土壤氣態(tài)水微量元素測量在熱液型鈾礦勘查中的試驗研究

吳國東，朱萬鋒，王 勇，宋 亮，王東升

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院, 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室, 北京 100029）

大地氣態(tài)水鈾測量是談成龍等（2006）提出的一種鈾礦勘查方法[1]。 該方法的原理是深部鈾礦體產(chǎn)生的含鈾離子或微粒能夠在多種地質(zhì)營力的作用下遷移至近地表, 聚積于大地土壤層, 從而形成后生地球化學(xué)異常。 分散于土壤空氣中或以類氣相存在的鈾元素可伴隨著土壤氣態(tài)水的蒸發(fā)擴散而遷移, 通過捕集此部分游離相的鈾元素并分析測試之,可發(fā)現(xiàn)與深部鈾礦化有關(guān)的地球化學(xué)信息,進而為深部找礦提供依據(jù)。 談成龍等（2006, 2007） 利用該方法在內(nèi)蒙某砂巖型鈾礦上進行了初步試驗工作, 結(jié)果表明, 其異常襯度明顯高于常規(guī)土壤鈾金屬量測量方法[1-2]。 此后, 該方法的研究及應(yīng)用鮮有報道。相比于其他穿透性地球化學(xué)方法, 大地氣態(tài)水鈾測量只需直接測量大地氣態(tài)水中所含的元素含量, 具有取樣操作簡單、 分析測試便捷等優(yōu)點, 具有一定的發(fā)展應(yīng)用前景。 為了驗證此方法在熱液型鈾礦勘查中的應(yīng)用效果,筆者在相山鈾礦田居隆庵礦床的JBX3 剖面上開展了初步試驗。 由于所收集的為近地表土壤中的氣態(tài)水, 且分析測試的元素不單鈾元素一種, 仍將其稱為 “大地氣態(tài)水鈾測量”已不甚妥帖, 故將此方法稱為 “土壤氣態(tài)水微量元素測量”。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

相山火山盆地地處江西省樂安和崇仁兩縣境內(nèi)。 火山盆地呈橢圓形地貌, 東西長26 km, 南北寬16 km, 面積約316 km2[3]。 該盆地處于揚子板塊與華南褶皺系縫合線南緣,北東向贛杭鈾成礦帶與近南北向成礦帶的交匯部位, 產(chǎn)出一系列鈾礦床, 組成了相山鈾礦田[3-4]。 相山火山盆地由基底和蓋層組成:基底為中元古界變質(zhì)巖系； 蓋層主要為中酸性流紋英安巖、 碎斑流紋巖和陸相碎屑沉積巖, 局部夾火山碎屑巖[4]。 居隆庵礦床位于相山火山盆地西部, 定位于北東向鄒家山-石洞、 小陂-蕪頭斷裂與北西向書塘-濟河口、小陂石洞斷裂所夾持的菱形斷塊內(nèi)[5]。 礦區(qū)地層較簡單, 基底為中元古界變質(zhì)巖, 蓋層主要為下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組火山巖系（圖1）。 含礦圍巖主要為碎斑流紋巖和流紋英安巖, 鈾礦化對巖性無選擇性[6]。

圖1 居隆庵地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig. 1 Geological sketch map of Julong'an area

2 測量方法

土壤氣態(tài)水微量元素測量在居隆庵礦床JBX3 剖面上開展, 測線走向為90°, 點距為20 m, 剖面長960 m。 為了進行對比研究, 在開展土壤氣態(tài)水微量元素測量的同時, 在同一點位同步開展了土壤地球化學(xué)測量。 土壤地球化學(xué)測量采集深度40～50 cm 的淀積層黏土。 將土壤樣品晾曬風(fēng)干后, 過不銹鋼篩,截取-10～＋80 目粒度樣品不少于20 g, 裝袋、 標(biāo)記, 送實驗室碎至-200 目后, 分析U、Th、 Mo、 Pb 等元素含量。

土壤氣態(tài)水的收集主要利用晝夜溫差變化致使土壤中的氣態(tài)水發(fā)生冷凝, 以冷凝水為采集對象。 土壤氣態(tài)水收集裝置主要包括塑料外罩和塑料底座（圖2）。 塑料外罩的頂部為半球形, 主干為圓柱狀； 塑料底座包括進氣筒和儲水槽, 儲水槽的側(cè)面底部開一出水口, 出水口用塞子堵塞。 收集裝置的外罩與底座以螺紋相聯(lián)接。 在進行土壤氣態(tài)水收集時, 先在地表挖一個比收集裝置稍大、 深約40～50 cm 的土坑, 將收集裝置放入坑內(nèi), 用塑料薄膜將裝置覆蓋, 再用土壤覆蓋并壓實。放置7 d 后, 將收集裝置取出, 打開儲水槽側(cè)面底部的塞子, 將儲水槽中的凝結(jié)水通過出水口倒入事先準(zhǔn)備的樣品瓶中, 劑量不少于10 mL。 將樣品瓶密封、 編號, 送實驗室利用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）分析U、 Th、 Mo、Pb 等元素含量。

圖2 土壤氣態(tài)水收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of soil gaseous water collection device

在野外取樣過程中, 由于35、 42 兩測點附近大片基巖出露, 導(dǎo)致無法采集到適宜的殘坡積物, 亦無法進行土壤氣態(tài)水的收集,土壤地球化學(xué)測量實采樣品47 件。 在土壤氣態(tài)水的收集過程中, 5、 25 兩測點的液體樣品由于受到土壤顆粒的污染而舍棄, 實取土壤氣態(tài)水樣品45 件。 2 類樣品的分析測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。

3 結(jié)果與討論

從兩種方法的測量結(jié)果來看（表1）, 土壤地球化學(xué)測量的鈾、 釷平均含量分別為5.07×10-6、 23.4×10-6, 土壤氣態(tài)水微量元素測量的鈾、 釷平均含量分別為0.83 μg/L、0.33 μg/L。 土壤氣態(tài)水中的鈾、 釷平均含量較低, 但其變化幅度及波動強度 （變異系數(shù)）均遠大于土壤全量結(jié)果, 一定程度上說明,土壤氣態(tài)水微量元素測量結(jié)果的離散度更高,更具有指示意義。 土壤中的釷含量明顯高于鈾, 而在氣態(tài)水中, 鈾的平均含量則高于釷,認(rèn)為是在近地表次生氧化環(huán)境中, 鈾的活動性遠強于釷所致。

根據(jù)土壤氣態(tài)水微量元素測量的各元素相關(guān)系數(shù)（表2）, 除鉬與其他元素呈負相關(guān)外, 其余元素之間大都表現(xiàn)出較好的相關(guān)性,而罔顧這些元素地球化學(xué)性質(zhì)的親疏、 差異。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是土壤氣態(tài)水微量元素測量中這些元素受到同一地質(zhì)因素的影響較為明顯, 如斷裂構(gòu)造等。 土壤地球化學(xué)測量的結(jié)果表明, 其各元素之間的相關(guān)性則無此特征。

表1 鈾、 釷特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of uranium and thorium

表2 土壤氣態(tài)水微量元素測量各元素相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of trace elements in soil gaseous water

從JBX3 剖面土壤氣態(tài)水微量元素測量的鈾、 釷含量曲線（圖3）可以看出, 鈾、 釷兩種元素含量變化趨勢相近、 波動特征相似。 在F23 斷裂構(gòu)造上方有低襯度異常出現(xiàn), 認(rèn)為是斷裂構(gòu)造為活動性元素由深部向近地表遷移提供了良好通道, 致使其附近土壤中游離相元素含量增高的結(jié)果。 在F7 賦礦斷裂上方有明顯的高襯度異常出現(xiàn), 且與下伏礦體的空間位置對應(yīng)關(guān)系良好, 推斷是由下方隱伏礦體和斷裂構(gòu)造的疊加影響所致。 在F7 賦礦斷裂的東部, 亦存在一處埋藏較淺、 規(guī)模較小的鈾礦體, 鈾、 釷在此地段含量平穩(wěn)、 并無明顯的異常顯示, 一定程度上說明土壤氣態(tài)水微量元素測量結(jié)果受斷裂構(gòu)造的影響較大,是引起其地表異常的主要原因。

圖3 居隆庵JBX3 剖面土壤氣態(tài)水微量元素測量及土壤地球化學(xué)測量鈾、 釷含量Fig. 3 Contents of uranium and thorium in soil and soil gaseous water of Section JBX3 in Julong'an area

從JBX3 剖面土壤地球化學(xué)測量的結(jié)果可以看出（圖3）, 鈾和釷在整條剖面上的含量相對穩(wěn)定, 曲線的展布形態(tài)較為 “平穩(wěn)”, 無明顯的異常顯現(xiàn), 對斷裂構(gòu)造及隱伏鈾礦體的反映程度有限。

綜上所述, 認(rèn)為土壤氣態(tài)水微量元素測量對于賦礦斷裂和無礦斷裂均有一定的指示作用。 在賦礦斷裂上方, 由于受到鈾礦體和構(gòu)造的疊加影響而具有更高的異常襯度, 一定程度上可指示鈾礦體的存在, 其應(yīng)用效果明顯優(yōu)于土壤地球化學(xué)測量； 而其對于非斷裂構(gòu)造控制的小規(guī)模鈾礦體則指示作用有限。由于斷裂構(gòu)造是熱液型鈾礦的主要控礦因素之一, 認(rèn)為土壤氣態(tài)水微量元素測量方法在熱液型鈾礦的勘查中具有一定的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

4 結(jié)論

1） 相比于土壤地球化學(xué)測量, 土壤氣態(tài)水微量元素測量的鈾、 釷含量普遍較低, 其平均含量分別為0.83 μg/L、 0.33 μg/L； 而其對于深部鈾礦體的指示效果則明顯優(yōu)于土壤地球化學(xué)測量。

2） 土壤氣態(tài)水微量元素測量方法對于賦礦斷裂和無礦斷裂均有一定的指示作用, 受斷裂構(gòu)造的影響較為顯著； 在賦礦斷裂上方,由于受到鈾礦體和構(gòu)造的疊加影響而具有更高的異常襯度, 一定程度上可指示鈾礦體的存在； 對于非斷裂構(gòu)造控制的小規(guī)模鈾礦體則指示作用有限。

3） 土壤氣態(tài)水微量元素測量方法野外取樣簡單、 分析測試便捷, 在熱液型鈾礦的勘查中具有一定的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。