fā)現(xiàn)具有一定規(guī)模的土壤氡氣異常，為地質(zhì)找礦提供了參考依據(jù)。

［1］姚錦其，趙友方，李大德，等．氡氣測(cè)量圈定油氣藏邊界［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，2011，25（3）:248-252．

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Study on application of soil radon survey method in the exploration for sandstone type uranium deposit in Azelik，Niger

SONG Liang，KE Dan，GU Dazhao，WANG Yong
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Objective：Application and experiment of soil radon survey were carried out in order to find a new clue of uranium mineralization around the known sandstone type uranium deposit in Azelik，Niger.Deep mineralization information was well reflected by the experimental results.Four large scale soil radon anomalies were found in the northern，central and western areas，which may provide the reference for the further study of geological prospecting work.

radon；Azelik；sandstone type uranium deposit；radioactive geophysics

P632＋.1；P619.14

A

1672-0636（2015）04-0237-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.008

2014-06-05；［俢回日期］2015-07-02

宋亮（1984—），男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事地球化學(xué)研究工作。E-mail:46158845@qq.com。