铀矿找矿中的物化探方法

刘 欢

（中国地质大学（北京），北京100083）

1 前言

自1789年德国化学家克劳普罗特发现铀矿物以来，铀的用途经历了巨大的变化，它作为高度敏感的战略资源，广受人们关注。我国的铀矿找矿工作展开了近50年，近地表铀矿陆续被发现，铀矿找矿已转向寻找深部矿体，若只靠地表地质工作是难以发现的，配合合理的物化探方法，会取得好的效果。但是，物化探方法测量过程中，干扰因素很多，结果解释也是多样的，在实际工作中将物化探方法的结合起来应用，使结果和解释更加客观，可靠。通过对这些物化探方法全面的评价与总结，提出更好的物化探方法组合，有着很重要的意义。

2 铀矿找矿中放射性物探测量方法

2．1 氡测量

氡是天然放射性元素铀系中的一个气体放射性元素，有较大的迁移性。测量氡气的含量变化可以提供深部的铀矿体信息。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。这种方法的探测灵敏度很高，对深部盲矿体非常有效，在第四系覆盖地区找砂岩型铀矿的一种非常有效的方法。氡测量包括活性炭吸附测氡、液体闪烁测氡法，α卡法，氡管法，α收集膜法，热释光测量等多种方法。本文仅重点介绍以下两种方法：

（1）土壤热释光测量法

基本原理方法是指采集地表一定深度的土壤或砂土样品，用高灵敏度的热释光测量装置测量样品中天然矿物在漫长的地质年代内长期接受放射性核素，尤其是氡及其子体的辐射而产生的热释光强度进行找矿的一种方法，它属于累积测氡方法的范畴。地下一定深度的土壤所获得的天然辐射剂量，是由自身和所处环境中的放射性物质产生的，主要是铀－238，钍－232系列和钾－40，以及其它天然放射性元素。土壤自身所含的放射性物质主要来源于其母岩，有一部分来源于深部。这些放射性物质在漫长的地质历史时期发生了相对富集或贫化。土壤和砂中含有大量的结晶矿物如SiO2和CaCO3等具有半导体性质的结晶矿物，这些结晶矿物都是天然的热释光探测器。由于矿物晶体中存在大量的电子和空穴，在射线作用下产生电离和激发，在使晶体价带中的电子获得能量，在没有外来能量激发的情况下电子和空穴可长期留在晶体的缺陷中，随时间的积累，矿物晶体缺陷中的电子、空穴不断的积累；由于矿物晶体累积记录天然辐射的时间很长，热释光测量的异常重复性很好，能够反映较弱的异常信息。对样品加热到一定温度后，矿物晶体缺陷中的电子、空穴恢复到正常，而以光的形式将能量释放出来，测量加热状态下样品的热释光强度就可以研究空间辐射场的分布进行找矿。

工作方法是，野外选定工作范围，按照土壤地球化学规范要求，采集B层土壤样品，室内将样品自然风干，用高敏热释光仪器测量样品。土壤热释光法可以适用于砂岩型与花岗岩型铀矿找矿，利用此法已经在伊犁地区和相山地区的普查找矿中取得了比较好的效果。

（2）活性炭吸附法

活性炭具有发达的孔隙结构，吸附能力强，化学性质稳定。活性炭的吸附与吸附物与吸附质的浓度和温度等有关，它对氡主要是物理吸附，有很强的吸附能力，单位重量的活性炭吸附的氡与被吸附地点的氡成正比。主要工作方法是特制的填充用活性炭的小盒埋入地下300～400mm，保持干燥，密封，没有外源侵入，4～6天后取出用测氡仪器测量氡子体γ强度，由此可以探测此地区的地下氡浓度及分布规律，进而对铀矿体的情况进行判断。这项技术周期短，技术容易掌握，成本比较低廉，可独立完成工作。

总之氡气测量在隐伏，盲矿，和第四系覆盖区的勘察中取得好的效果，如在西北地区的一些铀矿和河北某矿都有很好的应用。但该方法干扰因素较多，比如在地表屏蔽，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。另外测氡法都是用仪器来测定，必然用到各种数学模型，与数据提取模型，数据处理技术较复杂。

2．2 地面γ测量

岩石或覆盖层中的放射性元素（背景含量）产生的伽马射线强度称为正常γ强度。由于同一地区同一种岩石由于铀及伴生元素会迁移到周围的基岩，土壤，冲积层，地下水中，形成比矿体范围大得多的分散晕，由于分散晕在形成时间和空间上的不同和相互关系分为原生晕和次生分散晕，造成了放射性元素的分布不均匀，造成岩石不同部位的γ射线强度不同，这样即可以利用地面γ测量来测量和寻找分散晕，追索成晕的铀矿源。这种方法是范围最广、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。它的主要影响因素是第四系较厚的覆盖，在一些比较好的露头区易于发现铀矿化的原生晕和分散晕，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。

2．3 γ能谱测量

γ能谱测量方法是利用地质体中天然放射性核素（主要是铀、钍、钾）衰变释放出不同射线（主要是γ射线），来确定铀矿位置的方法。由于不同环境条件及不同物质来源所形成的地质体铀、钍、钾的含量也有变化，因而放射性强度不同。根据此原理可以通过测量不同地层的放射性强度及铀、钍、钾的含量，进行湖相沉积物物质来源及形成条件的研究，进而反推环境演化的过程。对于多道谱仪，U－Ra、Th、K三个测量道就是三个测量的谱段。由于全谱测量的谱段是通过能量刻度后动态确定的，因此可克服谱漂而引起的测量误差。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。

（1）地面γ能谱测量

地面γ能谱测量主要用于鉴定异常性质和测定岩石中的铀，钍，钾的含量前者在异常点（带）上进行测量，后者是在测区内按一定的测网进行。普查阶段采用1∶10000和1∶25000两种比例尺，详查阶段采用1∶1000和1∶5000两种比例尺。工作方法是，在工作前标定地面能谱仪，选择基点，每天的工作前和工作后在基点上测量，检验能谱仪和标准元的稳定性，在测点每测量1分钟读数，读2～3次取平均值，并记录岩性，构造，浮土情况，为了保证测量质量选取10%测点进行自检测量。

（2）汽车伽马能谱测量

此方法以其测量速度快，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，例如在新疆天山南北、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。在满洲里－额尔古纳地区开展的车载伽马测量为缩小铀资源勘探靶区发挥了重要作用。

（3）航空γ测量

航空γ测量在铀矿普查工作中，不仅是独立的找矿方法，也代表着整个普查找矿工作的一个阶段。前期的航空γ能谱测量一般在工作程度很差的地区以成矿构造造山褶皱带为主攻目标，在中新生代盆地的大面积测量工作取得了参考资料。γ能谱在寻找砂岩型铀矿时具有很重要的意义。第一，结合已有的地质资料，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。第二，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，性质活泼的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元素性质受氧化还原条件控制特别明显，六价铀易溶解迁移，而四价铀难溶易沉淀，因此铀主要在氧化还原过渡带及富含还原物质的地段或夹层内富集。利用γ能谱测量得到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。第三，分析测定铀，镭，钍的含量，测定铀，钚同位素的丰度，确定和判断铀矿的形成时间和环境。

3 铀矿找矿中普通物探方法

物探方法作为铀矿找矿中主要研究方法，被广泛的使用。物探测量主要是磁测、重力和地震为主的测量。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。

（1）电磁法

利用电磁感应原理来勘察隐伏矿体分布的地球物理方法，用它主要用来弄清地区盖层和基底的形态，隐伏的断裂构造和垂向的电性分析，分析地层结构及沉积体系，近十年来，电磁法在勘察砂岩型铀矿和热液型铀矿方面发挥了重要的作用。

（2）自然电位法

在一定的自然条件下，地下存在的稳定天然的电流场，它主要是由于地下形成的氧化还原条件产生的氧化还原电位和穿行岩石裂隙的溶液中的带电离子的电位叠加形成的，地浸砂岩性铀矿主要产于氧化还原过渡带，说明地浸砂岩性铀矿周围有自然电场分布，就可以通过对自然电场的分布来研究铀矿的位置和空间分布，这种方法已经在新疆和内蒙的一些地区取得了很好效果。

4 铀矿找矿中普通化探方法

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元素含量异常，可信度很高，主要矿化区都能显示。

（1）地气法

地气方法最初起源于氡气测量 它的原理是：由于在演化过程中地球长期受到重力和热力，地球被分异成不同圈层，在热力作用下，热稳定性差的物质不断从地球内部向地壳方向排出，同时一些含水矿物脱水，在温度、压力和浓度梯度作用下，均可呈微细气流或气泡流自深部向地表迁移，包括放射性核素衰变放射出的惰性气体，这些气体矿床形成过程中，往往有金属气停滞、聚集、分散在矿床周围和蚀变围岩中。矿床形成后，矿物在地下水和地下气流作用下部分氧化分解，在地表空气中形成地气异常，进而可以进行地气探测进行找矿。工作方法是采距地表30～40cm的B层土壤，采集地气样品并保持干燥，用等离子质谱法，分析铀元素的含量，进而对深部矿体进行判断。此方法也在寻找其他一些隐伏金属矿的过程中起到过很重要的作用，但此方法受环境影响较大，对数据处理要求较高。地气法已经在辽宁，湖南铀矿找矿工作中起到很好作用。

（2）金属活动态法

元素在地表疏松物中有稳定态和活动态两种存在形式。稳定态形式存在于造岩矿物之中 ，活动态形式呈弱结合相 ，被地表土壤中水溶性机物、粘土矿物和铁锰氧化物所捕获，这部分活动态元素在地表土壤中形成叠加的异常，采集地表疏松介质，用合适的提取方法将各种活动态物质提取出来，以达到深部找矿的目的。这两种化探方法，已经在新疆吐哈盆地和伊犁地区应用，取得了比较好的效果。

5 总结

物化探方法的综合运用是以地质为基础，物化探方法为手段进行找矿的，各种物化探方法都有自己的应用条件与应用范围。实际找矿工作中是一类方法与几种具体方法的综合运用，其中物探方法中放射性物探与普通物探的综合应用，放射性物探与金属活动态法的综合运用，都是根据工作地区特定的生产条件选择科学的组合方式，达到提高找矿效果的目的。

（略）