α径迹蚀刻方法及其在砂岩型铀矿中的应用——以HJQ砂岩型铀矿为例

寸小妮，张洪深

(1西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069;2中化地质矿山总局 陕西地质勘查院，陕西 汉中723000)

α径迹蚀刻法是用感光胶片的片基记录放射性元素衰变产生的α粒子所造成的辐射损伤，经化学蚀刻扩大径迹的方法。α径迹蚀刻法适用于研究岩石、矿石中U的分布状况、存在形式等，也适用于寻找岩石和矿石中颗粒细小的铀矿物和含铀矿物，研究铀矿石的结构构造。

砂岩型铀矿一般产于中新生代盆地内的岩性疏松砂岩地层内可应用原地浸出方法开釆的铀矿床［1］，该类型铀矿具有埋藏深度浅、采成本低、矿石品位低、矿产储量大并且对环境污染小等优势。砂岩型铀矿特别是地浸砂岩铀矿品位普遍较低，铀矿物颗粒细小或呈分散吸附形式铀存在，在光学显微镜下很难观察，甚至电子探针分析也不易找到。因此，选择一种简便有效地寻找、观察、分析铀矿物及其分布状态的方法就显得非常重要。

1 原理与提出

当放射性元素在其衰变过程中产生的带电粒子和裂变过程中产生的裂变碎片以高速度向四周发射时，它们带有巨大的能量，可使周围的固体绝缘物质受到辐射损失而留下痕迹。这种痕迹称为径迹。这些天然径迹的直径一般都很小，只有通过电子显微镜放大十万倍以上才能看清，因此，称之为潜迹。为了使潜迹能在一般显微镜下看到。普莱斯等人于1962年成功地利用化学腐蚀的方法将云母中的裂变径迹扩大到直径1-2μm以上，并且能够长久保留，这样形成了径迹蚀刻法。

铀是一种放射性元素，能产生α径迹，天然产生的α径迹直径很小，用化学腐蚀的方法可以将这种径迹直径扩大到1-2μm以上，以便在光学显微镜下观察，并且能够长久保留［2］。α径迹蚀刻法适用于研究岩石、矿石中U的分布状况、存在形式等，也适用于寻找岩石和矿石中颗粒细小的铀矿物和含铀矿物，研究铀矿石的结构构造。杜乐天等(2009)在研究华南花岗岩型铀矿时，运用α径迹蚀刻方法，对绢云母蚀变矿石进行研究，取得了良好的效果。

α径迹蚀刻法的优点是所用的材料便宜，不需暗室设备，操作简单，灵明度高，没有核乳胶的隐退化问题。所以，对于含铀、钍很低的矿物和岩石标本可以长期照射。

2 实验方法及流程

α径迹蚀刻法的优点是所用材料成本较低，操作简单，灵敏度高，在整个操作过程中，不需避光，没有核乳胶的隐退问题，效果较好。具体做法如下(赵凤民等，1988)。

1)用于接收和记录α粒子能造成辐射损伤的介质叫做探测器。可用作探测器的材料有两大类:一类是无机化合物晶体和玻璃;另一类是有机聚合物。一般采用尚未涂布或去掉感光乳胶层的电影胶片或照相胶卷作径迹探测器［3］。常用的有醋酸纤维薄膜和硝酸纤维薄膜两种，前者不易燃烧，安全性好，最为常用。本文采用醋酸纤维膜作为探测器，我们称之为片基。

2)将片基薄膜剪成略小于光薄片的大小，这样易于使片基在光薄片上平整固定，与光薄片贴紧，既能更好地接受α粒子撞击，又能便于后期镜下观察。

3)用酒精洗净光薄片表面，将基片覆盖在光薄片表面上，然后用宽夹子或透明胶带固定好，并用钢针或锐器在基片上描刻出光薄片编号及轮廓，以便蚀刻后对位观察。然后放置在常温、干燥且无灰尘的地方，让薄膜接受辐照。

4)一般辐照时间的确定，可根据矿石γ值和品位和确定［4］，具体独照时间详见表1、表2。

表1 根据矿石γ值确定的辐照时间表(据徐喆等，2010)

表2 根据矿石品位确定的辐照时间表(据赵凤民等，1988)

5)蚀刻。蚀刻溶液的配方和蚀刻的温度、时间最佳条件要通过反复试验后确定。一般用6-7当量浓度的强碱溶液作蚀刻剂，具体配方又因片基种类的不同而略有不同(表3)。一般按表3所列的时刻条件，一般径迹直径可达4-5μm，在最佳蚀刻条件下径迹直径可达5-6μm。

6)蚀刻时用带钩的架子将片基薄膜一片一片地垂吊在蚀刻液中。当蚀刻液容器小时，要分批蚀刻［5］。一般用I、II配方蚀刻到3.5*3.0 cm2的薄膜50片，用III、IV配方蚀刻到30片左右时，药液就逐渐变为绿色，这时就需要每蚀刻10片延长10 min，以保证前后α蚀刻的径迹大小一致。蚀刻到60 min左右时，将胶片取出，用清水冲洗干净，但仍有一些沉淀物附着在薄膜上洗不下来，需要再放在1∶1的盐酸中清泡30 min以上然后取出用清水冲洗干净，晾干，便可在光学显微镜下进行观察。以上操作均无需避光。

表3 径迹蚀刻溶液配方及蚀刻条件

3 砂岩型铀矿石中α径迹特征分析

赵凤民等(1988)认为一般认为α径迹呈密集分布的细脉、团块、放射状是由铀矿物中的铀放射性衰变产生的α射线所引起;一些普通矿物中密集的中心放射状的α径迹大都是由颗粒细小的铀矿物引起，其与含铀矿物的区别是径迹密集程度高，而且不会出现空心放射状。一般认为，α径迹呈稀疏均匀分布时为分散铀，既可以是类质同象也可以是吸附形式，具体区分要看赋铀矿物的性质［6、7］。例如，锆石、独居石、复杂氧化物等矿物中的铀常为类质同象形式，而粘土矿物、长石、石英、有机质等所含的铀常为吸附形式。

3.1 HJQ砂岩型铀矿矿石α径迹特征

通过对杭锦旗铀矿6个富铀砂岩样品进行α径迹蚀刻，将蚀刻的照片放到镜下观察发现富铀砂岩对应的片基中都呈现出较好的α径迹分布，整体上α径迹在片基中都有分布，或密集或分散分布，有的呈团块状聚集，有的呈脉状分布;

如在图片3-1A、B，铀的径迹呈分散分布，可判断该径迹对应的形式为分散吸附状态，C、D中可见呈团块状聚集的径迹，因此推测对应该处可能存在铀矿物;少量径迹呈细脉状分布，判断可能该矿物可能为有机质或碳酸盐岩脉(裂隙)中吸附的铀元素，如图E和F。

AB光薄片DY-15对应的蚀刻后胶片，α径迹在胶片中整体较均匀分布，呈稀疏分辐照时间40d，单偏光50×;CD光薄片DY-32对应的蚀刻后胶片，α径迹在胶片中呈团块状分布，辐照时间40d，单偏光50×;EF光薄片DY-36对应的蚀刻后胶片，α径迹呈密集脉状分布，辐照时间40天，单偏光50×;

图1 砂岩α径迹特征

图2 富铀砂体中α径迹与对应的铀矿物的关系图

A.光片HJQ-137对应的烛刻后胶片，可见密集分布和细脉状密集分布的径迹，单偏光100×;B.光片HJQ-36对应的蚀刻后胶片，见细脉状密集分布及团块状分布的径迹，单偏光100×;C.与图A对应位置的光片镜下特征，黄铁矿分布区域对应团块状聚集的a径迹，方解石分布的位置则对应细脉状密集分布的a径迹;D.与图B对应位置的光片镜下特征，黄铁矿分布区域对应团块状聚集的a径迹，粘土及绿泥石矿物分布区对应图B中细脉状密集分布的a径迹区域;E和F分别为A、B对应图片的背散射照片，在黄铁矿中含有大量的铀矿物，铀矿物形态与所形成的α径迹形态基本一致

将载有径迹的片基放到镜下观察，并与光薄片中的矿物进行对位，呈现出α径迹与黄铁矿密切相关的现象，如图2所示，在有黄铁矿分布的地方，α径迹分布较密集，表现为团块，说明为黄铁矿所吸附;在方解石分布的地方径迹呈条带状并且相对比较稀疏。

4 结语

(1)α径迹蚀刻法所用材料成本较低，操作简便，灵敏度较高，在整个操作过程中，不需避光，应用于对砂岩型铀矿石的研究效果较好。

(2)α径迹蚀刻方法应用于砂岩型铀矿石的研究，对不同类型不同品位的砂岩型铀矿石能够简便有效地寻找砂岩型铀矿中铀矿物及其存在位置、判别铀的赋存形态，为研究砂岩型铀矿及铀含量偏低的含铀矿石提供一个简便易行的分析手段。

(3)在HJQ砂岩型铀矿石的研究中，通过α径迹蚀刻法对铀矿石的分布状态，铀的富集规律进行研究，得出该区铀矿石中的铀主要以吸附状态和铀矿物2种形式存在，铀矿化与黄铁矿化有密切的关系，为研究本地区铀成矿作用具有重要的理论与现实意义。

［1］张海青，世界铀资源概况.世界核地质科学.2007，4(24):212-215.

［2］石玉春，α径迹照相法及其在岩矿研究工作中的应用.核技术1988，9(11):56-58.

［3］马晔，鄂尔多斯盆地HJQ地区砂岩型铀矿铀赋存状态研究.西北地质2013，2(46):141-152.

［4］徐喆，α径迹蚀刻方法在砂岩型铀矿研究中的应用-以通辽地区砂岩型铀矿为例.东华理工大学学报(自然科学版)2010，1(33):9-14.

［5］邓林燕，利用径迹蚀刻方法研究热液型铀矿中铀的赋存状态.能源研究与管理2012(1):19-24.

［6］冯秀芝.径迹蚀刻探铀方法.国外放射性地质，1976，17(4):17-39.

［7］程华汉，马汉峰，向伟东.利用裂变径迹方法研究碱交代作用中铀赋存状态的变化.铀矿地质.2000，16(50:291-296.