閃爍法土壤氡氣測量在東勝砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

馮延強，張兆山，易超，韓耀照，戴忠強

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

閃爍法土壤氡氣測量在東勝砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

馮延強，張兆山，易超，韓耀照，戴忠強

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

通過在東勝地區(qū)開展閃爍法土壤氡氣測量，分析了該方法野外測量應(yīng)用優(yōu)勢、及其在東勝地區(qū)氡異常特征、并與活性炭累積測氡的異常特征進行了對比分析，為進一步發(fā)揮閃爍法土壤氡氣測量在砂巖型鈾礦找礦中的作用提供支持。

閃爍法；土壤氡氣測量；東勝；異常特征

20世紀90年代以來，我國鈾礦勘查工作的重點發(fā)生了很大變化，逐漸由南方的火山巖型和花崗巖型轉(zhuǎn)移到北方的可地浸砂巖型鈾礦。尤其以位于鄂爾多斯盆地東北部東勝地區(qū)砂巖型鈾礦床為代表，國內(nèi)多個科研、生產(chǎn)單位在此地區(qū)開展了大量的勘查找礦工作和課題研究，其中通過土壤氡氣測量方法來尋找砂巖型鈾礦，是目前業(yè)內(nèi)得到認可的有效方法之一。土壤氡氣測量在砂巖型鈾礦床上方能夠獲得清晰的異常特征?，F(xiàn)有的與土壤氡有關(guān)的方法包括土壤天然熱釋光法、α徑跡法、210Po法、金硅面壘半導(dǎo)體探測器測氡，以及近幾年被大量引進并廣泛應(yīng)用的RAD7型α能譜氡氣測量方法及閃爍法測氡等，各種方法都有其特點［1-2］。其中閃爍法土壤氡氣測量得到認可并被廣泛應(yīng)用，但如何在地質(zhì)結(jié)構(gòu)各異的砂巖型地區(qū)發(fā)揮更大的作用，尚需要進一步摸索和提高。筆者在東勝地區(qū)開展了土壤氡氣測量工作，并對結(jié)果進行了探討研究，總結(jié)出閃爍法土壤氡氣測量的優(yōu)勢及其在東勝地區(qū)的異常特征，為閃爍法土壤氡氣測量在砂巖型鈾礦找礦工作中的進一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于我國中部偏上，在古生代時期為大華盆地的一部分，屬于典型的克拉通盆地［3］。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地的東北部、伊盟隆起南緣，北鄰河套地塹［4］。區(qū)內(nèi)出露地層包括：三疊系、侏羅系、白堊系、新近系及第四系，呈單斜產(chǎn)出，傾角平緩，平均在1°～3°。本區(qū)主要含礦層為中侏羅統(tǒng)直羅組下段下亞段（J2z1-1），其巖性主要為灰色、灰綠色、綠色粗-細砂巖，局部地區(qū)在底部發(fā)育礫巖或含礫粗砂巖，細粒粉砂巖和泥巖發(fā)育較少［5］（圖1）。

鄂爾多斯盆地東北部經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運動，受中生代時期印支運動影響，該盆地周邊褶皺成山，盆地輪廓基本形成。盆地格局為北西高南東低，古河道從北西向南東發(fā)育，直羅組沉積時期受燕山運動第1幕影響，盆地緩慢抬升。研究區(qū)分布在直羅期殘留盆地西南一側(cè)，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育河流相沉積，形成有利于砂巖型鈾礦賦存的厚大砂體［6］。

圖1 內(nèi)蒙古杭錦旗測區(qū)地質(zhì)概況圖Fig.1Geology schematic map on survey area of Hangjinqi in Inner Mongolia Autonomous Region

2 野外測量工作方法

本次野外大面積氡氣測量布置測線方位SN向，要求線距500 m、點距200 m。采用手持式、精度優(yōu)于5 m的GPS定位。嚴格控制測線長度、線距和點距的準確性，滿足EJ/T 605-1991規(guī)范要求的測線長度允許誤差±5%，線距允許誤差±10%的要求。

本次野外氡氣測量使用儀器為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院研制的FD216環(huán)境氡測量儀，儀器均要求具備中國計量科學(xué)研究院鑒定證書，并且進入現(xiàn)場后嚴格進行“儀器三性”性能檢驗。儀器嚴格按照本底測量2 min、吸氣2 min、測量5 min和排氣2 min工作過程，測點取氣孔深度不小于0.7 m，遇到地表有浮沙時，進行先鏟除再打孔的操作，保障了取樣的有效性。

另外，針對測量中出現(xiàn)高氡濃度點（一般高于區(qū)域平均值3倍以上的點）進行了重點復(fù)測，對測線起、始測點遇到高氡濃度點進行追索至正常場測量，從而保障數(shù)據(jù)的有效性和最終成圖解釋的完整性。

3 閃爍法土壤氡氣測量應(yīng)用優(yōu)勢及效果分析

3.1 閃爍法土壤氡氣測量野外應(yīng)用優(yōu)勢

關(guān)于用閃爍法進行土壤氡氣測量，在ISO 11665-2012“Measurement of radioactivity in the environment-Air：radon-222”中的第3部分［7］，明確并詳細建議使用具有點測模式和采用ZnS（Ag）閃爍體及PMT組成的探測系統(tǒng)。這也是國際上最新的關(guān)于閃爍法進行土壤氡氣測量的標準依據(jù)。

筆者結(jié)合2012和2013年在東勝地區(qū)開展的閃爍法土壤氡氣測量工作，對進口設(shè)備RAD7測氡儀、國產(chǎn)FD216測氡儀、FD3017測氡儀以及HD-2003活性炭累積測氡儀等多種儀器、多種方法實測數(shù)據(jù)進行對比分析。從數(shù)據(jù)獲取的高效性及使用便捷性考慮選用了基于閃爍法、具備點測模式的FD216測氡儀，其野外數(shù)據(jù)采集具備以下優(yōu)勢：

1）由于閃爍室的靈敏面積大，所以測量靈敏度比RAD7、FD3017等半導(dǎo)體測氡儀高很多。

2）大面積ZnS（Ag）組成的閃爍室，受濕度影響小，在60%～70%的相對濕度條件下對測量結(jié)果影響不大。相比RAD7測量時需要攜帶大桶的干燥劑，利用ZnS（Ag）組成閃爍室測量時不需要專門攜帶干燥劑，非常便捷。

3）具備點測模式，其工作模式為在一個采樣點完成抽氣取樣后，通過對閃爍室內(nèi)氣體樣品的測量來得到氡及其子體的濃度值。這樣在野外數(shù)據(jù)測量時，只需要在當前點等待抽取樣品的時間，抽取完成后即可在儀器進行定時測量期間攜帶儀器至下一個測點，極大地提高了野外數(shù)據(jù)的獲取效率。

綜合以上優(yōu)點，基于ZnS（Ag）組成閃爍室的閃爍法測氡儀（例如，F(xiàn)D216型環(huán)境氡測量儀），在野外大面積氡氣測量勘查時具備一定的優(yōu)勢。

3.2 閃爍法土壤氡氣測量在東勝地區(qū)應(yīng)用效果分析

3.2.1 已知東勝地區(qū)砂巖型鈾礦土壤氡氣測量異常特征

東勝地區(qū)鈾資源豐富，迄今為止，前人在這一地區(qū)已經(jīng)做了大量的工作。關(guān)于土壤氡氣測量異常特征模式也取得了一定的結(jié)論，其中在李必紅“氡及其子體測量在東勝砂巖鈾礦勘查中的應(yīng)用”［8］（2005）中描述得較為詳細：通過對砂巖型鈾礦地區(qū)氡及其子體的測量，從自然電場的角度分析了異常形成的機理，并解釋了東勝地區(qū)的氡及其子體異常特征。其中被廣泛引用的東勝A175線210Po法測量剖面（圖2）和東勝A111線土壤天然熱釋光測量剖面（圖3）能夠很清晰直觀地說明該地區(qū)氡及其子體異常特征模式。

另外，東華理工大學(xué)劉艷陽、劉慶成等人于2006年對砂巖型鈾礦氡及其子體測量的異常特征進行了論述［9］。對土壤天然熱釋光法異常特征、210Po法異常特征、218Po法異常特征以及閃爍測氡法異常特征都進行了總結(jié)，其結(jié)論和李必紅等人的結(jié)論基本一致。各種方法統(tǒng)計結(jié)果顯示，有70%～80%的礦化鉆孔與低值異常較為對應(yīng)，20%～30%的實測結(jié)果并不完全符合已有的異常特征。

3.2.2 閃爍法土壤氡氣測量在東勝砂巖型地區(qū)應(yīng)用異常特征分析

據(jù)文獻統(tǒng)計，國內(nèi)目前各種鈾礦異常特征不少于110種。受控礦因素的影響，異常特征也呈現(xiàn)出地質(zhì)區(qū)域化，不同地區(qū)的異常特征也不盡相同。筆者通過在東勝地區(qū)近兩年的野外土壤氡氣測量工作，結(jié)合測區(qū)地質(zhì)概況（圖3），利用閃爍法土壤氡氣測量的原始數(shù)據(jù)進行了氡濃度異常分布與已知礦化鉆孔的統(tǒng)計及分析，并進行了該地區(qū)土壤氡氣異常特征的討論。

圖2 東勝A175線210Po測量剖面圖（據(jù)李必紅，2005）Fig.2Sectional view of210Po method survey of Line A175 in Dongsheng（After LI Bihong，2005）

圖3 東勝A111線土壤天然熱釋光測量剖面圖（據(jù)李必紅，2005）Fig.3Sectional view of soil natural thermoluminescence survey of Line A111 in Dongsheng（After LI Bihong，2005）

首先，筆者針對該測區(qū)的土壤氡濃度進行了分布形態(tài)檢驗，依據(jù)規(guī)范［10］（EJ/T 605—1991）進行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)剔除、檢驗等處理。原始測量氡濃度數(shù)字特征分布形態(tài)見圖4，原始測量氡濃度對數(shù)特征分布形態(tài)見圖5。由圖5可見，原始數(shù)據(jù)對數(shù)分布形態(tài)呈對稱、均勻分布，成圖效果較好，因此選擇對數(shù)分布型式進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算背景值和均方差、劃分異常等。

通過對整個測區(qū)對數(shù)成圖分布與已知礦化鉆孔分布統(tǒng)計分析，大營和納嶺溝兩塊區(qū)域呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律：大營區(qū)域大部分礦化鉆孔分布于氡異常的邊部，具有其特殊性；納嶺溝區(qū)域礦化鉆孔則大多數(shù)位于氡的高值異常區(qū)以及高值向低值的過渡區(qū)，因此筆者分別以大營和納嶺溝為代表區(qū)域，進行了局部的氡異常成圖（圖6、7）及氡異常剖面成圖（圖8、9）分析，進一步對其異常特征進行了討論。

圖5 原始數(shù)據(jù)對數(shù)特征統(tǒng)計直方圖Fig.5Histogram of log features of raw data

圖6 大營地區(qū)氡異常與礦化鉆孔分布圖Fig.6Distribution map of radon anomalies and mineralized drills in Daying area

圖7 納嶺溝地區(qū)氡異常與礦化鉆孔分布圖Fig.7Distribution map of radon anomalies and mineralized drills in Nalinggou area

圖6所示大營區(qū)域位于整個測區(qū)中西部，地質(zhì)景觀以沙漠為主，K2e5為其主要巖性層區(qū)。從圖中氡值異常分布與已知礦化鉆孔的分布規(guī)律可見，70%的礦化鉆孔位于氡濃度低值區(qū)，其具體統(tǒng)計參數(shù)見表1；圖7所示納嶺溝區(qū)域位于整個測區(qū)的東部，屬于草地丘陵自然景觀，K2dn2為其主要巖性層區(qū)。從其氡值異常分布與已知礦化鉆孔的分布規(guī)律可見，25%的礦化鉆孔位于氡濃度低值向高值異常的過渡區(qū)，50%的礦化鉆孔位于氡濃度高值異常區(qū)，即75%的礦化鉆孔位于高值及向低值的過渡區(qū)。其具體統(tǒng)計參數(shù)見表1。

表1 大營和納嶺溝區(qū)域氡濃度分布參數(shù)統(tǒng)計表Table 1Statistics of radon concentration in Daying and Nalinggou areas

筆者在面積等值圖分布規(guī)律統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，分別在大營區(qū)域和納嶺溝區(qū)域各選取一條測線進行了氡濃度與地質(zhì)鉆孔剖面對比（大營區(qū)域見圖8，納嶺溝區(qū)域見圖9）。

對比分析以上氡濃度等值圖與已知礦化鉆孔分布規(guī)律、測線與已知地質(zhì)鉆孔對比剖面可見，兩者呈相同規(guī)律。在大營區(qū)域，氡異常的邊部與成礦有利地段對應(yīng)；在納嶺溝區(qū)域，氡異常高值區(qū)和從高值向低值的過渡區(qū)與成礦有利地段對應(yīng)。這一結(jié)論與前人研究得出的砂巖型氡濃度異常特征相符合。

另外，結(jié)合該地區(qū)的已知鉆孔數(shù)據(jù)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析［11-12］：在大營區(qū)域由于礦體埋深在400～600 m較深，并且受礦床形成原因的影響，氡氣在上升遷移過程中受礦體上方泥質(zhì)層的影響，就會向礦床的邊部偏移形成相對低值異常；而納嶺溝區(qū)域由于礦體埋深300 m左右較淺，并且有NNE向構(gòu)造出現(xiàn)，所以對氡氣的運移形成一個通道，因此氡異常與礦床對應(yīng)較好。這也與閃爍法土壤氡氣測量總結(jié)的異常特征相吻合。

4 閃爍法與活性炭累積土壤氡氣測量異常特征比較

圖8 大營區(qū)域40#測線氡濃度與地質(zhì)鉆孔剖面對比Fig.8Contrast of radon concentration of Test line 40#and geological drilling profiles in Daying area

活性炭累積土壤氡氣測量雖然工作效率較低，但受短期氣象因素影響相對較小，測得的異常更可靠、明顯，對應(yīng)效果相對更好。因此筆者對同一區(qū)域、同一時間段分別采用兩種方法進行了土壤氡氣測量對比，進一步驗證閃爍法土壤氡氣測量找礦的有效性。

圖9 納嶺溝區(qū)域05#測線氡濃度與地質(zhì)鉆孔剖面對比Fig.9Contrast of radon concentration of Test line 05#and geological drilling profiles in Nalinggou area

試驗中設(shè)計了面積為200 km2的區(qū)域，按照點距200 m、線距500 m的要求，分別開展了活性炭累積法和閃爍法土壤氡氣測量工作。閃爍法測量是利用核工業(yè)北京地質(zhì)研究院研制的FD216測氡儀完成的。對比發(fā)現(xiàn)活性炭累積法測氡結(jié)果（圖10）和閃爍法測氡結(jié)果（圖11）均在測區(qū)的左下角出現(xiàn)高值異常，分布規(guī)律一致。

圖10 同一區(qū)域活性炭累積土壤氡氣測量等值圖Fig.10Contour map of soil radon measured by activated carbon accumulation method at the same area

因此，閃爍法土壤氡氣測量由于其靈敏度高、受濕度影響小、工作效率高，并且操作便捷等優(yōu)點，所以在大范圍、大面積土壤氡氣測量中具有一定的優(yōu)勢。

圖11 同一區(qū)域閃爍法土壤氡氣測量等值圖Fig.11Contour map of soil radon measured by scintillation at the same area

5 結(jié)論

閃爍法土壤氡氣測量應(yīng)用于砂巖型鈾礦勘查尚有許多問題需要研究，為了進一步發(fā)揮閃爍法土壤氡氣測量在砂巖型鈾礦找礦中的作用，筆者僅結(jié)合前人在該地區(qū)的研究成果和近兩年野外測氡項目的實際工作進行探討。

1）閃爍法在土壤氡氣測量中存在的優(yōu)勢：測量靈敏度高、工作效率高、受濕度影響較小并且操作簡便；

2）針對大營和納嶺溝區(qū)域具體分析了局部異常特征：在大營區(qū)域，氡異常的邊部為成礦有利地段；在納嶺溝區(qū)域，氡異常高值區(qū)和從高值向低值的過渡區(qū)為成礦有利地段；

3）通過閃爍法和活性炭累積法土壤氡氣測量的對比，兩種方法之間存在一定差異，但在發(fā)現(xiàn)氡異常方面符合較好，而閃爍法具備快速測量取得結(jié)果的優(yōu)勢，更具應(yīng)用前景。

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Scintillation flask method for measuring soil radon concentration in Dongsheng area for sandstone uranium exploration

FENG Yanqiang，ZHANG Zhaoshan，YI Chao，HAN Yaozhao，DAI Zhongqiang
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Scintillation soil radon measurements have been conducted in Dongsheng area，advantages of this method are analyzed，the radon abnormal patterns and comparative feature to activated carbon accumulation radon measurement are summarized，which will support the role of scintigraphy soil radon measurement for sandstone type uranium deposit exploration in the further.

scintillation flask method；soil radon measurement；Dongsheng；anomaly feature

P632；P619.14結(jié)果A

1672-0636（2015）03-0164-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.03.007

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）（2012AA061801）與中核集團重點科技專項聯(lián)合資助。

2015-03-13；

2015-04-20

馮延強（1984—），男，陜西延安人，助理工程師，主要從事放射性、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探儀器研發(fā)。

E-mail：fengyanqiang_2005@163.com