分量化探方法穩(wěn)定性、異常重現(xiàn)性及有效性研究
——以相山鈾礦田為例

吳國東，王勇，朱萬鋒，王東升，宋亮

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

分量化探是尹金雙等（2004）在傳統(tǒng)偏提取和元素活動態(tài)測量方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合鈾元素的地質(zhì)地球化學(xué)特征，提出的一種針對深部隱伏鈾礦勘查的穿透性地球化學(xué)方法技術(shù)，其通過不同的試劑提取土壤中不同的鈾元素分量，來獲取與深部鈾礦化有關(guān)的地球化學(xué)信息［1］。經(jīng)過近年來的試驗(yàn)研究與改進(jìn)優(yōu)化，該方法在我國多個(gè)地區(qū)的隱伏鈾礦勘查中得到應(yīng)用［2-8］。在方法的研究及應(yīng)用過程中，研究者的目光多聚焦于相關(guān)元素分量的地球化學(xué)異常特征和對于深部隱伏鈾礦的指示效果，關(guān)于方法穩(wěn)定性及異常重現(xiàn)性的評價(jià)則鮮有提及或關(guān)注。由于化探方法的穩(wěn)定性及異常的重現(xiàn)性關(guān)系到所圈定異常的可靠性及預(yù)測評價(jià)的準(zhǔn)確性，直接影響方法的實(shí)際應(yīng)用效果，具有重要的實(shí)踐意義；故而，就此問題，筆者在相山鈾礦田開展了相關(guān)研究工作。此外，在相山鈾礦田的云際工作區(qū)開展了分量化探面積性測量，評價(jià)了分量化探的有效性及應(yīng)用效果。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

相山火山盆地地處江西省樂安和崇仁兩縣境內(nèi)。火山盆地呈橢圓形地貌，東西長26 km，南北寬16 km，面積約316 km2［9］。該盆地位于我國著名的贛杭火成巖鈾成礦帶的西南端，產(chǎn)出一系列鈾礦床，組成了相山鈾礦田［9］。相山火山盆地由基底和蓋層組成；基底地層為中元古界低綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)巖系，蓋層主要為下白堊統(tǒng)打鼓頂組、鵝湖嶺組兩個(gè)明顯的火山-沉積亞旋回，巖性主要為中酸性流紋英安巖、碎斑流紋巖和陸相碎屑沉積巖，局部夾火山碎屑巖［10］。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，火成巖為主要賦礦巖性，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［11］。

2 分析方法穩(wěn)定性評價(jià)

分量化探的樣品分析包括元素分量的提取和元素分量含量的測試。筆者認(rèn)為分量化探分析方法的穩(wěn)定性應(yīng)包含兩層含義，其一是同一樣品在一定條件下多次測量結(jié)果之間的符合程度，即方法的精密度；其二是同一樣品在不同時(shí)間（批次）測量結(jié)果之間的一致程度。為了對分量化探分析方法的穩(wěn)定性有客觀的認(rèn)識與評價(jià)，筆者在相山鈾礦田進(jìn)行分量化探面積性測量的同時(shí)，開展了分析方法的穩(wěn)定性評價(jià)工作。

在相山鈾礦田無礦化的背景區(qū)，選擇多處點(diǎn)位取樣，采集深度約40～50 cm 的淀積層粘土。將所采樣品充分干燥后，過不銹鋼篩，截取-80 目粒度，將過篩后的各樣品充分混合均勻、組成一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”樣品。從“標(biāo)準(zhǔn)”樣品中取40 份作為試驗(yàn)樣品，每份質(zhì)量不少于20 g，加密編號。選取其中20 件插入第1 批次面積性測量樣品，送實(shí)驗(yàn)室用分量化探的專屬試劑提取以粘土吸附態(tài)為主的元素分量，用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定相關(guān)元素含量。剩余20 件插入第2 批次面積性測量樣品。40 件試驗(yàn)樣品的分量鈾含量測試結(jié)果如圖1 所示。

從圖1 可以看出，第1 批次和第2 批次40 件試驗(yàn)樣品的分量鈾含量基本接近、變化波動不大，主要分布于（500～600）×10-9之間。為了定量評價(jià)分量化探分析方法的精密度，參照土壤化探規(guī)范中對于分析方法精密度的評價(jià)方式和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法（公式1）［12］，對同一批次20 次測試結(jié)果之間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行了計(jì)算。

式中：n 為測試次數(shù)，Ci為第i 次測試的實(shí)測值，C0為n 次測試結(jié)果的平均值。

計(jì)算結(jié)果顯示，第1 批次20 次測試結(jié)果之間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.18%，第2 批次20次測試結(jié)果之間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.81%，均小于土壤化探中對于分析結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%的精密度要求［12］。

兩個(gè)批次樣品分量鈾測試結(jié)果的平均值分別為538.1×10-9和577.8×10-9。參照土壤化探規(guī)范中對于同一樣品重復(fù)性檢驗(yàn)分析的相對偏差計(jì)算方法：RD＝|A-B|/（A＋B）×100%［12］，兩個(gè)批次平均值之間的相對偏差為3.56%，兩個(gè)批次、40 次測試結(jié)果最大值與最小值的相對偏差則為13.00%，均小于土壤化探中對于同一樣品重復(fù)檢驗(yàn)分析相對偏差小于25%的誤差要求［12］。也就是說，同一樣品兩個(gè)批次測試結(jié)果之間的相對偏差不超過允許限，兩個(gè)批次測量結(jié)果具有較好的一致性。

圖1 兩個(gè)批次試驗(yàn)樣品分量鈾含量曲線圖Fig.1 Partial extracted uranium content curve of two batch test samples

綜上所述，分量化探分析方法的精密度較高，同一樣品多次測試結(jié)果之間具有較高的符合度，且不同批次測試結(jié)果具有較好的一致性，認(rèn)為分量化探分析方法的穩(wěn)定性較好。

3 異常重現(xiàn)性研究

由于分量化探所提取的是元素的部分活動相態(tài)，而土壤中的元素活動相態(tài)不是完全穩(wěn)定的，其受到近地表風(fēng)化、剝蝕、淋濾、地表徑流和水平遷移等多種因素的影響，亦有來自于深部鈾礦體或地質(zhì)體活動性元素的含量疊加，始終處于動態(tài)變化與平衡過程中。因此，分量化探的異常重現(xiàn)性不僅受到方法自身穩(wěn)定性的制約，亦受到近地表多種復(fù)雜因素的影響。筆者認(rèn)為，在一定時(shí)期內(nèi)，土壤淀積層中微量元素含量受上述多種因素的影響是較小的，在成礦作用結(jié)束及土壤成層完善后，淀積層中的活動性元素含量在一定時(shí)期內(nèi)是保持相對穩(wěn)定的，垂向淋溶及水平遷移引起的變化總的來說是較弱的、局部的，短期內(nèi)不會造成活動性元素地球化學(xué)場的質(zhì)變與重塑。為了驗(yàn)證我們的觀點(diǎn)、評價(jià)分量化探異常的重現(xiàn)性，2014、2016 年度筆者在相山鈾礦田的石里坑地區(qū)，開展了分量化探面積性重復(fù)測量試驗(yàn)。

3.1 工作方法

石里坑工作區(qū)的土壤樣品采集工作比例尺為1∶10 000，線距100 m、點(diǎn)距50 m，測線走向?yàn)楸蔽飨?。為了深入了解元素分量地球化學(xué)場的穩(wěn)定性，原始測量與重復(fù)測量的樣品不在同一點(diǎn)位采集，兩次測量的采樣點(diǎn)位交叉分布，即重復(fù)測量的設(shè)計(jì)測點(diǎn)位于原始測量的兩個(gè)測點(diǎn)中間25 m 處。原始測量與重復(fù)測量分別在2014 年10 月和2016 年6 月進(jìn)行。

野外采用手持GPS 定位，在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近選擇土壤發(fā)育完善、無人為污染處，采集深度約40～50 cm 的淀積層粘土。將野外采回的土壤樣品晾干或置于烘箱中在低于60 ℃的條件下烘干。待樣品充分干燥后，過不銹鋼篩，截取-80 目粒度樣品不少于20 g，裝袋、標(biāo)記，送實(shí)驗(yàn)室分析相關(guān)元素分量含量，分量提取及測試方法同前文所述。原始測量與重復(fù)測量的分量鈾特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1所示，兩次測量分量鈾在工作區(qū)的分布特征見圖2 所示。

3.2 分量鈾異常重現(xiàn)性

從石里坑地區(qū)分量鈾的統(tǒng)計(jì)特征來看（表1），原始測量的極大值與極小值分別為43 593×10-9和191×10-9，重復(fù)測量的極大值與極小值分別為39 211×10-9和138×10-9，兩次測量的極大值和極小值較為接近、分量鈾含量變化區(qū)間相近。兩次測量的分量鈾平均值分別為1 744.8×10-9和1 638.7×10-9，原始測量分量鈾含量水平略高于重復(fù)測量，其相對誤差為6.27%。兩次測量的中位數(shù)基本接近，均遠(yuǎn)小于平均值，說明兩次測量的分量鈾服從正偏分布。重復(fù)測量的均方差和變異系數(shù)與基本測量大體接近，表明兩次測量的分量鈾均一性、波動特征相似，重復(fù)測量的分量鈾離散度略高?？偟膩碚f，兩次測量的分量鈾各統(tǒng)計(jì)參數(shù)較為接近，分量鈾含量水平相近，波動特征相似，均一性、離散度較為一致。

表1 石里坑地區(qū)原始測量與重復(fù)測量分量鈾特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of characteristic parameters of partial extracted uranium content form original and repeated survey in Shilikeng area

圖2 石里坑地區(qū)原始測量（左）與重復(fù)測量（右）分量鈾地球化學(xué)圖Fig.2 Geochemical map of partial extracted uranium of original and repeated survey in Shilikeng area

從工作區(qū)分量鈾的分布特征來看，兩次測量的分量鈾低值區(qū)均分布于工作區(qū)的邊緣位置，規(guī)模相近、展布形態(tài)相似、空間位置吻合較好，呈現(xiàn)出高度的一致性。原始測量在工作區(qū)的最西部出現(xiàn)一高強(qiáng)度高值區(qū)，重復(fù)測量時(shí)亦在此位置附近出現(xiàn)一高強(qiáng)度高值區(qū)，對應(yīng)關(guān)系較好。原始測量分量鈾在工作區(qū)的西北部出現(xiàn)4 處高值區(qū)，呈環(huán)狀分布，在重復(fù)測量時(shí)，亦表現(xiàn)出相似的分布特征，而靠北部的3 處高值區(qū)強(qiáng)度較原始測量有所降低，但空間對應(yīng)關(guān)系較好。由于上述3 處高值區(qū)均沿河流分布、地勢較低，認(rèn)為是季節(jié)性降水導(dǎo)致重復(fù)測量時(shí)原高值點(diǎn)附近部分點(diǎn)位無法進(jìn)行樣品采集，致使其地球化學(xué)圖上表現(xiàn)出的高值區(qū)強(qiáng)度有所減弱。兩次測量的分量鈾在苦命山地區(qū)的偏高場展布形態(tài)有所差異。

總的來說，兩次測量分量鈾低值區(qū)分布特征具有高度的一致性；分量鈾局部分布形態(tài)及部分高值區(qū)的強(qiáng)度有所差異，但總體分布形態(tài)相似、高值區(qū)空間位置吻合較好。一定程度上說明兩次測量中分量鈾地球化學(xué)場保持相對穩(wěn)定，分量化探方法的穩(wěn)定性和異常重現(xiàn)性較好。

4 云際工作區(qū)分量鈾地球化學(xué)特征

在進(jìn)行方法穩(wěn)定性評價(jià)及異常重現(xiàn)性試驗(yàn)的同時(shí)，在云際工作區(qū)開展了分量化探的面積性測量工作。工作比例尺為1∶10 000，線距100 m、點(diǎn)距50 m，測線走向?yàn)楸蔽飨?，工作方法與石里坑工作區(qū)分量化探重復(fù)性測量相同。云際工作區(qū)的分量鈾分布特征見圖3所示。

從云際工作區(qū)分量鈾地球化學(xué)圖上可以看出，分量鈾在全區(qū)的分布不均勻，總體呈西北高、東南低的特征。分量鈾的平均含量為1 511.1×10-9。從分量鈾的空間分布及展布形態(tài)來看，其在不同地質(zhì)體中的分布無明顯差異，一定程度上受到斷裂構(gòu)造及不同巖性界面的影響。

圖3 云際工作區(qū)分量鈾地球化學(xué)圖Fig.3 Geochemical map of partial extracted uranium in Yunji working area

工作區(qū)的分量鈾高值區(qū)主要有3 片，分別位于鄒家山石洞斷裂附近、湖田的北部及云際附近。鄒家山石洞斷裂附近的高值區(qū)呈片狀，規(guī)模較大、強(qiáng)度較高，高值區(qū)內(nèi)分布有大量鈾礦體，顯示分量鈾高值區(qū)的形成與已知鈾礦體有關(guān)。湖田北部的分量鈾高值區(qū)呈帶狀、近東西向分布，規(guī)模中等、強(qiáng)度中等，附近分布有若干鈾礦體，認(rèn)為此高值區(qū)是深部鈾礦體在近地表的反映。云際東部的分量鈾高值區(qū)呈帶狀、近南北向分布，與已知礦體的展布及延伸方向一致，空間位置相對已知礦體向東略有偏移。云際西部有一片規(guī)模較小的分量鈾高值區(qū)，位于斷裂構(gòu)造和不同巖性的接觸部位，對成礦較為有利，認(rèn)為其深部具有一定的找礦潛力。

綜上所述，云際工作區(qū)分量鈾高值區(qū)與已知鈾礦體空間對應(yīng)關(guān)系較好，對深部鈾礦體指示作用明顯，反映了分量化探法在相山地區(qū)鈾礦勘查中的有效性和適用性。

5 結(jié)論

通過分量化探的分析方法穩(wěn)定性評價(jià)和石里坑工作區(qū)重復(fù)性測量結(jié)果的分析，結(jié)合分量化探在云際工作區(qū)的應(yīng)用效果，可得出如下結(jié)論：

1）分量分析同一樣品的多次測量結(jié)果基本接近、符合度較高，不同批次樣品的測量誤差較小，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

2）分量化探重復(fù)性測量結(jié)果表明，兩次測量的分量鈾平均含量相近、地球化學(xué)波動特征相似，局部分布形態(tài)及部分高值區(qū)的強(qiáng)度有所差異，但高值區(qū)和低值區(qū)的展布形態(tài)、空間位置吻合較好，說明分量化探的異常重現(xiàn)性和穩(wěn)定性較好。

3）云際工作區(qū)的應(yīng)用結(jié)果表明，分量鈾高值區(qū)對深部隱伏鈾礦化具有較好的指示作用，分量化探法在相山地區(qū)的鈾礦勘查中是有效、可行的。