土壤氡氣測量在二連盆地砂巖型鈾礦調查中的應用

胡安順，王石，孟慶魯

(山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

氡是天然放射元素鈾系中的一個氣體放射性子體元素。從20世紀50年代中期，我國就將土壤氡測量應用于鈾礦勘查，先后使用不同方法進行氡氣測量，在應用過程中取得了較好的效果。近年來，隨著在盆地中尋找砂巖型鈾礦工作的開展，土壤氡氣測量方法應用于砂巖型鈾礦勘查中成為了一項必要的研究工作[1-2]。

砂巖型鈾礦產出于中—新生代盆地地層中的層間氧化帶、潛水氧化帶砂體中，具有品位低、儲量大、開采效益高等特點，是我國近期鈾礦勘查工作的主攻方向和工作重點[3]。二連盆地是我國北方重要的砂巖型鈾礦產地之一，前人多次在二連盆地中東部地區開展地浸砂巖型鈾資源調查評價項目，分析了區域及工作區鈾成礦條件，認為該區鈾成礦潛力巨大。區域已發現典型的鈾礦床有巴彥烏拉礦床、賽漢高畢礦床，均賦存于下白堊統賽漢塔拉組地層。在二連盆地砂巖型鈾礦調查中開展區域性土壤氡氣測量工作，找出氡異常和圈定找礦靶區，對查明區域含鈾性有一定的意義[4-8]。

1 地質概況

工作區位于二連盆地馬尼特坳陷西部的白音塔拉盆地西南緣(圖1)，區內大部分地區被新生代古近系、第四系覆蓋，中生代主要構造形態為一走向NE的盆地向斜，呈NE 60°方向展布，其西南部仰起，煤層在仰起處呈隱伏露頭，與古近系始新統伊爾丁曼哈組不整合接觸。巖煤層傾角在盆地向斜中心附近較小，一般1°～2°，盆緣附近較陡，傾角5°～13°。

圖1 二連盆地群分布略圖

工作區地層由老至新如下：

白堊系(K)：白堊系下統巴彥花群為白音塔拉盆地的主要充填地層，以往工作施工鉆孔僅見賽漢塔拉組(K1bs)及騰格爾組(K1bt)部分地層，均未穿透該地層見其基底。騰格爾組在區內普遍發育，但只揭露上部，巖性由淺灰、灰、深灰、黑灰、灰綠色泥巖、粉砂巖、鈣質泥巖和含礫泥巖組成，在泥巖中含有大量的不完整葉肢介、瓣鰓類、腹足類等淡水動物化石，為淺湖—中深湖沉積物。區域地層總厚度>320 m，鉆孔揭露厚度20.66～467.87 m，平均113.57 m。賽漢塔拉組在區內大部分發育，主要為河流相、沼澤相沉積。巖性由淺灰白色砂質礫巖、含礫砂巖、砂巖與淺灰、紫紅、灰綠色泥巖、含礫泥巖、可采煤層和炭質泥巖組成。賽漢塔拉組與上覆古近系呈不整合接觸。該組地層是巴彥花群重要的含煤層之一,也是本次工作的主要找鈾目的層位。區域地層厚度為70～800 m，鉆孔揭露厚度27.60～198.44 m，平均88.73 m。

古近系(E)：古近系始新統伊爾丁曼哈組(E2y)為含鈾地層的主要覆蓋層，為一套內陸河湖相沉積，全區普遍發育。巖性主要為灰白色、紫紅色粗砂巖、砂礫巖，暗灰色泥巖、砂質泥巖，巖石固結程度低，為半膠結，巖心疏松易破碎。根據鉆孔統計，地層厚度19.17～99.60 m,平均46.68 m。與下伏地層白堊系下統巴彥花群呈不整合接觸，在其不整合面上見到鈾異常。

第四系(Q)：全區大部分區域被第四系全新統(Qh)覆蓋，根據成因類型可劃分為殘積、湖積等。殘積主要分布在工作區中西部，由土黃色砂土、細砂、礫石等組成；湖積主要分布在工作區東部，上部為鹽硝和泥土構成的硬殼，下部為灰黑色淤泥。根據鉆孔統計，第四系全新統厚度0～20.92 m，平均2.62 m。

2 測量原理

天然環境中氡有3個同位素，分別是219Rn、220Rn、222Rn，其中219Rn和220Rn的半衰期分別為 3.96 s和54.5 s，而222Rn的半衰期為3.825 d，因此在野外開展土壤氡氣測量反映的對象是222Rn及其子體。222Rn是天然放射性鈾系的唯一氣態元素，是放射性元素鐳(226Ra)的子體，而鐳(226Ra)又是238U的子體，所以土壤中氡濃度的高低主要取決于238U含量的高低[9-12]。222Rn在地殼中上升距離可達數十米至數百米以上，經團簇遷移、接力傳遞、泵吸、擴散、對流等作用由深部遷移至地表土壤中[13-16]。擴散介質的孔隙度、密度、滲透性等影響222Rn的遷移速度，斷裂構造的存在增加了巖石的透氣及滲透性，使222Rn能夠更快速地由深部遷移至地表，所以在鈾、鐳異常地段或斷裂構造的上方，222Rn濃度増大，形成氡異常。在測量氡濃度時，在采樣器上負高壓電場的作用范圍內，以正離子形式存在的氡子體被吸附到采樣片上，通過探測器對采樣片上不同幅度的脈沖進行計數，進而確定氡濃度數值[17-25]。

3 測量方法及數據處理

土壤氡氣測量使用HDC-C型RaA測氡儀，為保證測量數據的準確性，使用前對儀器進行了標定，并按時進行“三性”檢查，確保數據采集的準確性。每日出工前需對測氡儀器進行例行檢查，檢驗儀器的密封系統是否良好，電池電壓值和校驗信號是否正常，閾值旋鈕的刻度是否在原位。

測線方位土壤氡氣剖面測量按點距100 m在前期鉆探驗證見工業孔的地段完成2條，單條剖面長度分別為14 km、13.5 km。根據盆地土壤氡放射性活度濃度測量網度試驗結果和工作量及區域測量的目的，該地區土壤氡氣測量網度設計為：土壤氡氣面積測量按330°方向布設，線距1 000 m、點距100 m，同時在放射性異常區按線距500 m、點距100 m進行加密控制工作，測量面積738 km2。

野外測點采用GPS手持衛星定位確定測點坐標，記錄員應核對測點上的標志并記錄土質及景觀情況，操作員使用專用鋼釬打孔，孔的直徑為20 mm，孔的深度為70 cm。成孔后，使用頭部有氣孔的特制的取樣器，插入打好的孔中，取樣器在靠近地表處進行密閉，避免大氣滲入孔中，然后進行抽氣。根據抽氣阻力大小抽氣3～5次。測量時，高壓加電時間為2 min，測量讀數時間為2 min，每測點測量一次。每次測量記錄坐標和測量值，異常超出背景值較大區域需進行重復測量，以保證測量結果真實可靠。當日所有工作成果應每天工作結束后及時進行整理。

野外實地測量時應注意：在潮濕低洼處測量時，應嚴防地下水進入干燥劑和提筒內腔，以免損害儀器或影響測量結果；測量時儀器及采樣片要平整放置，儀器應靜止放置，以免干擾探測器，影響測量數據的準確性；測量過程中應及時清理干燥器和筒內細沙土，并用黃油潤滑提竿，現場測量工作如遇雨天，在停雨后24 h后進行。

圖2 土壤氡濃度頻數分布直方圖

4 測量及驗證結果

通過土壤氡氣測量工作共圈定氡異常7個(圖3)，編號分別為2017-Ⅰ、2017-Ⅱ、2017-Ⅲ、2017-Ⅳ，2018-Ⅰ、2018-Ⅱ、2018-Ⅲ。

圖3 二連盆地土壤氡濃度等值線平面

2017-Ⅰ氡氣異常區：呈帶狀展布，異常長度約4.5 km，異常寬度最大約1 000 m，最小約300 m。在異常中部東側前期已施工的3個驗證鉆孔(表1)，有2個為鈾工業孔，1個為鈾礦化孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

表1 氡異常區與驗證鉆孔

2017-Ⅱ氡氣異常區：呈面狀展布，異常長度約 4 km，異常寬度最大約4 km，最小約1.1 km。參考該區相關地質資料，該異常附近未見明顯的構造或引起異常的其他因素，為深部鈾礦(化)體引起的異常。該異常經鉆探驗證，施工的6個鉆孔均為見礦孔，3個為鈾工業孔，3個為鈾礦化孔，顯示了該區較好的鈾找礦潛力。

2017-Ⅲ氡氣異常區：總體呈帶狀展布，局部呈面狀展布，異常長度約6 km，異常寬度最大約2.2 km，最小約300 m。該異?；九c煤田鉆孔自然伽馬異常情況相吻合，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。在該異常施工的5個驗證鉆孔中，有1個為鈾工業孔，2個為鈾礦化孔，1個為鈾異?？?，1個為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2017-Ⅳ氡氣異常區：呈條帶狀展布，異常長度約12 km，異常寬度最大約1.8 km，最小約500 m。在異常中部施工的5個驗證鉆孔中，有1個為鈾工業孔，2個為鈾礦化孔、2個為鈾異?？?，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2018-Ⅰ氡氣異常區：異常分布于測區西南部，呈帶狀展布，異常長度約7 km，異常寬度最大約 2 km，最小約200 m，異常最大值38 871 Bq/m3。在異常南部施工的6個驗證鉆孔中，有4個為鈾礦化孔，1個為鈾異?？?，1個為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

2018-Ⅱ氡氣異常區：分布于工區中部鹽堿地，呈面狀展布，異常長度約5 km，異常寬度最大約1.7 km、最小約200 m，異常最大值12 580.6 Bq/m3。該異常具備一定規模，異常較連續，但尚未進行查證工作。

2018-Ⅲ氡氣異常區：整體為NE向，分布于工作區東南部，異常未封閉，因該異常南部與中煤2018 年氡氣測區重合，故未繼續進行追索。異常長度約12 km，異常寬度最大約2.2 km、最小約200 m，異常最大值21 505.4 Bq/m3。該異常與2018-Ⅱ異常具備一定聯系，在異常中部施工的3個驗證鉆孔中，2個為鈾礦化孔，1個為無礦孔，推測該異常為深部鈾礦(化)體引起的異常。

在氡濃度異常區開展鉆探驗證工作可知：氡濃度異常區均見到了不同品位的礦(化)體，在調查區開展土壤氡氣測量工作能快速圈定出土壤氡放射性活度濃度的異常分布趨勢范圍，該工作方法在尋找北方中新生代盆地砂巖型鈾礦調查中，是較為有效的區域評價方法，可為鈾礦勘查工作提供直接的參考依據。

在氡濃度異常區開展了伽馬能譜測量工作，L7線地質物探綜合剖面圖(圖4)顯示，氡濃度曲線波動較小，伽馬能譜曲線波動較大，氡濃度異常區與鈾、釷、鉀及總量曲線有一定的吻合性，在土壤氡濃度異常位置開展鉆探驗證工作顯示，礦化體位于氡濃度異常北側梯度帶位置，礦化體賦存于白堊系下統巴彥花群賽罕塔拉組地層，巖性主要為灰色砂礫巖，粒度較粗，含礦砂體中下部形態為板狀，產狀較平緩。

圖4 L7線地質物探綜合剖面

5 找礦靶區預測

根據鈾成礦地質條件、預測依據的充分程度、已知礦化信息的顯示強度、以往鈾礦地質工作程度和自然地理條件等，對鈾找礦預測區進行分級，包括找礦遠景區和找礦靶區。找礦靶區一般可分為A、B、C三類，找礦遠景區不再分類。其中，找礦靶區的劃分原則為：

A類，已知鈾礦田或已知礦床深部及外圍，具備直接找礦標志，如潛在鈾礦孔成帶成片分布或其他重要的物化探異常，經鉆探驗證見鈾礦工業孔，有望發現大中型鈾礦產地的靶區。

B類，具備直接找礦標志，潛在鈾礦孔成帶成片分布或潛在鈾礦化孔成帶成片分布且有少量的潛在鈾礦孔或其他重要的物化探異常，未進行鉆探驗證或經鉆探驗證見鈾礦化孔，有望發現鈾礦產地的靶區。

C類，直接找礦標志找礦意義不明，具有間接找礦標志，找礦前景不明的靶區。

根據以上找礦靶區劃分原則，在調查區劃分出A類找礦靶區1處，B類找礦把區1處(圖5)：

圖5 二連盆地找礦靶區預測

A類找礦靶區位于調查區北部準達賴地區，走向為NE向，沿走向長約40 km，該區目前已施工驗證鉆孔25個，其中砂巖型鈾礦孔7個，礦化孔12個，異?？?個，無礦孔2個，同時存在氡異常區，且該區與北東部的烏蘭諾爾地區、陸海地區、巴彥烏拉地區等具有相似的成礦地質條件，顯示了該區具有很好的找礦潛力。

B類找礦靶區分為1處，分別為南部準達賴地區，走向為NE向，沿走向長約23 km，該地區亦存在氡異常區。目前施工驗證鉆孔3個，2個為砂巖型鈾礦化孔，1個為無礦孔，具備一定的找礦潛力。

6 結語

1)通過在二連盆地開展土壤氡氣測量工作及鉆探驗證工作，顯示了調查區較好的找礦潛力，取得了較好的找礦效果，該方法在調查區內尋找砂巖型鈾礦是較為有效的手段，能快速圈定土壤氡濃度的分布范圍，為鈾礦勘查提供找礦依據。

2)由于土壤氡濃度的含量與季節及溫度、濕度有關系，為增強測量數據的一致性，野外測量條件應保持一致，保持采樣時間、采樣深度的一致，野外工作應盡量保持在同一時間段溫差較小的時間內進行，測量時應保持土壤在同一濕度范圍內，尤其雨后應等土壤干燥后方可開展工作，以免由于外部環境因素引起測量數據不統一。

3)在工作中，根據當地的地質情況，通過典型性試驗選擇適當的工作技術參數是有效壓制數據干擾、提高勘探準確性的前提條件，合理的數據處理與計算解釋是非常有效的提高資料質量的措施。

4)不同性質的土壤，其土壤的質地、含水率、孔隙度等不同，對氡氣的析出產生一定的影響；不同的地質背景差異，其礦體發育位置不同，氧化類型不同，其反映在地表的土壤氡氣異常顯示也不同，進而對解釋也會存在一定的差異。通過確定不同地質背景下土壤氡濃度的背景值、異常暈和異常下限值，結合剖面、平面分析，建立調查區內砂巖型鈾礦土壤氡異常模型，并運用該模型預測成礦位置，進而提高找礦的準確性。