放射性伽馬測量在豫西龍王巖體稀土礦勘查中的應用研究

王明明，余智慧，吳園園，陳昊龍，王劍鋒，郭榮鑫

(1.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

1 區域地質概況

圖1 研究區地質簡圖(據余智慧等，2022①修改)1—第四系亞黏土、砂卵石層；2—薊縣系大理巖、片巖；3—太華巖群片麻巖；4—燕山期黑云母花崗巖；5—長城紀正長花崗巖；6—偉晶巖脈；7—斷裂及編號；8—含礦構造帶及編號

稀土總量之高在秦嶺地區實屬罕見，是澳大利亞A型花崗巖的2倍，是東秦嶺I型花崗巖的4～6倍。LREE/HREE為11.26～31.04，平均17.06，屬輕稀土富集型，其中第一次侵入的正長花崗巖為21.63～31.04，平均26.34，輕稀土富集更為明顯；δEu相差較大，第一次侵入的正長花崗巖為0.73～0.88，平均0.81，Eu異常不明顯，而第二次侵入的鈉鐵閃石正長花崗巖為0.14～0.19，平均0.17，呈明顯的負Eu異常。第一次侵入巖的稀土元素配分模式在Eu處呈平緩狀，第二次侵入巖在Eu處呈尖谷狀，具伸展機制下晚期堿性巖漿活動稀土元素的特征(賴素星和李鋼，2019)；巖體形成于板內伸展構造環境，可能主要為富集地幔部分熔融的玄武質巖漿經強烈結晶分異的產物，在其形成和上升過程中可能有地殼物質的混染，是華北克拉通1.8～1.6 Ga 裂解過程中最晚期堿性巖漿活動的產物，證明華北地臺南緣在中晚元古代存在一個拉張的裂谷系(盧欣祥，1989；陸松年等，2003；包志偉等，2009)。

2 礦床地質特征

2.1 構造特征

研究區內稀土礦體大致呈NW—NWW向展布，與區域斷裂基本平行，受區域構造控制，稀土礦(化)體主要賦存于K1～K8含礦構造帶內。含礦構造帶長約420～1600 m，含礦構造帶以張性、張扭性為主，多見硅化、褐鐵礦化及螢石礦化，呈近平行分布。具體特征見表1。

表1 含礦構造特征一覽表(據余智慧等，2022①)

2.2 礦體特征

稀土礦體大致位于研究區西南部，主要賦存在K1～K8含礦構造帶內，全部位于堿性正長花崗巖中，嚴格受含礦構造控制。稀土礦(化)體多以構造角礫蝕變巖的形式產出，局部構造角礫發育，次棱角狀—次圓狀，角礫大小1 mm×5 mm～30 mm×40 mm。礦(化)體礦化蝕變多以硅化、螢石礦化、褐鐵礦化為主，見少量綠泥石化、高嶺土化，深部見有黃鐵礦化、鉀化，局部見細脈狀鉛鋅礦化。螢石礦化多成星點狀、團塊狀及細脈狀；褐鐵礦化多呈脈狀和透鏡狀，礦化體產狀與含礦構造斷裂基本一致。圍巖多為鈉鐵閃石正長花崗巖，局部圍巖為灰黑色黑云斜長角閃巖。

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變以硅化、絹云母化、高嶺土化和鉀化為主，與稀土礦化體界線不明顯。

2.4 礦石類型與礦物共生組合

圖2 稀土礦石及顯微照片a—稀土礦石；b—褐簾石稀土礦薄片；c—鈰硅磷灰石氟碳鈰礦薄片；d—鈰硅磷灰石氟碳鈰礦光片礦物縮寫：Bsn—氟碳鈰礦；Gn—方鉛礦；Py—黃鐵礦；Sp—閃鋅礦

3 伽馬測量的應用效果

3.1 地面伽馬總量測量

3.1.1 工作方法

表2 研究區內Th、U光譜分析結果一覽表

本次伽馬總量測量使用的儀器為FD-3013便攜式γ輻射儀，儀器在使用前均在石家莊核工業放射性勘查計量站進行了標定，穩定性和一致性在研究區內進行檢查，儀器的各項指標均符合規范要求。

在開展地面伽馬總量測量工作之前，測量人員首先了解了研究區的地質、構造、巖石、蝕變、礦化等情況，統計了各種地質體的伽馬背景值。測量網度選擇100 m×20 m，測量過程中，連續聽測，探測器靠近地面左右擺動，大體上按照布設路線“蛇曲”前進。在路線測量過程中發現偏高值，立即追索，圈定范圍，對發現成礦有利的地質條件，尋找異常。

首先，對區內不同巖性的伽馬背景值和分布規律進行了統計(表3)。

表3 研究區主要巖性背景值和變化范圍(據余智慧等，2022①)

由于研究區內巖性主要以鈉鐵閃石正長花崗巖為主，其它巖性出露范圍較小，因此將區內伽瑪背景值確定為41 ppm，背景值的3倍確定為異常點，即123 ppm。

3.1.2 物探成果

根據1∶1萬伽馬總量測量及地質填圖成果，在區內共圈定出8條稀土礦化體，圈定35個伽馬異常場。由00線地質—地面伽馬總量剖面測量綜合剖面圖可知(圖3)，在剖面上有2個明顯的局部異常，放射性參數在地表與稀土礦化脈套合部位異常幅度明顯。根據F3稀土礦化脈地表槽探分析結果可知，稀土總量為0.50%～0.88%，Th含量達0.60%～5.02%；F4號稀土礦化脈稀土總量為0.66%～7.22%，Th含量達0.19%～0.25%，Th的品位均達到工業品位以上。通過對比分析地表其它見到稀土礦化體的地物綜合剖面，在稀土礦化脈附近均見到放射性異常。因此，地表稀土礦化體與伽馬異常場套合較好，說明本區地面伽馬總量測量工作對尋找稀土礦體具有較好的指示意義，是尋找稀土礦體的直接手段。

圖3 研究區00線地質—伽馬總量測量綜合剖面圖(據余智慧等，2022①)1—正長花崗巖；2—含礦構造帶及編號；3—伽馬總量曲線圖

3.2 伽馬測井

(1)工作方法：本次工作使用儀器型號為A631-S971，該儀器在使用之前進行了三性檢查，各項指標符合規范要求。伽馬測井工作嚴格按照相關規定要求開展，測井工作開展過程中對儀器的穩定性進行檢測，在測井工作進行之前對鉆孔進行沖水和清洗，清洗2個小時左右，將鉆井過程中的巖石粉末和放射性衰變子體進行排除，對清洗后的鉆井開展伽馬測井工作。結合測量點距，進行數據采集，最后結合伽馬測井反褶積程序對所采集的數據進行轉換(王德鵬等，2020)，技術人員結合測繪數據繪制鉆孔柱狀圖。

(2)工作成果：研究區內共施工14個鉆孔，根據對測井數據的綜合整理，有8個鉆孔伽馬測井的照射量達到異常范圍。由ZK6501鉆孔柱狀圖可知(圖4)，在20.01～21.15 m及61.35～62.91 m兩段均見到照射量大于20 Nc/(kg·h)的異常段，通過取樣分析，稀土總量分別達到0.728%、1.349%，均達到邊界品位以上，其它見照射量異常段的7個鉆孔，也均見到稀土礦化體；而未見照射量異常的鉆孔，通過取樣分析，未發現稀土礦化體。因此，伽馬測井對鉆孔內稀土礦化體具有重要的指示意義，也是發現鉆孔內稀土礦化體的直接手段。

圖4 研究區ZK6501鉆孔柱狀圖(據余智慧等，2022①)1—第四系殘坡積物；2—正長花崗巖；3—斜長角閃巖；4—稀土礦(化)體；5—伽馬測井曲線

4 放射性元素與稀土礦化之間的關系

在稀土礦物中，138La、176Lu具有天然的極低的放射性(不易為儀器接收)，一般含有低的Th、U放射性元素，是類質同象所致。由于Th4+、U4+的離子半徑較為接近，易于和稀土礦物發生類質同象置換，甚至形成內潛同晶(周園園和付水興，2013；龍靈利等，2014；王文文和賈曉鵬，2021)。因此，在進行礦物鑒定中，并未見到放射性元素的單礦物或次生礦物。

通過對本區部分樣品進行的Th、U的測試分析，結果顯示，Th的含量較高，U的含量較低?；痉治鰳悠窚y試結果顯示，當樣品稀土總量結果達到邊界品位以上，即稀土總量品位在0.5%～10.5%，Th含量一般在0.2%～2.7%，最高達到5.02%。通過對樣品稀土含量與Th含量關系進行統計分析(表4)，隨著稀土總量品位升高，Th的品位也隨之升高，具有正相關性(圖5)。

表4 樣品Th元素含量隨稀土含量變化表

圖5 Th含量隨稀土總量變化曲線圖(據余智慧等，2022①)

5 結論

(1)本區稀土元素賦存狀態，主要以獨立礦物氟碳鈰礦、褐簾石、磷灰石等形式存在。Th元素在以上礦物中，多以類質同象和內潛同晶的方式存在，是引起放射性異常的主要元素。

(2)地表伽馬異常場與稀土礦(化)體產出位置套合，顯示稀土礦和伽馬異常有明顯的對應關系；且放射性元素Th含量與稀土總量含量呈正相關性。驗證了運用放射性伽馬測量工作，輔以槽探揭露及化學分析，是豫西地區尋找稀土礦直接且有效的工作方法。

(3)鉆孔伽馬測井照射量率測值達到20 Nc/(kg·h)的異常時，對應位置巖心稀土總量均達到邊界品位以上；當測值小于20 Nc/(kg·h)時，巖心稀土總量品位均在邊界品位以下，確定了深部稀土礦(化)體照射量率邊界值。通過伽馬測井工作劃定照射量率異常值是鉆孔巖心中確定稀土礦化體的有效方法。

注 釋

① 余智慧，吳園園，王劍鋒，郭榮鑫，秦力，王良，王巧玲，陳春景. 2022. 河南省欒川縣龍王幢稀土礦預查報告[R]. 鄭州: 河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊.