内蒙古二连盆地阿特巴音敖包地区eU、eTh、K等天然放射性水平调查评价

内蒙古二连盆地阿特巴音敖包地区eU、eTh、K等天然放射
性水平调查评价
王浩锋;刘波;陈霜;彭瑞强;薛文浩
【摘要】In order to evaluate the uranium metallogenic potential in the Ateba yinaobo survey area, Erlian basin, Inner Mongolia, the statistical analyzing its natural radioactivity level measurement data, parameter construction and other means, In this paper the spatial distribution of uranium, (eU) , thorium, (eTH) , potassium, (K) and γ-exposure in space and their changing trends are explored.Based on the regional geological data, the characteristics of new construction parameters, such as paleo-uranium content, activated uranium content, uranium migration enrichment index and geochemical activity index, are comprehensively interpreted. And the favorable uranium metallogenic areas in the survey area are successfully predicted. Good uranium mineralization information was found by drilling.%为了对内蒙古二连盆地阿特巴音敖包调查区铀成矿潜力做出评价, 通过对其天然放射性水平测量数据的统计分析、参数构建等手段, 多维度探索了铀 (eU) 、钍(eTh) 、钾 (K) 元素含量及γ照射量率在空间上的分布规律及其变化趋势.结合区域地质资料对古铀含量、活化铀量、铀迁移富集指数、地化活动性指数等新构建参数特征进行了综合解释, 成功预测了调查区铀成矿有利地段, 经钻探查证, 发现了良好的铀矿化信息.
【期刊名称】《物探化探计算技术》
【年(卷),期】2019(041)001
【总页数】11页(P110-120)
【关键词】阿特巴音敖包;eU、eTh、K;γ照射量率;参数构建;铀成矿潜力
【作者】王浩锋;刘波;陈霜;彭瑞强;薛文浩
【作者单位】核工业二〇八大队,包头 014010;核工业二〇八大队,包头 014010;吉林大学地球科学学院,长春 130000;核工业二〇八大队,包头 014010;核工业二〇八大队,包头 014010;核工业二〇八大队,包头 014010
【正文语种】中文
【中图分类】P632
0 引言
地面γ能谱测量是同时测定U、Th、K三种放射性元素(当量)含量，查明不同地质体U、Th、K元素分布规律，甚至直接发现铀异常或矿化的放射性勘查方法；地面γ测量是通过系统测定各地质体岩石伽玛照射量率寻找异常点、带，研究天然放射场特征及其与铀矿化关系的放射性勘查方法[1-3]。

这两种方法是应用时间最早、使用范围最广、最经济的铀矿找矿方法，其在硬岩型铀矿资源潜力评价方面发挥了重要作用。

但是在中新生代沉积盆地砂岩型铀矿勘查中，由于受地表土壤盖层的影响，约束了其作用的发挥。

为了突破这一约束，近几十年来，核工业地勘系统在资料解释方法方面进行了许多探索，有以先验地质资料为基础的放射性参数统计分析、地层最优分割与聚类分析相结合的统计分析、钍归一法、变异系数法、结构逻辑法等[4-7]，这些方法的共同点都是试图压制干扰，分离或突出弱异常信息，在天然放射性水平调查评价方面发挥过一些积极的作用。

笔者在借鉴前人研究成果的基础上，通过数据统计分析、参数构建、综合解释等手
段，多维度探索U、Th、K三种元素和γ照射量率在空间上的分布规律及其变化
趋势，并结合古铀含量、活化铀量、铀迁移富集指数、地化活动性指数等新构建参数特征的研究等，进而对内蒙古二连盆地阿特巴音敖包勘查区的铀成矿潜力做出评价。

1 区域地质背景
阿特巴音敖包铀矿调查区位于内蒙古弧形褶皱带二连-西里庙构造带中段，艾勒格
庙复背斜北西侧翼部。

出露地层有震旦系艾勒格庙群第一岩段(Zal1)角闪钾长片麻岩、绢云母石英片岩、结晶灰岩、大理岩，华力西晚期中粗粒黑云钾长花岗岩及华力西中期石蚀变英闪长岩等，地层呈北东(NE) 走向。

侵入岩主要有花岗岩脉、闪
长玢岩脉和石英脉(硅质脉)等，多分布在勘查南区南部，呈北东-南西向展布(图
1)[8-9]。

比邻测区南部存在一北东向“地堑”式负地形地貌。

图1 内蒙古二连盆地阿特巴音敖包铀矿调查区地质略图Fig.1 Inner Mongolia two even basin at the Bayinaobao uranium exploration geological overview map
由于受较强构造应力的挤压，区内地层及侵入岩普遍存在蚀变现象，主要表现为：南部震旦系第一岩段中角闪钾长片麻岩普遍具绢云母化、绿泥石化和硅化，石英岩和石英片岩具褐铁矿化、赤铁矿化；中北部华力西晚期花岗岩体则主要表现为硅化、褐铁矿化和赤铁矿化[10-12]。

表1 阿特巴音敖包地区各地质体eU、eTh、K含量及γ照射量率值一览表Tab.1 At the Bayinaobao area around eTh, plastid eU, K content and exposure rate value list地质年代岩性eU*10-6eTh*10-6K/%γ/ppm地层第四系(Q)冲洪
积层、残坡积层2.46.52.614震旦系艾勒格庙群第一岩段(Zal1m)角闪钾长片麻岩、大理岩、结晶灰岩2.817.12.712侵入岩华力西中期蚀变石英闪长岩
(δo42)2.817.12.412华力西晚期中粗粒黑云钾长花岗岩、似斑状中粗粒花岗岩
(γ43(1)b)3.924.93.416脉岩花岗岩脉、闪长玢岩脉、石英脉(硅质脉)2.66.32.315变质岩动力变质岩压碎岩、碎裂岩、糜棱岩化岩石、片理化岩石3.48.53.516区域变质岩震旦系艾勒格庙群硅化结晶灰岩(轻压碎大理岩)、角闪钾长片麻岩
2.25.62.312
铀、钍、钾元素在地壳中丰度值[13]:U=1.7×10-6;Th=5.8×10-6;K=1.7×10-6
调查区内华里西晚期中粗粒钾长花岗岩及硅化碎裂岩的铀、钍含量相对较高(表1)，且普遍大于其丰度值，这对于铀成矿而言，提供了良好的铀源条件。

2 测量方法
1)测量方法。

采用规则测网。

由于勘查区南部地质体较为复杂，岩体、岩脉、露头等纵横交错，为了不漏掉任一较小地质体，测量网度采用10 m×5 m(线距×点距)；而其北部多为第四系覆盖，为了提高工作效率，测量网度采用50 m×20 m(线距×点距)。

测线方向900，近似垂直地质体走向，测点坐标用手持GPS定位，精度
±3 m。

2)测量仪器。

地面γ能谱测量选用FD-3022微机四道伽玛能谱仪；地面γ照射量率测量选用FD-3013数字化智能γ辐射仪。

为了确保测量结果，测量前对所用仪器设备进行了性能检定、校准及一致性检查。

3)数据处理。

eU、eTh、K含量由FD-3022直接读取，测量过程中对于畸变或可
疑数据经过反复观测确认，并予以追踪；γ照射量率测量由于FD-3013读取的是
脉冲数(即CPS值)，需对原始数据乘以仪器照射量率换算系数。

4)质量控制。

在基本测量的基础上，选取总工作量的10%进行检查测量(检查测量以剖面形式开展，均匀分布于勘查区)，检查测量相对于基本测量的百分误差一般
应不超过±10%。

3 数据分布特征统计及分布型式检验
为了对调查区eU、eTh、K及γ照射量率等测量数据的集中程度和离散程度有一
个宏观上的认识，遂对测量数据分布特征进行了统计和分布型式检验(表2，图2)。

从表1、图1发现：
1)调查区eU、eTh、K及γ照射量率等天然放射性水平的变化趋势十分相似，均
呈单峰偏正态分布。

2)eU及γ照射量率的峰度(CE)和变异系数(Cv)均较大，分别为(1.65，7.20)和(6.32，5.33)，显示出较强的分异性特征和浓集特点，说明发生了元素的迁移富集，这对于成矿非常有利。

3)eTh、K变异系数均小于“1”，分别为(0.72,0.42)；而峰度值均偏大，分别为(9.72，4.17)，显示出分异性较弱，但却分布不匀的特征。

结合区域地质背景分析，出现这一特征的直接原因可能是区域内各地质体天然放射性水平存在差异所致。

表2 阿特巴音敖包地区eU、eTh、K及γ照射量率分布特征统计表Tab.2 At the Bayinaobao area eU, eTh, K and gamma exposure rate distribution statistics统计量(特征参数)γ照射量率eUeThK整体代表性特征参数样本数5394539453945394最小值40.100.20 0.10最大值6189.2094.1035.60算术平
均值17.962.97 13.893.07中位数172.8011.103.10众数162.608.203.20离散性特征参数极差5789.1093.9035.50平均绝对偏差4.231.166.960.66标准差
5.801.9310.001.29变异系数(Cv)33.661.650.720.42峰度(CE)
6.32
7.209.724.17
偏度(CS)5.3317.112.4511.43
图2 阿特巴音敖包地区eU、eTh、K及γ照射量率分布直方图Fig.2 Ate Bayinaobao area eU, eTh, K and γ exposure rate distribution histogram(a)γ照射量率分布直方图；(b)eU分布直方图;(c)eTh分布直方图；(d)K分布直方图
4 场晕分级及空间展布形态
依据EJ/T831-94《地面伽玛总量测量规范》及EJ/T363-1998《地面伽玛能谱测
量规范》中规定标准，对调查区eU、eTh、K及γ照射量率等天然放射性水平进
行场晕分级(表3),并据表3分级标准编绘阿特巴音敖包调查区eU、eTh、K及γ照射量率平面等值图(图3、图4、图5、图6)。

由图3～图6可知：
1)γ照射量率具有明显的浓集中心，异常晕呈北东向条带状展布于调查区北部第四系覆盖地段。

2)eU、eTh、K含量则无浓集中心，异常晕呈零星状，散布于整个测区。

但是，eU零星状异常晕多数分布于γ照射量率条带状异常晕范围内；eTh零星状异常晕多数分布于勘查区南部震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段；K元素零星状异常晕分布于调查区北部第四系覆盖地段，低晕或偏低晕则分布于调查区南部震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段。

表3 阿特巴音敖包调查区eU、eTh、K及γ照射量率场晕分级Tab.3 At the Bayinaobao exploration area, eU、eTh、K and gamma exposure rate field halo classification级次分级标准eU/*10-6eTh/*10-6K/%γ照射量率/ppm低晕<μ-2σ-0.89-6.120.56.36-∞偏低晕μ-2σ～μ-σ-0.89～1.04-6.12～3.890.5～1.796.36～12.16背景值μ-σ～μ+σ1.04～4.93.89～23.91.79～4.3612.16～23.77偏高晕μ+σ～μ+2σ4.9～6.8423.9～33.94.36～5.6423.77～29.57高晕
μ+2σ～μ+3σ6.84～8.7733.9～43.915.64～6.9329.57～35.37异常
晕>μ+3σ8.7743.916.9335.37
μ-参数均值；σ-参数标准差
图3 阿特巴音敖包γ照射量率等值图Fig.3 At the Ba yinaobao γ exposure rate contour map
图4 阿特巴音敖包eU含量等值图Fig.4 At the Bayin aobao eU content contour map
综上所述，如果据此对调查区的铀成矿潜力做出评价，显然是有难度的。

图5 阿特巴音敖包eTh含量等值图Fig.5 At the Bayinaobao eTh content contour map
图6 阿特巴音敖包K含量等值图Fig.6 At the Bayinaobao K content contour map表4 地面伽玛能谱参数构建模式及其地质意义一览表Tab.4 The mathematical model of the parameters of terrestrial gamma ray spectrum and its geological significance table
参数名称计算方法地质含义古铀量(GU)GU=Thi(∑(Thi/Ui))/NThi-测点eTh含量;Ui-测点eU含量;N-测点数。

地层中,铀、钍、钾三种元素虽然经历了多期次分配,但在同一地质单元的一定地质体中,Th/U仍然存在相对确定值,据此评价钍含量的高低即认为它反映了原始的铀丰度。

利用它可从理论上研究测区原始铀的分布状况。

活化铀量(FU)FU=Ui-GUiUi-测点的实际eU含量;GUi-测点的初始eU含量。

古铀量和实际测得的铀含量存在差异。

说明后期铀元素产生了活化迁移。

其值的正负和大小反映了铀的活化迁移量及迁移方向。

铀迁移富集指数
(UC)UC=U2/Th·KU-测点的eU含量;Th-测点的eTh含量;K-测点的K含量。

如果地表作用造成U/Th、U/K与U同步增高,则有后期铀的运移富集。

续表4
参数名称计算方法地质含义铀相对变迁系数(B)B=(∑(Thi/Ui))/N(ThiUi)Thi-测点eTh含量;Ui-测点eU含量;N-测点数。

测点上Thi/Ui和区域上Th/U对比,其变化梯度可了解对应点上铀的相对运移状态。

当Bi大于1时,该点有铀的迁入并富集,反之表明铀的迁出和贫化。

地化活动性指数(TF)TF=U·K/Th2U-测点的eU含量;Th-测点的eTh含量。

地化作用强烈地段铀钾变迁大而钍变化小,据此可进行地化作用分区。

据文献资料[15-17]总结归纳
图7 古铀量(GU)平面等值图Fig.7 Plane equivalent of the GU
图8 活化铀量(FU)平面等值图Fig.8 Plane equivalent diagram of the FU
5 参数构建及其特征分析
5.1 参数构建
研究资料表明：基于eU、eTh、K的各类比值参数可以有效地消除覆盖层、测量条件等因素的影响，分离或突出异常，提高对微弱信息的识别效果，深度挖掘γ
能谱测量数据中负载的地学内容[13-16]，是一种新的能谱测量数据处理手段。

笔者在前人研究资料的基础上，系统构建并总结了古铀量(GU)、活化铀量(FU)、铀迁移富集指数(UC)、铀相对变迁系数(B)、地化活动性指数(TF)等参数。

各参数的数学模型及地质意义见表4。

图9 铀迁移富集指数(UC)平面等值图Fig.9 Plane contour map of the UC
图10 铀相对变迁系数(B)平面等值图Fig.10 Plane contour map of the B
5.2 新构建参数特征分析
依据表4中参数构建模型,计算新构建参数数值,统计其分布特征(表5),并编绘平面等值图(图7、图8、图9、图10)。

1)图7显示：调查区南部震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段古铀量(GU)相对高于北部第四系覆盖地段，这与实际测得的铀含量分布特征正好相反(图4)。

2)图8显示：调查区南部震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段活化铀量(FU)呈现负值；北部第四系覆盖地段活化铀量(FU)呈现正值。

说明后期铀元素产生了活化迁移，迁移方向由南向北。

3)图9显示：γ照射量率异常带展布范围内铀的迁移富集指数(UC)明显大于其他地方。

表5 阿特巴音敖包地区地面能谱测量新构建参数值分布特征统计表Tab.5 The ground at the Bayin Oboo area of measuring the energy spectrum of new construction parameters distribution statistics统计参数GUFUBTFUC样本数
53945394539453945394最小值0.02-11.260.0410.000.19最大值
23.3114.808241.1374.25平均值2.521.531.539.856.55标准差
4.921.160.963.573.95变化系数1.951.922.256.001.60峰度
(CE)8.978.232.542.448.97偏度(CS)1.3810.6012.1344.032.82
图11 内蒙古二连盆地阿特巴音敖包调查区预测铀成矿有利地段Fig.11 Favorable area for uranium metallogenic prediction in Bayinaobao survey area, Erlian basin, inner Mongolia
4)图10显示：调查区γ照射量率异常带展布范围内铀相对变迁系数(B)远大于“1”，而南部震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段的铀相对变迁系数(B)普遍小于“1”。

表明：γ照射量率异常带展布范围内有铀的迁入和富集；而南部
震旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段则发生铀的迁出和贫化。

6 综合解释
1)调查区南部震旦系老地层及华力西期花岗岩侵入体中铀钍含量相对较高，分别为
2.8×10-6～
3.9×10-6，17.1×10-6～2
4.9×10-6，钍铀比值为6.1～6.4,这些具备富铀特征的侵入岩体及震旦系老地层的出露控制着调查区南部钍含量(eTh)及古铀
量(GU)的平面分布特征。

2)在漫长的地质演化过程中，伴随构造活动岩体中发生了一系列断裂，致使岩体形成大量裂隙，使得各种地质流体易于深入和运移，从而发生蚀变现象，岩体中的铀元素不断被浸出。

聂逢君等对这些出露花岗岩体的统计发现：花岗岩中铀通常以四价独立的铀矿物、类质同像、吸附等形式存在于富铀岩石中，在大气降水的不断分化、淋虑作用下，四价铀(U4+)氧化为六价铀(U6+)，U6+又与含氧水结合成铀酰离子UO2+，从而铀从岩石中迁出[18]。

比邻调查区南部的“地堑”式负地形地段正好为迁出的铀提供了赋存空间。

这正好对γ照射量率、eU含量、活化铀量(FU)、铀迁移富集指数(UC)、铀相对变迁系数(B)等的分布特点做出了诠释。

7 结论
1)综上所述，阿特巴音敖包调查区eU、eTh、K等存在显著的分异性。

其南部震
旦系老地层和华力西晚期花岗岩体出露地段发生了一系列铀的活化迁出和贫化，而比邻调查区南部的“地堑”式负地形地段则形成了活化铀的迁入和富集带。

2)据水成铀矿理论，可以判定活化铀的迁入和富集带极具铀成矿潜力。

为查证这一结论，随后在该地段施工了4个钻孔(图11)进行揭露，结果发现1个工业铀矿孔、2个铀矿化孔、1个无矿孔，显示出良好的铀矿化信息。

3)地面γ能谱测量及地面γ照射量率测量虽然反映的是地表浅部天然放射性水平，但实践证明，通过数据统计分析、参数构建、综合解释等手段，仍然可对覆盖层较厚的勘查区铀成矿潜力做出评价，继续发挥其“多快好省”的技术优势。

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