曹秋義， 山 亞， 馮 博， 張 恩， 盧輝雄， 楊彥超

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，石家莊 050002 ;2.中核集團(tuán)公司 鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，石家莊 050002)

0 引言

目前在我國鈾礦勘查工作中，勘查儀器多以采用NAI晶體為主，該晶體應(yīng)用較為廣泛。RS-230型手持式能譜儀是目前國內(nèi)、外采用BG0(鍺酸鉍)為閃爍晶體的能譜儀[1]，因其測(cè)量精度高、使用便捷等特點(diǎn)，在近年來逐漸被廣泛使用。筆者通過使用該儀器進(jìn)行地面伽瑪能譜測(cè)量，并采用牛頓迭代法，對(duì)地面伽瑪能譜提供的U、TH、K含量數(shù)據(jù)[2]進(jìn)行了處理和異常提取，分析了兩個(gè)地區(qū)的地面伽瑪能譜分布特征，預(yù)測(cè)了找礦靶區(qū)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了該儀器在鈾礦找礦中的適用性。

1 使用儀器

RS-230型能譜儀是從美國引進(jìn)的多功能能譜儀，被廣泛地應(yīng)用于放射性直接找礦、地質(zhì)填圖、尋找與放射性元素共生或伴生的資源、環(huán)境放射性評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)采用BG0(鍺酸鉍)為閃爍晶體的能譜儀，能量相應(yīng)30 kev～3 000 kev。其靈敏度高出同體積的碘化鈉晶體的50%，具有直接的可讀測(cè)量、化驗(yàn)掃描、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、全天候氣象保護(hù)等功能[1]。該系統(tǒng)與車載、機(jī)載能譜儀等相比，具備以下優(yōu)勢(shì):①工作平臺(tái)簡(jiǎn)便，無需復(fù)雜配套設(shè)施；②適用條件廣，對(duì)車載等無法到達(dá)的林區(qū)地形，人工測(cè)量即可；③靈敏度高，適用于詳查等工作，可對(duì)大比例尺的地區(qū)進(jìn)行勘查。

2 處理方法

本次兩個(gè)研究區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)均采用牛頓迭代法進(jìn)行處理。牛頓迭代法是一種不斷利用變量的舊值遞推新值的過程，與“直接法”的一次解決問題不同，它經(jīng)過三個(gè)方面的工作：①確定變量；②建立迭代關(guān)系；③對(duì)迭代關(guān)系進(jìn)行控制，最終形成一套處理數(shù)據(jù)[3]。牛頓迭代法通過無限循環(huán)剔除，對(duì)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算較準(zhǔn)確，重點(diǎn)突出異常值，該方法對(duì)尋找異常高值效果直接，因此被廣泛使用于鈾礦勘查工作中。

圖1 磨石山地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the Moshishan area

3 磨石山地區(qū)應(yīng)用實(shí)例

3.1 地質(zhì)概況

磨石山地區(qū)位屬黑龍江省嘉蔭縣，整體位于興凱湖—布列亞山地塊區(qū)一級(jí)構(gòu)造單元中的佳木斯隆起帶[4]，區(qū)內(nèi)多為林區(qū)淺覆蓋、半沼澤。該區(qū)火山巖發(fā)育，主要分布為白堊統(tǒng)寧遠(yuǎn)村組(K1n)陸相酸性火山巖[5]，巖性為流紋巖、流紋質(zhì)角礫熔巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r及少量松脂巖(圖1)。其中寧遠(yuǎn)村組流紋巖為該區(qū)主要巖性，分布范圍較廣，流紋質(zhì)角礫熔巖多呈橢圓狀集中分布研究區(qū)東南部。流紋質(zhì)凝灰?guī)r及松脂巖分布面積較小，呈不規(guī)則條帶狀分布，在區(qū)內(nèi)東南部和北西部可見[6]。

3.2 研究區(qū)地面放射性特征

筆者采用牛頓迭代法對(duì)區(qū)內(nèi)鉀、鈾、釷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因鈾釷比值是常用的能譜特征參數(shù)[7]，本次對(duì)鈾釷比值也進(jìn)行了處理(圖2)，由圖2可知,本區(qū)地表鉀含量最高為5.2×10-2，鈾含量最高為15.3 ppm，釷含量最高為26.2 ppm，區(qū)內(nèi)鉀、鈾、釷元素分布規(guī)律明顯，鉀、鈾、釷均集中分布于區(qū)內(nèi)中南部，在東北側(cè)呈點(diǎn)狀零星分布。該區(qū)中南部高值區(qū)整體呈北西-南東走向展布特征，周邊鉀、鈾、釷含量明顯降低，經(jīng)檢查工作證實(shí)，該特征與中南部流紋巖出露情況有關(guān)。該區(qū)鉀、鈾、釷元素含量重疊性好，鈾釷比值在東南部呈星散狀分布。

3.3 地面放射性信息提取和疊加

對(duì)研究區(qū)內(nèi)鉀、鈾、釷三元素異常信息進(jìn)行了提取，異常提取以該區(qū)單元素平均含量值加上三倍均方差為異常下限，提取依據(jù)見表1，并將鉀、鈾、釷元素異常信息(異常暈以上信息)進(jìn)行疊加，得到元素異常分布圖(圖3)。

常點(diǎn)位于鈾異常、鉀異常重合區(qū)。

圖2 磨石山地區(qū) 鉀、鈾、釷及鈾釷比等值平面圖Fig.2 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Moshishan area(a)鉀含量分布圖;(b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比值分布圖

巖石(地層)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新統(tǒng)4.381.280.2911.552.350.201.690.470.28流紋巖3.461.320.3910.642.550.241.800.520.29流紋質(zhì)角礫熔巖3.381.060.3111.022.090.19.1.880.470.25流紋質(zhì)凝灰?guī)r3.190.470.159.461.230.131.590.210.13松脂巖3.340.490.1510.112.320.231.580.150.09全區(qū)3.390.990.2910.582.290.221.750.440.25

3.4 綜合研究與靶區(qū)預(yù)測(cè)

研究區(qū)內(nèi)鈾異常點(diǎn)和鈾異常帶均位于鈾單元素異常的分布區(qū)，附近釷異常分布較少，顯示區(qū)內(nèi)異常多為純鈾異常，該區(qū)釷元素主要位于流紋巖出露區(qū)，其多來源于深部火山熱液。鉀異常零星分布，鈾異常多位于斷裂構(gòu)造周圍，后經(jīng)地質(zhì)查證，該處硅化、褐鐵礦化等蝕變現(xiàn)象明顯，巖石較破碎。對(duì)異常帶進(jìn)行了槽探揭露工作，發(fā)現(xiàn)該區(qū)鈾異常附近普遍存在“紅化”現(xiàn)象，化學(xué)分析顯示該處，鈾含量最高達(dá)181 ppm，具備較好的找礦潛力。綜合該區(qū)鈾異常特征及查證工作，進(jìn)行了成礦預(yù)測(cè)[8]，預(yù)測(cè)了2處找礦靶區(qū)(圖3)。

圖3 磨石山地區(qū)元素異常分布圖及找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)圖Fig.3 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Moshishan area(a)鉀含量分布圖; (b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比值分布圖

4 奮斗地區(qū)應(yīng)用實(shí)例

4.1 地質(zhì)概況

奮斗地區(qū)位于黑龍江蘿北縣境內(nèi)，大地構(gòu)造匣置為興凱湖-布列亞山地塊區(qū)老爺嶺地塊佳木斯隆起帶的北緣[9]，區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖發(fā)育，地層主要為古元古界興東巖群斜長(zhǎng)片麻巖、花崗片麻巖、云母石英片巖、大理巖和偉晶巖(圖4)，其中斜長(zhǎng)片麻巖主要分布于研究區(qū)北部，花崗片麻巖主要位于研究區(qū)南西部，偉晶巖多呈脈狀或透鏡體分布，主要發(fā)育于花崗片麻巖中，大理巖僅出露于研究區(qū)北西部一處，云母石英片巖于研究區(qū)中東部零星出露。

4.2 研究區(qū)地面放射性特征

采用牛頓迭代法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(圖5)，由圖5可知，本區(qū)地表鉀含量最高為5.4×10-2，鈾含量最高為12.6 ppm，釷含量最高為52.1 ppm，區(qū)內(nèi)鉀、鈾、釷元素分布規(guī)律明顯，整體呈北低南高特征，元素異常主要分布于測(cè)區(qū)南部，呈明顯北西向條帶狀展布特征，中部和北部，一般鉀、鈾、釷元素含量相對(duì)較低，在大理巖分布區(qū)附近鉀含量、含量明顯升高，鈾含量略見上升，鈾釷比值在北部呈零星點(diǎn)狀分布。

4.3 地面放射性信息提取和疊加

對(duì)研究區(qū)內(nèi)鉀、鈾、釷三元素放射性信息進(jìn)行了異常提取，提取依據(jù)見表2，并將異常信息(異常暈以上信息)進(jìn)行疊加，得到元素異常分布圖(圖6)。

圖4 奮斗地區(qū)地質(zhì)圖Fig.4 Geological map of the Struggle area

圖5 奮斗地區(qū) 鉀、鈾、釷及鈾釷比值等值平面圖Fig.5 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Struggle area(a)鉀含量分布圖;(b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比分布圖

圖6 奮斗地區(qū)元素異常分布圖及找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)圖Fig.6 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Struggle area

巖石(地層)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新統(tǒng)4.241.420.3414.736.730.461.910.840.44花崗片麻巖4.561.450.3215.005.650.381.920.630.33斜長(zhǎng)片麻巖3.860.990.2612.464.220.341.710.560.33大理巖3.991.080.2713.356.070.451.730.990.57云母片巖4.181.280.3110.62.980.281.560.500.32偉晶巖4.721.700.3515.766.400.412.060.790.39全區(qū)4.281.360.3214.175.780.411.850.700.38

根據(jù)放射性異常信息對(duì)本區(qū)異常進(jìn)行圈定，劃分了鈾異常帶1條，異常點(diǎn)1個(gè)。該區(qū)異常主要分布于研究區(qū)南部，整體呈北西向條帶狀展布。異常附近可見高嶺土化、褐鐵礦化等弱蝕變，全區(qū)鈾含量最高值位于UF01處，為12.6 ppm，該處鉀、鈾、釷元素異常均見分布，西北部大理巖分布區(qū)附近見釷、鉀元素異常重疊，未見鈾元素異常。

4.4 綜合研究及靶區(qū)預(yù)測(cè)

奮斗地區(qū)UF01鈾異常點(diǎn)鈾含量為12.6 ppm，釷含量為72.3 ppm，為鈾釷混合異常點(diǎn)，該異常點(diǎn)伴有的鈾高暈、鈾偏高暈范圍較大。伴生褐鐵礦化、高嶺土化等弱蝕變。UF02鈾異常帶呈北西向展布，呈橢圓狀，鈾含量平均值約為5.8 ppm，最高值鈾含量值達(dá)10.6 ppm，釷含量為24.7 ppm，為純鈾異常，該鈾異常帶分布較廣，伴生褐鐵礦化、高嶺土化，為弱蝕變強(qiáng)度。

該區(qū)兩處鈾異常點(diǎn)(帶)均位于興東巖群片麻花崗巖中，明顯受北西向構(gòu)造破碎帶控制，附近蝕變較常見?；瘜W(xué)分析鈾含量最高達(dá)25 ppm，具備較好的找礦潛力。根據(jù)鈾異常特征，預(yù)測(cè)了2處找礦靶區(qū)(圖6)。

5 結(jié)論

通過使用RS-230型能譜儀，在黑龍江磨石山、奮斗兩個(gè)地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例和效果可知：

1)使用RS-230型能譜儀可以取得較好的找礦效果。

2)應(yīng)用牛頓迭代法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以較好地查明研究區(qū)的地面放射性分布規(guī)律及特征，圈定找礦靶區(qū)。

3)磨石山地區(qū)鈾異常產(chǎn)于寧遠(yuǎn)村組破碎流紋巖中，構(gòu)造發(fā)育，蝕變明顯。存在鈾異常點(diǎn)(帶)各一處，具備火山巖型找礦潛力。

4)奮斗地區(qū)鈾異常位于興東巖群花崗片麻巖中，鐵礦化、高嶺土化等弱蝕變常見，具備變質(zhì)巖找礦前景。

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