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郭建军, 赵天林, 潘伟, 魏安军, 尹永朋, 李钊. 二连盆地咸拉嘎凹陷土壤氡异常特征及铀成矿预测[J].中国地质调查, 2024,11(3): 25-31.
GUO Jianjun, ZHAO Tianlin, PAN Wei, WEI Anjun, YIN Yongpeng, LI Zhao. Radon anomaly characteristics in the soil and uranium metallogenic prediction in Xianlaga depression of Erlian Basin[J].Geological Survey of China, 2024,11(3): 25-31.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.03.04
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二连盆地咸拉嘎凹陷土壤氡异常特征及铀成矿预测
郭建军1, 赵天林1,2,*, 潘伟2,3, 魏安军1,2, 尹永朋2, 李钊2
1.中陕核工业集团有限公司,陕西 西安 710100
2.中陕核工业集团地质调查院有限公司,陕西 西安 710100
3.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065
通信作者简介: 赵天林(1987—),男,工程师,主要从事沉积学与铀矿地质学等方面的研究工作。Email: 974905058@qq.com。

第一作者简介: 郭建军(1982—),男,高级工程师,主要从事地球物理勘查、放射性物探等方面的研究工作。Email: 109279203@qq.com。

收稿日期: 2024-02-19 修回日期: 2024-05-13
基金资助: 中国地质调查局天津地质调查中心“二连盆地乌兰察布坳陷中东部铀矿地质调查(编号: DD20190121-03)”项目资助
摘要

二连盆地是我国北方重要的砂岩型铀矿产地,前人在其内部的咸拉嘎凹陷周边及临区发现了多个中大型铀矿床,显示了较好的铀矿找矿前景。在工作区开展面积性土壤氡及其子体测量,通过分析异常数据,并与二连盆地已知铀矿床氡气异常测量模型进行对比及钻探查证。通过土壤氡气测量,在工作区圈定了3个氡及其子体异常区,结合已有铀矿氡异常模型,择优在M1异常高值区部署了钻孔进行查证。在ZKX-1钻孔赛汉组下段砂岩中发现了多段氧化蚀变现象,与异常模型预测一致,显示了较好的铀矿找矿前景。分析结果显示: M1异常区由潜水—层间氧化或层间氧化强烈发育所致,在高值区两侧的氡浓度偏低晕或背景值区内可能存在铀矿化富集,值得开展进一步探索; M2和M3异常区可能与潜水氧化有关,异常强度大小受砂体氧化被改造后的松散程度和渗透性控制,M2和M3异常区之间的Y3铀成矿远景区是有利的找矿部位。研究成果指示该凹陷有较好的铀成矿潜力,可为下一步铀矿找矿方向提供参考。

关键词: 土壤氡气测量; 异常模型; 砂岩型铀矿; 铀成矿预测; 二连盆地
中图分类号:P631.6+22 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2024)03-0025-07
Radon anomaly characteristics in the soil and uranium metallogenic prediction in Xianlaga depression of Erlian Basin
GUO Jianjun1, ZHAO Tianlin1,2, PAN Wei2,3, WEI Anjun1,2, YIN Yongpeng2, LI Zhao2
1. Sino Shaanxi Nuclear Industry Group,Shaanxi Xi'an 710100, China
2. Sino Shaanxi Nuclear Industry Group Geological Survey Company Ltd.,Shaanxi Xi'an 710100, China
3. China Power Construction Group Northwest Survey, Design and Research Institute Co., Ltd.,Shaanxi Xi'an 710065, China
Abstract

Erlian Basin is important sandstone-type uranium deposits in Northern China. Many medium-scale and large-scale uranium deposits have been found in the periphery and adjacent areas of Xianlaga depression, indicating favorable uranium prospecting potential. The authors conducted measurement of radon in the soil and its daughters for obtaining the information of weak (uranium) mineralization on the surface of the depression, The anomaly data were analyzed and compared with of the known radon anomaly measurement model of the uranium deposits in Erlian Basin, and the drilling verification was carried out. Three anomaly areas of radon and its daughters were delineated in the working area based on soil radon gas measurement. Combined with the known anomaly models of uranium deposits, drilling holes were deployed in M1 anomaly high value area to verify the superiority. Multistage oxidation alteration was found in the sandstone of the Lower Saihan Formation in ZKX-1 borehole, and it was consistent with the prediction of the anomaly model, indicating favorable uranium prospecting potential. It is considered that the M1 anomaly area is caused by the strong development of phreatic interlayer or interlayer oxidation, and uranium mineralization enrichment may exist in the low halo or background value area of radon concentration on both sides of the high value area, which is worthy of further exploration. The M2 and M3 anomaly areas may be related to phreatic oxidation, and the intensity of the anomaly is controlled by the porosity and permeability of the oxidized sand body. The Y3 uranium prospective area between the M2 and M3 anomaly areas are favorable prospecting areas. This research shows that the depression has good uranium metallogenic potential and cound provide references for the further uranium prospecting.

Keyword: measurement of radon in the soil; anomaly model; sandstone-type uranium deposits; uranium metallogenic prediction; Erlian Basin
0 引言

砂岩型铀矿产出于中生代— 新生代盆地, 具有储量大、开采效益高等特点, 是铀矿勘查主攻类型之一, 但其上覆盖层较厚, 地表异常信息微弱, 地表直接找矿标志不明显。刘武生等[1]认为车载能谱测量、土壤化探方法对产于浅地表(小于50 m)的铀矿化具有较好的指示作用, 而对于深埋(大于100 m)的砂岩型铀矿化指示效果不明显。氡具有较强的迁移特性, 测量土壤氡及其子体的放射性活度或含量的变化有利于寻找深部铀矿体, 是寻找深部隐伏铀矿化信息的有效手段, 目前已知的探测深度达500 m[2]。近年来, 土壤氡气测量在二连盆地、鄂尔多斯盆地、巴音戈壁盆地等砂岩型铀矿的勘探中取得了较好的效果[1, 3, 4, 5, 6]。

咸拉嘎凹陷位于二连盆地乌兰察布坳陷的北东部, 前人对该凹陷开展过油气资源调查, 但主要集中在沉积相、油气储层特征等方面[7, 8], 目前油气资源勘探尚无重大突破。该凹陷地质工作程度整体较低, 缺少针对砂岩型铀矿的勘查工作。近年来, 在同处乌兰察布坳陷的准宝利格、格日勒敖都、额仁淖尔等次级凹陷发现了赛汉高毕中型、哈达图大型、道尔苏中型、苏崩中型、努和廷超大型等砂岩型或泥岩型铀矿床[9, 10, 11, 12], 在相邻的马尼特坳陷、腾格尔坳陷发现了巴彦乌拉大型、陆海大型、巴润及巴彦塔拉小型砂岩型铀矿床[13, 14, 15], 指示咸拉嘎凹陷周边及临区具有较好的铀矿找矿前景。为了探明该凹陷铀矿找矿潜力, 本文通过氡气测量, 分析氡及其子体异常数据, 建立异常模型, 开展钻探查证, 查明该凹陷具有含铀性, 圈定铀异常地段并预测铀成矿远景区, 能够助力新一轮找矿突破战略行动。

1 研究区概况

咸拉嘎凹陷位于二连盆地乌兰察布坳陷的北东凹陷带内, 东与苏尼特隆起接壤, 南与赛乌素凸起相邻, 面积约444 km2(图1(a))。根据重力资料, 咸拉嘎凹陷具有双断特征, 形状为狭长形, 呈NE— SW向展布, 属于双断式凹陷(图1(b))。咸拉嘎凹陷在白垩纪断陷盆地发育过程中以差异升降运动为主, 经历了基底构造层和盆地发育两个阶段: 早白垩世断陷期以水平拉张、差异升降和断块翘倾运动为主, 使早期被分割的断陷沉积连为一体, 广泛沉积了以湖泊相为主的暗色碎屑岩; 早白垩世末期的断拗转换期凹陷整体下沉, 以冲积扇与河流相沉积为主[7, 8]。

图1 内蒙古巴彦乌拉— 赛汉高毕— 齐哈日格图铀矿带构造分区图(a)和工作区AA'剖面图(b)
1.蚀源区及边界; 2.凹陷及坳陷; 3.凸起; 4.第四系; 5.下白垩统赛汉组; 6.下白垩统腾格尔组; 7.下白垩统阿 尔善组; 8.石炭系; 9.花岗岩; 10.基底断裂及编号; 11.控凹断裂; 12.断裂; 13.大型泥岩型铀矿床; 14.中型泥 岩型铀矿床; 15.砂岩型铀矿床; 16.铀矿产地; 17.煤矿; 18.油气田; 19.工作区; 20.剖面位置及编号Fig.1 Structural zoning map (a) of Bayanwula-Saihangaobi uranium ore belt in Inner Mongolia and working area AA' section map (b)

咸拉嘎凹陷的盖层由老至新有石炭系本巴图组(C3b), 下白垩统阿尔善组(K1a)、腾格尔组(K1t)、赛汉组(K1s)及第四系(Q)。其中, 本巴图组岩性由一套粉砂质泥岩、粉砂岩组成; 阿尔善组岩性主要由灰绿色、棕红色砾岩及砾状砂岩夹深色泥岩组成; 腾格尔组岩性为灰色、灰绿色泥岩夹砂岩, 下部发育碳酸盐岩; 赛汉组岩性主要为砂砾岩及含砾砂岩夹泥岩; 第四系主要为洪积、冲积和风积层。赛汉组是工作区潜在找铀层位, 前人研究认为赛汉组主要发育一套冲积扇与河流相沉积[7, 8]。

2 氡及其子体测量方法
2.1 测量原理

Rn有3种同位素, 即铀系中的222Rn、钍系中的220Rn和锕系中的219Rn[2]。由于219Rn和220Rn的半衰期较短, 而222Rn是天然放射性铀系的唯一气态元素, 通过团簇迁移[16]、热力传递[17]、对流、抽吸[18]等作用, 232Rn能从地下数百米深度迁移到地表土壤中, 在U、Ra富集地段或构造破碎带上方形成Rn的富集[19]。因此, 土壤氡气测量的主要对象是222Rn。

一般来说, 土壤氡气测量方法可以分为累积测量和瞬时测量两大类。累积测量包括土壤天然热释光法、径迹法、α 杯法、α 卡法、活性炭吸附法和210Po法等, 异常稳定性和重现性较好, 但工作效率低[20]。瞬时测量主要包括闪烁瓶法、α 能谱法、RaA法和218Po法[21]。218Po法测量的是222Rn的第6代衰变子体210Pb的第一代子体, 可在较短的时间(一般数分钟)内测量土壤层中氡及其子体的α 能量率, 工作效率较高。

2.2 仪器与测量方法

本文采用土壤瞬时测量法, 仪器采用石家庄核工业航测遥感中心生产的HDC-C型高灵敏度环境测氡仪。该仪器由厚约4 μ m、α 射线可穿透的高压力薄膜作为采样器, 通过过滤器过滤掉氡的老子体, 由两块直径30 mm的金硅面垒探测器获得α 能谱, 采用窗口设置获取218Po能量窗口计数率来获取氡浓度。该仪器土壤氡浓度测量灵敏度≥ 0.004 min-1/(Bg· L), 一个测点从取样到完成测量的平均时间不超过 5 min, 在土壤低氡浓度场合下可获得满意的测量准确度和工作效率, 测量数据具有较好的可靠性。

使用HDC-C型高灵敏度环境测氡仪开展野外测量的步骤如下: 到达测点后, 检查仪器并调试到工作状态, 排气净化, 预热待机; 核对测点位置并记录土质、地表状况, 以及测量前24 h以内的工作区气象状况等; 使用直径4 cm的电动钢钎打导向孔, 孔深约60 cm, 打好孔后立即插入取样器, 踩实上部松土, 防止大气渗入, 连接取气管; 每个测点测量次数设置为3 次, 每次测量时间为3 min, 取平均值。每个测点氡浓度约定真值为测氡仪所示平均值与体积活度响应 R¯的比值(体积活度响应 R¯在石家庄国防科技工业1313计量站检定)。

2.3 测网布置

在野外踏勘与分析工作区取气深度、土壤湿度、土壤温度、土壤孔隙度、土壤浓度随季节变化影响等因素的基础上, 依据《EJ/T 605— 2018铀矿勘查氡及其子体测量规范》 [21]规划面积性测量, 采用1∶ 50 000规则网, 测网按线距500 m、点距100 m布置, 共测量面积200 km2(图1(a)), 测点4 161个。

2.4 数据处理

对氡及其子体的测量结果进行数据质量评价, 背景值分区充分考虑地质条件、景观条件和工作方法等因素。工作区地表均被第四系砂土所覆盖, 未发现露头, 氡浓度背景值以工作区为单位确定。经计算, 工作区氡浓度背景值Xg为3 980 Bq/L, 标准差S为1.77 Bq/L。

以工作区背景值、标准差为依据, 统计工作区内土壤氡浓度约定真值, 氡浓度高于背景值3倍标准偏差(Xg+3S)的为异常晕, 低于异常晕的弱异常可分为偏高晕(Xg+S)~(Xg+2S)和高晕(Xg+2S)~(Xg+3S), 计算结果如下: 偏高晕为(11 024.6, 18 069.2) Bq/L; 高晕为(18 069.2 Bq/L, 25 114.8) Bq/L; 异常晕为≥ 25 114.8 Bq/L。

3 异常分布特征

采用surfer软件绘制出工作区氡浓度异常等值线(图2), 等值线步长为2 000 Bq/L。总体来看, 氡浓度异常由西南向北东方向逐渐增大, 西南部氡浓度较低, 没有成规模的异常信息。工作区中部出现了高氡浓度异常, 由北向南延伸到工作区中部和南部, 形成带状异常, 该异常规模大、连续性好, 向东北方向延伸发现了较窄的异常, 呈近EW向展布。在工作区东北部出现了大面积氡浓度异常信息, 其规模较大, 连续性较好, 整体测量值均较高, 异常呈不规则状展布。

图2 工作区土壤氡浓度异常等值线Fig.2 Contour of radon concentration anomaly in the soil of the working area

按照土壤氡浓度异常分布和组合特征, 进一步划分了3个氡浓度异常区。M1异常区呈带状展布, 长约20 km, 宽约2 km, 覆盖面积约40 km2, 最大值为45 940.16 Bq/L, 异常梯度较陡; M2异常区呈椭圆状展布, 长约6 km, 宽约3 km, 覆盖面积约20 km2, 最大值为19 787.96 Bq/L, 异常梯度相对较缓; M3异常区呈不规则状展布, 长约8 km, 宽约1~5 km, 覆盖面积约30 km2, 最大值为37 625.11 Bq/L, 异常梯度相对较陡(图3)。

图3 工作区土壤氡浓度异常区预测Fig.3 Prediction of radon concentration anomaly in the soil of the working area

4 异常解释及查证

刘武生等[1]通过对二连盆地赛汉高毕型和巴彦乌拉砂岩型铀矿床开展氡浓度异常分析, 结合成矿特征和控矿要素, 建立了二连盆地砂岩型铀矿氡异常模型, 对本文工作具有一定的指导意义。由于咸拉嘎凹陷铀矿勘探程度较低, 尚无有效的可利用铀矿钻孔, 本文通过与已有模型对比开展氡浓度异常分析, 并进行异常查证。

4.1 潜水— 层间氧化型或层间氧化型异常模型(巴彦乌拉式)

巴彦乌拉铀矿床产于马尼特坳陷古河谷中, 古河道长120 km、宽5~10 km(图1(a))。铀矿化主要赋存于下白垩统赛汉组上段辫状河砂体中, 埋深81.6~168.6 m, 矿体呈卷状和板状, 长8.5 km, 宽60~750 m, 矿床的铀矿化受潜水— 层间氧化带或层间氧化带控制[11]。该矿床土壤氡浓度背景值为3 678 Bq/L, 工业矿体多位于氡浓度偏低晕或背景值区, 沿矿体走向两端存在显著的偏高晕或异常晕, 形成圈闭异常[1]。

M1异常区氡浓度背景值为3 980 Bq/L, 最大值为45 940.16 Bq/L, 异常整体呈SN向带状展布, 异常规模大, 浓集中心多, 与巴彦乌拉铀矿床土壤氡浓度的异常展布特征相似, 异常呈串珠状分布(图3), 其异常晕、高晕为可能的层间氧化发育区, 与赛汉组砂体发育、黏土含量少、渗透性好、有利于氡气迁移的特征有关, 推测潜在铀成矿类型为层间氧化型和潜水— 层间氧化型。根据巴彦乌拉铀矿床工业矿体多位于氡浓度偏低晕或背景值区, 沿矿体走向两端存在显著的偏高晕或异常晕的特征, 推测由于M1异常区两侧的氡浓度偏低晕或背景值区富含有机质与黏土, 可能代表了层间氧化过渡带, 图3中的Y1、Y2低值区是有利的找矿部位。

4.2 潜水氧化型异常模型(赛汉高毕式)

赛汉高毕铀矿床产于乌兰察布坳陷西部古河谷中, 古河道长60 km、宽5~10 km, 受NE向断裂构造和古河道的共同影响和控制, 主要含矿层为下白垩统赛汉组上段, 埋深120~160 m。剖面上, 铀矿化主要受古潜水氧化面的控制, 矿体产状平缓, 以层状、板状为主, 少数呈透镜状[1, 11]。该矿床土壤氡浓度背景值为3 516 Bq/L, 东北部分布有一条长约6 km, 宽1~1.5 km的异常带, 最大值84 740.2 Bq/L。异常与强烈潜水氧化带基本吻合, 工业矿体位于发育氡异常且位于地下水下游一侧的低异常背景值区[11]。

M2和M3异常区位于咸拉嘎凹陷东北部, 异常呈椭圆状、不规则状展布, 氡浓度最大值分别为19 787.96 Bq/L 和37 625.11 Bq/L, 基底遭受抬升剥蚀, 地表有大面积灰岩出露。对比分析显示, M2、M3异常特征符合赛汉高毕铀矿床处于强烈潜水氧化带、土壤氡浓度异常下限值超过15 000 Bq/L, 异常呈团状(非串珠状)、异常梯度陡等分布特征, 初步推测该异常与潜水氧化有关, 异常强度大小受砂体被氧化改造后的松散程度和渗透性所控制, M2和M3异常区夹持的氡浓度偏低晕或Y3低值区是潜在的找矿部位(图3)。

4.3 异常查证及铀成矿远景区预测

根据上述氡浓度异常对比分析, 在M1异常高值区中部部署了ZKX-1验证钻孔(图3), 主要查证氡浓度异常、氧化砂体及铀矿化发育情况。结果显示, 该孔赛汉组下段为砾质辫状河沉积, 岩性以棕黄色、灰色、深灰色砂砾岩为主, 夹薄层细砂岩、泥岩。砾石成分较复杂, 可见灰岩、火山岩以及陆源碎屑岩, 其放射性测井未见异常, 但发育多段氧化蚀变(图4)。

图4 ZKX-1钻孔综合柱状图
1.砂质黏土; 2.泥岩; 3.粉砂岩; 4.砂岩; 5.砾岩; 6.氧化蚀变; 7.正旋回; 8.逆旋回Fig.4 ZKX-1 borehole comprehensive histogram

二连盆地砂岩型铀矿主要受古河道砂体特征与氧化特征(氧化类型、氧化规模、氧化带展布等)所控制, 找矿标志为潜水氧化带型铀矿化(赛汉高毕式)与层间氧化带型铀矿化(巴彦乌拉式)[1]。本文依据《EJ/T 1213— 2018铀矿地质勘查成果分类分级》[22], 结合工作区氡浓度异常特征、异常对比模型、钻探验证结果, 初步预测了3个Ⅲ 级铀成矿远景区Y1、Y2和Y3(图3)。综合来看, 该凹陷具备较好的氡气异常显示, 有可能发现铀矿床, 值得开展进一步的地质工作。

Y1、Y2铀成矿远景区(Ⅲ 级): ZKX-1钻孔显示赛汉组下段砂岩中发育多段层间氧化蚀变, 砂体渗透性好, 有利于氡气迁移富集, 导致在地表土壤中氡浓度达到异常值范围, 这表明M1异常区是由潜水— 层间氧化或层间氧化强烈发育所致, 具备巴彦乌拉式铀矿的预测条件。根据巴彦乌拉铀矿床工业矿体多位于氡浓度偏低晕或背景值区的特征, 推测由于M1异常区两侧偏低晕或背景值区的砂体富含有机质、黏土等, 孔隙度小、透气性较差, 不利于U、Ra、Rn等核素的迁移, 可能存在铀矿化富集, 是有利的铀成矿远景区。

Y3铀成矿远景区(Ⅲ 级): M2和M3异常区尚未进行钻探验证, 对比分析认为其与赛汉高毕铀矿床土壤氡气异常模型相似, 推测M2和M3异常区之间的Y3氡浓度偏低晕或背景值区是潜在的找矿部位, 值得进一步探索。

5 结论

(1)按照土壤氡浓度异常分布和组合特征, 划分了3个氡浓度异常区。M1异常区位于凹陷中部, 呈带状展布, 长约20 km, 宽约2 km, 覆盖面积约40 km2, 最大值45 940.16 Bq/L, 异常梯度较陡。钻探验证显示, ZKX-1井赛汉组为砾质辫状河沉积, 发育多段后生氧化蚀变, 对应地表土壤氡浓度异常高值区, 属潜水— 层间氧化型或层间氧化型异常模型(巴彦乌拉式)。M1异常区两侧的低异常区或背景值区可能指示潜在过渡带或还原带, 是有利的找矿部位。

(2)M2和M3异常区位于凹陷北东部, 基底遭受抬升剥蚀, 地表有大面积灰岩出露, 初步推测该异常与潜水氧化有关, 属潜水氧化型异常模型(赛汉高毕式)。异常强度大小受砂体被氧化改造后的松散程度和渗透性所控制, M2和M3异常区之间的Y3铀成矿远景区是有利的找矿部位。

(责任编辑: 魏昊明)

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