放射性物探在相山盆地深部火成巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

李必紅，程紀(jì)星，楊龍泉，柯 丹，宋 亮，吳國(guó)東，田渴新，韓朝樂(lè)

（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）

放射性物探在相山盆地深部火成巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

李必紅，程紀(jì)星，楊龍泉，柯 丹，宋 亮，吳國(guó)東，田渴新，韓朝樂(lè)

（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）

通過(guò)在相山盆地實(shí)施放射性物探方法測(cè)量，查明了相山盆地放射性異常展布特征。推測(cè)并圈定了相山盆地地面伽馬能譜鈾、釷、鉀及土壤氡的異常遠(yuǎn)景區(qū)。通過(guò)分析異常遠(yuǎn)景區(qū)及綜合信息異常，認(rèn)為相山盆地放射性異常主要是以相山為中心的斷續(xù)團(tuán)塊狀環(huán)形排列并向西延伸至同富，放射性異常受火山塌陷構(gòu)造控制明顯，結(jié)合已知鈾礦床，表明火山塌陷構(gòu)造上的放射性異常對(duì)相山深部大鈾礦評(píng)價(jià)具有重要的指示意義。

地面 γ能譜；氡異常；綜合信息異常

Abstract:The characteristics of radioactive anomaly distribution were found out by radioactive geophysical exploration in recent years in Xiangshan basin.The anomaly prospect areas of the uranium，thorium， and potassium which calculated by ground gamma ray spectrum and soil radon were speculated and delineated in Xiangshan basin.It was believed that radioactive anomaly were mainly arranged as intermittent lumps in a ring around the center of the Xiangshan mountain and extend westward to Tongfu by analyzing the anomaly prospect area and the anomaly of integrated information，the radioactive anomaly were controlled by volcanic collapse structure.Combined with the uranium deposits，the result shew that the radioactive anomaly on the volcanic collapse structure had important indication significance in the appraisals of deep uranium deposits in Xiangshan basin.

Key words:ground gamma ray spectrum； radon anomaly； integrated in formation anomaly

放射性物探亦稱放射性地球物理勘探或核物探［1］，是利用巖石或土壤等介質(zhì)的放射性物理性質(zhì)尋找放射性礦產(chǎn)和核輻射監(jiān)測(cè)的一門方法技術(shù)。近年來(lái)，采用γ能譜和瞬時(shí)測(cè)氡聯(lián)合測(cè)量在火成巖型鈾礦勘查中取得了較好的應(yīng)用效果。

1 相山盆地地質(zhì)背景簡(jiǎn)述

相山盆地是我國(guó)重要的火成巖型鈾礦產(chǎn)地，位于我國(guó)著名的贛杭鈾成礦帶的西南端，是華南鈾礦省的重要組成部分［2］。其東與華夏地塊的桃山－諸廣巖漿弧毗鄰，北鄰揚(yáng)子陸塊區(qū)下?lián)P子陸塊的江南古島弧。該區(qū)中生代時(shí)期屬于中國(guó)東南濱太平洋構(gòu)造巖漿活動(dòng)帶的北部［3］。

相山盆地的基底主要為新元古代震旦紀(jì)（Z）變質(zhì)巖系，主要出露在盆地北、東、南側(cè)，變質(zhì)巖多屬綠片巖相－低角閃巖相，中低變質(zhì)程度。盆地的蓋層由下白堊統(tǒng)的打鼓頂組（K1d）、鵝湖嶺組（K1e）火山巖系和上白堊統(tǒng)紅色碎屑巖組成，由陸相沉積碎屑、火山碎屑和中-酸性熔巖組成的沉積火山巖建造［4］。總厚度大于2 000 m，其特點(diǎn)總體是由沉積到爆發(fā)再到噴溢式侵出，由此構(gòu)成一個(gè)大的火山噴發(fā)旋回，下部打鼓頂組由砂礫巖、砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖等組成，上部鵝湖嶺組由砂礫巖、晶玻屑凝灰?guī)r和巨厚層碎斑熔巖組成［5］。

鈾礦床受EW向、NE向、NW向、近SN向構(gòu)造及火山塌陷構(gòu)造控制，火山巖是主要賦礦巖性，礦床多定位于NE向、EW向構(gòu)造、推覆構(gòu)造和環(huán)狀火山塌陷構(gòu)造復(fù)合部位［5］。

2 相山盆地放射性物探應(yīng)用現(xiàn)狀

相山盆地放射性物探測(cè)量工作始于20世紀(jì)50年代。主要分為三個(gè)階段，第一階段是20世紀(jì)50年代，主要以伽馬總道測(cè)量為主。1957—1958年期間，在相山盆地內(nèi)開(kāi)展了1∶2.5萬(wàn)的航空伽馬測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了大批的鈾異常點(diǎn)，通過(guò)對(duì)異常地段進(jìn)行揭露，探明了一批有工業(yè)價(jià)值的鈾礦床；第二階段是20世紀(jì)80年代，以伽馬能譜測(cè)量為主，輔以土壤氡測(cè)量。1983年，在盆地內(nèi)開(kāi)展了1∶5萬(wàn)的航空γ能譜測(cè)量，地面放射性測(cè)量主要是圍繞航放及地質(zhì)調(diào)查展開(kāi)，主要開(kāi)展過(guò)1∶2.5萬(wàn)和1∶1萬(wàn)的地面γ能譜測(cè)量，在成礦有利地段開(kāi)展過(guò)1∶2 000或1∶1 000的伽馬和愛(ài)曼測(cè)量工作；第三階段是本世紀(jì)以來(lái)，在此期間以系統(tǒng)的地面伽馬能譜測(cè)量和土壤氡測(cè)量為主。2010—2014年，中核集團(tuán)公司設(shè)立集團(tuán)重點(diǎn)科技專項(xiàng) “相山基地鈾資源擴(kuò)大與評(píng)價(jià)技術(shù)研究”項(xiàng)目，在已知鈾礦區(qū)的外圍開(kāi)展了土壤氡測(cè)量及部分地面γ能譜測(cè)量工作。2014—2016年，中核集團(tuán)設(shè)立的 “龍燦”示范工程下設(shè) “相山鈾礦田高精度物化探勘查”專題在相山盆地開(kāi)展了1∶5萬(wàn)覆蓋全盆的地面γ能譜測(cè)量和土壤氡測(cè)量工作，并在河元背、居隆庵、鄒家山、云際四個(gè)重點(diǎn)工作區(qū)開(kāi)展了1∶1 000的地面γ能譜測(cè)量和土壤氡測(cè)量工作，為該地區(qū)鈾資源擴(kuò)大提供了第一手資料。

3 方法簡(jiǎn)述

本次采用的放射性物探方法主要是地面γ能譜測(cè)量和瞬時(shí)測(cè)氡聯(lián)合測(cè)量，探測(cè)對(duì)象主要是天然放射性鈾、釷、鉀含量及土壤中氡濃度。

3.1 地面伽馬能譜測(cè)量

地面伽馬能譜測(cè)量是使用地面伽馬能譜儀測(cè)量地質(zhì)體的伽馬射線強(qiáng)度和鈾、釷、鉀等核素含量的一種放射性物探方法，進(jìn)而尋找放射性礦產(chǎn)和監(jiān)測(cè)輻射環(huán)境。在鈾礦勘查中，地面伽馬能譜測(cè)量主要是用來(lái)測(cè)定巖（礦）石或土壤鈾、釷、鉀的含量，圈定異常（礦化）范圍和成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

伽馬射線源主要有天然核素和人工核素，鈾礦勘查中伽馬能譜主要探測(cè)對(duì)象是天然核素，天然核素包括三個(gè)放射性系列（鈾系、釷系及錒鈾系）核素及天然放射性核素40K。

3.2 瞬時(shí)測(cè)氡

瞬時(shí)測(cè)氡主要是通過(guò)測(cè)量氡的短壽命子體218Po、214Pb、214Bi、214Po衰變產(chǎn)生的射線或粒子特征能量和強(qiáng)度來(lái)估算氡濃度。目前，瞬時(shí)測(cè)氡大多通過(guò)探測(cè)的是218Po衰變產(chǎn)生α射線強(qiáng)度。218Po又稱Ra，是氣態(tài)放射性核素222Rn的第一代子體，半衰期為3.05 min。目前該方法測(cè)量?jī)x器主要有三種類型：1）電離室型探測(cè)器，如德國(guó)生產(chǎn)的RTM2100測(cè)氡儀及法國(guó)生產(chǎn)的PQ2000測(cè)氡儀；2）金硅面壘型半導(dǎo)體探測(cè)器，如美國(guó)生產(chǎn)的RAD7測(cè)氡儀及國(guó)產(chǎn)的FD-3017測(cè)氡儀；3）閃爍探測(cè)器，如國(guó)產(chǎn)的FD-216型測(cè)氡儀。

4 相山盆地放射性核素異常特征與深部找礦方向

放射性核素的分布與巖石地層、酸堿度及巖石形成地質(zhì)年代關(guān)系較大，具有不均一性。一般而言，火成巖、變質(zhì)巖、沉積巖中放射性核素含量依次降低。放射性核素含量隨著巖石的酸度增加而增加。同一類型巖石形成的地質(zhì)年代越年輕，其放射性元素含量越高。在成礦作用下，出現(xiàn)放射性核素遷移疊加，這種現(xiàn)象為放射性物探找礦和地質(zhì)填圖提供了線索和依據(jù)。

對(duì)于尋找地表或淺層鈾礦，利用伽馬總道或伽馬能譜測(cè)量，采用 “平均值加3倍均方差”的方法即可圈定異常遠(yuǎn)景區(qū)，且找礦效果好、找礦命中率高。而深部鈾礦與傳統(tǒng)方法圈定的伽馬能譜鈾及土壤氡異常往往不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些深部鈾礦體在地表的垂直投影面往往位于放射性高場(chǎng)內(nèi)或附近，有的甚至在背景場(chǎng)內(nèi)，其主要原因是當(dāng)前的放射性物探有效探測(cè)范圍限于近地表1 m左右的淺層，對(duì)于深部鈾礦化信息探測(cè)主要是靠捕捉由深部經(jīng)斷裂和裂隙遷移至地表富集的那部分放射性核素，或者是淺層殘余的深部信息。深部隱伏鈾礦中所含放射性核素在向地表傳遞的過(guò)程中不斷衰變產(chǎn)生新的子體核素，這些放射性信息在傳遞過(guò)程中受合營(yíng)力及構(gòu)造控制，同時(shí)受圍巖及蓋層的層層阻隔，到達(dá)地表時(shí)異常信息十分微弱，并受地表地質(zhì)景觀及地球化學(xué)環(huán)境等因素影響，導(dǎo)致異常與深部礦體不完全對(duì)應(yīng)。加上老礦區(qū)的污染及采石等人文活動(dòng)的干擾，給數(shù)據(jù)解釋工作帶來(lái)了一定難度。為此，在放射性異常評(píng)價(jià)時(shí)，首先按照 “平均值±3倍均方差”的統(tǒng)計(jì)方法逐步剔除異常后，視 “平均值＋0.5倍均方差”為數(shù)據(jù)高值區(qū)，同時(shí)考慮地質(zhì)及已知鈾礦及其污染情況推斷異常遠(yuǎn)景區(qū)。

4.1 土壤氡異常特征及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)

圖1 土壤氡濃度等值圖及推測(cè)氡異常遠(yuǎn)景區(qū)Fig.1 Contour map of soil radon concentration and the speculated anomaly prospect area

經(jīng)實(shí)測(cè)土壤氡濃度散點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，相山盆地土壤氡濃度平均值為5 200 Bq·m-3，經(jīng)插值后柵格數(shù)據(jù)土壤氡高值下限為9 225 Bq·m-3，異常沿著 “沙洲—巴泉—橫澗—鄒家山—書(shū)堂”、 “河元背—同富”北東向展布，“湖田—石洞—來(lái)家”、“新建—杏樹(shù)下”北西向展布，“云際—戴家”北東向展布，“羅陂—元頭—樂(lè)家”近南北向展布，與構(gòu)造關(guān)系密切，推測(cè)土壤氡異常遠(yuǎn)景區(qū)如圖1。氡異常遠(yuǎn)景區(qū)與鈾礦體面重疊區(qū)與礦體面的面積比值為0.67，表明氡異常與鈾礦化相關(guān)性較好，但是由于地表土壤性質(zhì)與構(gòu)造的原因，異常有時(shí)會(huì)偏移，如居隆庵鈾礦區(qū)，該區(qū)礦體總體上土壤氡濃度偏低，僅在該礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造附近存在較高的單點(diǎn)或窄峰氡異常，而在礦區(qū)東南側(cè)沿“鄒家山—石洞”斷裂的氡異常明顯，產(chǎn)生這種氡異常特征與該地段構(gòu)造發(fā)育程度及土壤環(huán)境有關(guān)。

4.2 鈾異常特征及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)

鈾是一種親石元素，一般在巖漿分異作用的晚期階段富集，且富集程度與鉀、硅關(guān)系密切，鈾在地殼中的平均豐度約2×10-6。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相山盆地地面伽馬能譜鈾含量散點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值為5.53×10-6，鈾背景值相對(duì)較高，碎斑熔巖和流紋英安巖等地質(zhì)體鈾背景值明顯高于盆地邊緣的變質(zhì)巖體。地面伽馬能譜鈾含量經(jīng)插值后的柵格數(shù)據(jù)高值下限為6.54×10-6，鈾異常沿著 “沙洲—巴泉—橫澗—鄒家山—居隆庵”北東向展布，河元背團(tuán)塊狀展布，“游坊—湖田—鄒家山—石咀下—柏昌—云際”圍繞相山火山口的環(huán)形異常展布，推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)如圖2，鈾異常遠(yuǎn)景區(qū)與礦體面重疊區(qū)與礦體面的面積比值為0.92，說(shuō)明地面伽馬能譜鈾含量具有較好的找礦指示意義。

4.3 釷異常特征及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)

釷增量反映巖礦石成分變化及巖漿的分異情況。釷為鈾的伴生元素，正常的巖石地層中鈾釷比值一定。在成礦作用下，由于鈾遷移再富集，而釷為相對(duì)較穩(wěn)定的元素，造成兩者的分離，這種現(xiàn)象為復(fù)原古鈾分布特征提供依據(jù)，同時(shí)為鈾富集成礦提供線索。釷、鈾疊加異常是尋找鈾釷混合型礦產(chǎn)的有利區(qū)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相山盆地地面伽馬能譜釷含量實(shí)測(cè)散點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值為21.97×10-6，地面伽馬能譜釷含量經(jīng)插值后的柵格數(shù)據(jù)高值下限為22.13×10-6，盆內(nèi)火山巖釷含量明顯高于周邊。推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)如圖3，異常沿著 “游坊—布水—鄒家山—居隆庵”北東向展布， “河元背—居隆庵”團(tuán)塊狀展布，“游坊—布水—鄒家山—石咀下—柏昌”圍繞相山火山口的環(huán)形異常展布，異常主要由相山火山機(jī)構(gòu)引起。異常遠(yuǎn)景區(qū)與礦體面重疊區(qū)與礦體面的面積比值為0.51，釷對(duì)相山鈾礦的指示作用一般，沙洲、巴泉等北部鈾礦體釷含量較低，而該地段鈾相對(duì)較高，表明該地段為鈾遷移富集成礦。

圖2 地面γ能譜鈾含量等值圖及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)Fig.2 Contour map of uranium content of GGS and the speculated anomaly prospect area

圖3 地面γ能譜釷含量等值圖及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)Fig.3 Contour map of thorium content of GGS and the speculated anomaly prospect area

圖4 地面γ能譜鉀含量等值圖及異常及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)Fig.4 Contour map of potassium content of GGS and the speculated anomaly prospect area

4.4 鉀異常特征及推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)

高鉀地段反映鉀交代和富鉀巖體。鉀、釷增高地段與硅化作用關(guān)系密切。鉀與鈾、釷同增高地段反映熱液蝕變作用下的鈾及釷、鉛、銅、金等伴生多金屬的富集區(qū)，對(duì)鈾及多金屬成礦有利。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相山盆地地面伽馬能譜鉀含量平均值為2.86×10-2，地面伽馬能譜鉀含量高值下限為2.99×10-2，異常主要分布在 “河元背—居隆庵”、鄒家山、“游坊—湖田”、“云際—上諳”、東塘、羅江等地區(qū)，呈團(tuán)塊狀展布?？傮w上鄒家山、“游坊—湖田”、 “云際—上諳”、東塘等鉀異常圍繞相山火山口的環(huán)形斷續(xù)團(tuán)塊狀異常展布，推測(cè)異常遠(yuǎn)景區(qū)如圖4，異常遠(yuǎn)景區(qū)與礦體面重疊區(qū)與礦體面的面積比值為0.58，盆地北部 “元頭—巴泉—沙洲”鈾礦區(qū)為低鉀區(qū)，根據(jù)圖1～圖3，該地段為低釷、高鈾、高氡區(qū)。該地段次斑狀花崗巖脈和火山巖脈狀交錯(cuò)分布在大面積的變質(zhì)巖中，且東西向構(gòu)造發(fā)育，表明該地段復(fù)雜的熱液活動(dòng)，造成鈾的遷移富集形成現(xiàn)今的釷、鉀低，而鈾、氡高的放射性分布特征。

4.5 相山盆地放射性綜合異常及深部找礦方向

相山盆地是典型的火山塌陷盆地，蓋層構(gòu)造、火山機(jī)構(gòu)、火山構(gòu)造以及組間界面、基底界面共同構(gòu)成了相山盆地控巖、控礦構(gòu)造格局。將鈾、釷、鉀、氡及鈾釷比、鈾鉀比6個(gè)參數(shù)進(jìn)行集成，獲得放射性綜合異常等值圖（圖5），從圖5中可以看出，相山盆地放射性綜合異常主要以相山為中心的斷續(xù)團(tuán)塊狀環(huán)形排列并向西延伸到同富，且已發(fā)現(xiàn)的鈾礦基本上全部位于放射性綜合異常范圍所對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。結(jié)合推測(cè)的鈾、釷、鉀、氡異常遠(yuǎn)景區(qū)來(lái)看，相山盆地還存在以芙蓉山為中心的斷續(xù)團(tuán)塊狀環(huán)形異常，該環(huán)形異常西部主要是由鈾異常和氡異常組成，異常強(qiáng)度和規(guī)模小于已知礦區(qū)。這些異常特征與相山盆地火山噴發(fā)后形成的地質(zhì)環(huán)境、火山機(jī)構(gòu)、斷裂構(gòu)造及較強(qiáng)的鉀蝕變響應(yīng)，結(jié)合已知礦床、礦點(diǎn)，通過(guò)異常與已知礦體投影面的對(duì)比分析，表明放射性異常受火山塌陷構(gòu)造控制明顯，也表明火山塌陷構(gòu)造上的放射性綜合異常對(duì)相山深大鈾礦預(yù)測(cè)具有重要的指示意義。由此推斷，河元背與居隆庵之間、樂(lè)家的北部、湖田與游坊之間、云際南部、牛腦上—石咀下可作為老礦區(qū)擴(kuò)大區(qū)開(kāi)展進(jìn)一步詳查工作及

圖5 相山盆地放射性綜合信息異常圖Fig.5 Anomaly contour map of comprehensive radioactive information in Xiangshan basin

（，Continued on page 179）（，Continued from page 166）

深部揭露，東塘的西北部管家垅—馬鞍山、來(lái)家的西南部、南寨西南、同富等地段可作為新區(qū)開(kāi)展進(jìn)一步深入研究工作。

5 結(jié)論

采用地面伽馬能譜和瞬時(shí)測(cè)氡聯(lián)合測(cè)量方法可以快速評(píng)價(jià)鈾、釷、鉀、氡等放射性核素區(qū)域展布特征及圈定異常遠(yuǎn)景區(qū)。

相山盆地存在兩大與鈾成礦相關(guān)的放射性異常特征，其一是鈾、釷、鉀組合或綜合疊加異常區(qū)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域有利于尋找火山巖型鈾礦；其二是高鈾、高氡、低鉀、低釷區(qū)有利于尋找火成巖型鈾礦。

通過(guò)相山盆地放射性綜合異常及放射性鈾、釷、鉀含量和氡濃度的異常遠(yuǎn)景區(qū)疊加分析，表明放射性綜合信息異常受盆地火山塌陷機(jī)構(gòu)、構(gòu)造斷裂等控制，結(jié)合已知礦體，表明放射性綜合信息異常對(duì)相山盆地深大鈾礦的預(yù)測(cè)具有參考價(jià)值。

僅以近幾年放射性物探實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)資料和已知鈾礦體提出的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，對(duì)新區(qū)及深部鈾礦的勘查，還需結(jié)合地球化學(xué)，及普通地球物理等資料，便于鈾礦床的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和工程布鉆。

［1］劉慶成.鈾礦地面物化探的發(fā)展與應(yīng)用［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)， 2004， 21（1）:38-45.

［2］李子穎，黃志章，李秀珍，等.相山火成巖與鈾礦作用［M］.北京：地質(zhì)出版社，2014：1.

［3］方錫珩，劉蓉蓉，汪遠(yuǎn)志，等.相山預(yù)測(cè)區(qū)鈾資源潛力評(píng)價(jià)［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2011：3.

［4］李子穎，黃志章，李秀珍，等.相山火成巖與鈾礦作用［M］.北京：地質(zhì)出版社，2014：6.

［5］邵飛，陳曉明，徐恒力，等.江西省相山鈾礦田成礦模式探討［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)， 2008， 14（1）:65-73.

Application of radioactive geophysical exploration for the deep volcanic rock type uranium deposit exploration in Xiangshan basin

LI Bihong，CHENG Jixing， YANG Longquan， KE Dan， SONG Liang，WU Guodong， TIAN Kexin， HAN Chaole
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

P631

A

1672-0636（2017）03-0161-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.006

2016-11-28

李必紅（1976— ），男，安徽樅陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事核物探方法技術(shù)研究。E-mail:624439687@qq.com