内蒙古巴仁扎拉格801矿床铀镭平衡系数特征研究

李 勇，张 凯，潘洪松，侯学文

（核工业二八〇研究所，四川 广汉 618300）

［关键字］巴仁扎拉格801矿床；U-Ra平衡系数；γ测井

放射性平衡系数是表征铀矿床物理特征的重要参数。在铀矿勘查中放射性测井工作实质上是探测铀的衰变产物氡子体的γ强度，从而间接测量铀含量。只有当铀镭处于放射平衡状态时才是正确的，当铀镭处于不平衡状态，用γ测井计算铀储量时就必须加以修正才能确定铀含量［1］。在实际工作中，铀及其衰变产物镭的地球化学性质不同和迁移能力有所差异，同时受矿石成分、矿体埋藏深度、品位、地质构造、水文地质条件等一系列因素影响。使铀和镭之间平衡状态发生变化，出现铀镭平衡破坏的现象。因此，研究铀镭平衡系数及其变化规律对于铀矿勘查工作有着重要的意义［2］。

1 地质概况及铀矿床特征

巴仁扎拉格801矿床地处大兴安岭山系南段东部，位于华北地台北缘、蒙古弧形构造东翼与大兴安岭北北东向构造带的复合部位的核部，含矿的钠闪石花岗岩沿背斜轴部侵入，背斜两翼均由中生界上侏罗统白音高老组火山碎屑岩及流纹岩组成，巴仁扎拉格碱性花岗岩是矿区的主要含矿岩体，岩性以钠闪石花岗岩为主，呈小岩株状侵入于侏罗系形成的短轴背斜轴部。

801矿床放射性元素矿化以铀、钍为主，伴生稀有稀土元素铌、钇、铍、钽、锆、铈矿化。矿化赋存在钠长石化碱性花岗岩体中，呈面状展布，位于碱性花岗岩体的顶部，矿化向岩体深部减弱，其成因是岩浆晚期分异交代型原生矿床。根据铀矿化集中分布在岩体出露部位，岩体上部风化强烈，矿化向岩体深部及两侧减弱等现象分析，后期构造热液以及风化淋滤作用对研究区铀、钍成矿主要起着叠加富集效应。

2 矿床铀镭平衡特征

鉴于铀镭地球化学性质不同，近代地球化学环境的影响导致矿床不同部位铀镭平衡系数分布情况各异，因此有必要从铀镭平衡系数频谱特征、铀镭平衡系数与铀含量的关系及铀镭平衡系数与矿体埋深的关系等方面进行研究［3］。

2.1 样品的采取

为了确定铀镭平衡系数，要求样品有较好的代表性、可靠性和完整性。根据矿层的类型、厚度大小、岩性、品级、矿层边界严格按规范进行取样［4-5］；再根据地质、物探编录、铀矿化分布特征及矿体与围岩关系合理划分采样段，取得样品后，进行劈半取样，一半作为矿样，一半作为副样保留。采集的样品数量要根据矿床规模和平衡系数的变化系数而确定。由于801矿体埋深较大，矿体控制程度相对较低，所以采取的样品一定要具有代表性，采用面要广，本次分别从3、7、11、4、8、10号勘探线等多个钻孔中获取，岩性及采样深度（表1），本文采取的128个样品保证了在矿区的代表性。

2.2 铀镭平衡系数的计算

1）单个样品U-Ra平衡系数（Kp）

单个样品平衡系数的测定，样品主要采自该矿床地表及钻孔中，取样后，送实验室用化学及物理方法分析铀、镭后，按下列公式计算平衡系数。

式中：Kp—矿石铀镭平衡系数；QRa—样品的镭含量；Qu—样品的铀含量。

2）平均平衡系数计算

对多个钻孔的样品，分别采用样品铀含量与样品长度加权平均求得［6］。计算公式如下：

式中：Kp′—平均平衡系数；Kp—第i个样品的平衡系数；H—第i个样品的长度；Qu—第i个样品的百分铀含量；i—样品编号；m—样品总数。

表1 801矿区不同矿化岩性Kp值统计表Table 1 Statistics table of Kpof various mineralized rocks in 801 mine

2.3 铀镭平衡系数的修正

801矿床平均铀镭平衡系数为1.48，γ测井确定的当量铀含量按式（3）进行修正：

式中：Qu—修正后的铀含量（%）；Qt—修正前的铀含量（%）；KP—矿石铀镭平衡系数。

2.4 铀镭平衡系数频谱特征

801铀矿床13个工业钻孔 （Qu＞0.01%的铀镭样品128个 （剔除离散样品3个），其Kp频率曲线基本服从正态分布，曲线大致呈单峰形状（图1），轴对称，偏向纵轴的右侧，众数值为1.51，铀镭平衡遭到破坏，总体上呈现偏镭，进行γ测井的定量计算必须进行铀镭平衡修正。

图1 巴仁扎拉格801矿区区域地质图Fig.1 Geology map of Barenzhalage 801 mine

据128个样品平衡系数结果统计，其算术平均平衡系数为1.51，对每个样品的Kp值进行铀含量和厚度的加权平均，利用式（2）计算可得铀-镭平衡系数的加权平均值 （K平）＝1.48，表明矿化明显偏镭，与频谱特征分析结论一致。

2.5 801矿床Kp与铀含量的关系

801矿床样品分析结果表明高铀含量矿石较少，绝大多数样品铀含量在0.01%～0.03%之间且分布在岩体顶部。当铀含量小于0.03%时，基本偏镭，变化范围在1.1～1.9之间，含量越低，偏镭越严重，铀镭平衡系数与矿石铀含量呈负相关的关系（图2）。即随着铀含量的增高，Kp的值逐渐变小，结合地质钻孔资料分析，铀含量高的样品均处于矿体的肉红色强蚀变花岗岩中，样品中铀含量最高可达0.03%，Kp值一般约等于1.0，接近铀镭平衡状态，分析认为高含量矿石往往是铀镭平衡的，其原因可能是矿体顶部氧化环境过渡到底部还原环境，地下水从氧化带淋滤蚀变带和搬运出来的铀被还原，沉淀下来，因而出现铀镭平衡的现象，铀含量小于0.02%的样品铀镭平衡系数都大于1，导致偏镭的主要原因是岩石晶洞较多，空间较大，容纳的空气多，易于形成氧化环境，部分铀被氧化运移迁出，以及镭的过剩。因此801矿床铀镭平衡明显偏镭。

图2 U-Ra平衡系数Kp频率分布曲线Fig.2 Distribution curve of frequency spectrum of U-Ra equilibrium coefficient

2.6 镭铀平衡系数与蚀变带、深度的关系

将矿区样品按矿化蚀变的程度分为花岗岩、肉红色强蚀变花岗岩强钠长石化钠闪石花岗岩、中钠长石化钠闪石花岗岩、弱钠长石化钠闪石花岗岩5类（表1）；其中，肉红色强蚀变花岗岩（近地表）的平均铀镭平衡系数为0.66，花岗岩的平均铀镭平衡系数为1.33，强蚀变钠长石花岗岩的平均铀镭平衡系数为1.48，中蚀变钠长石花岗岩的平均铀镭平衡系数为1.58，弱蚀变钠长石花岗岩的平均铀镭平衡系数为1.54。

探槽矿石平衡系数分布特征。探槽中铀镭平衡系数Kp＜1铀镭平衡处于偏镭状态。推测其原因是富矿石中常伴有次生铀矿物的堆积体（表1）所示。

为了研究铀镭平衡系数与矿体埋藏深度的关系，我们以铀镭平衡系数为纵坐标，矿体埋藏深度为横坐标加以分析，如图3所示。

图3 U-Ra平衡系数与铀含量的关系散点图Fig.3 Plot curve of U-Ra equilibrium coefficient with U content

钻孔平衡系数分布特征统计了128个样品Kp与取样深度（d）的变化关系，由Kp-d散点分布图（图4）可见，距地表30 m以上极个别样品铀镭平衡系数约等于1，为铀含量偏高所致，埋深30 m以下铀镭平衡系数基本上在（1.2～1.9）之间，个别样品Kp＞2.0，总之随着深度增大，Kp略有增加的趋势。

结合地质资料及样品分析数据来看，在岩浆演化的晚期，岩浆富含气液和稀有稀土放射性元素，在岩体顶部形成强蚀变和强风化带，由于强烈的氧化作用，U可全部被迁移，而Ra残留原地，所以801矿床铀镭平衡系数总体偏镭。

图4 U-Ra平衡系数与取样深度的关系散点图Fig.4 Relationship plot between U-Ra equilibrium coefficient and sampling depth

3 结论

通过对801矿床矿石样品U-Ra平衡系数的研究，获得的基本结论是：

1）801矿床U-Ra平衡系数服从正态分布，峰值偏向纵轴的右侧，总体偏镭，平衡系数的大小与矿石的铀含量呈负相关，平衡系数与矿体埋深呈正相关。

2）801矿床铀镭平衡系数加权平均值为1.48，利用γ测井估算铀的资源量时，应对γ测井结果进行修正。