土壤气态水微量元素测量在热液型铀矿勘查中的试验研究

吴国东，朱万锋，王 勇，宋 亮，王东升

（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）

大地气态水铀测量是谈成龙等（2006）提出的一种铀矿勘查方法[1]。 该方法的原理是深部铀矿体产生的含铀离子或微粒能够在多种地质营力的作用下迁移至近地表, 聚积于大地土壤层, 从而形成后生地球化学异常。 分散于土壤空气中或以类气相存在的铀元素可伴随着土壤气态水的蒸发扩散而迁移, 通过捕集此部分游离相的铀元素并分析测试之,可发现与深部铀矿化有关的地球化学信息,进而为深部找矿提供依据。 谈成龙等（2006, 2007） 利用该方法在内蒙某砂岩型铀矿上进行了初步试验工作, 结果表明, 其异常衬度明显高于常规土壤铀金属量测量方法[1-2]。 此后, 该方法的研究及应用鲜有报道。相比于其他穿透性地球化学方法, 大地气态水铀测量只需直接测量大地气态水中所含的元素含量, 具有取样操作简单、 分析测试便捷等优点, 具有一定的发展应用前景。 为了验证此方法在热液型铀矿勘查中的应用效果,笔者在相山铀矿田居隆庵矿床的JBX3 剖面上开展了初步试验。 由于所收集的为近地表土壤中的气态水, 且分析测试的元素不单铀元素一种, 仍将其称为 “大地气态水铀测量”已不甚妥帖, 故将此方法称为 “土壤气态水微量元素测量”。

1 研究区地质概况

相山火山盆地地处江西省乐安和崇仁两县境内。 火山盆地呈椭圆形地貌, 东西长26 km, 南北宽16 km, 面积约316 km2[3]。 该盆地处于扬子板块与华南褶皱系缝合线南缘,北东向赣杭铀成矿带与近南北向成矿带的交汇部位, 产出一系列铀矿床, 组成了相山铀矿田[3-4]。 相山火山盆地由基底和盖层组成:基底为中元古界变质岩系； 盖层主要为中酸性流纹英安岩、 碎斑流纹岩和陆相碎屑沉积岩, 局部夹火山碎屑岩[4]。 居隆庵矿床位于相山火山盆地西部, 定位于北东向邹家山-石洞、 小陂-芜头断裂与北西向书塘-济河口、小陂石洞断裂所夹持的菱形断块内[5]。 矿区地层较简单, 基底为中元古界变质岩, 盖层主要为下白垩统鹅湖岭组火山岩系（图1）。 含矿围岩主要为碎斑流纹岩和流纹英安岩, 铀矿化对岩性无选择性[6]。

图1 居隆庵地区地质简图Fig. 1 Geological sketch map of Julong'an area

2 测量方法

土壤气态水微量元素测量在居隆庵矿床JBX3 剖面上开展, 测线走向为90°, 点距为20 m, 剖面长960 m。 为了进行对比研究, 在开展土壤气态水微量元素测量的同时, 在同一点位同步开展了土壤地球化学测量。 土壤地球化学测量采集深度40～50 cm 的淀积层黏土。 将土壤样品晾晒风干后, 过不锈钢筛,截取-10～＋80 目粒度样品不少于20 g, 装袋、 标记, 送实验室碎至-200 目后, 分析U、Th、 Mo、 Pb 等元素含量。

土壤气态水的收集主要利用昼夜温差变化致使土壤中的气态水发生冷凝, 以冷凝水为采集对象。 土壤气态水收集装置主要包括塑料外罩和塑料底座（图2）。 塑料外罩的顶部为半球形, 主干为圆柱状； 塑料底座包括进气筒和储水槽, 储水槽的侧面底部开一出水口, 出水口用塞子堵塞。 收集装置的外罩与底座以螺纹相联接。 在进行土壤气态水收集时, 先在地表挖一个比收集装置稍大、 深约40～50 cm 的土坑, 将收集装置放入坑内, 用塑料薄膜将装置覆盖, 再用土壤覆盖并压实。放置7 d 后, 将收集装置取出, 打开储水槽侧面底部的塞子, 将储水槽中的凝结水通过出水口倒入事先准备的样品瓶中, 剂量不少于10 mL。 将样品瓶密封、 编号, 送实验室利用等离子体质谱法（ICP-MS）分析U、 Th、 Mo、Pb 等元素含量。

图2 土壤气态水收集装置结构示意图Fig. 2 Schematic diagram of soil gaseous water collection device

在野外取样过程中, 由于35、 42 两测点附近大片基岩出露, 导致无法采集到适宜的残坡积物, 亦无法进行土壤气态水的收集,土壤地球化学测量实采样品47 件。 在土壤气态水的收集过程中, 5、 25 两测点的液体样品由于受到土壤颗粒的污染而舍弃, 实取土壤气态水样品45 件。 2 类样品的分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。

3 结果与讨论

从两种方法的测量结果来看（表1）, 土壤地球化学测量的铀、 钍平均含量分别为5.07×10-6、 23.4×10-6, 土壤气态水微量元素测量的铀、 钍平均含量分别为0.83 μg/L、0.33 μg/L。 土壤气态水中的铀、 钍平均含量较低, 但其变化幅度及波动强度 （变异系数）均远大于土壤全量结果, 一定程度上说明,土壤气态水微量元素测量结果的离散度更高,更具有指示意义。 土壤中的钍含量明显高于铀, 而在气态水中, 铀的平均含量则高于钍,认为是在近地表次生氧化环境中, 铀的活动性远强于钍所致。

根据土壤气态水微量元素测量的各元素相关系数（表2）, 除钼与其他元素呈负相关外, 其余元素之间大都表现出较好的相关性,而罔顾这些元素地球化学性质的亲疏、 差异。导致这一结果的原因可能是土壤气态水微量元素测量中这些元素受到同一地质因素的影响较为明显, 如断裂构造等。 土壤地球化学测量的结果表明, 其各元素之间的相关性则无此特征。

表1 铀、 钍特征参数Table 1 Characteristic parameters of uranium and thorium

表2 土壤气态水微量元素测量各元素相关系数Table 2 Correlation coefficients of trace elements in soil gaseous water

从JBX3 剖面土壤气态水微量元素测量的铀、 钍含量曲线（图3）可以看出, 铀、 钍两种元素含量变化趋势相近、 波动特征相似。 在F23 断裂构造上方有低衬度异常出现, 认为是断裂构造为活动性元素由深部向近地表迁移提供了良好通道, 致使其附近土壤中游离相元素含量增高的结果。 在F7 赋矿断裂上方有明显的高衬度异常出现, 且与下伏矿体的空间位置对应关系良好, 推断是由下方隐伏矿体和断裂构造的叠加影响所致。 在F7 赋矿断裂的东部, 亦存在一处埋藏较浅、 规模较小的铀矿体, 铀、 钍在此地段含量平稳、 并无明显的异常显示, 一定程度上说明土壤气态水微量元素测量结果受断裂构造的影响较大,是引起其地表异常的主要原因。

图3 居隆庵JBX3 剖面土壤气态水微量元素测量及土壤地球化学测量铀、 钍含量Fig. 3 Contents of uranium and thorium in soil and soil gaseous water of Section JBX3 in Julong'an area

从JBX3 剖面土壤地球化学测量的结果可以看出（图3）, 铀和钍在整条剖面上的含量相对稳定, 曲线的展布形态较为 “平稳”, 无明显的异常显现, 对断裂构造及隐伏铀矿体的反映程度有限。

综上所述, 认为土壤气态水微量元素测量对于赋矿断裂和无矿断裂均有一定的指示作用。 在赋矿断裂上方, 由于受到铀矿体和构造的叠加影响而具有更高的异常衬度, 一定程度上可指示铀矿体的存在, 其应用效果明显优于土壤地球化学测量； 而其对于非断裂构造控制的小规模铀矿体则指示作用有限。由于断裂构造是热液型铀矿的主要控矿因素之一, 认为土壤气态水微量元素测量方法在热液型铀矿的勘查中具有一定的发展潜力和应用前景。

4 结论

1） 相比于土壤地球化学测量, 土壤气态水微量元素测量的铀、 钍含量普遍较低, 其平均含量分别为0.83 μg/L、 0.33 μg/L； 而其对于深部铀矿体的指示效果则明显优于土壤地球化学测量。

2） 土壤气态水微量元素测量方法对于赋矿断裂和无矿断裂均有一定的指示作用, 受断裂构造的影响较为显著； 在赋矿断裂上方,由于受到铀矿体和构造的叠加影响而具有更高的异常衬度, 一定程度上可指示铀矿体的存在； 对于非断裂构造控制的小规模铀矿体则指示作用有限。

3） 土壤气态水微量元素测量方法野外取样简单、 分析测试便捷, 在热液型铀矿的勘查中具有一定的发展潜力和应用前景。