張 凱，付 錦，龔育齡，趙寧博，陳 虎

（1.東華理工大學(xué) 南昌 330013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

主要放射性物探方法在砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用分析

張 凱1，付 錦2，龔育齡1，趙寧博2，陳 虎1

（1.東華理工大學(xué) 南昌 330013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

主要介紹了伽馬測(cè)量、氡及其子體測(cè)量、X熒光技術(shù)和中子技術(shù)等放射性物探方法在砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用情況，并對(duì)這些方法的應(yīng)用效果進(jìn)行分析比較。

砂巖型鈾礦；放射性物探方法；分析

鈾是重要的核燃料，鈾資源是核能可持續(xù)發(fā)展的重要保障。20世紀(jì)90年代以來(lái)，可地浸砂巖型鈾礦由于其開采成本低、對(duì)環(huán)境污染小成為我國(guó)鈾礦勘查的主攻目標(biāo)類型，主要包括古河道型、區(qū)域?qū)娱g氧化帶型和潛水-層間氧化帶型3種。隨著我國(guó)鈾礦資源勘查的不斷深入，放射性物探方法作為主要勘查方法也不斷發(fā)展，在我國(guó)鈾資源勘查中發(fā)揮著非常重要的作用。目前需要對(duì)相關(guān)物探方法在砂巖型鈾礦勘查中應(yīng)用情況進(jìn)行研究、梳理，提高認(rèn)識(shí)水平和實(shí)踐效率，以期能快速、經(jīng)濟(jì)、有效地預(yù)測(cè)深部隱伏砂巖型鈾礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

1 放射性物探方法及應(yīng)用

放射性物探在砂巖型鈾礦勘查中是有效的找礦方法，目前主要包括伽馬測(cè)量、氡及其子體測(cè)量、X熒光測(cè)量及中子測(cè)量等。

1.1 伽馬測(cè)量

伽馬測(cè)量是通過(guò)測(cè)量介質(zhì)γ射線強(qiáng)度（或照射量率）來(lái)進(jìn)行找礦或輻射環(huán)境評(píng)價(jià)。伽馬測(cè)量在鈾礦找礦工作中具有較廣泛的應(yīng)用，它的主要原理是通過(guò)儀器測(cè)定地表巖石及土壤、礦石中放射性元素衰變所釋放的γ射線強(qiáng)度，綜合區(qū)域地質(zhì)背景與成礦地質(zhì)條件，用于圈定鈾異常或礦化遠(yuǎn)景區(qū)、地質(zhì)填圖等，該方法在早期的砂巖型鈾礦勘查中發(fā)揮了重要作用。主要使用的儀器有 HD—4002B型1024道γ能譜測(cè)井儀、HD—2002便攜式γ能譜儀、GRS—863航空γ能譜儀等。航空γ能譜和車載γ能譜信息涵蓋了全國(guó)大部分面積，是鈾礦找礦工作中直接找礦信息的重要因子，隨著砂巖型鈾礦找礦深度的不斷增大，伽馬測(cè)量由于探測(cè)深度較淺，發(fā)展受到限制。不過(guò)，隨著相關(guān)新技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，伽馬測(cè)量新的應(yīng)用前景得到拓展，如伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)三維圖像處理等，在砂巖型鈾礦勘查攻深找盲方面將起到重要的作用。

1.2 氡及其子體測(cè)量

氡及其子體測(cè)量技術(shù)檢測(cè)的是氡氣量，由于氡是鐳的第一代衰變子體，直接反映鐳的存在特征。在砂巖型卷狀鈾礦體的頭、尾部鈾鐳平衡嚴(yán)重偏鐳，對(duì)氡及其子體測(cè)量非常有利，異常反映強(qiáng)而明顯，但此時(shí)直接反映的是鐳，而不是鈾。在卷狀礦體內(nèi)部鈾鐳平衡嚴(yán)重偏鈾，由于鐳量不足，影響了氡及其子體檢測(cè)效果，與其頭、尾異常反映相比，恰好處于低值反映區(qū)。卷狀礦體礦化富集與鈾鐳變化這種特征表明，利用氡及其子體測(cè)量技術(shù)可對(duì)礦體進(jìn)行定位。由于該方法成本低、效率高，在砂巖型鈾礦勘查中有著廣泛應(yīng)用。目前在砂巖型鈾礦中利用氡及其子體測(cè)量常用的方法有土壤天然熱釋光法、210Po法及218Po法、活性炭測(cè)氡法等。

1.2.1 土壤天然熱釋光法

土壤天然熱釋光技術(shù)是通過(guò)采集地表以下土壤樣品，用熱釋光測(cè)量裝置測(cè)量土壤樣品中天然礦物長(zhǎng)期接受輻射而產(chǎn)生的熱釋光強(qiáng)度，解決鈾礦找礦和有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的一種方法。主要使用高靈敏度的RGD—3A型熱釋光儀器對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的王南萍等，在內(nèi)蒙古某砂巖型鈾礦的勘探中，運(yùn)用了熱釋光測(cè)量技術(shù)并得出最佳加熱程序及相應(yīng)參數(shù)［1］，促進(jìn)了其在砂巖型鈾礦的應(yīng)用。東華理工大學(xué)劉慶成等，利用土壤天然熱釋光法在新疆某區(qū)域?qū)娱g氧化帶型砂巖型鈾礦床上進(jìn)行試驗(yàn)，其高值異常在鈾礦床頭和尾部表征清晰，而低值異常區(qū)顯示在礦體正上方［2］（圖 1）。 東華理工大學(xué)鄧居智等，同樣采用了土壤天然熱釋光方法在內(nèi)蒙古某砂巖型鈾礦中進(jìn)行試驗(yàn)，認(rèn)為熱釋光曲線在氧化-還原前鋒線位置處表現(xiàn)為急劇上升，在成礦有利地段呈現(xiàn)低值異常［3］，在不同的地球化學(xué)環(huán)境條件下均存在這種規(guī)律。

圖1 511礦床48號(hào)勘探線土壤熱釋光測(cè)量剖面 （據(jù)劉慶成，2002）Fig.1 The soil thermolum inescence profile 48 at Uraniun deposit 511（After LIU Qingcheng，2002）

土壤天然熱釋光測(cè)量在砂巖型鈾礦中的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)有效，具有很廣闊的發(fā)展前景，但其異常形成機(jī)理和異常模式還有待進(jìn)一步的探索。

1.2.2210Po法、218Po法

210Po主要是由于氡的積累與衰變達(dá)到放射性平衡，經(jīng)過(guò)222Rn 3次α衰變和2次β衰變后形成210Pb，再經(jīng)2次β衰變而形成的衰變子體。 并且210Pb的半衰期比較長(zhǎng)， 為22.3a，210Pb的濃度變化與氣候無(wú)關(guān)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定210Po的α射線強(qiáng)度來(lái)確定土壤中210Pb的含量。210Po法其實(shí)也是通過(guò)測(cè)氡來(lái)解決深部尋找鈾礦的問(wèn)題。主要使用的儀器是WAY—80五通道α測(cè)量?jī)x。核工業(yè)230研究所曹小滿，對(duì)湖南和南方某砂巖型鈾礦分別進(jìn)行了210Po的研究，獲得良好的試驗(yàn)效果［4］。核工業(yè)北京地質(zhì)研究院李必紅等，進(jìn)行了210Po法在內(nèi)蒙古某砂巖型鈾礦的研究，也得到良好的實(shí)驗(yàn)效果。該方法的測(cè)量結(jié)果表明是在鈾礦體兩端呈現(xiàn)高值異常，鈾礦體正上方呈現(xiàn)低值異常，應(yīng)用效果如圖2所示，210Po測(cè)量數(shù)據(jù)低值異常于鈾礦體位置吻合良好［5］。

圖2 A175線210Po測(cè)量剖面圖 （據(jù)李必紅，2006）Fig.2 The210Po profile of Line A175（After LI Bihong，2006）

218Po法是地面放射性物探中一種檢測(cè)氡子體的技術(shù)，運(yùn)用土壤中218Po檢測(cè)技術(shù)，能在野外一次完成218Po實(shí)測(cè)，具有操作簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，并可對(duì)所發(fā)現(xiàn)的異常進(jìn)行追索、研究和處理。主要使用的儀器是RAD7型測(cè)量?jī)x、PF—3型測(cè)量?jī)x。東華理工大學(xué)黃國(guó)夫等在層間氧化帶型砂巖鈾礦中使用218Po法進(jìn)行試驗(yàn)，也得到了鈾礦體首尾出現(xiàn)高值異常，礦體上方出現(xiàn)低值異常的結(jié)論，表明218Po測(cè)量結(jié)果來(lái)圈定層間氧化帶中鈾礦化富集部位是可行和有效的［6］。

210Po法和218Po法經(jīng)過(guò)不同的試驗(yàn)證明，都可以用來(lái)指示和圈定層間氧化帶中鈾礦富集部位，但是210Po法屬于累計(jì)式測(cè)氡法，相對(duì)于瞬時(shí)測(cè)氡法的218Po來(lái)說(shuō)，210Po法具有更好的穩(wěn)定性和誤差更小的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)更可靠。

1.2.3 活性炭測(cè)氡

活性炭吸附氡尋找鈾礦總的來(lái)說(shuō)有兩種方法，即微分法（瞬時(shí)法或稱抽氣法）和積分法（長(zhǎng)時(shí)間法或累積法、非抽氣法）。兩種方法各有千秋，但以后者為優(yōu)，近幾年來(lái)發(fā)展趨勢(shì)較好。主要的儀器有FD—3017測(cè)氡儀和核工業(yè)北京地質(zhì)研究院生產(chǎn)的HD—2003型活性炭吸附測(cè)氡儀。核工業(yè)北京地質(zhì)研究院談成龍?jiān)诨钚蕴繙y(cè)氡方法尋找鈾礦方面研究較多，發(fā)表相關(guān)文章多篇，取得了很好的應(yīng)用效果，圖3為西北地區(qū)某砂巖型礦床已知鈾礦體上累積式活性炭吸附氡的測(cè)量平面等值線圖。該方法在收集土壤中的氡氣時(shí)數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵。主要應(yīng)用于輻射環(huán)境評(píng)價(jià)和深部砂巖型鈾礦找礦，效果明顯，應(yīng)用潛力較大。

圖3 活性炭吸附氡測(cè)量結(jié)果圖 （據(jù)談成龍，2007）Fig.3 The results of radon absorption survey by accumulated activated charcoal（After TAN Chenglong，2007）

氡及其子體測(cè)量是一種快速、輕便、成本低的放射性有效測(cè)量方法，在砂巖型鈾礦勘查中可以通過(guò)提取相關(guān)弱異常，用來(lái)指導(dǎo)鉆孔的部署，還可以預(yù)測(cè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)。但是也有其不利的一面，該方法實(shí)際應(yīng)用的影響因素比較多，如地貌、地形、土質(zhì)和降雨量等影響因素，解釋方法較復(fù)雜，對(duì)氡氣測(cè)量結(jié)果需進(jìn)行相關(guān)處理，所以應(yīng)綜合分析推斷引起異常的原因。另外，氡及其子體測(cè)量對(duì)于尋找構(gòu)造破碎帶也有較好的應(yīng)用，在鈾礦勘查中應(yīng)更多地與其他物化探方法綜合應(yīng)用，可以發(fā)揮更好的效果。

1.3 X熒光測(cè)量

X熒光技術(shù)作為一種新技術(shù)，在鈾礦勘查中逐漸嶄露頭角。放射性同位素X射線熒光法是基于放射性同位素源發(fā)出的X射線照射到介質(zhì)的原子上，從原子層逐出電子，形成電子空位被鄰近殼層的電子補(bǔ)充所發(fā)射X射線。根據(jù)能量大小特征X射線區(qū)分元素，基于該特征X射線或熒光強(qiáng)度可進(jìn)行元素含量的測(cè)量，從而進(jìn)行定量分析［7］。X熒光分析技術(shù)按照探測(cè)原理可分為波長(zhǎng)色散熒光分析和能量色散熒光技術(shù)，其中波長(zhǎng)色散熒光儀體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗震性差，不適合野外使用。一般野外使用的便攜式熒光儀采用的是能量色散熒光分析技術(shù)，如CIT—3000 SMP手持式X熒光分析儀。X熒光技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是能快速檢測(cè)多種元素，隨著其方法和技術(shù)的進(jìn)步，在深井測(cè)量中扮演重要的角色。與此同時(shí)， 在某些樣品眾多、 工作量巨大，又要求及時(shí)掌握有關(guān)巖礦樣品的元素組成及其含量等特殊情況下，經(jīng)濟(jì)、快速、精確和可靠的X熒光分析，可以取代部分化學(xué)分析，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，巖心掃描等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

由于X熒光分析所測(cè)元素大都為地球化學(xué)指示成礦元素，但無(wú)法有效地測(cè)定 U、Th和K含量，所以X熒光技術(shù)在尋找砂巖型鈾礦中和其他放射性方法相結(jié)合（如伽馬測(cè)量）能得到更好的應(yīng)用效果。

1.4 中子測(cè)量

中子探測(cè)技術(shù)在砂巖型鈾礦勘查中也有較好的應(yīng)用，其中脈沖中子測(cè)井技術(shù)發(fā)展比較迅速。脈沖中子測(cè)井根據(jù)探測(cè)對(duì)象的不同，可以分為緩發(fā)中子測(cè)井和瞬發(fā)中子測(cè)井。兩者都是采用脈沖式中子源，利用3He管中子探測(cè)器記錄地層中的鈾發(fā)生裂變產(chǎn)生超熱中子范圍的瞬發(fā)裂變中子和緩發(fā)裂變中子，得到地層中鈾礦含量的測(cè)井方法。主要使用的儀器有脈沖式14 MeV中子發(fā)生器和PEN探測(cè)器等。中國(guó)原子能科學(xué)研究院核技術(shù)應(yīng)用研究所王新光等認(rèn)為：在理想條件下，在不含鈾地層裂變中子測(cè)井計(jì)數(shù)為零，周圍地層環(huán)境不變的情況下，測(cè)井計(jì)數(shù)和地層含鈾量呈正比關(guān)系［8］。但在實(shí)際操作中，需要對(duì)中子分布有影響的地層因素進(jìn)行環(huán)境校正。

2 對(duì)比分析

主要放射性物探方法在砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用對(duì)比見表1。

隨著放射性物探方法技術(shù)的不斷進(jìn)步，放射性物探數(shù)據(jù)處理也經(jīng)過(guò)了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由粗到細(xì)、從抽象到具體的發(fā)展過(guò)程，表現(xiàn)為：從局部到區(qū)域的研究；由單一到多源信息的綜合預(yù)測(cè)；由理論到多元化的預(yù)測(cè)。在數(shù)據(jù)處理方面目前除了使用傳統(tǒng)的方法（比值、歸一化、F參數(shù)等），還可以使用小波分析、分形和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，對(duì)放射性物探勘查數(shù)據(jù)處理進(jìn)行鈾礦化信息提取，剖面、平面到三維立體綜合解釋，建立完善的地球物理預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)。由于計(jì)算機(jī)的廣泛使用，在弱異常的提取中統(tǒng)計(jì)方法如穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法、背景校正等得到更廣泛的應(yīng)用，在找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)中引入地理信息系統(tǒng)（GIS），如RGB成像等，為地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感數(shù)據(jù)的解讀提供有力的研究手段。目前，在物探數(shù)據(jù)處理中，基于分形理論的異常下限計(jì)算方法，如含量—面積法（CA）、含量—個(gè)數(shù)法（CN）、分形求和法（CT）等，也取得了新的成果，對(duì)豐富放射性物探測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法有現(xiàn)實(shí)意義。

表1 主要放射性勘查方法應(yīng)用對(duì)比表Table 1 List ofmajor radioactive geophysicalmethods in the application of exploration

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，各個(gè)主要的放射性物探方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中活性炭測(cè)氡以其穩(wěn)定性好、探測(cè)深度大、抗干擾能力強(qiáng)、精度高和成本低的優(yōu)點(diǎn)，在砂巖型鈾礦勘查中受到青睞。X熒光技術(shù)和脈沖中子測(cè)量技術(shù)作為一種新技術(shù)，在砂巖型鈾礦勘查中具有發(fā)展?jié)摿ΑＭ瑫r(shí)可以將各種放射性物探方法相互結(jié)合（如測(cè)氡、X熒光和γ測(cè)量相結(jié)合），也可以將放射性物探與化探方法相結(jié)合，再配合地質(zhì)資料，建立有效的找礦模式，以指導(dǎo)鉆孔的部署和預(yù)測(cè)鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)。隨著分析測(cè)試水平的提高，放射性物探方法和化探方法的綜合利用對(duì)深部鈾礦探測(cè)有著廣闊的前景。

［1］王南萍，侯勝利，劉海生，等.二連盆地第四系沉積物天然熱釋光特征及找礦意義［J］.物探與化探，2002，26（2）:258-263.

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Analysis on the app lication of major radioactive geophysical methods for sandstone type uranium deposits

ZHANG Kai1，F(xiàn)U Jin2，GONG Yuling1，ZHAO Ningbo2，CHEN Hu1
（1.East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China；2.National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Major radioactive geophysicalmethods，such as gamma，radon and its daughters，X-ray fluorescence technique and neutron technique were introduced for the application of sandstone type uranium deposit exploration and then their application effectwas analyzed and compared.

sandstone type uranium deposit；radioactive geophysicalmethod；analysis

P631.6；P619.14

A

1672-0636（2015）01-0046-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.01.009

2014-03-24；

2014-08-31

張 凱（1989—），男，新疆庫(kù)爾勒人，在讀碩士研究生，主要從事地球物理勘探方面的工作。

E-mail:zhangkai19890524@126.com