砂岩型铀矿找矿中物化探测量方法应用评述及建议

赵希刚，张云宜，赵翠萍，贺建国

（核工业203研究所，陕西 咸阳，712000）

砂岩型铀矿找矿中物化探测量方法应用评述及建议

赵希刚，张云宜，赵翠萍，贺建国

（核工业203研究所，陕西 咸阳，712000）

介绍了铀矿找矿中物化探方法的应用效果，分析不同物化探方法的找矿历程，评述了物化探测量方法在中新生代沉积盆地中寻找砂岩型铀矿的有效性和适宜性，认为物化探测量方法不但是寻找砂岩型铀矿投资少、见效快，需要加强的工作，而且其在解决基础地质问题和研究铀成矿环境方面也能发挥作用，并对今后开展砂岩型铀矿找矿工作的方法选择及工作部署提出意见和建议。

物化探测量方法；评述及建议；砂岩型铀矿

我国50余年来的铀矿找矿实践证明，物化探测量方法在铀矿找矿勘探中起到了重要作用。近20年来，在西北地区多个盆地中先后找到并落实了多个有价值的大型砂岩型铀矿床。通过分析已有的物化探方法的找矿历程发现，这些矿床是在原有放射性物化探方法（地面γ测量、氡气测量、γ能谱测量、地球化学找矿等）测量发现异常的基础上，利用砂岩型铀矿成矿理论，经过进一步勘查而落实的。通过对铀矿找矿过程中的物化探方法进行全面客观的评价，提出有效的物化探组合方法，多快好省地为铀矿找矿（放射性物化探方法）或基础地质研究（普通物探方法）提供参考信息。

1 铀矿找矿中不同物化探测量方法的应用评述

1.1 地面γ测量

地面γ测量是应用时间最长、使用范围最广、最经济的铀矿找矿方法之一，适用于区调、普查、详查各个找矿阶段。在盆地区寻找中新生代盆地砂岩型铀矿化中，地面γ测量受地表土壤盖层的影响，限制了其作用的发挥，实际上盆地中第四系的覆盖区内存在现代冲沟、陡坎和正地形地貌地段基岩露头，以及铀矿化地段的原生晕和次生晕，而γ测量则可以发现铀矿化的异常。例如，在红山地区和沙枣泉地区，地面γ测量发现了好的铀矿化异常。应用浅孔地面γ测量，在十红滩地区、鄂尔多斯盆地北部地区的一些普查找矿中获得了找矿线索。

1.2 氡气测量

氡气测量是一种深穿透铀矿勘查方法。包括传统的射气测量、径迹测量、210Po测量、活性炭吸附测氡、液体闪烁测氡法、α卡法、氡管法、α收集膜法、热释光测量等。氡气测量方法是一种直接找矿方法，其原理是基于铀的衰变子体——气态氡（Rn）的迁移、扩散和地气理论。Rn本身作为铀元素衰变过程中的一种气态惰性核素，具有由地下迁移至近地表的能力。地气理论则认为地球深部存在地气流，在其上升过程中经过铀矿体及其周围高铀含量的原生晕和次生晕时，将携带其中的活性金属铀及其子体一起迁移到地表附近。断裂构造的存在是氡气及地下水活动的通道，使深部铀矿化信息传递至地表。已有测量实践表明（如红沙岗异常和沙枣泉异常），氡气扩散和迁移结果使得氡气测量的最大探测深度可达200 m。

氡气测量在应用上增加了异常性质研究、氡源追索、矿与非矿异常判断等。在方法上发展了许多灵敏度更高的方法，如在西北地区推广的径迹测氡，在寻找盲矿体上发挥了重要作用（如 401矿床）；210Po测氡利用土壤取样测量，在部分盆地中取得一定效果（如苏崩矿床）；活性炭吸附测氡方法成本低廉、设备简单、易于操作，适用于西北干旱地区，成为西北地区氡气测量主要的、应用较多的方法，并在沙枣泉、光石沟、脑木根和405等矿床（点）揭露中发挥了重要作用。其他如液体闪烁测氡法、α卡法、氡管法和α收集膜法等氡气测量方法也显示了一定的找矿效果。

总之，氡气测量是一种深穿透方法，适用于攻深找盲，可作为在盆地第四系覆盖区实现砂岩型铀矿找矿突破的一种非常有效的方法。但该方法干扰因素较多，如在地表屏蔽、盐碱地、岩石强烈风化及高本底岩性、断裂构造都可能引起非矿化假异常，这就需要在实际应用中探索一些突出深部矿化微弱信息、剔除地表干扰的手段。目前采用了比值法 （氡气测量与坑内γ测量等其他方法对比）、重复测量法、深度梯度法等，并收到了明显的成效。

后期数据处理和微弱信息提取在砂岩型铀矿找矿中的作用是不可缺少的，如采用一元异常识别，不是由均值加几倍的标准偏差确定异常，而是由点群标准偏差、数学期望和先验概率综合描述。多元异常识别采用逻辑乘聚类分析、人工神经网络、小波分析和频率滤波可以排除干扰，由渗逸（断裂构造或构造窗），或是微渗逸（矿化）也可识别异常，从而达到判别矿化信息的有效手段［1］。

1.3 γ能谱测量

γ能谱测量同时测定U、Th、K 3种放射性元素（当量）含量，查明不同层位U、Th、K元素分布规律，甚至直接发现铀异常或矿化。γ能谱测量按其仪器运载方式的不同分为地面、汽车、航空γ能谱等几种方法。

为了防止洋桔梗倒伏，必须进行拉网支撑，打桩要直，高度约80 cm，间距2～3 m，在整好的畦面上拉上12 cm×12 cm网格网，可用搭棚剩余铝材或竹竿固定。在植株高长到30 cm左右时升1次网，之后根据长势逐渐拉升，一般拉4～6次网。把花枝顺到花网格里，升网不及时将导致枝条弯曲、倒伏，影响品质[1]。 待植株现花苞，高度到40～50 cm时，要把花网绷紧，保证植株直立，不会摇摆。

汽车γ能谱测量以其测量速度快，探测精度高，适合成矿条件不明的大面积测量，同时还可在航空测量不到的边境地区开展工作，因而在西北地区被大量采用，如在新疆天山南北、青海柴达木盆地和内蒙古二连盆地等边境地区进行了面积或路线测量，为这些地区的铀矿区调及找矿远景评价提供了重要信息。前期的航空γ能谱测量以成矿构造造山褶皱带为主攻目标，测区较为零散，后期引进国外的GR—820D等先进的仪器设备，并以盆地内砂岩型铀矿为重点，相继完成了二连、鄂尔多斯、巴丹吉林、吐哈等大中型中新生代盆地的大面积测量工作，面积达n×105km2，为这些盆地铀矿找矿和远景区段评价提供了参考资料。

20世纪90年代中期以来，砂岩型铀矿找矿成为铀矿勘查工作的主要类型，γ能谱测量工作除继续利用航空γ能谱测量方法对一些盆地进行系统区调和采用地面γ测量方法参与对砂岩型铀矿成矿有利地段的综合评价以外，在红山、喜集水等铀矿勘查地区开展坑内或地面γ能谱测量，并对测量资料进行了数据处理、微弱信息提取、综合分析解释，从而进一步发掘γ能谱测量结果在解决地质问题、分析成矿条件、探讨成矿规律方面的潜能。通过对已有成果的分析和归纳，认为γ能谱测量在砂岩型铀矿勘查中可以解决如下几方面地质问题：

（1）分析盆地的铀成矿条件，评价找矿前景

γ能谱测量反映地表浅部近1 m范围内的放射性场特征，多数人认为，利用该方法在盆地内寻找覆盖厚且缺乏明显找矿标志的砂岩型铀矿难以取得满意的效果。然而，利用测得的U、Th、K元素的放射性场分布趋势及变化规律结合砂岩型铀矿成矿理论进行分析，便可以对测区成矿前景做出较客观的评价。例如，对二连盆地东部地区航空和汽车γ能谱测量资料进行了系统整理，利用γ能谱测量经后期提取的古铀量分布、铀相对迁移系数等信息，结合已有地质及其他资料，预测了区内寻找以花岗岩或富铀的火山碎屑岩为基底的、受次级凹陷控制并有构造或地球化学障形成赋矿空间的古河道型砂岩铀矿的有利区。通过进一步勘查与揭露，落实了一个极具远景的砂岩型铀矿基地。

在沙枣泉地区铀矿详查中，应用地面γ能谱测量结果，采用在同一岩性中分别测量岩石风化面与新鲜面的U、Th含量并计算其w（Th）/w（U）值的方法， 研究了蚀源区铀源条件（蚀源区包括花岗闪长岩、斜长花岗岩、二长花岗岩及云母石英片岩在内的各种岩石），发现岩石风化面和新鲜面铀丰度均偏高，分别为 （2.6～6.8） ×10-6和 （3.2～8.3） ×10-6； 而w（Th）/w（U）值差异也不大， 分别为 3.52～5.75和3.10～4.92，高于地壳平均值且数据变异系数大。表明了沙枣泉地区北部蚀源区铀源丰富，且后期存在明显的活化迁移，分析该区具有形成铀矿床的可能，这一认识被后期钻探工程结果所证实。

（2）研究盆地内地球化学环境及铀元素的迁移规律

分析U、Th、K等天然放射性元素的地球化学特性，不同地球化学环境以不同方式影响着放射性元素的活动，地球化学特性活泼的K元素在氧化还原条件下更加活跃，化学性质稳定的Th元素则不受成岩后期地球化学因素干扰而相对稳定，而化学活动性复杂多变的U元素则表现为在氧化条件下U6+可溶解，以络合物形式迁移，在还原条件下U4+则难以溶解并还原富集。以U、Th、K的地球化学特性为基础，利用γ能谱测量得到的U、Th、K元素在各种岩石中的正常分布和在特定条件下形成淋失与富集的资料，研究与推测沉积盆地的地球化学环境。建立在U、Th、K化学性质的基础上而设计的 “古铀量”、 “活化铀量”、 “铀迁移富集系数”、 “地球化学活动性指数”等能谱特征组合参数，通过十红滩铀矿床已知地段的试验已被证实该方法是开展这一研究的有用手段。

（3）划分地层，研究沉积地层岩性岩相变化，识别浅部断裂

γ能谱测量中测得的当量铀含量实际上是镭系氡的子体核素214Bi的含量。当沉积盖层中有断裂带存在时，氡气由深部沿断裂构造或破碎带等通道运移到地表，形成了铀含量的变异区。因此，呈带状出现的铀异常增高带，常常可作为识别盖层中断裂构造的重要信息，如十红滩铀矿床附近的鹰嘴崖断裂带上方存在NW向展布的铀异常。

1.4 地球化学找矿

铀矿找矿地球化学测量主要为区域化探，化探详查和气体化探，主要分析其U、Th元素含量，从找矿效果看，该方法发现的铀异常范围小，但异常可信度很高，主要矿化区都能显示。

研究油气化探测量成果表明，土壤中烃类气体的测定不仅是油气普查的有效方法，而且对铀矿化的形成与存在也具有重要的指示意义。这是因为烃类是一种还原剂，是制约层间氧化带形成和发育的重要条件，这就导致了铀的富集在某些环境下与油气的存在在成因上有一定的联系，其表现形式是在油气田的强还原环境边缘多存在强的烃类异常分布，当溶有铀元素的地下水流体从氧化带迁移到还原带时，遇到烃类还原剂就产生沉积富集。所以烃类增高异常是划分氧化还原环境和确定铀富集成矿的重要标志，以C1为主的烃类顶端式异常间接地反映了铀矿异常的产出范围。例如，在吐哈盆地十红滩地区、新疆伊犁盆地等地区开展地球化学找矿方法，分析地球化学环境、确定氧化还原过渡带以及圈定铀矿化带产出部位。

利用岩石或土壤样品取样分析U、Ra、Th、K及伴生元素的化探测量，进行矿床评价。如对新疆东天山荒漠戈壁覆盖区进行深穿透地球化学调查与研究，采样元素为Au、Cu、Bi、Fe、U和Mo等，采样介质为荒漠土（沙）、冲洪积物，采样密度为1个样/100 km2。根据U、Mo密切相关特征（相关系数为0.699），可以在哈密盆地中利用Mo元素异常圈定铀矿化区带，通过近些年的找矿成果表明，在钼元素异常带存在已知的铀矿化点。

在白银多金属成矿区，通过岩石地球化学测量和统计分析认为，U、 V、Pb、 Ba、Mn和Y具有相近的地球化学特征，因此，在该地区可以通过铀元素异常寻找V、Pb、 Ba、Mn和Y矿化信息，反之，利用V、Pb、 Ba、Mn和Y元素的异常作为指示元素，可以寻找铀矿化。

1.5 普通物探测量

普通物探（地面电法、磁法、电磁法、航空磁测及区域地震、重力测量等）方法在盆地内铀矿找矿中主要研究地质环境。作为基础地质工作一部分，地矿、石油和煤田等地质系统在许多大中型盆地中投入了大量的物探测量，主要是航空磁测、重力和地震测量，目标是研究地质环境，划分基底构造单元、分析地层结构及沉积体系、解释断裂构造、圈定骨架砂体范围。间接寻找深部的石油、天然气、煤等能源矿产。盆地内砂岩型铀矿找矿工作通过收集这些基础资料，适量开展物探测量工作并进行综合整理分析，进行盆地构造物探编图工作。例如，收集二连盆地的重力、磁测、电测深和地震资料，编制了该盆地构造分区图，基底埋深图，下白垩统顶、底板埋深图及砂体分布图，断裂构造图等系列图件，在此基础上，划分了以赛汗塔拉组河流相砂体分布广泛的凹陷为主攻对象的成矿远景区。

盆地中以找铀为目的开展航空磁测，利用测量ΔT数值进行多种方法处理或变换，通过研究与对比磁场分布特征，编制成相应测区构造分区图、断裂分布图、基底岩相图及铀成矿目的层等深线图等系列基础图件，探索深部地质构造特征。配合铀矿点、带勘查，开展了一些地面电磁法、磁法及浅层地震，这些均被证实其在研究盆地基底起伏形态、基底岩性组合、盖层厚度及埋深、断裂构造等方面能发挥重要作用。

在吐哈盆地十红滩、酒东盆地红山等地区开展的瞬变电磁方法（TEM），在划分盆地基底构造单元、查清找矿目的层的埋深和厚度、分析沉积环境、确定岩相分布范围等方面均发挥了其独特作用。如在吐哈盆地艾丁湖斜坡地区开展瞬变电磁测量，研究盆地构造特征，划分盆地基底构造单元，在艾丁湖斜坡上解释出多组向盆地内延伸的鼻状凸起与凹陷相间的次级构造，矿化位于鼻状凸起的两翼，查清找矿目的层的埋深和厚度，目的层向盆内呈单斜加深，推断断裂构造，特别是识别出控矿构造——鹰嘴岩断裂。分析自然电场测量成果认为，自然电位从正到负的梯度带为氧化还原过渡带，与铀矿床空间位置有较好的对应关系。

1.6 砂岩型铀矿找矿物化探测量方法应用模型

通过以上总结与评述，结合我国西北地区砂岩型铀矿产出的地质特征，初步建立了适用于砂岩型铀矿找矿的物化探测量方法应用流程（图1）。认为采用构造物探编图和航空放射性测量资料整理，辅以地面γ能谱、氡气、深穿透地球化学方法，可作为今后开展砂岩型铀矿找矿的有效方法［2－4］。

2 盆地砂岩型铀矿找矿物化探测量方法

2.1 利用现有区域物化探测量基础成果资料，是砂岩型铀矿找矿多快好省的首要方法

多数盆地均进行过大面积物化探测量工作，包括重力、地震、电法、地面γ能谱、航空放射性、航空磁测、土壤地球化学和放射性水化学等，控制了整个盆地。收集已有物化探测量资料，对资料进行重新整理，并有针对性地进行数据处理及弱信息提取，再利用这些资料进行构造物探编图，以划分基底构造单元（褶皱区、单斜构造带和古河道），研究中新生代地层埋深和展布，解释断裂构造，分析沉积环境，进而圈定出盆地铀矿找矿的有利地段。

2.2 航空γ能谱测量是盆地找矿最直接最有效的方法

在盆地砂岩型铀矿找矿中，包括航空γ能谱和航空磁测在内的航空测量优势在于它能够在很短的时间内获得大区域内精度统一的测量资料，是一种快速、经济而且有效的地质调查和直接找矿方法。通过测量结果，分析盆地铀的地球化学背景和地球化学特征，研究盆地构造特征和划分盆地稳定的斜坡带，推断深部断裂，分析沉积环境，进行选盆选区。在航测工作过程中，重要的是对测量结果资料的处理，探索区域航测资料的解释和微弱信息提取方法，解决地质问题，探讨成矿规律等方面的潜能［4］。

图1 砂岩型铀矿找矿的物化探测量方法应用流程图Fig.1 Flow chart of geophysical and geochemical survey in the application to prospect sandstone-type uranium deposit

2.3 合理应用物化探测量是砂岩型铀矿勘查过程中必不可少的重要步骤

对盆地中经过综合区调确定的找矿远景地段或成矿环境和成矿条件有利的地区，在设计钻探查证以前，尽可能部署开展综合物化探测量工作，只有获取各种地学信息，才能对成矿靶区做出合理的评价。

（1）远景预测区段。预测远景区段（一般为构造斜坡带）开展物化探测量的目的是以解决基础地质和分析铀元素迁移活化为重点。这项工作也可配合1∶250 000区调和铀矿资源评价项目等进行。按照相当于1∶50 000～1∶100 000的测网精度，选用瞬变电磁测深、可控源音频大地电磁测量、地面γ能谱、浅层地震等方法，划分盆地基底构造单元，查清中新生代地层和成矿目的层的展布，解释推断断裂构造的产状、分析沉积环境，研究铀源和铀的活化迁移规律。

（2）重点勘查区段。在已确定的有利区开展物化探测量的目的是进行矿床定位。在钻探施工之前应用多种物化探方法，进行分析与综合研究。可以选用的方法包括：氡气测量、深孔γ测量或γ能谱测量、深穿透地球化学方法，直接确定铀矿化 （体）的位置；利用气体化探取样方法分析测定烃类、ΔC、CO2、H2S、Hg、He等的顶端异常和数值变异异常，或自然电场法测得的电位变化梯度和拐点，研究氧化还原环境，查明氧化还原过渡带，确定层间氧化带前锋线；采用地面γ能谱测量，圈定放射性元素富集中心，查明铀元素活化迁移规律；应用电磁法等测量方法，划分盆地基底次级构造单元，查清成矿目的层的展布、埋深和含矿砂体分布范围，确定断裂构造的规模和产状。

3 结 论

通过对西北盆地地区铀矿找矿物化探测量方法的总结和评述，重点介绍中新生代盆地中寻找砂岩型铀矿物化探测量方法的找矿效果，评价物化探测量方法在盆地砂岩型铀矿找矿中的适宜性和有效性。根据中新生代盆地中砂岩型铀矿成矿特点，设计出从选盆—选区—选段—矿床定位所采用的物化探测量方法。

每一种物化探测量方法所解决的问题是有差异的，经过对比分析，认为采用构造物探编图和航空放射性资料整理，辅以电磁法、深孔γ测量或地面γ能谱法、氡法、深穿透地球化学方法，可作为今后开展砂岩型铀矿找矿的有效方法。而地面γ测量、γ能谱测量和氡气测量可作为寻找蚀源区内生铀矿区的有效方法。

［1］张刘平.勘查地球化学与放射性地球物理综合勘探数据处理方法研究 ［C］//多种能源矿产共存成藏（矿）及分布规律（2004年会）.北京:中国科学院地质与地球物理研究所，2004.

［2］赵希刚，吴汉宁，贺建国，等.吐哈盆地十红滩地区区域地球物理特征及其应用 ［J］.铀矿地质，2004， 20（5）:315-321.

［3］赵希刚.综合物化探方法勘探层间氧化带砂岩型铀矿［J］. 物探与化探， 2001， 25（1）:14-21.

［4］韩绍阳，侯惠群，腰善丛，等.我国可地浸砂岩型铀矿勘查方法技术研究［J］.铀矿地质，2004，20（5）:306-314.

Application review and proposition of geophysical and geochemical exploration in sandstone-type uranium deposit

ZHAO Xi-gang， ZHANG Yun-yi， ZHAO Cui-ping， HE Jian-guo
（Research Institute No.203，CNNC， Xianyang， Shaanxi 712000， China）

The paper introduces the application effect of geophysical and geochemical exploration in prospecting for uranium deposits， and analyzes its developing course， especially its efficiency and suitability in prospecting for sandstone-type uranium deposits.It is believed that the methods are not only of less cost， fast effect in prospecting sandstone-type uranium deposits， but also plays an active role in solving basical geological problems and studying metallogenic environment.Suggestions to selection methods and the efforts arrangement are proposed for further prospecting sandstone-type uranium deposits.

survey methods of geophysical and geochemical exploration； review and proposition；sandstone-type uranium deposits

P631；P619.14

A

1672-0636（2010）01-0031-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.01.006

2009-04-13；

2009-06-25

赵希刚（1963—），男，陕西蓝田人，博士，高级工程师（研究员级），主要从事地球物理探测和信息技术研究。E-mail：zhaoxigang418@126.com