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【本期关注】紧跟技术前沿 拓宽物化探新领域
文章来源:银河国际手机登录杂志 日期:2016年12月15日


    发展历程

  我国铀矿勘查物化探技术发展已经历四个阶段。

  第一阶段(上世纪50~60年代)。在铀矿勘查初期,主要的找矿手段就是放射性方法——伽马总量测量,即利用铀的放射性属性,直接寻找放射性高值区。这种找矿方法的特点是利用γ异常直接找矿,通过地表伽马总量测量或者航空放射性测量,发现异常点,然后进一步开展勘查工作,直至落实铀矿床。这种找矿方法对于埋藏深度浅的矿床是非常有效的,我国早期发现的很多铀矿床都是用这种方法找到的。如相山铀矿田的邹家山、横涧、云际和巴泉矿床,下庄矿田的希望矿床,会昌矿田的河草坑矿床等等。

  第二阶段(上世纪70~90年代初)。随着地表工作的全面展开,在这一时期相继落实了很多矿床。但另一个问题也随之而来,即找到的矿埋藏深度都很浅,一般不超过100米。那么如何发现深部的矿呢?这一问题的提出随即带来了攻深找盲技术的发展。先后发展了氡及其子体测量(累积和瞬时式)、氦法、γ能谱测量、Χ荧光测量、汞测量等多种找矿方法。这些方法虽然各有特色,但总体上都属于放射性物探方法。其针对的目标主要是花岗岩型或者火山岩型铀矿(统称为热液型铀矿),攻深找盲的深度为300米以内。相对于热液型矿床而言,此时砂岩型铀矿仍处于理论研究阶段。虽然国内也在砂岩里发现个别铀矿,但多是矿点,很少形成矿床规模,而且主要是在红盆或者煤中,并不是真正意义上的砂岩型铀矿。

  这一阶段放射性找矿方法已发展至鼎盛期,而普通物探方法仍处于探索期。一些研究者将激发极化法(IP)、重磁勘探、浅层地震勘探等物探方法用于找矿实践。此时,地球化学方法也开始大量应用,水化学、水系沉积物、土壤(岩石)地球化学等方法相继开展工作。虽然这一阶段普通物探和化探方法也取得一些成果和认识,但并未形成成熟的找矿技术推广应用。

  第三阶段(上世纪90年代中期~2005年)。随着我国铀矿找矿战略调整,在这一时期北方砂岩型铀矿成为找矿的主攻方向,而砂岩型铀矿大多隐伏数百米深,地表或者航空放射性异常不明显,所以放射性直接找矿方法遇阻,无法实现直接找矿。此时,作为间接找矿方法的普通物探方法得到迅速发展,重力、磁法、电磁测深法(AMT、CSAMT、TEM)等方法相继应用,并逐步发展成熟。与此同时,地球化学勘查方法取得重要进展,作为偏提取技术一种的分量化探方法获得突破,并开始大量应用于找矿实践。

  因此这一时期的找矿技术以间接找矿方法为主,目的是了解区域地质构造格架,查明成矿地质环境,为成矿环境条件评价及远景预测提供依据。

  第四阶段(2006~2016年)。随着我国核电的快速发展,我国的铀资源能否满足核电发展需要成为社会关注重点。在核能开发项目的支持下,砂岩铀矿快速评价技术和热液型铀矿攻深找盲技术先后建立,形成了以地面高精度磁法、电磁测深法、地震勘探、氡及其子体测量、分量化探为主的综合找矿方法,为我国铀矿勘查第二找矿空间的突破提供了重要技术支撑。目前,我国北方砂岩型铀矿勘查已超过500米,南方热液型铀矿勘探深度已大于1000米。第四阶段找矿方法的特点是实现了直接找矿与间接找矿相结合的综合找矿。

  现阶段技术

  针对铀矿勘探的不同阶段,应用的物化探技术也是不同的。例如在区域评价阶段应用的主要是物探方法,包括重力、航磁和航放,目的是了解区域构造格架、基底深度变化、岩体分布、铀异常分布等信息,为铀成矿环境评价及远景靶区预测提供依据。而在重点工作区勘查阶段,应用的物化探方法种类较多,包括地面高精度磁法、电磁测深法、地震勘探等普通物探方法,也包括氡及其子体测量(土壤氡气测量、活性炭吸附法测氡)、地面γ能谱测量、车载γ能谱测量、土壤热释光测量等放射性物探方法,以及以土壤地球化学勘查(包括全量和分量)为主的化探方法。

  由于铀矿勘查工作投入工作量有限,所以现阶段我国的铀矿勘查工作主要集中在重点地区。例如,砂岩型铀矿主要工作地区集中在二连盆地、鄂尔多斯盆地、伊犁盆地、吐哈盆地、松辽盆地、准噶尔盆地、巴音戈壁盆地等中新生代沉积盆地,热液型铀矿主要工作地区集中在相山矿田、诸广矿田、苗儿山矿田、龙首山矿田等。现阶段应用的主要物化探技术及其作用主要体现如下。

  地面高精度磁法。在热液型铀矿勘查中主要辅助推断解释断裂构造发育,推断岩脉(墙)等侵入体,进而对工作区内的成矿环境条件做出评价。在工作中,建议开展连续测量方式,以避免“单点”磁异常现象。在砂岩型铀矿勘查中主要用于圈定氧化还原过渡带范围,但该技术还未完全成熟,仍处于完善过程中。

  电磁测深法。在热液型铀矿勘查中主要目的是查明断裂构造发育、不同岩性界面变化以及基底深度等信息,为工作区内成矿环境条件评价提供依据。结合工作区内成矿规律认识,该方法还可以预测矿体位置。目前在热液型铀矿勘探中广泛使用的较为成熟的电磁测深法主要为音频大地电磁测深法和可控源音频大地电磁测深法。

  在砂岩型铀矿勘查中电磁测深法的作用主要在于查明地层结构、目标层埋藏深度,了解区内断裂构造发育,为成矿环境条件评价和远景预测提供依据。目前在砂岩型铀矿勘探中广泛使用的成熟的电磁测深法包括大地电磁测深法、音频大地电磁测深法、可控源音频大地电磁测深法和瞬变电磁法。

  地震勘探。地震勘探主要用于砂岩型铀矿勘查,除了可以完成电磁测深法的作用外,其最大特点是能够精细划分泥-砂-泥结构,并推断解释出目标层的岩石属性特征,圈定出有利于铀成矿的砂体。虽然该方法在砂岩铀矿勘查中的作用明显,但其应用受到成本问题的制约,致使其一直未能在砂岩型铀矿勘查中广泛应用。

  放射性方法。对于放射性类方法,不论是那种方法,也不论是针对砂岩型铀矿勘探,还是热液型铀矿勘探,其作用都是查明工作区内放射性异常分布特征,为成矿有利远景靶区预测提供依据。目前,在铀矿勘探中广泛使用的比较成熟的放射性方法包括氡及其子体测量、地面γ能谱测量、车载γ能谱测量、土壤热释光测量等。

  土壤地球化学勘查。化探方法作为一种直接找矿方法,无论是在热液型铀矿勘查,还是在砂岩型铀矿勘查,其作用都是查明工作区内铀及其伴生元素分布特征,为成矿有利远景靶区预测提供依据。目前在铀矿勘探中使用最广泛的较为成熟的化探方法是土壤分量化探,其次则是土壤化探(全量)。

  未来发展趋势

  根据物化探技术的发展,结合铀资源勘查特点及目前物化探技术的应用与探索现状,预测未来物化探技术在铀矿勘查中的应用有以下几大趋势:

  无人机航空物探方法将成为新区铀矿勘查的重要手段。随着无人机技术的发展,航空物探方法将迎来新的机遇。特别是对于地域偏远、地形复杂、气候恶劣的地区,应用无人机技术的航空物探方法将发挥重要作用,其必将成为新区铀矿勘查工作的重要手段。

  航空瞬变电磁法将推广应用。航空瞬变电磁法在国外已作为成熟的物探方法广泛应用于资源勘探领域,对于寻找古河道型铀矿也有成功案例。随着我国航空瞬变电磁法的发展和应用,其在铀矿勘查领域的推广应用已指日可待。

  三维勘探技术广泛应用。三维地质建模技术已开始广泛应用于资源勘查领域,在铀矿勘查工作中的应用虽然起步稍晚,但已将远景预测技术由原来的平面预测提升为空间预测。同时,随着三维电磁勘探技术的发展和日臻成熟,以及三维地震勘探技术的应用,三维勘探技术将成为铀矿勘查的主要手段,并将推动铀矿勘查工作走向新的时代。

  直接找矿技术获得突破。放射性方法作为直接找矿技术在铀矿勘查初期发挥了重要作用,但随着勘探深度的增加,直接找矿方法渐渐成为辅助方法。究其原因主要是方法本身的机理不明,而原来应用的只是现象。随着对放射性和深穿透地球化学方法的深入研究,放射性异常机理和地球化学元素迁移机制将获得突破,从而带来直接找矿方法质的飞跃,使得铀矿勘查可以再度回到直接找矿技术时代。(作者系核工业北京地质研究院程纪星)

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