土壤氡气测量在二连盆地砂岩型铀矿调查中的应用

胡安顺，王石，孟庆鲁

(山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

0 引言

氡是天然放射元素铀系中的一个气体放射性子体元素。从20世纪50年代中期，我国就将土壤氡测量应用于铀矿勘查，先后使用不同方法进行氡气测量，在应用过程中取得了较好的效果。近年来，随着在盆地中寻找砂岩型铀矿工作的开展，土壤氡气测量方法应用于砂岩型铀矿勘查中成为了一项必要的研究工作[1-2]。

砂岩型铀矿产出于中—新生代盆地地层中的层间氧化带、潜水氧化带砂体中，具有品位低、储量大、开采效益高等特点，是我国近期铀矿勘查工作的主攻方向和工作重点[3]。二连盆地是我国北方重要的砂岩型铀矿产地之一，前人多次在二连盆地中东部地区开展地浸砂岩型铀资源调查评价项目，分析了区域及工作区铀成矿条件，认为该区铀成矿潜力巨大。区域已发现典型的铀矿床有巴彦乌拉矿床、赛汉高毕矿床，均赋存于下白垩统赛汉塔拉组地层。在二连盆地砂岩型铀矿调查中开展区域性土壤氡气测量工作，找出氡异常和圈定找矿靶区，对查明区域含铀性有一定的意义[4-8]。

1 地质概况

工作区位于二连盆地马尼特坳陷西部的白音塔拉盆地西南缘(图1)，区内大部分地区被新生代古近系、第四系覆盖，中生代主要构造形态为一走向NE的盆地向斜，呈NE 60°方向展布，其西南部仰起，煤层在仰起处呈隐伏露头，与古近系始新统伊尔丁曼哈组不整合接触。岩煤层倾角在盆地向斜中心附近较小，一般1°～2°，盆缘附近较陡，倾角5°～13°。

图1 二连盆地群分布略图

工作区地层由老至新如下：

白垩系(K)：白垩系下统巴彦花群为白音塔拉盆地的主要充填地层，以往工作施工钻孔仅见赛汉塔拉组(K1bs)及腾格尔组(K1bt)部分地层，均未穿透该地层见其基底。腾格尔组在区内普遍发育，但只揭露上部，岩性由浅灰、灰、深灰、黑灰、灰绿色泥岩、粉砂岩、钙质泥岩和含砾泥岩组成，在泥岩中含有大量的不完整叶肢介、瓣鳃类、腹足类等淡水动物化石，为浅湖—中深湖沉积物。区域地层总厚度>320 m，钻孔揭露厚度20.66～467.87 m，平均113.57 m。赛汉塔拉组在区内大部分发育，主要为河流相、沼泽相沉积。岩性由浅灰白色砂质砾岩、含砾砂岩、砂岩与浅灰、紫红、灰绿色泥岩、含砾泥岩、可采煤层和炭质泥岩组成。赛汉塔拉组与上覆古近系呈不整合接触。该组地层是巴彦花群重要的含煤层之一,也是本次工作的主要找铀目的层位。区域地层厚度为70～800 m，钻孔揭露厚度27.60～198.44 m，平均88.73 m。

古近系(E)：古近系始新统伊尔丁曼哈组(E2y)为含铀地层的主要覆盖层，为一套内陆河湖相沉积，全区普遍发育。岩性主要为灰白色、紫红色粗砂岩、砂砾岩，暗灰色泥岩、砂质泥岩，岩石固结程度低，为半胶结，岩心疏松易破碎。根据钻孔统计，地层厚度19.17～99.60 m,平均46.68 m。与下伏地层白垩系下统巴彦花群呈不整合接触，在其不整合面上见到铀异常。

第四系(Q)：全区大部分区域被第四系全新统(Qh)覆盖，根据成因类型可划分为残积、湖积等。残积主要分布在工作区中西部，由土黄色砂土、细砂、砾石等组成；湖积主要分布在工作区东部，上部为盐硝和泥土构成的硬壳，下部为灰黑色淤泥。根据钻孔统计，第四系全新统厚度0～20.92 m，平均2.62 m。

2 测量原理

天然环境中氡有3个同位素，分别是219Rn、220Rn、222Rn，其中219Rn和220Rn的半衰期分别为 3.96 s和54.5 s，而222Rn的半衰期为3.825 d，因此在野外开展土壤氡气测量反映的对象是222Rn及其子体。222Rn是天然放射性铀系的唯一气态元素，是放射性元素镭(226Ra)的子体，而镭(226Ra)又是238U的子体，所以土壤中氡浓度的高低主要取决于238U含量的高低[9-12]。222Rn在地壳中上升距离可达数十米至数百米以上，经团簇迁移、接力传递、泵吸、扩散、对流等作用由深部迁移至地表土壤中[13-16]。扩散介质的孔隙度、密度、渗透性等影响222Rn的迁移速度，断裂构造的存在增加了岩石的透气及渗透性，使222Rn能够更快速地由深部迁移至地表，所以在铀、镭异常地段或断裂构造的上方，222Rn浓度増大，形成氡异常。在测量氡浓度时，在采样器上负高压电场的作用范围内，以正离子形式存在的氡子体被吸附到采样片上，通过探测器对采样片上不同幅度的脉冲进行计数，进而确定氡浓度数值[17-25]。

3 测量方法及数据处理

土壤氡气测量使用HDC-C型RaA测氡仪，为保证测量数据的准确性，使用前对仪器进行了标定，并按时进行“三性”检查，确保数据采集的准确性。每日出工前需对测氡仪器进行例行检查，检验仪器的密封系统是否良好，电池电压值和校验信号是否正常，阈值旋钮的刻度是否在原位。

测线方位土壤氡气剖面测量按点距100 m在前期钻探验证见工业孔的地段完成2条，单条剖面长度分别为14 km、13.5 km。根据盆地土壤氡放射性活度浓度测量网度试验结果和工作量及区域测量的目的，该地区土壤氡气测量网度设计为：土壤氡气面积测量按330°方向布设，线距1 000 m、点距100 m，同时在放射性异常区按线距500 m、点距100 m进行加密控制工作，测量面积738 km2。

野外测点采用GPS手持卫星定位确定测点坐标，记录员应核对测点上的标志并记录土质及景观情况，操作员使用专用钢钎打孔，孔的直径为20 mm，孔的深度为70 cm。成孔后，使用头部有气孔的特制的取样器，插入打好的孔中，取样器在靠近地表处进行密闭，避免大气渗入孔中，然后进行抽气。根据抽气阻力大小抽气3～5次。测量时，高压加电时间为2 min，测量读数时间为2 min，每测点测量一次。每次测量记录坐标和测量值，异常超出背景值较大区域需进行重复测量，以保证测量结果真实可靠。当日所有工作成果应每天工作结束后及时进行整理。

野外实地测量时应注意：在潮湿低洼处测量时，应严防地下水进入干燥剂和提筒内腔，以免损害仪器或影响测量结果；测量时仪器及采样片要平整放置，仪器应静止放置，以免干扰探测器，影响测量数据的准确性；测量过程中应及时清理干燥器和筒内细沙土，并用黄油润滑提竿，现场测量工作如遇雨天，在停雨后24 h后进行。

图2 土壤氡浓度频数分布直方图

4 测量及验证结果

通过土壤氡气测量工作共圈定氡异常7个(图3)，编号分别为2017-Ⅰ、2017-Ⅱ、2017-Ⅲ、2017-Ⅳ，2018-Ⅰ、2018-Ⅱ、2018-Ⅲ。

图3 二连盆地土壤氡浓度等值线平面

2017-Ⅰ氡气异常区：呈带状展布，异常长度约4.5 km，异常宽度最大约1 000 m，最小约300 m。在异常中部东侧前期已施工的3个验证钻孔(表1)，有2个为铀工业孔，1个为铀矿化孔，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。

表1 氡异常区与验证钻孔

2017-Ⅱ氡气异常区：呈面状展布，异常长度约 4 km，异常宽度最大约4 km，最小约1.1 km。参考该区相关地质资料，该异常附近未见明显的构造或引起异常的其他因素，为深部铀矿(化)体引起的异常。该异常经钻探验证，施工的6个钻孔均为见矿孔，3个为铀工业孔，3个为铀矿化孔，显示了该区较好的铀找矿潜力。

2017-Ⅲ氡气异常区：总体呈带状展布，局部呈面状展布，异常长度约6 km，异常宽度最大约2.2 km，最小约300 m。该异常基本与煤田钻孔自然伽马异常情况相吻合，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。在该异常施工的5个验证钻孔中，有1个为铀工业孔，2个为铀矿化孔，1个为铀异常孔，1个为无矿孔，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。

2017-Ⅳ氡气异常区：呈条带状展布，异常长度约12 km，异常宽度最大约1.8 km，最小约500 m。在异常中部施工的5个验证钻孔中，有1个为铀工业孔，2个为铀矿化孔、2个为铀异常孔，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。

2018-Ⅰ氡气异常区：异常分布于测区西南部，呈带状展布，异常长度约7 km，异常宽度最大约 2 km，最小约200 m，异常最大值38 871 Bq/m3。在异常南部施工的6个验证钻孔中，有4个为铀矿化孔，1个为铀异常孔，1个为无矿孔，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。

2018-Ⅱ氡气异常区：分布于工区中部盐碱地，呈面状展布，异常长度约5 km，异常宽度最大约1.7 km、最小约200 m，异常最大值12 580.6 Bq/m3。该异常具备一定规模，异常较连续，但尚未进行查证工作。

2018-Ⅲ氡气异常区：整体为NE向，分布于工作区东南部，异常未封闭，因该异常南部与中煤2018 年氡气测区重合，故未继续进行追索。异常长度约12 km，异常宽度最大约2.2 km、最小约200 m，异常最大值21 505.4 Bq/m3。该异常与2018-Ⅱ异常具备一定联系，在异常中部施工的3个验证钻孔中，2个为铀矿化孔，1个为无矿孔，推测该异常为深部铀矿(化)体引起的异常。

在氡浓度异常区开展钻探验证工作可知：氡浓度异常区均见到了不同品位的矿(化)体，在调查区开展土壤氡气测量工作能快速圈定出土壤氡放射性活度浓度的异常分布趋势范围，该工作方法在寻找北方中新生代盆地砂岩型铀矿调查中，是较为有效的区域评价方法，可为铀矿勘查工作提供直接的参考依据。

在氡浓度异常区开展了伽马能谱测量工作，L7线地质物探综合剖面图(图4)显示，氡浓度曲线波动较小，伽马能谱曲线波动较大，氡浓度异常区与铀、钍、钾及总量曲线有一定的吻合性，在土壤氡浓度异常位置开展钻探验证工作显示，矿化体位于氡浓度异常北侧梯度带位置，矿化体赋存于白垩系下统巴彦花群赛罕塔拉组地层，岩性主要为灰色砂砾岩，粒度较粗，含矿砂体中下部形态为板状，产状较平缓。

图4 L7线地质物探综合剖面

5 找矿靶区预测

根据铀成矿地质条件、预测依据的充分程度、已知矿化信息的显示强度、以往铀矿地质工作程度和自然地理条件等，对铀找矿预测区进行分级，包括找矿远景区和找矿靶区。找矿靶区一般可分为A、B、C三类，找矿远景区不再分类。其中，找矿靶区的划分原则为：

A类，已知铀矿田或已知矿床深部及外围，具备直接找矿标志，如潜在铀矿孔成带成片分布或其他重要的物化探异常，经钻探验证见铀矿工业孔，有望发现大中型铀矿产地的靶区。

B类，具备直接找矿标志，潜在铀矿孔成带成片分布或潜在铀矿化孔成带成片分布且有少量的潜在铀矿孔或其他重要的物化探异常，未进行钻探验证或经钻探验证见铀矿化孔，有望发现铀矿产地的靶区。

C类，直接找矿标志找矿意义不明，具有间接找矿标志，找矿前景不明的靶区。

根据以上找矿靶区划分原则，在调查区划分出A类找矿靶区1处，B类找矿把区1处(图5)：

图5 二连盆地找矿靶区预测

A类找矿靶区位于调查区北部准达赖地区，走向为NE向，沿走向长约40 km，该区目前已施工验证钻孔25个，其中砂岩型铀矿孔7个，矿化孔12个，异常孔4个，无矿孔2个，同时存在氡异常区，且该区与北东部的乌兰诺尔地区、陆海地区、巴彦乌拉地区等具有相似的成矿地质条件，显示了该区具有很好的找矿潜力。

B类找矿靶区分为1处，分别为南部准达赖地区，走向为NE向，沿走向长约23 km，该地区亦存在氡异常区。目前施工验证钻孔3个，2个为砂岩型铀矿化孔，1个为无矿孔，具备一定的找矿潜力。

6 结语

1)通过在二连盆地开展土壤氡气测量工作及钻探验证工作，显示了调查区较好的找矿潜力，取得了较好的找矿效果，该方法在调查区内寻找砂岩型铀矿是较为有效的手段，能快速圈定土壤氡浓度的分布范围，为铀矿勘查提供找矿依据。

2)由于土壤氡浓度的含量与季节及温度、湿度有关系，为增强测量数据的一致性，野外测量条件应保持一致，保持采样时间、采样深度的一致，野外工作应尽量保持在同一时间段温差较小的时间内进行，测量时应保持土壤在同一湿度范围内，尤其雨后应等土壤干燥后方可开展工作，以免由于外部环境因素引起测量数据不统一。

3)在工作中，根据当地的地质情况，通过典型性试验选择适当的工作技术参数是有效压制数据干扰、提高勘探准确性的前提条件，合理的数据处理与计算解释是非常有效的提高资料质量的措施。

4)不同性质的土壤，其土壤的质地、含水率、孔隙度等不同，对氡气的析出产生一定的影响；不同的地质背景差异，其矿体发育位置不同，氧化类型不同，其反映在地表的土壤氡气异常显示也不同，进而对解释也会存在一定的差异。通过确定不同地质背景下土壤氡浓度的背景值、异常晕和异常下限值，结合剖面、平面分析，建立调查区内砂岩型铀矿土壤氡异常模型，并运用该模型预测成矿位置，进而提高找矿的准确性。