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1、第六章 放射性方法在地学中的应用第一节 放射性方法找矿一放射性方法找铀矿利用铀矿体本身的最大特点具有放射性来寻找铀矿，是应用最广、经济效果最佳的找矿方法。按探测铀及其衰变子体所产生的辐射种类，找铀的放射性方法可以大致分为下列数类。法 航空测量，汽车测量，步行测量，孔中测量，水中测量径迹蚀刻测量，210Po量测量，卡测量，杯测量，226Ra测量等等法 单独使用测量来找铀的方法尚为少见，多半采用测量法，如孔中测量，岩芯测量等。此外，热释光、铀同位素法、铅同位素、He气测量、Hg蒸汽测量等，也是在某些特定地质条件下所采用的找铀方法。应用放射性方法找铀矿的一个实例l 方法技术1.1能谱测量基本原理 地
2、面能谱测量是一种地面地球物理勘探方法。它利用铀系、钍系和钾-40的射线能谱存在一定的差异，利用这种差异选择几个合适的谱段作地面能谱测量，以推算出地面岩石（矿石）中的铀、钍、钾的含量。在野外通常采用四道能谱仪。为了推算岩石中铀、钍和钾的含量，分别选择铀系214Bi的1.76MeV的光电峰、钍系208Tl2.62MeV的光电峰和40K的1.46MeV的光电峰；并分别选择相应的能谱段为1.66-1.86MeV、2.52-2.72MeV和1.36-156MeV,再按能量测量结果列出三元一次方程组: （3-1）式中，、（1,2，3）为换算系数，该组系数需要在已知模型上对能谱进行标定后求出；为能谱仪在相应
3、道测得的计数率（减去底数后）；、分别为需要获得的岩石或土壤中的铀、钍和钾的含量。 解方程组（3-1）即可求出岩石或土壤中的铀、钍和钾的含量。能谱测量工作方法地面能谱测量主要用于测定浮土、岩石和矿体中铀、钍和钾的含量，确定异常的性质。其工作方法简述为：A在正式工作之前，对能谱仪进行性能检查，选择测量谱段，标定仪器等。B测线线垂直地层和构造的主要走向。C在每个测点上，能谱仪作定时计数，测定铀、钍和钾道的计数率。D根据野外测量结果，在室内计算铀、钍和钾的含量，并绘制各种图件。12土壤天然热释光测量方法方法原理土壤天然热释光测量方法是采集地表一定深度的土壤样品，用高灵敏度热释光测量装置测量样品中天然矿
4、物在最后一次热事件以来的热释光强度，利用其强度差异解决铀矿找矿及有关地质问题的一种方法。工作方法(1)野外取样 野外取样按照土壤地球化学规范（DZ/T 0145-94）的要求，采集野外样品，按规范要求土壤样品应取自B层土壤样。取样点距10米，每个测点取土壤样80-100g。(2)室内测量 对样品过筛后，用高灵敏度的热释光测量仪器（RGD-3A型）测量样品的热释光强度(单位为辐射剂量单位：Gy/g)。在工作过程中应注意，必须采取新鲜的B层土壤样品。样品采集后用黑色布袋或纸袋装好，避光、避高温、避辐射保存。另外样品必须自然风干，既不能加热烘干，也不能日晒。13氡气测量方法Rn是铀系的唯一气态元素，
5、直接母体是镭( Ra)。母体元素的含量在一定程度上决定了岩石、土壤中氡浓度的高低。氡的物理性质十分活泼，表现出很强的迁移能力，较容易从地下经过数米到数百米的岩石进入地表土壤中。因此，在铀、镭富集地段，或地质构造破碎带上都可能形成氡的富集，而在其附近地段，氡含量明显减少。根据氡异常的高低，可以寻找铀矿体和构造破碎带。工作方法氡气测量分为累积测量和瞬时测量两种方法。累积氡测量就是将取样器（如径迹片、氡管等）埋置在土壤中，采样时间一般为二十天至一个月，异常稳定性、重现性较好，但工作效率较低；瞬时氡测量是在现场打孔、抽气进行测量，其工作效率高，方法灵敏度相对于累积测量并不差。本次野外工作采用瞬时的氡气
6、测量。野外测量工作按照氡气测量规范（EJ/T 605-91）进行。在测量点上用钢钎打出一个0.5-0.7 m深的小孔，然后把取样器插入孔内抽气，最后用FD-3017仪器进行测量。 2 下庄花岗岩型铀矿田研究实例（方法选用热释光测量和氡气测量结合）2.1 330矿床的试验结果330矿床(又名希望矿床)是我国发现的第1个花岗岩型铀矿床，它属于硅化破碎带型铀矿床。该矿床已有多年的开采历史，为了扩大其范围，布置了32条测线，其中3条测线在已知区，29条测线在未知区。21号测线位于矿床的已知区，测线长240 m。氡气测量、土壤天然热释光测量凹线基本相似(图1)。从图1(b)中可看出， 在-202O号点处
7、出现了两种方法重叠的异常，是92号构造带在地表的反映， 由于热释光和氡气测量凹线的幅度小， 因此推测该地的含矿性不好；在3O5O号点处，氡气测量的异常明显，但热释光测量没有异常显示，是92号构造带通过的位置。在507O号点的位置上土壤天然热释光测量有异常显示；在70200号点的范围内两种方法的凹线变化比较大， 且线异常重合较好。从图1(a)中可以看出，热释光测量凹线异常的范围比氡气测量凹线异常的范围小。在图1 (c)中5O11O号点范围内有3条近似平行的垂直二级含矿构造带，但是它们都处于一级构造之间，而且矿体均较富。由测量结果可知，氡气测量和土壤天然热释光测量反映了地下深部的信息，特别是土壤天
8、然热释光法利用了辐射照射的长期积累效应，非常稳定，更能反映铀矿化信息。依据上述已知资料，在120200号点范围内，热释光测量和氡气测量的异常幅度较大，并且吻合较好，推测在与该异常对应的地下有铀矿体存在，并且矿体较富，埋藏较浅。15号测线长200 m，位于21线西南边120 m处的未知区。在该测线上两条曲线的形态基本相似，异常重合较好(图2)。对比已知剖面的资料及所测量的结果推测，在一1010号点范围内，两种方法的异常显示是92号矿化构造破碎带的反映；在2090号点处有一个复合异常，可能是86号构造带北带及其下盘次一级的含矿构造所引起，基于两种方法的异常幅度较大，推断这里矿体埋深可能较浅，并且含
9、矿性可能较好；在90130号点范围内， 氡气测量和土壤天然热释光测量的异常重合非常好，可能是86号构造带下盘的次级含矿构造在地面的反映，含矿性可能较好。22 小水矿区已知剖面的试验结果小水矿区的矿化类型属于“交点” 型铀矿化，8号测线就位于该矿区内，测线长140 m。氡气测量和土壤天然热释光测量的两条曲线形态各异，均有各自不同的特点(图3)。氡气测量曲线特征比较简单，可以分成050号点和60130号点两个跳变带。从已知的地质剖面上可以看出，050号点跳变带对应着一条规模较小的构造带；而60130号点的跳变带对应着规模较大的一条构造带，并且该构造带与铀成矿关系密切。土壤天然热释光曲线较简单，只是
10、在20120号点范围内有一个变化带，主跳变带范围为2070号点内，该跳变点对应着顶部埋深约为60 m 的铀矿体。从已知地质剖面可知，此矿体沿着构造带产出，其在地面上的投影宽度约40 m。该剖面的测量结果显示：对于铀矿体赋存于构造破碎带与辉绿岩岩脉交点处时，氡气测量主要反映了构造破碎带的位置，土壤天然热释光测量的异常则反映了“交点” 型铀矿体的位置。3 讨论图1和图2代表了铀矿赋存于直立构造破碎带内的主要铀矿类型，而图3则是含矿构造破碎带与中基性岩脉交汇处成矿的另一类主要铀矿类型。这两类不同的矿化类型在氡气测量和土壤天然热释光测量曲线中的异常特征有所不同。从330矿床21号测量剖面上可以看出，该
11、区铀矿体的产出形态比较特殊，几乎都呈直立的柱形沿次级构造破碎带分布。土壤天然热释光的异常都呈尖峰状，主要反映了铀矿化的产出位置；构造破碎带是氡气运移的通道，氡气测量主要反映了构造破碎带的位置。当这两种方法的异常吻合时，矿体产出的可能性较大。15号测量剖面的验证结果证实了这一点。但由于野外的具体地质情况较复杂，在未知地区进行氡气测量和土壤天然热释光测量时， 只要二者的数据可靠，它们的异常都应进行解释。两种异常并不一定要完全重叠，单种异常也要引起注意。从小水矿区8号测量剖面可以看出，铀矿体产出并赋存在构造破碎带与中基性岩脉的交汇处，是构造破碎带与中基性岩脉共同作用的结果。该类矿体在氡气测量和土壤天
12、然热释光测量曲线上的特点非常特殊，氡气测量的异常很明确地反映了构造破碎带的位置，而土壤天然热释光测量的异常则明显对应着铀矿体的位置。4 结论在下庄铀矿田经过对硅化破碎带型和“交点型”铀矿床大量的实际研究工作，初步得出以下几点认识：(1)氡气测量和土壤天然热释光测量两种物探方法联合使用是寻找隐伏花岗岩型铀矿床、扩大老矿区的有效、廉价方法。在硅化破碎带型铀矿床上，氡气测量的异常主要反映了构造破碎带的位置，而土壤天然热释光测量的异常则反映铀矿体的位置， 当两种异常重合时，找到该类铀矿体的可能性更大。在“交点” 型铀矿体上，氡气测量的异常反映了构造破碎带的位置，而土壤天然热释光测量的异常则反映了构造与
13、中基性岩脉的交汇位置，并且该位置通常是“交点型”铀矿体的赋存部位，两种方法的异常基本上不重合。(2)通过“下庄铀矿田物化探找矿方法应用研究”项目的完成，初步建立了一套下庄铀矿田“攻深找盲” 的物化探找矿模式，其中主要的方法是氡气测量和土壤天然热释光测量两种方法。经实践证明，该组合比较有效，目前已将该成果应用于广东省南雄盆地花岗岩型铀矿床和江西省相山火山岩型铀矿床的“攻深找盲，扩大老矿区” 中，适于推广应用。第二节 放射性方法在水文地质和工程地质中的应用放射性方法在水文地质及工程地质中应用甚广。其中包括用航空测量配合水文地质和工程地质的区域调查，用放射性方法寻找地下水和测定地下水的年龄，研究与建
14、筑工程有关的断裂构造、滑坡、塌陷、泥石流等，预报地震，测定雪层的水当量，用210Po测量研究现代沉积物的沉积速率，用放射性同位素示踪技术研究河水中沉积物运动速度及迁移规律等。一、 应用放射性方法寻找地下水水在人类的生活中是必不可少的。随着经济的飞跃发展，灌溉、工业、城市用水量都在大幅度提高。从全球视野洞察，“水源危机”感的阴影到处出现。而且，60年代以来人类文明所消耗的地下与地表水已导致严重的生态破坏，抑制经济长期稳步地向前发展。为了扭转这种局面，开发地下水已经是国计民生所迫切的重要任务。地下水的范畴比较广，日前着重开发的是裂隙水。裂隙水通常分为成岩裂隙水、构造裂隙水和风化裂隙水三类。实际上这
15、三类裂隙水在水动力和水化学方面有着不可分割的联系，往往互相组合成各种各样的裂隙水系。为了寻找地下水，必须勘察断裂构造的基本形态，了解地形地貌、地层、岩性、土壤植被、水文气候、地球化学及地球物理特征等情况。越来越多的资料表明，应用放射性方法寻找地下水常能取得独特的效果。(一)基 本 原 理尽管应用放射性方法寻找地下水已经引起了水文界的广泛重视，但是对这种方法的机理众说不一。下面主要就含水的构造和岩性与放射性的关系作一般性探讨。1.构造裂隙带中Rn富集及向地表迁移在构造裂隙带中，由于岩石破碎，裂隙发育，造成了岩石孔隙增加，岩石的射气能力亦相应增强。因此，构造裂隙带内的射气浓度比主破碎围岩中射气浓度有明显增加。在构造裂隙带中富集的Rn通过以下三个途径向地表迁移。溶解及存在于地下水中的一部分Rn，在地下水的水平作用和垂立作用下离开水面，然后通过扩散、抽吸、对流等作用到达地表。岩石和土壤中的一部分Rn，在断层破碎带形成过程中，同水或先于水到达破碎带，并在地下水推动下向地表迁移；另一部分Rn按常规的方法向地表迁移。部分溶解于水中的U以及Ra，可在饱水带表面通过毛细管作用上升到包气带，其衰变产物产生的Rn在扩散、抽吸、对流等作用下可以迁移到地表。2.构造裂隙带中固态放射性元素的富集及向地表迁移含有比地
