姜濤，李偉林

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關 512029）

210Po 法測量已廣泛應用于鈾礦找礦、石油天然氣勘查、地質構造圈定、地熱資源評價等領域。210Po 是氡氣衰變產生的長壽命子體，極易吸附在土壤、沉淀物等物質的表面而形成穩(wěn)定的膠體物質，在破碎帶、巖層等上方的土壤中形成膠體后就不易活化遷移［1］。由于210Po半衰期較長、地球化學性質不活潑的特性，210Po 較氡氣的其他衰變子體更便于及時分析測量，土壤樣品中210Po 的含量能精確表征其母體物質——氡氣的含量［2］。賦存在地下深部的鈾礦體是釋放氡氣的母體物質，巖石中也具有一定量的放射性物質，因而210Po 的含量異常能較好地反映地下深部的鈾礦體和構造帶。

1 地質背景

南嶺中段青嶂山礦集區(qū)處于華南褶皺系閩贛粵加里東褶皺帶的南西緣，是構造、巖漿、鈾多金屬成礦作用長期活動的地區(qū)。區(qū)域地層主要分布有震旦系淺海相類復理石建造的中-淺變質巖系和寒武系的淺海相類復理石碎屑巖建造的淺變質巖系［3］。少量分布有奧陶系的淺海相筆石頁巖及碎屑巖建造、中泥盆統(tǒng)-石炭系的淺海-濱海相碎屑巖、碳酸鹽建造、晚白堊世-古近紀的陸相紅色碎屑巖建造。區(qū)內主要斷裂構造為南雄斷裂和江頭斷裂兩條控盆斷裂。諸廣山復式巨型巖體是研究區(qū)內的主體巖體，該巖體經加里東期、華力西期、印支期和燕山期等多期次巖漿活動而形成，加里東期、印支-燕山早期的巖漿侵入活動最為活躍，構成巖體的主體，成巖年齡為（388～105）Ma［4］。

青嶂山礦集區(qū)位于北東向江頭斷裂的上下盤，上盤為南雄盆地，下盤為諸廣山巨型復式巖體的青嶂山巖體。南雄盆地主要出露地層為上白堊統(tǒng)南雄組（K2n）和古近系（E）［5］。南雄組（K2n）主要巖性為紅色花崗質砂礫巖、砂巖和粉砂巖等；古近系（E）主要巖性為砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖和泥灰?guī)r等。江頭斷裂帶長60 km 左右，在研究區(qū)北部蚊坑一帶出露寬度3～4 m，產狀為315°∠69°。于江頭鎮(zhèn)一帶被白堊紀紅層所掩蓋，在天湖洞以北，又切穿了白堊紀地層，充填物有硅質角礫巖、硅化碎裂巖、硅化糜棱巖。南雄斷裂帶西至廣東省仁化縣長壩南端，走向范圍為NE40°～70°，北東向延伸經過南雄北部至廣東省信豐縣境內，傾向SE，早期面理傾向與晚期斷裂面傾向均為55°～60°，沿南雄斷裂帶發(fā)育大量硅化碎裂巖、斷層角礫巖等脆性變形形成的碎裂巖系列［6］。青嶂山巖體為諸廣山巖體的一部分，具有明顯的多旋回活動特點，即加里東-印支-燕山期侵入活動，其中以印支期花崗巖為主。印支期花崗巖為青嶂山巖體主體，其巖性、礦物、結構、物質成分均帶有明顯的相變性。中心相為粗粒斑狀黑云母花崗巖，主要分布在黃沙斷層以北地區(qū)；過渡相為中粒二云母花崗巖，出露于黃沙斷層以南地區(qū)；頂部相 （包括邊緣相）一般出露在巖體南部高山頂及巖體邊部，巖性以細粒和中細粒二云母花崗巖為主（見圖1）。

圖1 青嶂山礦集區(qū)地質簡圖（據參考文獻［7］修改）Fig.1 Geology sketch of Qingzhangshan mineralization cluster（modified after reference［7］）

2 方法原理

210Po 方法的物理基礎：238U 的放射性衰變中唯一的氣體產物且能夠通過巖層向地表擴散的222Rn，在它經過3 次α 衰變和2 次β 衰變形成210Pb 后，再經過2 次β 衰變后產生的。由于238U 不斷衰變形成氡，氡氣到達地表后不斷積累與衰變，因而形成了與氡基本處于放射性平衡的210Po。由于210Po 在近地表受氣候影響較小，因而可通過測定的氡衰變子體210Po 的α 射線強度的方法來確定土壤中210Po的含量，進而反映取樣點的氡濃度。210Po 的半衰期較長且具有較強的α 輻射，可在實驗室中通過電化學置換反應將土壤浸取后的鹽酸溶液中的210Po 有效地置換出來，即可得到樣品中210Po 含量［8］。

實驗室中電化學置換釙原理：Po4＋/Po 的標準電勢在電位序中位于碲元素和銀元素之間，因此釙可直接鍍在銀以及比銀電位更低的鎳、銅等金屬上。銅元素置換210Po 的電化學反應方程式為：

3 樣品采集與分析

3.1 樣品采集

為全面分析研究區(qū)內的放射性異常分布特征與規(guī)律、進一步探明南雄盆地與青嶂山巖體之間的接觸關系、圈定該區(qū)內具有較大鈾礦找礦潛力的區(qū)域，優(yōu)選找礦靶區(qū)，在研究區(qū)內按500 m×200 m 的網度，共采集土壤樣品4311 個。

野外采樣定點采用GPS 結合地形圖或測量網的定點方法。研究區(qū)主要由兩個部分組成，北部為南雄盆地，南部為青嶂山花崗巖體，因此，測網布設必須考慮成礦地質條件與地貌特征。在平原地區(qū)，測線方向應大致垂直含礦巖層或含礦構造走向；在地形復雜地區(qū)，也可根據網度，以0.1 km2為一個采樣單元采集樣品。樣品預處理內容有樣品干燥、擊碎、搗碎、過篩、拌勻、稱重、縮分、填寫紙樣袋樣號、填寫送樣單、裝箱等。樣品一般在通風處自然陰干，干燥后的樣品用木槌敲打或乳缽搗碎固結顆粒；過40 目篩，充分攪拌均勻，取100 g 裝于樣品袋中，在袋上標注樣品號碼，送入實驗室分析。采用的分析方法為自沉積法，檢出限為0.01 Bq/kg。

3.2 樣品分析

土壤樣品在自然狀態(tài)下陰干后，在乳缽中研磨成細粉末，經過60 目篩；取1～3 g 樣品，倒入15 mm×150 mm 干燥試管中；沿試管壁滴加0.5～1.0 ml 鹽酸，將試管中所有樣品全部濕潤，在烘烤箱105 ℃下干燥；取出2 g 事先浸泡在水中的玻璃纖維，擠去玻璃纖維中的水并將其塞入試管的開啟端；將試管樣品端插入管狀電爐，但需將玻璃纖維端漏在管狀電爐外，應用電爐加熱到500 ℃并保持30 min 后，取出試管冷卻；用玻棒拔出塞入試管開啟端的玻璃纖維并置于150 ml 燒杯中，并用滴管將40 ml 0.5 mol/L 的熱鹽酸溶液淋洗試管開啟端的內壁，淋洗液導入盛玻璃纖維的燒杯中；在電爐上加熱燒杯10 min，乘熱過濾燒杯中的溶液，同時用玻棒把玻璃纖維中的溶液擠壓出來，加入20 ml 0.5 mol/L鹽酸，重復上述步驟；把兩次溶液收集在已裝好銀片的玻璃沉積瓶中，加入200 ml 抗壞血酸和0.5 ml 25%鹽酸聯胺，以消除三價鐵和其他可能的重金屬離子的干擾。

通過測量銀片在低本底測量儀上的a 計數，按公式（2）計算土壤中210Po 的含量：

式中：A—樣品中210Po 的含量放射性強度，pCi/g；n—被測樣品的凈計數率，cph；f—總計數率；Y—210Po 的化學回收率；W—分析時所取土壤量，g。

4 數據處理與成果圖件繪制

在傳統(tǒng)的化探數據處理方法中，在概率分布的基礎上確定背景值，典型的處理方法有移動標準化法、襯度系數法、拐點法、經驗對比法等［9］。多年來，化探數據的處理應用小波分析原理［10］、分形理論［11-13］也比較常 見。近些年來，一種分形趨勢面插值方法被提出，其基礎是應用分形理論與趨勢面分析方法相結合，為化探數據處理中弱信息的提取指明了新的方向。

研究區(qū)210Po 含量表現有區(qū)域性的降低或者增高的趨勢，究其原因為成礦成巖時的溫度、壓力、巖性、區(qū)域成礦規(guī)律等因素的影響，加之南雄盆地與青障山巖體本身的地質背景就不相同，所以，采用同一標準作為整個研究區(qū)異常下限或者背景上限，而忽略210Po 元素在地殼中的趨勢性或者區(qū)域性的變化，以及青障山巖體與南雄盆地的差異，是很不科學的做法，利用趨勢面分析方法可以很大程度地解決背景下限值采用統(tǒng)一標準帶來的問題［14］。

某事物的觀測值由隨機因素疊加值、局部性變化值和區(qū)域性變化值組成。隨機因素疊加值是由隨機干擾因素造成的；局部性變化值由局部范圍內的變化特征引起，在210Po法測量中，該部分變化值反映了地下深部的鈾礦體和斷裂破碎帶；區(qū)域性變化值表征總體的規(guī)律性變化，在210Po 法測量中，該部分變化值反映了區(qū)域巖體、區(qū)域構造、區(qū)域背景等［15］。觀測值的表達式如（3）所示。

其中，Zi為某事物的觀測值；ei為隨機因素引起的疊加值；Ni反映局部性變化；Ti反映區(qū)域性的變化。

趨勢面分析方法將210Po 法觀測值分為局部分量和區(qū)域分量兩部分，其中局部分量包括Ni和ei兩部分，真正具有地質意義的為局部分量Ni，利用趨勢面分析方法進行解譯210Po 法數據的程序分為兩步，第一，觀測值分為區(qū)域分量和局部分量，第二在局部分量里面劃分出隨機因素ei和具有真正意義的局部分量Ni。

在210Po 原始測量值中，個別210Po 含量高值會對趨勢面的整體形態(tài)產生影響，甚至會造成趨勢面失真，因而210Po 原始測量值的預處理是趨勢面分析的關鍵所在。對210Po 原始測量值進行數據預處理時，一般情況下應用累計頻率95%處的分位值代替高值的臨界值，用臨界值代替高于臨界值的210Po 原始測量值。

某采樣點的210Po 原始測量值與該點趨勢值之差為剩余值。若剩余值低于趨勢值，則該采樣點的剩余值為負數，反之則剩余值為正數。分別計算出每個采樣點的210Po 原始測量值的剩余值，并按照合適的區(qū)段間隔繪制出剩余值等值線圖。此處應該注意一個問題，局部異常不等于剩余值，差別在于，局部異常分量與噪音之和為剩余值，即ΔZi＝Ai＋Ri，想要得到每個觀測值的局部異常分量Ai，要在剩余值ΔZi當中剔除噪音Ri。大量實踐經驗表明，剩余值的意義體現在正剩余值，區(qū)域性規(guī)律增高體現了210Po 的富集，正剩余值體現了210Po 異常；隨機因素疊加值的計算方法為正剩余值平均值法［16-18］：

式中：M 為正剩余值的數量；ΔZi＋為第i 個點的正剩余值。

某觀測點的異常分量值可用從ΔZi＋當中剔除Ri的方法獲得，繪制出異常分量等值線圖，圈定目標元素異常分布特征。

趨勢面分析方法運用的是IBM 公司推出的SPSS（Statistical Product and Service Solutions），通過excel 表格將每個觀測的坐標、觀測值導入SPSS 軟件，選擇趨勢面分析方法，經過計算，可以自動輸出處理結果數據表格，具體為趨勢面回歸方程系數、趨勢面次數、觀測值、觀測點坐標、剩余值、趨勢值、正剩余平均值、總體平均值、殘差平方和、總離差平方和、檢驗值、擬合度及運算時間。利用剩余值減掉噪音 （正剩余平均值），即可通過軟件繪制出異常分量等值線圖（具體計算過程是通過軟件處理后完成的，但由于數據量巨大，無法給出，這里僅給出計算結果）。

為追索210Po 的分布模式其地質意義，消除不同背景值的影響，分別基于南雄盆地和青嶂山巖體的區(qū)域趨勢分量值計算襯度值（襯度值等于測量值除以區(qū)域趨勢分量背景值），更加清晰表達210Po 含量的異常濃集趨勢，繪制了210Po 異常分量襯度等值線圖，襯度等制圖能消除不同背景值的影響（見圖2）。

在青嶂山巖體內，210Po 在歐洞斷裂以南以偏低暈、低暈產出；在江頭斷裂以南、歐洞斷裂以北的大部地區(qū)以偏高暈、增高暈以及異常暈產出，在西隴、江頭等地區(qū)具有多個明顯的濃集中心（圖3）。由地質資料可知，青嶂山巖體主體為燕山期早期第一階段中粗粒斑狀黑云母花崗巖和燕山期早期第三階段中細粒黑云母花崗巖，后期有較多的石英正長巖，花崗斑巖脈、花崗閃長巖、中基性巖脈侵入和多次構造熱液活動，形成不同方向的巖脈分枝復合、穿切分布的復雜局面。巖體內花崗巖中放射性核素含量高是210Po 以偏高暈、增高暈產出的主要原因，也是鈾元素富集成礦而具有異常暈、異常點產出的主要原因。以襯度值繪制的等值圖（圖2）顯示，南雄盆地中的中村地區(qū)等異常面積有所增大，而青嶂山巖體內的西瀧地區(qū)、江頭地區(qū)等異常濃集面積有所減小。

總體而言，南雄盆地210Po 呈現低背景值的分布，局部 （中村地區(qū)）因鈾元素富集而形成較大的210Po 濃集中心的分布模式；青嶂山巖體210Po 呈現高背景值的分布特征，具有多個210Po 濃集中心的分布模式。

5 異常指示意義探討

5.1 江頭地區(qū)（I-1）異常區(qū)找礦指示意義

圖2 210Po 異常分量襯度等值線圖Fig.2 Contour map of contrast 210Po anomaly

圖3 210Po 測量異常圖Fig.3 Anomaly map of measured 210Po

該異常位于江頭地區(qū)，與江頭（273）礦床位置吻合，最高異常值達55.2 Bq/kg，平均異常 值26.4 Bq/kg，襯度為4.6，異常面暈積11.9 km2，異常點面積1.23 km2，異常面積由20 個測點控制。該異常具有2 個明顯的逐步濃集中心，其中較大的異常濃集中心范圍內分布有273-2、273-3、273-5 等礦點及2113礦點；較小的異常濃集中心范圍內分布有江頭（273）礦床的273-1 礦點。區(qū)內巖性主要為中粒小斑狀黑云母花崗巖、細粒花崗巖；區(qū)內存在一組東西向以1 號帶為主硅化帶和一組北西向以6 號帶為主的輝綠巖脈，成礦環(huán)境優(yōu)越，前人在273-5、273-6 礦點探明的礦體賦存在1 號帶內，在273-1 礦點探明的鈾礦體賦存在北西向輝綠巖脈內，而與2113 礦點對應的6 號輝綠巖脈工作程度較低。

210Po 是深部鈾元素及其子體向地表遷移的產物，210Po 的異常是深部鈾元素富集的直接反映，江頭地區(qū)1 號帶、北西向輝綠巖脈的勘查深度均較淺，而處于異常濃集中心的6號輝綠巖脈更是工作程度較低。綜合江頭地區(qū)成礦環(huán)境和210Po 異常情況，I-1 異常區(qū)找礦前景巨大。

5.2 西瀧地區(qū)（I-2）異常區(qū)找礦指示意義

該異常位于西瀧地區(qū)，最高異常值為185.3 Bq/kg （本次210Po 測地的最高異常值），平均異常值31.7 Bq/kg，襯度為5.6（本次210Po測得的最高異常襯度值），異常面積11.0 km2，異常點面積2.76 km2（本次210Po 測得的最大異常點面積），異常面積由41 個測點控制。該異常具有明顯的異常濃集中心，濃集中心范圍內存在前人發(fā)現的1048、7601、7602 等多個鈾礦化點。該異常地段巖性為中細粒黑云母花崗巖、花崗閃長巖；出露的斷裂有NE 向西瀧斷裂帶及近SN 向次級構造帶，具有較好的鈾成礦地質條件。

位于西隴地區(qū)的棉土窩銅、鎢多金屬礦床范圍內，210Po 異常值高，深部具有較高的鈾-多金屬找礦前景。7601、7602 等鈾礦化點處于南北向斷裂和北西向輝綠巖脈中或是它們的交匯處，上述地段深部具有較大的找礦潛力。

6 異常查證

6.1 江頭地區(qū)（I-1）210Po 異常查證

在該地區(qū)部署了9 條剖面，點距20 m，異常處點距加密至10 m。所有測線均開展了伽馬能譜、土壤氡氣測量，重點測線還開展了分量化探測量、AMT 測量。江頭273-1、273-5、273-6 地段綜合物探平面、剖面圖見圖4。

該工作區(qū)的圍巖主要為中粒小斑狀黑云母花崗巖、細?；◢弾r。巖體內放射性本底高，可以為鈾礦的富集提供足夠的 “鈾源”。硅化斷裂帶廣泛發(fā)育，輝綠巖脈縱橫交錯，賦礦環(huán)境極其優(yōu)越。

區(qū)內各鈾礦點等物化探異常均分布于區(qū)內斷裂帶或輝綠巖脈內。幾乎所有的能譜鈾和土壤氡氣和分量鈾異常大都受輝綠巖脈控制，其次是硅化破碎帶。能譜鈾、土壤氡、分量鈾在北西西向輝綠巖脈處異常顯著，異常均分部在輝綠巖脈上方，而江頭（273）礦床最大的鈾礦體273-1 也是分布在該組輝綠巖脈內，結合江頭地區(qū)AMT 測量反演結果（圖5），認為推斷隱伏構造深部延伸情況良好，成礦環(huán)境極其優(yōu)越，找礦前景較好。

6.2 西瀧地區(qū)（I-2）210Po 異常查證

I-2 異常內的210Po 濃集中心處開展了2 條剖面測量，伽馬能譜測量未捕獲較高的異常值，全區(qū)能譜鈾含量最高值為12.67×10-6，說明工作區(qū)內淺部鈾礦化線索較少，淺表部不是探尋鈾礦的重點。土壤氡氣異常在JT17、JT18 剖面（圖6）均有分布，最大值出現在JT17剖面平距300 m 處，濃度值為271 984 Bq/m3，該處氡氣異常與7603 異常點對應，顯示了該異常點深部具有非常好的找礦前景。另外，在JT18 剖面平距80 m 處，捕獲的氡氣異常濃度值為252 760 Bq/m3，該處氡氣異常與7601異常點對應，顯示了該異常點深部也具有一定的找礦前景。

圖4 江頭地段綜合物探平面剖面圖Fig.4 Layout of sections of different geophysical survey method in Jiangtou Sector

圖5 江頭地區(qū)AMT 測量反演結果Fig.5 Inversion results of AMT Survey In Jiangtou sector

圖6 西隴地段綜合物探平面剖面圖Fig.6 Layout of sections of different geophysical survey method in Xilong Sector

結合西瀧地區(qū)AMT 測量反演結果（圖7），認為推斷隱伏構造深部延伸情況良好，深部放射源十分充足，成礦環(huán)境優(yōu)越。

圖7 西瀧地區(qū)AMT 測量反演結果Fig.7 Inversion results of AMT Survey in Xilong sector

7 鉆探工程驗證

通過在江頭、西瀧地區(qū)異常區(qū)內開展深部鉆探工程揭露（鉆孔位置見圖4、圖6），分別布設鉆孔zk12-1，方位為210°、傾角75°、孔深105 m，見到有品位0.0501%，厚度0.80 m的工業(yè)礦段；zk12-2，方位為210°、傾角75°、孔深210 m，見到有品位0.0513%，厚度3.60 m 的工業(yè)礦段；zk23-1，方位為130°、傾角75°、孔深120 m，見到有品位0.0514%，厚度1.80 m 的工業(yè)礦段；zk23-2，方位為130°、傾角75°、孔深105 m，見到有品位0.0558%，厚度1.10 m 的工業(yè)礦段（圖8、圖9）。

8 結論

1）在粵北花崗巖型鈾礦找礦中，趨勢面分析消除了不同鈾含量的地質背景對提取210Po 放射性異常的影響；

2）在粵北花崗巖型鈾礦找礦中，210Po 法與地面伽馬能譜、氡氣測量、AMT 組合應用對尋找花崗巖區(qū)深部隱伏礦體具有良好的效果；

圖8 江頭地區(qū)12 號勘探線鉆孔剖面圖Fig.8 Exploration Section 12 in Jiagntou sector

圖9 西瀧地區(qū)23 號勘探線鉆孔剖面圖Fig.9 Exploration Section 23 in Xilong sector

3）210Po 法在花崗巖型鈾礦勘查中具有較大的指導意義。