基于趨勢面分析法提取氡氣測量弱異常

楊 明， 孟凡興 ， 汪 來， 朱佳寧， 薛 偉， 劉小剛

(1.核工業航測遙感中心 中核集團公司鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室)，石家莊 050002; 2.核工業208大隊， 包頭 014010)

0 引言

氡氣測量又稱射氣測量，是通過測量土壤氣中放射性氣體的濃度，并根據不同地點所測量到的放射性氣體濃度的分布規律來解決地質問題的一種放射性測量方法[1-3]。氡氣測量廣泛應用于地質找礦、水文地質、工程地質等多個領域，它不僅可以有效地反映深部隱伏鈾礦體和構造，同時對地質構造運動也有直觀地反映[4-9]。前人研究成果表明，氡氣測量異常最大值往往不會出現在隱伏斷層的正上方，通常都會沿斷層傾向方向偏移[10]，因此在分析氡氣測量數據的過程中，通過不同的數據處理方法提取氡異常對總結區域氡氣異常規律具有積極意義。

氡氣測量數據傳統的數據處理方法是在數據滿足正態分布前提下，采用平均值法確定背景值，然后計算數據的標準差；氡濃度測量值大于背景值三倍標準偏差的為異常下限，大于背景值5倍的則圈定為異常。傳統的數據處理方法雖然在放射性背景值較高的地區應用效果較好，但是在圈定不同氡濃度背景場的局部異常時卻存在不足，尤其在放射性背景值較低的地區，不能有效地提取氡濃度弱異常[11]。

趨勢面分析法是針對大量離散點信息，從整體插值角度出發，來進行趨勢漸變特征分析的一種多元統計分析方法[12-14]。運用該方法處理氡氣測量數據，可以從實際測量數據中分解出氡濃度趨勢值和異常值，從而有效識別弱異常信息，彌補傳統數據處理方法在提取氡濃度弱異常時的不足。筆者采用趨勢面分析法提取氡氣測量弱異常，并結合白家營子地區的應用實例對該方法在火山巖型鈾礦勘查遠景區的應用效果進行了分析探討。

1 趨勢面分析法原理

利用數學曲面模擬地理系統要素在空間上的分布及變化趨勢，是趨勢面分析法的原理。運用回歸分析原理，將顯著的變量分解成區域變化分量、局部變化分量和隨機變化分量是趨勢面分析法的實質[15-17]。區域變化分量反映宏觀分布規律；局部變化分量往往反映微觀局域的特征，受局部因素支配。隨機變化分量是由隨機因素形成的偏差，如式(1)所示。

Zi=Ti+Ni+ei

(1)

式中:Zi為觀測值；Ti為反映區域性變化的分量；Ni為反映圍觀局部特征的分量;ei是隨機變化分量即表述了隨機因素控制的變化。

2 應用實例

隨著鈾礦勘查工作的進一步開展，目前的找礦重點在于埋藏深部的盲礦體，所以在進行放射性測量的過程中，要特別重視弱異常的提取工作。白家營子地區位于多倫火山盆地的北緣，沽源—紅山子鈾成礦帶中西段，該成礦帶內已發現460礦床、570礦床和534礦床等初具規模的火山巖型鈾礦床，顯示出良好的找礦前景。本次以該地區的氡氣測量數據為例，分別采用傳統方法及趨勢面分析法提取氡氣測量異常，并結合鉆孔資料對比分析了二者在提取氡氣測量弱異常方面的應用效果。

2.1 研究區概況

研究區大地構造位置處于燕遼構造巖漿活動帶與大興安嶺-太行山構造巖漿活動帶的復合交接部位，火山巖相復雜、火山構造發育，具有較好的鈾成礦條件，是多倫地區主要的鈾成礦遠景區段。區內主體為一套白音高老組(J3b)的酸性火山碎屑巖系，呈火山噴發不整合超覆于滿克頭鄂博組(J3mk)之上，局部地勢低洼的溝谷處則被第四系不整合覆蓋。其中白音高老組(J3b)以侵出相流紋巖、流紋質凝灰巖為主，在研究區內大面積出露，呈長條狀、環狀或半環狀分布；滿克頭鄂博組(J3mk)主要為流紋質熔結凝灰巖，在研究區北西方向小范圍出露。

研究區侵入巖主要出露晚侏羅世白音高老期正長斑巖(J3b3ξπ)和白音高老期流紋斑巖(λJ3b3)。晚侏羅世白音高老期正長斑巖多呈脈狀、條帶狀展布，內外接觸帶多發育褐鐵礦化細脈。晚侏羅世白音高老期次火山巖流紋斑巖主要分布在研究區中東部，斑狀結構，流紋構造或塊狀構造，基質發育隱晶質結構，成分為長英質礦物，與鈾礦化關系密切。

研究區主體構造以北東向為主，地表流紋斑巖和正長斑巖的產出也大致呈北東向條帶狀，初步認為該期構造與鈾礦化有著密切的關系。正長斑巖和流紋斑巖接觸帶附近地表蝕變較好，發育明顯褐鐵礦化、硅化等蝕變，局部有紅化現象。

2.2 野外工作布置

根據本次工作的勘查目的，在研究區沿垂直主構造線(斷裂、地層走向等)的方向布設測量剖面4條，工程布置圖見圖1。

野外工作采用HDC-C型環境測氡儀，工作中采用剖面測量方式。取氣深度一般在0.7m～1.0 m，抽氣次數一般為4次～6次，確保雨天不進行數據采集。在測量過程中，發現計數偏高現象要及時進行研究追索，必要時要加密測量，發現異常時要在原孔附近重新打孔進行第二次測量，確定氡氣來源是否充足；抽氣工程中隨時注意干燥管中干燥劑顏色變化情況，如果干燥劑大于50%變紅要更換干燥劑；在基巖出露或潮濕地段，無法取樣時，采用移動點位的辦法；仍不能滿足要求的，要放棄測量，并做好記錄。

2.3 數據處理

2.3.1 傳統方法

統計數據后發現研究區數據滿足對數正態分布，所以采用對數平均值法確定背景值為3.30 Bq/L，然后計算背景值對數的標準差為2.38 Bq/L。采用背景值加3倍標準差的方法確定氡濃度異常下限為10.42 Bq/L，在此基礎上提取氡濃度異常。

2.3.2 趨勢面分析法

首先對原始數據進行預處理，剔掉異常點的特高值，具體到實際工作就是采用累計頻率95%處的測量值作為異常點特高值的閥值，凡高于閥值的測量值全部用閥值代替。然后運用Surfer軟件實現趨勢的提取和剩余值(△Zi)的計算[18]，最后根據正剩余平均值來計算隨機分量(ei)[19]，得到Ni=△Zi-ei，從而可以作出異常分量圖，提取氡濃度異常。

2.4 效果分析

分別采用傳統方法和趨勢面分析法提取氡濃度異常，并對二者的應用效果進行了比較分析(圖2和圖3)。

圖1 研究區地質及工程布置圖Fig.1 The geology and engineering layout in the study area

圖2 傳統方法圈定的氡異常區Fig.2 The radon anomaly area delineated in traditional method

圖3 趨勢面分析法圈定的氡異常區Fig.3 The radon anomaly area delineated in trend surface analysis method

由圖2可以看出，利用傳統方法提取氡濃度異常，僅僅圈定了氡值較高的區域，異常范圍較小，且圈定的氡濃度異常區零星分散，沒有規律性可言，為研究區鈾礦勘查工作的進一步開展帶來困難。由圖3可以發現，基本囊括了傳統方法圈定的所有異常區，并且較傳統方法圈定的異常范圍更大且明顯沿北東向展露，揭示了本區北東向隱伏斷裂的存在。因為圖2和圖3面邊緣的數據量較少，不能控制趨勢面的形態，即邊界效應的影響，所以不考慮圖2和圖3的邊緣異常區域。結合區域地質認識及對氡氣運移規律的總結，后期在氡氣異常邊緣區布設鉆孔ZKB01，在埋深約130 m的地方發現鈾異常，為該區鈾礦勘查工作的進一步開展提供了參考。

3 結論

綜上所述，可以得出以下結論：

1)與傳統方法相比，采用趨勢面分析法處理氡氣測量數據，可有效提取弱異常信息，增大異常范圍，強化異常規律，便于分析總結區域成礦規律，為放射性背景值較低地區氡濃度異常的提取，提供了一種簡單而有效的方法。

2)通過勘查實例證明，運用趨勢面分析方法處理火山巖型鈾礦遠景區測氡數據，可以有效地圈定異常，從而為鈾礦勘查工作的進一步開展提供借鑒。