放射性伽馬測量在豫西龍王巖體稀土礦勘查中的應(yīng)用研究

王明明，余智慧，吳園園，陳昊龍，王劍鋒，郭榮鑫

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)余智慧等，2022①修改)1—第四系亞黏土、砂卵石層；2—薊縣系大理巖、片巖；3—太華巖群片麻巖；4—燕山期黑云母花崗巖；5—長城紀(jì)正長花崗巖；6—偉晶巖脈；7—斷裂及編號；8—含礦構(gòu)造帶及編號

稀土總量之高在秦嶺地區(qū)實屬罕見，是澳大利亞A型花崗巖的2倍，是東秦嶺I型花崗巖的4～6倍。LREE/HREE為11.26～31.04，平均17.06，屬輕稀土富集型，其中第一次侵入的正長花崗巖為21.63～31.04，平均26.34，輕稀土富集更為明顯；δEu相差較大，第一次侵入的正長花崗巖為0.73～0.88，平均0.81，Eu異常不明顯，而第二次侵入的鈉鐵閃石正長花崗巖為0.14～0.19，平均0.17，呈明顯的負(fù)Eu異常。第一次侵入巖的稀土元素配分模式在Eu處呈平緩狀，第二次侵入巖在Eu處呈尖谷狀，具伸展機制下晚期堿性巖漿活動稀土元素的特征(賴素星和李鋼，2019)；巖體形成于板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境，可能主要為富集地幔部分熔融的玄武質(zhì)巖漿經(jīng)強烈結(jié)晶分異的產(chǎn)物，在其形成和上升過程中可能有地殼物質(zhì)的混染，是華北克拉通1.8～1.6 Ga 裂解過程中最晚期堿性巖漿活動的產(chǎn)物，證明華北地臺南緣在中晚元古代存在一個拉張的裂谷系(盧欣祥，1989；陸松年等，2003；包志偉等，2009)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造特征

研究區(qū)內(nèi)稀土礦體大致呈NW—NWW向展布，與區(qū)域斷裂基本平行，受區(qū)域構(gòu)造控制，稀土礦(化)體主要賦存于K1～K8含礦構(gòu)造帶內(nèi)。含礦構(gòu)造帶長約420～1600 m，含礦構(gòu)造帶以張性、張扭性為主，多見硅化、褐鐵礦化及螢石礦化，呈近平行分布。具體特征見表1。

表1 含礦構(gòu)造特征一覽表(據(jù)余智慧等，2022①)

2.2 礦體特征

稀土礦體大致位于研究區(qū)西南部，主要賦存在K1～K8含礦構(gòu)造帶內(nèi)，全部位于堿性正長花崗巖中，嚴(yán)格受含礦構(gòu)造控制。稀土礦(化)體多以構(gòu)造角礫蝕變巖的形式產(chǎn)出，局部構(gòu)造角礫發(fā)育，次棱角狀—次圓狀，角礫大小1 mm×5 mm～30 mm×40 mm。礦(化)體礦化蝕變多以硅化、螢石礦化、褐鐵礦化為主，見少量綠泥石化、高嶺土化，深部見有黃鐵礦化、鉀化，局部見細(xì)脈狀鉛鋅礦化。螢石礦化多成星點狀、團(tuán)塊狀及細(xì)脈狀；褐鐵礦化多呈脈狀和透鏡狀，礦化體產(chǎn)狀與含礦構(gòu)造斷裂基本一致。圍巖多為鈉鐵閃石正長花崗巖，局部圍巖為灰黑色黑云斜長角閃巖。

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變以硅化、絹云母化、高嶺土化和鉀化為主，與稀土礦化體界線不明顯。

2.4 礦石類型與礦物共生組合

圖2 稀土礦石及顯微照片a—稀土礦石；b—褐簾石稀土礦薄片；c—鈰硅磷灰石氟碳鈰礦薄片；d—鈰硅磷灰石氟碳鈰礦光片礦物縮寫：Bsn—氟碳鈰礦；Gn—方鉛礦；Py—黃鐵礦；Sp—閃鋅礦

3 伽馬測量的應(yīng)用效果

3.1 地面伽馬總量測量

3.1.1 工作方法

表2 研究區(qū)內(nèi)Th、U光譜分析結(jié)果一覽表

本次伽馬總量測量使用的儀器為FD-3013便攜式γ輻射儀，儀器在使用前均在石家莊核工業(yè)放射性勘查計量站進(jìn)行了標(biāo)定，穩(wěn)定性和一致性在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行檢查，儀器的各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

在開展地面伽馬總量測量工作之前，測量人員首先了解了研究區(qū)的地質(zhì)、構(gòu)造、巖石、蝕變、礦化等情況，統(tǒng)計了各種地質(zhì)體的伽馬背景值。測量網(wǎng)度選擇100 m×20 m，測量過程中，連續(xù)聽測，探測器靠近地面左右擺動，大體上按照布設(shè)路線“蛇曲”前進(jìn)。在路線測量過程中發(fā)現(xiàn)偏高值，立即追索，圈定范圍，對發(fā)現(xiàn)成礦有利的地質(zhì)條件，尋找異常。

首先，對區(qū)內(nèi)不同巖性的伽馬背景值和分布規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計(表3)。

表3 研究區(qū)主要巖性背景值和變化范圍(據(jù)余智慧等，2022①)

由于研究區(qū)內(nèi)巖性主要以鈉鐵閃石正長花崗巖為主，其它巖性出露范圍較小，因此將區(qū)內(nèi)伽瑪背景值確定為41 ppm，背景值的3倍確定為異常點，即123 ppm。

3.1.2 物探成果

根據(jù)1∶1萬伽馬總量測量及地質(zhì)填圖成果，在區(qū)內(nèi)共圈定出8條稀土礦化體，圈定35個伽馬異常場。由00線地質(zhì)—地面伽馬總量剖面測量綜合剖面圖可知(圖3)，在剖面上有2個明顯的局部異常，放射性參數(shù)在地表與稀土礦化脈套合部位異常幅度明顯。根據(jù)F3稀土礦化脈地表槽探分析結(jié)果可知，稀土總量為0.50%～0.88%，Th含量達(dá)0.60%～5.02%；F4號稀土礦化脈稀土總量為0.66%～7.22%，Th含量達(dá)0.19%～0.25%，Th的品位均達(dá)到工業(yè)品位以上。通過對比分析地表其它見到稀土礦化體的地物綜合剖面，在稀土礦化脈附近均見到放射性異常。因此，地表稀土礦化體與伽馬異常場套合較好，說明本區(qū)地面伽馬總量測量工作對尋找稀土礦體具有較好的指示意義，是尋找稀土礦體的直接手段。

圖3 研究區(qū)00線地質(zhì)—伽馬總量測量綜合剖面圖(據(jù)余智慧等，2022①)1—正長花崗巖；2—含礦構(gòu)造帶及編號；3—伽馬總量曲線圖

3.2 伽馬測井

(1)工作方法：本次工作使用儀器型號為A631-S971，該儀器在使用之前進(jìn)行了三性檢查，各項指標(biāo)符合規(guī)范要求。伽馬測井工作嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定要求開展，測井工作開展過程中對儀器的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，在測井工作進(jìn)行之前對鉆孔進(jìn)行沖水和清洗，清洗2個小時左右，將鉆井過程中的巖石粉末和放射性衰變子體進(jìn)行排除，對清洗后的鉆井開展伽馬測井工作。結(jié)合測量點距，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后結(jié)合伽馬測井反褶積程序?qū)λ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換(王德鵬等，2020)，技術(shù)人員結(jié)合測繪數(shù)據(jù)繪制鉆孔柱狀圖。

(2)工作成果：研究區(qū)內(nèi)共施工14個鉆孔，根據(jù)對測井?dāng)?shù)據(jù)的綜合整理，有8個鉆孔伽馬測井的照射量達(dá)到異常范圍。由ZK6501鉆孔柱狀圖可知(圖4)，在20.01～21.15 m及61.35～62.91 m兩段均見到照射量大于20 Nc/(kg·h)的異常段，通過取樣分析，稀土總量分別達(dá)到0.728%、1.349%，均達(dá)到邊界品位以上，其它見照射量異常段的7個鉆孔，也均見到稀土礦化體；而未見照射量異常的鉆孔，通過取樣分析，未發(fā)現(xiàn)稀土礦化體。因此，伽馬測井對鉆孔內(nèi)稀土礦化體具有重要的指示意義，也是發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)稀土礦化體的直接手段。

圖4 研究區(qū)ZK6501鉆孔柱狀圖(據(jù)余智慧等，2022①)1—第四系殘坡積物；2—正長花崗巖；3—斜長角閃巖；4—稀土礦(化)體；5—伽馬測井曲線

4 放射性元素與稀土礦化之間的關(guān)系

在稀土礦物中，138La、176Lu具有天然的極低的放射性(不易為儀器接收)，一般含有低的Th、U放射性元素，是類質(zhì)同象所致。由于Th4+、U4+的離子半徑較為接近，易于和稀土礦物發(fā)生類質(zhì)同象置換，甚至形成內(nèi)潛同晶(周園園和付水興，2013；龍靈利等，2014；王文文和賈曉鵬，2021)。因此，在進(jìn)行礦物鑒定中，并未見到放射性元素的單礦物或次生礦物。

通過對本區(qū)部分樣品進(jìn)行的Th、U的測試分析，結(jié)果顯示，Th的含量較高，U的含量較低?；痉治鰳悠窚y試結(jié)果顯示，當(dāng)樣品稀土總量結(jié)果達(dá)到邊界品位以上，即稀土總量品位在0.5%～10.5%，Th含量一般在0.2%～2.7%，最高達(dá)到5.02%。通過對樣品稀土含量與Th含量關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計分析(表4)，隨著稀土總量品位升高，Th的品位也隨之升高，具有正相關(guān)性(圖5)。

表4 樣品Th元素含量隨稀土含量變化表

圖5 Th含量隨稀土總量變化曲線圖(據(jù)余智慧等，2022①)

5 結(jié)論

(1)本區(qū)稀土元素賦存狀態(tài)，主要以獨立礦物氟碳鈰礦、褐簾石、磷灰石等形式存在。Th元素在以上礦物中，多以類質(zhì)同象和內(nèi)潛同晶的方式存在，是引起放射性異常的主要元素。

(2)地表伽馬異常場與稀土礦(化)體產(chǎn)出位置套合，顯示稀土礦和伽馬異常有明顯的對應(yīng)關(guān)系；且放射性元素Th含量與稀土總量含量呈正相關(guān)性。驗證了運用放射性伽馬測量工作，輔以槽探揭露及化學(xué)分析，是豫西地區(qū)尋找稀土礦直接且有效的工作方法。

(3)鉆孔伽馬測井照射量率測值達(dá)到20 Nc/(kg·h)的異常時，對應(yīng)位置巖心稀土總量均達(dá)到邊界品位以上；當(dāng)測值小于20 Nc/(kg·h)時，巖心稀土總量品位均在邊界品位以下，確定了深部稀土礦(化)體照射量率邊界值。通過伽馬測井工作劃定照射量率異常值是鉆孔巖心中確定稀土礦化體的有效方法。

注 釋

① 余智慧，吳園園，王劍鋒，郭榮鑫，秦力，王良，王巧玲，陳春景. 2022. 河南省欒川縣龍王幢稀土礦預(yù)查報告[R]. 鄭州: 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊.