地球物理方法在砂岩型铀矿勘查中的应用研究

用研究

摘要：地球物理勘查方法在沉积盆地能源矿产勘查中扮演着重要角色，其在同盆产出的砂岩型铀矿这一热点资源的勘探中理应担当重任。近年来，铀矿勘探人员将重、磁、电、震、放射性等地球物理方法应用在砂岩型铀矿找矿与勘探中，在查明铀成矿相关的沉积建造、断裂和基底起伏等方面取得一定成效。然而，由于表征于地表的找矿信息十分微弱，且铀储层物性差异不明显，在一定程度上限制了地面地球物理方法在此类铀矿床找矿与勘探中的应用推广。鉴于此，笔者在分析砂岩型铀矿控矿因素的基础上，综合大量野外实际工作和前人研究成果，系统地阐述各地球物理方法在此类铀矿找矿与勘探中的应用现状以及存在问题，进而讨论各方法的发展趋势以及此类铀矿勘查方法(组合)，以期为砂岩型铀矿勘探提供有益借鉴。

关键词：砂岩型铀矿;放射性勘查;地球物理方法;层间氧化带 引言

近十年来,我国铀矿地质科技工作者继承和发展了铀矿成矿理论,基于我国较复杂的地质构造背景,在砂岩铀矿成矿理论方面,突破了美国学者提出的“卷状砂岩铀成矿”和前苏联学者提出的“次造山成矿”理论,提出了“叠合复成因”和“构造活动带成矿”理论;在热液铀成矿方面,创立了“热点深源铀成矿”理论,推动了我国铀矿找矿的重大突破。

1地球物理勘查技术标准现状

地球物理勘查方法按工作原理分为重力、磁法、电法、地震、放射性等，各种方法是针对不同的地球物理场而提出并发展起来的。地球物理勘查技术标准伴随着地球物理技术方法的发展与应用而产生，分为通用标准和方法技术标准。通用标准包括技术符号、计量单位、图式图例标准及地球物理专业各方法共同遵守

的基础标准;方法技术标准是按重力、磁法、电法、地震、放射性等方法制定的技术标准。地质调查地球物理现行技术标准体系，共有46项标准，包含国家标准3项、地质矿产领域行业标准38项、中国地质调查局标准5项。除9项通用标准和物化遥综合标准外，包含重力标准5项、磁法标4项、电法标准16项、地震标准7项、放射性标准1项、测井标准4项，这些标准构成了基础地质调查、能源资源勘查、地质灾害调查、工程勘察和地下空间探测等方面地球物理工作共同遵守的技术文件，支撑着地球物理勘查技术在地质勘查中更好地发挥作用。

2地球物理找矿模型初探

砂岩型铀矿不同勘查阶段，应根据不同目标部署地球物理勘查工作，一方面是探测与深部铀矿化有关的放射性异常特征，另一方面是调查控制铀成矿的地质环境因素，工作部署时要兼顾方法的有效性和经济性，因此需要建立相对有效的地球物理找矿技术组合及找矿模型。通过综合研究二连盆地中部砂岩型铀矿地球物理勘查技术的应用效果，认为在砂岩型铀矿预查阶段，使用重力＋航放技术可以获得较好的勘查效果，其中航空放射性方法能够较好地圈定浅表放射性异常，可有效地预测浅表层铀矿化，然而目前盆地浅表层铀矿基本已被发现，该方法应用效果已不明显；重力勘探方法可快速有效划分隆坳格局以及深大断裂，是预查阶段重要的调查技术手段。在普查、详查阶段，土壤氡气测量技术是调查工区放射性异常的有效方法，多个典型矿床的实际应用显示，铀矿床氡浓度分布特征具有一定的规律；深部铀成矿环境探测多利用电磁＋地震＋磁法技术，其中常规电磁方法在电阻率普遍偏低的沉积盆地中勘查深度较小、分辨率不高，勘查效果有限，地震勘探技术在沉积盆地深部地质环境调查中，显示了较好的探测精度，高精度磁测技术则主要用于探测砂岩型铀矿氧化还原过渡带。

3常规地球物理勘查方法 3.1地球物理测井

地球物理测井测量的是岩石物性参数(包括自然伽马、视电阻率、自然电位、声波、井径等)在垂向上的变化，避免了地面地球物理勘查方法测得数据普遍存在的弱有效信号，强背景噪声干扰的问题。因此，地球物理测井是砂岩型铀矿勘

探中应用最普遍的地球物理方法。其中，利用测井数据定量计算平米铀含量、确定含矿层的厚度和埋深等是铀矿勘探与开发的核心内容。然而，现今广泛应用的自然γ测井方法并非“直接铀定量”的方法，而是测量铀系γ射线总量或能谱，其结果受铀—镭平衡、氡气逸出等的影响较大，需要开展相应的矫正以降低影响。近年，东华理工大学汤彬教授致力于“直接测铀”的铀裂变瞬发中子测井技术，并已取得理想成效。地球物理测井方法在查明成矿环境方面也表现得十分突出。处于不同沉积环境的岩石，其粒度、矿物成分以及孔隙度等会有所差别，物性参数也会随之发生改变。视电阻率、自然电位、声波、井径等物性参数对不同性质的岩石响应不一。在砂岩型铀矿勘探中，视电阻率曲线是岩性确定、地层划分的主要参考;自然电位曲线可用于确定泥岩基线和区分渗透/非渗透层等，对含矿层岩性的精细解释、后期的地浸开采等有一定参考价值。笔者曾在二连盆地巴彦乌拉铀矿床开展测井资料的地质解释工作，岩石的岩性变化与视电阻率测井曲线变化高度吻合。另外，测井相分析也是重要的研究内容。测井相是一组测井响应特征(幅度、形态特征等)的总和，可结合岩心岩性等地质资料，解释其指代的沉积相。

3.2热液型铀矿攻深找盲技术

深部探测地球物理技术体系。通过电磁测量技术、浅层地震探测技术、高精度磁测技术、微弱信息提取技术、成矿信息地球物理直接探测技术(如氡气测量等)等试验,优化集成、创新建立了“电磁法+高精度磁测+高精度测氡”热液型铀矿地球物理攻深找盲技术方法组合,该方法组合集数据采集、处理、解释为一体,创新性解决了抗高压干扰技术,提出了热液型铀矿高精度磁法的连续测量和梯度测量的新方法,解决了火山岩及花岗岩地区单点磁异常真伪问题,有效探测深度达到1500m,实现了对深部隐伏岩体、控矿构造及铀矿化体的有效探测。深穿透地球化学技术体系。包括放射性同位素和核素示踪、地电化学测量、分量化探等技术。创新构建了3套深穿透地球化学方法:一是首次建立铅同位素打靶法和铅同位素向量特征值法及垂向示踪组合的同位素示踪评价技术;二是以分量化探为主与210Po法、热释光法组合的热液型铀矿地球化学元素示踪技术;三是以地电化学勘查方法为主与土壤电导率、土壤热释汞组合的热液型铀矿物性测量找矿技术。

3.3二次离子质谱分析技术。

基于法国CAMECA公司生产的CAMECAIMS1280HR型大尺寸高分辨二次离子质谱仪,建立了适用于复杂基体的多对象放射性同位素及稳定同位素分析技术。通过该技术,不但可以精细描绘出单颗粒矿物微米尺度三维元素同位素分布图像,还可以准确定量刻画铀矿地质研究中的形成年代、地质过程及物质来源等关键科学问题,填补了铀矿地质研究中原位微区同位素分析的空白,大大拓展了分析测试的广度和深度。该技术具有高分辨率、高效率、高精度及多维度等优势,对于复杂样品可以实现近乎无损的超高分辨率解剖。利用该套技术,成功厘定了相山横涧铀矿床早期铀矿床年龄及锆石氧同位素再造的现象,明确了沙特碱性伟晶岩形成中的壳幔相互作用及岩浆自氧化过程,为铀矿成矿机理研究、地球科学关键过程研究提供了强有力的技术支撑。

结束语

铀资源是军民两用的战略性关键矿产,是核工业发展的物质基础。新时代,核工业的新发展对铀资源提出了新需求。“找大矿、找富矿、找经济可采矿”和“新区、新层位、新类型”的铀矿找矿新目标对铀矿地质科技创新和攻关提出了新的更高、更为紧迫的需求,铀矿地质科技工作也必迎来一个新的发展时期。未来铀矿成矿理论的发展将不断创新完善,新一代铀矿勘查技术以大探深、智能化、绿色化、集成化为主要标志

参考文献

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