铀（系）物质呈纳米微粒直接上升至地面

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610矿区位于武功山—北武夷山东西向隆起构造带与乐安—平远南北向构造带截接、波阳—赣州北北东向复式坳褶带与东西向构造带反接、与南北向构造带斜接复合部位，也是赣杭火山岩带与宜黄—宁都南北向花岗岩带交汇处的火山盆地中。
目前已发现和探明矿床及矿点数十个，其中大、中型矿床20多个，主要产于火山盆地的北部和西部。
（一）矿区地质简述
盆地基底主要为震旦系片岩、干枚岩等，并出露于盆地的四周。另外盆地东缘有上三叠统安源煤系。盖层为侏罗系上统打鼓顶组（J3d）和鹅湖岭组（J3e），沉积岩较少，而主要是火山熔岩（图4-3、4-4）。
构造活动频繁而强烈。东西向构造至少从加里东期开始持续多期、多次活动，形成东西向隆起褶皱带，因而震旦纪地层受动力变质和褶皱，致使缺失古生代地层。东西向断裂发育，不仅控制火山盆地呈东西向椭圆形，而且控制火山活动。区域上除崇义—乐安北北东向复式背斜外，还有其次级乐安—兴国断裂硅化岩带，并多期多次活动。尤其是北北东向深大断裂发育最盛。早期断裂构造与东西向等构造复合控制火山岩活动，后期断裂构造控制次火山岩和一些铀矿体。新华夏系除北北东向断裂发育外，还有北西、北北西和北东向配套断裂，尤以北北西向断裂较明显。
火山机构乃是矿区构造的一大特色。火山机构既典型又完整（图4-3）。除上述东西向椭圆形火山盆地外，还有外薄内厚呈椭圆周形的多次喷溢的火山熔岩相，中心有火山通道相，以及次火山岩的侵入相。火山口周围的岩层中有放射状和环状断裂发育。火山机构随构造应力场及火山岩浆活动而多次发生发展演化，早期构造应力强烈作用和火山岩浆大量上升和喷溢，形成东西向椭圆形火山盆地，晚期火山岩浆活动减弱而形成一些隐爆岩筒和次火山岩体。

图4-3　610矿区地质示意图

（据261大队资料）
1—第三系砂砾岩；2～5—侏罗系上统鹅湖岭组：2—上段J3e2c管道中碎斑花岗斑岩；3—上段J3e2b流纹质碎斑熔岩；4—上段J3e2a流纹质泡沫熔岩；5—下段J3e1流纹质晶玻屑凝灰岩；6～7—侏罗系上统打鼓顶组；6—上段J3d2流纹英安岩；7—下段J3d1砂砾岩；8—三叠系上统石英砂岩夹碳质页岩；9—石炭系下统变质石英岩；10—震旦系变质岩；11—次斑状花岗岩，次花岗斑岩；12—印支期花岗岩；13—加里东期黑云母花岗岩；14—不整合接触界限；15—北东向复合构造；16—北西向复合构造；17—渐变地质界限；18—东西向复合构造；19—断裂构造；20—火山层间离张构造；21—火山断陷构造；22—推测火山活动中心（火山管道）

图4-4　610矿区地层综合柱状图

（南岭铀矿组据华东地勘局261队资料编）
① —喷溢－侵出中心亚相；②—喷溢中间亚相；③—喷溢底板亚相；④—爆发沉积亚相；⑤—喷溢亚相；⑥—爆发－沉积亚相；⑦—喷溢亚相；⑧—沉积相；⑨—沉积－喷溢亚相；⑩—喷发－沉积相
岩浆活动强烈，有加里东期和印支期火山岩以及燕山期火山岩等。燕山期岩浆活动最强，且以喷溢活动方式为主，侵入次之。由于铀矿是在燕山期岩浆喷溢－侵入演化过程形成的，尤其是晚侏罗世岩浆喷溢－侵入过程就有铀沉淀富集成矿体，故侧重加以阐述。
燕山期晚侏罗世岩浆为多旋回多次喷溢和侵入，根据其喷发－沉积、溢流、侵入及岩性等关系，至少划分为两个喷溢－侵入旋回。
第一喷溢旋回为晚侏罗世早期。上侏罗统下部打鼓顶组底部湖相沉积含砾砂岩（J3d1a）之后，开始间歇性喷溢，先形成1～3层绿色蚀变晶屑玻屑凝灰岩（照片4-6），后形成熔结凝灰岩；再次间歇沉积21m厚的杂色砂岩、粉砂岩。接着岩浆大量喷溢，形成厚达200多米的英安岩（照片4-7）；尔后有砂砾岩沉积（J3d2b），岩浆又间歇性喷溢，形成两层薄层状或透镜状英安质流纹质熔块岩，一层厚层状具赤铁矿条带流纹英安岩（J3d2c-1）；岩浆进一步演化喷溢，最后形成英安流纹岩及英安流纹质块熔岩（3d2c-2）。第一旋回主要发育于盆地北部，东部和西南部也有少量出露，总体呈东西向展布，但从块熔岩呈北东向长条状，说明NNE-NE向断裂联合东西向断裂控制的裂隙式火山岩浆喷溢。【1】
第二喷溢旋回为晚侏罗世晚期。上侏罗统上部鹅湖岭组底部砂砾岩沉积成岩后（J3e1），就有少量流纹质晶玻屑凝灰岩（照片4-8）喷溢。岩浆喷溢活动虽不强，但这是第二旋回的序幕。火山活动间歇，盆地又接受粉砂岩、细砂岩（J3e2a）沉积。岩浆活动加强，大量中酸性岩浆喷溢，形成较厚的流纹质泡沫熔岩。岩浆活动进一步加强，大量酸性岩浆溢流，达到鼎盛程度，形成厚度大（1200m以上）、分布最广的碎斑熔岩（照片4-9）。从盆地四周向内倾斜，倾角由缓变陡。部分研究者认为具底板相、中间相和管道相。经研究表明，各相底部有早成熔岩的岩块和角砾（照片4-10），往往有集块熔岩和侵入现象。说明是同一岩浆多次喷溢和侵入，它们的活动方式略有不同，早两次以溢流为主，晚一次以侵入为主。
早喷溢的（所称底板相）流纹质泡沫熔岩（J3e2a），出露于本次喷溢的外围（图4-3），与J3e1或三叠系上统呈超覆和侵入关系，局部呈脉岩侵入围岩中。流纹质泡沫熔岩以凝灰岩结构为主，但也有碎斑结构，尤其是与下伏岩层接触处具凝灰结构，显示冷凝边的特征。冷凝边一般厚几厘米至几米。
经短暂间歇后岩浆再次更大量喷溢，形成以碎斑熔岩为主体，底部也有流纹质泡沫熔岩的熔岩体（J3e2b）。碎斑熔岩体主要覆盖于J3e2a之上，但也有局部超覆于三叠纪等地层之上，也有为次火山岩体（花岗斑岩）沿接触面侵入。碎斑熔岩中虽然变质岩屑大为减少，但砂岩、流纹英安岩、晶屑玻屑凝灰岩等岩屑和岩块较多，即岩块的岩性种类增多，且块度显著增加，由几厘米至几十米，以至大于百米呈夹持体或捕虏体，为团块状或条带状。这些岩块均角岩化，也有同化混染现象。这是本次岩浆大量喷溢的结果，控岩断裂深、且影响范围大，大量岩浆喷溢时带入多种岩屑和较大的岩块。从碎斑熔岩的斑晶和基质结晶程度高，基质为微晶状和细晶状，也证明这一点。但斑晶有破碎现象，有的成尖棱状（照片4-9），说明部分斑晶在深部已晶出，在岩浆上升和溢流时挤压和磨擦等作用，使已晶出的斑晶破碎，即自碎作用。
深部岩浆再次上升，虽然强度减弱，但以侵入为主，形成碎斑花岗斑岩及含集块的碎斑花岗斑岩（管道相J3e2c）。主要出露于盆地中心偏北东的位置，呈近东西向的椭圆形。碎斑花岗斑岩结晶程度更高，基质为显微花岗结构，并有石英与微纹长石共结形成文象结构，以至为花斑岩。岩体中普遍含有花岗斑岩、花岗岩、砂岩以及前两次喷溢的碎斑熔岩的岩块，块度几厘米至几米不等，这说明所谓底板相和中间相分别成岩后，岩浆再次活动，且以侵入为主，形成次火山岩体。在盆地中有较多的次火山岩体，发育于盆地北部和东南边缘，呈不连续的环状的次花岗斑岩、花斑岩（照片4-11）岩体，其结构（文象结构等）、成分与这一次火山岩体相似，因此至少其中一些岩体是这次岩浆侵入而成的次火山岩体。
关于火山岩的地质时代：火山岩超覆的最新地层为三叠系上统，而火山岩又被老第三系覆盖。同位素年龄见表4-5，J3e2碎斑熔岩中黑云母钾－氩年龄值为158～163Ma，次花岗斑岩锆石铀－铅法年龄值为155Ma，火山岩地质时代定为晚侏罗世。

表4-5　岩浆岩同位素年龄表

据徐礼中资料编制。
另外，还有与各次喷溢的火山岩相应的次火山岩，它们多为次花岗斑岩。这些次火山岩的形态和产状极不规则。另外局部形成隐爆角砾岩筒。次花岗斑岩往往具边缘相和内部相。边缘相有细晶岩和花岗斑岩，基质和斑晶颗粒较小，而内部相基质和斑晶颗粒增大，基质为细晶结构至细粒花岗结构。不论是边缘相或内部相，都是斑晶晶出后结晶条件改变而晶出基质，斑晶往往被基质熔蚀而呈港湾状，都是斑状结构的花岗斑岩。
综上所述，晚侏罗世两个火山岩浆活动旋回，第一旋回至少有8次喷溢，第二旋回至少有5次喷溢和侵入。而且这两个旋回岩浆，随着构造应力场和岩浆间歇性活动而演化分异。第一旋回岩浆由中性至中酸性演化分异，即由凝灰熔岩→英安岩→英安质流纹岩、英安质流纹质集块熔岩。英安岩和英安质凝灰岩矿物成分以斜长石为主（50%～60%），且为An33的中长石。微纹长石次之（20%），暗色矿物黑云母和角闪石含量较多（10%～15%），石英含量较少，为5%～10%。而第二旋回岩浆由中酸性至酸性演化分异，即由流纹质凝灰熔岩→碎斑熔岩→花岗斑岩。流纹质凝灰岩和碎斑熔岩中微纹长石含量（30%～35%）大于斜长石（20%～30%），斜长石为（An为28～29）更长石。石英含量增加为25%～30%。并且岩浆中挥发分含量增加，除有电气石团块外，还有萤石化、绿泥石化、绢云母化的岩浆自交代作用。
晚侏罗世岩浆强烈活动后，随之有弱的中酸性至中基性岩浆活动，只形成次火山岩和超浅成岩体，以及中基性岩脉。主要有次花岗斑岩、斜长花岗斑岩、细晶岩、煌斑岩和辉绿岩。它们侵入于晚侏罗世火山岩中，其同位素年龄为107～109Ma（表4-5），即为燕山晚期（白垩纪）的岩浆岩。
岩浆岩同位素特征（表4-6）。从锶同位素初始比值为0.7101～0.7117，以及氧硫同位素数值，显示壳幔源混合特征。特别是根据火山熔岩由中性至酸性演化分异，再结合同位素特征，说明岩浆以幔源为主，有地壳物质混入。

表4-6　岩浆岩同位素分析结果表

据徐礼中资料。
（二）两类矿床地质特征简述
相山地区铀成矿作用有两种类型，一是火山岩浆成岩成矿为主的矿床；一是火山岩浆热液成矿为主的矿床。
1．火山岩浆成岩、成矿为主的矿床
火山岩浆成岩、成矿为主的矿床，沿着晚侏罗世的火山熔岩分布，且主要集中在打鼓顶组和鹅湖岭组发育较完全的北部、北东部和西部半环形地带，有6117、611、6122等十多个矿床。矿床的产出和分布与火山熔岩成岩成矿过程铀富集成矿密切相关，火山岩浆成岩、成矿的矿床中，矿体主要赋存于打鼓顶组火山熔岩上段及其与鹅湖岭组接触带，以及鹅湖岭组火山熔岩中下部。在火山熔岩中铀矿体呈层状和似层状，与火山熔岩产状基本一致（图4-5），尤其在J3d和J3e火山熔岩接触带附近，往往形成规模较大的隐伏矿体。相山矿区火山熔岩中铀含量普遍较高（（10～13.7）×10-6），并且火山熔岩的铀含量比次火山岩的铀含量高，结晶程度低的次火山岩铀含量又比结晶程度高的次火山岩高。同位素测定结果，铀成矿年龄与赋存矿体的火山熔岩年龄相吻合。核工业部北京第三研究所对相山矿区云际矿床与铀共生的磷灰石进行锶同位素测定，其初始比值为0.7105，与火山岩的初始比值（表4-6）接近，并还处在同一等时线上，认为成矿物质与火山岩浆来源相同。所有这些说明火山熔岩成岩过程，铀沉淀富集成矿。在火山岩浆成矿为主的矿床中，也有热液成矿叠加。热液形成的矿体往往产状较陡，有切穿岩层的现象。
（1）矿体形态产状特征
火山熔岩和次火山岩成岩过程富集形成的矿体，为似层状和透镜状（图4-5），其产状与火山熔岩、次火山岩产状基本一致。

图4-5　产于碎斑流纹岩中的铀矿体示意图

1—晚侏罗世碎斑流纹岩；2—上侏罗统砂岩；3—断裂（F）；4—矿体
（2）蚀变
火山岩浆成岩过程，强烈的岩浆自交代作用过程，使铀沉淀富集形成矿体。伴随铀矿化的岩浆自交代作用有钠长石化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化、萤石化等。在火山岩成岩过程，这些蚀变作用强烈。并且随着岩浆多旋回、多次喷溢而演化，产生不同种类和不同阶段的蚀变。
岩浆自交代的钠长石化局部见到，在火山岩喷溢的中心部位较发育，尤其是矿区北部和东部最明显。钠长石在岩浆结晶晚期交代早结晶的长石和基质等。
岩浆自交代的绢云母化、绿泥石化作用范围广，晚侏罗世各旋回各次喷溢的熔岩中都有不同程度的发育，如J3d1a的晶屑玻屑凝灰岩、J3d1b泡沫熔结凝灰岩、J3d2c流纹英安岩、J3e1底板泡沫熔岩等各次喷溢的火山熔岩，都有绢云化和绿泥石化，形成绿色火山岩。在绢云母化和绿泥石化过程铀不同程度富集，尤其是在绢云母集合体中有黄铁矿、萤石、绿泥石、方解石等共生时，铀可富集成矿体。
（3）成矿阶段
火山岩浆成矿期至少有三个成矿阶段：含铀钠长石化阶段，含铀绢云母化、绿泥石化阶段，含铀萤石、磷灰石化阶段。
含铀钠长石化阶段。是细柱状钠长石交代火山熔岩而成（照片4-12），即岩浆结晶过程，岩浆分异结果，钠和CO2等气液集中的部位，钠长石晶出并交代早结晶的矿物。在钠长石化的过程还有石英和方解石晶出（照片4-12）。钠长石包体爆裂法测温结果为300～330℃。
含铀绢云母化、绿泥石化阶段，在岩浆自交代过程，绢云母强烈交代，并有绿泥石化，形成绿色火山岩。在绢云母化和绿泥石化过程有铀局部富集，但铀含量较低。局部地方见到钛铀矿、铀石和沥青铀矿。伴生元素的Co、Ni、Cr、V、Pb、Mo、Sn、Cu等。
含铀萤石、磷灰石化阶段。主要发育于矿区的西部，在矿化的火山熔岩绢云母化、绿泥石化发育的部位，有含铀萤石、磷灰石化的叠加。在萤石、磷灰石集合体中有含钍铀矿、含铀钍石、沥青铀矿、钍石、磷钍矿等，伴生有Mo、Pb、P、Ba、Be、Cu、Zn等。
根据沥青铀矿铀－铅法同位素测定年龄值为120～145Ma（表4-7）。

表4-7　沥青铀矿同位素年龄值（铀－铅法）

据徐礼中资料。
2．火山岩浆热液成矿为主的矿床
火山岩浆热液成矿为主的矿床，主要分布于断裂带中，尤其是次火山岩（花岗斑岩）岩体的内外接触带和隐爆角砾岩筒中最多，如615、617等矿床。铀矿化受断裂构造和火山机构控制，一般为陡倾斜的矿体。矿体虽主要产于火山熔岩和次火山岩的断裂中，但也随控矿构造发育而产于震旦系等地层中（图4-6）。
（1）矿体形态产状特征
热液形成的矿体为脉状、细脉状和透镜状，其产状与断裂、裂隙产状一致（图4-6）。叠加于火山岩成岩成矿的矿体规模较大，如617矿床中隐爆角砾岩筒控制的矿体，长120m，宽30～60m，深250m。
（2）蚀变
热液蚀变强，主要沿断裂、裂隙发育，以绢云母化为主，其次有绿泥石化、硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化、方解石化，在一些矿床中有白云石化。
绢云母化　作用最强，沿断裂发育而呈带状。绢云母集合体沿裂隙交代长石及基质等。在绢云母集合体中有石英、细晶状黄铁矿、方解石等。

图4-6　横简矿床3线剖面图

（据261队资料）
1—上侏罗统打鼓顶组下段紫红色砂砾岩及火山熔岩（J3d）；2—晚侏罗世鹅湖岭组次花岗斑岩（J3e2（c））；3—震旦系粗粒黑云母石英片岩（Z6）；4—矿体
绿泥石化　除在绢云母化过程伴随有绿泥石交代暗色矿物等外，还有一次较强的绿泥石化。绿泥石集合体沿裂隙和微裂隙交代围岩的长石、基质等，形成绿泥石脉和细脉，组合成绿泥石化带。在绿泥石集合体中有黄铁矿、萤石、重晶石、沥青铀矿等。
硅化　硅化作用不强，但较普遍，并多次作用，形成脉幅较小的硅化岩脉。硅化作用是热液石英沿裂隙和微裂隙充填交代围岩的长石等。在石英集合体中有萤石、赤铁矿、黄铁矿、沥青铀矿等。
（3）热液成矿阶段
热液成矿期至少有四个成矿阶段：含铀赤铁矿硅化岩阶段，含沥青铀矿黄铁矿化、绿泥石化阶段，含沥青铀矿黄铁矿化、碳酸盐化阶段和含沥青铀矿磷灰石、萤石化阶段。
含铀赤铁矿化硅化岩阶段。是热液期第一成矿阶段，铀主要以分散状分布在微粒石英集合体中，极少见到沥青铀矿。在微粒石英集合体中，有粉末状赤铁矿、黄铁矿、绢云母。伴生元素有P、Mn等。
含沥青铀矿黄铁矿化绿泥石化阶段。是重要的成矿阶段。铀矿物以沥青铀矿为主。在绿泥石集合体中有黄铁矿、萤石、重晶石、方解石、沥青铀矿。它们沿含铀赤铁矿化硅化岩等裂隙充填交代（照片4-13），形成细脉状。
含沥青铀矿黄铁矿化、碳酸盐化阶段。铀矿物以沥青铀矿为主，形成沥青铀矿－方解石型矿石。矿物共生组合为方解石（或白云石）、黄铁矿、磷灰石、萤石、重晶石、绿泥石、沥青铀矿。伴生元素有Ag、Pb、Zn、P等。
含沥青铀矿磷灰石、萤石化阶段。是重要的成矿阶段。铀矿物为沥青铀矿（照片4-14）。矿物共生组合为萤石、磷灰石、方解石、黄铁矿、赤铁矿、石英、沥青铀矿，它们的集合体沿裂隙和微裂隙交代充填，形成脉状和网脉状矿石。
此外，含沥青铀矿黄铁矿化硅化岩阶段。在一些矿床中是重要成矿阶段。铀矿物以沥青铀矿为主，沥青铀矿为短细脉状、不规则状（照片4-15）。
铀－铅法测定的沥青铀矿年龄值为89～105Ma（表4-7），即为燕山期岩浆演化结果的热液成矿期。
成矿后仍有热液活动，有白色萤石、方解石脉和白色硅化岩脉和红色玉髓脉等。

过去曾认为氡是惰性气体，像一切气体一样（氦、CO₂、H、烃等），可以从地下迁移到地表，放射性异常是氡及其子体形成的。但是²²²Rn与其他稳定核素气体不同，其半衰期只有3.825 d，无论如何也解释不了它从几百米（铀矿）乃至几千米深（油田）处如何迁移至地表。

1983年，瑞典的波利登公司和捷克的布尔塔地球物理公司研究野外实施“地气法”寻找隐伏矿床，即地下几百米深的金属矿产的元素（微粒）直接迁移至地面，在地面可以采样。到1988年，他们已经采集到与地下矿产有关的金属元素达20 多种，其中有K、U、Ra、Pb等涉及放射性系列的元素。他们认为只要有更灵敏的分析仪器，可以做更多的元素。他们还报告说：近几年这一方法的大部分调查工作放在调查深部断裂构造、用于油气藏勘查、核电站和隧道选址等。1985年苏联学者C· B·格里戈里和E· M·柯雪提出“离子晕”法，在地面20 cm高处收集地下来的金属离子。1997 年，第十九届国际化探会议各国学者提出有：“活动态金属离子法”，“元素分子形态法”等，都是属于从地下隐伏矿体元素微粒直接迁移至地表为基础。

图7-1-2 美国克萨斯特里州韦尔曼油田某建造上方γ场强度等值图

（一）实测资料证明铀的迁移

1）1995年进行了模型试验，如图7-1-3所示，底部放一层含铀混凝土砖块，在25 cm河沙上铺半层2 cm厚稠油，在上面安置16个“地气”采样器，8个CR-39径迹片，8个LiF热释光采样器。不仅氡及其子体有异常，而且铀也有异常。

模型试验（图7-1-3）在64 d累积采样证明（1995年7月11日～9月15日）在油层边界之外，不仅氡穿过模型砂层（95 cm）；而且铀微粒也同样穿过砂层，被采样器收集，形成高值异常。2000年又做了一次类似的模型试验，同样收集到氡和铀的异常。

2）某盆地甲南隆起带南端，侏罗纪和第三纪砂岩为储油层，埋深2～3 km，氡高值异常成环状分布在油田周边。其中若干剖面作了取样用放射化学方法分析铀、镭和平衡系数，将铀镭剖面示于图7-1-4。铀、镭异常与油田对应很好。

以上地表实测资料说明，地下隐伏矿体的铀、镭、氡、铅等都在地表采集到样品，证明它们可以直接迁移到地面。由此可以概括地认为铀系元素（含同位素）都可以直接迁移到地表，不仅是氡，而且氡的子体也可能迁移至地表。

图7-1-3 油层与放射性异常形成模型实验

（二）油田“地气”金属元素异常为纳米微粒形成

油田“地气”金属元素异常（秦大地，王栽明，1991）。不仅放射性核素在油田周边呈高值，上方呈低值异常；而且Ni、V、Co、Hg、Mo和Cu也有相同的异常形态（如前苏联тетеревское油田）。

四川宣汉气田，储层深4500 m，穿过储气构造长轴方向作三条剖面“地气”采样，用中子活化分析方法分析金属非金属元素，其分布异常与放射性核素在油气田的异常形态类似，与已知气田对应很好。

在地气采样装置内同时封装采样膜片，使“地气”自然沉淀，用原子力显微镜观察，发现采集的微粒直径5～20 nm，如图7-1-5所示。

纳米固体是指由粒度为1～100 nm组成的固体物质微粒。排成一维的叫量子线，排成二维的叫量子面，排成三维的叫纳米固体。它不同于原子团簇。纳米颗粒可以是晶态或非晶态。纳米级，微粒的界面上原子的比例极大，一般占总原子数的50%左右。具有这样原子结构的微粒既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序短程有序的非晶体，而是一种长短程均无序的“类气体”（gas like）固体结构。纳米固体具有巨大的表面和界面，对外界环境，如温度、湿度等十分敏感。它自身具有量子尺寸，具有很高的小尺寸效应和量子隧道效应，可以穿过势垒和晶格。

关于纳米固体，由地下深部矿体向地面迁移问题，虽然很少直接观察到，但油田放射性异常由深到浅的连续性，已经间接或直接地作出了回答。正如德国学者所认为的：“元素（应是纳米固体），能穿过地质构造层，有向上发射现象，在地质体构造中可以发现。几乎所有元素都能发射到上方土壤和大气中。”而不是过去认为的：固体金属、非金属微粒是被上升气流（气或水）带上来的。

图7-1-4 甲南油田铀、镭分布图

图7-1-5 四川宣汉气田“地气”采样的纳米微粒

（三）纳米微粒的扩散系数可能很大

1987年J.Horvath和R.Birringer首次研究了纳米微晶Cu样品中的自扩散，测定了自扩散系数。采用的纳米微晶铜样品的平均颗粒直径为8 nm，以⁶⁷Cu（半衰期262h）作为放射性示踪。将含⁶⁷Cu的纳米微晶蒸发到抛光的Cu块样品表面上，然后密封于真空石英瓶中，加热使之向铜块体内扩散，控制扩散时间，使晶界扩散占优势。经过一定（扩散）时间后，用离子溅射办法，对Cu块样品的表面进行层层剥离。同时用Ge（Li）探测器的多道γ谱仪测量每次剩层的活度。由此得到⁶⁷Cu的纵剖面（扩散）分布图。图7-1-6为两块不同Cu样品的测量结果。两者退火温度和时间不同，即扩散条件和时间不同。纵轴为⁶⁷Cu覆盖面到被测面的比活度（距离为x处）。

图7-1-6 纳米微晶Cu样品中（⁶⁷Cu示踪）自扩散剖面图

对于多晶物质（Cu 块样品），纳米微晶可沿三个方向进行扩散，对应于三种扩散动力学类型，即晶格扩散（扩散系数很小），晶界面扩散和自由表面（界面）扩散。这两者扩散系数都很大，由于晶界浓度很大（近50%），晶界扩散将占绝对优势。该段物质的比活度正比于x处截面的平均放射示踪剂（⁶⁷Cu）浓度C（x，t）。

对于初始时（即t=0）示踪原子⁶⁷Cu沉积于样品表面（x=0）为一薄层面源，则根据费克第二定律扩散方程的晶界扩散的解为

核辐射场与放射性勘查

式中：C（x，t）为扩散t时间后x处的平均示踪剂⁶⁷Cu的浓度；C₀为t=0 时单位面积⁶⁷Cu的浓度；δ_i为晶界宽度；D_i为晶界面扩散系数；g为晶粒尺寸。则根据费克第二定律上式的扩散解和图7-1-6曲线的直线部分斜率，当温度在小范围变动时，计算得到纳米微晶的自扩散系数，列于表7-1-1。可见纳米微晶Cu的自扩散系数比微粒晶粒Cu的自扩散系数大12～16个数量级。

表7-1-1 纳米微晶铜、单晶铜和多晶铜自扩散系数

地层的温度梯度变化也是不大的，同样满足上述条件。可以推论，纳米微粒在地下的扩散系数应当是比较大的。

地下深部（矿体岩石）纳米微粒是如何产生的，目前难以具体说明。根据目前采用的纳米微粒的主要物理、化学制造方法，如蒸发法、研磨法、水热法、水解法和溶融法等；应当说，在地质作用过程中，包含有这些作用过程。

地下形成的气体分子，离子和固体纳米微粒的运移方式主要是，浓度梯度造成的扩散作用和温度、压力、梯度造成的对流作用。运移的快慢，取决于温度、压力和土壤（岩石）的渗透性，也就是流体运移的通道和动力。

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兴隆台区14713357477： 简述纳米微粒的基本物理效应? - ？
权纪利欣： 金属纳米微粒热力学性能的尺寸效应和形状效应本研究旨在建立起全面描述金属纳米微粒热力学性能的尺寸效应和形状效应的理论模型,研究涉及以下内容: (1) 提出了一个新的无量纲的参数——“形状因子”来描述纳米微粒形状差异对于基...

兴隆台区14713357477： 超滤净水器和反渗透净水器的区别有哪些? - ？
权纪利欣： 孔径:超滤膜(UF)的孔径为0.001~0.02μm;反渗透膜既RO膜孔径为0.0001~0.001μm.因此从直观上来说二者过滤精度不同,超滤过滤只是分子级别,而反渗透过滤达到了离子级别. 过滤效果:在使用上,超滤净水器可以去除绝大部分浊度...

兴隆台区14713357477： 活性炭有多少种类呢? - ？
权纪利欣： 由于原料来源 、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭的种类很多,尚无精确的统计材料,大约有上千个品种.按原料来源分 1. 木质活性炭 2. 兽骨 / 血活性炭 3. 矿物质原料活性炭 4. 其它原料的活性炭 5. 再生活性炭按制造方法...

兴隆台区14713357477： 手机和日光灯含有紫外线不 - ？
权纪利欣： 手机和日光灯管不会有紫外射出,其工作原理是灯管内部的水银蒸气被激发也就是吸收电能,跃迁后发出各频率电磁波,其中有紫外线,但是紫外线打到灯管内壁的荧光剂物质后能量被吸收,荧光剂发出可见光.没有紫外线,但是有红外线....

兴隆台区14713357477： 量子是什么东西?有什么性质?有多大呢? - ？
权纪利欣： 量子是一个物理概念,没有大小之分. 其基本概念为所有的有形物质是“可量子化的”.“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值.例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的.这决定原子的稳定和一般问题. 量...

兴隆台区14713357477： ...这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯,其反应中的反应物和生成物有C、CO 2 、H 2 SO 4 、K 2 Cr 2 O 7 、Cr 2 (SO 4 ) 3 、H 2 O七种物质.   (1)若将碳... - ？
权纪利欣：[答案] (1)① (2)3 ;2K 2 Cr 2 O 7 ; 8 ; 2 ;3CO 2 ; 2 ;8 (3)C (4)4.48L (5)C(Na + )>C(HCO 3 ...

兴隆台区14713357477： 3、光催化净化技术主要用于控制 - 上学吧普法考试？
权纪利欣： 闪 电 的 构 造 被人们研究得比较详细的是线状闪电,我们就以它为例来讲述闪电的结... 将土壤样品暴露在跟闪电过程一样的条件下,就会产生含有硅的纳米微粒,其被氧化...

兴隆台区14713357477： 纳米物质的尺寸大小是多少 - ？
权纪利欣： 一纳米(nm)等于10^-9米,是原子核长度的4倍,比细菌长度还要小得多.理论含义 纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术.1981年扫描隧道显微镜发明后,诞...

兴隆台区14713357477： 先用特殊方法把固体物质加工成纳米级(1nm~100nm,1nm=10 - 9m)的超细粉末粒子,然后再制成纳米材料是制造纳米材料的一种工艺.下列分散系中的分散... - ？
权纪利欣：[选项] A. 悬浊液 B. 乳浊液 C. 溶液 D. 胶体