尼日尔Azelik砂岩型铀矿勘查中土壤氡气测量方法应用研究

宋亮，柯丹，顾大钊，王勇

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

尼日尔Azelik砂岩型铀矿勘查中土壤氡气测量方法应用研究

宋亮，柯丹，顾大钊，王勇

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

为了在尼日尔Azelik铀矿已知砂岩型铀矿床周边及外围地区寻找新的铀矿化线索，开展了土壤氡气测量方法试验及应用。在已知剖面上的试验结果表明，土壤瞬时测氡结果反映了深部铀矿化信息，在北部、中部和西部3片测区共发现较大规模的土壤氡气异常共4片，为地质找矿工作提供了参考依据。

氡气；阿泽里克；砂岩型铀矿床；放射性物探

土壤氡气测量作为一种放射性地球物理勘查方法，是寻找深部隐伏铀矿体的有效手段，目前已知的探测深度达500 m，除此之外，在金矿勘查、地震预报、油气勘查［1］、断层定位［2］等方面得到了应用。

Azelik（阿泽里克）铀矿区位于尼日尔中部阿加德兹省阿加德兹市北西，地理坐标东经6°35′～7°00′，北纬17°06′～17°40′，面积1 953 km。研究区有沙漠公路与阿加德兹市及阿尔利特市相连。距首都尼亚美直线距离850 km。公路交通距离约1 235 km，每日有数对客车对开。沙漠公路在雨季期间（7-9月）通行条件较差（图1）。

研究区主要为戈壁地形，区内主要有G、T和IR矿3个典型的砂岩型铀矿床，矿体最大埋深约为200 m。矿区开展过车载伽马能谱测量，且发现了较好的地面伽马能谱异常，因此开展深部找矿方法应用研究具有重要的实际意义。

图1 研究区地理交通位置图Fig.1 Location map of the study area

图2 研究区地质简图Fig.2 Geological sketch of the study area

1 研究区地质概况

Azelik（阿泽里克）铀矿位于尼日尔中部阿加德兹省阿加德兹市西北，矿区范围内包含G、T和IR矿3个铀矿床（图2）。研究区内发育的断裂构造主要分为3组：NE向为主要断裂，控制区内格局；NWW（近EW）向断裂为压扭性，控制区内成矿流体的活动；NW向为最晚断裂，对成矿有叠加改造作用。构造对铀成矿有明显的控制作用，已知的3个矿床中的铀矿化均位于NWW与NE向的构造交叉，或NW与NE向的构造交叉部位。

研究区内铀矿体主要赋存于伊腊泽尔组之下的阿萨乌阿组，它与侏罗系奇雷兹林组为不整合接触。G矿和T矿均分布在阿泽里克背斜的北西翼。含矿岩性为砂岩，含砾砂岩和部分泥岩，矿体的产状与赋矿地层的产状基本一致。G矿矿体呈层状、似层状，埋深从地表逐渐加深至70 m；T矿矿体呈似层状、透镜状，埋深从地表逐渐加深至155 m，与阿萨乌阿组砂岩走向、倾向和倾角基本一致；IR矿位于阿泽里克背斜T矿的北部，矿体埋深在190～200 m范围内，呈层状，近乎水平，走向NNW，微西倾，倾角＜1°，空间分布较稳定。

矿区主要的含矿层位均为下白垩统阿萨乌阿组砂砾岩，尤其是底部砂岩。阿萨乌阿组在全区出露面积有限，总厚度0至20 m不等。除IR矿床埋藏地下之外，在G和T矿床阿萨乌阿组主要围绕背斜核部四周出露，岩性为含砾砂、泥岩，含砾砂岩为区内主要含矿层。

2 土壤氡气测量方法

2.1 土壤氡气测量原理

氡有3种同位素，即铀系中的222Rn、钍系中的220Rn（钍射气）和锕铀系中的219Rn（锕射气）。由于220Rn和219Rn的半衰期均比较短，因此在铀矿勘查中，测量的主要对象是222Rn。222Rn是天然放射性铀系的惟一气态元素，其直接母体是由238U经衰变而形成的226Ra。虽然氡气的比重比空气大，但由于团簇迁移［3］、接力传递［4］、对流、抽吸［5］等作用，它能够从地下几十米甚至几百米的深度迁移到地表土壤中。因此，在铀、镭富集地段或地质构造破碎带上方都可形成氡的富集，而在其附近地段，氡气浓度明显降低［6］。于是根据氡气浓度的高低，可以直接寻找铀矿体和构造破碎带。

土壤氡气测量方法包括累积式和瞬时式测量。累积式测量方法众多，主要有活性炭吸附测量、α径迹蚀刻测量、α杯（卡）测量、Po测量、α聚集器测量和热释光测量等［7］，采样时间一般为4 h～30 days不等，异常稳定性、重现性较好，但工作效率较低；瞬时式测量是在测点抽气进行测量，工作效率较高，且现场就可以获得测量数据，稳定性比累积式测量差，但可通过多次测量改善。

2.2 野外工作方法

本次野外工作采用的是瞬时氡气测量方法，并与活性炭测氡进行对比试验研究，使用美国DURRIDGE公司生产的RAD7型测氡仪，其特点是没有探测器污染问题，也不存在钍射气的干扰，具有较高灵敏度等特点。野外土壤氡测量方法具体工作流程为：RAD7吸气净化5 min，插入取气器（密封取气器与周围土壤之间的缝隙），连接RAD7主机、干燥管、入口过滤器，设置吸气（Sniff）测量时间为单次最佳时间5 min，采样深度为60～80 cm。

2.3 测网布置

工作区内RAD7瞬时氡气测量网格按线距500 m，点距50 m布置测线25条，实际测点共计1 580个。目的是探寻阿泽里克铀矿区周边未知矿化形成的氡气异常及其延伸方向，从而进一步对已知矿化地段的深部和外围进行定位预测，为地质找矿提供参考依据。

2.4 数据处理

对RAD7瞬时氡气测量数据进行质量评价，由不同地质景观背景统计等确定背景值和异常下限。

1）背景值和均方差的确定。主要采用平均值（M）、均方差（S）统计法，采用逐步挑剔异常数据的方法（即挑剔“≥M＋3S”和“≤M-3S或≤0”）直至所剩数据在“M-3S（0）～M＋3S”范围内，以此散点数据的统计结果作为统计单元或地质景观的统计背景值和均方差。

2）土壤氡异常下限的确定。土壤氡浓度为背景值加3倍均方差，即统计大于等于“M＋3S”的散点数据所占的空间范围视为异常晕；氡高晕下限为背景值加2倍均方差（M＋2S），即数据大于等于“M＋S”且小于“M＋2S”的空间范围视为偏高晕；正常晕一般指大于背景值减去1倍均方差至背景值加1倍均方差之间的空间范围；小于背景值减去1倍均方差且大于或等于背景值减去2倍均方差的空间范围视为偏低晕；小于背景值减去2倍均方差范围为低晕。

3 效果分析

3.1 方法试验效果分析

IR矿位于阿泽里克背斜T矿的北部，矿体距地表埋深大多数在190～200 m范围内，为了检验土壤瞬时测氡在反映深部铀矿化信息方面的有效性，在IR矿区范围内的已知标型剖面上开展了方法试验。由图3可见，矿孔正上方的土壤氡气浓度基本上均高于异常下限值，而无矿孔上方的土壤氡气浓度均低于异常下限值，见矿孔达到深度在100～200 m。说明土壤氡气异常能够有效反映深部铀矿化信息。

该标型剖面通过了测区内的两条断裂F1和F2，在断裂上方土壤中进行测量，发现氡气浓度表现为高值，东段位于41号测点，西段位于9号测点。

图3 标型剖面土壤氡气浓度与钻孔剖面图Fig.3 Section showing radon concentration and drill holes

3.2 对比试验

试验剖面活性炭吸附氡的测量结果表明（图4），氡气浓度与瞬时测量所得到氡气浓度在形态上具有一致性，且测量数据的跳跃性比瞬时测氡数据稍小，具有较好的平稳性，但瞬时测氡在局部地段所反映的异常衬值要比活性炭吸附氡偏大，说明两种方法均能较好地反映该地区土壤中的氡气浓度。

4 未知区应用效果分析

4.1 北部测区应用效果分析

图4 试验剖面上土壤氡气瞬时测量与活性炭吸附测量结果对比Fig.4 Comparison result between instantaneous radon measuring and active carbon absorbing in the test section

阿泽里克铀矿北部测区土壤氡气浓度整体呈现西高东低的趋势（图5），在西北角存在一处面积近0.86 km2的异常，达到测区的最大值27 000 Bq·m-3以上。根据地质资料，区内有一NW向深大断裂F1通过，西北角氡气高值区刚好位于断裂带上，断裂一直向ES延伸至IR矿。测区东部氡气浓度偏低，仅有范围很小的高值区。测区内车载伽马能谱数据表现为偏高场，呈NW向分布，IR矿并没有落在能谱高场内，说明车载伽马能谱对反映深部铀矿化信息作用不大，均位于能谱铀高场至低场的过渡部位，说明土壤氡气异常并非是由地表浅部的原因引起的，可能反映的是深部铀矿化信息。

4.2 中部测区应用效果分析

中部测区的土壤氡气浓度呈EW向分布（图6），测区北部呈现为平缓的低值区，在南部存在1处面积为0.9 km2的高值区，最大值达到100 000 Bq·m-3以上。中部测区南部存在1处面积较大的车载伽马能谱高值区，土壤氡气异常位于能谱铀高场内，且距离南边的T矿较近，最近处仅为1 km左右。分析认为土壤氡气异常是由浅部及深部因素叠加引起的，至于哪种因素占主导地位，还需要结合地质等其他资料进一步研究。

图5 北部测区土壤氡气浓度平面等值图Fig.5 Contour map showing radon concentration in northern area

图6 中部测区土壤氡气浓度平面等值图Fig.6 Contour map showing radon concentration in central area

4.3 西部测区应用效果分析

西部测区的土壤氡气浓度呈NNE向分布（图7），中西部存在2处面积分别为0.42和0.32 km2的异常区，最大值达到57 000 Bq·m-3以上。测区内发现有3处铀矿化点，有1处位于土壤氡气异常边缘，异常位于能谱铀高场或场的过渡部位，经地表探槽揭露，并未在土壤氡气异常处发现明显的地表铀矿化，因此认为土壤氡气异常是由浅部及深部因素叠加引起的，且深部铀矿化信息为主要原因。

图7 西部测区土壤氡气浓度平面等值图Fig.7 Contour map showing radon concentration in western area

5 结论

在阿泽里克铀矿区已知标型剖面上开展了土壤瞬时氡气测量方法应用试验，取得了较好的试验效果，结果表明土壤氡气异常能够有效地反映深部铀矿化信息。通过土壤氡气瞬时测量方法和活性炭吸附氡气测量方法的对比试验，结果表明，活性炭吸附氡气浓度与瞬时测量氡气浓度在形态上具有一致性，两种方法均能较好地反映该地区土壤中的氡气浓度。在阿泽里克铀矿区北部、西部及中部3片测区均发现具有一定规模的土壤氡气异常，为地质找矿提供了参考依据。

［1］姚锦其，赵友方，李大德，等．氡气测量圈定油气藏边界［J］．矿产与地质，2011，25（3）:248-252．

［2］王诗东，庹先国，李怀良，等．氡气测量法－高密度电法在断层定位中的应用［J］．地学前缘，2011，18（2）:315-320．

［3］吴慧山，梁树红，王海洋，等．氡测量及实用数据［M］．北京：原子能出版社，2001:53-56．

［4］吴慧山，白云生，林云飞，等．氡迁移的接力传递作用［J］．地球物理学报，1997，40（1）:136-142．

［5］吴慧山，林玉飞，白云生，等．氡测量方法及应用［M］．北京：原子能出版社，1995:45-60．

［6］刘鸿福.氡及其子体运移的实验研究与机理探讨［D］．成都：成都理工大学博士学位论文，1997: 15-20．

［7］吴慧山，周镭庭．放射性测量新技术：第二集［M］．北京：地质出版社，1984:130-152．

Study on application of soil radon survey method in the exploration for sandstone type uranium deposit in Azelik，Niger

SONG Liang，KE Dan，GU Dazhao，WANG Yong
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Objective：Application and experiment of soil radon survey were carried out in order to find a new clue of uranium mineralization around the known sandstone type uranium deposit in Azelik，Niger.Deep mineralization information was well reflected by the experimental results.Four large scale soil radon anomalies were found in the northern，central and western areas，which may provide the reference for the further study of geological prospecting work.

radon；Azelik；sandstone type uranium deposit；radioactive geophysics

P632＋.1；P619.14

A

1672-0636（2015）04-0237-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.008

2014-06-05；［俢回日期］2015-07-02

宋亮（1984—），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事地球化学研究工作。E-mail:46158845@qq.com。