土壤氡測量在華南地區(qū)花崗巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

趙迷迷

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東 廣州 510800）

0 引言

氡是天然放射性鈾系的唯一氣態(tài)元素，屬于惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在自然界中有3 種同位素：219Rn、220Rn 和222Rn，半衰期分別為3.825 d、3.96 s 和55.65 s。氡的來源與地下深部母巖中的放射性核素息息相關(guān)，這些核素衰變時(shí)會產(chǎn)生放射性氣體氡，氡則以擴(kuò)散、對流、抽吸、搬運(yùn)、應(yīng)力應(yīng)變和團(tuán)簇等作用沿構(gòu)造帶或裂隙從地下遷移至地表，并在地質(zhì)構(gòu)造的正上方及放射性礦產(chǎn)富集地段形成氡異常［1］。土壤氡測量是一種常用的放射性物探方法，所測氡異常數(shù)據(jù)能較好地反映測區(qū)的放射性特征、地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)狀、寬度充填物及覆蓋層等，近年來廣泛用于隱伏構(gòu)造探測、放射性礦產(chǎn)勘查、地下水資源勘查及放射性環(huán)境評價(jià)等領(lǐng)域［2］。

目前，鈾礦勘查方法主要有放射性物化探、普通物化探等，其中放射性物化探方法有地面和航空伽馬總量測量、伽馬能譜測量、放射性水化測量、氡及子體測量等；普通物探方法主要有電法勘探、磁法勘探、電磁法勘探和淺層地震勘探等；普通化探主要有水系沉積物調(diào)查、土壤調(diào)查、巖石伴生元素測量等［3］。我國在華南地區(qū)近半個(gè)世紀(jì)的鈾礦勘查工作中，采用放射性物探方法發(fā)現(xiàn)了大量的鈾異常點(diǎn)、礦化點(diǎn)及礦點(diǎn)，并采用槽探、鉆探、坑探等多種手段進(jìn)行了揭露，在鈾資源的開發(fā)利用中發(fā)揮了很大作用［4］。隨著勘查程度的提高，地表及淺地表的鈾礦已基本得到評價(jià)，鈾礦勘查工作逐漸向?qū)ふ疑畈侩[伏礦體及隱伏構(gòu)造轉(zhuǎn)變，加之華南地區(qū)十余米至數(shù)十米厚的花崗巖風(fēng)化殼使得常規(guī)的放射性物化探方法已不能適應(yīng)當(dāng)下的工作環(huán)境，放射性物化探如伽瑪總量測量、伽瑪能譜測量，普通物探如電法勘探、電測深等由于覆蓋層的影響效果堪憂［5-6］。土壤氡測量具有快速、易操作、本底影響低、不受地形起伏影響且現(xiàn)場能得到結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，在放射性礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊［7］。本論文探究了土壤氡測量在華南地區(qū)某花崗巖型鈾礦勘查應(yīng)用，分析該地區(qū)氡異常原因，為鈾礦成礦機(jī)理研究和礦產(chǎn)勘查提供參考。

1 測區(qū)基本概況

測區(qū)位于華南地區(qū)富鈾巖體——羅浮巖體南部，區(qū)內(nèi)中三疊世—早白堊世巖漿活動強(qiáng)烈且頻繁，為多期次巖漿活動發(fā)育區(qū)和多次成礦熱液活動中心疊加部位（見圖1），以早侏羅世斑狀黑云母花崗巖（J1γ）為主，其次為早白堊世中細(xì)粒黑（二）云母花崗巖（K1γ）。

圖1 測區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geological map of the survey area

測區(qū)構(gòu)造位置位于區(qū)域性深大斷裂——河源斷裂南東段，河源斷裂為區(qū)域性控巖、控礦斷裂，活動時(shí)間長。經(jīng)歷了從印支期——燕山晚期，構(gòu)造應(yīng)力場由擠壓—拉張—擠壓的多次轉(zhuǎn)變過程，形成對偶斷裂不發(fā)育的單邊式斷陷帶。測區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按斷裂的走向，主要以北東向?yàn)橹鳎螢闁|西向、南北向和北西向，代表性的斷裂主要為大塘斷裂、嶺頭斷裂和F6斷裂構(gòu)造等。

2 氡氣測量工作原理

本次土壤氡測量采用FD-3017 型RnA 測氡儀（上海申核電子儀器有限公司），該儀器是一種新型的瞬時(shí)測氡儀器，利用靜電收集氡衰變的第一代子體RaA 作為測量對象，可以定量測量土壤、空氣或水中氡濃度，其特點(diǎn)是沒有探測器的污染，也不存在氡射氣的干擾影響，并且具有較高的靈敏度，操作簡便，現(xiàn)場可直接獲取結(jié)果。該測氡儀由抽氣泵和測量操作臺兩部分組成，抽氣泵用于抽取和儲存氡子體，當(dāng)氡射氣經(jīng)干燥器被抽入筒內(nèi)后，隨即開始衰變，產(chǎn)生子體RaA，它在初始形成的瞬間是帶正電的離子，在靜電高壓作用下RaA 離子被濃集在帶負(fù)高壓的金屬收集片上，取出金屬片放入操作臺內(nèi)測量RaA 的電脈沖計(jì)數(shù)，再根據(jù)電脈沖與氡濃度成正比的關(guān)系從而確定氡濃度。本研究在測區(qū)內(nèi)開展1∶10 000 RaA 法測氡面積測量工作，共布設(shè)測線27 條，測量網(wǎng)度為100 m × 20 m，共完成測點(diǎn)2 279 個(gè)，其中基本測點(diǎn)1 781 個(gè)，加密測點(diǎn)498 個(gè)。

3 數(shù)據(jù)處理及測量成果

3.1 計(jì)算背景值

將各個(gè)測點(diǎn)的儀器示值錄入計(jì)算機(jī)，并根據(jù)測氡儀的換算系數(shù)求取測點(diǎn)土壤氡濃度后，再根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求取工作區(qū)背景值及標(biāo)準(zhǔn)差。經(jīng)正態(tài)、偏度和峰度檢驗(yàn)［8］，逐次替代含量值Xi≥± 2S 的數(shù)值后，土壤氡濃度頻率分布圖服從近似正態(tài)分布（見圖2），偏度bs為0.83，峰度bk為-0.46，此時(shí)用算術(shù)平均值法確定測區(qū)土壤氡濃度背景值（-X）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）。

圖2 土壤氡濃度頻率分布直方圖Fig.2 Frequency distribution histogram of soil radon concentration

3.2 測量成果及異常圈定

測區(qū)內(nèi)土壤氡濃度為1 584.2～ 674 752.5 Bq/m3，背景值為17 765.7 Bq/m3，標(biāo)準(zhǔn)偏差為11 847.5，變異系數(shù)為0.67。采用克里金方法網(wǎng)格化數(shù)據(jù)后繪制等值線圖（見圖3），測區(qū)內(nèi)土壤氡濃度整體呈現(xiàn)西部和南部較低、北東側(cè)較高的總趨勢，且受地質(zhì)構(gòu)造的影響較大，極大值點(diǎn)一般出現(xiàn)于構(gòu)造帶上下盤附近。根據(jù)《鈾礦勘查氡及其子體測量規(guī)范》［9］，共圈定異常暈7 處（YRn1、YRn2、YRn3、YRn4、YRn5、YRn6、YRn7）、異常帶5 處（DRn1、DRn2、DRn3、DRn4、DRn5）。

圖3 測區(qū)土壤氡濃度等值線圖Fig.3 Contour map of soil radon concentration in the survey area

3.3 異常解釋

經(jīng)氡氣和能譜剖面測量、地質(zhì)測量、伽馬總量測量等工作手段對異常進(jìn)行查證，推斷YRn1、YRn2 和YRn3 這3 個(gè)異常暈為礦致異常（見圖4），對這3 處異常暈解釋如下。

圖4 測區(qū)土壤氡測量成果圖Fig.4 Soil radon measurement results in the survey area

3.3.1 YRn1 異常暈 該異常暈位于測區(qū)北東側(cè)并延伸至外圍，平面形狀近乎橢圓—圓形，面積約20 986.76 m2，共有異常點(diǎn)39個(gè)，土壤氡濃度最大值為125 425.5 Bq/m3，平均值為62 642.9 Bq/m3，均方差為16 157.0。經(jīng)氡氣和能譜剖面測量（點(diǎn)距為10 m）查證，該暈在B1 剖面10 m、40～ 110 m范圍內(nèi)均見有土壤氡濃度異常高峰（見圖5），在B2 剖面30～ 330 m 范圍內(nèi)土壤氡濃度曲線見7 處異常高峰（見圖6），異常曲線均具有較高的峰背比，為2.0～ 2.6；在氡異常曲線范圍內(nèi)，鈾和鉀含量曲線起伏均較小，均處于正常背景范圍內(nèi)，而釷含量達(dá)鈾含量的4 倍。因此，該射氣異常屬氡、釷混合異常。根據(jù)地質(zhì)測量及伽馬總量測量查證，YRn1 異常暈范圍內(nèi)見有F22-1、F22-2和F22-3及其諸多次級構(gòu)造，各構(gòu)造中蝕變強(qiáng)烈，主要有硅化、鉀長石化、螢石化、絹云母化和赤鐵礦等，局部還可見滑石及透鏡狀鉛鋅礦，推測此處異常峰值受F22-3與F22-1主構(gòu)造及其夾持部位的次級構(gòu)造——赤鐵礦化碎裂巖帶疊加控制。通過研究氡濃度隨測孔深度的變化規(guī)律（見圖7），氡濃度隨取氣深度的加深而增加，但在深處測得的數(shù)據(jù)曲線斜率有所變緩，推測此處為礦致異常，礦（化）體位于F22-3與F22-1主構(gòu)造上盤及其夾持部位，且埋深較淺。

圖5 B1 地質(zhì)-物探綜合剖面圖Fig.5 B1 comprehensive geological and geophysical profile

圖6 B2 地質(zhì)-物探綜合剖面圖Fig.6 B2 comprehensive geological and geophysical profile

圖7 YRn1 異常暈地帶土壤氡濃度隨深度變化曲線Fig.7 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn1 abnormal halo zone

3.3.2 YRn2 異常暈 該異常暈平面呈橢圓狀，呈北東向展布，面積約28 578.89 m2，共有異常點(diǎn)16 個(gè)，最大值為197 659.6 Bq/m3，平均值為92 812.49 Bq/m3，均方差為36 977.21。經(jīng)地質(zhì)測量查證，該異常暈主要受F1、F3、F9這3 條構(gòu)造影響，其中F1構(gòu)造性質(zhì)為張扭性、剪性斷裂，充填硅化碎裂巖、硅化角礫巖、白色塊狀石英、梳狀石英、螢石等，普遍見硅化、絹云母化、螢石化等蝕變；F3受F1剪性應(yīng)力作用影響，由近南北向變異為北東向展布，并與F1、F9及東西向中-基性巖脈復(fù)合，主要充填塊狀石英、碎裂巖、微晶石英、玉髓巖、角礫巖、輝綠巖等，主要蝕變有硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、絹云母化、螢石化；F9充填花崗碎裂巖、石英脈，局部具強(qiáng)赤鐵礦化、硅化、絹云母化、構(gòu)造角礫等。3 條構(gòu)造的復(fù)合部位為異常暈的濃集中心，地表出露有鈾礦化體，伽馬總量測值最高達(dá)3 576 × 10-6eU，為4 號礦化點(diǎn)。通過研究氡濃度隨測孔深度的變化規(guī)律（見圖8），可知氡濃度隨著取氣深度的加深而增加，屬礦致異常，但愈向深部曲線斜率有變緩趨勢，推測此處礦化體埋深較淺。

圖8 YRn2 異常暈地帶土壤氡濃度隨深度變化曲線Fig.8 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn2 abnormal halo zone

3.3.3 YRn3 異常暈 該異常暈位于測區(qū)東部邊緣一帶，平面呈不規(guī)則條帶狀，呈北東南西展布，面積約28 683.21 m2，共有異常點(diǎn)41 個(gè)，最大值為160 851.1 Bq/m3，平均值為74 785.1 Bq/m3，均方差為29 887.5。經(jīng)氡氣和能譜剖面查證，該暈在B3 剖面80～ 240 m 范圍內(nèi)見有6 處異常高峰（見圖9），在150 m 處達(dá)異常最高值；峰背比高，為3.0～ 6.0；在氡異常曲線范圍內(nèi)，鈾和鉀均處于正常背景范圍內(nèi)，釷含量達(dá)鈾含量的3～ 5 倍，屬氡、釷射氣混合異常；經(jīng)地質(zhì)測量查證，該異常暈內(nèi)見一組多條與F21平行的次級構(gòu)造，F(xiàn)21為一條蝕變礦化較強(qiáng)的斷裂構(gòu)造，具有較強(qiáng)的赤鐵礦化、鉀長石化、硅化、絹云母化等蝕變，異常暈北側(cè)邊界為震旦系砂巖與早侏羅世花崗巖構(gòu)造接觸面和侵入接觸面，接觸面附近均發(fā)育有小規(guī)模的碎裂巖帶，局部具硅化。氡濃度分布與深度呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系（見圖10），相關(guān)系數(shù)為0.986，屬強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，即氡濃度隨著取氣深度的加大而增加，屬礦致異常，礦體可能受F21-2及其次級構(gòu)造與構(gòu)造接觸帶聯(lián)合控制，可能位于F21-2與構(gòu)造接觸帶的上盤部位，且礦化體埋深較深。

圖9 大塘地區(qū)水門口地段物探綜合剖面圖Fig.9 Comprehensive geophysical profile of Shuimenkou section in Datang area

圖10 YRn3 異常暈土壤氡濃度隨深度變化曲線Fig.10 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn3 abnormal halo zone

3.4 遠(yuǎn)景預(yù)測

通過對異常暈的解釋評價(jià)，可圈定具有成礦有利的遠(yuǎn)景區(qū)2 處，編號分別為Ⅰ、Ⅱ。簡述如下：

Ⅰ號遠(yuǎn)景區(qū)位于測區(qū)北東部一帶，面積約為0.58 km2。區(qū)內(nèi)異常點(diǎn)多，異常連續(xù)性好，異常值高，異常與地質(zhì)構(gòu)造及各類蝕變的吻合程度高，主要存在YRn1、YRn2 兩處礦致異常暈。區(qū)內(nèi)有F1、F3、F9、F22及諸多其次級構(gòu)造，構(gòu)造裂隙發(fā)育，蝕變礦物豐富，找礦標(biāo)志明顯，并發(fā)現(xiàn)4 號礦化點(diǎn)。對照前人開展的地球化學(xué)找礦成果，該遠(yuǎn)景區(qū)處于S-5 水異常和U-5 伽馬異常范圍內(nèi)，具備較有利的鈾成礦地質(zhì)條件，具有較好的資源潛力，可能賦存小型鈾礦床，值得進(jìn)一步探索研究。

Ⅱ號遠(yuǎn)景區(qū)位于大塘地區(qū)水門口一帶，面積約為0.17 km2。區(qū)內(nèi)異常點(diǎn)較多，異常連續(xù)性較好，異常值高，異常與地質(zhì)構(gòu)造及各類蝕變的吻合程度較高，存在YRn3 礦致異常暈。對照前人開展的水地球化學(xué)找礦成果，該遠(yuǎn)景區(qū)處于U-3 伽馬異常范圍南東側(cè)，位于一處水中氡異常暈和水中鈾暈?zāi)衔鞑块L軸延伸方向，在該區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了3 號鈾礦點(diǎn)。因此，該遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)具備較有利的鈾成礦地質(zhì)條件，具有一定的找礦標(biāo)志，各種物探、化探異常吻合程度一般，異常類型主要為水中氡異常和土壤氡異常，可能賦存鈾礦化點(diǎn)或者小型鈾礦床，值得進(jìn)一步開展地質(zhì)勘查工作。

4 結(jié)論

1）土壤氡測量具有快速、易操作、便捷、本底影響低等優(yōu)點(diǎn)，測量過程不受地形起伏和植被覆蓋影響，對環(huán)境的破壞最小，符合綠色勘查理念，且現(xiàn)場能得到結(jié)果，所測數(shù)據(jù)能較好地反映測區(qū)的放射性特征。

2）華南地區(qū)花崗巖風(fēng)化殼較厚，能譜測量和伽馬總量測量效果較差，不能有效反映測點(diǎn)的放射性特征，而土壤氡測量工作能快速、有效地鎖定礦化靶區(qū)，土壤氡剖面則能有效區(qū)分礦致異常及礦（化）體賦存部位，為地質(zhì)、槽探、鉆探等工作提供明確的線索。加之花崗巖風(fēng)化殼質(zhì)地較疏松，透氣性較好，易打孔，工作效率較高，因此在華南花崗巖地區(qū)土壤氡測量是尋找深部隱伏構(gòu)造及隱伏鈾礦（化）體的有效手段。

3）根據(jù)土壤氡測量成果及異常查證可知，測區(qū)內(nèi)異常暈、異常帶及異常點(diǎn)分布范圍、展布方向均與構(gòu)造帶的性質(zhì)、蝕變的強(qiáng)弱、裂隙的發(fā)育情況等息息相關(guān)，表現(xiàn)為碎裂巖、構(gòu)造破碎帶、裂隙發(fā)育帶及多條多組構(gòu)造帶相交匯部位。這些部位往往形成氡異常，主要原因?yàn)椴煌较虿煌墑e的斷裂構(gòu)造相交匯部位往往能夠形成良好的成礦空間，有利于鈾元素的運(yùn)移、存儲，進(jìn)而在構(gòu)造帶的產(chǎn)狀和物質(zhì)成分發(fā)生變化的部位富集形成礦產(chǎn)。

4）根據(jù)土壤氡測量及多種地質(zhì)、物探方法相互驗(yàn)證，測區(qū)內(nèi)圈定了具有成礦有利的遠(yuǎn)景區(qū)2 處，縮小了找礦靶區(qū)，為下一步鈾礦勘查工作提供了依據(jù)。建議開展槽探、鉆探及其他物探方法，查明構(gòu)造性質(zhì)、產(chǎn)狀、規(guī)模、蝕變特征及含礦性，準(zhǔn)確評價(jià)鈾礦化情況，尋找有利成礦地段，確定找礦靶區(qū)。