諸廣山巖體南部長排地區(qū)鈾礦床鈾鐳平衡特征研究

郎白秋 王家躍

摘 要：基于諸廣山巖體南部長排地區(qū)某鈾礦床86個礦石樣品的鈾（U）、鐳（Ra）測試分析結(jié)果，本文研究了鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）與礦體埋深、鈾含量以及巖性之間的關(guān)系。結(jié)果表明，在近地表或淺層地表，鈾-鐳處于偏鐳狀態(tài)，在中深部，鈾-鐳基本上處于平衡狀態(tài)，整體上保持鈾-鐳平衡態(tài)勢;當(dāng)鈾含量小于0.05%時，[Kp]與礦石中鈾含量近似呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)鈾含量大于0.25%時，[Kp]與礦石中鈾含量無明顯變化規(guī)律;除赤鐵礦化碎裂花崗巖略偏鈾之外，其他巖性含礦巖體均處于鈾-鐳平衡狀態(tài)。本研究為該區(qū)γ測井解釋結(jié)果的修正、礦體邊界的確定和鈾資源量的估算提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：諸廣山巖體;鈾礦床;鈾-鐳平衡系數(shù)

中圖分類號：P619.14文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）14-0121-04

Abstract： Based on the U and Ra test analysis results of 86 ore samples from a uranium deposit in the Changpai area of the southern Zhuguangshan pluton， this paper studies the relationship between the U-Ra balance coefficient （[Kp]） and the buried depth of the ore body， uranium content and lithology. The results show that U-Ra is in a partial radium state near the surface or shallow surface， and in the middle and deep parts， U-Ra is basically in a state of equilibrium， and the U-Ra equilibrium state is maintained as a whole; when the uranium content is less than 0.05%， there is approximately a negative correlation between [Kp] and the uranium content in the ore， when the uranium content is greater than 0.25%， there is no obvious change rule between [Kp] and the uranium content in the ore; except for the hematite fragmented granite which is slightly uranium， other lithologic ore-bearing rock bodies are in a U-Ra equilibrium state. This study provides a scientific basis for the correction of γ logging interpretation results， the determination of the ore body boundary and the estimation of uranium resources in this area.

Keywords： Zhuguangshan pluton;uranium deposit;U-Ra balance coefficient

在鈾礦地質(zhì)勘查中，γ測井是巖體鈾含量評價及鈾資源量估算的常用方法。γ射線主要來源于238U衰變成Ra及其子體的過程，人們可以通過γ輻射強度的測量間接估算出鈾-鐳平衡狀態(tài)下礦石中鈾的含量[1-2]。巖礦石中鈾含量的估算只有在鈾-鐳處于平衡狀態(tài)時才是可行的，偏鈾或偏鐳都會對γ測井解釋結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)鈾-鐳不平衡時，要對γ測井解釋結(jié)果進行修正。由此可見，礦體鈾-鐳平衡特征及其變化規(guī)律的研究在鈾礦地質(zhì)勘查中具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長排地區(qū)位于諸廣山巖體南部長江鈾礦田內(nèi)，構(gòu)造上處于閩贛后加里東隆起南緣與湘桂粵北海西-印支坳陷的剛?cè)岬貕K結(jié)合部，區(qū)域上位于北東向長江斷陷帶中部，即北東向吳川-韶關(guān)深斷陷帶、北西向惠來-安仁深斷陷帶及東西向九峰-仙游深斷陷帶的交匯部位[3]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育具有多向性、規(guī)模大、活動頻繁、性質(zhì)多變以及等間距的特點，其出露的巖性主要有中粗粒黑云母花崗巖、中粒斑狀黑云母花崗巖、細(xì)粒黑云母花崗巖、花崗閃長巖以及輝綠巖等，如圖1所示[4-6]。

2 取樣及分析

2.1 取樣

取樣分析并計算鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）是研究鈾-鐳平衡狀態(tài)及變化規(guī)律的基本方法，即在野外采集一定數(shù)量的礦石樣品送往實驗室分析鈾、鐳含量并計算鈾-鐳平衡系數(shù)。

取樣過程應(yīng)遵守相應(yīng)的規(guī)范要求：取樣應(yīng)保證樣品的代表性和完整性，布點合理，應(yīng)根據(jù)巖石和礦石類型、巖性和巖相變化、礦體與圍巖關(guān)系等分別取樣，并根據(jù)工程進展及時進行;取樣時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、物探編錄和鈾礦化分布特征，合理劃分取樣段;取樣時應(yīng)考慮礦石所處的地球化學(xué)環(huán)境、礦石品位級別、礦石埋深等，同時要注意從礦體的走向和傾向分別取樣;取樣時應(yīng)保證礦心的完整性，對用于測定鈾-鐳平衡系數(shù)的樣品，其巖心采取率應(yīng)不小于85%;取樣涉及普查、詳査各個階段，取樣數(shù)量應(yīng)視礦床規(guī)模及鈾-鐳平衡系數(shù)變化而定[7-8]。諸廣山巖體南部長排地區(qū)某鈾礦床的鈾-鐳平衡系數(shù)采樣分布如表1所示。

2.2 樣品分析方法

樣品的鈾含量使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）直接測定，其檢出限低于0.05×10-9。樣品的鐳含量使用NaI（TI）γ能譜儀進行測定，其檢出限低于0.05×10-9。此次樣品鈾、鐳含量的測定由核工業(yè)二九〇研究所分析測試中心完成。

3 鈾-鐳平衡系數(shù)特征

鈾-鐳平衡系數(shù)是用來描述鈾系中鈾、鐳平衡狀態(tài)的特定物理參數(shù)，其數(shù)值上為鐳、鈾含量的比值與它們在平衡時含量的比值之比，通常用[Kp]表示[9]。

3.1 鈾-鐳平衡系數(shù)分布規(guī)律

經(jīng)驗證實，各類鈾礦床的鈾-鐳平衡系數(shù)的頻率分布主要有三類。一是鈾-鐳平衡系數(shù)的頻率分布曲線形態(tài)呈正態(tài)分布，大致對稱，此類鈾礦床鈾-鐳處于平衡狀態(tài)，鈾-鐳平衡系數(shù)介于0.90～1.10，γ測井解釋結(jié)果無須進行修正;二是鈾-鐳平衡系數(shù)的頻率分布曲線沿縱軸呈現(xiàn)左偏或右偏，但其形態(tài)基本服從正態(tài)分布，此類鈾礦床鈾-鐳平衡狀態(tài)被打破，呈現(xiàn)偏鈾或偏鐳的情況，γ測井解釋結(jié)果需要進行修正;三是鈾-鐳平衡系數(shù)的頻率分布曲線無明顯的變化規(guī)律，離散性較大，呈現(xiàn)單一多峰起伏，此類鈾礦床對于γ測井解釋結(jié)果以及γ輻射取樣分析結(jié)果的影響較大[10]。

3.2 鈾-鐳平衡系數(shù)計算方法

鈾-鐳平衡系數(shù)的計算主要有兩種方法，一種是單個樣品的計算，另一種是組合樣品的計算。

單個樣品的鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）按式（1）進行計算。

組合樣品的鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kpw]）采用單樣鈾、鐳含量與厚度進行加權(quán)平均計算，其計算公式為：

3.3 鈾-鐳平衡系數(shù)變化系數(shù)

鈾-鐳平衡系數(shù)的變化系數(shù)（[Kpcv]）亦稱變異系數(shù)，是用來描述鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）變化程度的參數(shù)。經(jīng)驗證實，當(dāng)采樣區(qū)段鈾-鐳平衡系數(shù)變化小于20%時，可用所采集礦石樣品鈾-鐳平衡系數(shù)的算術(shù)平均值代替整個采樣區(qū)段的鈾-鐳平衡系數(shù);當(dāng)變化系數(shù)大于20%時，表明采樣區(qū)段跨幅太大，鈾-鐳平衡系數(shù)變化較大，要分區(qū)段分別計算每個采樣區(qū)段的鈾-鐳平衡系數(shù)。鈾-鐳平衡系數(shù)的變化系數(shù)采用式（3）進行計算。

3.4 鈾礦床鈾-鐳平衡特征

下面以諸廣山巖體南部長排地區(qū)鈾礦床為例，對項目所采集的86個礦石樣品單樣的鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）計算結(jié)果進行統(tǒng)計分析，做出鈾-鐳平衡系數(shù)頻數(shù)分布直方圖，如圖2所示。圖中，鈾-鐳平衡系數(shù)頻數(shù)分布規(guī)則，形態(tài)基本對稱，其整體上服從正態(tài)分布。經(jīng)分析計算，礦石樣品鈾-鐳平衡系數(shù)的算數(shù)平均值為1.02，加權(quán)平均值（[Kpw]）為0.94，均方差為0.199，變化系數(shù)為19.49%，小于20%。這表明此鈾礦床基本上處于鈾-鐳平衡狀態(tài)，γ測井解釋或輻射取樣分析結(jié)果無須進行修正。

3.5 鈾-鐳平衡系數(shù)隨深度的變化關(guān)系

86個礦石樣品鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）隨礦體埋深的變化曲線如圖3所示。在近地表或淺層地表，鈾-鐳平衡系數(shù)保持在1.10～1.64，偏鐳;中深部鈾-鐳平衡系數(shù)介于0.90～1.10，整體上鈾-鐳基本上處于平衡狀態(tài)。究其原因，該區(qū)屬于溫暖的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，天氣多變、雨量充沛、植被茂盛，空氣中含氧量較高。近地表或淺層地表以松散的風(fēng)化花崗巖為主，顆粒間的空隙較大，空氣中的O2易隨氣流進入淺層地表，使其處于相對良好的氧化環(huán)境中，而化學(xué)性質(zhì)相較于鐳活潑的鈾元素易被氧化;再者，淺層地表地下水循環(huán)較好，而被氧化的鈾元素易溶解在地下水中遷移、流失，鈾-鐳呈現(xiàn)不平衡狀態(tài)。中深部基本無氣流循環(huán)或循環(huán)緩慢，空氣中的O2難以滲入，氧化條件弱;再者，中深部巖性以花崗巖為主，花崗巖孔隙度較小、滲透性差，是一種天然的隔水層，地下水循環(huán)較弱，賦存于巖體中的鈾元素處于相對穩(wěn)定的地球化學(xué)環(huán)境中，鈾-鐳基本上能夠維持在平衡狀態(tài)。

3.6 鈾-鐳平衡系數(shù)隨鈾含量的變化關(guān)系

圖4是依據(jù)86個礦石樣品的鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）計算結(jié)果與礦石鈾含量所做出的[Kp]-U散點圖。從圖中可見，當(dāng)鈾含量小于0.05%時，鈾-鐳平衡系數(shù)與礦石鈾含量近似呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.285，偏鐳;當(dāng)?shù)V石中鈾含量介于0.05%～0.25%時，鈾-鐳平衡系數(shù)在0.90～1.10上下浮動，鈾-鐳基本處于平衡狀態(tài)，鈾處于相對穩(wěn)定的地球化學(xué)環(huán)境中，鈾元素的遷移與富集現(xiàn)象較弱;當(dāng)?shù)V石中鈾含量大于0.25%時，鈾-鐳平衡系數(shù)與礦石中鈾含量無明顯變化規(guī)律。

3.7 鈾-鐳平衡系數(shù)隨巖性的變化關(guān)系

圖5是依據(jù)86個礦石樣品的鈾-鐳平衡系數(shù)（[Kp]）計算結(jié)果與不同巖性所做出的直方圖。硅化碎裂巖樣品總數(shù)為27個，總長度為22.30 m，平均鈾含量為0.10%，平衡系數(shù)頻譜如圖5（a）所示，略左偏，但具有正態(tài)分布的特點。經(jīng)測定，鈾-鐳平衡系數(shù)的算數(shù)平均值為1.00，加權(quán)平均值為0.91，鈾-鐳處于平衡狀態(tài)。碎裂花崗巖樣品總數(shù)為44個，總長度為26.40 m，平均鈾含量為0.08%，平衡系數(shù)頻譜如圖5（b）所示，形態(tài)基本對稱，整體上服從正態(tài)分布。經(jīng)測定，鈾-鐳平衡系數(shù)的算術(shù)平均值為1.02，加權(quán)平均值為0.98，鈾-鐳處于平衡狀態(tài)。赤鐵礦化碎裂花崗巖樣品總數(shù)為11個，總長度為6.00 m，平均鈾含量為0.10%，平衡系數(shù)頻譜如圖5（c）所示，不具有正態(tài)分布特性，略左偏。經(jīng)測定，鈾-鐳平衡系數(shù)的算術(shù)平均值為0.89，加權(quán)平均值為0.85，略偏鈾。對于赤鐵礦化碎裂花崗巖，其硅酸鹽全分析結(jié)果顯示，F(xiàn)e2O3含量較高，在水溶液中以游離形式存在的Fe3+與OH-結(jié)合形成Fe（OH）3膠體。膠體具有吸附作用，赤鐵礦化碎裂巖因鈾元素被Fe（OH）3膠體吸附、沉淀而略偏鈾。絹云母化碎裂花崗巖樣品總數(shù)為4個，總長度為3.20 m，平均鈾含量為0.08%，平衡系數(shù)頻譜如圖5（d）所示，不具有正態(tài)分布特性，略左偏。經(jīng)測定，鈾鐳平衡系數(shù)的算數(shù)平均值為0.95，加權(quán)平均值為0.96，鈾-鐳處于平衡狀態(tài)。

4 結(jié)論

本文研究了諸廣山巖體南部長排地區(qū)某鈾礦床礦石樣品鈾-鐳平衡特征，得出以下結(jié)論。該鈾礦床鈾-鐳平衡系數(shù)整體上具有正態(tài)分布的特點，鈾-鐳基本處于平衡狀態(tài)。在近地表或淺層地表，鈾-鐳處于偏鐳狀態(tài)，在中深部，鈾-鐳基本保持平衡狀態(tài)，整體上保持鈾-鐳平衡態(tài)勢;當(dāng)鈾含量小于0.05%時，鈾鐳平衡系數(shù)與鈾含量近似呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)鈾含量大于0.25%時，鈾鐳平衡系數(shù)與鈾含量無明顯變化規(guī)律。赤鐵礦化碎裂花崗巖鈾-鐳平衡系數(shù)的算數(shù)平均值為0.89，加權(quán)平均值為0.85，略偏鈾，而其他巖性含礦巖體均處于鈾-鐳平衡狀態(tài)。

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