放射性物探方法在下莊礦田鈾礦勘查中的應(yīng)用與思考

陳渝羅

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊， 廣東廣州 510800）

下莊礦田位于廣東省翁源縣，主要有五種礦化類型，分別是硅化帶大脈型、密集裂隙帶型、“交點”型、蝕變碎裂巖型、花崗巖外帶型，其中硅化帶大脈型和“交點”型礦儲量占礦田已控制總儲量的70%以上［1］。在下莊礦田找礦初期，正是通過放射性物探方法圈定放射性異常區(qū)域，提供找礦遠(yuǎn)景區(qū)，確定找礦靶區(qū)。在下莊礦田六十多年的找礦史上，放射性物探方法得到了廣泛的應(yīng)用。

1 放射性物探方法的應(yīng)用

放射性物探方法主要是利用天然放射性核素的衰變特征，通過物探儀器對衰變過程產(chǎn)生的粒子和射線（α、β、γ）進(jìn)行采集，達(dá)到找礦的目的。放射性物探方法主要有伽瑪測量、伽瑪能譜測量、射氣測量、α徑跡測量、釙210測量、土壤熱釋光測量等。在下莊礦田找礦開展過不同大小比例尺的放射性物探方法，其中以伽瑪測量、伽瑪能譜測量、射氣測量、α徑跡測量、釙210測量為主，近十年仍廣泛應(yīng)用的方法主要有伽瑪測量、伽瑪能譜測量、射氣測量。

1.1 伽瑪測量

1.1.1 基本原理

伽瑪測量是利用儀器探測地質(zhì)體中鈾及其衰變子體釋放出的γ射線來找礦的［2］。在自然界中，當(dāng)鈾鐳含量處于放射性平衡的狀態(tài)下，鈾元素釋放出來的γ射線占總量的2.1%，鐳元素占97.9%，因此伽瑪測量實際上是通過測量鈾的衰變產(chǎn)物鐳的γ射線來實現(xiàn)的。

伽瑪測量一般選擇巖石露頭良好，浮土厚度不超過2m，分散暈發(fā)育及地質(zhì)條件對成礦有利的地區(qū)。野外工作按照規(guī)范選擇規(guī)則或不規(guī)則測網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。室內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、確定異常等級值，繪制成果圖件，圈定出異常區(qū)域供進(jìn)一步找礦利用［3］。

1.1.2 應(yīng)用舉例

前人在下莊礦田東部坪田地區(qū)開展了1:5000伽瑪測量，圈出伽瑪偏高場暈圈4個，伽瑪高場暈圈11個，異常場暈圈10個（圖1）。結(jié)果顯示，伽瑪高場和異常場暈圈重合較好，異常暈圈由北往南延伸連續(xù)性好，異常軸向分布與構(gòu)造帶、巖性分界面的接觸帶走向一致，推測伽瑪異常暈圈部位具有較好的找礦前景。前人在異常區(qū)域共施工40多個鉆孔進(jìn)行揭露，其中多數(shù)鉆孔揭露到厚度和品位較好的隱伏工業(yè)礦體。

圖1 坪田地區(qū)伽瑪測量成果圖

成果表明，伽瑪測量在鈾礦勘查中對圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)，尋找隱伏鈾礦體的效果顯著，加上其操作簡單有效的優(yōu)勢，在鈾礦勘查中得到最為廣泛的應(yīng)用。

1.2 伽瑪能譜測量

1.2.1 基本原理

伽瑪能譜測量是通過測量地質(zhì)體中的伽瑪射線強(qiáng)度和鈾、釷、鉀含量的關(guān)系來尋找鈾礦體的放射性測量方法［2］。伽瑪能譜測量是在野外現(xiàn)場定量測定天然狀態(tài)下巖石中鈾、釷、鉀的含量，一方面減少了大量繁重的野外取樣、加工，室內(nèi)物理、化學(xué)分析工作；另一方面由于巖石的物理、化學(xué)狀態(tài)沒有被破壞，測量數(shù)據(jù)代表性強(qiáng)。伽瑪能譜測量野外工作方法與伽瑪測量基本一致，室內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，計算鈾、釷、鉀含量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、確定異常等級值，繪制綜合成果圖件，圈定出各類異常暈圈［4］。

1.2.2 應(yīng)用舉例

2015年筆者所在工作組在下莊礦田西部黃沙坑地區(qū)開展了伽瑪能譜測量和射氣測量工作，主要目的是探索區(qū)內(nèi)主構(gòu)造帶黃陂石英斷裂帶的成礦部位。共圈出鈾異常暈圈7個（U1-U7）（圖2）。其中U7號鈾異常暈規(guī)模較大，異常連續(xù)性較好，鈾含量為18.55×10-6～67.45×10-6，為背景值得3～8倍，異常所處位置是輝綠巖與構(gòu)造帶的交匯部位，具有較好的“交點”型鈾礦的成礦條件。

圖2 黃沙坑地區(qū)伽瑪能譜和射氣測量成果圖

由于工作區(qū)工作程度較低，暫未開展揭露工程進(jìn)行驗證，結(jié)合該地區(qū)的地質(zhì)條件與周邊礦床的成礦規(guī)律對比，下一步工作可在伽瑪能譜測量圈定的異常部位開展適當(dāng)?shù)纳降亟衣豆こ踢M(jìn)行異常查證。

1.3 射氣測量

1.3.1 基本原理

射氣測量是通過測量土壤中的氡氣濃度，通過研究其分布特征來尋找鈾礦體的放射性測量方法［2］。在地質(zhì)條件有利的情況下，射氣測量探測深度最深可達(dá)到100m左右。因此射氣測量在深部找礦中具有較大的優(yōu)勢，但工作效率偏低，影響因素較多，異常的解釋比較復(fù)雜。野外工作中，抽氣測量的深度不一般為0.8m左右，通過高壓收集氡子體后經(jīng)探測器測量計數(shù)。室內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算氡氣濃度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、確定異常等級值，繪制異常暈圈圖件［5］。

1.3.2 應(yīng)用舉例

同樣以黃沙坑地區(qū)的射氣測量為例，共圈定出射氣異常暈圈11個（R1-R11）（圖2）。其中R6、R7、R8三個異常暈圈規(guī)模較大，異常連續(xù)性較好，氡氣濃度子在81.7～1344.6Bq/L之間，異常峰值最高可達(dá)背景值的50倍。與伽瑪能譜測量的U7號異常對應(yīng)一致，異常所處位置是輝綠巖與構(gòu)造帶的交匯部位，進(jìn)一步驗證了"交點"型成礦的可能。

1.4 α徑跡測量

1.4.1 基本原理

α徑跡測量的工作原理與射氣測量基本一致，是放射性元素在衰變過程中產(chǎn)生的氡氣再衰變時產(chǎn)生α粒子，撞擊到經(jīng)過處理的膠片上形成痕跡［6］，通過觀察徑跡點的密度，判斷氡氣的濃度，達(dá)到找礦的目的。該方法在解決深部構(gòu)造及尋找放射性元素礦體方面效果明顯，適用于剖面性研究工作。野外工作中，在測量點進(jìn)行挖坑埋探測杯裝置，要求坑底平整，坑深一般為0.5m。15～30天后對探測裝置進(jìn)行回收，在室內(nèi)觀測、換算氡氣濃度，繪制異常等級暈圈圖件等。

1.4.2 應(yīng)用舉例

前人在下莊礦田湖子鈾礦床開展了大量的伽瑪、徑跡、釙210、射氣測量等工作，圈定出一系列異常暈圈，異常主要受構(gòu)造帶和輝綠巖的“交點”控制。在205、205-1及205-2號帶與g11輝綠巖交匯的部位圈定出伽瑪暈圈11個、徑跡暈圈5個、釙210暈圈4個、射氣暈圈7個，其中α徑跡暈圈主要集中在205號帶與輝綠巖的交匯部位，與其他物探方法異常暈圈的分布特征一致（圖3）。

經(jīng)鉆探驗證揭露，在該段控制的礦體是湖子鈾礦床內(nèi)最富的“交點”型礦體，在暈圈范圍內(nèi)共圈定17個礦體，提交了豐富的資源量，α徑跡暈圈的長軸方向與礦體的走向基本一致。

1.5 釙210測量

1.5.1 基本原理

釙210測量通過測量巖石和土壤中氡衰變的子體釙210的α射線強(qiáng)度，達(dá)到找礦的目的。野外工作中在測量點進(jìn)行土壤取樣，要求所取土層為新鮮土壤層，取樣坑深約0.5m。對樣品進(jìn)行風(fēng)干處理后送實驗室進(jìn)行釙210提取，經(jīng)儀器測量α射線強(qiáng)度，繪制異常成果圖件等。

1.5.2 應(yīng)用舉例

以下莊礦田湖子鈾礦床為例，在205與g11輝綠巖交匯的部位附近圈定出釙210暈圈4個（圖3）。釙210暈圈與α徑跡暈圈重合性較好，釙210暈圈的長軸方向與礦體的走向也基本一致。

圖3 湖子地區(qū)物探綜合暈圈圖

1.6 土壤天然熱釋光測量

1.6.1 基本原理

土壤天然熱釋光測量是采集地表一定深度的土壤樣品，用高靈敏度的熱釋光測量裝置測量樣品中天然礦物的熱釋光強(qiáng)度，通過對熱釋光強(qiáng)度的分析利用，達(dá)到尋找鈾礦體的目的［7］。土壤天然熱釋光也是屬于累積測氡方法的范疇。野外工作中要求采取新鮮的土壤，每個樣品重量約為150g。樣品采集完成后，室內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干、磨碎、過篩等預(yù)處理后，在用熱釋光測量裝置進(jìn)行熱釋光強(qiáng)的測量。

1.6.2 應(yīng)用舉例

前人在下莊礦田科研工作中開展過該方法的實驗研究，驗證了該方法可以作為尋找隱伏鈾礦體的一種工作手段。在此以東華理工大學(xué)吳信民教授及團(tuán)隊在下莊礦田開展土壤天然熱釋光的研究為例［7］，共進(jìn)行了兩條剖面測量，剖面選擇在已知深部存在隱伏礦體的地方進(jìn)行。結(jié)果顯示，土壤天然熱釋光強(qiáng)度曲線的異常部位與深部隱伏的含礦構(gòu)造帶對應(yīng)一致（圖4）。

圖4 土壤天然熱釋光成果圖

2 放射性物探方法的思考

下莊礦田經(jīng)歷了六十多年的找礦歷史，放射性物探方法發(fā)揮了重要的作用。隨著工作程度越來越高，淺部的礦體已基本得到工程控制，“攻深找盲”已成為下莊礦田找礦的重要指導(dǎo)思想之一，急需在深部尋求新的找礦突破口。放射性物探方法在深部找礦中的應(yīng)用難以達(dá)到預(yù)期目的，如何在深部找礦中繼續(xù)發(fā)揮作用，是一個急需思考的問題。

放射性物探方法的理論是建立在核素衰變的基礎(chǔ)上，通過儀器對衰變子體的采集來實現(xiàn)的，目前主要是對伽瑪射線、氡及其衰變子體進(jìn)行測量，這種方法往往對礦體有直接的指導(dǎo)作用，但探測范圍及深度有限。隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，普通物探方法在深部找礦中得到了廣泛的應(yīng)用，如電磁測深、重力、地震等方法能夠有效反應(yīng)地下數(shù)百米乃至數(shù)公里的地質(zhì)情況，但解釋的多解性太強(qiáng)、抗干擾能力弱、工作成本高，同時在推斷的礦體埋深較大的情況下，實施揭露工程驗證的風(fēng)險較大。近十年礦田內(nèi)累計完成電磁測深方法約25km，推斷出大量的異常點帶，但通過鉆探揭露驗證取得的效果并不理想。近年，國內(nèi)多所地質(zhì)院校和科研機(jī)構(gòu)在下莊礦田也開展了大量的科研工作，目前仍未總結(jié)出有效的方法組合。因此，如何結(jié)合放射性物探方法的優(yōu)勢和普通物探測量深度大的特點，尋求有效實用的鈾礦勘查深部找礦的方法組合，對找礦突破至關(guān)重要。

3 結(jié)語

通過放射性物探方法在下莊礦田鈾礦勘查中的應(yīng)用，取得了顯著的找礦成果，為我國的鈾礦事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。面臨當(dāng)前找礦遇到的困難，要充分總結(jié)以往的工作經(jīng)驗，合理選擇有效的方法手段。在原有理論認(rèn)識的基礎(chǔ)上，積極尋求理論創(chuàng)新，提高放射性方法的利用效率，聯(lián)合其他工作方法，發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特點。同時，堅定不移的做好基礎(chǔ)地質(zhì)工作，充分發(fā)揮各專業(yè)各學(xué)科的作用，積極引用新方法、新技術(shù)，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，共同尋求找礦突破。