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物探与化探, 2025, 49(3): 538-547 doi: 10.11720/wtyht.2025.1236

地质调查资源勘查

戈壁区效率可调动态地气法探测隐伏砂岩铀矿的试验及效果

刘国安,1, 周四春,1, 刘晓辉1, 李盛富2, 张明正2, 秦明宽3, 许强3, 王广西1, 胡波1

1.成都理工大学 地学核技术四川省重点实验室,四川 成都 610059

2.核工业二一六大队,新疆 乌鲁木齐 830011

3.核工业北京地质研究院,北京 100029

Experiments and effects on prospecting for concealed sandstone-type uranium deposits in a gobi desert region using the dynamic geogas method with adjustable efficiency

LIU Guo-An,1, ZHOU Si-Chun,1, LIU Xiao-Hui1, LI Sheng-Fu2, ZHANG Ming-Zheng2, QIN Ming-Kuan3, XU Qiang3, WANG Guang-Xi1, HU Bo1

1. Applied Nuclear Technology in Geosciences Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

2. Geologic Party No. 216, CNNC, Urumqi 830011, China

3. Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China

通讯作者: 周四春(1954-),男,成都理工大学教授,主要从事深部找矿技术方法研究及核技术应用工作。Email:121905290@qq.com

第一作者: 刘国安(1987-),男,博士研究生,核科学与技术专业,高级工程师,主要从事深部找矿技术方法与辐射环境研究工作。Email:372092559@qq.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2024-05-23   修回日期: 2024-07-17  

基金资助: 国防科工局核能开发项目(地HTLM2101)

Received: 2024-05-23   Revised: 2024-07-17  

摘要

在戈壁覆盖区已知砂岩型铀矿床及铀矿点各部署1条测线开展地气法探测隐伏砂岩铀矿试验。结果表明,采用效率可调动态地气采样技术,在已知隐伏砂岩铀矿体上方均能捕获到以U元素为主、多种伴(共)生元素同步出现的多个相邻异常峰形成的地气异常区,这个地气异常区的宽度与矿体埋深大约从50 m起至矿体倾覆端的边界位置止的平面投影大体相一致,因此,这种地气异常区与揭示的异常区宽度是隐伏砂岩铀矿的重要地气找矿标志。研究所捕获地气异常与试验区已知矿体赋存深度、品位等因素之间的关系,证实效率可调动态地气法探测隐伏砂岩铀矿的深度至少超过756.4 m,U的地气异常幅度随矿体品位增加而增高,而剖面上砂岩铀矿的地气探测点距不宜超过50 m。试验证明了地气法在戈壁区探测隐伏砂岩铀矿是可行且有效的。

关键词： 地气法探测隐伏砂岩铀矿试验; 效率可调动态地气法; 地气找矿标志

Abstract

Experiments on prospecting for concealed sandstone-type uranium deposits using the dynamic geogas method were conducted in a gobi desert region by deploying a survey line in each known sandstone-type uranium deposit and uranium ore occurrence. The results indicate that the dynamic geogas sampling technology with adjustable efficiency detected geogas anomaly zones above all known concealed sandstone-type uranium deposits. These zones were characterized by multiple adjacent anomaly peaks composed primarily of uranium (U) and multiple associated (paragenetic) elements, with widths approaching those of the surface projections in a range from the ore bodies with a burial depth of approximately 50 m to the boundaries of the ore bodies' overturning ends. Therefore, the geogas anomaly zones and their widths serve as important ore-prospecting indicators for concealed sandstone-type uranium deposits. The relationships of captured geogas anomalies with factors such as the depths and grades of ore bodies in the experimental area confirm that the dynamic geogas method with adjustable efficiency can detect concealed sandstone-type uranium deposits at depths exceeding 756.4 m. The relationships also reveal that the amplitude of U geogas anomalies increases with the ore body grade and that the spacing between geogas detection points on the profile for sandstone-type uranium deposits should not exceed 50 m. The experiment corroborates that the geogas method is feasible and effective in detecting concealed sandstone-type uranium deposits in a gobi desert region.

Keywords： experiment on prospecting for concealed sandstone-type uranium deposits using the geogas method; dynamic geogas technology with adjustable efficiency; ore-prospecting indicator for geogas

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本文引用格式

刘国安, 周四春, 刘晓辉, 李盛富, 张明正, 秦明宽, 许强, 王广西, 胡波. 戈壁区效率可调动态地气法探测隐伏砂岩铀矿的试验及效果[J]. 物探与化探, 2025, 49(3): 538-547 doi:10.11720/wtyht.2025.1236

LIU Guo-An, ZHOU Si-Chun, LIU Xiao-Hui, LI Sheng-Fu, ZHANG Ming-Zheng, QIN Ming-Kuan, XU Qiang, WANG Guang-Xi, HU Bo. Experiments and effects on prospecting for concealed sandstone-type uranium deposits in a gobi desert region using the dynamic geogas method with adjustable efficiency[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(3): 538-547 doi:10.11720/wtyht.2025.1236

0 引言

砂岩型铀矿在世界铀资源和世界核能生产中的地位越来越重要,已成为我国和世界各国当前铀矿找矿的主攻方向[1-2]。砂岩型铀矿多赋存在戈壁荒漠、沙漠盆地中,传统物化探方法在这种特殊的地球化学景观环境下实施难度大且无法直接获取铀含量信息,加之不少砂岩型铀矿床往往与构造关系不密切,铀矿体埋深较大且多为盲矿体,放射性方法因其探测深度浅也难以奏效。

地气测量技术是通过捕获测定随地气流迁移被“裹挟”至地表的纳米微粒物质来直接获取深部铀含量信息的方法技术[3-4],笔者所在课题组多次在花岗岩型铀矿、伟晶岩型稀有金属矿上开展地气探测研究与应用工作,相关测量技术、矿异常识别技术在花岗岩型铀矿、伟晶岩型稀有金属矿上已较为成熟。在戈壁覆盖区,由于干旱荒漠的特殊地球化学景观环境,开展地气测量困难,鲜有人开展地气法探测隐伏砂岩铀矿的系统研究与应用工作。鉴于戈壁覆盖区砂岩型铀矿找矿现实需求,笔者所在课题组在塔里木盆地西部喀什凹陷西南缘的巴什布拉克铀矿床及其东侧的9055铀矿点开展地气法探测隐伏砂岩铀矿试验,以及地气探测技术方法研究。结果表明,效率可调动态地气法不仅可直接获得戈壁覆盖区隐伏砂岩铀矿深部铀含量信息,还为类似砂岩型铀矿地区找矿工作提供了参考借鉴范例。

1 研究区地质概况

研究区位于塔里木盆地西南缘喀什凹陷。喀什凹陷是塔里木盆地西南坳陷的一个次级构造单元,形成于二叠纪末南天山洋盆和古特提斯洋盆消亡之后,即南天山造山带和西昆仑山造山带形成之时,印支构造运动才逐渐使喀什凹陷及柯坪断块与塔里本盆地分离出来,从侏罗纪开始,喀什凹陷作为一个相对独立的构造单元基本形成[5-8],可划分成4个二级构造单元:喀什深洼陷、南天山山前褶皱—冲断带、库孜贡苏断陷带和西昆仑山前褶皱—冲断带[5]。

巴什布拉克铀矿床地处戈壁覆盖区,位于南天山山前逆冲—褶皱带中生界与古元古界接触带附近的下白垩统克孜勒苏群(Klkz)[9-10]。下白垩统克孜勒苏群(Klkz)主要为砂岩夹灰绿色砂岩、砾岩及少量粉砂质泥岩,中上部夹少量灰色薄层状细砂岩。克孜勒苏群(Klkz)下段为浅褐红色、灰绿色为主的含砾粗碎屑建造,以含砾中粗砂岩夹砾岩为主,厚度260 m,几乎不含泥岩,有时见地沥青,属冲积扇相的产物,铀矿化主要产于下段灰绿色含地沥青的砂岩夹砾岩中[10],矿层厚度0.1~3.2 m,有时可达5 m,矿体平均厚度1.11 m。矿石品位差异性较大,每平米铀含量变化也很大。矿体形态为层状、似层状、透镜状,偶见近似卷状,矿体完全受地沥青化岩石控制[11]。9055铀矿点在巴什布拉克铀矿床东约2.61 km处,矿体赋存层位与巴什布拉克铀矿床相同。研究区地质特征示意见图1。

图1

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图1   研究区位置(a)及地质特征示意(b)

1—第四系;2—安居安组;3—克孜洛依组;4—巴什布拉克组;5—乌拉根组;6—卡拉塔尔组;7—齐姆根组;8—阿尔塔什组;9—英吉沙群;10—克孜勒苏群第一岩性段;11—克孜勒苏群第二岩性段;12—克孜勒苏群第三岩性段;13—克孜勒苏群第四岩性段;14—克孜勒苏群第五岩性段;15—长城系阿克苏群;16—氧化带Ⅰ;17—氧化带Ⅱ;18—氧化带Ⅲ;19—地层界线;20—工业矿孔、矿化孔、无矿孔;21—铀矿床/点;22—地气试验测线

Fig.1   Location (a) and geological characteristics (b) of the study area

1—Quaternary; 2—Anju'an Group; 3—Kiziloyi Group; 4—Bashibulake Group; 5—Ulagan Group; 6—Karatal Group; 7—Zimugen Group; 8—Altash Group; 9—Yingjisha Group; 10—the fifth lithological segment of the Kizilsu Group; 11—the fourth lithological segment of the Kizilsu Group; 12—the third lithological segment of the Kizilsu Group; 13—the second lithological segment of the Kizilsu Group; 14—the first lithological segment of the Kizilsu Group; 15—Aksu Group of the Great Wall System; 16—oxidation zone Ⅰ; 17—oxidation zone Ⅱ; 18—oxidation zone Ⅲ; 19—stratum boundary; 20—industrial ore holes, mineralized holes, and non mineralized holes; 21—uranium deposits/points; 22—geogas test line


2 地气探测技术及实施

2.1 地气测量装置与测量方法

目前有积累式和动态式两种地气测量方法[4,12-13]。为了解决常规动态地气测量法对铀等边界品位在万分之几的矿产无法有效捕获低幅度异常的问题[14],也为了追求尽可能短的地气测量周期,本文研究工作采用了效率可调动态地气采样装置以及相应的地气测量工作方法。

效率可调动态地气采样装置(图2)由采样器、干燥器、多捕集器和抽气泵4部分组成[14]。工作时每个捕集器装入20 mL的捕集剂(由BV-III纯的硝酸和高纯水配置的5%稀硝酸)用来收集地气物质。根据前期在花岗岩铀矿、伟晶岩锂矿等边界品位在万分之几的矿产上应用地气探测技术的认识与经验[14-15],本次试验选择使用2个捕集器(捕集剂总计40 mL)串联构成采样装置。每个测点的采样流量设定为2 L/min,采样时间30 min。

图2

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图2   效率可调的双捕集器串联式动态地气采样装置结构

Fig.2   Structural diagram of double trap series dynamic geogas sampling device with adjustable efficiency


采样获得的原始捕集剂液体,经低温浓缩处理为10 mL后,送具有国家检测资质的检测中心使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行多元素分析,以获取地气中U及其他放射性、稀土、稀有金属、有色金属共计40余种元素的浓度信息;根据不同采样点地气多元素的浓度,绘制相关图件作为试验成果解释与分析研究的依据。

2.2 试验剖面与实施

为了达到相互印证和对比研究的目的,分别在巴什布拉克铀矿床及其东侧约2.61 km处的9055铀矿点部署A(富矿)测线和B(贫矿)测线,两条测线深部分别由前人施工的10个与7个钻探工程控制,矿体赋存状态、矿体品位与厚度均已知。其中A测线下方铀矿体是按照硬岩工业标准(0.05%)圈定的矿体,平均品位0.08%;B测线铀矿体按照砂岩铀矿工业标准(0.03%)圈定矿体,平均品位0.035%。

铀矿区A测线长度为1 550 m,基本点距为50 m,矿体区域外放稀至100 m,共采集27个基本测点的地气样品,采集重复检查样品3个。

铀矿化点B测线长度为1 400 m,基本点距为50 m,矿体区域外放稀至100 m,共采集23个基本测点的地气样品,采集重复检查样品2个。

3 试验成果、异常特征与找矿标志

3.1 数据处理与异常下限参数统计

首先对5个测点的基本测量与重复检查测量(占基本测点的10%)的测试结果进行误差对比,表1列出了地气U的对比结果。

表1   可行性试验中U的基本测量与检查测量对比

Table 1  Comparison table between the basic measurement and the inspection measurement of U in the feasibility test

测点/测线7/A8/A13/A3/B15/B平均值
基本测量值/
(μg·L-1)		0.0360.0670.0430.0490.041
检查测量/
(μg·L-1)		0.0420.0500.0570.0500.045
对比误差/%7.714.514.01.0.4.78.4

注:地气样品由核工业北京地质研究院检测中心检测。

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确认A、B两条可行性试验测线的测量结果符合要求后,对测试数据进行进一步处理。

依据“3σ法”原理[16],剔除原始数据中的非背景值数据后,统计出地气测量元素的平均值(作为背景值)、标准差(划分异常下限参数)。表2为研究区地气U元素统计结果。

表2   A测线、B测线地气测量U元素参数统计

Table 2  Statistics of U element parameters in geogas test of sections A and B μg·L-1

异常区位置背景
值		标准
差		异常
下限		异常区
U均值		U异常
峰均值		U异常峰
极大值
A测线325~1400 m0.0500.0170.0670.0800.1680.246
B测线500~1320 m0.0530.0780.086

注:U检出限为0.002 μg/L。

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剔除掉测点测量值处于检出限附近的元素后,在与U常具有共(伴)生关系的放射性、有色金属、稀有金属、稀土元素[15]中,选择出在地气U异常区内也有显著异常呈现的24种元素的地气测量值编制了地气测量成果图。表3为24种元素的地气测量异常下限统计。

表3   用于编制地气测量成果图的元素异常下限值统计

Table 3  Statistics of the lower limit of anomalies for the elements used to compile the results of the geogas survey

元素UThKZnPbCuMoMn
异常下限/(μg·L-1)0.0670.043901554.108.600.2511.0
元素TiCrCoNbLiRbLaSc
异常下限/(μg·L-1)5.852.100.160.0162.050.750.150.29
元素SbWVYZrNdSrFe
异常下限/(μg·L-1)3.040.040.620.083.510.183.851250

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图3、图4分别为A测线与B测线地气测量U、Th、K、Zn、Pb、Cu、Mo、Mn元素综合剖面,图5为A测线的地气测量Ti、Cr、Co、Nb、Li、Rb、La、Sc元素综合剖面,图6为A测线地气测量Sb、W、V、Y、Zr、Nd、Sr、Fe元素综合剖面。因为B测线与A测线处于相同的地质单元,测线下方矿体赋存层位相同,有关地气元素与U的空间关联规律也基本相同,限于篇幅,主要展示了A测线地气测量成果图并以A测线为代表加以讨论与分析。

图3

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图3   A测线地气试验U、Th、K、Zn、Pb、Cu、Mo、Mn元素剖面

1—第四系;2—下白垩统克孜勒苏群第五岩性段;3—下白垩统克孜勒苏群第四岩性段;4—下白垩统克孜勒苏群第三岩性段;5 —下白垩统克孜勒苏群第二岩性段;6—下白垩统克孜勒苏群第一岩性段;7—中元古界阿克苏群;8—整合界线、角度不整合界线;9—氧化带;10—工业矿体、矿化体、异常体;11—钻孔编号、深度;12—地气测量曲线

Fig.3   Profile map of U, Th, K, Zn, Pb, Cu, Mo and Mn elements of geogas test on the A survey line

1—Quaternary; 2—the fifth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 3—the fourth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 4—the third lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 5—the second lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 6—the first lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 7—middle Proterozoic Aksu Group; 8—the integrate boundaries, angular uncon-formity bounidaries; 9—oxidation zone; 10—industrial ore bodies, mineralized bodies, abnormal bodies; 11—borehole number,depth; 12—geogas survey profile


图4

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图4   B测线地气试验U、Th、K、Zn、Pb、Cu、Mo、Mn元素剖面

1—第四系;2—下白垩统克孜勒苏群第五岩性段;3—下白垩统克孜勒苏群第四岩性段;4—下白垩统克孜勒苏群第三岩性段;5 —下白垩统克孜勒苏群第二岩性段;6—下白垩统克孜勒苏群第一岩性段;7—中元古界阿克苏群;8—整合界线、角度不整合界线;9—氧化带;10—工业矿体、矿化体、异常体;11—钻孔编号、深度;12—地气U异常下限;13—地气U异常编号;14—地气测量曲线

Fig.4   Profile map of U, Th, K, Zn, Pb, Cu, Mo and Mn elements of geogas test on the B survey line

1—Quaternary; 2—the fifth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 3—the fourth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 4—the third lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 5—the second lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 6—the first lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 7—middle Proterozoic Aksu Group; 8—the integrate boundaries, angular uncon-formity bounidaries; 9—oxidation zone; 10—industrial ore bodies, mineralized bodies, abnormal bodies; 11—borehole number, depth; 12—lower limit of U anomaly for geogas survey; 13—U anomaly number for geogas survey; 14—geogas survey profile


图5

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图5   A测线地气试验Ti、Cr、Co、Nb、Li、Rb、La、Sc元素剖面

1—第四系; 2—下白垩统克孜勒苏群第五岩性段; 3—下白垩统克孜勒苏群第四岩性段; 4—下白垩统克孜勒苏群第三岩性段; 5—下白垩统克孜勒苏群第二岩性段; 6—下白垩统克孜勒苏群第一岩性段; 7—中元古界阿克苏群; 8—整合界线、角度不整合界线; 9—氧化带; 10—工业矿体、矿化体、异常体; 11—钻孔编号、深度; 12—地气测量曲线

Fig.5   Profile map of Ti, Cr, Co, Nb, Li, Rb, La and Sc elements of geogas test on the A survey line

1—Quaternary; 2—the fifth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 3—the fourth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 4—the third lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 5—the second lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 6—the first lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 7—middle Proterozoic Aksu Group; 8—the integrate boundaries,angular unconformity boundaries; 9—oxidation zone; 10—industrial ore bodies, mineralized bodies, abnormal bodies; 11—borehole number,depth; 12—geogas survey profile


图6

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图6   A测线地气试验Sb、W、V、Y、Zr、Nd、Sr、Fe元素剖面

1—第四系; 2—下白垩统克孜勒苏群第五岩性段; 3—下白垩统克孜勒苏群第四岩性段; 4—下白垩统克孜勒苏群第三岩性段; 5—下白垩统克孜勒苏群第二岩性段; 6—下白垩统克孜勒苏群第一岩性段; 7—中元古界阿克苏群; 8—整合界线、角度不整合界线; 9—氧化带; 10—工业矿体、矿化体、异常体; 11—钻孔编号、深度; 12—地气测量曲线

Fig.6   Profile map of Sb, W, V, Y, Zr, Nd, Sr and Fe elements of geogas test on the A survey line

1—Quaternary; 2—the fifth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 3—the fourth lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 4—the third lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 5—the second lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 6—the first lithological segment of the Lower Cretaceous Kizilsu Group; 7—middle Proterozoic Aksu Group; 8—the integrate boundaries,angular unconformity boundaries; 9—oxidation zone; 10—industrial ore bodies, mineralized bodies, abnormal bodies; 11—borehole number,depth; 12—geogas survey profile


3.2 地气异常特征与隐伏砂岩铀矿地气找矿标志

分析A测线的图3综合剖面,如果按照惯例方法,以U的背景值+3倍标准差为异常下限,在测线325~1 400 m区间内捕获到4个相邻的地气U异常峰,其中3个为单点异常峰,呈现了地气异常的不规则、连续性很差的特点。在地气U异常区范围内,除捕获到地气Th、K、Zn、Pb、Cu、Mo、Mn的多个异常峰(见图3)外,还捕获到Ti、Cr、Co、Nb、Li、La、Sc、Sb、W、V、Y、Zr、Fe等多元素的多个异常峰(见图5、图6),形成了一个以地气U元素多个异常峰为主、伴(共)生地气元素异常为辅的地气异常区。

如果采用与A测线一样的地气U的异常下限标准,则B测线无法划分出异常。这是可以理解的,因为A测线矿体平均品位(0.080%)为B测线(0.035%)的229%。如果将U异常的下限标准下降到U背景值+1倍标准差(0.067 μg/L),比采用U背景值+3倍标准差(0.101 μg/L)为异常下限时,异常下限值降低33.6%,此时异常下限值比背景值高34%,说明采用此异常下限标准,还能以大概率从背景中区分出异常。

基于上述考虑,对A、B测线最后统一采用U背景值+1倍标准差(0.067 μg/L)作为地气U的异常下限。

对A测线,采用0.067 μg/L作为地气U的异常下限标准后,对其地气异常区位置划分没有影响。

而对B测线,在500~1 320 m范围可以划分出3个U异常(图4),形成与A测线上形态一致的地气U异常区。异常区内,也捕获有类似A测线的多元素多个单点地气异常(由于篇幅,相关图件未完全展出)。

分析A、B测线成果(图3~图6),可以看到地气测量捕获的以U为主、多种其他元素地气异常为辅,由多个元素的多个相邻异常共同形成的地气异常区与下方隐伏铀矿体空间上具有明显的关联关系。

剖析综合剖面图3,A测线上捕获的地气异常区位于测线325~1 400 m处,这个异常区宽度与剖面下方控制的砂岩铀矿的水平投影宽度325~1 450 m,除浅部有50 m左右因地气技术本身机理造成的差别外,可以认为是基本一致的。

造成这种差异的原因为,地气物质的迁移载体是地球排气,而地球排气的动力源于地壳内部的压力差与温度差,越往地壳深部,压力差与温度差越大,这种压力差与温度差的最大梯度方向,必然是垂直指向地表的,这就是地气物质会主要以垂直方向迁移的根本原因。而接近地表处,压力差与温度差近似为0,所以近地表的矿物质因为地气迁移动力不足而难以迁移到地表,使得地气测量只能捕获到来自埋深50 m以下深度的地气物质[17]。

从图4可见,B测线上地气异常区的平面位置与A测线具有相同的情况,与已知矿体在地表的投影宽度基本是一致的。即B测线这个低幅值的地气异常区,依然起着指示深部隐伏砂岩铀矿的找矿标志作用。

通过上述讨论可以得出认识:A、B测线捕获的这种地气异常区的宽度与深部砂岩铀矿体的水平投影宽度间具有基本一致的空间对应关系,所以,以U为主并辅以其他多种元素的多个地气异常构成的异常区,给我们通过地气测量发现隐伏U富集地质体提供了重要找矿标志。

4 其他试验结果分析与讨论

4.1 测量点距与异常区形态关系

从A、B两条测线的地气探测试验结果(图3、图4)看,虽然在砂岩铀矿体上方捕获到地气U异常是肯定事件,但捕获异常的位置却具有不确定性,且矿体上方捕获的地气U异常连续性很差,多为多个单点异常。这个试验结果告诉我们砂岩铀矿找矿中两个重要的地气找矿方法学信息:①孤立的单点地气异常对砂岩铀矿的找矿意义不大;②测点的分布不同,有可能会影响捕获到地气异常的数量,进而有可能会直接影响到对找矿意义的确认。

以图3展示的A测线地气测量综合剖面为例,在矿体上方实际总计捕获到4个地气U异常峰,其中峰值为0.246、0.120、0.107 μg/L的3个异常峰为单点异常峰,仅峰值为0.20 μg/L的异常峰为双点异常峰,且4个地气U异常均出现在矿体上方部署50 m基本点距的测区范围内。当将点距放稀到100 m进行测量,从概率论的角度出发,在极限情况下,不排除有遗漏掉3个单点异常峰,只捕获到双点异常峰中一个异常点的可能。为此,要想获得现有的地气测量成果,得到完整的具有找矿指示意义的地气异常找矿标志,地气测量点距就不能超过50 m。

4.2 地气异常峰与矿体品位及厚度关系

理论上所捕获到的矿致地气U异常,其纳米微粒物质的来源是隐伏铀矿体。逻辑上,在相同的埋深(压力、温度差一致)下,矿体的U含量(品位)越高、厚度越厚,能提供地气中纳米微粒物质的来源就越充足,地气测量时捕获的含U元素纳米微粒物质就越多,测试获得的地气U异常幅度就越高。

试验A测线和B测线同处于一个构造单元中,下方隐伏铀矿赋存地层相同、赋存形态相似,A测线下方隐伏铀矿体向深部延伸的边界位置较B测线深。但A测线所在铀矿床按硬岩型铀矿标准圈定工业矿体,工程揭露的矿体平均品位达到0.080%;B测线所在铀矿点则按照砂岩型铀矿标准圈定工业矿体,工程揭露所在矿体平均品位为0.035%,A测线下方隐伏铀矿体平均品位是B测线的2.29倍,加上A测线下方矿体厚度大于B测线,实际测量获得的地气U异常信息(表2)表明,A测线捕获的地气异常区U异常均值、U异常峰均值、U异常峰极大值均显著大于B测线,其中U异常峰均值、U异常峰极大值分别为B测线的2.15与2.86倍,与A、B两条测线下方工业铀矿体品位间的差异大体相当。

由此可见,在相同砂岩型铀矿成矿背景下,隐伏砂岩铀矿体的品位以及铀矿体厚度直接关系到地气U元素的含量高低,如果忽略矿体埋深影响,隐伏铀矿体品位越高、厚度越厚,捕获的地气U元素含量就越高。这应该是评价地气异常找矿意义大小的重要因素之一。

4.3 戈壁覆盖区地气探测深度

根据实测矿体元素的地气信息与已知矿体埋深深度间的对比(见图3),在A测线上,钻孔ZK1揭露的见矿垂直深度为756.4 m的矿体上方捕获到整条测线异常幅度最大的地气U异常(0.246 μg/L),证实了采用可行性试验中所用效率可调的地气探测技术获取埋深800 m的砂岩铀矿的找矿信息是完全有可能的。结合课题组前期在其他金属矿上的研究与找矿工作经验[17],推测在戈壁覆盖区开展地气测量,对砂岩铀矿的探测信息获取深度达到900 m也是可能的。

4.4 地气测量探测隐伏砂岩铀矿效果

通过以上分析讨论,可以得到以下基本认识:

1)在戈壁覆盖区应用双捕集器串联的效率可调动态地气采样装置与方法,在隐伏富矿体(A测线)、贫矿体(B测线)上均捕获到U以及多种伴(共)生元素的多个地气异常(峰),证实所用地气测量方法有在戈壁覆盖区捕获深部铀矿找矿信息的能力。

2)以U为主、辅以其他多种伴(共)生元素的多个地气异常(峰)共同构成的地气异常区,其宽度与深部隐伏铀矿体在地表的投影宽度大体相当,给出了隐伏铀富集体的大致位置,提供了隐伏砂岩铀矿的地气找矿标志。

3)对比富矿体(A测线)、贫矿体(B测线)上所捕获地气异常间的差异,A测线下方富铀矿体平均品位与B测线下方贫矿体平均品位间的差异比为2.29∶1,与异常区U异常均值差异比2.15∶1及U异常峰极大值差异比2.86∶1处于大体相同的量级,预示着通过进一步积累试验数据,有可能通过捕获的地气异常区的前述参数做深部找矿意义的较准确的评判。

试验获得的3个方面的成果,可以对效率可调动态地气法在戈壁区探测隐伏砂岩铀矿做出有效且可行的基本结论。

5 结束语

通过在巴什布拉克铀矿床及其东侧的9055铀矿点两个戈壁覆盖区开展地气测量,采用效率可调动态地气测量方法,成功捕获到指示隐伏矿体存在的地气U异常及伴(共)生元素地气异常形成的异常区,这个地气异常区的宽度与剖面下方隐伏铀矿体的地表投影宽度基本相当,提供了隐伏砂岩铀矿的重要地气找矿标志,证明了效率可调动态地气法在戈壁区探测隐伏砂岩铀矿是可行且有效的。

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