土壤天然热释光测量在蒙古国肯特省哈沙顿道鲁高德铀矿预查区的应用研究

土壤天然热释光测量在蒙古国肯特省哈沙顿道鲁高德铀矿预查区的
应用研究
摘要：本文介绍了铀矿勘查中土壤天然热释光测量的原理和方法，使用FJ427A1 型微机热释光剂量计对2289点进行了测试，发现异常场34个，对于研究成矿规律及该铀矿下一步勘查工作具有一定指导意义。

关键词：土壤天然热释光、铀矿勘查
1矿区地质概况
哈沙顿道鲁高德铀矿区位于蒙古国肯特省嘎勒希尔苏木哈沙顿道鲁高德地区，距肯特省会温都尔汗市东南80km，跟苏赫巴托尔省相邻，地理坐标（WGS-84）：东经111°12′1.97″～111°18′1.97″，北纬46°43′1.7″～46°45′1.7″，面积28.2991km2。

本区位于西伯利亚板块南缘，区域地质环境处于环太平洋带西北缘的中生代火山-深成岩带中。

1:100万铀矿成矿分区将蒙古国划分为4个铀成矿省：蒙古-濒额尔古纳铀成矿省、戈壁-塔木查干铀成矿省、杭爱-达乌尔铀成矿省和北蒙古铀成矿省。

预查区位于蒙古－滨额尔古纳铀、多金属、萤石成矿带的中东部(见图2蒙古铀成矿分区略图)。

该铀成矿省成矿类型主要为大陆火山杂岩中的脉状或网脉状矿床和砂岩中的层间矿床铀矿床。

预查区广布的为白垩系沉积地层，其中白垩系巴彦额尔赫特岩层（K1be）为灰黑色页岩、泥灰岩，灰色砂岩、砾岩、石膏层局部夹油页岩，面积17.93 km2，白垩系下查干察布岩层（K1cc1）为土黄色砂岩、泥岩夹油页岩，面积0.68 km2。

勘查区的西北部出露地层为三叠系-侏罗系鲍尔乌尼格特地层（T3-J1bu），灰至褐紫色，蚀变后呈绿色的安山岩-玄武岩，面积3.78 km2。

矿区西北部出露有侵入岩，为三叠系-侏罗系（γξ2T3-J1b）钾长花岗岩，面积3.76 km2，占矿区总面积的13.28%。

2土壤天然热释光异常特征
2.1土壤天然热释光测量
土壤天然热释光测量属于积累测氡方法的范畴，该方法具有测量时间长、灵敏度高、短期干扰因素(气象等)小等特点，而且土壤天然热释光测量方法能比较好的显示深部铀矿的异常，是一种快速、有效、切实可行的寻找隐伏铀矿的方法。

2.1.1原理
在自然界中，岩石经过风化形成土壤和砂，其中的矿物组分发生了变化。

在所取样的B层土壤中，碳酸盐以及铁、铝等元素单独或一起淋失，石英或其他抗风化矿物组成的砂粒或粉砂粒相对富集。

土壤和砂中含有大量的SiO2和CaCO3等具有半导体性质的结晶矿物，这些结晶矿物都是天然热释光的探测器。

当晶体受到射线作用后，产生电离和激发，被矿物晶体价带中的缺陷所俘获。

在没有外来能量激发的情况下，这些电子和空穴将长期留在矿物晶体的缺陷中。

随着时间的积累，矿物晶体缺陷中的电子、空穴也不断的积累。

把土壤样品加热到一定温度，将矿物晶体缺陷中的电子、空穴释放出来，测量加热状态下样品的热释光强度就可以研究空间辐射场的分布，间接寻找铀矿床。

由于矿物晶体累积记录天然辐射的时间很长，热释光测量的异常重复性较好，能够反映较弱的异常信息。

地浸砂岩型铀矿床在空间上位于氧化——还原过渡带处，随着铀的沉淀，与铀伴生的一些金属元素也先后沉淀下来，这些金属元素对热释光有较强的猝灭效应，晶体中的热释光强度与所接受的辐射剂量成正比，样品释放的热释光强度反映了空间辐射场的强弱，这种辐射场主要由铀及其子体核素所引起。

因此，与铀伴生的金属元素产生的猝灭效应又提高了铀矿床辐射场的异常衬度。

2.1.2野外采样与碎样
按照土壤地球化学规范（DZ/T0145-94）的要求，样品采集在地表以下20～50cm深处土壤的B层﹙淋积层﹚或C层﹙母质层﹚中的细粒级物质。

采集样品均来自同一介质、同一层位物质，在设计采样点周围2～3m的范围内，由3～5个坑采样组合成一个样，采集样品重量以过筛后送化验室单样品的重量达到80-100g为标准，一般采集200-300g。

样品采集后用黑色布袋装好，避光、避高温、避辐射保存在蒙古包里自然风干，等阴凉风干以后，采用100目筛进行样品加工，每个样品重量不小于80g。

2.1.3仪器参数设定
本次勘查工作使用的是北京产FJ427A1 型微机热释光剂量计（读出器），仪器采用最新设计的单片机和液晶显示器组成操作台既可以独立使用，也可以和计算机通讯，由计算机连接打印机。

系统可以对经过β、γ、中子、X 射线等辐照后的热释光剂量元件进行测量，读出累计剂量值，具有参数编辑、发光曲线显示、数据处理、自动校准、自动扣除本底、数据库编辑与检索等功能。

并且仪器的设计符合GB10264-88 国家标准的规定。

根据土壤样品的发光区间，我们对铀矿预查区土壤样品测试升温区间的选定进行了研究，首先确定读出温度和升温速率不变，测试同一个样品，预热温度分别取140℃、160℃、180℃、200℃、220℃进行测量，由图2可以看出，对应热释光强度逐渐增大，当180℃后，随着预热温度的增加，同一样品的热释光强度又逐渐减小，由此可见，铀矿预查区土壤热释光预热温度确定为180℃。

根据同样的方法讨论读出温度，由图3可知，读出温度确定为340℃。

图2预热温度对土壤样品热释光强度的影响图3读出温度对土壤样品热释光强度的影响
升温速率也是热释光测量的重要影响因素之一，为了确定测试条件，对升温速率进行了试验研究，固定预热温度180℃和读出温度340℃，升温速率分别取15℃/s ，20℃/s ，25℃/s ，30℃/s 和35℃/s，由图4可知，当升温速率为20℃/s时，热释光强度最大，随着升温速率的增加，热释光强度趋于平稳，略有减小，因此在其他测试条件相同时，升温速率选择为20℃/s。

综合上述试验结果，实验条件为：预热温度180℃、读出温度340℃、升温速度20℃/s。

图4升温速率对土壤样品热释光强度的影响
2.1.4质量控制
通过每天对质控样品三次测量，求其平均值，作为当天仪器稳定性监测结果，来监测仪器的稳定性能。

根据相对标准偏差公式计算判断仪器测量结果的稳定性，计算如下：
相对标准偏差是7.18%，小于10%，说明仪器测量结果稳定性良好。

2.2土壤天然热释光测量成果
土壤天然热释光测量共做了2289点，辐射量值介于0.87-288.28mGy之间，平均4.67mGy。

2.2.1数理统计
对取得的测试结果进行核对无误后进行数理统计分析，计算出土壤天然热释光背景值为3.41mGy和土壤天然热释光背景值标准偏差σ为1.79mGy。

以和σ的数理关系，圈出热释光测量低场、偏低场、正常场、偏高场，高场、
异常场等六种晕场；放射性核素晕场见表1
表1放射性核素晕场计算表
注：1）——土壤天然热释光背景值
2）σ——土壤天然热释光背景值标准偏差
2.2.2异常解释
本次工作共圈定34处土壤天然热释光异常场，(见图5土壤天然热释光综合成果图)其中3号、4号、2号异常找矿前景较好。

3号异常：异常规模大，面积0.202 km2，其中东西宽100-500m，南北长400-700m。

异常场内采集样品数28个，最低值9.10mGy，最高值27.23mGy，平均为13.48mGy。

该异常位于砂岩分布区，地表有少量砂砾石覆盖，异常可能由隐伏砂岩铀矿放射性同位素富集引起。

4号异常场：异常大致呈面状展布，东西宽380-460m，南北长120-190m，面积0.071km2。

异常场内采集样品数8个，最低值10.28mGy，最高值43.70mGy，平均为20.72mGy，异常强度高，浓集中心和浓度分带明显。

该异常位于砂岩分布区，地表有少量砂砾石覆盖，异常可能由隐伏砂岩铀矿放射性同位素富集引起。

2号异常场：异常大致呈东西走向带状分布，东西宽100-800m，南北长100-250m，面积0.093km2。

异常场内采集样品数12个，最低值9.17mGy，热释光值最高27.50mGy，平均为14.43mGy，该异常位于白垩系地层中，可能由灰黑色页岩和黄褐色砂岩引起。

尤其值得注意的是2、3、4号异常场往西均未封闭。

16号异常、17号异常、18号异常、19号异常、20号异常、21号异常、22号异常、24号异常、31号异常、32号异常呈南东方向，位于现代河床中，推测为铀矿放射性同位素在现代河床搬运过程中产生的富集所致。

6号异常、7号异常、9号异常、10号异常、11号异常、12号异常、27号异常位于火山岩和沉积岩接触带，可能是铀矿放射性同位素沿接触界面产生了局部富集。

1号异常、26号异常在工区北部安山岩体内，可能是沿裂隙吸附铀矿放射性同位素所致；
5号异常、8号异常位于砂岩分布区，地表有少量砂砾石覆盖，异常可能由砂岩铀矿放射性同位素富集引起。

13号异常、14号异常、15号异常、23号异常、25号异常、28号异常、29号异常、30号异常、33号异常、34号异常位于大面积出露的白垩系灰黑色页岩夹黄褐色砂岩地层内，可能为隐伏铀矿放射性同位素所致。

图5土壤天然热释光综合成果图
3结论和建议
这次土壤天然热释光测量发现了34个异常，这些异常及其周边将是重点勘查区段，应加强进一步的工作。

参考文献
[1]刘庆成，邓居智，杨亚新等可地浸砂岩型铀矿床上土壤热释光异常特征[J]物探与化探，2002，26（4）：287-289
[2]白雪源土壤天然热释光测量方法在相山铀矿的应用硕士论文[D].中国地质大学（北京），2007。