CN110908010B - 一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地球物理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地球物理方法，包括四个方法，其特征在于：方法一为可控源音频大地电磁法，方法二为γ能谱测量方法，方法三为土壤天然热释光测量方法，方法四为²¹⁰Po法；四个方法的组合能够找到砂岩型铀矿。本发明的有益效果是：研究区基底与盖层电阻率差异大，可依据CSAMT法推断基底，结合地质条件可进一步推断基底构造、侵入岩体分布；能够圈定乌兰察布坳陷东南部，齐哈日格图西南至赛汉高毕之间的赛汉组埋深800m以内的浅古河道分布范围，拓宽古河道砂岩型铀矿(PCSTU)矿床的找矿空间。

Description

一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地球物理方法

技术领域

本发明涉及一种找砂岩型铀矿方法，具体为一种行之有效的找800米以内浅 砂岩型铀矿地球物理方法。

背景技术

二连盆地地理上位于内蒙古自治区的中部，呈北东向展布，东侧为大兴安岭 隆起，北界为巴音宝力格隆起，南界为温都尔庙隆起，西界为索伦山隆起。盆地 东西长约1000km，南北宽约20～40km，总面积为10.9×104km2。

二连盆地古河道砂岩型铀矿主要发育在赛汉高毕－巴彦乌拉地区的第三纪 古河道中，它位于二连盆地的中西部，地处内蒙古中北部，属于内蒙古高原的一 部分，在坳陷的南、北缘地形较高，大多为中低山和丘陵地貌，在坳陷内，地形 相对平缓，主要为阶状高平原地貌。行政隶属内蒙古自治区锡林郭勒盟的苏尼特 左旗和苏尼特右旗管辖。

地层：二连盆地的下部沉积充填是由侏罗纪伸展断陷(第一裂陷期)含煤粗 碎屑岩建造和火山岩建造组成，主要的沉积体系有冲积扇、湖泊和局部的沼泽； 中部沉积充填为早白垩世的早中期，即BERRIASIAM至BARREMIAN，强烈断陷(第 二裂陷期)的红色粗碎屑岩建造和黑色含油细碎屑岩建造，主要的沉积体系有扇 三角洲、水下扇、浅湖、半深湖－深湖；上部沉积充填为早白垩世晚期至今。

(1)盆地构造分区：根据地质资料和重力、电法、磁法等物探资料，前人 将二连盆地划分为三级正负向构造单元：一级为断陷带和隆起带，二级为隆起与 坳陷，三级为凸起与凹陷。其中，一级构造单元划分为北部断陷带、中央隆起带 和南部断陷带；二级构造单元划分为五个坳陷和一个隆起，即马尼特坳陷、乌兰 察布坳陷和川井坳陷，腾格尔坳陷和乌尼特坳陷，苏尼特隆起；三级构造单元划 分为53个凹陷和22个凸起。

(2)基底构造特征：二连盆地的基底由元古界和古生界的变质岩及以华力 西期、加里东期为主的岩浆岩组成，其中发育一系列的复式褶皱和深大断裂。从 北向南，复式褶皱主要有二连浩特复背斜、东乌旗复向斜、锡林浩特复背斜、赛 汉塔拉复向斜、温都尔庙复背斜，深大断裂主要有贺根山断裂、西拉木伦河断裂、 腾格尔南断裂、塔布河断裂、康保断裂。

正负相间的复式褶皱构成了盆地的柔性基底，进而控制着盖层沉积和盖层构 造的发育。盆地的一级隆坳构造单元为两个坳陷带夹一个隆起带，呈NE向展布， 其中由马尼特坳陷、乌兰察布坳陷和川井坳陷等组成的北部坳陷带，主要是在晚 古生代东乌旗复向斜的基础上，伴随贺根山断裂的活动而发展形成的。乌尼特坳 陷和腾格尔坳陷主要是在晚古生代赛汉塔拉复向斜的基础上，随着西拉木伦断裂 和康保断裂的活动而形成的。两者间的苏尼特隆起是锡林浩特复背斜的体现。

盆地的三级凸凹构造单元呈NE－NNE向平行或雁行相间排列，盆岭和断陷包 容在隆坳构造格局内，组成既复杂多变又和谐统一的构造形式，它们对早白垩世 断陷湖盆沉积的控制明显。湖盆衰亡后，也就是盆岭结构日趋消失、各构造单元 具备相通条件后，找铀目的层才开始形成。

岩浆活动：二连盆地中西部发育大量的不同时代的花岗岩，从最西南端的卫 镜岩体，向北经红格尔到阿拉坦合力一线均为海西期的花岗岩，并且附近产有大 型铀矿床，该岩体可能是中新生代沉积盆地中铀成矿的重要铀源体。

二连盆地构造与地层的地球物理特征分析：二连盆地的基底发育一系列的复 式褶皱和深大断裂。它们发育规模大，活动时间长，对盆地的发展、演化和沉积 建造、岩浆活动等起着明显控制作用。正负相间的复式褶皱构成了盆地的柔性基 底，进而控制着盖层沉积和盖层构造的发育。盆地盖层构造是在基底构造基础上 通过拉张断陷和差异升降两大不同应力场环境逐渐继承发展和改造变化而来的， 具体可分为早白垩纪断陷湖盆沉积时的成盆构造和早白垩世晚期以来的较为明 显的三次抬升。在垂向上，盆地主要由三个不同结构特征的构造层次叠置而成： 其一为前中生代形成的盆地基底岩系；其二为早白垩世巴彦花群阿尔善组和腾格 尔组为主体构成的断陷湖盆沉积盖层；其三为下白垩统巴彦花群赛汉组的河流沉 积盖层。原岩经过褶皱活动的应力改造，及后期地质作用影响，向斜往往具有较 高的电阻率，背斜相对较低；断裂构造由于岩石较破碎，含水量较高，主要表现 为低阻。

二连盆地的基底由元古界和古生界的变质岩及以华力西期、加里东期为主的 岩浆岩组成。主要岩性有花岗岩、安山岩、霏细斑岩脉等，广泛分布的火成岩是 二连砂岩型铀矿的重要物源。基底表现为较高的电阻率，火成岩可达4000Ω·m、 沉积岩n×10²～n×10³Ω·m。

盆地下部充填序列为侏罗系为阿拉坦合力群、兴安岭群。其中阿拉坦合力群 为一套河流相、滨浅湖相、湖沼相沉积，岩性组合表现为下粗上细的含煤岩系。 兴安岭群为一套火山熔岩夹火山碎屑岩及河流相沉积岩。由测井资料及标本测试 分析可知，阿拉坦合力群电阻率n×10²～n×10³Ω·m；兴安岭群电阻率n×10²～ n×10³Ω·m。

中部充填序列为早白垩统中下部阿尔善组、腾格尔组。其中阿尔善组为一套 灰绿，棕红色砾岩、含砾砂岩、夹灰绿、灰、深灰色泥岩及碳酸盐岩和凝灰质砂 砾岩、玄武岩。腾格尔组，岩性和化石组合自下而上分为腾一段和腾二段。腾一 段为暗色深湖泥岩和浊积岩。上部变粗，以砂岩、砂砾岩和较薄的泥岩为主为全 区主要的生油含油层系。腾二段，主要由砂岩、砂砾岩、深灰色泥岩三层所组成， 下部相对较粗，向上变细，并含有白云质泥岩。以扇三角洲、辫状河三角洲和湖 相泥质沉积为主，底界为局部不整合所限，顶为赛汉塔拉组上覆为次要含油层系， 且为稠油。由测井资料分析可知，阿尔善组电阻率n×10²～n×10³Ω·m，；腾格 尔组电阻率n×10²～n×10³Ω·m。

上部充填序列为赛汉组、二连组及新生代沉积。下白垩统赛汉组，为一套粗 碎屑含煤岩系。下部为灰色粉砂岩、砂砾岩夹泥岩，中部绿灰色泥岩夹深灰、灰 黑色炭质泥岩和可采褐煤层；上部为灰绿，灰色砂岩夹灰绿、紫红、棕红色泥岩。 该组主要是一套河流、沼泽相沉积，普遍含煤线，是巴彦花群重要的成煤期。上 白垩统的二连组为一套河湖、冲积扇沉积的杂色碎屑岩建造，岩性上为砖红色、 灰绿色、土黄色的含铁锰的粉砂岩、砂岩、砂砾岩夹泥岩、粉砂质泥岩。第三系 地层发育比较齐全，为一套河流和局部湖泊沉积体系充填物。第四系主要有风成 沙、湖积层以及玄武岩。赛汉组n×10²～n×10³Ω·m，二连组n×10²～n×10³Ω ·m，新生代沉积n×10²～n×10³Ω·m，第三系地层n×10²～n×10³Ω·m，第四系地层n×10²～n×10³Ω·m。由上述分析可知，研究区各地质单元与构造存在明显 电阻率差异，应用可控源音频大地电磁法可以进行盆地基底、构造、地层划分。

成矿模式与找矿标识分析：研究区的主要含矿层位为白垩系下统赛汉组，以 砂岩为主；次要含矿层有中新统通古尔组，主要为杂色砂岩、泥岩，白垩系下统 腾格尔组，主要为泥岩、砂岩。

研究表明二连盆地有三种典型的成矿模式，一种为层间氧化带作用下的铀成 矿，一种为潜水氧化成矿，一种为潜水转层间氧化成矿。层间氧化带作用下的铀 成矿：铀由盆地两侧隆起带上发育大量的花岗岩及基底地层中的火山岩中活化， 以伊尔丁曼哈组和赛汉组下段的泥岩为隔挡层，沿赛汉组上段砂岩中运移；当下 部腾格尔组的油气在第三纪沿断层上升至赛汉组，则含铀流体沉淀富集成矿。潜 水氧化成矿：铀被淋滤出，形成含铀含氧流体，沿地表垂直下渗，当遇到赛汉组 下段灰色泥岩时，下渗作用停止，遇到砂岩和泥岩中的还原剂时，U6+被还原富 集成矿。潜水转层间氧化成矿：以上两种形式运移的铀含氧流体，在砂体底部与 隔水层顶部成矿。

综合分析表明，“砂-泥”结构形成含氧流体运移的通道，和一定还原条件是 形成古河道型砂岩铀矿的必要条件。探测古河道型砂岩铀矿，应首先对成矿环境 进行探测；成矿环境伴生的还原剂主要是硫化物、有机物等是重的成矿标识，从 物性上说它们具有明显的激化率异常，目前市面上没有一种比较好的方法能够寻 找浅砂岩型铀矿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地球物 理方法，该砂岩型铀矿方法能够圈定乌兰察布坳陷东南部，齐哈日格图西南至赛 汉高毕之间的赛汉组埋深800m以内的浅古河道分布范围，拓宽古河道砂岩型铀 矿(PCSTU)矿床的找矿空间。

本发明采用的技术方案如下：一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地 球物理方法，包括四个方法，方法一为可控源音频大地电磁法，方法二为γ能 谱测量方法，方法三为土壤天然热释光测量方法，方法四为210Po法；其特征在 于：四个方法的组合应用为本发明的创新点，其中可控源音频大地电磁法能有效 识别800米以浅的砂岩、泥岩的组合特征，勾画储矿砂体；γ能谱测量和²¹⁰Po 的组合应用能有效圈定放射性异常范围；天然热释光的两高加一低的形态能圈定 矿体；组合为砂体-异常-矿体的递进，四个方法的组合能够有效寻找800米以浅 砂岩型铀矿。

进一步的，所述可控源音频大地电磁法，其特征在于：方法原理为：CSAMT 的激励场源为人工控制；工作中通过调整观测频率进而采集各观测点不同频率下 的电、磁场振幅及相位数据，通过各种复杂的数据处理、反演手段，最终反映出 地下电阻率三维分布特征，达到测深的目的。

其中可控源音频大地电磁法的简称CSAMT，是上世纪八十年代末在大地电磁 法(MT)和音频大地电磁法(AMT)的基础上发展起来的可控源频率测深方法， 它具有探测深度大、分辨能力强、观测效率高，兼有测深和剖面研究双重特点， 是研究深部地质构造、寻找隐伏矿和地下水资源勘查的一种有效手段。CSAMT、 MT和AMT法同属频率电磁测深范畴。

可控源音频大地电磁法的激励场源为可以人工控制发射电流及其频率的电 偶极子或磁偶极子，观测端(测深点)位于距场源较远地段(依观测装置、目标 勘查深度而定)，通过观测不同发射频率下电磁场的正交电磁分量及其相位差， 计算出不同频率下的视电阻率；由于不同频率的激励场具有不同的趋肤深度，因 而观测结果可以反映测点下电阻率随深度的变化特征；通过对各测深点数据进行 汇总、处理及反演计算，则可得到整个测区内电阻率的空间分布状态，为进一步 的地质解释提供详实可靠的深部资料。

仪器装置：上世纪八十年代，加拿大凤凰公司和美国ZONGE公司，根据CSAMT 理论研究制造了测量仪器系统，编制了软件，建立了野外工作方法(图1)。CSAMT 测量仪器系统包括一套发射系统和接收系统及相应的数据处理软件系统。

本次CSAMT研究所用仪器为加拿大凤凰地球物理有限公司研制的V8多功能 电法仪数据采集系统，该系统由四部分组成，具体包括：

发射系统：由发电机、TXU-30发射机、电流传感器、RXU-TMR控制盒子(控 制器)四部分组成。

采集(接收)系统：由V8主机、RXU-3采集盒子、电极、磁棒、电缆等组 成。

定位系统：利用全球卫星GPS定位系统，控制采集系统与发射系统之间及 V8主机与RXU-3ER采集盒子之间时钟同步。

数据记录处理系统：V8主机、RXU-TMR发射控制盒子、RXU-3ER采集盒子将 所采集的数据保存在CF卡上，由读卡器完成与计算机之间的数据传输。

其中激励场源由发电机供电，由频率控制器控制，通过TXU-30发射机向接 地偶极AB发送交变电源来建立电磁场。测量则在距场源AB相当远的地方、发射 偶极AB中垂线士30o角的扇形区域内进行，测量偶极MN平行于AB,测量电场的 x分量Ex和磁场的y分量Hy。

进一步的，本发明所述的γ能谱测量方法，其特征在于：

γ测量研究的对象主要是天然铀系核素，根据核素的辐射特性，铀系核素 分为铀组和镭组，二组核素的辐射特性如下：

γ射线测量主要是测量镭组核素，镭组核素中²¹⁴Bi放出的γ射线占整个铀 系的85.5％，所以γ射线总量测量的主要对象是²¹⁴Bi。当铀镭平衡破坏，状态 偏铀时，即使介质有较高的铀含量，仪器测得的γ照射量率值也不会高；而状 态偏镭时，即使介质铀含量不高，仪器测得的γ照射量率值也会高，所以在铀 镭平衡状态破坏较严重的情况下，使用γ照射量方法寻找铀矿床的效果不会好。 在铀镭平衡状态破坏的地区，使用γ照射量方法寻找铀矿床时，需配合β射线 测量(铀组β射线占41％)，研究铀镭平衡破坏情况。

α、β、γ三种射线的穿透能力不一样，以γ射线的穿透能力相对较强， 所以γ射线测量广泛应用于野外铀矿找矿工作。但γ射线的穿透力也是有限的， 原则上γ射线测量的应用条件是：覆盖层不发育，露头出露良好。根据分析， γ测量的探测深度相关因素有：(1)矿体的规模及含量；(2)复盖层的密度；(3) 复盖层中有否铀的分散晕以及分散晕的发育程度；(4)测量仪器的灵敏度。

进一步的，所述的土壤天然热释光测量方法；其特征在于：

基本原理：土壤天然热释光方法是指采集地表一定深度的土壤或砂样品，用 高灵敏度的热释光测量装置测量样品中天然矿物在漫长的地质年代内长期接受 放射性核素尤其是氡及其子体的辐射而产生的热释光强度进行找矿的一种方法， 它属于累积测氡方法的范畴，其累积测氡的时间少则几十年，多则几百年，几千 年。所以方法的灵敏度和异常的重现性远比一般累积测氡及其子体方法好。

土壤和砂中含有大量的SiO₂和CaCO₃等具有半导体性质的结晶矿物，这些结 晶矿物都是天然的热释光探测器。由于矿物晶体中存在大量的电子-空穴，在射 线作用下产生电离和激发，使晶体价带中的电子获得能量升到导带，在价带中留 下空穴，电子和空穴被晶体中的缺陷所俘获(图2)，在没有外来能量激发的情 况下，这些电子和空穴可长期留在晶体的缺陷中，随时间的积累，矿物晶体缺陷 中的电子、空穴也不断的积累；由于矿物晶体累积记录天然辐射的时间很长，热 释光测量的异常重复性很好，能够反映较弱的异常信息。对样品加热到一定温度 后，将矿物晶体缺陷中的电子、空穴释放出来，测量加热状态下样品的热释光强 度就可以研究空间辐射场的分布，进行找矿。

土壤天然热释光工作方法，具体为：

(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，但对吐哈盆地戈壁景观 条件，该区主要为风成砂砾，与常规景观条件下的土壤层完全不一样。所以取样 深度经试验确定，经试验确定为50cm，取样点距50米，每个测点取细粒砂80 克。

(2)室内测量，对样品过筛后，用高灵敏度的热释光测量仪器测量样品的热 释光强度(单位：为辐射剂量单位μGy，mGy)。

进一步的，所述²¹⁰Po法，其特征在于：

基本原理：²¹⁰Po法是通过测量岩石或土壤中铀系衰变子体²¹⁰Po(RaF)的α 射线强度寻找铀矿床的一种放射性测量方法。其原理也是利用氡气扩散晕来探测 深部铀矿床，可作如下简述。

铀矿体形成之后，其中一部分氡(²²²Rn)不断地向矿体的周围扩散，最后在 矿体的周围形成一个由近到远的由强渐弱氡的扩散晕圈。它与它的衰变产物²¹⁰Pb (RaD)易形成一个与氡晕处于放射性平衡的²¹⁰Pb扩散晕。尽管靠近地表的氡气 浓度会随气候条件发生波动，但是固态²¹⁰Pb能够保持恒定。因此，²¹⁰Pb在土壤 中的量反映了扩散晕中氡的累积保存过程，示踪了深部的铀矿化。

土壤中的²¹⁰Pb量可通过测定²¹⁰Bi(RaE)的β射线强度或²¹⁰Po的α射线强 度来确定。前者，是一个弱β辐体，目前在技术上测定它仍有一定的困难。而 后者²¹⁰Po(T＝138.4d)是天然放射性铀(²³⁸U)衰变系列中氡(²²²Rn)的第6代 衰变子体²¹⁰Pb(T＝22.3y)的直接衰变产物。它的地球化学性质与²¹⁰Pb一样， 在土壤中不易流失。在盐酸溶液中，²¹⁰Po的标准电极电位为+0.66V，Cu的标准 电极电位为+0.34V，因此，利用²¹⁰Po和Cu在盐酸中的氧化-还原反应，Cu可置 换²¹⁰Po，使²¹⁰Po沉淀在Cu片上而制成用于²¹⁰Po法测量的无载体α源。

另外，在盐酸溶液中，U、Ra、Th、Pb和Bi等元素的标准电极电位都低于 Cu，它们不能象²¹⁰Po那样沉淀在Cu片，使它能很好地与其它放射性核素分离。

此外，²¹⁰Po的同位素的半衰期都比²¹⁰Po短，因此应用这种转换方法，能有 效地排除其它天然放射性元素对²¹⁰Po测量的干扰，能用核仪器方便地测量它在 铜片上的α放射性活度(或计数率)从而捡测地表土壤中核素²¹⁰Po的存在量， 便直接反映了土壤中氡的分布状况。

²¹⁰Po法的工作方法

(1)野外取样该法野外取样应根据土壤地球化学规范(DZ/T 0145-94) 的要求和地质情况、地球物理的特征，按一定的网格进行，一般情况下采取B 层土样(相当于α径迹测量埋杯的深度，约离地表几十厘米)。取样重量，应 不少于50g。由于²¹⁰Po的半衰期较长，因此，要避开近期的人工土、建筑物等开 挖处取样，如路、公路、土坝等。

(2)室内分析和测量室内分析所用试剂为抗坏血酸和盐酸，所用的水一 般是纯净水，也可用自来水或放射性元素含量不超过背景值的河水或井水。

样品的具体分析步骤如下：称取40目3克的土壤样于100毫升的烧杯中， 加入抗坏血酸(VC)0.2-0.5g(视样品的发红程度而定，样品越红，加入的VC 量越多)和预先处理好的带浮圈的铜片(直径Φ为1.5cm)，尔后加入浓度为2 n的HCl溶液20-25ml。然后，把烧杯放入60o水浴锅中，并加盖，在水平振动 摇床上振荡2h左右(如有必要，振荡时间可通过条件试验确定)，同一批样品， 振荡时间应相同。取出Cu片，用水清洗，滤纸吸去水迹，凉干，即成样片。30min 后，用低本底α辐射仪(如WAY-80五通道α测量仪等)测量Cu片正面的α 射线强度，将测量结果表示成计数每小时(计数/小时)。

本发明的有益效果是：(1)研究区基底与盖层电阻率差异大，可依据CSAMT 法推断基底，结合地质条件可进一步推断基底构造、侵入岩体分布；盖层电阻率 差异小，受潜水面影响大，利用CSAMT法对盖层进行分层难度较大；(2)地表 能谱测量与²¹⁰Po测量未发现有价值异常；土壤天然热释光存在较明显异常，依 据前期对氡及其子体运移理论研究并结合地质资料可进行氧化带前锋线推测尝 试；(3)单独利用电阻率信息进行CSAMT法数据解释，无法直接推断矿体与找 矿目标层；(4)推测研究区基底起伏较大，被两个凹陷分为三段；东南端存在 侵入岩体。

附图说明

图1为本发明的CSAMT标量工作方式示意图。

图2为本发明的热释光机理示意图。

图3为本发明的接收机振幅一致性曲线图。

图4为本发明的接收机相位一致性曲线图。

图5为本发明的基底电阻率影响示意图。

图6为本发明的可控源收发距示意图。

图7为本发明的AMTC30磁棒有效频率响示意图。

图8为本发明的电场定义视电阻率示意图。

图9为本发明的三个样品不同粒度热释光强度对比图。

图10为本发明的仪器开门温度对土壤样热释光强度的影响图。

图11为本发明的仪器关门温度对土壤样热释光强度的影响图。

图12为本发明的仪器升温速率对土壤样热释光强度的影响图。

图13为本发明的数据预处理与反演流程图。

图14为本发明的典型测深曲线示意图。

具体实施方式

1、可控源音频大地电磁质量保障：

(1)仪器的标定，在正式开展数据采集前，对V8多功能电法工作站的电流 控制盒、主辅接收机等分别进行了标定。标定的谱曲线规则、光滑，符合相关规 范要求。

(2)仪器的一致性检查，在工作中，每个排列需同时使用两台接收机进行数 据采集，要求两台接收机信号测量的一致性必须满足精度要求。故在正式工作前 进行了主辅接收机的一致性检查工作。从高频至低频共进行了各频点的测量，各 仪器一致性精度见表4-1，一致性检查结果曲线见图3、图4。

表4-1主辅接收机-致性精度统计表

(3)提高可控源音频大地电磁法勘探效果的措施

由地球物理前提分析可知，研究区变质岩与火成岩基底与沉积盖层之间电阻 率差异明显，利用可控源电磁法可实现基底探测，可进一步对铀源区进行推断。 然而盖层沉积岩电阻率很低，如何提高探测深度是研究工作的主要问题之一；目 标砂体与隔水挡板(泥岩)之间电阻率差异不明显，实现砂-泥结构的探测是研 究工作的又难题。为了改善勘探效果，下面通过正演对测量参数进行分析。

①最低频率的选择，最低频率直接关系到勘探深度，根据大地电磁理论，勘 探深度可取电磁波的趋肤深度(公式1)的

如果盖层平均电阻率为6Ω· m，则要取得600米的勘探深度，最低频率为4Hz。

假定基底电阻率稳定，下图5为基底电阻为100Ω·m和1000Ω·m时，大地 电磁测深曲线。由图5可知，视电阻曲线在出现基底信息时，出现一段近似直线 的上升段，其斜率与基底电阻率有关，电阻率越大斜率越大；随频率的降低，视 电阻率逐渐趋近底层电阻率，且基底电阻率越高需要的频率越低。

综合对基底与盖层的探测要求，本次研究作采用0.1Hz作为最低观测频点。

②最佳收发距的选择，可控源音频大地电磁法是在原有音频大地电磁的基础 上引入了人工场源，改善音频大地电磁依靠天然场信号弱的缺点。收发距是指发 射源到观测点的距离。图6为两层模型(第一层电阻率为6Ω·m、厚度为600米， 第二层电阻率100Ω·m、厚度为半无限)不同收发距正演的视电阻率。由图6可 知，当收发距为4公里，曲线在10Hz附近出现过渡带低阻，未完全穿透盖层， 基底信息不足；当收发距为8公里，曲线在2Hz附近出现过渡带低阻，过渡带低 阻出现前，出现了卡尼亚视电阻率由低阻层到高阻层过渡的低阻响应，完全穿透 盖层，基底反映不好；当收发距为16公里，曲线在0.8Hz附近出现过渡带低阻， 过渡带低阻出现前，出现了8公里收发距时相似的低阻到高阻过渡时的低阻响应，随后电阻率出现上升趋势，表明测深曲线完全穿透盖层，对基底有反映增强；当 收距为80公里，曲线在0.1Hz附近出现过渡带低阻，过渡带低阻前出现了较好 的基底有反映；当收距为800公里，最低频率为0.01Hz时，两层曲线较为完整。

足够的收发距可却保数据在远区观测，然而观测区的场强大小随收发距的增 加快速衰减，最佳收发距就是在远区与信号强度之间平衡。结合野外实验，研究 工作采用8.7公里收发距。

③磁棒频率响应不足的处理方法，V8系统进行可控源探测所用的AMTC30磁 棒有效频率响应为1～10⁴Hz，如图7所示。由上分析本区工作有效探测基底低频 需要达到0.1Hz。1Hz为避免磁场的影响，采用电场直接定义视电阻率，图8为 电阻率为8Ω·m的均匀半空间定义结果。由图可见，电场波区定义电阻率，波区 电阻率与均匀背景相同；电场近区定义电阻率约为背景电阻率的一般；在远区电 场定义与卡尼亚电阻率相同。所以利用电场直接定义视电阻率在远区与卡尼亚电 阻率定义类似，并且可以避免磁棒频带响应不足的影响。

④低阻区分层问题，由成矿模式的分析可知，对盖层进行层位划分具有重要 意义。然而盖层整体电阻率较低，层位间电阻率差异不大且电性层位多、厚度不 大，低阻盖层分层成为可控源方法的主要难题。

为实现盖层的分层，需要研究新的数据处理手段。实现盖层分的关键是对弱 电阻率差异界面时行识别。本次工作，分别采用一维OCCAM反演电阻率垂向导数 和“拟地震”表示法，进行盖层分层的研究。

“拟地震”表示法，是为了突出电阻率变化界面，假定电阻率变化界面为 弹性波波阻抗界面，通过引入假定的地震子波与反射界面的反射系数进行褶积， 最终得到的类地震的波形表示方法。得到地震表示后可进一步采用增益弱反射信 息，提高对盖层的分层能力。

2、γ能谱测量测量时间选择，测量时间取决于介质的放射性强弱和所要求 的测量精度。Lovborg和Mose(1987)研究并给出了在10％误差下，岩石中各种 K、U、Th比值时的测量计数时间。如对于采用350cm³NaI(Tl)晶体的谱仪，测 量高放射性活度的岩石、土壤时，测量时间可以选取2分钟，而测量低放射性活 度的岩石、土壤时，测量时间则可选择6分钟。

3、土壤天然热释光最佳测量参数

天然热释光法以天然矿物作为热释光探测器，从一级动力学模型公式

可以看出，升温速率、加热温 度范围等参数将直接影响实测的热释光强度，为此，项目组对样品粒度、升温速 率、加热温度、辐射剂量等一系列参数进行了实验研究。

(1)热释光强度与样品粒度的关系，研究土壤热释光强度与粒度关系的目 的是为实际应用确定最佳测试粒度，图9是实验研究结果，根据试验研究结果， 综合考虑各种因素，建议砂岩型铀矿地区土壤样品的热释光测量粒度应选择80 目进行。

(2)热释光强度与仪器升温区间的关系，热释光发光曲线中峰位的数目、 发光峰极大值对应的温度主要取决于发光矿物的特性，通过前几年研究工作表明， 内蒙古东胜地区土壤样品的发光区间为300～360℃，为进一步研究升温区间对热 释光强度的影响，项目组对该地区土壤样品测试升温区间的选定进行了研究，研 究结果如图10和图11所示，由图可以看出，50℃和400℃分别为砂岩型铀矿 地区土壤热释光测量的最佳开门温度和最佳关门温度。

(3)热释光强度与仪器升温速率的关系，图12是确定最佳升温速率的实验 结果，由研究结果可以看出该地区土壤样热释光测量的最佳升温速率为6℃/S。

(4)发光曲线与升温速率的关系，不同的升温速率将导致热释光发光曲线 发光峰峰位的位移，随着升温速率的变大，热释光发光曲线峰位的位置向温度升 高的方向发生偏移，并且发光峰的极大值随着升温速率的增大而增大。研究结果 表明过低的升温速率影响测量的工作效率，而升温速率太快又会降低发光峰的面 积，同时也会影响仪器的正常使用。

综合上述实验研究结果表明，在不同的参数条件下测量，热释光强度和发光 曲线都会发生一定变化的特点，根据不同地区的岩性特征，考虑到地区热释光曲 线的可比性和工作效率，对每个地区进行热释光测量之前，最好先做一些试验研 究以确定最佳测试条件，同时要求对同一地区的所有样品应保证同一测试条件。

数据质量评价

野外数据采集期间，进行了相同仪器、不同操作员、不同时间的质量检查工 作。其中，测地共实施质量检查点145个，检查点占测点总数的11.1％；CSAMT 法质量共实施质量检查点49个，检查点占测点总数的5.7％；地表放射性测量共 实施质量检查点19个，检查点占测点总数的4.3％。检查工作量达到相关规范要 求。

4、CSAMT数据处理，数据处理采用加拿大phoenix地球物理公司V8系统预 处理软件的CMTPro与WesternGeco开发地球物理综合处理软件Winglink。 Winglink软件，具有重力、磁法、(音)大地电磁、可探源音频大地电磁等资料 的处理能力，可控源音频大地电磁数据处理包括数据整理静态效应校正、全区电 阻率定义、一维反演、二维反演。数据预处理与反演流程如图13所示。

5、地面放射性物化探资料处理，本次开展的地面γ能谱测量、土壤天然热 释光及²¹⁰Po测量均属与地面放射性物化探方法，数据处理方法相似，包括资整 理、本底和均方差的确定，以及各种物探成果图件的绘制等。

资整理，主要是对数据进行单位换算、平滑、计算数据均值与方差等；绘制 成果图件，包括剖面图及剖面平面图等。

6、CSAMT资料解释，研究区CSAMT法视电阻率测深曲线类型简单，一般为H 型曲线。高频段电阻率较高阻(12～40Ω·m)，当频率由高频向低频变化时，视 电阻率稳慢下降，达到最小极(约为几个Ω·m)后快速上升，低频高阻(10～n ×10²Ω·m)，典型曲线见图14。

一维与二维反演结果吻合，反演电阻率略有差异。反演断面，由浅入深电阻 率呈高-低-高变化，表现为三层电性结构。上部高阻，电阻率10～20Ω·m，底 界面深度<100米，界面平直；中间低阻，电阻率10～20Ω·m，底界面深度200～ 1000米，起伏大；底层电阻率变化较大，30～n×103Ω·m，最高电阻率出现在 测区东南端。

结合地质条件，推断：

(1)受潜水面影响，盖层电阻率表现为近地表高、潜水面下低。

(2)基底与盖层电阻率差异明显，界面清楚；基底起伏较大，被两个凹陷 分为三段。

(3)东南端存在侵入岩体。

(4)根据凹陷向深部延深情况，推测基底部位存在断裂构造。

7、地表放射性资料解释

地表γ能谱测量U、Th道及²¹⁰Po测量，各测线均未见异常；C-C’线γ能 谱测量K道和总道在测线19606300～19606600米存在高值异常；土壤天然热释 光曲线异常明显。

Claims (1)

1.一种行之有效的找800米以内浅砂岩型铀矿地球物理方法，包括四个方法，方法一为可控源音频大地电磁法，方法二为γ能谱测量方法，方法三为土壤天然热释光测量方法，方法四为²¹⁰Po法；其特征在于：其中可控源音频大地电磁法能有效识别800米以内浅的砂岩、泥岩的组合特征，勾画储矿砂体；γ能谱测量和²¹⁰Po的组合应用能有效圈定放射性异常范围；天然热释光的两高加一低的形态能圈定矿体；组合为砂体-异常-矿体的递进，四个方法的组合能够有效寻找800米以内浅砂岩型铀矿；其中，所述可控源音频大地电磁法质量保障包括如下：

(1)仪器的标定，在正式开展数据采集前，对V8多功能电法工作站的电流控制盒、主辅接收机分别进行标定；

(2)仪器的一致性检查，每个排列需同时使用两台接收机进行数据采集，要求两台接收机信号测量的一致性必须满足精度要求；

(3)提高可控源音频大地电磁法勘探效果，通过正演对测量参数进行分析：

①最低频率的选择，最低频率直接关系到勘探深度，根据大地电磁理论，勘探深度取电 磁波的趋肤深度

的

，其中，ρ为电阻率，f为频率，视电阻率曲线在出现基 底信息时，出现一段近似直线的上升段，其斜率与基底电阻率有关，电阻率越大斜率越大； 随频率的降低，视电阻率逐渐趋近底层电阻率，且基底电阻率越高需要的频率越低；综合对 基底与盖层的探测要求，采用0.1Hz作为最低观测频点；

②最佳收发距的选择，足够的收发距可确保数据在远区观测，然而观测区的场强大小随收发距的增加快速衰减，最佳收发距就是在远区与信号强度之间平衡，采用8.7公里收发距；

③磁棒频率响应不足的处理方法，V8系统进行可控源音频大地电磁法探测所用的AMTC30磁棒有效频率响应为1～10⁴Hz，有效探测基底低频需要达到0.1Hz；为避免磁场的影响，采用电场直接定义视电阻率，电场波区定义电阻率，波区电阻率与均匀背景相同；电场近区定义电阻率为背景电阻率的一半；在远区电场定义电阻率与卡尼亚电阻率相同，以避免磁棒频带响应不足的影响；

④低阻区分层问题，由成矿模式的分析可知，对盖层进行层位划分具有重要意义；然而盖层整体电阻率较低，层位间电阻率差异不大且电性层位多、厚度不大，低阻区盖层分层成为可控源音频大地电磁法的主要难题；分别采用一维OCCAM反演电阻率垂向导数 和“拟地震”表示法，进行盖层分层的研究；“拟地震”表示法，是为了突出电阻率变化界面，假定电阻率变化界面为弹性波波阻抗界面，通过引入假定的地震子波与反射界面的反射系数进行褶积，最终得到的类地震的波形表示方法；

所述γ能谱测量方法，测量高放射性活度的岩石、土壤时，测量时间选取2分钟，而测量低放射性活度的岩石、土壤时，测量时间则选择6分钟；

γ射线测量主要是测量镭组核素，镭组核素中²¹⁴Bi放出的γ射线占整个铀系的85.5%，γ射线总量测量的主要对象是²¹⁴Bi；

在铀镭平衡状态破坏的地区，使用γ照射量方法寻找铀矿床时，需配合β射线测量，研究铀镭平衡状态破坏情况。

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