铀矿勘查中航放信息提取技术应用研究.pdf

第 40 卷 第 2 期2024年 3月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.2Mar.2024铀矿勘查中航放信息提取技术应用研究杨龙泉1，赵丹1，刘俊峰2，李必红1（1.核工业北京地质研究院 中核集团铀矿资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029；2.湖南省核地质调查所，湖南 长沙 410007）摘要 航空伽马能谱测量（简称航放测量）是一种快速有效勘查隐伏铀矿的勘探方法。相比于裸露于地表附近的铀矿体，隐伏铀矿体在地表引起的矿致异常信息相对较弱。为了提取深部铀矿在地表产生的弱异常信息，文章以相山铀矿田为例采用铀变异系数、航放参数 F、铀富集系数、元素含量与面积（CA）分形 4种方法，对相山铀矿田航放测量数据（15万）进行成矿信息提取，运用打分综合信息定量法对相山铀矿田进行了成矿预测。预测结果显示，航放综合信息异常与已知矿体位置吻合度较高，对已知矿床判断的正确率为 76.4%，为铀矿勘查中航放信息有效提取提供了技术指导，具有一定的实用价值。关键词 航空伽马能谱测量；铀矿勘查；信息提取技术文章编号 1000-0658(2024)02-0352-07 中图分类号 P631.6 文献标志码 A核能是一种经济、高效、安全的清洁能源，是人类应对气候变化非常重要的能源选择，也是实现“碳中和”目标重要选项。铀矿资源是核能发展重要的保障资源，但我国部分铀矿基地资源已被高度开采，因此亟需寻找新的铀资源。为了开发深部铀矿资源，迫切需要进行深部铀矿探测技术攻关和成矿潜力评价，用于探测深部铀资源1。航空伽马能谱测量是将航空伽马能谱仪安装在飞机或其他飞行器上，测量空中伽马射线能谱，从而计算地表介质中放射性元素钾、铀和钍含量的测量方法2，简称航放测量。航放测量的结果是热液型铀矿勘查及铀矿资源潜力评价中最直接、有效的物探数据，蕴含丰富的深部铀矿化信息3-4。为了在新一轮深部铀资源预测中发挥更重要作用，如何对航放测量数据进行有效的铀成矿信息提取是铀资源预测评价的关键。本文采用铀变异系数、航放参数 F、铀富集系数、元素含量与面积（CA）分形 4 种方法，以相山铀矿田为例对航放测量数据（1：5 万）进行处理，根据处理结果与已知铀矿床对应关系建立了相山铀矿田的航放找矿标志。运用打分综合信息定量预测法完成了相山铀矿田的铀成矿潜力预测。1 相山铀矿田地质概况相山铀矿田位于赣杭火山岩铀成矿带的南西段，古生代处在扬子准地块与华南褶皱系的过渡部位，相山盆地岩浆活动及构造演化受抚州-永丰区域深大断裂控制。相山盆地总体上为三层结构：基底为上三叠含燧石石英砂岩夹碳质页岩、中元古界变质岩系和部分下石炭统砂岩，下白垩统火山岩角度不整合覆盖于基底之上，在盆地北西侧上白垩统红层覆盖于火山岩之上5。相山盆地构造由基底构造和盖层构造组成，盖层构造主要由火山构造和北北东、北西及南北向断裂带构成6。盆地构造演化及岩浆活动主要受抚州-永丰区域深大断裂控制7；铀多金属矿化主要受断裂构造、火山构造和次火山岩控制；基底构造主要由东西向展布的罗陂-沙洲褶皱带、戴坊-凤岗断陷带和北西、北东、东西、南北向等断裂带构成8-15。DOI：10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.031基金项目 中核集团集中研发“第四代铀矿勘查关键技术研究与示范（第一阶段）”项目（编号：中核科发2021-143号）；国家重点研发计划（编号：2017YFC0602600）；湖南省地质院科研基金（编号：HNGSTP202207）联合资助。收稿日期 2023-02-28 改回日期 2023-11-11作者简介 杨龙泉（1987），男，高级工程师，硕士，主要从事核地球物理勘探研究。E-mail：杨龙泉杨龙泉，等：铀矿勘查中航放信息提取技术应用研究第 2期2 航放数据处理方法及原理2.1 航放铀变异系数航放铀变异系数是统计单元内铀含量均方差的值与统计单元内铀含量平均值的比值，值大小主要反映的是研究区内铀元素的不均匀性及地球化学活动程度。航放铀变异系数的数学表达式为：UCV=U-U（1）式中：UCV为航放变异系数，10-2；U为统计单元内铀含 量 均 方 差，10-6；U为 统 计 单 元 内 铀 含 量 平 均值，10-6。2.2 航放参数 F航放参数 F在热液型铀矿勘查中具有对岩石的蚀变程度有很好的指示作用，其值越大表明岩石蚀变程度越强，反之亦然，其数学表达式为：F=U K/Th（2）式中：U 为统计单元内铀的含量，10-6；Th 为统计单元内钍的含量，10-6；K为统计单元内钾的含量，%。2.3 铀富集系数铀 富 集 系 数 对 铀 的 富 集 度 有 很 好 的 指 示 作用3，其数学表达式为：UC=3U(Th K)（3）式中：UC为铀富集系数，10-6；U、Th为统计单元内铀、钍含量的标准差，10-6；Th为统计窗口内钾的含量的标准差，%。2.4 元素含量与面积（CA）分形CA分形方法对元素含量的分布频率和空间变化性、形态的自相似性、异常的空间形态和随尺度的变化性等都有较好的指示作用，利用该方法对航测铀含量数据进行处理，可分离出与铀成矿有关的异常信息。元素含量与面积的分形模型满足下面关系12：A(C K)K-（4）式中：表示成正比的意思，C 表示空间中的元素含量，A（CK）表示元素含量大于某一值 K 的等值线所围成的面积。A（CK）随 K变化的规律取决于指数 的大小，在背景值和异常值范围，这种变化对应不同的 值。3 航空信息提取技术在相山铀矿田应用3.1 相山铀矿田航放基本信息特征从相山铀矿田航测铀、钍、钾含量等值线平面图可以看出（图 1、2、3），区内放射场的变化主要受地表岩性控制。航测铀、钍、钾含量的变化与地表地层出露情况有良好的对应。相山盆地主要分布有上侏罗统打鼓顶组（J3d）和鹅湖岭组（J3e）酸性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩，航测铀含量一般为（3.635.78）10-6，区内已知铀矿床主要分布于该区 域。研 究 区 航 测 铀 含 量 分 布 变 化 较 大，大 于3.0910-6的背景场呈近东西向椭圆状分布，偏高-高值区主要分布于盆地西部、北部和东南部，在盆地中部相山与芙蓉山之间出现一组走向北西的偏高与偏低场相间排列的异常带，相山-芙蓉山的东南部，为一北东向的钾高场带；航测钾含量分布不均匀，总体呈高值，大于 1.6%的背景场呈椭圆形分布，偏高场沿盆缘呈不连续环状分布，环内以相山主峰处高钾异常为内核，向外围形成以低值及偏高值构成的变化较大的内、外环；铀矿床主要分布于北部低钾区和西部偏高值区。航测钍元素的分布与钾元素的分布特征基本一致，呈环带状，铀矿床分布于北部低钍区和西部偏高值区。3.2 相山铀矿田航放提取信息特征分析航放铀变异系数是统计单元内各个测点的铀含量值与其平均值的相对偏离程度的参数，其数值大小主要反映的是研究区内铀元素的不均匀性。在岩石蚀变过程中，各种矿物之间的放射性元素常常要发生再分配，会导致岩石中铀的变异系数值的升高。从相山铀矿田航测铀变异系数平面等值图中可以看出（图 4a），盆地内大多数已知铀矿体主要位于铀变异系数大于 0.1410-2周边 500 m范围内。航放参数 F 可以作为指示蚀变作用的灵敏参数，用来估算岩石的蚀变程度，对蚀变作用下的次生富集有指示作用。李子颖等1通过对我国主要火山岩型铀矿的围岩蚀变的研究，认为在区域、矿田和矿床范围内，存在明显的下碱上酸的垂向分带性。大型铀矿床通常形成于大规模热液蚀变作用的伴生下，因此热液蚀变带不仅是铀成矿作用的必然产物，也是判定区域是否可能形成大型铀矿的重要成矿标志。从相山盆地航放参数 F等值图中可以看出（图 4b），大多数的已知铀矿床位于航测参数 F大于 0.4610-2的范围内。放射性元素的各种比值是伽马能谱数据处理及解释中的一组重要参数，一般情况下，铀、钍和钾元素的含量在许多类型的岩石中保持在一定数值范围内，且各元素含量之间存在着相关关系，仅在 353铀 矿 地 质第 40 卷特殊情况下，某种放射性元素会出现相对富集或贫化，如晚期热液条件下或地表浅成热水条件下，U与Th、K 分离沉淀。放射性元素比值的变化可能指示蚀变、矿化等特殊地质作用过程，富集系数可以突出铀富集区域。从相山盆地航测铀富集系数平面等值图可以看出（图 4c），已知铀矿体基本上位于铀富集系数大于 4.6610-6或者大于 4.6610-6周边500 m以内。在本次研究中，首先将全区分成若干个子区，然后利用 CA分形方法确定出各个子区的异常下限值，再经空间插值得到全区异常下限值的网格数据，最后划分出全区的异常场与背景场。从相山盆地航测铀CA异常平面等值图中可以看出（图 4d），盆地内大多数已知铀矿体主要位于铀CA信息大于0.26的范围内。图 1 相山铀矿田航测铀含量平面等值图Fig.1 Contour map of aerial uranium content in Xiangshan uranium ore field图 2 相山铀矿田航测钍含量平面等值图Fig.2 Contour map of aerial thorium content in Xiangshan uranium ore field 354杨龙泉，等：铀矿勘查中航放信息提取技术应用研究第 2期图 3 相山铀矿田航测钾含量平面等值图Fig.3 Contour map of aerial potassium content in Xiangshan uranium ore field图 4 相山铀矿田航放信息提取结果Fig.4 Map showing results of aero-radioactive information extraction in Xiangshan uranium ore fielda铀变异系数等值图；b航放参数 F等值图；c铀富集系数等值图；d铀 CA分形异常等值图。355铀 矿 地 质第 40 卷3.3 航放信息综合分析与成矿潜力预测本文采用打分综合信息定量预测法对相山铀矿田进行铀成矿潜力预测。该方法通过处理后的航放信息异常区与铀矿体投影面进行对比分析，以放射性异常和铀矿体投影面重叠区与铀矿体面的比值为打分值（表 1），根据打分值选择分值较高的几个图层进行集成，按照公式（5）标准将各待集成信息图层栅格数据归一化在 0，1 区间内，再按公式（6）进行集成，根据所得结果成图进行铀成矿潜力评价。表 1 航放信息异常和铀矿体面重叠区与铀矿体面比值统计表Table 1 Statistics on aero-radioactive abnormal information and the area ratio of abnormal overlapping to ore-body 序号12345方法航放铀含量航放铀变异系数航放参数 F航放铀富集系数航放铀 CA异常打分值（比值）0.620.560.640.470.56Xi=xi-xminxmax-xmin（5）式中：xi表示信息图层对应的每个数值；Xi表示综合信息图层对应的栅格数值，i=1，2，3，；xmax、xmin表示信息图层对应的最大值和最小值。Li=j=1n(kj Xi，j)（6）式中：Li表示集成后的数值，i=1，2，3，n；kj表示选择的第 j 信息图层的打分值，j=1，2，3，4，5；Xi，j表示第 i个栅格 j列信息的数值。根据表 1，选取航放铀含量、航放铀变异系数、航放参数 F、航放铀富集系数、航放铀 CA异常 5个参数进行集成，获得航放综合信息异常等值图（图 5）。综合信息异常平均值为 0.51，均方差为 0.18，取均值加一倍均方差 0.69 为异常下限，可以看出已知矿体位置与综合信息异常吻合度较高，对已知矿床判断的正确率为 76.4%，说明基于航放数据提取的综合信息异常法可靠有效。除了已知矿床外，邹家山矿区北部、河元背矿区北部、来家及东塘均有较高的综合信息的异常，推测有较好的铀成矿潜力。图 5 相山铀矿田航放综合信息异常图Fig.5 Anomaly map of comprehensive aero-radioactive information in Xiangshan uranium ore field4 结论1）本文采用铀变异系数、航放参数 F、铀富集系数、元素含量与面积（CA）分形 4 种方法，对相山铀矿田航放测量数据（1：5 万）进行成矿信息提取，结果表明已知铀矿体主要位于铀变异系数大于0.1410-2周边 500 m 范围内，航测参数 F 大于 0.4610-2的范围内，铀富集系数大于 4.6610-6周边 500 m 以内，356杨龙泉，等：铀矿勘查中航放信息提取技术应用研究第 2期铀 CA信息大于 0.26的范围内。2）基于铀变异系数、航放 F 参数、铀富集系数、元素含量与面积（CA）分形 4 种航放信息提取方法，运用打分法综合信息定量法对相山铀矿田地区进行了成矿预测。航放综合信息异常与已知矿体位置吻合度较高，对研究区已知矿床判断的正确率为76.4%。根据综合信息异常结果预测邹家山矿区北部、河元背矿区北部、来家及东塘等地区均有较好的铀成矿潜力。该预测方法对热液型铀矿勘查中航放信息的利用有一定的借鉴意义。参考文献1 李子颖，黄志章，李秀珍，等.相山火成岩与铀成矿作用M 北京：地质出版社，2014：1-3242 熊超.航空伽玛能谱异常信息提取方法研究 D.成都：成都理工大学，2016.XIONG Chao.The research on anomaly information extraction method of Airborne gamma-ray spectrum surveyD.Chengdu：Chengdu University of Technology，2016（in Chinese）.3 柯丹，韩绍阳，侯惠群，等.花岗岩型铀矿勘查中航放信息的提取与综合 J.铀矿地质，2009，25（6）：349-354.KE Dan，HAN Shaoyang，HOU Huiqun，et al.Aero-radioactive information extraction and integrationfor the exploration of granite-type uranium deposits J.Uranium 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Bihong1（1.CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China；2.Hunan Institute of Nuclear Geological Survey，Changsha，Hunan 410007，China）Abstract：Airborne gamma-ray spectrometry survey is a quick and effective exploration method to find hidden uranium deposits.Compared with uranium ore bodies exposed near the surface,the information of ore-induced anomalies caused by concealed uranium ore bodies is relatively weak on the surface.In order to extract the weak anomaly information generated by deep buried uranium deposits on the surface,airborne survey data(1 50,000)of Xiangshan uranium ore field the were used to extract the weak anomaly information related to mineralization in four indicators:uranium variation coefficient,airborne F parameters,uranium enrichment coefficient,element content and area(CA)fractal.Then the scoring method is used to perform the mineralization prediction in the Xiangshan uranium ore field using the comprehensive information quantitative method.The prediction result shows that the comprehensive information anomalies of the airborne gamma spectrometry are in good agreement with the known ore body s positions,and the correct rate of judging of the known ore deposits is 76.4%.Therefore,the presented technology provided a valuable reference for uranium exploration.Keywords：airborne gamma spectrum；uranium exploration；information extraction 358