松辽盆地隐伏砂岩型铀矿化信息探测方法

李必红，王勇，吴国东，王东升，朱万锋

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

松辽盆地隐伏砂岩型铀矿资源潜力大，前期已在盆地南部及近盆缘地区开展了大面积的航空γ 能谱测量［1］，对盆内表生铀矿及蚀源区铀源条件的评价起到了重要作用，但是对隐伏铀矿的勘查效果不太理想，需要发展穿透性强的放射性和地球化学方法技术或其组合，构建适宜盆地隐伏铀矿化信息的探测方法。近些年来，氡及其子体与穿透性地球化学组合探测在准噶尔、二连等沉积盆地的砂岩型铀矿勘查中得到了应用［2-3］，初步结果表明氡及穿透性地球化学测量是隐伏砂岩型铀矿勘查的一种可行方法。

1 松辽盆地地质概况

松辽盆地位于中朝准地台与天山-兴安地槽褶皱区衔接线的北侧，是地槽褶皱区的组成部分［4］。该盆地是我国东北地区的一个大型中-新生代陆相断坳复合型盆地，盛产石油、煤、天然气［5］。盆地基底主要由中深变质岩、浅变质岩和花岗岩组成。蚀源区岩性为中生代火山岩、海西期和燕山期花岗岩及古生代变质岩［6］。盖层主要为上侏罗统火石岭组，下白垩统沙河子组、营城子组、登娄库组，上白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组，古近系依安组，新近系大安组、泰康组和第四系［7］。松辽盆地主要含铀层位为下白垩统姚家组、青山口组和上白垩统明水组、四方台组，平面上铀矿化主要集中分布于南部西南隆起区和北部的西部斜坡区，铀矿化主要产于河流泛滥平原相与河湖三角洲相中，仅有少量铀矿化（异常）产于滨（浅）湖相中［8］。矿区内构造主要有北东向、近东西向和北西向几组断裂。其中，北东向断裂是区域上钱家店深断裂的次级构造。该断裂切穿基底，与近东西向断裂的交汇区控制了区内嫩江期之后的基性岩浆（玄武岩和辉绿岩）活动［9］。

2 隐伏砂岩型铀矿化信息探测方法简介

铀矿化信息探测方法主要基于放射性地球物理和地球化学等学科以及学科交叉研究，探测和圈定铀矿化信息异常区，为铀资源远景区划分或铀矿体定位提供技术支撑。隐伏铀矿化信息探测方法一般指探测表层中所富集来自隐伏铀矿化信息的技术。目前常见的方法有：伽马能谱、氡及其子体、金属活动态（或分量化探）、地电化探、地气等。应用这些方法或方法组合，探测地表浅层土壤中所含的气态、固态、液态或混合态物质中铀矿化相关元素及其计量，通过分析或处理，获取其中来自隐伏迁移元素的含量或浓度，用以推测和评价隐伏铀矿化特征和规律，实现找隐伏矿的目的。

20 世纪60 至70 年代，氡及其子体测量在隐伏铀矿勘查中迅速发展，随后，因222Rn 半衰期仅3.825 天，理论上无法在扩散、对流作用下做几百米的长距离迁移，出现了异常成因机制观点分歧，一种是吴慧山提出的“接力传递”迁移机制［10］继续推崇氡及其子体的测量方法，另一种为Malmqvist 和Kristiansson 提出的地气测量方法［11］，认为地气携带含矿化信息的纳米微粒做长距离迁移。随着地球化学分析测试水平的提高，土壤及地气中纳米微粒的测量方法不断迭代更新，20 世纪90 年代，学者们将土壤金属活动态测量、地电化学测量、地气测量等方法统称为深穿透地球化学方法，近年来，部分学者将其称为穿透性地球化学方法。这些方法的主要目的是提取来自隐伏矿层的纳米微粒物质，预测评价隐伏矿产资源。

针对松辽盆地地质、地形地貌特征，笔者通过已知矿区的试验结果，选择“活性炭吸附测氡＋元素活动态＋地气”组合探测方法，为确保数据同源及高效采集，每个测点取样深度统一为50 cm，先地气样品采集，再取土壤样品，后埋置活性炭吸附测氡器。

2.1 活性炭吸附测氡

活性炭吸附测氡是采用装有活性炭的装置吸附土壤中氡气，通过测量被活性炭吸附的氡及其子体衰变产生的α 粒子、β 射线、γ 射线，利用测量系统检定数据，换算成土壤氡浓度，根据氡浓度分布特征及异常模式，圈定土壤氡异常区，实现找矿的目的。该方法具有数据重现性好、攻深能力强和灵敏度高的优点，是砂岩型铀矿找矿常用的放射性地球物理方法。

本次采用累积式活性炭吸附测氡方法，测量仪器为国产HD-2003 型活性炭吸附测氡仪，设置仪器测量时间为1 分钟，每个样品测量次数为3 次，取平均值，活性炭吸附器埋置时间为6 天。

2.2 穿透性地球化学方法

表征隐伏铀矿的微量元素以固、液、气态赋存于地表土壤和地气中，采用元素活动态测量和地气测量两种方法，分别探测土壤和地气中微量元素含量。本次元素活动态测量是在金属活动态提取［12-14］基础上，采用对铀及其伴生元素具有较好提取效果的专属提取剂对土壤中活动态铀及其伴生元素进一步提取。地气测量指利用捕集装置收集土壤中的气体，通过分析测试地气中元素的含量，获取来源于隐伏矿层纳米微粒元素含量，分析其地球化学特征，发现和圈定成矿有利的地球化学异常，进行隐伏矿产探测，地气测量是基于微气泡流通过矿体时能够将矿体的微量组分携带至地表，其实质是对气体所携带的金属元素的测量［15-17］。笔者采用中国地质科学院地球物理与地球化学勘查研究所研制的地气测量方法，主要是采用微孔滤膜的过滤器，通过人工抽气的方式，捕集地气中所含纳米级地球化学元素微粒。

3 隐伏砂岩型铀矿化信息识别技术

3.1 隐伏砂岩型铀矿化信息异常特征

我国北方砂岩型铀矿表征氡及其子体异常大多为矿体正上方土壤氡浓度相对低，矿端相对高的异常特征［18］。剖面曲线上为“双峰”或“两高夹一低”等异常特征，在平面上为“环状”异常特征。通过在松辽盆地宝龙山、大林、海力锦等已知砂岩型铀矿区实施的活性炭吸附测氡、元素活动态、地气三种测量方法的勘查实践，分析矿区各剖面测线土壤氡浓度、活动态铀含量及地气铀含量实测数据统计结果及剖面曲线图，发现活动态铀含量及地气中铀含量也呈现上述土壤氡浓度类似的表征异常特征（表1、图1）。因为氡是铀的衰变系列核素镭的子体，砂岩型铀矿体上方表层土壤中氡浓度、活动态铀含量以及地气中铀含量都部分来源于隐伏铀矿，具有同源性，即“同族同源”。这种异常特征在剖面上表现为矿体两端高值夹持的相对低值区，并向外逐渐变为正常场特征；在平面上表现为高值晕圈环绕的相对低值区，并向外围逐渐变为正常场的“环状”异常特征。

表1 宝龙山矿区剖面测线氡及深穿透地球化学实测数据统计Table 1 Statistic data on U and Mo content of radon and penetrating geochemical survey

图1 宝龙山砂岩型铀矿区土壤氡浓度剖面曲线图Fig.1 Soil radon concentration profile and geological section of Baolongshan sandstone type uranium deposit

3.2 氡及穿透性地球化学异常找矿模式

构建铀矿化信息异常找矿模式有利于提高直接信息找矿效率，铀矿化信息异常与铀矿体或矿床存在空间对应关系。表生或浅层砂岩型铀矿对应表征氡及地球化学铀异常，理论上铀矿体与穿透性地球化学识别的铀异常也是这种关系。松辽盆地已知铀矿区勘查实践表明，穿透性地球化学提取的铀异常大多数在矿体的边缘，在矿体正上方呈现相对低或微弱异常，这种异常特征与氡异常特征一致，笔者将隐伏砂岩型铀矿氡及穿透性地球化学异常找矿模式归纳为以下两种。

3.2.1 上置异常找矿模式

上置异常找矿模式是指异常位于矿体、矿化体或异常源正上方，紧靠其上或有一定空间距离的次生异常。上置异常在剖面上呈单峰或连续跳跃式异常（图2a），在实测平面等值线图上呈矿体正上方的圈闭地球化学异常，在空间上是从矿体向地表强度逐渐减弱的异常分布模式，这种异常通常是表生或浅层铀矿引起，也可能由深部铀及其伴生元素纳米微粒垂直迁移引起。铀（含衰变子体）及其伴生元素借助扩散、对流、水溶解和地气流等迁移营力或载体不断向地表迁移富集，形成异常。对于厚层覆盖的干旱地区，地气流迁移可能起到主导作用。组成地气的微气泡流可以穿过微裂隙、岩石或矿物间隙，甚至大分子间隙以不受阻碍的垂直方式迁移，它所携带超微细金属也随同一起迁移，在矿体上方出现连续的异常。

3.2.2 边缘异常找矿模式

边缘异常是指在矿体的边缘呈现异常，异常特征是“双峰”异常（图2a）或单峰异常（图2b），单峰异常往往呈现单峰和弱异常组合特征。异常找矿模式是边缘异常及其所夹持的区段为找矿有利地段。针对砂岩型铀矿，一般靠近蚀源区的异常强度大于矿体另一侧异常强度。这种异常找矿模式的解释有两种，一种是在自然电场力作用下的迁移；另一种解释是随地气流迁移，沿矿体边缘往往是蚀变的减弱部位或由于构造裂隙的存在形成有利于气体运行的通道，所以气体沿此部位的流量较大，地气及其所携带的铀及多金属元素纳米微粒量相对较多，沿矿体边缘出现异常峰值。

图2 松辽盆地砂岩型铀矿氡及穿透性地球化学异常找矿模式示意图Fig.2 Schematic exploration diagram of radon anomaly from penetrating survey for sandstone-type uranium deposit in Songliao basin

3.3 隐伏砂岩型铀矿化异常

穿透性地球化学勘查的目的是最大限度地直接探测来自隐伏的矿化信息，但由于数据采集或分析的原因，获取的实测数据仍含有表生等干扰信息，需要对实测数据深挖细挑，获取更准确的隐伏铀矿化信息。笔者在相关分析的基础上提出穿透性地球化学元素类相关分析方法。

3.3.1 类相关系数技术简介

成矿元素及其伴生元素在矿体覆盖层迁移赋存的过程中因地质、地球化学、水文等条件可能发生分异，导致表征异常分离。类相关分析是根据成矿元素或其主要伴生元素与其他相关元素的相关系数高低进行元素分类，形成一个或多个组合元素集，按如下公式（1）分别对组合元素集数据处理，将处理后的数据按平均值加3 倍均方差的计算方法确定异常下限，划分元素活动态及地气铀类和钼类异常区，然后根据铀类和钼类异常区的叠合、套合区，判断隐伏铀矿找矿远景区。

式中：CEij—地球化学类中各元素含量，10-9；rij—相关系数；VCA—类相关系数分值。

3.3.2 类相关系数分析在宝龙山矿区应用效果

宝龙山铀矿产于姚家组（K2y）灰色砂体中，已揭露矿体埋深约280～360 m，矿体上覆盖嫩江组（K2n）灰色、灰黑色泥质粉砂岩、泥岩及第四系黏土。分布在矿体的两端北东向断裂（F2、F3）及泥岩和辉绿岩（βμ）层是影响氡及穿透性地球化学迁移的重要因素。在矿体的西北端断裂位置及东南端断裂附近形成两处明显的氡和活动态铀异常，矿体范围内表征氡、穿透性铀为低值区，仅地气铀存在强度较低的弱异常，在两个断裂之间矿体范围内钼异常明显，这种异常对铀矿预测有较大的多解性，不利于找矿靶区准确预测，为此，采用穿透性地球化学元素类相关分析技术进行数据处理，提高异常与矿体吻合度。根据实测数据统计（表2、表3），宝龙山矿区地气及活动态铀含量分别为平均2.66×10-9和79.6×10-9，钼含量 平均为6.94×10-9和87.3×10-9，地气和活动态铀和钼相关系数分别为0.004 和0.13，活动态铀和钼相关系数偏低说明两者在隐伏铀矿覆盖层的迁移和赋存过程中发生了分异。根据相关系数，将铀矿化相关元素分为铀和钼两个地球化学类。地气铀类元素包括：U-Th-Pb，地气钼类包括：Mo-V-Bi-Se，元素活动态铀类元素包括：U-Th-V-Pb-Y，元素活动态钼类元素包括：Mo-Re-Se。应用穿透性地球化学类相关分析提取技术，形成宝龙山矿区铀类和钼类相关分析提取分值异常区，从处理结果看（图3），在矿体范围内铀类、钼类套合、叠合异常明显，异常与铀矿体吻合度明显提高，处理后的异常更有利于圈定隐伏砂岩型铀矿异常远景区。应用结果表明穿透性地球化学元素类相关分析技术对砂岩型铀矿地球化学勘查数据解释具有较好的应用效果。

图3 宝龙山矿区氡及穿透性地球化学异常综合图Fig.3 Comprehensive anomaly of soil radon and penetrating geochemical survey at Baolongshan metallization area

表2 元素活动态和地气铀、钼含量数据统计Table 2 statistics on U and Mo content of element activity and geogas survey

表3 地气及活动态元素相关系数Table 3 Correlation coefficient of element activity and geogas survey

4 结论

1）隐伏砂岩型铀矿表征氡、活动态铀及地气中铀异常特征基本一致，异常特征在剖面上表现为矿体两端高值夹持的相对低值区，并向外逐渐变为正常场的“双峰”异常；在平面上表现为高值晕圈环绕的相对低值区，并向外围逐渐变为正常场的“环状”异常。

2）总结归纳出两种隐伏砂岩型铀矿氡及穿透性地球化学找矿模式，一种是上置异常找矿模式，这是典型的地表或浅层铀矿异常找矿模式；另一种是边缘异常找矿模式，典型的为“双峰”异常。

3）应用效果表明，穿透性地球化学元素类相关分析是一种隐伏铀矿勘查远景区圈定的有效数据处理技术。