砂岩型铀矿中勘查中的应用分析检测方案(能散型XRF)

世界核地质科学World Nuclear Geoscience第32卷第1期2015年3月Vol.32 No.1Mar. 2015 第1期张凯，等：主要放射性物探方法在砂岩型铀矿勘查中的应用分析47 DOI： 10.3969/j.issn.1672-0636.2015.01.009 主要放射性物探方法在砂岩型铀矿勘查中的应用分析 张凯1，付锦2，龚育龄1，赵宁博2，陈虎长 (1.东华工工大学南昌330013；2.核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家重点实验室，北京100029) [摘要]主要介绍了伽马测量、氡及其子体测量、X荧光技术和中子技术等放射性物探方法在砂岩型铀矿勘查中的应用情况，并对这些方法的应用效果进行分析比较。 [关键词]砂岩型铀矿；放射性物探方法；分析 [中图分类号] P631.6； P619.14 [文献标志码]A3A [文章编号]1672-0636(2015)01-0046-05 Analysis on the application of major radioactive geophysical methodsfor sandstone type uranium deposits ZHANG Kai'， FU Jin， GONG Yuling'， ZHAO Ningbo²， CHEN Hu' (1. East China Institute of Technology， Nanchang 330013， China； 2. National Key Laboratory ofRemote Sensing Information and Image Analysis Technology， Beijing Research Institute of UraniumGeology， Beijing 100029， China) Abstract： Major radioactive geophysical methods， such as gamma， radon and its daughters， X-rayfluorescence technique and neutron technique were introduced for the application of sandstone typeuranium deposit exploration and then their application effect was analyzed and compared. Key words： sandstone type uranium deposit； radioactive geophysical method； analysis 铀是重要的核燃料，铀资源是核能可持续发展的重要保障。20世纪90年代以来，可地浸砂岩型铀矿由于其开采成本低、对环境污染小成为我国铀矿勘查的主攻目标类型，主要包括古河道型、区域层间氧化带型和潜水-层间氧化带型3种。随着我国铀矿资源勘查的不断深人，放射性物探方法作为主要勘查方法也不断发展，在我国铀资源勘查中发挥着非常重要的作用。目前需要对相关物探 方法在砂岩型铀矿勘查中应用情况进行研究、梳理，提高认识水平和实践效率，以期能快速、经济、有效地预测深部隐伏砂岩型铀矿成矿远景区。 1放射性物探方法及应用 放射性物探在砂岩型铀矿勘查中是有效的找矿方法，目前主要包括伽马测量、氡及其子体测量、X荧光测量及中子测量等。 ( [收稿日期]2014-03-24； [修回日期]2014-08-31 ) ( [作者简介]张凯(1989一)，男，新疆库尔勒人，在读硕士研究生，主要从事地球物理勘探方面的工作。 E-mail： zhangkai19890524@126.com ) 1.1 伽马测量 伽马测量是通过测量介质y射线强度(或照射量率)来进行找矿或辐射环境评价。伽马测量在铀矿找矿工作中具有较广泛的应用，它的主要原理是通过仪器测定地表岩石及土壤、矿石中放射性元素衰变所释放的y射线强度，综合区域地质背景与成矿地质条件，用于圈定铀异常或矿化远景区、地质填图等，该方法在早期的砂岩型铀矿勘查中发挥了重要作用。主要使用的仪器有HD-4002B 型1024道y能谱测井仪、HD—2002便携式y能谱仪、GRS-863航空y能谱仪等。航空y能谱和车载y能谱信息涵盖了全国大部分面积，是铀矿找矿工作中直接找矿信息的重要因子，随着砂岩型铀矿找矿深度的不断增大，伽马测量由于探测深度较浅，发展受到限制。不过，随着相关新技术及数据处理技术的发展，伽马测量新的应用前景得到拓展，如伽马测井数据三维图像处理等，在砂岩型铀矿勘查攻深找盲方面将起到重要的作用。 1.2 氡及其子体测量 氡及其子体测量技术检测的是氡气量，由于氡是镭的第一代衰变子体，直接反映镭的存在特征。在砂岩型卷状铀矿体的头、尾部铀镭平衡严重偏镭，对氡及其子体测量非常有利，异常反映强而明显，但此时直接反映的是镭，而不是铀。在卷状矿体内部铀镭 平衡严重偏铀，由于镭量不足，影响了氡及其子体检测效果，与其头、尾异常反映相比，恰好处于低值反映区。卷状矿体矿化富集与铀镭变化这种特征表明，利用氡及其子体测量技术可对矿体进行定位。由于该方法成本低、效率高，在砂岩型铀矿勘查中有着广泛应用。目前在砂岩型铀矿中利用氡及其子体测量常用的方法有土壤天然热释光法、210Po法及218Po法、活性炭测氡法等。 1.2.1 土壤天然热释光法 土壤天然热释光技术是通过采集地表以下土壤样品，用热释光测量装置测量土壤样品中天然矿物长期接受辐射而产生的热释光强度，解决铀矿找矿和有关地质问题的一种方法。主要使用高灵敏度的 RGD-3A型热释光仪器对样品进行测量。中国地质大学的王南萍等，在内蒙古某砂岩型铀矿的勘探中，运用了热释光测量技术并得出最佳加热程序及相应参数，促进了其在砂岩型铀矿的应用。东华理工大学刘庆成等，利用土壤天然热释光法在新疆某区域层间氧化带型砂岩型铀矿床上进行试验，其高值异常在铀矿床头和尾部表征清晰，而低值异常区显示在矿体正上方(图1)。东华理工大学邓居智等，同样采用了土壤天然热释光方法在内蒙古某砂岩型铀矿中进行试验，认为热释光曲线在氧化-还原前锋线位置处表现为急剧上升，在 1一矿体；2一煤层；3一钻孔及其编号；4一氧化带前锋线。 图1511矿床48号勘探线土壤热释光测量剖面(据刘庆成，2002) Fig.11 The soil thermoluminescence profile 48 at Uraniun deposit 511 (After LIU Qingcheng， 2002) 成矿有利地段呈现低值异常③，在不同的地球化学环境条件下均存在这种规律。 土壤天然热释光测量在砂岩型铀矿中的应用经济有效，具有很广阔的发展前景，但其异常形成机理和异常模式还有待进一步的探索。 1.2.2219Po 法、218Po法 210Po 主要是由于氡的积累与衰变达到放射性平衡，经过?Rn3次α衰变和2次β衰变后形成21Pb，再经2次β衰变而形成的衰变子体。并且210Pb的半衰期比较长，为22.3a， 21Pb 的浓度变化与气候无关。可以通过测定210Po的α射线强度来确定土壤中210Pb的含量。20Po 法其实也是通过测氡来解决深部寻找铀矿的问题。主要使用的仪器是WAY-80 五通道α测量仪。核工业230研究所曹小满，对湖南和南方某砂岩型铀矿分别进行了21Po的究究，获得良好的试验效果4。核工业北京地质研究院李必红等，进行了210Po法在内蒙古某砂岩型铀矿的研究，也得到良好的实验效果。该方法的测量结果表明是在铀矿体两端呈现高值异常，铀矿体正上方呈现低值异常，应用效果如图2所示，210Po测量数据低值异常于铀矿本位置吻合良好5。 1一预测矿体；2一工业孔；3一矿化孔；4一异常孔：5一已知钻孔；6一钻孔编号。 图22A175线0Po测量剖面图(据李必红，2006) Fig. 2 The 2Po profile of Line A175 (After LIBihong， 2006) 218Po 法是地面放射性物探中一种检测氡子体的技术，运用土壤中218Po检测技术，能在野外一次完成218Po实测，具有操作简便、 快速的特点，并可对所发现的异常进行追索、研究和处理。主要使用的仪器是RAD7 型测量仪、PF-3型测量仪。东华理工大学黄国夫等在层间氧化带型砂岩铀矿中使用218Po法进行试验，也得到了铀矿体首尾出现高值异常，矿体上方出现低值异常的结论，表明218Po测量结果来圈定层间氧化带中铀矿化富集部位是可行和有效的。 210Po法和218Po法经过不同的试验证明，都可以用来指示和圈定层间氧化带中铀矿富集部位，但是210Po 法属于累计式测氡法，相对于瞬时测氡法的218Po来说， 210Po 法具有更好的稳定性和误差更小的优点，测量数据更可靠。 1.2.3 活性炭测氡 活性炭吸附氡寻找铀矿总的来说有两种方法，即微分法(瞬时法或称抽气法)和积分法(长时间法或累积法、非抽气法)。两种方法各有千秋，但以后者为优，近几年来发展趋势较好。主要的仪器有 FD-3017测氡仪和核工业北京地质研究院生产的 HD-2003 型活性炭吸附测氡仪。核工业北京地质研究院谈成龙在活性炭测氡方法寻找铀矿方面研究较多，发表相关文章多篇，取得了很好的应用效果，图3为西北地区某砂岩型矿床已知铀 2 l一矿化孔；2一异常孔。 图3活性炭吸附氨测量结果图(据谈成龙，2007) Fig. 3 The results of radon absorption survey byaccumulated activated charcoal (After TAN 矿体上累积式活性炭吸附氡的测量平面等值线图。该方法在收集土壤中的氡气时数据采集是关键。主要应用于辐射环境评价和深部砂岩型铀矿找矿，效果明显，应用潜力较大。 氡及其子体测量是一种快速、轻便、成本低的放射性有效测量方法，在砂岩型铀矿勘查中可以通过提取相关弱异常，用来指导钻孔的部署，还可以预测成矿远景区。但是也有其不利的一面，该方法实际应用的影响因素比较多，如地貌、地形、土质和降雨量等影响因素，解释方法较复杂，对氡气测量结果需进行相关处理，所以应综合分析推断引起异常的原因。另外，氡及其子体测量对于寻找构造破碎带也有较好的应用，在铀矿勘查中应更多地与其他物化探方法综合应用，可以发挥更好的效果。 1.3 X荧光测量 X荧光技术作为一种新技术，在铀矿勘查中逐渐崭露头角。放射性同位素X射线荧光法是基于放射性同位素源发出的X射线照射到介质的原子上，从原子层逐出电子，形成电子空位被邻近壳层的电子补充所发射X射线。根据能量大小特征X射线区分元素，基于该特征X射线或荧光强度可进行元素含量的测量，从而进行定量分析。x荧光分析技术按照探测原理可分为波长色散荧光分析和能量色散荧光技术，其中波长色散荧光仪体积大、结构复杂、抗震性差，不适合野外使用。.-一般野外使用的便携式荧光仪采用的是能量色散荧光分析技术，如 CIT—3000 SMP手持式X荧光分析仪。X荧光技术主要优点是能快速检测多种元素，随着其方法和技术的进步，在深井测量中扮演重要的角色。与此同时，在某些样品众多、工作量巨大，又要求及时掌握有关岩矿样品的元素组成及其含量等特殊情况下，经济、快速、精确和可靠的X荧光分析，可以取代部分化学分析，在现场测量，岩心扫描等领域得到广泛的应用。 由于X荧光分析所测元素大都为地球化学指示成矿元素，但无法有效地测定U、Th和K含量，所以X荧光技术在寻找砂岩型铀 矿中和其他放射性方法相结合(如伽马测量)能得到更好的应用效果。 1.4 中子测量 中子探测技术在砂岩型铀矿勘查中也有较好的应用，其中脉冲中子测井技术发展比较迅速。脉冲中子测井根据探测对象的不同，可以分为缓发中子测井和瞬发中子测井。两者都是采用脉冲式中子源，利用He管中子探测器记录地层中的铀发生裂变产生超热中子范围的瞬发裂变中子和缓发裂变中子，得到地层中铀矿含量的测井方法。主要使用的仪器有脉冲式 14 MeV中子发生器和 PEN探测器等。中国原子能科学研究院核技术应用研究所王新光等认为：在理想条件下，在不含铀地层裂变中子测井计数为零，周围地层环境不变的情况下，测井计数和地层含铀量呈正比关系。但在实际操作中，需要对中子分布有影响的地层因素进行环境校正。 2 对比分析 主要放射性物探方法在砂岩型铀矿勘查中的应用对比见表1。 随着放射性物探方法技术的不断进步，放射性物探数据处理也经过了从简单到复杂、由粗到细、从抽象到具体的发展过程，表现为：从局部到区域的研究；由单一到多源信息的综合预测；；由理论到多元化的预测。在数据处理方面目前除了使用传统的方法(比值、归一化、F参数等)，还可以使用小波分析、分形和神经网络等方法，对放射性物探勘查数据处理进行铀矿化信息提取，剖面、平面到三维立体综合解释，建立完善的地球物理预测模型，进行铀矿资源潜力评价。由于计算机的广泛使用，在弱异常的提取中统计方法如稳健统计方法、背景校正等得到更广泛的应用，在找矿靶区预测中引人地理信息系统(GIS)，如RGB成像等，为地质、地球物理、地球化学、遥感数据的解读提供有力的研究手段。目前，在物探数据处理中，基于分形理论的异常下限计算方法，如含量一面积法(CA)、含量一个数法(CN)、分形求和法(CT)等，也取得了新的成果，对丰富放射性物探测量数据处理方法有现实意义。 Table 1 List of major radioactive geophysical methods in the application of exploration 放射性物探方法 砂岩型铀矿类型 典型铀矿床 主要仪器 优点 缺点 伽马测量 古河道型、区域层巴彦塔拉、库捷尔 HD-2002便携式技术成熟、仪器发展地表探测深度较 间氧化带型和潜水-太一乌库尔齐一扎吉y能谱仪、GRS-快 浅 层间氧化带型 斯坦、达拉地等矿床 863航空y能谱仪 等 土壤热 古河道型、区域层!巴彦塔拉、库捷尔 RGD-3A型热释灵敏度和异常的重现测量过程复杂 释光法 间氧化带型 太一乌库尔齐一扎吉光仪器等 性远比一般累积测氡 斯坦等矿床 及其子体方法好 氧210Po法 古河道型、区域层巴彦塔拉、库捷尔WAY-80 五通道稳定性好、误差小、该技术发展缓慢 及 间氧化带型 太--乌库尔齐一扎吉α测量仪等 测量数据可靠 其 斯坦等矿床 子 活性炭测氡古河道型、区域层巴彦塔拉、库捷尔 FD-3017 测氡仪、稳定性好、探测深度过程繁琐，地表 体 间氧化带型和潜水-太-乌库尔齐齐扎吉 HD-2003型活性大、抗干扰能力强、影响因素比较多 测 量 218Po法 层间氧化带型 斯坦、达拉地等矿床 炭吸附测氡仪等 精度高、成本低 区域层间氧化带型十红滩、库捷尔太一RAD7 型测量仪、快速、经济、有效 稳定性有待提高、 和潜水-层间氧化带 乌库尔齐齐一吉斯 PF-3型测量仪等 影响因素比较多 型 坦、达拉地等矿床 区域层间氧化带型、十红红、库捷尔太- CIT-3000SMP手精度可靠、能快捷、不能有效测定U、 X荧光测量 潜水-层间氧化带型乌库尔齐一扎吉斯持式X荧光分析准确、无损地探测多 Th的含量 坦、达拉地等矿床 仪等 种元素 中子测量 古河道型、区域层巴彦塔拉、库捷尔脉冲式 14 MeV中分辨度和灵敏度高、地层因素影响较 间氧化带型和潜水-太一乌库尔齐齐扎吉子发生器和 PEN T可井下测量、测量效大，需要校正 层间氧化带型 斯坦、达拉地等矿床 探测器等 率高 3 结论 经过对比分析，各个主要的放射性物探方法各有优缺点，其中活性炭测氡以其稳定性好、探测深度大、抗干扰能力强、精度高和成本低的优点，在砂岩型铀矿勘查中受到青睐。X 荧光技术和脉冲中子测量技术作为一种新技术，在砂岩型铀矿勘查中具有发展潜力。同时可以将各种放射性物探方法相互结合(如测氡、X荧光和丫测量相结合)，也可以将放射性物探与化探方法相结合，再配合地质资料，建立有效的找矿模式，以指导钻孔的部署和预测铀成矿远景区。随着分析测试水平的提高，放射性物探方法和化探方法的综合利用对深部铀矿探测有着广阔的前景。 ( 参考文献： ) ( [1]王南萍，侯胜利，刘海生，等.二连盆地第四系 ) ( 沉积物天然热释光特征及找矿意义[J].物探与化 探，2002，26(2)：258-263. ) ( 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