RS-230型能譜儀在鈾礦勘查中的應用實例和效果

曹秋義， 山 亞， 馮 博， 張 恩， 盧輝雄， 楊彥超

(1.核工業航測遙感中心，石家莊 050002 ;2.中核集團公司 鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室)，石家莊 050002)

0 引言

目前在我國鈾礦勘查工作中，勘查儀器多以采用NAI晶體為主，該晶體應用較為廣泛。RS-230型手持式能譜儀是目前國內、外采用BG0(鍺酸鉍)為閃爍晶體的能譜儀[1]，因其測量精度高、使用便捷等特點，在近年來逐漸被廣泛使用。筆者通過使用該儀器進行地面伽瑪能譜測量，并采用牛頓迭代法，對地面伽瑪能譜提供的U、TH、K含量數據[2]進行了處理和異常提取，分析了兩個地區的地面伽瑪能譜分布特征，預測了找礦靶區，并進一步驗證了該儀器在鈾礦找礦中的適用性。

1 使用儀器

RS-230型能譜儀是從美國引進的多功能能譜儀，被廣泛地應用于放射性直接找礦、地質填圖、尋找與放射性元素共生或伴生的資源、環境放射性評價等多個領域。該系統采用BG0(鍺酸鉍)為閃爍晶體的能譜儀，能量相應30 kev～3 000 kev。其靈敏度高出同體積的碘化鈉晶體的50%，具有直接的可讀測量、化驗掃描、數據存儲、全天候氣象保護等功能[1]。該系統與車載、機載能譜儀等相比，具備以下優勢:①工作平臺簡便，無需復雜配套設施；②適用條件廣，對車載等無法到達的林區地形，人工測量即可；③靈敏度高，適用于詳查等工作，可對大比例尺的地區進行勘查。

2 處理方法

本次兩個研究區測量數據均采用牛頓迭代法進行處理。牛頓迭代法是一種不斷利用變量的舊值遞推新值的過程，與“直接法”的一次解決問題不同，它經過三個方面的工作：①確定變量；②建立迭代關系；③對迭代關系進行控制，最終形成一套處理數據[3]。牛頓迭代法通過無限循環剔除，對平均值、標準差計算較準確，重點突出異常值，該方法對尋找異常高值效果直接，因此被廣泛使用于鈾礦勘查工作中。

圖1 磨石山地區地質圖Fig.1 Geological map of the Moshishan area

3 磨石山地區應用實例

3.1 地質概況

磨石山地區位屬黑龍江省嘉蔭縣，整體位于興凱湖—布列亞山地塊區一級構造單元中的佳木斯隆起帶[4]，區內多為林區淺覆蓋、半沼澤。該區火山巖發育，主要分布為白堊統寧遠村組(K1n)陸相酸性火山巖[5]，巖性為流紋巖、流紋質角礫熔巖、流紋質凝灰巖及少量松脂巖(圖1)。其中寧遠村組流紋巖為該區主要巖性，分布范圍較廣，流紋質角礫熔巖多呈橢圓狀集中分布研究區東南部。流紋質凝灰巖及松脂巖分布面積較小，呈不規則條帶狀分布，在區內東南部和北西部可見[6]。

3.2 研究區地面放射性特征

筆者采用牛頓迭代法對區內鉀、鈾、釷數據進行處理，因鈾釷比值是常用的能譜特征參數[7]，本次對鈾釷比值也進行了處理(圖2)，由圖2可知,本區地表鉀含量最高為5.2×10-2，鈾含量最高為15.3 ppm，釷含量最高為26.2 ppm，區內鉀、鈾、釷元素分布規律明顯，鉀、鈾、釷均集中分布于區內中南部，在東北側呈點狀零星分布。該區中南部高值區整體呈北西-南東走向展布特征，周邊鉀、鈾、釷含量明顯降低，經檢查工作證實，該特征與中南部流紋巖出露情況有關。該區鉀、鈾、釷元素含量重疊性好，鈾釷比值在東南部呈星散狀分布。

3.3 地面放射性信息提取和疊加

對研究區內鉀、鈾、釷三元素異常信息進行了提取，異常提取以該區單元素平均含量值加上三倍均方差為異常下限，提取依據見表1，并將鉀、鈾、釷元素異常信息(異常暈以上信息)進行疊加，得到元素異常分布圖(圖3)。

常點位于鈾異常、鉀異常重合區。

圖2 磨石山地區 鉀、鈾、釷及鈾釷比等值平面圖Fig.2 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Moshishan area(a)鉀含量分布圖;(b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比值分布圖

巖石(地層)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新統4.381.280.2911.552.350.201.690.470.28流紋巖3.461.320.3910.642.550.241.800.520.29流紋質角礫熔巖3.381.060.3111.022.090.19.1.880.470.25流紋質凝灰巖3.190.470.159.461.230.131.590.210.13松脂巖3.340.490.1510.112.320.231.580.150.09全區3.390.990.2910.582.290.221.750.440.25

3.4 綜合研究與靶區預測

研究區內鈾異常點和鈾異常帶均位于鈾單元素異常的分布區，附近釷異常分布較少，顯示區內異常多為純鈾異常，該區釷元素主要位于流紋巖出露區，其多來源于深部火山熱液。鉀異常零星分布，鈾異常多位于斷裂構造周圍，后經地質查證，該處硅化、褐鐵礦化等蝕變現象明顯，巖石較破碎。對異常帶進行了槽探揭露工作，發現該區鈾異常附近普遍存在“紅化”現象，化學分析顯示該處，鈾含量最高達181 ppm，具備較好的找礦潛力。綜合該區鈾異常特征及查證工作，進行了成礦預測[8]，預測了2處找礦靶區(圖3)。

圖3 磨石山地區元素異常分布圖及找礦靶區預測圖Fig.3 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Moshishan area(a)鉀含量分布圖; (b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比值分布圖

4 奮斗地區應用實例

4.1 地質概況

奮斗地區位于黑龍江蘿北縣境內，大地構造匣置為興凱湖-布列亞山地塊區老爺嶺地塊佳木斯隆起帶的北緣[9]，區內變質巖發育，地層主要為古元古界興東巖群斜長片麻巖、花崗片麻巖、云母石英片巖、大理巖和偉晶巖(圖4)，其中斜長片麻巖主要分布于研究區北部，花崗片麻巖主要位于研究區南西部，偉晶巖多呈脈狀或透鏡體分布，主要發育于花崗片麻巖中，大理巖僅出露于研究區北西部一處，云母石英片巖于研究區中東部零星出露。

4.2 研究區地面放射性特征

采用牛頓迭代法對數據進行處理(圖5)，由圖5可知，本區地表鉀含量最高為5.4×10-2，鈾含量最高為12.6 ppm，釷含量最高為52.1 ppm，區內鉀、鈾、釷元素分布規律明顯，整體呈北低南高特征，元素異常主要分布于測區南部，呈明顯北西向條帶狀展布特征，中部和北部，一般鉀、鈾、釷元素含量相對較低，在大理巖分布區附近鉀含量、含量明顯升高，鈾含量略見上升，鈾釷比值在北部呈零星點狀分布。

4.3 地面放射性信息提取和疊加

對研究區內鉀、鈾、釷三元素放射性信息進行了異常提取，提取依據見表2，并將異常信息(異常暈以上信息)進行疊加，得到元素異常分布圖(圖6)。

圖4 奮斗地區地質圖Fig.4 Geological map of the Struggle area

圖5 奮斗地區 鉀、鈾、釷及鈾釷比值等值平面圖Fig.5 Uranium, thorium and uranium - thorium ratio in the Struggle area(a)鉀含量分布圖;(b)鈾含量分布圖;(c)釷含量分布圖;(d)鈾釷比分布圖

圖6 奮斗地區元素異常分布圖及找礦靶區預測圖Fig.6 Element anomaly distribution map and prospecting target prediction map in the Struggle area

巖石(地層)U/ppmTh/ppmK/10-2XSdCvXSdCvXSdCv全新統4.241.420.3414.736.730.461.910.840.44花崗片麻巖4.561.450.3215.005.650.381.920.630.33斜長片麻巖3.860.990.2612.464.220.341.710.560.33大理巖3.991.080.2713.356.070.451.730.990.57云母片巖4.181.280.3110.62.980.281.560.500.32偉晶巖4.721.700.3515.766.400.412.060.790.39全區4.281.360.3214.175.780.411.850.700.38

根據放射性異常信息對本區異常進行圈定，劃分了鈾異常帶1條，異常點1個。該區異常主要分布于研究區南部，整體呈北西向條帶狀展布。異常附近可見高嶺土化、褐鐵礦化等弱蝕變，全區鈾含量最高值位于UF01處，為12.6 ppm，該處鉀、鈾、釷元素異常均見分布，西北部大理巖分布區附近見釷、鉀元素異常重疊，未見鈾元素異常。

4.4 綜合研究及靶區預測

奮斗地區UF01鈾異常點鈾含量為12.6 ppm，釷含量為72.3 ppm，為鈾釷混合異常點，該異常點伴有的鈾高暈、鈾偏高暈范圍較大。伴生褐鐵礦化、高嶺土化等弱蝕變。UF02鈾異常帶呈北西向展布，呈橢圓狀，鈾含量平均值約為5.8 ppm，最高值鈾含量值達10.6 ppm，釷含量為24.7 ppm，為純鈾異常，該鈾異常帶分布較廣，伴生褐鐵礦化、高嶺土化，為弱蝕變強度。

該區兩處鈾異常點(帶)均位于興東巖群片麻花崗巖中，明顯受北西向構造破碎帶控制，附近蝕變較常見。化學分析鈾含量最高達25 ppm，具備較好的找礦潛力。根據鈾異常特征，預測了2處找礦靶區(圖6)。

5 結論

通過使用RS-230型能譜儀，在黑龍江磨石山、奮斗兩個地區的應用實例和效果可知：

1)使用RS-230型能譜儀可以取得較好的找礦效果。

2)應用牛頓迭代法進行數據處理可以較好地查明研究區的地面放射性分布規律及特征，圈定找礦靶區。

3)磨石山地區鈾異常產于寧遠村組破碎流紋巖中，構造發育，蝕變明顯。存在鈾異常點(帶)各一處，具備火山巖型找礦潛力。

4)奮斗地區鈾異常位于興東巖群花崗片麻巖中，鐵礦化、高嶺土化等弱蝕變常見，具備變質巖找礦前景。

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