210Po法在粤北青障山地区花岗岩型铀矿找矿中的应用研究

姜涛，李伟林

（核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029）

210Po 法测量已广泛应用于铀矿找矿、石油天然气勘查、地质构造圈定、地热资源评价等领域。210Po 是氡气衰变产生的长寿命子体，极易吸附在土壤、沉淀物等物质的表面而形成稳定的胶体物质，在破碎带、岩层等上方的土壤中形成胶体后就不易活化迁移［1］。由于210Po半衰期较长、地球化学性质不活泼的特性，210Po 较氡气的其他衰变子体更便于及时分析测量，土壤样品中210Po 的含量能精确表征其母体物质——氡气的含量［2］。赋存在地下深部的铀矿体是释放氡气的母体物质，岩石中也具有一定量的放射性物质，因而210Po 的含量异常能较好地反映地下深部的铀矿体和构造带。

1 地质背景

南岭中段青嶂山矿集区处于华南褶皱系闽赣粤加里东褶皱带的南西缘，是构造、岩浆、铀多金属成矿作用长期活动的地区。区域地层主要分布有震旦系浅海相类复理石建造的中-浅变质岩系和寒武系的浅海相类复理石碎屑岩建造的浅变质岩系［3］。少量分布有奥陶系的浅海相笔石页岩及碎屑岩建造、中泥盆统-石炭系的浅海-滨海相碎屑岩、碳酸盐建造、晚白垩世-古近纪的陆相红色碎屑岩建造。区内主要断裂构造为南雄断裂和江头断裂两条控盆断裂。诸广山复式巨型岩体是研究区内的主体岩体，该岩体经加里东期、华力西期、印支期和燕山期等多期次岩浆活动而形成，加里东期、印支-燕山早期的岩浆侵入活动最为活跃，构成岩体的主体，成岩年龄为（388～105）Ma［4］。

青嶂山矿集区位于北东向江头断裂的上下盘，上盘为南雄盆地，下盘为诸广山巨型复式岩体的青嶂山岩体。南雄盆地主要出露地层为上白垩统南雄组（K2n）和古近系（E）［5］。南雄组（K2n）主要岩性为红色花岗质砂砾岩、砂岩和粉砂岩等；古近系（E）主要岩性为砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和泥灰岩等。江头断裂带长60 km 左右，在研究区北部蚊坑一带出露宽度3～4 m，产状为315°∠69°。于江头镇一带被白垩纪红层所掩盖，在天湖洞以北，又切穿了白垩纪地层，充填物有硅质角砾岩、硅化碎裂岩、硅化糜棱岩。南雄断裂带西至广东省仁化县长坝南端，走向范围为NE40°～70°，北东向延伸经过南雄北部至广东省信丰县境内，倾向SE，早期面理倾向与晚期断裂面倾向均为55°～60°，沿南雄断裂带发育大量硅化碎裂岩、断层角砾岩等脆性变形形成的碎裂岩系列［6］。青嶂山岩体为诸广山岩体的一部分，具有明显的多旋回活动特点，即加里东-印支-燕山期侵入活动，其中以印支期花岗岩为主。印支期花岗岩为青嶂山岩体主体，其岩性、矿物、结构、物质成分均带有明显的相变性。中心相为粗粒斑状黑云母花岗岩，主要分布在黄沙断层以北地区；过渡相为中粒二云母花岗岩，出露于黄沙断层以南地区；顶部相 （包括边缘相）一般出露在岩体南部高山顶及岩体边部，岩性以细粒和中细粒二云母花岗岩为主（见图1）。

图1 青嶂山矿集区地质简图（据参考文献［7］修改）Fig.1 Geology sketch of Qingzhangshan mineralization cluster（modified after reference［7］）

2 方法原理

210Po 方法的物理基础：238U 的放射性衰变中唯一的气体产物且能够通过岩层向地表扩散的222Rn，在它经过3 次α 衰变和2 次β 衰变形成210Pb 后，再经过2 次β 衰变后产生的。由于238U 不断衰变形成氡，氡气到达地表后不断积累与衰变，因而形成了与氡基本处于放射性平衡的210Po。由于210Po 在近地表受气候影响较小，因而可通过测定的氡衰变子体210Po 的α 射线强度的方法来确定土壤中210Po的含量，进而反映取样点的氡浓度。210Po 的半衰期较长且具有较强的α 辐射，可在实验室中通过电化学置换反应将土壤浸取后的盐酸溶液中的210Po 有效地置换出来，即可得到样品中210Po 含量［8］。

实验室中电化学置换钋原理：Po4＋/Po 的标准电势在电位序中位于碲元素和银元素之间，因此钋可直接镀在银以及比银电位更低的镍、铜等金属上。铜元素置换210Po 的电化学反应方程式为：

3 样品采集与分析

3.1 样品采集

为全面分析研究区内的放射性异常分布特征与规律、进一步探明南雄盆地与青嶂山岩体之间的接触关系、圈定该区内具有较大铀矿找矿潜力的区域，优选找矿靶区，在研究区内按500 m×200 m 的网度，共采集土壤样品4311 个。

野外采样定点采用GPS 结合地形图或测量网的定点方法。研究区主要由两个部分组成，北部为南雄盆地，南部为青嶂山花岗岩体，因此，测网布设必须考虑成矿地质条件与地貌特征。在平原地区，测线方向应大致垂直含矿岩层或含矿构造走向；在地形复杂地区，也可根据网度，以0.1 km2为一个采样单元采集样品。样品预处理内容有样品干燥、击碎、捣碎、过筛、拌匀、称重、缩分、填写纸样袋样号、填写送样单、装箱等。样品一般在通风处自然阴干，干燥后的样品用木槌敲打或乳钵捣碎固结颗粒；过40 目筛，充分搅拌均匀，取100 g 装于样品袋中，在袋上标注样品号码，送入实验室分析。采用的分析方法为自沉积法，检出限为0.01 Bq/kg。

3.2 样品分析

土壤样品在自然状态下阴干后，在乳钵中研磨成细粉末，经过60 目筛；取1～3 g 样品，倒入15 mm×150 mm 干燥试管中；沿试管壁滴加0.5～1.0 ml 盐酸，将试管中所有样品全部湿润，在烘烤箱105 ℃下干燥；取出2 g 事先浸泡在水中的玻璃纤维，挤去玻璃纤维中的水并将其塞入试管的开启端；将试管样品端插入管状电炉，但需将玻璃纤维端漏在管状电炉外，应用电炉加热到500 ℃并保持30 min 后，取出试管冷却；用玻棒拔出塞入试管开启端的玻璃纤维并置于150 ml 烧杯中，并用滴管将40 ml 0.5 mol/L 的热盐酸溶液淋洗试管开启端的内壁，淋洗液导入盛玻璃纤维的烧杯中；在电炉上加热烧杯10 min，乘热过滤烧杯中的溶液，同时用玻棒把玻璃纤维中的溶液挤压出来，加入20 ml 0.5 mol/L盐酸，重复上述步骤；把两次溶液收集在已装好银片的玻璃沉积瓶中，加入200 ml 抗坏血酸和0.5 ml 25%盐酸联胺，以消除三价铁和其他可能的重金属离子的干扰。

通过测量银片在低本底测量仪上的a 计数，按公式（2）计算土壤中210Po 的含量：

式中：A—样品中210Po 的含量放射性强度，pCi/g；n—被测样品的净计数率，cph；f—总计数率；Y—210Po 的化学回收率；W—分析时所取土壤量，g。

4 数据处理与成果图件绘制

在传统的化探数据处理方法中，在概率分布的基础上确定背景值，典型的处理方法有移动标准化法、衬度系数法、拐点法、经验对比法等［9］。多年来，化探数据的处理应用小波分析原理［10］、分形理论［11-13］也比较常 见。近些年来，一种分形趋势面插值方法被提出，其基础是应用分形理论与趋势面分析方法相结合，为化探数据处理中弱信息的提取指明了新的方向。

研究区210Po 含量表现有区域性的降低或者增高的趋势，究其原因为成矿成岩时的温度、压力、岩性、区域成矿规律等因素的影响，加之南雄盆地与青障山岩体本身的地质背景就不相同，所以，采用同一标准作为整个研究区异常下限或者背景上限，而忽略210Po 元素在地壳中的趋势性或者区域性的变化，以及青障山岩体与南雄盆地的差异，是很不科学的做法，利用趋势面分析方法可以很大程度地解决背景下限值采用统一标准带来的问题［14］。

某事物的观测值由随机因素叠加值、局部性变化值和区域性变化值组成。随机因素叠加值是由随机干扰因素造成的；局部性变化值由局部范围内的变化特征引起，在210Po法测量中，该部分变化值反映了地下深部的铀矿体和断裂破碎带；区域性变化值表征总体的规律性变化，在210Po 法测量中，该部分变化值反映了区域岩体、区域构造、区域背景等［15］。观测值的表达式如（3）所示。

其中，Zi为某事物的观测值；ei为随机因素引起的叠加值；Ni反映局部性变化；Ti反映区域性的变化。

趋势面分析方法将210Po 法观测值分为局部分量和区域分量两部分，其中局部分量包括Ni和ei两部分，真正具有地质意义的为局部分量Ni，利用趋势面分析方法进行解译210Po 法数据的程序分为两步，第一，观测值分为区域分量和局部分量，第二在局部分量里面划分出随机因素ei和具有真正意义的局部分量Ni。

在210Po 原始测量值中，个别210Po 含量高值会对趋势面的整体形态产生影响，甚至会造成趋势面失真，因而210Po 原始测量值的预处理是趋势面分析的关键所在。对210Po 原始测量值进行数据预处理时，一般情况下应用累计频率95%处的分位值代替高值的临界值，用临界值代替高于临界值的210Po 原始测量值。

某采样点的210Po 原始测量值与该点趋势值之差为剩余值。若剩余值低于趋势值，则该采样点的剩余值为负数，反之则剩余值为正数。分别计算出每个采样点的210Po 原始测量值的剩余值，并按照合适的区段间隔绘制出剩余值等值线图。此处应该注意一个问题，局部异常不等于剩余值，差别在于，局部异常分量与噪音之和为剩余值，即ΔZi＝Ai＋Ri，想要得到每个观测值的局部异常分量Ai，要在剩余值ΔZi当中剔除噪音Ri。大量实践经验表明，剩余值的意义体现在正剩余值，区域性规律增高体现了210Po 的富集，正剩余值体现了210Po 异常；随机因素叠加值的计算方法为正剩余值平均值法［16-18］：

式中：M 为正剩余值的数量；ΔZi＋为第i 个点的正剩余值。

某观测点的异常分量值可用从ΔZi＋当中剔除Ri的方法获得，绘制出异常分量等值线图，圈定目标元素异常分布特征。

趋势面分析方法运用的是IBM 公司推出的SPSS（Statistical Product and Service Solutions），通过excel 表格将每个观测的坐标、观测值导入SPSS 软件，选择趋势面分析方法，经过计算，可以自动输出处理结果数据表格，具体为趋势面回归方程系数、趋势面次数、观测值、观测点坐标、剩余值、趋势值、正剩余平均值、总体平均值、残差平方和、总离差平方和、检验值、拟合度及运算时间。利用剩余值减掉噪音 （正剩余平均值），即可通过软件绘制出异常分量等值线图（具体计算过程是通过软件处理后完成的，但由于数据量巨大，无法给出，这里仅给出计算结果）。

为追索210Po 的分布模式其地质意义，消除不同背景值的影响，分别基于南雄盆地和青嶂山岩体的区域趋势分量值计算衬度值（衬度值等于测量值除以区域趋势分量背景值），更加清晰表达210Po 含量的异常浓集趋势，绘制了210Po 异常分量衬度等值线图，衬度等制图能消除不同背景值的影响（见图2）。

在青嶂山岩体内，210Po 在欧洞断裂以南以偏低晕、低晕产出；在江头断裂以南、欧洞断裂以北的大部地区以偏高晕、增高晕以及异常晕产出，在西陇、江头等地区具有多个明显的浓集中心（图3）。由地质资料可知，青嶂山岩体主体为燕山期早期第一阶段中粗粒斑状黑云母花岗岩和燕山期早期第三阶段中细粒黑云母花岗岩，后期有较多的石英正长岩，花岗斑岩脉、花岗闪长岩、中基性岩脉侵入和多次构造热液活动，形成不同方向的岩脉分枝复合、穿切分布的复杂局面。岩体内花岗岩中放射性核素含量高是210Po 以偏高晕、增高晕产出的主要原因，也是铀元素富集成矿而具有异常晕、异常点产出的主要原因。以衬度值绘制的等值图（图2）显示，南雄盆地中的中村地区等异常面积有所增大，而青嶂山岩体内的西泷地区、江头地区等异常浓集面积有所减小。

总体而言，南雄盆地210Po 呈现低背景值的分布，局部 （中村地区）因铀元素富集而形成较大的210Po 浓集中心的分布模式；青嶂山岩体210Po 呈现高背景值的分布特征，具有多个210Po 浓集中心的分布模式。

5 异常指示意义探讨

5.1 江头地区（I-1）异常区找矿指示意义

图2 210Po 异常分量衬度等值线图Fig.2 Contour map of contrast 210Po anomaly

图3 210Po 测量异常图Fig.3 Anomaly map of measured 210Po

该异常位于江头地区，与江头（273）矿床位置吻合，最高异常值达55.2 Bq/kg，平均异常 值26.4 Bq/kg，衬度为4.6，异常面晕积11.9 km2，异常点面积1.23 km2，异常面积由20 个测点控制。该异常具有2 个明显的逐步浓集中心，其中较大的异常浓集中心范围内分布有273-2、273-3、273-5 等矿点及2113矿点；较小的异常浓集中心范围内分布有江头（273）矿床的273-1 矿点。区内岩性主要为中粒小斑状黑云母花岗岩、细粒花岗岩；区内存在一组东西向以1 号带为主硅化带和一组北西向以6 号带为主的辉绿岩脉，成矿环境优越，前人在273-5、273-6 矿点探明的矿体赋存在1 号带内，在273-1 矿点探明的铀矿体赋存在北西向辉绿岩脉内，而与2113 矿点对应的6 号辉绿岩脉工作程度较低。

210Po 是深部铀元素及其子体向地表迁移的产物，210Po 的异常是深部铀元素富集的直接反映，江头地区1 号带、北西向辉绿岩脉的勘查深度均较浅，而处于异常浓集中心的6号辉绿岩脉更是工作程度较低。综合江头地区成矿环境和210Po 异常情况，I-1 异常区找矿前景巨大。

5.2 西泷地区（I-2）异常区找矿指示意义

该异常位于西泷地区，最高异常值为185.3 Bq/kg （本次210Po 测地的最高异常值），平均异常值31.7 Bq/kg，衬度为5.6（本次210Po测得的最高异常衬度值），异常面积11.0 km2，异常点面积2.76 km2（本次210Po 测得的最大异常点面积），异常面积由41 个测点控制。该异常具有明显的异常浓集中心，浓集中心范围内存在前人发现的1048、7601、7602 等多个铀矿化点。该异常地段岩性为中细粒黑云母花岗岩、花岗闪长岩；出露的断裂有NE 向西泷断裂带及近SN 向次级构造带，具有较好的铀成矿地质条件。

位于西陇地区的棉土窝铜、钨多金属矿床范围内，210Po 异常值高，深部具有较高的铀-多金属找矿前景。7601、7602 等铀矿化点处于南北向断裂和北西向辉绿岩脉中或是它们的交汇处，上述地段深部具有较大的找矿潜力。

6 异常查证

6.1 江头地区（I-1）210Po 异常查证

在该地区部署了9 条剖面，点距20 m，异常处点距加密至10 m。所有测线均开展了伽马能谱、土壤氡气测量，重点测线还开展了分量化探测量、AMT 测量。江头273-1、273-5、273-6 地段综合物探平面、剖面图见图4。

该工作区的围岩主要为中粒小斑状黑云母花岗岩、细粒花岗岩。岩体内放射性本底高，可以为铀矿的富集提供足够的 “铀源”。硅化断裂带广泛发育，辉绿岩脉纵横交错，赋矿环境极其优越。

区内各铀矿点等物化探异常均分布于区内断裂带或辉绿岩脉内。几乎所有的能谱铀和土壤氡气和分量铀异常大都受辉绿岩脉控制，其次是硅化破碎带。能谱铀、土壤氡、分量铀在北西西向辉绿岩脉处异常显著，异常均分部在辉绿岩脉上方，而江头（273）矿床最大的铀矿体273-1 也是分布在该组辉绿岩脉内，结合江头地区AMT 测量反演结果（图5），认为推断隐伏构造深部延伸情况良好，成矿环境极其优越，找矿前景较好。

6.2 西泷地区（I-2）210Po 异常查证

I-2 异常内的210Po 浓集中心处开展了2 条剖面测量，伽马能谱测量未捕获较高的异常值，全区能谱铀含量最高值为12.67×10-6，说明工作区内浅部铀矿化线索较少，浅表部不是探寻铀矿的重点。土壤氡气异常在JT17、JT18 剖面（图6）均有分布，最大值出现在JT17剖面平距300 m 处，浓度值为271 984 Bq/m3，该处氡气异常与7603 异常点对应，显示了该异常点深部具有非常好的找矿前景。另外，在JT18 剖面平距80 m 处，捕获的氡气异常浓度值为252 760 Bq/m3，该处氡气异常与7601异常点对应，显示了该异常点深部也具有一定的找矿前景。

图4 江头地段综合物探平面剖面图Fig.4 Layout of sections of different geophysical survey method in Jiangtou Sector

图5 江头地区AMT 测量反演结果Fig.5 Inversion results of AMT Survey In Jiangtou sector

图6 西陇地段综合物探平面剖面图Fig.6 Layout of sections of different geophysical survey method in Xilong Sector

结合西泷地区AMT 测量反演结果（图7），认为推断隐伏构造深部延伸情况良好，深部放射源十分充足，成矿环境优越。

图7 西泷地区AMT 测量反演结果Fig.7 Inversion results of AMT Survey in Xilong sector

7 钻探工程验证

通过在江头、西泷地区异常区内开展深部钻探工程揭露（钻孔位置见图4、图6），分别布设钻孔zk12-1，方位为210°、倾角75°、孔深105 m，见到有品位0.0501%，厚度0.80 m的工业矿段；zk12-2，方位为210°、倾角75°、孔深210 m，见到有品位0.0513%，厚度3.60 m 的工业矿段；zk23-1，方位为130°、倾角75°、孔深120 m，见到有品位0.0514%，厚度1.80 m 的工业矿段；zk23-2，方位为130°、倾角75°、孔深105 m，见到有品位0.0558%，厚度1.10 m 的工业矿段（图8、图9）。

8 结论

1）在粤北花岗岩型铀矿找矿中，趋势面分析消除了不同铀含量的地质背景对提取210Po 放射性异常的影响；

2）在粤北花岗岩型铀矿找矿中，210Po 法与地面伽马能谱、氡气测量、AMT 组合应用对寻找花岗岩区深部隐伏矿体具有良好的效果；

图8 江头地区12 号勘探线钻孔剖面图Fig.8 Exploration Section 12 in Jiagntou sector

图9 西泷地区23 号勘探线钻孔剖面图Fig.9 Exploration Section 23 in Xilong sector

3）210Po 法在花岗岩型铀矿勘查中具有较大的指导意义。