馬杰，史保胤，謝非，王賧，葉旭陽，芮婷，杜鵬龍，員文強，張文劍

（寧夏回族自治區(qū)核地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021）

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣小馬鞍山地區(qū)，以往鈾礦地質(zhì)工作程度低，僅對1∶200 000 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的鈾礦化異常點進行了查證，且局限于古近系清水營組的膏結(jié)巖型鈾礦化，針對白堊系地層未開展任何鈾礦找礦工作。

課題研究組依托寧夏自然科學基金項目“鹽池縣小馬鞍山氡氣異常與深部鈾礦化關(guān)系研究”，在充分收集整理研究以往各類基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，選擇氡氣濃度異常有利區(qū)塊開展了氡氣濃度剖面測量，獲得了較好的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。

氡（Radon），是一種無色無味的惰性氣體，因其化學性質(zhì)不活潑，多以單質(zhì)形式存在，且未發(fā)現(xiàn)有已知的生物作用［1］，因此氡氣濃度變化特征能夠較好地真實反映地下氣體向地表逸散運移的過程，在環(huán)境監(jiān)測、地震監(jiān)測和鈾礦找礦中得到廣泛應用［2］。氡氣可從地下近千米逸散至地表，研究表明在砂巖型鈾礦床及礦化區(qū)（帶）周圍，有顯著的氡濃度異常暈帶［3-4］。氡氣濃度測量作為一種攻深找盲、經(jīng)濟快速的鈾礦找礦方法，被廣泛地運用于覆蓋層較厚的鈾成礦有利區(qū)，在砂巖型鈾礦找礦中發(fā)揮著極其重要的作用［5-7］。

活性炭吸附測氡法是一種累計吸附測氡方法，該測量方法利用活性炭強吸附能力，吸附土壤（巖石）中的氡及其子體，而后利用專用設(shè)備，測量氡衰變過程中釋放的伽馬射線強度，計算得出氡氣濃度的高低。通過獲取土壤（巖石）中氡濃度的分布信息，進而推測隱伏鈾礦體的賦存情況［8-9］，以達到尋找深部隱伏鈾礦（化）體的目的。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地幅員遼闊、資源豐富，北起陰山、大青山，南抵秦嶺，西至賀蘭山、六盤山，東達呂梁山、太行山，橫跨陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古和山西五省區(qū)，是中國第二大沉積盆地［10］。分析研究鄂爾多斯盆地構(gòu)造發(fā)展演化史及現(xiàn)狀格局，將其劃分為六個一級構(gòu)造單元，即西緣沖斷構(gòu)造帶、天環(huán)坳陷、陜北斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶以及伊盟隆起［11］（圖1）。鄂爾多斯盆地各類礦產(chǎn)資源、能源資源礦種齊全，具有分布范圍廣、資源潛力大、儲量規(guī)模大和經(jīng)濟價值高等特點，是一個富含石油、天然氣、煤炭以及砂巖型鈾礦的大型綜合盆地［12］。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)示意圖（據(jù)參考文獻［13-14］修改）Fig.1 Schematic diagram of structural zonation in Ordos basin

鄂爾多斯盆地形成于鄂爾多斯地臺之上，主要經(jīng)歷了加里東期、印支期和燕山期3 期構(gòu)造運動，為中生代形成的內(nèi)陸型沉積盆地，具有太古界及早元古界雙重變質(zhì)結(jié)晶基底，結(jié)晶基底整體呈東北部高、西南部低的地形地勢形態(tài)，蓋層主要由三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成（圖2）。

圖2 鄂爾多斯盆地地質(zhì)簡圖（據(jù)參考文獻［13-14］及全國1：500 萬地質(zhì)圖修改）Fig.2 Sketch geology map of Ordos basin

鄂爾多斯盆地及周邊的三疊系、侏羅系、白堊系和古近系地層中均賦存有較好的鈾礦化異常層位，尤其是侏羅系、白堊系地層中，先后取得了一系列的鈾礦找礦重大突破，落實了諸多大型鈾礦產(chǎn)地。

鄂爾多斯盆地特殊的大地構(gòu)造位置，為盆地的形成演化提供了良好的儲存空間，使盆地接受了豐富的物質(zhì)來源。盆地經(jīng)歷了早古生代陸表海、晚古生代濱海平原和中生代內(nèi)陸湖盆三大發(fā)育階段［15］，在多旋回疊合古構(gòu)造運動等綜合地質(zhì)作用下，在不同沉積時期、不同沉積環(huán)境下，盆地內(nèi)形成了種類多樣、資源量豐富的能源資源和礦產(chǎn)資源。

鈾礦作為重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源和高效的清潔能源資源，其勘查開發(fā)對國家安全和社會經(jīng)濟發(fā)展都具有重要的意義［12］。鄂爾多斯盆地作為我國北方砂巖型鈾礦最重要的產(chǎn)鈾盆地，賦存有豐富的鈾礦資源，鈾礦賦礦層位主要集中分布于三疊系、侏羅系、白堊系和古近系等地層中，其中砂巖型鈾礦主要分布于侏羅系和白堊系地層中。在盆地東北部東勝至杭錦旗一帶的中侏羅統(tǒng)直羅組落實了皂火壕鈾礦床、納嶺溝鈾礦床和大營鈾礦床，在盆地西南部隴縣地區(qū)的白堊系地層中落實國家灣鈾礦床［16］。此外，在盆地西北部鄂托克前旗毛蓋圖地區(qū)的下白堊統(tǒng)，以及盆地西南部的六盤山地區(qū)、鎮(zhèn)原至靈臺一帶下白堊統(tǒng)地層中，均取得了較大的鈾礦找礦突破，落實查明了一批砂巖型鈾礦產(chǎn)地和鈾礦化點（圖2）。

鄂爾多斯盆地下白堊統(tǒng)集中分布于盆地中西部，展布面積約13.7 萬km2，下白堊統(tǒng)地層在盆地內(nèi)由東向西變厚，最厚可達1 200 m［16］。綜合分析研究前人成果資料，認為盆地西南部的白堊系保安群環(huán)河組—洛河組，具備良好的鈾源、構(gòu)造、砂體、水動力和蝕變等鈾成礦條件，應該作為該地區(qū)鈾成礦找礦的重點目標層位。

2 實驗測量

2.1 選區(qū)研究

研究區(qū)地表均為第四系覆蓋層，覆蓋層厚度一般介于0.5m 至十余米，且具有東薄西厚的特征。以往鉆井資料顯示，下部分布完整的白堊系保安群沉積序列，其中的環(huán)河組—洛河組屬干熱氣候條件下的洪流式河流相沉積，巖性主要為棕紅、暗棕色中粗粒砂巖、礫巖，夾少量泥巖、砂質(zhì)泥巖，砂質(zhì)膠結(jié)，巖石疏松，交錯層理發(fā)育，巖層普遍具有“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，為區(qū)域主要含水層，巖性、巖相穩(wěn)定，層厚度介于215～345 m 之間，砂體厚度介于7～90 m 之間。在研究區(qū)南部彭陽—鎮(zhèn)原一帶鈾礦勘查鉆孔中，該組段賦存有較好的鈾礦（化）體［17］。

研究區(qū)東部小馬鞍山地表見較好的鈾礦化顯示，鈾礦化點產(chǎn)于古近系漸新統(tǒng)清水營組含膏泥巖中，地面伽馬照射量率最高達46.44 nC·（kg·h）-1，異常層位較穩(wěn)定，局部見淺黃綠色次生鈾礦物，表明該區(qū)鈾源豐富。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣鹽池縣油氣田區(qū)，豐富的油氣資源可形成有利的地球化學障，為鈾的還原、富集和成礦提供有利的地球化學條件。

以往調(diào)查成果表明：在研究區(qū)第四系覆蓋區(qū)圈定出較好的氡氣異常區(qū)，為進一步查證該區(qū)氡氣異常逸散分布特征，對研究區(qū)開展了40 、80 和120 cm 不同探坑深度的氡氣濃度變化特征的實驗研究，以推斷解釋研究區(qū)氡氣異常的來源。

2.2 實驗過程

本次實驗數(shù)據(jù)測量采用活性炭累計吸附測氡法，使用測量儀器為HD—2003 活性炭測氡儀，數(shù)據(jù)測量共投入兩臺HD—2003 活性炭測氡儀，兩臺儀器均經(jīng)過國防科技工業(yè)1313 二級計量站的標定，具有合格檢定證書，確保了測量數(shù)據(jù)的準確性。實驗數(shù)據(jù)測量前對兩臺儀器的穩(wěn)定性、一致性進行了檢測，檢測結(jié)果均符合《氡及其子體測量規(guī)范EJ/T 605—91》、《鈾礦勘查中氡及其子體測量規(guī)范EJ/T 605—2018》［18-19］規(guī)范中技術(shù)指標要求，確保了實驗測量數(shù)據(jù)的真實性、可靠性。

2.2.1 實驗吸附器制備

試驗測量工作開始前，對活性炭吸附器進行組裝，具體為25 g 活性炭鋪設(shè)一層絲綿，5 g硅膠干燥劑再鋪設(shè)一層絲綿，組裝為一個活性炭實驗樣品杯，樣品杯與吸附罩捕集器組裝為一個活性炭吸附器。

2.2.2 吸附器埋置

活性炭吸附器埋設(shè)的探坑為柱狀截形探坑，實驗采用便攜式汽油機，帶動10 cm 的螺紋鉆頭進行探坑挖設(shè)，探坑孔徑統(tǒng)一為15 cm 左右，探坑深度分別為40 、80 和120 cm，螺紋鉆進的探坑最大限度地保持了地層的原始狀態(tài)，保證了氡氣逸散的自然特征，且探坑保持了統(tǒng)一的孔徑尺度，使氡氣逸散擴散的空間及擾動因素相一致，保證了實驗測量數(shù)據(jù)的一致性和準確性。將活性炭樣品杯和吸附罩捕集器擰在一起后倒扣在挖設(shè)好的探坑內(nèi)，最后用土埋好壓實，做好標志，活性炭吸附器的埋置時間統(tǒng)一為5 d。

2.2.3 活性炭樣品分析測試

2.2.3.1 樣品本底測量

活性炭樣品本底值是從同批未埋置的活性炭樣品杯中隨機抽取5 個活性炭樣品杯進行測量，測量時間為1 min，取3 次讀數(shù)，5 個樣本的平均測值作為該測區(qū)內(nèi)活性炭樣品的本底參數(shù)，將該數(shù)據(jù)作為HD—2003 活性炭測氡儀中的本底測量參數(shù)（表1）。

表1 活性炭樣品本底測量結(jié)果表Table 1 Measurement results of backgroundin activated carbon sample

2.2.3.2 活性炭樣品測試

活性炭樣品測量場所選擇在本底較低的環(huán)境，樣品測量時放置在鉛室內(nèi)，避免了外界環(huán)境對測量結(jié)果的干擾。野外取回的活性炭樣品，放置3 h 后開始測量，使樣品中釷射氣完全衰變，去除釷射氣對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的影響，實驗數(shù)據(jù)測量均在10 h 內(nèi)完成，避免了氡氣產(chǎn)生衰變對測量結(jié)果的影響。

活性炭樣品取回后，首先擦干凈罩杯上的泥土，按編號順序排列好，逐一完成測量。測量時間為1 min，取2 次讀數(shù)，2 次讀數(shù)的平均值為該樣品的測值。

3 實驗數(shù)據(jù)分析解釋

3.1 實驗數(shù)據(jù)處理

3.1.1 數(shù)據(jù)的分布形態(tài)檢驗

對研究區(qū)參與背景值統(tǒng)計計算的氡氣濃度，去掉其平均值加2倍標準偏差的異常值后，用SPSS軟件（IBM SPSS Statistics 19）進行數(shù)據(jù)正態(tài)分布形態(tài)檢驗，Kolmogorov-Smirnov 和Shapiro-Wilk 兩種檢驗方法的數(shù)據(jù)觀測顯著水平sig值均小于0.05，檢驗結(jié)果均不服從數(shù)據(jù)的正態(tài)分布（表2）。

表2 研究區(qū)背景值數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗Table 2 Normal distribution test of background values in the study area

對參與背景值統(tǒng)計計算的氡氣濃度的對數(shù)，用SPSS 軟件（IBM SPSS Statistics 19）進行數(shù)據(jù)正態(tài)分布形態(tài)檢驗，Kolmogorov-Smirnov 和Shapiro-Wilk 兩種檢驗方法的數(shù)據(jù)觀測顯著水平sig 值均大于0.05，檢驗結(jié)果服從數(shù)據(jù)的正態(tài)分布（表3）。

表3 研究區(qū)背景值的對數(shù)正態(tài)分布檢驗Table 3 Lognormal distribution test background values in the study area

3.1.2 背景值確定

研究區(qū)氡氣濃度背景值的確定由兩部分數(shù)據(jù)構(gòu)成：1）本次實驗測量的探坑深度為40 cm 的氡氣濃度測值；2）該區(qū)以往第四系氡氣濃度測值。本次研究主要針對第四系不同深度的氡氣濃度變化特征，通過對研究區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料的分析研究，該區(qū)均為第四系覆蓋層，地質(zhì)單元為單一的均質(zhì)體，因此以整個研究區(qū)為單位進行背景值的統(tǒng)計計算。

根據(jù)研究區(qū)背景值統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分布形態(tài)檢驗結(jié)果，研究區(qū)背景值確定采用對數(shù)平均值法確定背景，其計算公式如下：

式（1）和（2）［18-19］中：—用對數(shù)平均值法確定的背景值對數(shù)，其反對數(shù)為背景值的真值各測點測得值對數(shù)的總和；n—參加統(tǒng)計的測點數(shù)。

背景值的標準差S′為：

式（3）和（4）［18-19］中：Sg—以對數(shù)形式表示的標準差，其反對數(shù)為標準差的真值S′。

根據(jù)公式（1）～（4）計算得到研究區(qū)氡氣濃度的背景值和標準差（表4）。

表4 研究區(qū)氡氣濃度背景值、標準差統(tǒng)計表Table 4 Statistics on background value and standard deviation of radon concentration in the study area

3.1.3 氡氣濃度場暈劃分

研究區(qū)氡氣濃度場暈劃分為4 個等級，分別為正常暈、偏高暈、高暈和異常暈，按照《氡及其子體測量規(guī)范EJ/T 605—91》規(guī)范要求，分別對4個等級的場暈進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，確定了研究區(qū)氡氣濃度各場暈的劃分界限范圍（表5）。

表5 研究區(qū)氡氣濃度場暈劃分標準及范圍Table 5 Dividing standard and range of radon concentration halos in the study area

3.2 氡氣濃度場暈分布特征

由于研究區(qū)均為第四系覆蓋區(qū)，且通過整理研究該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料，未獲得明顯的線性斷裂等構(gòu)造信息，因此為了更好地控制掌握研究區(qū)氡氣濃度分布特征，剖面布設(shè)采用了兩橫三縱的“井”字形布設(shè)原則，即EW 向的2 條氡氣濃度測量剖面，SN 向的3 條氡氣濃度測量剖面，研究區(qū)共完成氡氣濃度測量剖面5 條，剖面累計長度23.8 km，分別對深度為40、80 和120 cm的探坑進行氡氣濃度實驗測量，共完成氡氣濃度實驗測點357 個，實驗測點點距統(tǒng)一設(shè)定為200 m。

研究區(qū)氡氣濃度普遍較高，通過對不同深度探坑的氡氣濃度進行統(tǒng)計計算，結(jié)果表明：隨探坑深度的增加，氡氣濃度具有明顯的增高趨勢（表6、圖3）。

表6 研究區(qū)氡氣濃度統(tǒng)計表Table 6 Statistics on radon concentration of samples in the study area

圖3 研究區(qū)各樣本不同探坑深度氡氣濃度曲線圖Fig.3 Radon concentration curves of samples at different depths in the study area

研究區(qū)氡氣濃度正常暈、偏高暈、高暈和異常暈分布隨探坑深度變化而變化的特征顯著，但整體呈現(xiàn)為北高南低、中部高兩側(cè)低的變化趨勢。40 cm 探坑所測的氡氣濃度以正常暈和偏高暈為主，僅在測區(qū)中東部分布小范圍孤島狀高暈和異常暈；80 cm 探坑所測的氡氣濃度正常暈分布范圍明顯減小，整個研究區(qū)以偏高暈為主，高暈次之；120 cm 探坑所測的氡氣濃度正常暈幾乎縮減消失，以高暈為主，偏高暈次之，在研究區(qū)中部大范圍出現(xiàn)了氡氣濃度異常暈，異常暈具有一定的帶狀、環(huán)帶狀分布特征，異常暈最長可達2 km（圖4）。

圖4 研究區(qū)氡氣濃度場暈分布圖Fig.4 Distribution of radon concentration field halo in the study area

相關(guān)研究結(jié)果表明：氡氣異常暈的分布，一般與砂巖型鈾礦礦體兩端一致，而鈾礦體正上部一般為氡氣濃度的高暈或偏高暈［20-21］。因此，筆者認為：研究區(qū)鈾礦找礦工作應該以研究區(qū)中部的氡氣濃度異常帶為中心線，向南北兩側(cè)進一步加大探索研究范圍，確定鈾礦體兩端氡氣濃度異常的雙峰線，進而縮小該區(qū)鈾成礦找礦范圍。

3.3 氡氣異常推斷解釋

研究區(qū)地表以第四系風積沙為主，地面伽馬測值均表現(xiàn)為低伽馬照射量率，伽馬照射量率最小測值為0.296 nC·（kg·h）-1，最大測值為1.145 nC·（kg·h）-1，平均測值為0.667 nC·（kg·h）-1，反映了地表覆蓋層的正常伽馬輻射水平，且隨探坑深度的變化，地面伽馬照射量率的變化幅度不大。

通過對比研究區(qū)地面伽馬照射量率和氡氣濃度建立線性關(guān)系，兩組數(shù)據(jù)的分布模式無線性規(guī)律可循（圖5），表明兩者之間相關(guān)性差。

圖5 研究區(qū)地面伽馬照射量率與氡氣濃度散點圖Fig.5 Scatter plot of ground gamma exposure rate and radon concentration in the study area

此外，運用SPSS 軟件（IBM SPSS Statistics 19）對研究區(qū)地面伽馬照射量率和氡氣濃度兩組數(shù)據(jù)，進行雙變量數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，Pearson相關(guān)性系數(shù)為0.037，遠小于數(shù)據(jù)相關(guān)性標準值0.5，顯著相關(guān)性（雙側(cè)）系數(shù)為0.486，遠大于數(shù)據(jù)相關(guān)性標準值0.05（表7）。

表7 研究區(qū)地面伽馬照射量率與氡氣濃度相關(guān)性分析表Table 7 Correlation analysis between ground gamma exposure rate and radon concentration in the study area

數(shù)據(jù)分析結(jié)果亦表明：研究區(qū)地面伽馬照射量率和氡氣濃度之間的相關(guān)性差，對比區(qū)域第四系地面伽馬放射性強度特征，研究區(qū)地面伽馬放射性強度均為第四系本底測值，無放射性礦化異常顯示，表明地面放射性核素（鈾、鐳）衰變［22］對研究區(qū)氡氣濃度的貢獻值較少，研究區(qū)氡氣濃度異常特征主要由地下深部逸散而來。

4 結(jié) 論

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣鈾成礦遠景區(qū)（帶），已查明落實諸多鈾礦床及礦產(chǎn)地，具備較好的鈾成礦找礦前景，結(jié)合本次工作，有以下幾點粗淺的認識：

1）研究區(qū)具有較好的氡氣濃度異常顯示，初步確定研究區(qū)氡氣濃度并非地表放射性核素引起，主要由地下逸散而來，判定研究區(qū)深部可能存在較大的隱伏鈾礦（化）體。

2）研究區(qū)具備良好的鈾源、砂體、水動力以及鈾成礦地球化學障等成礦條件，對比周邊地區(qū)已取得的鈾礦成果，可將白堊系保安群環(huán)河—洛河組作為研究區(qū)鈾成礦找礦的重點目標層位，適時部署一定工作量的鉆探任務(wù)，對研究區(qū)氡氣異常區(qū)的深部鈾礦化特征進行查證，力爭在該區(qū)取得鈾礦找礦重大突破。