內蒙古二連盆地阿特巴音敖包地區eU、eTh、K等天然放射性水平調查評價

王浩鋒， 劉 波,2， 陳 霜， 彭瑞強，薛文浩

(1.核工業二〇八大隊，包頭 014010； 2.吉林大學 地球科學學院，長春 130000)

0 引言

地面γ能譜測量是同時測定U、Th、K三種放射性元素(當量)含量，查明不同地質體U、Th、K元素分布規律，甚至直接發現鈾異常或礦化的放射性勘查方法；地面γ測量是通過系統測定各地質體巖石伽瑪照射量率尋找異常點、帶，研究天然放射場特征及其與鈾礦化關系的放射性勘查方法[1-3]。這兩種方法是應用時間最早、使用范圍最廣、最經濟的鈾礦找礦方法，其在硬巖型鈾礦資源潛力評價方面發揮了重要作用。但是在中新生代沉積盆地砂巖型鈾礦勘查中，由于受地表土壤蓋層的影響，約束了其作用的發揮。為了突破這一約束，近幾十年來，核工業地勘系統在資料解釋方法方面進行了許多探索，有以先驗地質資料為基礎的放射性參數統計分析、地層最優分割與聚類分析相結合的統計分析、釷歸一法、變異系數法、結構邏輯法等[4-7]，這些方法的共同點都是試圖壓制干擾，分離或突出弱異常信息，在天然放射性水平調查評價方面發揮過一些積極的作用。

筆者在借鑒前人研究成果的基礎上，通過數據統計分析、參數構建、綜合解釋等手段，多維度探索U、Th、K三種元素和γ照射量率在空間上的分布規律及其變化趨勢，并結合古鈾含量、活化鈾量、鈾遷移富集指數、地化活動性指數等新構建參數特征的研究等，進而對內蒙古二連盆地阿特巴音敖包勘查區的鈾成礦潛力做出評價。

1 區域地質背景

阿特巴音敖包鈾礦調查區位于內蒙古弧形褶皺帶二連-西里廟構造帶中段，艾勒格廟復背斜北西側翼部。出露地層有震旦系艾勒格廟群第一巖段(Zal1)角閃鉀長片麻巖、絹云母石英片巖、結晶灰巖、大理巖，華力西晚期中粗粒黑云鉀長花崗巖及華力西中期石蝕變英閃長巖等，地層呈北東(NE) 走向。侵入巖主要有花崗巖脈、閃長玢巖脈和石英脈(硅質脈)等，多分布在勘查南區南部，呈北東-南西向展布(圖1)[8-9]。比鄰測區南部存在一北東向“地塹”式負地形地貌。

圖1 內蒙古二連盆地阿特巴音敖包鈾礦調查區地質略圖Fig.1 Inner Mongolia two even basin at the Bayinaobao uranium exploration geological overview map

由于受較強構造應力的擠壓，區內地層及侵入巖普遍存在蝕變現象，主要表現為：南部震旦系第一巖段中角閃鉀長片麻巖普遍具絹云母化、綠泥石化和硅化，石英巖和石英片巖具褐鐵礦化、赤鐵礦化；中北部華力西晚期花崗巖體則主要表現為硅化、褐鐵礦化和赤鐵礦化[10-12]。

表1 阿特巴音敖包地區各地質體eU、eTh、K含量及γ照射量率值一覽表

鈾、釷、鉀元素在地殼中豐度值[13]:U=1.7×10-6;Th=5.8×10-6;K=1.7×10-6

調查區內華里西晚期中粗粒鉀長花崗巖及硅化碎裂巖的鈾、釷含量相對較高(表1)，且普遍大于其豐度值，這對于鈾成礦而言，提供了良好的鈾源條件。

2 測量方法

1)測量方法。采用規則測網。由于勘查區南部地質體較為復雜，巖體、巖脈、露頭等縱橫交錯，為了不漏掉任一較小地質體，測量網度采用10 m×5 m(線距×點距)；而其北部多為第四系覆蓋，為了提高工作效率，測量網度采用50 m×20 m(線距×點距)。測線方向900，近似垂直地質體走向，測點坐標用手持GPS定位，精度±3 m。

2)測量儀器。地面γ能譜測量選用FD-3022微機四道伽瑪能譜儀；地面γ照射量率測量選用FD-3013數字化智能γ輻射儀。為了確保測量結果，測量前對所用儀器設備進行了性能檢定、校準及一致性檢查。

3)數據處理。eU、eTh、K含量由FD-3022直接讀取，測量過程中對于畸變或可疑數據經過反復觀測確認，并予以追蹤；γ照射量率測量由于FD-3013讀取的是脈沖數(即CPS值)，需對原始數據乘以儀器照射量率換算系數。

4)質量控制。在基本測量的基礎上，選取總工作量的10%進行檢查測量(檢查測量以剖面形式開展，均勻分布于勘查區)，檢查測量相對于基本測量的百分誤差一般應不超過±10%。

3 數據分布特征統計及分布型式檢驗

為了對調查區eU、eTh、K及γ照射量率等測量數據的集中程度和離散程度有一個宏觀上的認識，遂對測量數據分布特征進行了統計和分布型式檢驗(表2，圖2)。

從表1、圖1發現：

1)調查區eU、eTh、K及γ照射量率等天然放射性水平的變化趨勢十分相似，均呈單峰偏正態分布。

2)eU及γ照射量率的峰度(CE)和變異系數(Cv)均較大，分別為(1.65，7.20)和(6.32，5.33)，顯示出較強的分異性特征和濃集特點，說明發生了元素的遷移富集，這對于成礦非常有利。

3)eTh、K變異系數均小于“1”，分別為(0.72,0.42)；而峰度值均偏大，分別為(9.72，4.17)，顯示出分異性較弱，但卻分布不勻的特征。結合區域地質背景分析，出現這一特征的直接原因可能是區域內各地質體天然放射性水平存在差異所致。

表2 阿特巴音敖包地區eU、eTh、K及γ照射量率分布特征統計表

圖2 阿特巴音敖包地區eU、eTh、K及γ照射量率分布直方圖Fig.2 Ate Bayinaobao area eU, eTh, K and γ exposure rate distribution histogram(a)γ照射量率分布直方圖；(b)eU分布直方圖;(c)eTh分布直方圖；(d)K分布直方圖

4 場暈分級及空間展布形態

依據EJ/T831-94《地面伽瑪總量測量規范》及EJ/T363-1998《地面伽瑪能譜測量規范》中規定標準，對調查區eU、eTh、K及γ照射量率等天然放射性水平進行場暈分級(表3),并據表3分級標準編繪阿特巴音敖包調查區eU、eTh、K及γ照射量率平面等值圖(圖3、圖4、圖5、圖6)。

由圖3～圖6可知：

1)γ照射量率具有明顯的濃集中心，異常暈呈北東向條帶狀展布于調查區北部第四系覆蓋地段。

2)eU、eTh、K含量則無濃集中心，異常暈呈零星狀，散布于整個測區。但是，eU零星狀異常暈多數分布于γ照射量率條帶狀異常暈范圍內；eTh零星狀異常暈多數分布于勘查區南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段；K元素零星狀異常暈分布于調查區北部第四系覆蓋地段，低暈或偏低暈則分布于調查區南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段。

表3 阿特巴音敖包調查區eU、eTh、K及γ照射量率場暈分級

μ-參數均值；σ-參數標準差

圖3 阿特巴音敖包γ照射量率等值圖Fig.3 At the Bayinaobao γ exposure rate contour map

圖4 阿特巴音敖包eU含量等值圖Fig.4 At the Bayin aobao eU content contour map

綜上所述，如果據此對調查區的鈾成礦潛力做出評價，顯然是有難度的。

圖5 阿特巴音敖包eTh含量等值圖Fig.5 At the Bayinaobao eTh content contour map

圖6 阿特巴音敖包K含量等值圖Fig.6 At the Bayinaobao K content contour map

參數名稱計算方法地質含義古鈾量(GU)GU=Thi(∑(Thi/Ui))/NThi-測點eTh含量;Ui-測點eU含量;N-測點數。地層中,鈾、釷、鉀三種元素雖然經歷了多期次分配,但在同一地質單元的一定地質體中,Th/U仍然存在相對確定值,據此評價釷含量的高低即認為它反映了原始的鈾豐度。利用它可從理論上研究測區原始鈾的分布狀況。活化鈾量(FU)FU=Ui-GUiUi-測點的實際eU含量;GUi-測點的初始eU含量。古鈾量和實際測得的鈾含量存在差異。說明后期鈾元素產生了活化遷移。其值的正負和大小反映了鈾的活化遷移量及遷移方向。鈾遷移富集指數(UC)UC=U2/Th·KU-測點的eU含量;Th-測點的eTh含量;K-測點的K含量。如果地表作用造成U/Th、U/K與U同步增高,則有后期鈾的運移富集。

續表4

參數名稱計算方法地質含義鈾相對變遷系數(B)B=(∑(Thi/Ui))/N(ThiUi)Thi-測點eTh含量;Ui-測點eU含量;N-測點數。測點上Thi/Ui和區域上Th/U對比,其變化梯度可了解對應點上鈾的相對運移狀態。當Bi大于1時,該點有鈾的遷入并富集,反之表明鈾的遷出和貧化。地化活動性指數(TF)TF=U·K/Th2U-測點的eU含量;Th-測點的eTh含量。地化作用強烈地段鈾鉀變遷大而釷變化小,據此可進行地化作用分區。

據文獻資料[15-17]總結歸納

圖7 古鈾量(GU)平面等值圖Fig.7 Plane equivalent of the GU

圖8 活化鈾量(FU)平面等值圖Fig.8 Plane equivalent diagram of the FU

5 參數構建及其特征分析

5.1 參數構建

研究資料表明：基于eU、eTh、K的各類比值參數可以有效地消除覆蓋層、測量條件等因素的影響，分離或突出異常，提高對微弱信息的識別效果，深度挖掘γ能譜測量數據中負載的地學內容[13-16]，是一種新的能譜測量數據處理手段。筆者在前人研究資料的基礎上，系統構建并總結了古鈾量(GU)、活化鈾量(FU)、鈾遷移富集指數(UC)、鈾相對變遷系數(B)、地化活動性指數(TF)等參數。各參數的數學模型及地質意義見表4。

圖9 鈾遷移富集指數(UC)平面等值圖Fig.9 Plane contour map of the UC

圖10 鈾相對變遷系數(B)平面等值圖Fig.10 Plane contour map of the B

5.2 新構建參數特征分析

依據表4中參數構建模型,計算新構建參數數值,統計其分布特征(表5),并編繪平面等值圖(圖7、圖8、圖9、圖10)。

1)圖7顯示：調查區南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段古鈾量(GU)相對高于北部第四系覆蓋地段，這與實際測得的鈾含量分布特征正好相反(圖4)。

2)圖8顯示：調查區南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段活化鈾量(FU)呈現負值；北部第四系覆蓋地段活化鈾量(FU)呈現正值。說明后期鈾元素產生了活化遷移，遷移方向由南向北。

3)圖9顯示：γ照射量率異常帶展布范圍內鈾的遷移富集指數(UC)明顯大于其他地方。

表5 阿特巴音敖包地區地面能譜測量新構建參數值分布特征統計表

圖11 內蒙古二連盆地阿特巴音敖包調查區預測鈾成礦有利地段Fig.11 Favorable area for uranium metallogenic prediction in Bayinaobao survey area, Erlian basin, inner Mongolia

4)圖10顯示：調查區γ照射量率異常帶展布范圍內鈾相對變遷系數(B)遠大于“1”，而南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段的鈾相對變遷系數(B)普遍小于“1”。表明：γ照射量率異常帶展布范圍內有鈾的遷入和富集；而南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段則發生鈾的遷出和貧化。

6 綜合解釋

1)調查區南部震旦系老地層及華力西期花崗巖侵入體中鈾釷含量相對較高，分別為2.8×10-6～3.9×10-6，17.1×10-6～24.9×10-6，釷鈾比值為6.1～6.4,這些具備富鈾特征的侵入巖體及震旦系老地層的出露控制著調查區南部釷含量(eTh)及古鈾量(GU)的平面分布特征。

2)在漫長的地質演化過程中，伴隨構造活動巖體中發生了一系列斷裂，致使巖體形成大量裂隙，使得各種地質流體易于深入和運移，從而發生蝕變現象，巖體中的鈾元素不斷被浸出。聶逢君等對這些出露花崗巖體的統計發現：花崗巖中鈾通常以四價獨立的鈾礦物、類質同像、吸附等形式存在于富鈾巖石中，在大氣降水的不斷分化、淋慮作用下，四價鈾(U4+)氧化為六價鈾(U6+)，U6+又與含氧水結合成鈾酰離子UO2+，從而鈾從巖石中遷出[18]。比鄰調查區南部的“地塹”式負地形地段正好為遷出的鈾提供了賦存空間。這正好對γ照射量率、eU含量、活化鈾量(FU)、鈾遷移富集指數(UC)、鈾相對變遷系數(B)等的分布特點做出了詮釋。

7 結論

1)綜上所述，阿特巴音敖包調查區eU、eTh、K等存在顯著的分異性。其南部震旦系老地層和華力西晚期花崗巖體出露地段發生了一系列鈾的活化遷出和貧化，而比鄰調查區南部的“地塹”式負地形地段則形成了活化鈾的遷入和富集帶。

2)據水成鈾礦理論，可以判定活化鈾的遷入和富集帶極具鈾成礦潛力。為查證這一結論，隨后在該地段施工了4個鉆孔(圖11)進行揭露，結果發現1個工業鈾礦孔、2個鈾礦化孔、1個無礦孔，顯示出良好的鈾礦化信息。

3)地面γ能譜測量及地面γ照射量率測量雖然反映的是地表淺部天然放射性水平，但實踐證明，通過數據統計分析、參數構建、綜合解釋等手段，仍然可對覆蓋層較厚的勘查區鈾成礦潛力做出評價，繼續發揮其“多快好省”的技術優勢。