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铀矿石中铀-镭系列不平衡特征及对储量评估影响研究。采用高分辨率伽玛能谱法对喀昌卡亚区石灰岩、花岗岩铀矿化带进行系统分析，发现铀矿化岩石中铀-镭子体核素的不平衡系数分别为1.22（石灰岩）、1.34（上盘花岗岩）、1.23（下盘花岗岩），经T检验显示不同岩性间存在显著差异（p<0.05），可能与次生孔隙度差异导致的铀迁移富集有关。研究证实铀-镭系列不平衡普遍存在，导致伽玛测量法计算的矿石储量高估约24%，为优化铀矿勘探评价提供重要依据。
Taru Bhattacharya | V. Madhavi Shankar | Swati Pant | S.K. Varughese | R.B. BhaskaraRao | B. Mahalakshmi | D. Pande | K. Chakrabarti | B. Saravanan
印度海得拉巴贝古姆佩特原子矿物勘探与研究局，邮编500016
摘要
在任何矿床中，铀系列元素的不平衡状态对于准确测量铀的储量都非常重要。本研究通过高分辨率伽马射线光谱法分析了坎昌卡伊（Kanchankayi）地区钻孔岩芯样本中铀（U?O?）和镭（Ra(eU?O?）之间的不平衡情况。研究发现，U?O?与Ra(eU?O?）之间存在显著的相关性，其中石灰岩中的铀矿化体的平均不平衡因子为1.22，围岩花岗岩中的为1.32，底岩花岗岩中的为1.22。大约70%的样本显示出有利于母体同位素（U?O?）的不平衡状态。通过Tukey检验发现，石灰岩与围岩花岗岩样本以及围岩花岗岩与底岩花岗岩样本之间的平均值存在统计学上的显著差异，这可能是由于不同岩石类型之间的次生孔隙度不同，从而导致铀的再迁移过程存在差异。箱线图显示，不平衡因子随深度的增加而减小，这可能是因为铀从深层热液溶液中以扩散的方式沉降到较浅的层位。所有三种矿化体中平均不平衡因子都有利于母体同位素，因此通过总伽马射线测量计算出的矿石品位会相应提高。
引言
随着世界逐渐摆脱化石燃料，转向低碳能源资源，核能成为了一种可行且可靠的解决方案（国际能源署，2019年）。目前，在印度，24座核电站贡献了约1.75%的总发电量，总装机容量为8780兆瓦。计划到2031年将核能发电量增加到22800兆瓦。为了支持印度不断发展的核电计划，原子矿物勘探与研究局（AMD）正在不同地质区域开展广泛的铀资源勘探工作。放射性技术，尤其是伽马射线光谱法，在铀勘探中发挥着关键作用。238U的某些子同位素会释放伽马射线，测量这些射线的强度有助于确定不同地区的铀含量（国际能源署，1976年）。然而，任何地质环境中的铀系列元素的不平衡状态都可能导致铀储量的估算出现误差（Kukreti和Kumar，2013年），因为现场测量时使用的是特定能量的伽马射线。因此，研究铀富集区的不平衡状态是铀勘探工作的重要组成部分。
在印度，大规模的铀勘探工作发现了许多低品位到中等品位的矿床。坎昌卡伊铀矿床位于卡纳塔克邦的亚德吉尔（Yadgir）地区，位于戈吉（Gogi）矿床的东北方向约2.5公里处。该地区在碎裂的石灰岩中发现了中等品位的铀矿化体。除了这一主要矿化体外，还在围岩碎裂花岗岩中发现了几条低品位到中等品位的铀矿化带（Pant等人，2022年；Roy等人，2020年）。该矿床属于与花岗岩相关的构造类型。详细的野外和岩石学研究表明，这种矿化作用具有热液成因，其品位和厚度沿矿体走向存在显著变化（Patnaik等人，2016年）。在矿化过程中的不同阶段，铀及其他相关元素的再迁移和重新富集可能导致铀系列元素之间的不平衡。
本文讨论了坎昌卡伊铀矿床中石灰岩、围岩花岗岩和底岩花岗岩中铀矿化体的不平衡状态。通过对矿体走向及深度方向上不同矿化体不平衡因子的详细研究，可以更准确地估算铀的总含量，从而为不同区域和岩石类型设定合适的品位阈值。
地质环境与矿化特征
自然界中的铀以三种同位素形式存在：238U（99.2739–99.2752%）、235U（0.7198–0.7202%）和234U（0.0050–0.0059%）。238U通过一系列子同位素的衰变最终形成稳定的206Pb。当所有子同位素的衰变速率与其产生速率相同时，该系列处于平衡状态，此时所有子同位素与母体同位素的比例保持恒定。然而，各种地质和地球化学因素会影响这一平衡过程。
U?O?、Ra(eU?O?)的测量及不平衡因子的确定
在坎昌卡伊地区的石灰岩样本中，eU?O?的含量范围为0.010%至9.1%，Ra(eU?O?)和U?O?的含量范围分别为0.010%至9.1%和0.010%至9.8%。在围岩花岗岩中，这些数值分别为0.010%至1.5%、0.010%至1.4%和0.010%至1.9%；而在底岩花岗岩中，这些数值分别为0.010%至0.35%、0.010%至0.34%和0.010%至0.49%（详见补充数据表a、b、c）。
对矿石储量评估的影响
在估算矿石储量时，通过测量矿石的整体伽马射线活性来计算总铀含量。铀系列元素的不平衡状态意味着矿石品位会按不平衡因子的比例增加。由于所有样本的平均不平衡因子为1.24，因此坎昌卡伊矿床的铀矿石品位将提高1.24倍。根据伽马射线测井数据计算，这将导致铀矿石产量增加24%。
结论
通过高分辨率伽马射线光谱法分析坎昌卡伊地区钻孔岩芯样本中铀（U?O?）和镭（Ra(eU?O?）的不平衡状态，发现U?O?与Ra(eU?O?）之间存在显著相关性，其中石灰岩中的铀矿化体的平均不平衡因子分别为1.22±0.01、围岩花岗岩中的为1.34±0.01、底岩花岗岩中的为1.23±0.02。比较不同类型岩石样本的平均不平衡因子显示，石灰岩与围岩花岗岩之间的差异具有统计学意义。
作者贡献声明
Taru Bhattacharya： 负责撰写初稿、验证数据、选择软件、制定方法论、进行实验研究、进行数据分析以及概念构思
未引用的参考文献
Sikta等人，2016年；Rosholt，1958年；Zielinski等人，1986年。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢海得拉巴原子矿物勘探与研究局局长允许发表本文，并感谢MPG小组负责人、AMD区域总监（班加罗尔）、SR以及AMD海得拉巴研发总监对本工作的鼓励和持续支持。
