內(nèi)蒙古巴仁扎拉格801礦床鈾鐳平衡系數(shù)特征研究

李 勇，張 凱，潘洪松，侯學文

（核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300）

［關鍵字］巴仁扎拉格801礦床；U-Ra平衡系數(shù)；γ測井

放射性平衡系數(shù)是表征鈾礦床物理特征的重要參數(shù)。在鈾礦勘查中放射性測井工作實質(zhì)上是探測鈾的衰變產(chǎn)物氡子體的γ強度，從而間接測量鈾含量。只有當鈾鐳處于放射平衡狀態(tài)時才是正確的，當鈾鐳處于不平衡狀態(tài)，用γ測井計算鈾儲量時就必須加以修正才能確定鈾含量［1］。在實際工作中，鈾及其衰變產(chǎn)物鐳的地球化學性質(zhì)不同和遷移能力有所差異，同時受礦石成分、礦體埋藏深度、品位、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等一系列因素影響。使鈾和鐳之間平衡狀態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)鈾鐳平衡破壞的現(xiàn)象。因此，研究鈾鐳平衡系數(shù)及其變化規(guī)律對于鈾礦勘查工作有著重要的意義［2］。

1 地質(zhì)概況及鈾礦床特征

巴仁扎拉格801礦床地處大興安嶺山系南段東部，位于華北地臺北緣、蒙古弧形構(gòu)造東翼與大興安嶺北北東向構(gòu)造帶的復合部位的核部，含礦的鈉閃石花崗巖沿背斜軸部侵入，背斜兩翼均由中生界上侏羅統(tǒng)白音高老組火山碎屑巖及流紋巖組成，巴仁扎拉格堿性花崗巖是礦區(qū)的主要含礦巖體，巖性以鈉閃石花崗巖為主，呈小巖株狀侵入于侏羅系形成的短軸背斜軸部。

801礦床放射性元素礦化以鈾、釷為主，伴生稀有稀土元素鈮、釔、鈹、鉭、鋯、鈰礦化。礦化賦存在鈉長石化堿性花崗巖體中，呈面狀展布，位于堿性花崗巖體的頂部，礦化向巖體深部減弱，其成因是巖漿晚期分異交代型原生礦床。根據(jù)鈾礦化集中分布在巖體出露部位，巖體上部風化強烈，礦化向巖體深部及兩側(cè)減弱等現(xiàn)象分析，后期構(gòu)造熱液以及風化淋濾作用對研究區(qū)鈾、釷成礦主要起著疊加富集效應。

2 礦床鈾鐳平衡特征

鑒于鈾鐳地球化學性質(zhì)不同，近代地球化學環(huán)境的影響導致礦床不同部位鈾鐳平衡系數(shù)分布情況各異，因此有必要從鈾鐳平衡系數(shù)頻譜特征、鈾鐳平衡系數(shù)與鈾含量的關系及鈾鐳平衡系數(shù)與礦體埋深的關系等方面進行研究［3］。

2.1 樣品的采取

為了確定鈾鐳平衡系數(shù)，要求樣品有較好的代表性、可靠性和完整性。根據(jù)礦層的類型、厚度大小、巖性、品級、礦層邊界嚴格按規(guī)范進行取樣［4-5］；再根據(jù)地質(zhì)、物探編錄、鈾礦化分布特征及礦體與圍巖關系合理劃分采樣段，取得樣品后，進行劈半取樣，一半作為礦樣，一半作為副樣保留。采集的樣品數(shù)量要根據(jù)礦床規(guī)模和平衡系數(shù)的變化系數(shù)而確定。由于801礦體埋深較大，礦體控制程度相對較低，所以采取的樣品一定要具有代表性，采用面要廣，本次分別從3、7、11、4、8、10號勘探線等多個鉆孔中獲取，巖性及采樣深度（表1），本文采取的128個樣品保證了在礦區(qū)的代表性。

2.2 鈾鐳平衡系數(shù)的計算

1）單個樣品U-Ra平衡系數(shù)（Kp）

單個樣品平衡系數(shù)的測定，樣品主要采自該礦床地表及鉆孔中，取樣后，送實驗室用化學及物理方法分析鈾、鐳后，按下列公式計算平衡系數(shù)。

式中：Kp—礦石鈾鐳平衡系數(shù)；QRa—樣品的鐳含量；Qu—樣品的鈾含量。

2）平均平衡系數(shù)計算

對多個鉆孔的樣品，分別采用樣品鈾含量與樣品長度加權(quán)平均求得［6］。計算公式如下：

式中：Kp′—平均平衡系數(shù)；Kp—第i個樣品的平衡系數(shù)；H—第i個樣品的長度；Qu—第i個樣品的百分鈾含量；i—樣品編號；m—樣品總數(shù)。

表1 801礦區(qū)不同礦化巖性Kp值統(tǒng)計表Table 1 Statistics table of Kpof various mineralized rocks in 801 mine

2.3 鈾鐳平衡系數(shù)的修正

801礦床平均鈾鐳平衡系數(shù)為1.48，γ測井確定的當量鈾含量按式（3）進行修正：

式中：Qu—修正后的鈾含量（%）；Qt—修正前的鈾含量（%）；KP—礦石鈾鐳平衡系數(shù)。

2.4 鈾鐳平衡系數(shù)頻譜特征

801鈾礦床13個工業(yè)鉆孔 （Qu＞0.01%的鈾鐳樣品128個 （剔除離散樣品3個），其Kp頻率曲線基本服從正態(tài)分布，曲線大致呈單峰形狀（圖1），軸對稱，偏向縱軸的右側(cè)，眾數(shù)值為1.51，鈾鐳平衡遭到破壞，總體上呈現(xiàn)偏鐳，進行γ測井的定量計算必須進行鈾鐳平衡修正。

圖1 巴仁扎拉格801礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Geology map of Barenzhalage 801 mine

據(jù)128個樣品平衡系數(shù)結(jié)果統(tǒng)計，其算術平均平衡系數(shù)為1.51，對每個樣品的Kp值進行鈾含量和厚度的加權(quán)平均，利用式（2）計算可得鈾-鐳平衡系數(shù)的加權(quán)平均值 （K平）＝1.48，表明礦化明顯偏鐳，與頻譜特征分析結(jié)論一致。

2.5 801礦床Kp與鈾含量的關系

801礦床樣品分析結(jié)果表明高鈾含量礦石較少，絕大多數(shù)樣品鈾含量在0.01%～0.03%之間且分布在巖體頂部。當鈾含量小于0.03%時，基本偏鐳，變化范圍在1.1～1.9之間，含量越低，偏鐳越嚴重，鈾鐳平衡系數(shù)與礦石鈾含量呈負相關的關系（圖2）。即隨著鈾含量的增高，Kp的值逐漸變小，結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料分析，鈾含量高的樣品均處于礦體的肉紅色強蝕變花崗巖中，樣品中鈾含量最高可達0.03%，Kp值一般約等于1.0，接近鈾鐳平衡狀態(tài)，分析認為高含量礦石往往是鈾鐳平衡的，其原因可能是礦體頂部氧化環(huán)境過渡到底部還原環(huán)境，地下水從氧化帶淋濾蝕變帶和搬運出來的鈾被還原，沉淀下來，因而出現(xiàn)鈾鐳平衡的現(xiàn)象，鈾含量小于0.02%的樣品鈾鐳平衡系數(shù)都大于1，導致偏鐳的主要原因是巖石晶洞較多，空間較大，容納的空氣多，易于形成氧化環(huán)境，部分鈾被氧化運移遷出，以及鐳的過剩。因此801礦床鈾鐳平衡明顯偏鐳。

圖2 U-Ra平衡系數(shù)Kp頻率分布曲線Fig.2 Distribution curve of frequency spectrum of U-Ra equilibrium coefficient

2.6 鐳鈾平衡系數(shù)與蝕變帶、深度的關系

將礦區(qū)樣品按礦化蝕變的程度分為花崗巖、肉紅色強蝕變花崗巖強鈉長石化鈉閃石花崗巖、中鈉長石化鈉閃石花崗巖、弱鈉長石化鈉閃石花崗巖5類（表1）；其中，肉紅色強蝕變花崗巖（近地表）的平均鈾鐳平衡系數(shù)為0.66，花崗巖的平均鈾鐳平衡系數(shù)為1.33，強蝕變鈉長石花崗巖的平均鈾鐳平衡系數(shù)為1.48，中蝕變鈉長石花崗巖的平均鈾鐳平衡系數(shù)為1.58，弱蝕變鈉長石花崗巖的平均鈾鐳平衡系數(shù)為1.54。

探槽礦石平衡系數(shù)分布特征。探槽中鈾鐳平衡系數(shù)Kp＜1鈾鐳平衡處于偏鐳狀態(tài)。推測其原因是富礦石中常伴有次生鈾礦物的堆積體（表1）所示。

為了研究鈾鐳平衡系數(shù)與礦體埋藏深度的關系，我們以鈾鐳平衡系數(shù)為縱坐標，礦體埋藏深度為橫坐標加以分析，如圖3所示。

圖3 U-Ra平衡系數(shù)與鈾含量的關系散點圖Fig.3 Plot curve of U-Ra equilibrium coefficient with U content

鉆孔平衡系數(shù)分布特征統(tǒng)計了128個樣品Kp與取樣深度（d）的變化關系，由Kp-d散點分布圖（圖4）可見，距地表30 m以上極個別樣品鈾鐳平衡系數(shù)約等于1，為鈾含量偏高所致，埋深30 m以下鈾鐳平衡系數(shù)基本上在（1.2～1.9）之間，個別樣品Kp＞2.0，總之隨著深度增大，Kp略有增加的趨勢。

結(jié)合地質(zhì)資料及樣品分析數(shù)據(jù)來看，在巖漿演化的晚期，巖漿富含氣液和稀有稀土放射性元素，在巖體頂部形成強蝕變和強風化帶，由于強烈的氧化作用，U可全部被遷移，而Ra殘留原地，所以801礦床鈾鐳平衡系數(shù)總體偏鐳。

圖4 U-Ra平衡系數(shù)與取樣深度的關系散點圖Fig.4 Relationship plot between U-Ra equilibrium coefficient and sampling depth

3 結(jié)論

通過對801礦床礦石樣品U-Ra平衡系數(shù)的研究，獲得的基本結(jié)論是：

1）801礦床U-Ra平衡系數(shù)服從正態(tài)分布，峰值偏向縱軸的右側(cè)，總體偏鐳，平衡系數(shù)的大小與礦石的鈾含量呈負相關，平衡系數(shù)與礦體埋深呈正相關。

2）801礦床鈾鐳平衡系數(shù)加權(quán)平均值為1.48，利用γ測井估算鈾的資源量時，應對γ測井結(jié)果進行修正。