土壤氡氣測量在二連盆地砂巖型鈾礦調(diào)查中的應(yīng)用

胡安順，王石，孟慶魯

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

氡是天然放射元素鈾系中的一個(gè)氣體放射性子體元素。從20世紀(jì)50年代中期，我國就將土壤氡測量應(yīng)用于鈾礦勘查，先后使用不同方法進(jìn)行氡氣測量，在應(yīng)用過程中取得了較好的效果。近年來，隨著在盆地中尋找砂巖型鈾礦工作的開展，土壤氡氣測量方法應(yīng)用于砂巖型鈾礦勘查中成為了一項(xiàng)必要的研究工作[1-2]。

砂巖型鈾礦產(chǎn)出于中—新生代盆地地層中的層間氧化帶、潛水氧化帶砂體中，具有品位低、儲(chǔ)量大、開采效益高等特點(diǎn)，是我國近期鈾礦勘查工作的主攻方向和工作重點(diǎn)[3]。二連盆地是我國北方重要的砂巖型鈾礦產(chǎn)地之一，前人多次在二連盆地中東部地區(qū)開展地浸砂巖型鈾資源調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目，分析了區(qū)域及工作區(qū)鈾成礦條件，認(rèn)為該區(qū)鈾成礦潛力巨大。區(qū)域已發(fā)現(xiàn)典型的鈾礦床有巴彥烏拉礦床、賽漢高畢礦床，均賦存于下白堊統(tǒng)賽漢塔拉組地層。在二連盆地砂巖型鈾礦調(diào)查中開展區(qū)域性土壤氡氣測量工作，找出氡異常和圈定找礦靶區(qū)，對查明區(qū)域含鈾性有一定的意義[4-8]。

1 地質(zhì)概況

工作區(qū)位于二連盆地馬尼特坳陷西部的白音塔拉盆地西南緣(圖1)，區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)被新生代古近系、第四系覆蓋，中生代主要構(gòu)造形態(tài)為一走向NE的盆地向斜，呈NE 60°方向展布，其西南部仰起，煤層在仰起處呈隱伏露頭，與古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組不整合接觸。巖煤層傾角在盆地向斜中心附近較小，一般1°～2°，盆緣附近較陡，傾角5°～13°。

圖1 二連盆地群分布略圖

工作區(qū)地層由老至新如下：

白堊系(K)：白堊系下統(tǒng)巴彥花群為白音塔拉盆地的主要充填地層，以往工作施工鉆孔僅見賽漢塔拉組(K1bs)及騰格爾組(K1bt)部分地層，均未穿透該地層見其基底。騰格爾組在區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，但只揭露上部，巖性由淺灰、灰、深灰、黑灰、灰綠色泥巖、粉砂巖、鈣質(zhì)泥巖和含礫泥巖組成，在泥巖中含有大量的不完整葉肢介、瓣鰓類、腹足類等淡水動(dòng)物化石，為淺湖—中深湖沉積物。區(qū)域地層總厚度>320 m，鉆孔揭露厚度20.66～467.87 m，平均113.57 m。賽漢塔拉組在區(qū)內(nèi)大部分發(fā)育，主要為河流相、沼澤相沉積。巖性由淺灰白色砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖、砂巖與淺灰、紫紅、灰綠色泥巖、含礫泥巖、可采煤層和炭質(zhì)泥巖組成。賽漢塔拉組與上覆古近系呈不整合接觸。該組地層是巴彥花群重要的含煤層之一,也是本次工作的主要找鈾目的層位。區(qū)域地層厚度為70～800 m，鉆孔揭露厚度27.60～198.44 m，平均88.73 m。

古近系(E)：古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組(E2y)為含鈾地層的主要覆蓋層，為一套內(nèi)陸河湖相沉積，全區(qū)普遍發(fā)育。巖性主要為灰白色、紫紅色粗砂巖、砂礫巖，暗灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖石固結(jié)程度低，為半膠結(jié)，巖心疏松易破碎。根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)，地層厚度19.17～99.60 m,平均46.68 m。與下伏地層白堊系下統(tǒng)巴彥花群呈不整合接觸，在其不整合面上見到鈾異常。

第四系(Q)：全區(qū)大部分區(qū)域被第四系全新統(tǒng)(Qh)覆蓋，根據(jù)成因類型可劃分為殘積、湖積等。殘積主要分布在工作區(qū)中西部，由土黃色砂土、細(xì)砂、礫石等組成；湖積主要分布在工作區(qū)東部，上部為鹽硝和泥土構(gòu)成的硬殼，下部為灰黑色淤泥。根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)，第四系全新統(tǒng)厚度0～20.92 m，平均2.62 m。

2 測量原理

天然環(huán)境中氡有3個(gè)同位素，分別是219Rn、220Rn、222Rn，其中219Rn和220Rn的半衰期分別為 3.96 s和54.5 s，而222Rn的半衰期為3.825 d，因此在野外開展土壤氡氣測量反映的對象是222Rn及其子體。222Rn是天然放射性鈾系的唯一氣態(tài)元素，是放射性元素鐳(226Ra)的子體，而鐳(226Ra)又是238U的子體，所以土壤中氡濃度的高低主要取決于238U含量的高低[9-12]。222Rn在地殼中上升距離可達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米以上，經(jīng)團(tuán)簇遷移、接力傳遞、泵吸、擴(kuò)散、對流等作用由深部遷移至地表土壤中[13-16]。擴(kuò)散介質(zhì)的孔隙度、密度、滲透性等影響222Rn的遷移速度，斷裂構(gòu)造的存在增加了巖石的透氣及滲透性，使222Rn能夠更快速地由深部遷移至地表，所以在鈾、鐳異常地段或斷裂構(gòu)造的上方，222Rn濃度増大，形成氡異常。在測量氡濃度時(shí)，在采樣器上負(fù)高壓電場的作用范圍內(nèi)，以正離子形式存在的氡子體被吸附到采樣片上，通過探測器對采樣片上不同幅度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而確定氡濃度數(shù)值[17-25]。

3 測量方法及數(shù)據(jù)處理

土壤氡氣測量使用HDC-C型RaA測氡儀，為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使用前對儀器進(jìn)行了標(biāo)定，并按時(shí)進(jìn)行“三性”檢查，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。每日出工前需對測氡儀器進(jìn)行例行檢查，檢驗(yàn)儀器的密封系統(tǒng)是否良好，電池電壓值和校驗(yàn)信號是否正常，閾值旋鈕的刻度是否在原位。

測線方位土壤氡氣剖面測量按點(diǎn)距100 m在前期鉆探驗(yàn)證見工業(yè)孔的地段完成2條，單條剖面長度分別為14 km、13.5 km。根據(jù)盆地土壤氡放射性活度濃度測量網(wǎng)度試驗(yàn)結(jié)果和工作量及區(qū)域測量的目的，該地區(qū)土壤氡氣測量網(wǎng)度設(shè)計(jì)為：土壤氡氣面積測量按330°方向布設(shè)，線距1 000 m、點(diǎn)距100 m，同時(shí)在放射性異常區(qū)按線距500 m、點(diǎn)距100 m進(jìn)行加密控制工作，測量面積738 km2。

野外測點(diǎn)采用GPS手持衛(wèi)星定位確定測點(diǎn)坐標(biāo)，記錄員應(yīng)核對測點(diǎn)上的標(biāo)志并記錄土質(zhì)及景觀情況，操作員使用專用鋼釬打孔，孔的直徑為20 mm，孔的深度為70 cm。成孔后，使用頭部有氣孔的特制的取樣器，插入打好的孔中，取樣器在靠近地表處進(jìn)行密閉，避免大氣滲入孔中，然后進(jìn)行抽氣。根據(jù)抽氣阻力大小抽氣3～5次。測量時(shí)，高壓加電時(shí)間為2 min，測量讀數(shù)時(shí)間為2 min，每測點(diǎn)測量一次。每次測量記錄坐標(biāo)和測量值，異常超出背景值較大區(qū)域需進(jìn)行重復(fù)測量，以保證測量結(jié)果真實(shí)可靠。當(dāng)日所有工作成果應(yīng)每天工作結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行整理。

野外實(shí)地測量時(shí)應(yīng)注意：在潮濕低洼處測量時(shí)，應(yīng)嚴(yán)防地下水進(jìn)入干燥劑和提筒內(nèi)腔，以免損害儀器或影響測量結(jié)果；測量時(shí)儀器及采樣片要平整放置，儀器應(yīng)靜止放置，以免干擾探測器，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；測量過程中應(yīng)及時(shí)清理干燥器和筒內(nèi)細(xì)沙土，并用黃油潤滑提竿，現(xiàn)場測量工作如遇雨天，在停雨后24 h后進(jìn)行。

圖2 土壤氡濃度頻數(shù)分布直方圖

4 測量及驗(yàn)證結(jié)果

通過土壤氡氣測量工作共圈定氡異常7個(gè)(圖3)，編號分別為2017-Ⅰ、2017-Ⅱ、2017-Ⅲ、2017-Ⅳ，2018-Ⅰ、2018-Ⅱ、2018-Ⅲ。

圖3 二連盆地土壤氡濃度等值線平面

2017-Ⅰ氡氣異常區(qū)：呈帶狀展布，異常長度約4.5 km，異常寬度最大約1 000 m，最小約300 m。在異常中部東側(cè)前期已施工的3個(gè)驗(yàn)證鉆孔(表1)，有2個(gè)為鈾工業(yè)孔，1個(gè)為鈾礦化孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

表1 氡異常區(qū)與驗(yàn)證鉆孔

2017-Ⅱ氡氣異常區(qū)：呈面狀展布，異常長度約 4 km，異常寬度最大約4 km，最小約1.1 km。參考該區(qū)相關(guān)地質(zhì)資料，該異常附近未見明顯的構(gòu)造或引起異常的其他因素，為深部鈾礦(化)體引起的異常。該異常經(jīng)鉆探驗(yàn)證，施工的6個(gè)鉆孔均為見礦孔，3個(gè)為鈾工業(yè)孔，3個(gè)為鈾礦化孔，顯示了該區(qū)較好的鈾找礦潛力。

2017-Ⅲ氡氣異常區(qū)：總體呈帶狀展布，局部呈面狀展布，異常長度約6 km，異常寬度最大約2.2 km，最小約300 m。該異常基本與煤田鉆孔自然伽馬異常情況相吻合，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。在該異常施工的5個(gè)驗(yàn)證鉆孔中，有1個(gè)為鈾工業(yè)孔，2個(gè)為鈾礦化孔，1個(gè)為鈾異?？祝?個(gè)為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2017-Ⅳ氡氣異常區(qū)：呈條帶狀展布，異常長度約12 km，異常寬度最大約1.8 km，最小約500 m。在異常中部施工的5個(gè)驗(yàn)證鉆孔中，有1個(gè)為鈾工業(yè)孔，2個(gè)為鈾礦化孔、2個(gè)為鈾異?？?，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2018-Ⅰ氡氣異常區(qū)：異常分布于測區(qū)西南部，呈帶狀展布，異常長度約7 km，異常寬度最大約 2 km，最小約200 m，異常最大值38 871 Bq/m3。在異常南部施工的6個(gè)驗(yàn)證鉆孔中，有4個(gè)為鈾礦化孔，1個(gè)為鈾異常孔，1個(gè)為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2018-Ⅱ氡氣異常區(qū)：分布于工區(qū)中部鹽堿地，呈面狀展布，異常長度約5 km，異常寬度最大約1.7 km、最小約200 m，異常最大值12 580.6 Bq/m3。該異常具備一定規(guī)模，異常較連續(xù)，但尚未進(jìn)行查證工作。

2018-Ⅲ氡氣異常區(qū)：整體為NE向，分布于工作區(qū)東南部，異常未封閉，因該異常南部與中煤2018 年氡氣測區(qū)重合，故未繼續(xù)進(jìn)行追索。異常長度約12 km，異常寬度最大約2.2 km、最小約200 m，異常最大值21 505.4 Bq/m3。該異常與2018-Ⅱ異常具備一定聯(lián)系，在異常中部施工的3個(gè)驗(yàn)證鉆孔中，2個(gè)為鈾礦化孔，1個(gè)為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

在氡濃度異常區(qū)開展鉆探驗(yàn)證工作可知：氡濃度異常區(qū)均見到了不同品位的礦(化)體，在調(diào)查區(qū)開展土壤氡氣測量工作能快速圈定出土壤氡放射性活度濃度的異常分布趨勢范圍，該工作方法在尋找北方中新生代盆地砂巖型鈾礦調(diào)查中，是較為有效的區(qū)域評價(jià)方法，可為鈾礦勘查工作提供直接的參考依據(jù)。

在氡濃度異常區(qū)開展了伽馬能譜測量工作，L7線地質(zhì)物探綜合剖面圖(圖4)顯示，氡濃度曲線波動(dòng)較小，伽馬能譜曲線波動(dòng)較大，氡濃度異常區(qū)與鈾、釷、鉀及總量曲線有一定的吻合性，在土壤氡濃度異常位置開展鉆探驗(yàn)證工作顯示，礦化體位于氡濃度異常北側(cè)梯度帶位置，礦化體賦存于白堊系下統(tǒng)巴彥花群賽罕塔拉組地層，巖性主要為灰色砂礫巖，粒度較粗，含礦砂體中下部形態(tài)為板狀，產(chǎn)狀較平緩。

圖4 L7線地質(zhì)物探綜合剖面

5 找礦靶區(qū)預(yù)測

根據(jù)鈾成礦地質(zhì)條件、預(yù)測依據(jù)的充分程度、已知礦化信息的顯示強(qiáng)度、以往鈾礦地質(zhì)工作程度和自然地理?xiàng)l件等，對鈾找礦預(yù)測區(qū)進(jìn)行分級，包括找礦遠(yuǎn)景區(qū)和找礦靶區(qū)。找礦靶區(qū)一般可分為A、B、C三類，找礦遠(yuǎn)景區(qū)不再分類。其中，找礦靶區(qū)的劃分原則為：

A類，已知鈾礦田或已知礦床深部及外圍，具備直接找礦標(biāo)志，如潛在鈾礦孔成帶成片分布或其他重要的物化探異常，經(jīng)鉆探驗(yàn)證見鈾礦工業(yè)孔，有望發(fā)現(xiàn)大中型鈾礦產(chǎn)地的靶區(qū)。

B類，具備直接找礦標(biāo)志，潛在鈾礦孔成帶成片分布或潛在鈾礦化孔成帶成片分布且有少量的潛在鈾礦孔或其他重要的物化探異常，未進(jìn)行鉆探驗(yàn)證或經(jīng)鉆探驗(yàn)證見鈾礦化孔，有望發(fā)現(xiàn)鈾礦產(chǎn)地的靶區(qū)。

C類，直接找礦標(biāo)志找礦意義不明，具有間接找礦標(biāo)志，找礦前景不明的靶區(qū)。

根據(jù)以上找礦靶區(qū)劃分原則，在調(diào)查區(qū)劃分出A類找礦靶區(qū)1處，B類找礦把區(qū)1處(圖5)：

圖5 二連盆地找礦靶區(qū)預(yù)測

A類找礦靶區(qū)位于調(diào)查區(qū)北部準(zhǔn)達(dá)賴地區(qū)，走向?yàn)镹E向，沿走向長約40 km，該區(qū)目前已施工驗(yàn)證鉆孔25個(gè)，其中砂巖型鈾礦孔7個(gè)，礦化孔12個(gè)，異常孔4個(gè)，無礦孔2個(gè)，同時(shí)存在氡異常區(qū)，且該區(qū)與北東部的烏蘭諾爾地區(qū)、陸海地區(qū)、巴彥烏拉地區(qū)等具有相似的成礦地質(zhì)條件，顯示了該區(qū)具有很好的找礦潛力。

B類找礦靶區(qū)分為1處，分別為南部準(zhǔn)達(dá)賴地區(qū)，走向?yàn)镹E向，沿走向長約23 km，該地區(qū)亦存在氡異常區(qū)。目前施工驗(yàn)證鉆孔3個(gè)，2個(gè)為砂巖型鈾礦化孔，1個(gè)為無礦孔，具備一定的找礦潛力。

6 結(jié)語

1)通過在二連盆地開展土壤氡氣測量工作及鉆探驗(yàn)證工作，顯示了調(diào)查區(qū)較好的找礦潛力，取得了較好的找礦效果，該方法在調(diào)查區(qū)內(nèi)尋找砂巖型鈾礦是較為有效的手段，能快速圈定土壤氡濃度的分布范圍，為鈾礦勘查提供找礦依據(jù)。

2)由于土壤氡濃度的含量與季節(jié)及溫度、濕度有關(guān)系，為增強(qiáng)測量數(shù)據(jù)的一致性，野外測量條件應(yīng)保持一致，保持采樣時(shí)間、采樣深度的一致，野外工作應(yīng)盡量保持在同一時(shí)間段溫差較小的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，測量時(shí)應(yīng)保持土壤在同一濕度范圍內(nèi)，尤其雨后應(yīng)等土壤干燥后方可開展工作，以免由于外部環(huán)境因素引起測量數(shù)據(jù)不統(tǒng)一。

3)在工作中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，通過典型性試驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ骷夹g(shù)參數(shù)是有效壓制數(shù)據(jù)干擾、提高勘探準(zhǔn)確性的前提條件，合理的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算解釋是非常有效的提高資料質(zhì)量的措施。

4)不同性質(zhì)的土壤，其土壤的質(zhì)地、含水率、孔隙度等不同，對氡氣的析出產(chǎn)生一定的影響；不同的地質(zhì)背景差異，其礦體發(fā)育位置不同，氧化類型不同，其反映在地表的土壤氡氣異常顯示也不同，進(jìn)而對解釋也會(huì)存在一定的差異。通過確定不同地質(zhì)背景下土壤氡濃度的背景值、異常暈和異常下限值，結(jié)合剖面、平面分析，建立調(diào)查區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦土壤氡異常模型，并運(yùn)用該模型預(yù)測成礦位置，進(jìn)而提高找礦的準(zhǔn)確性。