利用地面γ能谱测量评价钼矿区的放射性环境

赵希刚，娄汉生，喻 腾，崔元铭

（核工业203研究所，陕西 咸阳，712000）

1 银洞沟地区地质概况

银洞沟地区处于秦岭EW走向的复杂构造带东端南部，是南北隆起，中部为断陷的阶梯状地堑构造，华北准地台的渭南陆隆带南缘的商渭台缘的褶皱带。属中期准地台西南的晋宁期宽坪—陶湾隆褶带与加里东期洛源—石门坳褶断裂带两个构造单元相邻的部位。出露岩石以沉积岩为主体，少量为变质岩及岩浆岩。

区内出露的地层主要是寒武系、震旦系和中元古界。寒武系分布在该区域的中部，基本上为一套含硅质的碳酸盐沉积建造；震旦系分布在该区域的北部，基本上属火山-沉积碎屑岩建造；中元古界分布在勘查区的南、北两侧，为较深变质的沉积碎屑岩；在区域中部的断陷盆地中，还分布着少量的二叠系、古近系、新近系岩性及第四系的冲洪积物。

区域内的岩浆侵入活动微弱，除在娘娘庙—书堂山—小文峪—东蒿坪一带见到中生代正长斑岩、花岗斑岩等呈岩株状分布外，其余为长英岩、细晶岩、伟晶岩、闪长岩、煌斑岩及粗面斑岩等岩脉，规模小。

区内总构造线呈EW向，是一个由褶皱构造、断裂构造构成的EW向构造带。

2 地面γ能谱野外测量的工作方法

2.1 测量仪器和仪器校准

地面γ能谱测量仪器采用核工业航测遥感中心生产的ARD型便携式智能多道能谱仪。野外工作前仪器在核工业航测遥感中心辐射剂量站进行标定。同时对仪器进行了“三性”检查，均满足误差要求，野外工作期间的早出工、晚收工都进行了灵敏度长期稳定性检查，室内固定点8 h内进行短期稳定性检查，短、长期稳定性相对误差＜5%，达到规范误差要求。

2.2 野外测量方法

野外测量严格按照中华人民共和国地质矿产行业标准 《地面γ能谱测量技术规程》（DZ/T0205—1999）执行。根据目的任务，在已知矿区约2 km2内均匀布置了8条测线，测点为562个，测线方向垂直矿体走向，沿探槽或平洞测量，探槽内为每2～4 m一个测点，与地质采样点对应，探槽外测点距离为2～5 m。检查测量时，两台仪器位于同一个测点，同时测量。当同一测点测量误差较大时，进行多次测量，确保测量数据的准确性，同时记录地形地貌、自然景观以及岩性特征。

2.3 野外测量的误差统计

完成野外测量检查点58个，大于规范要求的10%。以TC2平洞测线为例，在当量铀质量分数＜10×10-6时，绝对误差范围为－1.1～0.8，平均值为－0.15，合格率达到100%；在当量铀质量分数＞10×10-6时，相对误差范围为－35.3～12.8，平均值为－6.2，合格率达到81.8%。在测区当量钍质量分数＜15×10-6，钾质量分数＜5%时，采用绝对误差，其当量钍质量分数测量合格率为100%，钾质量分数测量合格率为80%；在当量钍质量分数＞15×10-6，钾质量分数＞5%时，采用相对误差，其当量钍质量分数测量合格率＞81.3%，钾质量分数测量合格率＞95.45%。

3 银洞沟地区放射性特征

3.1 矿区γ能谱测量放射性含量参数特征

表1 银洞沟地区钼矿区地面γ能谱测量放射性含量数据统计表Table 1 Statistics of gamma ray spectral survey radioactive content in molybdenum mine Yindonggou

统计γ能谱测量数据，银洞沟地区当量铀质量分数平均值为11.1×10-6（表1），当量钍质量分数平均值为17.0×10-6，钾质量分数平均值为4.3%，总道测量换算的铀当量平均值为32.7×10-6，当量铀质量分数最大值为100.0×10-6，最小值为 0.3×10-6，变异系数当量铀为 114.7，当量钍为 97.6，钾为 5.0，总道测量换算的铀当量为357.8，变异系数的变化规律是当量铀和总道测量换算的铀当量相对较大，钍和钾相对较小。其中当量铀的峰度为17.9，偏度为3.1，因此，该区当量铀含量偏高，变异系数变化相对大，峰度表现为陡峭，为尖顶峰，偏度表现为正偏或右偏，表示比正偏差数值稍大，综合分析说明当量铀含量之间差异大，存在当量铀的局部富集偏高现象。

经统计，该区γ能谱测量中，不同岩性放射性含量存在差异。表现为泥质炭质板岩放射性含量高，当量铀质量分数平均值为24.3×10-6，当量钍质量分数平均值为23.5×10-6，钾质量分数平均值为5.1%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为52×10-6，γ空气吸收剂量率为220.5 nGy·h-1；炭质硅质板岩互层次之，当量铀质量分数平均值为16.8×10-6，当量钍质量分数平均值为22.5×10-6，钾质量分数平均值为5.9%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为46.7×10-6，γ空气吸收剂量率为190.9 nGy·h-1；硅质板岩、千枚岩和坡积物再次之，当量铀质量分数平均值为3.7×10-6～6.3×10-6，当量钍质量分数平均值为8.8×10-6～17×10-6，钾质量分数平均值为2.3%～5.7%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为15.5×10-6～32.7×10-6，γ空气吸收剂量率为64.5～192.2 nGy·h-1；灰岩（白云岩）最低，当量铀质量分数平均值为2.7×10-6，当量钍质量分数平均值为11.6×10-6，钾质量分数平均值为1.7%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为11.9×10-6，γ空气吸收剂量率为51.7 nGy·h-1。

矿化段杂色板岩互层或矿渣的放射性含量高于其他岩性。如含钼矿化的杂色板岩当量铀质量分数平均值为29.4×10-6，当量钍质量分数平均值为25.5×10-6，钾质量分数平均值为5.6%，总道测量换算的当量铀质量分数平均值为59.7×10-6，γ空气吸收剂量率为252.5 nGy·h-1。

平洞内测量的放射性含量高于地面测量结果。如平洞内测量所有数据当量铀质量分数平均值为29.2×10-6，当量钍质量分数平均值为30.5×10-6，钾质量分数平均值为8.6%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为70.27×10-6，γ空气吸收剂量率为 354.9 nGy·h-1。

3.2 矿区外围γ能谱测量本底放射性含量参数特征

为了进行放射性含量对比，在银洞沟地区变电站附近测量矿区外围本底，该区本底当量铀质量分数平均值为5.3×10-6（表2），当量钍质量分数平均值为7.9×10-6，钾质量分数平均值为2.0%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为15.3×10-6。当量铀质量分数最大值为13.9×10-6，最小值为1.4×10-6，变异系数为9.0，峰度为0.9，偏度为0.8，测区本底当量铀质量分数峰度比正态分布平坦，偏度大于0，为右偏，说明该区当量铀质量分数和本底相对偏高。

表2 银洞沟地区地面γ能谱测量钼矿区外围本底放射性含量数据统计表Table 2 Statistics of gamma ray spectral survey radioactive background in Yindonggou molybdenum deposit area

4 测区放射性环境估计

天然放射性核素U、Th和K及其衰变子体是γ辐射源，一般情况下，利用γ能谱测量方法可以得到岩石和土壤中放射性核素含量，而它们在空气中的作用，则可用照射量率或γ空气吸收剂量率表示。岩石和土壤中放射性元素含量换算为地面γ辐射剂量率的系数，采用无限大土壤和空气介质中适用的光电传输计算确定。这个复杂数学问题的数值方程解，决定于初始和散射γ射线在地表和空气中的作用，并取决于传输方程和U、Th、K及其衰变子体的能量发射谱。实际工作中该系数值常采用满足测量条件（如辐射源为无限均匀平面等）下所得到的试验结果进行统计估算。陆地地表上1 m高处γ空气吸收剂量率用Beck 公式估算［1-2］：

式中：KU、KTh和KK分别为铀、钍和钾的换算系数，其中 KU＝0.462（μGy·h-1/Bq·g-1）、KTh＝0.604（μGy·h-1/Bq·g-1）和 KK＝0.00417（μGy·h-1/Bq·g-1）；AU、 ATh和 AK分别为铀、 钍和钾质量活度 （Bq·g-1），其中 AU＝0.01235·wU，ATh＝0.00406·wTh，AK＝0.313·wK。

将上述参数代入Beck公式：

式中：wU×10-6、 wTh×10-6、 wK%为地 面 γ 能谱仪测量的当量铀含量、当量钍含量、钾含量。

根据资料，空气中计算出距地面1 m处的γ射线强度与地表测量几乎没有差别，这样，采用地表γ能谱测量数据估算γ空气吸收剂量率见表3。银洞沟地区估算γ空气吸收剂量率本底是52.2 nGy·h-1，整个钼矿测区的估算γ空气吸收剂量率为 110.6 nGy·h-1，处于陕西省内室外的范围环境γ辐射水平（表4），钼矿化带中估算γ空气吸收剂量率是237.6 nGy/h，如果考虑测量辐射角的影响，换算后钼矿化带中估算γ空气吸收剂量率为 158.4 nGy·h-1，因此，银洞沟地区钼矿化带为γ空气吸收剂量率偏高地区，钼矿开采阶段放射性含量处于可控制的范围内，不会对人和环境造成明显的危害。

5 结 论

通过在银洞沟地区进行地面γ能谱测量及其相应的数据统计，地面γ能谱测量银洞沟地区钼矿区当量铀质量分数平均值为11.1×10-6，当量钍质量分数平均值为17.0×10-6，钾质量分数平均值为4.3%，总道测量换算的铀当量质量分数平均值为32.7×10-6。测区放射性元素含量数据与地壳克拉克值（铀1.70×10-6和钍5.80×10-6、钾2.04%）比较，该区当量铀含量、当量钍含量和钾含量为偏高区。

不同岩性放射性含量存在差异。泥质炭质板岩放射性含量高，炭质硅质板岩互层次之，硅质板岩、千枚岩和坡积物再次之，灰岩（白云岩）最低，矿化段杂色板岩互层或矿渣的放射性含量高于其他岩性，平洞内测量的放射性含量高于地面测量结果。

表3 银洞沟地区地面γ能谱测量估算γ空气吸收剂量率表Table 3 The estimated γ absorption dose rate by gamma ray spectral survey in Yindonggou area

表4 陕西省境内环境γ辐射水平统计结果Table 4 The γ radiation level of environment in Shaanxi province 单位：nGy·h-1

矿化段当量铀含量明显偏高，但与硬岩地区铀矿开采的最低边界品位300×10-6相比，测区内矿带上能谱测量的当量铀质量分数平均值为 29.4×10-6，银洞沟钼矿区当量铀含量低于硬岩铀矿开采的最低边界品位。

银洞沟地区估算的γ空气吸收剂量率本底是52.2 nGy·h-1，整个钼矿测区的估算γ空气吸收剂量率为110.6 nGy·h-1，属于陕西省境内室外的环境γ辐射水平（表4），钼矿化带中估算γ空气吸收剂量率是237.6 nGy·h-1，如果考虑测量辐射角的影响，换算后钼矿化带中估算γ空气吸收剂量率为158.4 nGy·h-1。虽然钼矿化及含钼矿化的杂色泥质板岩与硅质板岩互层为γ空气吸收剂量率偏高地区，但是整个测区γ空气吸收剂量率还是偏低。

总之，钼矿开采阶段应对含钼矿化的杂色泥质板岩与硅质板岩进行重点控制，使钼矿开采阶段处于可控制的范围内，避免或降低放射性物质对人和环境造成的影响。

［1］王南萍，黄 英，肖 磊，等.伽马能谱测量在陆地伽马空气吸收剂量率评价中的应用［J］.物探与化探，2004，（6）:512-514.

［2］李怀渊.航空放射性测量在环境检测中的应用［J］.物探与化探，2004，（6）:515-517.

［3］赵希刚，吴汉宁，杨建军，等．砂岩型铀矿航空γ能谱数据微弱信息增强的地质意义［J］.中国地质，2007，34（3）:478-489.