土壤氡测量在华南地区花岗岩型铀矿勘查中的应用

赵迷迷

（广东省核工业地质局二九二大队，广东 广州 510800）

0 引言

氡是天然放射性铀系的唯一气态元素，属于惰性气体，化学性质稳定，在自然界中有3 种同位素：219Rn、220Rn 和222Rn，半衰期分别为3.825 d、3.96 s 和55.65 s。氡的来源与地下深部母岩中的放射性核素息息相关，这些核素衰变时会产生放射性气体氡，氡则以扩散、对流、抽吸、搬运、应力应变和团簇等作用沿构造带或裂隙从地下迁移至地表，并在地质构造的正上方及放射性矿产富集地段形成氡异常［1］。土壤氡测量是一种常用的放射性物探方法，所测氡异常数据能较好地反映测区的放射性特征、地质构造的产状、宽度充填物及覆盖层等，近年来广泛用于隐伏构造探测、放射性矿产勘查、地下水资源勘查及放射性环境评价等领域［2］。

目前，铀矿勘查方法主要有放射性物化探、普通物化探等，其中放射性物化探方法有地面和航空伽马总量测量、伽马能谱测量、放射性水化测量、氡及子体测量等；普通物探方法主要有电法勘探、磁法勘探、电磁法勘探和浅层地震勘探等；普通化探主要有水系沉积物调查、土壤调查、岩石伴生元素测量等［3］。我国在华南地区近半个世纪的铀矿勘查工作中，采用放射性物探方法发现了大量的铀异常点、矿化点及矿点，并采用槽探、钻探、坑探等多种手段进行了揭露，在铀资源的开发利用中发挥了很大作用［4］。随着勘查程度的提高，地表及浅地表的铀矿已基本得到评价，铀矿勘查工作逐渐向寻找深部隐伏矿体及隐伏构造转变，加之华南地区十余米至数十米厚的花岗岩风化壳使得常规的放射性物化探方法已不能适应当下的工作环境，放射性物化探如伽玛总量测量、伽玛能谱测量，普通物探如电法勘探、电测深等由于覆盖层的影响效果堪忧［5-6］。土壤氡测量具有快速、易操作、本底影响低、不受地形起伏影响且现场能得到结果等优点，在放射性矿产勘查领域应用前景广阔［7］。本论文探究了土壤氡测量在华南地区某花岗岩型铀矿勘查应用，分析该地区氡异常原因，为铀矿成矿机理研究和矿产勘查提供参考。

1 测区基本概况

测区位于华南地区富铀岩体——罗浮岩体南部，区内中三叠世—早白垩世岩浆活动强烈且频繁，为多期次岩浆活动发育区和多次成矿热液活动中心叠加部位（见图1），以早侏罗世斑状黑云母花岗岩（J1γ）为主，其次为早白垩世中细粒黑（二）云母花岗岩（K1γ）。

图1 测区区域地质简图Fig.1 Regional geological map of the survey area

测区构造位置位于区域性深大断裂——河源断裂南东段，河源断裂为区域性控岩、控矿断裂，活动时间长。经历了从印支期——燕山晚期，构造应力场由挤压—拉张—挤压的多次转变过程，形成对偶断裂不发育的单边式断陷带。测区内断裂构造发育，按断裂的走向，主要以北东向为主，次为东西向、南北向和北西向，代表性的断裂主要为大塘断裂、岭头断裂和F6断裂构造等。

2 氡气测量工作原理

本次土壤氡测量采用FD-3017 型RnA 测氡仪（上海申核电子仪器有限公司），该仪器是一种新型的瞬时测氡仪器，利用静电收集氡衰变的第一代子体RaA 作为测量对象，可以定量测量土壤、空气或水中氡浓度，其特点是没有探测器的污染，也不存在氡射气的干扰影响，并且具有较高的灵敏度，操作简便，现场可直接获取结果。该测氡仪由抽气泵和测量操作台两部分组成，抽气泵用于抽取和储存氡子体，当氡射气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变，产生子体RaA，它在初始形成的瞬间是带正电的离子，在静电高压作用下RaA 离子被浓集在带负高压的金属收集片上，取出金属片放入操作台内测量RaA 的电脉冲计数，再根据电脉冲与氡浓度成正比的关系从而确定氡浓度。本研究在测区内开展1∶10 000 RaA 法测氡面积测量工作，共布设测线27 条，测量网度为100 m × 20 m，共完成测点2 279 个，其中基本测点1 781 个，加密测点498 个。

3 数据处理及测量成果

3.1 计算背景值

将各个测点的仪器示值录入计算机，并根据测氡仪的换算系数求取测点土壤氡浓度后，再根据数理统计方法求取工作区背景值及标准差。经正态、偏度和峰度检验［8］，逐次替代含量值Xi≥± 2S 的数值后，土壤氡浓度频率分布图服从近似正态分布（见图2），偏度bs为0.83，峰度bk为-0.46，此时用算术平均值法确定测区土壤氡浓度背景值（-X）和标准偏差（S）。

图2 土壤氡浓度频率分布直方图Fig.2 Frequency distribution histogram of soil radon concentration

3.2 测量成果及异常圈定

测区内土壤氡浓度为1 584.2～ 674 752.5 Bq/m3，背景值为17 765.7 Bq/m3，标准偏差为11 847.5，变异系数为0.67。采用克里金方法网格化数据后绘制等值线图（见图3），测区内土壤氡浓度整体呈现西部和南部较低、北东侧较高的总趋势，且受地质构造的影响较大，极大值点一般出现于构造带上下盘附近。根据《铀矿勘查氡及其子体测量规范》［9］，共圈定异常晕7 处（YRn1、YRn2、YRn3、YRn4、YRn5、YRn6、YRn7）、异常带5 处（DRn1、DRn2、DRn3、DRn4、DRn5）。

图3 测区土壤氡浓度等值线图Fig.3 Contour map of soil radon concentration in the survey area

3.3 异常解释

经氡气和能谱剖面测量、地质测量、伽马总量测量等工作手段对异常进行查证，推断YRn1、YRn2 和YRn3 这3 个异常晕为矿致异常（见图4），对这3 处异常晕解释如下。

图4 测区土壤氡测量成果图Fig.4 Soil radon measurement results in the survey area

3.3.1 YRn1 异常晕 该异常晕位于测区北东侧并延伸至外围，平面形状近乎椭圆—圆形，面积约20 986.76 m2，共有异常点39个，土壤氡浓度最大值为125 425.5 Bq/m3，平均值为62 642.9 Bq/m3，均方差为16 157.0。经氡气和能谱剖面测量（点距为10 m）查证，该晕在B1 剖面10 m、40～ 110 m范围内均见有土壤氡浓度异常高峰（见图5），在B2 剖面30～ 330 m 范围内土壤氡浓度曲线见7 处异常高峰（见图6），异常曲线均具有较高的峰背比，为2.0～ 2.6；在氡异常曲线范围内，铀和钾含量曲线起伏均较小，均处于正常背景范围内，而钍含量达铀含量的4 倍。因此，该射气异常属氡、钍混合异常。根据地质测量及伽马总量测量查证，YRn1 异常晕范围内见有F22-1、F22-2和F22-3及其诸多次级构造，各构造中蚀变强烈，主要有硅化、钾长石化、萤石化、绢云母化和赤铁矿等，局部还可见滑石及透镜状铅锌矿，推测此处异常峰值受F22-3与F22-1主构造及其夹持部位的次级构造——赤铁矿化碎裂岩带叠加控制。通过研究氡浓度随测孔深度的变化规律（见图7），氡浓度随取气深度的加深而增加，但在深处测得的数据曲线斜率有所变缓，推测此处为矿致异常，矿（化）体位于F22-3与F22-1主构造上盘及其夹持部位，且埋深较浅。

图5 B1 地质-物探综合剖面图Fig.5 B1 comprehensive geological and geophysical profile

图6 B2 地质-物探综合剖面图Fig.6 B2 comprehensive geological and geophysical profile

图7 YRn1 异常晕地带土壤氡浓度随深度变化曲线Fig.7 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn1 abnormal halo zone

3.3.2 YRn2 异常晕 该异常晕平面呈椭圆状，呈北东向展布，面积约28 578.89 m2，共有异常点16 个，最大值为197 659.6 Bq/m3，平均值为92 812.49 Bq/m3，均方差为36 977.21。经地质测量查证，该异常晕主要受F1、F3、F9这3 条构造影响，其中F1构造性质为张扭性、剪性断裂，充填硅化碎裂岩、硅化角砾岩、白色块状石英、梳状石英、萤石等，普遍见硅化、绢云母化、萤石化等蚀变；F3受F1剪性应力作用影响，由近南北向变异为北东向展布，并与F1、F9及东西向中-基性岩脉复合，主要充填块状石英、碎裂岩、微晶石英、玉髓岩、角砾岩、辉绿岩等，主要蚀变有硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、绢云母化、萤石化；F9充填花岗碎裂岩、石英脉，局部具强赤铁矿化、硅化、绢云母化、构造角砾等。3 条构造的复合部位为异常晕的浓集中心，地表出露有铀矿化体，伽马总量测值最高达3 576 × 10-6eU，为4 号矿化点。通过研究氡浓度随测孔深度的变化规律（见图8），可知氡浓度随着取气深度的加深而增加，属矿致异常，但愈向深部曲线斜率有变缓趋势，推测此处矿化体埋深较浅。

图8 YRn2 异常晕地带土壤氡浓度随深度变化曲线Fig.8 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn2 abnormal halo zone

3.3.3 YRn3 异常晕 该异常晕位于测区东部边缘一带，平面呈不规则条带状，呈北东南西展布，面积约28 683.21 m2，共有异常点41 个，最大值为160 851.1 Bq/m3，平均值为74 785.1 Bq/m3，均方差为29 887.5。经氡气和能谱剖面查证，该晕在B3 剖面80～ 240 m 范围内见有6 处异常高峰（见图9），在150 m 处达异常最高值；峰背比高，为3.0～ 6.0；在氡异常曲线范围内，铀和钾均处于正常背景范围内，钍含量达铀含量的3～ 5 倍，属氡、钍射气混合异常；经地质测量查证，该异常晕内见一组多条与F21平行的次级构造，F21为一条蚀变矿化较强的断裂构造，具有较强的赤铁矿化、钾长石化、硅化、绢云母化等蚀变，异常晕北侧边界为震旦系砂岩与早侏罗世花岗岩构造接触面和侵入接触面，接触面附近均发育有小规模的碎裂岩带，局部具硅化。氡浓度分布与深度呈现较好的线性关系（见图10），相关系数为0.986，属强相关关系，即氡浓度随着取气深度的加大而增加，属矿致异常，矿体可能受F21-2及其次级构造与构造接触带联合控制，可能位于F21-2与构造接触带的上盘部位，且矿化体埋深较深。

图9 大塘地区水门口地段物探综合剖面图Fig.9 Comprehensive geophysical profile of Shuimenkou section in Datang area

图10 YRn3 异常晕土壤氡浓度随深度变化曲线Fig.10 Variation curve of soil radon concentration with depth in YRn3 abnormal halo zone

3.4 远景预测

通过对异常晕的解释评价，可圈定具有成矿有利的远景区2 处，编号分别为Ⅰ、Ⅱ。简述如下：

Ⅰ号远景区位于测区北东部一带，面积约为0.58 km2。区内异常点多，异常连续性好，异常值高，异常与地质构造及各类蚀变的吻合程度高，主要存在YRn1、YRn2 两处矿致异常晕。区内有F1、F3、F9、F22及诸多其次级构造，构造裂隙发育，蚀变矿物丰富，找矿标志明显，并发现4 号矿化点。对照前人开展的地球化学找矿成果，该远景区处于S-5 水异常和U-5 伽马异常范围内，具备较有利的铀成矿地质条件，具有较好的资源潜力，可能赋存小型铀矿床，值得进一步探索研究。

Ⅱ号远景区位于大塘地区水门口一带，面积约为0.17 km2。区内异常点较多，异常连续性较好，异常值高，异常与地质构造及各类蚀变的吻合程度较高，存在YRn3 矿致异常晕。对照前人开展的水地球化学找矿成果，该远景区处于U-3 伽马异常范围南东侧，位于一处水中氡异常晕和水中铀晕南西部长轴延伸方向，在该区内发现了3 号铀矿点。因此，该远景区内具备较有利的铀成矿地质条件，具有一定的找矿标志，各种物探、化探异常吻合程度一般，异常类型主要为水中氡异常和土壤氡异常，可能赋存铀矿化点或者小型铀矿床，值得进一步开展地质勘查工作。

4 结论

1）土壤氡测量具有快速、易操作、便捷、本底影响低等优点，测量过程不受地形起伏和植被覆盖影响，对环境的破坏最小，符合绿色勘查理念，且现场能得到结果，所测数据能较好地反映测区的放射性特征。

2）华南地区花岗岩风化壳较厚，能谱测量和伽马总量测量效果较差，不能有效反映测点的放射性特征，而土壤氡测量工作能快速、有效地锁定矿化靶区，土壤氡剖面则能有效区分矿致异常及矿（化）体赋存部位，为地质、槽探、钻探等工作提供明确的线索。加之花岗岩风化壳质地较疏松，透气性较好，易打孔，工作效率较高，因此在华南花岗岩地区土壤氡测量是寻找深部隐伏构造及隐伏铀矿（化）体的有效手段。

3）根据土壤氡测量成果及异常查证可知，测区内异常晕、异常带及异常点分布范围、展布方向均与构造带的性质、蚀变的强弱、裂隙的发育情况等息息相关，表现为碎裂岩、构造破碎带、裂隙发育带及多条多组构造带相交汇部位。这些部位往往形成氡异常，主要原因为不同方向不同级别的断裂构造相交汇部位往往能够形成良好的成矿空间，有利于铀元素的运移、存储，进而在构造带的产状和物质成分发生变化的部位富集形成矿产。

4）根据土壤氡测量及多种地质、物探方法相互验证，测区内圈定了具有成矿有利的远景区2 处，缩小了找矿靶区，为下一步铀矿勘查工作提供了依据。建议开展槽探、钻探及其他物探方法，查明构造性质、产状、规模、蚀变特征及含矿性，准确评价铀矿化情况，寻找有利成矿地段，确定找矿靶区。