随着我国核能及国防核资源战略的发展,铀矿找矿逐步向深部隐伏铀矿勘探方向转变,大幅增长的铀资源需求与目前非常有限的铀矿勘探深度之间存在日益凸显的矛盾。地气测量方法以其元素深穿透特性,对深部隐伏铀矿具有优秀的示矿能力,推广地气测量方法有助于改善我国目前大部分铀矿特别是华南典型热液型铀矿勘查深度局限于数百米的现状。为模拟研究铀元素在地层介质中的运移行为,本文对多孔覆盖层介质中的流体流动特性、孔中铀元素传质机制等方面进行耦合物理场数值分析和实验观测研究,分析总结铀元素及含铀微粒在覆盖层中随地气或地下水迁移的运移规律。在优化实验模型结构前提下设计并研制了水平扩散铀运移、垂向柱式铀运移以及立方式铀运移等地气模型,实现了模型系统参数的自动控制。研究结果表明,铀元素能够以微粒形式随气相流体在多孔岩土介质中产生运移,其运移行为并不受特殊地气气体成分的决定。快速对流并非是介质孔隙中含铀微粒运移的必需动力,但运移行为会受到孔隙介质和孔隙度等特性的影响:泥质介质对含铀微粒具有较强的截留吸附作用,但不足以压制地气中含铀微粒的强穿透性;相同条件下孔隙度较大的介质更有利于含铀微粒的运移。不同于干孔中的铀元素运移,铀元素在饱水覆盖层介质中主要以离子态随地下水运移,且液相地下水对孔隙中的铀元素具有更强的运载能力。横向对流地下水以及破碎带等因素很大程度上可使隐伏铀矿在地表形成的矿致异常信息位置发生偏移;在时间尺度上,横向对流地下水会减缓地面上可观测矿致异常信息的形成,破碎带及裂隙通道则更有利于铀元素定向、超前运移,加速地面上可观测矿致异常信息的形成。在野外勘探作业中,采用自行研制的恒流式地气采集器进行主动式抽气方式进行地气采集,采集样品进行质谱分析方法进行多元素含量测定。通过居隆庵地区已知剖面上的试验研究,提出一套联合应用地气测量与地面γ能谱测量、钋-210活度测量以及土壤热释光测量的综合放射性勘探方法,通过主成分分析和变异系数赋权方法等数据处理手段,能有效提取出深部隐伏铀矿所致异常信息,从而对浅表及深部埋藏的铀矿进行有效勘探。根据对相山地区典型热液型隐伏铀矿的综合放射性勘探结果可知,勘探区内主要存在杏树下一带、上家岭一带两个具有深部铀矿有利成矿条件的预测靶区以及乐家北东侧一带、燕窝-响石中部一带两个具有中深部铀矿有利成矿条件的预测靶区。这些预测靶区内分布有明显的中高值综合放射性异常,且基本上符合断裂构造控矿特征,解释结果与项目组内其他物化探勘探结果具有较好的一致性。通过大量的模型实验、模拟计算以及野外试验和应用研究,不仅进一步丰富了深部隐伏铀矿在地面形成地气元素异常的认识,为今后地气中铀元素运移研究提供了重要手段;同时也进一步推广了地气测量在铀矿勘探中的应用,为热液型深部隐伏铀矿找矿提供了重要技术支撑。