李必紅

（核工業(yè)北京地質研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029）

我國鈾礦核物探發(fā)展與未來

李必紅

（核工業(yè)北京地質研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029）

簡述了核物探概念、發(fā)展歷程和未來前景。從方法原理、采集儀器、數據處理、解釋和應用領域等方面，介紹了γ能譜、氡及其子體方法技術、X熒光技術、核磁共振技術、中子技術和中微子技術現狀與展望。 提出了 “α＋γ”、 “α＋β＋γ”、 “核物探＋核化探”、 “核物探+普通物探” 組合找礦模式及綜合信息找礦模式，并通過應用實例分析了找礦模式應用效果。

核物探；γ能譜；氡及其子體；組合找礦模式

核物探是由核技術在地學中的應用而形成的一門學科，早期稱之為放射性地球物理勘探（簡稱放射性物探）［1］，它是利用巖石的放射性物理性質尋找放射性礦產的一種方法技術。

1 核物探發(fā)展概述

核物探的發(fā)展離不開鈾礦需求，鈾是重要的核燃料，鈾礦資源是核能可持續(xù)發(fā)展的重要保障。全球陸地淺層鈾礦已基本探明，深部鈾礦勘查需要更高的技術手段，核物探必須改變以前的找礦模式以適應新的需求。其發(fā)展按時間段大致經歷如下6個階段［2］。

（1）20世紀50年代，起步階段。主要是方法技術的引進、消化和吸收。首先用于鈾礦的普查與勘探，同時，用于水文地質和工程地質方面，以及油、氣田和煤田測井中的人工放射性地球物理勘查。

（2）20世紀60年代，自主創(chuàng)新階段。主要是在毛澤東思想指導下，堅持走獨立自主、自力更生的道路，方法技術日趨完善，并有所發(fā)展。

（3）20世紀70年代，飛速發(fā)展階段。主攻方向是尋找深部盲礦體和戰(zhàn)略選區(qū)，γ能譜測量由實驗研究階段走向實際應用，氡及其子體方法迅速發(fā)展， “空中-地面-井下”各種類型的儀器校準模型建成。

（4）20世紀80年代，全面發(fā)展階段。由戰(zhàn)術研究發(fā)展到戰(zhàn)略選區(qū)研究，核物探處于多方法、多領域的應用階段。

（5）20世紀90年代，低緩發(fā)展階段。由于鈾礦勘探經費投入不足，核物探相關生產研究進步較慢。

（6）2000～2010年，再次發(fā)展階段。由于國際鈾價影響及核工業(yè)、軍工業(yè)的崛起，特別是核電站的發(fā)展，找鈾熱再起，鈾勘查從國內走向國際，核物探主要還是測氡和γ能譜技術。

2 核物探發(fā)展現狀

我國核物探經歷了60 a的發(fā)展，在總體上不斷發(fā)展壯大，方法技術由單一走向綜合，應用由單領域走向多領域。不光是單一的放射性礦產領域，還用于非放射性礦產領域，如：金、銀、銅、鉛、鋅等多金屬，磷、稀有、稀土金屬及石油、天然氣等，在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境等領域也均有應用。特別是環(huán)境輻射監(jiān)測領域異軍突起，各類輕便新儀器不斷出現，空間由地面走向 “空-地-井”、從一維走向三維，儀器、數據采集、數據處理和解釋等技術水平不斷提高。

2.1 γ測量技術

γ測量按測量方式可分為航天、航空、地面、坑中、井中、水底、海底和室內等；按道址可分為γ總量測量和γ能譜測量。

γ總量測量是測量介質γ射線強度 （或照射量率）來進行生產和研究。γ能譜測量是利用γ能譜儀器測定放射性核素產生的γ射線，并根據核素γ射線能量特征來確定核素活度或其含量的方法。γ測量在放射性礦產地質普查及輻射環(huán)境監(jiān)測領域中有著廣泛的應用。在鈾礦找礦工作中，γ總量測量的主要任務是在分析研究區(qū)域地質背景和成礦地質條件的基礎上，通過系統測定各地質體巖石γ照射量率尋找異常點、帶，研究γ場特征及其與鈾礦化的關系，從而評價區(qū)域鈾礦產資源和尋找具有經濟價值的鈾礦床。γ能譜測量主要是應用γ能譜儀探測天然放射性核素鉀 （40K）、鈾系列（214Bi）和釷系列（208Tl）輻射出的 γ 射線， 根據各種輻射體特征γ射線 （40K——1.46 MeV、214Bi——1.764 MeV、208Tl——2.614 MeV）的強弱換算成鉀、鈾和釷元素的含量。γ能譜信息是根據 γ譜計算出放射性核素信息，廣義上也包括元素比值、元素組合等信息。γ能譜數據覆蓋全國大部分地區(qū)，但仍存在空白區(qū)，其地面γ能譜、井中γ能譜測量工作程度均較低。攻深找盲是當前鈾礦找礦的熱點，γ能譜表征表層γ射線信息和深部隱伏較弱信息，技術發(fā)展還有待提高。

γ測量技術發(fā)展主要表現在儀器上，（1）表現在新型探測器應用，主要在以下3方面發(fā)展： 半導體探測器（高純鍺 HPGe、 Ge（Li））、無機閃爍體 探 測 器 （NaI、 CsI、 BGO、 LaBr3）和有機（塑料）探測器，其中高純鍺等半導體探測器由液氮制冷向電制冷、單探頭向多探頭方向發(fā)展，無機閃爍體探測器的鍺酸鉍晶體在能譜測井儀中的應用較廣，溴化鑭晶體應用還處于研究階段。（2）表現在總道、4道發(fā)展到全譜測量，總道測量主要儀器有國產的FD-3013、FD-803A，美國的GR-101A、GR-110等便攜式輻射儀及國產的FD-61K、FD-3019測井儀，美國的MOUNT綜合測井儀；四道能譜儀器主要有國產的FD-3022、加拿大的GAD-6、美國的GR-410等；多道能譜儀器主要有加拿大的GR320地面能譜儀、GR660車載γ能譜儀、GR820航空γ能譜儀，美國生產的DigiDART便攜式γ能譜儀、高純鍺γ能譜儀器及國產的HD-2002便攜式γ能譜儀、HD-4002B型1024道 γ能譜測井儀、GRS-863航空 γ能譜儀等。（3）儀器向多功能、智能化、小型化發(fā)展。

方法技術也不斷提高，特別是在航空γ能譜測量方法技術方面，表現在以下幾個方面：（1）儀器校準和本底消除方法研究，基本建立固定和移動式標定模型，滿足生產要求；（2）穩(wěn)譜技術研究，從外加放射性源穩(wěn)譜發(fā)展到天然峰自動穩(wěn)譜技術已相對成熟；（3）降噪濾 波 技 術 研 究 ， 有 小 波 降 噪［3］、 NASVD［4］、ANFIS［5］等； （4）測量中大氣氡的消除方法研究， 采用上測探頭［6］或譜比法［7］； （5）數據處理與解釋從常規(guī)到多信息綜合處理，鈾礦測量中常規(guī)的數據處理方法主要有窗口法和全譜法。然而，比值，鈾富集系數，鈾成礦有利指標U1、U2，γ能譜變異系數，活化遷移鈾，F參數，歸一化，主成分分析，RGB成像，鈾信息增強，鈾弱信息，全譜和蒙特卡羅等方法技術，以及剖面、平面到三維立體綜合解釋，平均含量法、剝譜法和反褶積法等定量解釋方法在γ測井方面應用較廣。

2.2 氡及其子體測量技術

地學界所指的氡主要是天然鈾衰變系列中核素222Rn，半衰期為3.825 d，為α輻射體。氡的子體分為短壽命子體和長壽命子體，氡的短壽命子體主要是：218Po、214Pb、214Bi和214Po，氡的長壽命子體主要是：210Pb、210Bi和210Po。測量氡的方法種類較多，以測量氡及其子體的α放射性為主（活性炭方法除外，該方法主要測量214Bi放出的γ射線），按照測量時間可分為瞬時測量、累積（積分）測量。瞬時測量主要測量氡的短壽命子體，該方法工作效率高，但受氣象等因素影響大，表現在測量剖面數據起伏變化大；累積測量主要測量對象是氡的長壽命子體，該方法工作效率低，但受短期因素影響小，異常的穩(wěn)定性較好。按照測量對象可分為射氣測量（測氡氣）、氡子體測量。常用的氡及其子體測量方法有：射氣測量（氡氣測量）、218Po測量、α徑跡測量、活性炭測量、210Po測量、熱釋光測量、土壤天然熱釋光測量、帶電和自然α卡測量，以及其他方法，如氡管法等。

氡測量最早開始于1922年的前蘇聯，該國對水樣實施了氡測量并應用于鈾礦勘查［8］，20世紀50年代初，法國、美國和加拿大也開始氡法找鈾工作，隨后應用于地震、建材、大氣物理、溫室氣體效應和癌癥病理等方面。氡及其子體測量和用于找礦開始于20世紀50年代中期，隨著方法技術的發(fā)展，特別是儀器的發(fā)展，氡的測量逐漸向高精度、高效率的方向發(fā)展。目前，瞬時測氡的代表儀器主要是美國產RAD7測氡儀、德國產RTM-1688測氡儀、國產FD-3017等，累積測氡的代表儀器主要是國產HD2003型活性炭吸附測氡儀。氡測量的應用如今已經擴大到了鈾礦、油氣藏、滑坡、地震監(jiān)測、地下水、構造、環(huán)境氡監(jiān)測、尾礦山和煤火等領域，特別是環(huán)境氡的監(jiān)測已經家喻戶曉。

2.2.1 徑跡蝕刻法

徑跡蝕刻法也叫徑跡找礦法，該方法是20世紀70年代發(fā)展起來的方法，1972年，美國將該方法列入國家發(fā)明專利，該項技術發(fā)明者為H.W.Alter等。1974年，我國開始進行徑跡蝕刻技術研究，1975年研究成功，并推廣應用，應用效果好。當時基本上每年約有100萬個測點，工作量相當大，應用領域也不斷擴大：有巖礦研究，地震預報，地下水、油氣藏、構造、喀斯特溶洞的尋找，以及微孔薄膜研制等。但是該方法僅流行一時，目前在鈾礦找礦工作中已基本見不到了，前人工作的數據也很難查到。

2.2.2 活性炭測氡技術

核工業(yè)北京地質研究院談成龍在鈾礦找礦活性炭測氡方法技術方面研究較多，發(fā)表相關文章多篇。該方法數據采集是關鍵，采用活性炭收集裝置收集土壤中氡氣，測量氡子體衰變產生的γ射線強度來評價土壤中氡濃度，主要用于尋找深部鈾礦體和輻射環(huán)境評價。分為累積式活性炭吸附氡和瞬時式活性炭吸附氡測量。該方法用于深部鈾礦找礦潛力較大，效果明顯，但是過程繁瑣，累積式測量活性炭收集裝置埋置時間一般為7 d，挖坑深一般為50 cm，測量采用的儀器一般為國產HD-2003型活性炭吸附測氡儀。

2.2.3218Po測氡

該方法屬于瞬時測氡方法，1983年，上海電子儀器廠研制生產了FD-3016閃爍測氡儀，此后，該廠又成功研究出帶電金屬片收集氡衰變子體218Po的FD-3017測氡儀器，隨后，華東地質學院成功研究出218Po法，取得了較好的效果，這些儀器主要探測的是所有α射線，基本上是總道測量。目前，主要采用RAD7儀器，通過測量α譜，選取218Po特征譜窗來計算氡濃度，該方法廣泛應用于環(huán)境氡監(jiān)測、鈾礦探測、斷裂構造等生產研究。

2.2.4210Po法

210Po法是在南非的測量系統（具有世界權威性）基礎上，于20世紀70年代后期，由核工業(yè)中南地質局研究成功，是一種累積式測氡方法，與之配套的WAY-80五通道α測量儀，可同時測量5個樣品，本底低、儀器穩(wěn)定，很快得到推廣應用，目前還在應用中，但是技術水平基本沒有發(fā)展。

2.3 X熒光技術

放射性同位素X射線熒光方法是根據放射性同位素源所放出的X射線照射到研究介質的某一原子上，逐出原子內殼層電子，而形成電子空位。當鄰近殼層的電子補充到該電子空位后，則放出特征X射線（或稱熒光）。根據特征X射線的能量大小，可區(qū)別元素，因特征X射線的能量E正比于某元素的原子序數Z的平方，從而可進行定性分析，根據特征X射線或熒光強度，可以測出研究介質中元素含量，從而進行定量分析。按照測量方式分為地面便攜式X熒光測量和井中X熒光測量、海底X測量及實驗室X熒光分析。目前已經廣泛應用于地質、采礦、選礦、有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生、考古、藝術鑒定等各個領域。

放射性同位素源激發(fā)的X射線熒光技術是1955年法國科學家提出的，使X射線熒光分析技術用于現場原位測量。1974年，我國研制成功第1臺放射性同位素源激發(fā)的便攜式X射線熒光儀［9］；X射線熒光測井技術是在20世紀60年代末期發(fā)展起來的，先后在美國、前蘇聯、英國、瑞典、芬蘭和德國等國家開展了放射性同位素X射線熒光測井儀器的研制和方法技術研究。我國在1979年，成功研制了首臺X射線熒光測井儀，該儀器可在鉆孔中直接對金屬礦中的元素進行定性、定量測量；海底X熒光技術起始于20世紀70年代，美國、前蘇聯、英國、德國等國家先后進行了海底沉積物X射線熒光原位測量技術的研究和儀器研制，并進行了現場試驗與應用［10］。美國Battlle小組研制的海底X射線熒光探測系統采用109Cd同位素源和液氮冷卻的Si（Li）探測器用于測量元素的低能K層或L層的X射線，可提供13種元素的分析。并在長島西海岸進行了實驗。德國研制109Cd同位素源和Si（Li）半導體探測器所組成的XRF探測系統，在不改變幾何條件的情況下，對采集于海底的沉積物連續(xù)流進行快速分析。我國成都理工大學于2000年研制了海底X射線熒光探測系統ANTG，并在船上對南海域44個站位的99件天然海底沉積物樣品進行了快速測定［11］。當前 X熒光儀器在現場測鈾等元素的測量下限較大（鈾在10×10-6左右），在鈾礦探測與γ測量方面還存在差距，但是X熒光能快速探測多種元素，隨著方法技術的提高，在深井測量方面必然發(fā)揮重大作用。

當前，測量儀器方面發(fā)展迅速，代表儀器有美國的DC6000和DS6000便攜式礦石分析儀，可分析從鎂礦到钚礦之間的所有83種自然礦石。國產的有CIT-3000 SMP手持式X熒光分析儀、CIT-3000SM能量色散X熒光分析儀和WISDOM-8000型X熒光分析儀等。

2.4 中子技術

中子是1932年由查德威克發(fā)現。中子不帶電，磁距很小，與電子的相互作用也很小。中子探測主要包括中子探測、中子能量和中子流強度探測。中子探測技術中，中子測井技術發(fā)展迅速，方法種類較多，包括中子測井、脈沖中子測井、快中子非彈性散射γ射線能譜測井、中子俘獲γ射線能譜測井、中子活化γ射線能譜測井。脈沖中子測井技術是具發(fā)展?jié)摿Φ姆较?，當前脈沖中子測井主要代表有中子壽命測井、碳氧比中子γ能譜測井、陣列中子測井等，儀器有康普樂公司的PND和PNDS、斯倫貝謝的RST、哈里伯頓的RMT、貝克阿特拉斯的RPM、熱井公司的PNN及雙晶碳氧比中子γ能譜測井等。中子源是中子與物質相互作用研究必需的信息源。常用的中子源主要有放射性同位素中子源、自發(fā)裂變中子源和人工脈沖中子源。在中子測井中常用的242Am-Be源是放射性同位素源，252Cf是自發(fā)裂變中子源，T（d， n）源是脈沖中子源［12］。在鈾礦中子測井中，瞬發(fā)和緩發(fā)中子測井技術已經得到應用，瞬發(fā)裂變中子（PFN）測井技術是一種分析井中鈾礦化的手段，采用脈沖式14 MeV中子發(fā)生器，使235U發(fā)生裂變，當裂變中子慢化時便被PEN探測器記錄來直接測鈾。緩發(fā)中子測井是探測借助循環(huán)活化的方法使鈾發(fā)生裂變產生緩發(fā)中子的方法來確定礦石品位。隨著深部找礦技術的發(fā)展，發(fā)展直徑更小的中子探管成為急需。

在地面中子測量方面，1983年，俄羅斯地球物理學家提出了以太陽發(fā)射的宇宙中子流作為中子源，輻射地表土壤、巖石等對宇宙中子的慢化、擴散和吸收等特性的差異，在地面測量地下反射上升的中子流通量變化。我國于1989年研制成功了RCN-1反射宇宙中子儀。

目前，中子技術廣泛應用于環(huán)境中，代表儀器有美國的190N便攜式中子測量儀、日本的NSN3便攜式中子測量儀。

2.5 核磁共振技術

核磁共振（NMR）測量利用靜磁場（又稱穩(wěn)定磁場或恒定磁場）和一定頻率的交變磁場操控某一種自旋磁距不為零的核素（如1H、19F、13C和31P等），使之發(fā)出核磁共振響應，以獲得有關這些核素所處的物理和化學的環(huán)境信息，據以研究物質的成分和結構等問題［13］。核磁共振現象最早認識于 1930年，1946年被哈佛大學伯塞爾（E.M.Purcell）和斯坦福大學布洛赫（F.Bloch）等人用實驗證實［14］。1964年，美國Varian公司研制出世界上第一臺超導磁場的核磁共振譜儀。核磁共振技術目前在物理學、化學、生物醫(yī)學、工業(yè)和地質等方面應用很廣，在找水和找石油方面也得到了較好的應用，在鈾礦找礦領域，特別是測井方面可開展該方向的方法技術研究。

2.6 中微子測量技術

中微子物理學是一門與粒子物理、核物理，以及天體物理的基本問題息息相關的新興分支學科，中微子測量技術也屬于核物探的一種方法技術。中微子是組成自然界最基本的粒子之一，不帶電，小于電子質量的百萬分之一，幾乎沒有質量，能以接近光速的運動穿過任何物質，與物質碰撞的幾率大約為百億分之一，極難探測到。中微子與物質碰撞產生的粒子叫μ介子，生成藍色光束被稱作 “切倫科夫光”，利用光學探測器將光信號轉換成電信號，從而實現中微子測量。利用中微子進行探礦，不但可以探測深部礦體，而且還可以了解放射性核素在地球深部的分布規(guī)律［15］，為探測深部隱伏大型鈾礦提供新的技術思路。

中微子的發(fā)現距今已有80 a，其技術發(fā)展不斷前進，研究意義無疑是重大的。1931年，奧地利物理學家泡利（W.Pauli）首先提出關于β衰變中會出現的一種穿透力很強的新的中性粒子。1932年，英國物理學家查德威克（J.Chadwick）實驗發(fā)現中子后，意大利物理學家費米（E.Fermi）認為泡利所說的 “中子”質量遠比查德威克發(fā)現的中子小得多，故改名為 “中微子”。1933年，泡利完整地提出了β衰變時釋放出中微子的假說。1934年，費米建立了一個定量的中微子理論，形成了泡利·費米中微子假說。1956年，美國的萊因斯（F.Reines）和柯文（C.L.Cowan）采用中子吸收法，首次探測到了泡利假設的中微子。1965年，人們探測到了來自太空的中微子。1972年，瑞典的一個實驗小組通過對氚核β衰變電子能譜的測量，認為中微子有不為零的靜質量。1980年，美國加利福尼亞州立大學歐文分校的實驗小組在萊因斯領導下，在薩凡納河核反應堆上做了一次有爭議的實驗，表明中微子穿過空間時會產生振蕩，意味著中微子有不為零的靜質量，引起了物理界的普遍關心［16］。 1997年， R.S.Raghavan 提出利用160Gd的逆β衰變過程有可能實時測量太陽中微子。1998年，日本的超級神岡實驗以確鑿的證據證明，中微子在飛行中會發(fā)生震蕩。2002年5月至2004年10月，國際研究小組包括來自日本、美國、法國和中國的87名科學家使用基本粒子觀測裝置觀測到的152個低能反中微子中，發(fā)現包含有來自地球內部的反中微子5～54個，為研究地球內部能量及構造開創(chuàng)了新方法，也有助于研究地球和其他星體的形成與演變。2009年，包括來自6個國家的80位研究人員的Borexino合作組在2008～2009年的實驗中，探測到9.9個地球中微子。由美國威斯康星大學麥迪遜分校領導，比利時、德國、荷蘭、日本、新西蘭和瑞典等國家的40多個學術機構參與的 “冰立方”（Ice Cube）中微子探測器項目耗資2.71億美元，歷時10 a，于2010年底在南極建成。該探測器是目前世界上最大的中微子探測器，是國際粒子物理研究的重大成果［17］。我國于2006年成立國際合作組，由中國、美國、俄羅斯、捷克等國家的25個研究機構的120名研究人員組成。于2007年10月開始建設的大亞灣反應堆中微子試驗站，將于2011～2012年逐步投入運行，該中微子實驗室是我國第一個大型的地下低本底實驗室［18］。隨著中微子技術的不斷提高，利用中微子技術探測更深部鈾礦資源成為可能。

3 核物探發(fā)展方向

核物探在鈾礦找礦工作中發(fā)揮了主力軍作用，是鈾礦勘查的特色方法。近年來，隨著鈾需求的加大，而淺層鈾礦已基本探明，新一輪深部隱伏鈾礦勘查是亟待解決的問題，對核物探方法來說挑戰(zhàn)大于機遇，特別是γ測量，必須拓展思路。針對核物探發(fā)展現狀，核物探發(fā)展方向基本圍繞以下幾種找礦模式。

3.1 組合找礦模式

物探方法的多解性是物探方法的特性，核物探也不例外，兩種或兩種以上方法組合各取所長，盡量避免多解性給解釋工作帶來負面影響。這里所謂的組合找礦模式是指以核物探為主的找礦模式，分為內組合和內、外組合兩種模式，內組合主要是核物探各種方法的最佳組合， 如 “α＋γ” 組合， “α＋β＋γ”組合等，內、外組合主要是核物探與其他探測方法的優(yōu)化組合找礦模式。

3.1.1 “α＋γ”模式。

γ測量主要表征淺層信息，表層信息干擾大（深部隱伏弱信息提取方法還有待提高），這使得γ測量在深部隱伏找礦中的發(fā)展成為瓶頸。氡具有較大的遷移性，攻深能力強，氡及其子體測量方法較多，但測量對象主要是α射線。根據不同的地質環(huán)境，選取γ測量和氡及其子體方法的最佳組合是一種找礦模式思路。

圖1是2007年在浙江衢州鈾礦床老區(qū)外圍找礦中的一條剖面測量曲線，試驗地段的第四系蓋層較厚，故而采用地面γ能譜和測氡兩種方法組合試驗數據；地面γ能譜儀器使用的是HD-2002便攜式γ能譜儀，主要用于測量巖體γ能譜；測氡儀器是美國產的RAD 7測氡儀，主要測量土壤中氡濃度。測量中發(fā)現，鈾含量變化不大，鈾、鉀比曲線變化幅度較小，而土壤中氡濃度曲線變化較大，認為異?？赡軄碜陨畈?。

3.1.2 “α＋β＋γ” 模式

現場實地測量，目前γ能譜測量儀器仍然是以碘化鈉晶體探測為主，探測鈾、釷含量是通過探測其衰變子體而換算得到的，換算的前提條件是鈾、鐳平衡，而實際上鈾、鐳大多處于不平衡狀態(tài)，特別是井下鈾、鐳，取樣測試非常繁瑣，這大大降低了工作效率，并且費用也高，因此通過 “α＋β＋γ”組合既可以解決此類問題，同時深部隱伏礦體異常也能反應出來。

3.1.3 “核物探＋核化探”模式。

核物探方法相對比較單一，核物化探聯合勘查是必然趨勢，兩者之間也有很多相似點。隨著分析測試水平的提高，核化探對深部鈾礦探測必然有著較好的前景，同時，核化探屬于地球化學領域，地球化學很多比較先進的攻深能力和較好的新方法值得借鑒，如20世紀90年代發(fā)展起來的深穿透地球化學法，20世紀70年代提出的偏提取法（Partial extraction）， 瑞典Kristiansson與Malmqvist（1984）首 先 提 出 的 地 氣 方法（geogas）， 美國Clarke等人1990年提出的酶提取方法，70年代初，前蘇聯的電地球化學方法 （CHIM）、元素有機態(tài)法（MRF）。桂林理工學院的羅先熔在地電化學方面做了較多的工作，并提出偶極電吸附；1995年，澳大利亞Mann等人提出的活動金屬離子法（MMI），他們能在覆蓋層幾米到700 m厚度的礦體上方發(fā)現清晰的異常；我國的謝學錦、王學求等于1988年提出的金屬活動態(tài)法（MOMEO），能在覆蓋層幾米到三四百米厚度的礦體上方發(fā)現清晰的異常。這些方法同樣可以應用到鈾礦勘探中，開展深穿透核物化探集成技術研究，是深部隱伏鈾礦探測的一個突破點。核工業(yè)北京地質研究院尹金雙將金屬活動態(tài)法應用于鈾礦找礦中，取得了較好的效果。其實，所有這些深穿透方法實質上是通過方法手段分離淺層信息和深部信息，從而提取深部隱伏礦產異常信息，鈾礦找礦有其特有的核物探方法，加上深穿透化探手段形成新的找礦模式，具有一定的研究意義。

另外，采用測氡和測汞組合找礦方法尋找深部熱液型鈾礦也是較理想的方法。氡和汞具有伴生關系，汞是自然界中常溫下惟一呈液態(tài)的金屬，一般來源于地球深部地幔巖石和巖漿，具有極強的揮發(fā)性和深穿透性［19］，在溫度、壓力的作用下，沿微裂隙向地表快速滲濾擴散至地表，被土壤吸收形成穩(wěn)定的吸附態(tài)汞，測量土壤中汞可以探測深部礦體，是尋找深部隱伏礦體較好的找礦方法。前蘇聯A.A.薩烏科夫于1946年首先提出熱液礦體汞及汞蒸氣測量方法。在我國，從20世紀60年代后期開始，推廣了汞量測量技術，并研制成功多種測汞儀器。

3.1.4 “核物探＋普通物探”組合模式

構造控礦、容礦是熱液型鈾礦體形成的主要方式，目前，電磁法是鈾礦間接找礦的熱門方法。V8及配套的相關軟件的問世，使得AMT、CSAMT等方法可稱得上是深地探測的 “透視望遠鏡”，可是， “千里眼”對鈾礦體卻是 “色盲”，采用 “核物探＋普通物探”組合找礦模式，對深部隱伏鈾礦體的探測無疑是理想組合。如氡法與AMT組合，當氡異常規(guī)模較大，而AMT反演的構造明顯時，深部成礦的可能性極大，至于兩者組合能否對深部鈾礦體定位，還有待進行大量的實驗工作。

3.2 綜合找礦模式

綜合信息找礦是當前研究的熱點，關鍵是建立綜合信息找礦模型，航空γ能譜信息涵蓋了全國大部分面積，是鈾礦找礦工作中直接找礦信息的重要因子，建立γ能譜信息找礦模型是鈾礦綜合信息找礦模型的核心部分。地質、物探、化探、遙感綜合信息找礦模型對鈾礦找礦工作具有重要意義。在空間上，采用 “空中-地面-井下”三維立體找礦模式，在方法上，采用以核物探為主的 “地質-物探—化探-遙感”找礦模式，隨著數值計算和計算機技術的提高，數學地質已經成為地學領域內的一支 “奇葩”，基本實現了礦產資源地質的定量化預測評價。根據前人的工作成果和現今的成果，建立地學數據庫，對地層、巖體，通過已知礦床、礦點與其相交分析，提取成礦有利地層或巖體；采用組合熵對地層、巖體實現定量化提??；采用構造等密度、優(yōu)益度、中心對稱度、平均方位、條數等方法對構造進行定量化分析；采用新技術方法對物探、化探、遙感進行鈾成礦有利信息提取，再將提取后的信息形成新圖層；采用特征分析、神經網絡分析、成礦有利度函數分析，以及證據權法和專家打分法等方法建立相關預測模型，實現綜合成礦預測。

圖2為內蒙古巴音戈壁盆地東部及邊緣地區(qū)，以航空γ能譜信息、車載γ能譜信息為主，結合地質、航磁、化探、遙感等多源信息，采用證據權法，建立地質、物探、化探和遙感等綜合模型，經過計算所得后驗概率圖，利用后驗概率與鈾成礦潛力呈正相關關系，從而實現對鈾礦資源定量預測評價及靶區(qū)優(yōu)選，當然這種方法似乎有點 “大雜燴”，但思路是正確的，方法總是不斷在改進和提高。

隨著X熒光、中子、中微子等技術的不斷改進和引入，核物探探測深度、精度將得到進一步提高，深部鈾礦空間定位的準確度也將得到很大的提高。

4 未來展望

核物探的發(fā)展離不開鈾的需求，鈾作為一種重要的核燃料，在當前核能的利用和發(fā)展中起著關鍵作用。自1789年德國化學家克拉普羅特（M.H.Klaproth）發(fā)現鈾開始，人類對鈾的研究不斷前進：1896年，法國科學家貝克勒爾（A.H.Becquerel）發(fā)現天然放射性現象，人類首次觀察到核變化，這一重大發(fā)現是原子核物理的開端；1939年，哈恩（O.Hahn）和斯特拉斯曼（F.Strassmann）發(fā)現了鈾的裂變現象，鈾開始成為主要的核燃料；1942年，美國物理學家費米成功制造出世界第1個核反應堆，標志著原子時代的真正開始；1945年世界第1顆原子彈問世；1951年，美國實驗增值堆1號（EBR-1）首次利用核能發(fā)電；1954年，前蘇聯建造世界上首座核電站，從此，核能發(fā)展達到鼎盛時期，鈾成為核電、航天、核武器等不可缺少的核動力燃料。用于尋找鈾礦產的核物探技術也相應發(fā)展起來。當然，核能在造福人類的同時也帶來了負面影響，特別是1986年前蘇聯的切爾諾貝利核電事故和2011年3月12日日本地震海嘯引起的福島核電事故，使人類對核能的開發(fā)利用的信心一度產生了動搖，國際鈾價也因此一路下跌，但是核能作為可持續(xù)發(fā)展的能源在緩和世界能源危機中起著重要作用，在今后很長一段時間內還將繼續(xù)造福于人類。然而，僅陸地上已探明的鈾儲量很難長期滿足持續(xù)發(fā)展的核能需求，更多的鈾礦產資源還有待探測發(fā)現，展望未來，核物探具有廣闊的發(fā)展前景：

（1）空間發(fā)展。深海、深地、深空，以及南極、北極和青藏高原等 “三深”、 “三極”科考正吸引著中國科學界越來越多的關注，其中是否存在鈾礦產資源及儲量值得期待，如何探知其中鈾礦產資源是核物探研究人員艱巨的使命和技術挑戰(zhàn)。據統計，海水水體中含有豐富的鈾礦資源，海水中溶解的鈾的數量估計有幾十億噸，鈾在海水中不可能平均分布，應該有多個富集層或域，同時海底也有待深入研究。早在20世紀50年代后期，前蘇聯就開始海洋核探測技術研究，21世紀初，中國地質大學首次在渤海灣油氣田進行了海洋 γ能譜測試［20］；對于深空核探測研究，我國正走在國際前列，我國發(fā)射的嫦娥1號、嫦娥2號分別裝載高能量分辨率γ能譜儀器進行了月表核探測研究，相信在不久的將來，會有更多的鈾礦產資源被發(fā)現。

（2）技術不斷提高，新方法不斷涌現。儀器小型化、智能化，并朝向高靈敏度和無線網絡化、技術尖端化發(fā)展，隨著核物理的發(fā)展，高新科技核探測技術必然不斷出現。

［1］ 劉慶成.鈾礦地面物化探的發(fā)展與應用 ［J］.世界核地質科學， 2004， 21（1）:38-45.

［2］ 吳慧山，談成龍.放射性（核）地球物理勘查的進展［J］.地球物理學報， 1994， 37（1）:429-435.

［3］ 李必紅，陸士立，韓紹陽，等.車載伽馬能譜數據的小波降噪方法分析［J］. 鈾礦地質，2010， 26（4）:233-236.

［4］Hovgaard J，Grasty R L.Reducing statistical noise in airborne Gamma-ray data through spectral component analysis ［J］. Radiometric Methods and Remote Sensing， 1997， 98:753-764.

［5］ 李必紅，陸士立，韓紹陽，等.采用ANFIS降低車載伽馬能譜測量數據的統計噪聲 ［J］.鈾礦地質， 2008， 24（3）:170-174.

［6］IAEA.Airborne gamma ray spectrometer surveying technical report series ［R］. Vienna:International Atomic Energy Agency，1991:323.

［7］Minty B R S.Airborne gamma-ray spectrometric background estimation using full spectrum analysis geophysics［J］.Geophysics， 1992， 57（2）:279-287.

［8］ 談成龍.當今測氡方法及設備面面觀 ［J］.世界核地質科學， 2003， 20（4）:213-223.

［9］ 程業(yè)勛，王南萍，侯勝利.核輻射場與放射性勘查［M］.北京：地質出版社，2005.

［10］Noake J E.核方法技術用于海底礦產勘探的評述［J］.章曄 譯.國外地質勘探技術， 1990（10）:33-38.

［11］葛良全，賴萬昌，周四春，等.海底X射線熒光探測技術及應用研究［J］.物探與化探，2002，26（4）:283-286.

［12］金 勇，陳福利，柴細元，等.核測井技術的發(fā)展與應用［J］.原子能科學技術，2004，38（增刊）:201-207.

［13］張昌達，李振宇，潘玉玲.磁共振測深技術發(fā)展現狀［J］.工程地球物理學報， 2011， 8（3）:314-320.

［14］毛希安.NMR前沿領域的若干新進展 ［J］.化學通報， 1997（2）:13-16.

［15］李 錦.利用中微子勘察地球深部鈾礦的設想［J］.鈾礦地質， 1986， 2（5）:125-128.

［16］崔志宏.中微子的探測和研究 ［J］.延安大學學報， 1996， 15（1）:90-94.

［17］奇 云編譯.深藏南極冰下的中微子探測器［J］.科技論壇， 2011， 272（8）:38-41.

［18］曹 俊.大亞灣反應堆中微子實驗站［J］.大科學裝置， 2011，26（3）:353-355.

［19］劉樹田，連長云，季桂娟.壤中氣汞量測量方法綜述［J］. 世界地質， 1997， 16（1）:56-59.

［20］侯勝利，劉海生，王南萍.海洋拖曳式能譜儀在渤海的應用［J］.地球科學:中國地質大學學報，2007， 32（4）:528-532.

Technology development of uranium nuclear geophysical exploration and its future in China

LI Bi-hong
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Outlined the concept，development and future of nuclear geophysical.Introduced the current situation and the prospect of gamma spectroscopy， radon and its daughters， X-ray fluorescence technique， NMR， neutron and neutrino technique based on the principle， instrument，data processing，interpretation and application areas.Combination prospecting models are proposed as alpha plus beta， alpha plus beta plus gamma， nuclear geophysical plus geochemical， nuclear geophysical plus common geophysical， and integrated prospecting model，analysis of examples showed the good application effect of the prospecting models

nuclear geophysical exploration； gamma-ray spectrum； radon and its daughters；combination prospecting model

P631；P632

A

1672-0636（2012）03-0156-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2012.03.006

2012-02-08；

2012-03-21

李必紅（1976—），男，安徽安慶人，工程師，在讀博士，主要從事核物探方法技術研究。E-mail:libihong008@163.com