RS-230型能谱仪在铀矿勘查中的应用实例和效果

曹秋义， 山 亚， 冯 博， 张 恩， 卢辉雄， 杨彦超

(1.核工业航测遥感中心，石家庄 050002 ;2.中核集团公司 铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)，石家庄 050002)

0 引言

目前在我国铀矿勘查工作中，勘查仪器多以采用NAI晶体为主，该晶体应用较为广泛。RS-230型手持式能谱仪是目前国内、外采用BG0(锗酸铋)为闪烁晶体的能谱仪[1]，因其测量精度高、使用便捷等特点，在近年来逐渐被广泛使用。笔者通过使用该仪器进行地面伽玛能谱测量，并采用牛顿迭代法，对地面伽玛能谱提供的U、TH、K含量数据[2]进行了处理和异常提取，分析了两个地区的地面伽玛能谱分布特征，预测了找矿靶区，并进一步验证了该仪器在铀矿找矿中的适用性。

1 使用仪器

RS-230型能谱仪是从美国引进的多功能能谱仪，被广泛地应用于放射性直接找矿、地质填图、寻找与放射性元素共生或伴生的资源、环境放射性评价等多个领域。该系统采用BG0(锗酸铋)为闪烁晶体的能谱仪，能量相应30 kev～3 000 kev。其灵敏度高出同体积的碘化钠晶体的50%，具有直接的可读测量、化验扫描、数据存储、全天候气象保护等功能[1]。该系统与车载、机载能谱仪等相比，具备以下优势:①工作平台简便，无需复杂配套设施；②适用条件广，对车载等无法到达的林区地形，人工测量即可；③灵敏度高，适用于详查等工作，可对大比例尺的地区进行勘查。

2 处理方法

本次两个研究区测量数据均采用牛顿迭代法进行处理。牛顿迭代法是一种不断利用变量的旧值递推新值的过程，与“直接法”的一次解决问题不同，它经过三个方面的工作：①确定变量；②建立迭代关系；③对迭代关系进行控制，最终形成一套处理数据[3]。牛顿迭代法通过无限循环剔除，对平均值、标准差计算较准确，重点突出异常值，该方法对寻找异常高值效果直接，因此被广泛使用于铀矿勘查工作中。

图1 磨石山地区地质图Fig.1 Geological map of the Moshishan area

3 磨石山地区应用实例

3.1 地质概况

磨石山地区位属黑龙江省嘉荫县，整体位于兴凯湖—布列亚山地块区一级构造单元中的佳木斯隆起带[4]，区内多为林区浅覆盖、半沼泽。该区火山岩发育，主要分布为白垩统宁远村组(K1n)陆相酸性火山岩[5]，岩性为流纹岩、流纹质角砾熔岩、流纹质凝灰岩及少量松脂岩(图1)。其中宁远村组流纹岩为该区主要岩性，分布范围较广，流纹质角砾熔岩多呈椭圆状集中分布研究区东南部。流纹质凝灰岩及松脂岩分布面积较小，呈不规则条带状分布，在区内东南部和北西部可见[6]。

3.2 研究区地面放射性特征

笔者采用牛顿迭代法对区内钾、铀、钍数据进行处理，因铀钍比值是常用的能谱特征参数[7]，本次对铀钍比值也进行了处理(图2)，由图2可知,本区地表钾含量最高为5.2×10-2，铀含量最高为15.3 ppm，钍含量最高为26.2 ppm，区内钾、铀、钍元素分布规律明显，钾、铀、钍均集中分布于区内中南部，在东北侧呈点状零星分布。该区中南部高值区整体呈北西-南东走向展布特征，周边钾、铀、钍含量明显降低，经检查工作证实，该特征与中南部流纹岩出露情况有关。该区钾、铀、钍元素含量重叠性好，铀钍比值在东南部呈星散状分布。

3.3 地面放射性信息提取和叠加

对研究区内钾、铀、钍三元素异常信息进行了提取，异常提取以该区单元素平均含量值加上三倍均方差为异常下限，提取依据见表1，并将钾、铀、钍元素异常信息(异常晕以上信息)进行叠加，得到元素异常分布图(图3)。

常点位于铀异常、钾异常重合区。

图2 磨石山地区 钾、铀、钍及铀钍比等值平面图Fig.2 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Moshishan area(a)钾含量分布图;(b)铀含量分布图;(c)钍含量分布图;(d)铀钍比值分布图

岩石(地层)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新统4.381.280.2911.552.350.201.690.470.28流纹岩3.461.320.3910.642.550.241.800.520.29流纹质角砾熔岩3.381.060.3111.022.090.19.1.880.470.25流纹质凝灰岩3.190.470.159.461.230.131.590.210.13松脂岩3.340.490.1510.112.320.231.580.150.09全区3.390.990.2910.582.290.221.750.440.25

3.4 综合研究与靶区预测

研究区内铀异常点和铀异常带均位于铀单元素异常的分布区，附近钍异常分布较少，显示区内异常多为纯铀异常，该区钍元素主要位于流纹岩出露区，其多来源于深部火山热液。钾异常零星分布，铀异常多位于断裂构造周围，后经地质查证，该处硅化、褐铁矿化等蚀变现象明显，岩石较破碎。对异常带进行了槽探揭露工作，发现该区铀异常附近普遍存在“红化”现象，化学分析显示该处，铀含量最高达181 ppm，具备较好的找矿潜力。综合该区铀异常特征及查证工作，进行了成矿预测[8]，预测了2处找矿靶区(图3)。

图3 磨石山地区元素异常分布图及找矿靶区预测图Fig.3 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Moshishan area(a)钾含量分布图; (b)铀含量分布图;(c)钍含量分布图;(d)铀钍比值分布图

4 奋斗地区应用实例

4.1 地质概况

奋斗地区位于黑龙江萝北县境内，大地构造匣置为兴凯湖-布列亚山地块区老爷岭地块佳木斯隆起带的北缘[9]，区内变质岩发育，地层主要为古元古界兴东岩群斜长片麻岩、花岗片麻岩、云母石英片岩、大理岩和伟晶岩(图4)，其中斜长片麻岩主要分布于研究区北部，花岗片麻岩主要位于研究区南西部，伟晶岩多呈脉状或透镜体分布，主要发育于花岗片麻岩中，大理岩仅出露于研究区北西部一处，云母石英片岩于研究区中东部零星出露。

4.2 研究区地面放射性特征

采用牛顿迭代法对数据进行处理(图5)，由图5可知，本区地表钾含量最高为5.4×10-2，铀含量最高为12.6 ppm，钍含量最高为52.1 ppm，区内钾、铀、钍元素分布规律明显，整体呈北低南高特征，元素异常主要分布于测区南部，呈明显北西向条带状展布特征，中部和北部，一般钾、铀、钍元素含量相对较低，在大理岩分布区附近钾含量、含量明显升高，铀含量略见上升，铀钍比值在北部呈零星点状分布。

4.3 地面放射性信息提取和叠加

对研究区内钾、铀、钍三元素放射性信息进行了异常提取，提取依据见表2，并将异常信息(异常晕以上信息)进行叠加，得到元素异常分布图(图6)。

图4 奋斗地区地质图Fig.4 Geological map of the Struggle area

图5 奋斗地区 钾、铀、钍及铀钍比值等值平面图Fig.5 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Struggle area(a)钾含量分布图;(b)铀含量分布图;(c)钍含量分布图;(d)铀钍比分布图

图6 奋斗地区元素异常分布图及找矿靶区预测图Fig.6 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Struggle area

岩石(地层)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新统4.241.420.3414.736.730.461.910.840.44花岗片麻岩4.561.450.3215.005.650.381.920.630.33斜长片麻岩3.860.990.2612.464.220.341.710.560.33大理岩3.991.080.2713.356.070.451.730.990.57云母片岩4.181.280.3110.62.980.281.560.500.32伟晶岩4.721.700.3515.766.400.412.060.790.39全区4.281.360.3214.175.780.411.850.700.38

根据放射性异常信息对本区异常进行圈定，划分了铀异常带1条，异常点1个。该区异常主要分布于研究区南部，整体呈北西向条带状展布。异常附近可见高岭土化、褐铁矿化等弱蚀变，全区铀含量最高值位于UF01处，为12.6 ppm，该处钾、铀、钍元素异常均见分布，西北部大理岩分布区附近见钍、钾元素异常重叠，未见铀元素异常。

4.4 综合研究及靶区预测

奋斗地区UF01铀异常点铀含量为12.6 ppm，钍含量为72.3 ppm，为铀钍混合异常点，该异常点伴有的铀高晕、铀偏高晕范围较大。伴生褐铁矿化、高岭土化等弱蚀变。UF02铀异常带呈北西向展布，呈椭圆状，铀含量平均值约为5.8 ppm，最高值铀含量值达10.6 ppm，钍含量为24.7 ppm，为纯铀异常，该铀异常带分布较广，伴生褐铁矿化、高岭土化，为弱蚀变强度。

该区两处铀异常点(带)均位于兴东岩群片麻花岗岩中，明显受北西向构造破碎带控制，附近蚀变较常见。化学分析铀含量最高达25 ppm，具备较好的找矿潜力。根据铀异常特征，预测了2处找矿靶区(图6)。

5 结论

通过使用RS-230型能谱仪，在黑龙江磨石山、奋斗两个地区的应用实例和效果可知：

1)使用RS-230型能谱仪可以取得较好的找矿效果。

2)应用牛顿迭代法进行数据处理可以较好地查明研究区的地面放射性分布规律及特征，圈定找矿靶区。

3)磨石山地区铀异常产于宁远村组破碎流纹岩中，构造发育，蚀变明显。存在铀异常点(带)各一处，具备火山岩型找矿潜力。

4)奋斗地区铀异常位于兴东岩群花岗片麻岩中，铁矿化、高岭土化等弱蚀变常见，具备变质岩找矿前景。

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