诸广山岩体南部长排地区铀矿床铀镭平衡特征研究

郎白秋 王家跃

摘 要：基于诸广山岩体南部长排地区某铀矿床86个矿石样品的铀（U）、镭（Ra）测试分析结果，本文研究了铀-镭平衡系数（[Kp]）与矿体埋深、铀含量以及岩性之间的关系。结果表明，在近地表或浅层地表，铀-镭处于偏镭状态，在中深部，铀-镭基本上处于平衡状态，整体上保持铀-镭平衡态势;当铀含量小于0.05%时，[Kp]与矿石中铀含量近似呈负相关关系，当铀含量大于0.25%时，[Kp]与矿石中铀含量无明显变化规律;除赤铁矿化碎裂花岗岩略偏铀之外，其他岩性含矿岩体均处于铀-镭平衡状态。本研究为该区γ测井解释结果的修正、矿体边界的确定和铀资源量的估算提供了科学依据。

关键词：诸广山岩体;铀矿床;铀-镭平衡系数

中图分类号：P619.14文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）14-0121-04

Abstract： Based on the U and Ra test analysis results of 86 ore samples from a uranium deposit in the Changpai area of the southern Zhuguangshan pluton， this paper studies the relationship between the U-Ra balance coefficient （[Kp]） and the buried depth of the ore body， uranium content and lithology. The results show that U-Ra is in a partial radium state near the surface or shallow surface， and in the middle and deep parts， U-Ra is basically in a state of equilibrium， and the U-Ra equilibrium state is maintained as a whole; when the uranium content is less than 0.05%， there is approximately a negative correlation between [Kp] and the uranium content in the ore， when the uranium content is greater than 0.25%， there is no obvious change rule between [Kp] and the uranium content in the ore; except for the hematite fragmented granite which is slightly uranium， other lithologic ore-bearing rock bodies are in a U-Ra equilibrium state. This study provides a scientific basis for the correction of γ logging interpretation results， the determination of the ore body boundary and the estimation of uranium resources in this area.

Keywords： Zhuguangshan pluton;uranium deposit;U-Ra balance coefficient

在鈾矿地质勘查中，γ测井是岩体铀含量评价及铀资源量估算的常用方法。γ射线主要来源于238U衰变成Ra及其子体的过程，人们可以通过γ辐射强度的测量间接估算出铀-镭平衡状态下矿石中铀的含量[1-2]。岩矿石中铀含量的估算只有在铀-镭处于平衡状态时才是可行的，偏铀或偏镭都会对γ测井解释结果产生一定的影响。当铀-镭不平衡时，要对γ测井解释结果进行修正。由此可见，矿体铀-镭平衡特征及其变化规律的研究在铀矿地质勘查中具有重要的意义。

1 区域地质概况

长排地区位于诸广山岩体南部长江铀矿田内，构造上处于闽赣后加里东隆起南缘与湘桂粤北海西-印支坳陷的刚柔地块结合部，区域上位于北东向长江断陷带中部，即北东向吴川-韶关深断陷带、北西向惠来-安仁深断陷带及东西向九峰-仙游深断陷带的交汇部位[3]。区内构造发育具有多向性、规模大、活动频繁、性质多变以及等间距的特点，其出露的岩性主要有中粗粒黑云母花岗岩、中粒斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩、花岗闪长岩以及辉绿岩等，如图1所示[4-6]。

2 取样及分析

2.1 取样

取样分析并计算铀-镭平衡系数（[Kp]）是研究铀-镭平衡状态及变化规律的基本方法，即在野外采集一定数量的矿石样品送往实验室分析铀、镭含量并计算铀-镭平衡系数。

取样过程应遵守相应的规范要求：取样应保证样品的代表性和完整性，布点合理，应根据岩石和矿石类型、岩性和岩相变化、矿体与围岩关系等分别取样，并根据工程进展及时进行;取样时应根据地质、物探编录和铀矿化分布特征，合理划分取样段;取样时应考虑矿石所处的地球化学环境、矿石品位级别、矿石埋深等，同时要注意从矿体的走向和倾向分别取样;取样时应保证矿心的完整性，对用于测定铀-镭平衡系数的样品，其岩心采取率应不小于85%;取样涉及普查、详査各个阶段，取样数量应视矿床规模及铀-镭平衡系数变化而定[7-8]。诸广山岩体南部长排地区某铀矿床的铀-镭平衡系数采样分布如表1所示。

2.2 样品分析方法

样品的铀含量使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）直接测定，其检出限低于0.05×10-9。样品的镭含量使用NaI（TI）γ能谱仪进行测定，其检出限低于0.05×10-9。此次样品铀、镭含量的测定由核工业二九〇研究所分析测试中心完成。

3 铀-镭平衡系数特征

铀-镭平衡系数是用来描述铀系中铀、镭平衡状态的特定物理参数，其数值上为镭、铀含量的比值与它们在平衡时含量的比值之比，通常用[Kp]表示[9]。

3.1 铀-镭平衡系数分布规律

经验证实，各类铀矿床的铀-镭平衡系数的频率分布主要有三类。一是铀-镭平衡系数的频率分布曲线形态呈正态分布，大致对称，此类铀矿床铀-镭处于平衡状态，铀-镭平衡系数介于0.90～1.10，γ测井解释结果无须进行修正;二是铀-镭平衡系数的频率分布曲线沿纵轴呈现左偏或右偏，但其形态基本服从正态分布，此类铀矿床铀-镭平衡状态被打破，呈现偏铀或偏镭的情况，γ测井解释结果需要进行修正;三是铀-镭平衡系数的频率分布曲线无明显的变化规律，离散性较大，呈现单一多峰起伏，此类铀矿床对于γ测井解释结果以及γ辐射取样分析结果的影响较大[10]。

3.2 铀-镭平衡系数计算方法

铀-镭平衡系数的计算主要有两种方法，一种是单个样品的计算，另一种是组合样品的计算。

单个样品的铀-镭平衡系数（[Kp]）按式（1）进行计算。

组合样品的铀-镭平衡系数（[Kpw]）采用单样铀、镭含量与厚度进行加权平均计算，其计算公式为：

3.3 铀-镭平衡系数变化系数

铀-镭平衡系数的变化系数（[Kpcv]）亦称变异系数，是用来描述铀-镭平衡系数（[Kp]）变化程度的参数。经验证实，当采样区段铀-镭平衡系数变化小于20%时，可用所采集矿石样品铀-镭平衡系数的算术平均值代替整个采样区段的铀-镭平衡系数;当变化系数大于20%时，表明采样区段跨幅太大，铀-镭平衡系数变化较大，要分区段分别计算每个采样区段的铀-镭平衡系数。铀-镭平衡系数的变化系数采用式（3）进行计算。

3.4 铀矿床铀-镭平衡特征

下面以诸广山岩体南部长排地区铀矿床为例，对项目所采集的86个矿石样品单样的铀-镭平衡系数（[Kp]）计算结果进行统计分析，做出铀-镭平衡系数频数分布直方图，如图2所示。图中，铀-镭平衡系数频数分布规则，形态基本对称，其整体上服从正态分布。经分析计算，矿石样品铀-镭平衡系数的算数平均值为1.02，加权平均值（[Kpw]）为0.94，均方差为0.199，变化系数为19.49%，小于20%。这表明此铀矿床基本上处于铀-镭平衡状态，γ测井解释或辐射取样分析结果无须进行修正。

3.5 铀-镭平衡系数随深度的变化关系

86个矿石样品铀-镭平衡系数（[Kp]）随矿体埋深的变化曲线如图3所示。在近地表或浅层地表，铀-镭平衡系数保持在1.10～1.64，偏镭;中深部铀-镭平衡系数介于0.90～1.10，整体上铀-镭基本上处于平衡状态。究其原因，该区属于温暖的亚热带季风气候区，天气多变、雨量充沛、植被茂盛，空气中含氧量较高。近地表或浅层地表以松散的风化花岗岩为主，颗粒间的空隙较大，空气中的O2易随气流进入浅层地表，使其处于相对良好的氧化环境中，而化学性质相较于镭活泼的铀元素易被氧化;再者，浅层地表地下水循环较好，而被氧化的铀元素易溶解在地下水中迁移、流失，铀-镭呈现不平衡状态。中深部基本无气流循环或循环缓慢，空气中的O2难以渗入，氧化条件弱;再者，中深部岩性以花岗岩为主，花岗岩孔隙度较小、渗透性差，是一种天然的隔水层，地下水循环较弱，赋存于岩体中的铀元素处于相对稳定的地球化学环境中，铀-镭基本上能够维持在平衡状态。

3.6 铀-镭平衡系数随铀含量的变化关系

图4是依据86个矿石样品的铀-镭平衡系数（[Kp]）计算结果与矿石铀含量所做出的[Kp]-U散点图。从图中可见，当铀含量小于0.05%时，铀-镭平衡系数与矿石铀含量近似呈负相关关系，其相关系数为-0.285，偏镭;当矿石中铀含量介于0.05%～0.25%时，铀-镭平衡系数在0.90～1.10上下浮动，铀-镭基本处于平衡状态，铀处于相对稳定的地球化学环境中，铀元素的迁移与富集现象较弱;当矿石中铀含量大于0.25%时，铀-镭平衡系数与矿石中铀含量无明显变化规律。

3.7 铀-镭平衡系数随岩性的变化关系

图5是依据86个矿石样品的铀-镭平衡系数（[Kp]）计算结果与不同岩性所做出的直方图。硅化碎裂岩样品总数为27个，总长度为22.30 m，平均铀含量为0.10%，平衡系数频谱如图5（a）所示，略左偏，但具有正态分布的特点。经测定，铀-镭平衡系数的算数平均值为1.00，加权平均值为0.91，铀-镭处于平衡状态。碎裂花岗岩样品总数为44个，总长度为26.40 m，平均铀含量为0.08%，平衡系数频谱如图5（b）所示，形态基本對称，整体上服从正态分布。经测定，铀-镭平衡系数的算术平均值为1.02，加权平均值为0.98，铀-镭处于平衡状态。赤铁矿化碎裂花岗岩样品总数为11个，总长度为6.00 m，平均铀含量为0.10%，平衡系数频谱如图5（c）所示，不具有正态分布特性，略左偏。经测定，铀-镭平衡系数的算术平均值为0.89，加权平均值为0.85，略偏铀。对于赤铁矿化碎裂花岗岩，其硅酸盐全分析结果显示，Fe2O3含量较高，在水溶液中以游离形式存在的Fe3+与OH-结合形成Fe（OH）3胶体。胶体具有吸附作用，赤铁矿化碎裂岩因铀元素被Fe（OH）3胶体吸附、沉淀而略偏铀。绢云母化碎裂花岗岩样品总数为4个，总长度为3.20 m，平均铀含量为0.08%，平衡系数频谱如图5（d）所示，不具有正态分布特性，略左偏。经测定，铀镭平衡系数的算数平均值为0.95，加权平均值为0.96，铀-镭处于平衡状态。

4 结论

本文研究了诸广山岩体南部长排地区某铀矿床矿石样品铀-镭平衡特征，得出以下结论。该铀矿床铀-镭平衡系数整体上具有正态分布的特点，铀-镭基本处于平衡状态。在近地表或浅层地表，铀-镭处于偏镭状态，在中深部，铀-镭基本保持平衡状态，整体上保持铀-镭平衡态势;当铀含量小于0.05%时，铀镭平衡系数与铀含量近似呈负相关关系，当铀含量大于0.25%时，铀镭平衡系数与铀含量无明显变化规律。赤铁矿化碎裂花岗岩铀-镭平衡系数的算数平均值为0.89，加权平均值为0.85，略偏铀，而其他岩性含矿岩体均处于铀-镭平衡状态。

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