目前,国内铀矿勘查重点领域已由前期的热液型铀矿勘查领域转为相对经济环保的砂岩型铀矿勘查领域,但砂岩型铀矿由于具有独特的成矿机制,矿产埋藏深、使得传统的化探、放射性勘查方法收效甚微,急需一种能够对深部铀矿信息指示灵敏的勘查技术。对于砂岩型铀矿这类的隐伏型铀矿产,矿床上方的表层土壤在沉积之前,受光、热事件等的影响导致其积累的释光信号被清零或降低到可忽略的水平,被掩埋后开始积累释光信号,其不仅受环境、宇宙射线的辐射作用,同样也会受到产自铀矿床的中间子体222Rn和210Pb等放射性核素的辐射作用。因此,在理论上,隐伏铀矿区域的土壤等效剂量应在铀矿体赋存区域周围存在异常分布,此为释光方法(包括光释光、热释光)应用于砂岩型铀矿勘查的理论基础。因释光法属于累积测氡法的范畴,具有累积测量时间长、灵敏度高以及环境因素干扰小的特点,国内铀矿勘探领域已广泛利用土壤矿物的热释光信号特征来指示深部隐伏铀矿体。
相对热释光测量方法,光释光测量方法可通过改变激发光源的波长选取不同的释光信号进行激发和探测,测量准确度可大幅提升,且具有激发过程快,测量效率高的优势。因此,光释光测量方法是一种潜在的高效矿产勘查技术。然而,土壤光释光测量方法主要应用于地质年代测定领域,对使用人员的技术水平及样品采集规范流程要求较为严格,使得其未能广泛应用于矿产勘查领域。
目前光释光技术主要用于第四系沉积物的年代测量,应用于地质环境、地质构造和考古等研究领域,其测量方法和测试技术是国内外学者研究的热点,建立了多种测量方法与测试流程,主要包括多片再生剂量法(SCG)、单片再生剂量法(SAR)和热转移回授光释光测年法(TT-OSL)等。上述相关测量技术的目标在于环境本底所致等效剂量的准确测量,因此在土壤样品处理和测试方法均针对单一的特定释光矿物(如:石英、钾长石等),在砂岩型铀矿勘查中操作复杂、效率较低,使得该测试技术未能在铀矿勘查中得到广泛应用。
现有的光释光测量方法应用于砂岩型铀矿勘查中具有的缺点如下:
1、现有光释光测量技术中土壤样品制备流程为提取土壤样品中的石英矿物,需通过化学处理从土壤样品中分离出中颗粒(38-63μm)或粗颗粒(90-120μm)石英矿物成分作为光释光测量对象,且化学处理流程复杂、样品处理周期较长,无法满足砂岩型铀矿勘探中大批量样品的测试需求。
2、现有的光释光测量技术中光释光信号的测量流程与测量参数均以石英矿物为测量对象展开设定,无法满足砂岩型铀矿土壤释光勘查的测量需求,不能保证铀矿勘查应用对铀矿化体指示的灵敏度,从而导致勘查测量土壤样品的相对释光强度/等效剂量变化并不明显。
一种砂岩型铀矿勘查的土壤光释光等效剂量测量方法,该方法以石英长石混合矿物作为土壤光释光测量对象,能够简化光释光测量过程中土壤样品制备的化学处理流程,缩短样品处理周期,大幅提升土壤光释光测量效率,满足砂岩型铀矿勘探中大批量样品的测量需求。
一种砂岩型铀矿勘查的土壤光释光等效剂量测量步骤:
步骤1、制备砂岩型铀矿表层土壤样品,作为待测样品;
步骤1.1、选取待测土壤,进行烘干、一次粒径筛分中去除粒径>300μm的土壤样品和植物根茎;
步骤1.2、采用10%-稀盐酸试剂去除土壤样品中的碳酸岩矿物;
步骤1.3、采用30%-过氧化氢液体去除土壤样品中的有机质;
步骤1.4、对去除碳酸岩矿物和有机质的土壤样品进行二次粒径筛分,二次粒径筛分中选取粒径为38-60μm或90-120μm的土壤样品。。
步骤2、测量样品光释光,获得样品光释光标准剂量生长曲线;
步骤2.1、选取制备的待测样品,放入土壤光释光测量仪中;
步骤2.2、待测样品使用土壤光释光测量仪进光释光激发,清除原有剂量信息;测量参数为:测量温度260℃,光释光激发50-60s。
步骤2.3、将待测样品放入标准辐照场中,辐照再生剂量R1;
步骤2.4、预热温度为120~150℃,升温速率为5℃/s,恒温时间为10s,用于去除热不稳定的光释光信号;随后使用IR激发光源在室温下激发60s,用于去除长石矿物中易于异常衰退的光释光信号。
步骤2.5、测量参数:加热温度为120~150℃,升温速率为5℃/s;同时进行光释光测量,测量时间为40s,并记录待测样品光释光信号计数L1。
步骤2.6、将测量后的待测样品放入标准辐照场中,辐照试验剂量T;
步骤2.7、将辐照试验剂量后待测样品按照步骤2.3-2.5用土壤光释光测量仪进行光释光测量,并记录待测样品在辐照该试验剂量下的光释光计数T1;
步骤2.8、重复步骤2.3-2.7,循环4次,再生剂量依次辐照R2、R3、R4、R5,并记录下相应的光释光信号计数L2、L3、L4、L5,试验剂量T保持不变,并记录下每次测量辐照试验剂量下的光释光计数T2、T3、T4、T5;
步骤2.9、分别计算出每个待测样品的L/T,即L1/T1、L2/T2、L3/T3、L4/T4、L5/T5,将计算出的L/T及与之对应的再生剂量R,即R1、R2、R3、R4、R5,投影到以L/T为纵坐标,再生剂量R为横坐标的坐标系中,并使用最小二乘法拟合出该批次待测样品光释光标准剂量生长曲线。
步骤3、测量样品光释光,获得砂岩型铀矿土壤的光释光等效剂量。
步骤3.1、选取制备的待测样品,放入土壤光释光测量仪中;
步骤3.2、预热温度为120~150℃,升温速率为5℃/s,恒温时间为10s,用于去除热不稳定的光释光信号;随后使用IR激发光源在室温下激发60s,去除长石矿物中易于异常衰退的光释光信号。
步骤3.3、测量参数:加热温度为120~150℃,升温速率为5℃/s;同时进行光释光测量,测量时间为40s,并记录待测样品光释光信号计数LN。
步骤3.4、将测量后的待测样品放入标准辐照场中,辐照试验剂量T;
步骤3.5、将辐照试验剂量后待测样品按照步骤3.3-3.5用土壤光释光测量仪进行光释光测量,并记录待测样品在辐照该试验剂量下的光释光计数TN;
步骤3.6、根据步骤3.3和步骤3.5测量的LN和TN值,计算出LN/TN,将LN/TN使用插值法代入待测样品光释光标准剂量生长曲线,求出LN/TN对应的等效剂量。