伽瑪能譜法在地質(zhì)礦物金屬元素異常勘查中的應用研究

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六六大隊，江西 南昌 330038）

1 伽瑪能譜測量基本原理

在天然伽瑪射線的能量范圍內(nèi)，地質(zhì)礦物中主要產(chǎn)生光電效應和康普頓效應，而光電效應僅發(fā)生在低能區(qū)。然而傳統(tǒng)的能譜測量中，常常把伽瑪射線的低能譜頻段作為干擾因素。能量在400keV以下的伽瑪射線約占全譜信息量的80%，野外地面伽瑪射線低能頻段中，除了U、Th系列低能特征譜的貢獻，更多的主要是高能伽瑪射線與土壤等介質(zhì)多次發(fā)生康普頓效應和光電效應的作用形成的。伽瑪射線經(jīng)過康普頓效應后，能量降低，因此，低能部分的天然伽瑪射線是多次康普頓散射的結(jié)果。在能量小于100keV的低能區(qū)，光電效應占主導地位，這一能區(qū)的伽瑪射線與土壤進行相互作用，因發(fā)生光電效應而被吸收。所以天然伽瑪射線與地質(zhì)礦物周圍土壤產(chǎn)生作用時，光電效應使得低能組分相對減少，高能組分相對提高；而康普頓效應產(chǎn)生的次級散射射線，又提高了能譜成分的低能部分。這兩種效應的綜合結(jié)果使能譜成分穩(wěn)定。此時在低能區(qū)形成低能峰，其能量和譜線形態(tài)特征主要取決于地質(zhì)礦物等介質(zhì)中的主要成分[1]。

伽瑪能譜測量是根據(jù)野外條件下，釷、鉀的γ射線能譜曲線的差異，測量和計算出釷、鉀的含量的。測定釷、鉀等元素的含量時，需要設(shè)置能譜段，譜段的選擇原則是：①選用高能段，減少散射γ射線的影響：②譜段盡量獨立，突出有關(guān)元素的貢獻，提高含量計算的穩(wěn)定性；③各譜段道數(shù)盡量多，以提高測量精度，減少含量計算誤差，為方便計，仍沿用過去習慣了的討論辦法，設(shè)若譜段的選取范圍分別為N1譜段1.66～1.86MeV，N2譜段1.37～1.57MeV，N3譜段2.41～2.81MeV，分別計算譜段的計數(shù)率N1、N2、N3，它們與釷、鉀的含量將會有以下關(guān)系。即：

N1=a1U+b1Th+c1K;N2=a2U+b2Th+c2K;N3=a3U+b3T h+c3K

2 測區(qū)概況

工作區(qū)在大地構(gòu)造上位于武功山-諸廣山褶皺造山帶北部，處于揚子陸塊和華南活動帶交匯部位的華南活動帶一側(cè)，位于華南褶皺系大王山-于山隆起帶內(nèi)北北東向宜黃-安遠、北北東向-北東向南城-大余及北西向三深斷裂交匯部位。研究區(qū)主要產(chǎn)出金屬礦物，礦田位于該成礦帶的北東端[2]。

3 測線及測點布置

3.1 測線布置

根據(jù)設(shè)計任務(wù)，物探工作主要是1：5萬伽瑪能譜面積測量和綜合物探剖面測量。其中伽瑪能譜面積測量共布置物探測線59條(1～59)，線距500m，點距100m，測線方位310°。

3.2 測點布置

依據(jù)每條測線方位、測點位置利用專業(yè)軟件計算其理論坐標，將其輸入GPS，確認各測點距離、方位正確無誤后，開始進行野外施工。

野外測量時利用GPS、地形圖導航，在現(xiàn)場用紅布帶做標記，并用筆標記點、線號。

4 地面能譜測量

4.1 儀器設(shè)備

地面能譜測量采用成都新核泰科科技有限公司生產(chǎn)的XTG-2000M微機四道伽瑪能譜儀，該測量系統(tǒng)主要由探頭、手機控制組成。出隊前經(jīng)過核工業(yè)放射性勘查計量站檢定，并出具檢定證書，換算系數(shù)和本底置入標定系數(shù)。

4.2 野外工作方法

（1）工作基準點選擇與測量。在野外駐地開闊的泥土地面上，選擇地面平坦、遠離遮擋物且伽瑪輻射場均勻處，用紅油漆做好標記，作為儀器長期穩(wěn)定性檢查的基準點。儀器長期穩(wěn)定性檢查每天進行，每天出工前、收工后在基準點測定各道讀數(shù)，測量時間采用野外確定的計數(shù)時間，讀3組數(shù)取平均值。根據(jù)規(guī)范要求，兩次測量平均值對比，鉀、釷含量相對誤差不超過15%。

（2）計數(shù)時間。為使各測點的觀測精度保持一致，工作開始前在工作區(qū)選擇有代表性地段進行計數(shù)時間測試。測試時采樣時間分別選擇15秒、30秒、60秒、120秒、300秒分別測量兩次。以300秒采樣結(jié)果為準，選擇與其計算結(jié)果相近的采樣時間為工作區(qū)內(nèi)地面伽瑪能譜測量的采樣時間。根據(jù)測試結(jié)果，本次施工測量采樣時間選擇為60秒。

（3）野外觀測。①本次測量野外觀測為定點觀測，測量時將探頭直立在比較平坦的基巖露頭或地面上進行，保證了輻射立體角為2π；②若測點測量值為正常含量時，取一次讀數(shù)；當發(fā)現(xiàn)異常時進行了重復觀測；③伽瑪能譜測量過程中遇下雨等情況時，立即停止測量，小雨過后3～4小時方繼續(xù)工作，大雨則待土壤干后才開始工作；④野外測量過程中若發(fā)現(xiàn)儀器讀數(shù)顯著變化，立即重復觀測，以確定是儀器故障還是發(fā)現(xiàn)異常；⑤觀測過程中隨時觀察并記錄有關(guān)地質(zhì)情況，如礦化、蝕變、構(gòu)造以及巖性、植被和土壤溫度等，并詳細填寫野外記錄表格。

（4）異常處理。本次普查階段進行路線測量時，對發(fā)現(xiàn)的異常點（帶），進行了下列工作：①進行重復觀測；②觀察地質(zhì)現(xiàn)象；③追索異常，加密點線距視具體情況定；④記述異常位置、形態(tài)、異常產(chǎn)出位置的巖性、圍巖蝕變等。

5 地面能譜測量數(shù)據(jù)處理與解釋

5.1 數(shù)據(jù)整理

①在剖面測量結(jié)束當天繪制原始平面剖面圖，根據(jù)數(shù)據(jù)整理結(jié)果，及時評價原始數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時指導下步工作安排；②野外工作結(jié)束時，對所有原始資料進行了統(tǒng)一編錄存檔，并對原始資料進行初步復查；③本次測量時直接讀取地質(zhì)礦物中釷、鉀含量，無需換算；在參數(shù)統(tǒng)計前，對實測數(shù)據(jù)進行初步整理。其中包括畸點剔除、重復觀測處理、資料整合等；④編制圖件時對野外記錄表、異常登記表、儀器長期穩(wěn)定性檢查記錄等原始資料逐一檢查核對，確認無誤后方進行成果圖件編制及資料解釋。

5.2 數(shù)據(jù)處理

5.2.1 計算背景值及標準偏差

根據(jù)不同巖性反映的伽瑪場特征不同，測區(qū)劃分變質(zhì)巖地區(qū)、花崗巖地區(qū)分別進行參數(shù)統(tǒng)計。其計算公式如下：

式中：X—背景值；

S—標準差；

n—參加統(tǒng)計的測點數(shù)。

5.2.2 異常下限確定

異常暈：X+3S≤Q＜3X

異常點（帶）：Q≥3X

Q—工作區(qū)鉀、釷元素含量。

5.3 數(shù)據(jù)解釋

地質(zhì)礦物中各元素分布特征分區(qū)地質(zhì)解釋。

5.3.1 鉀、釷元素異常劃分

為了便于分析和描述，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，以鉀、釷含量等值線平面圖為基礎(chǔ)，以工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)體各元素含量的背景值、標準偏差為依據(jù)，分出放射性元素異常暈區(qū)、異常區(qū)兩個區(qū)作為成果分析（見表1）。

異常暈區(qū)：X+3S≤Q＜3X

異常區(qū)：Q≥3X

其中：X—工作區(qū)鉀、釷元素的背景含量，即平均值；

S—背景含量的標準偏差；

Q—工作區(qū)鉀、釷元素含量。

表1 工作區(qū)鉀、釷含量異常劃分表

5.3.2 地質(zhì)礦物中部分元素分布特征及地質(zhì)解釋

根據(jù)以上分區(qū)標準，提取鉀、釷元素含量異常暈區(qū)及異常區(qū)。如圖3所示，由圖可知，本次地面能譜測量共發(fā)現(xiàn)多處金屬元素異常（見表2），區(qū)域內(nèi)未見鉀異常暈。將提取信息結(jié)合地質(zhì)資料分析，取得以下認識。

表2 地面能譜測量異常特征表

發(fā)現(xiàn)2處釷異常暈區(qū)、未見釷異常區(qū)，釷元素含量偏高區(qū)整體分布在與變質(zhì)巖交界附近的西部花崗巖地區(qū)及圖幅的北東角，另外在測區(qū)東部呈不規(guī)則狀零星展布。釷元素含量受斷裂構(gòu)造控制明顯，次級裂隙構(gòu)造發(fā)育交匯部位，釷含量呈低值。鉀元素含量在區(qū)內(nèi)分布比較穩(wěn)定，一般在2%～4%，鉀元素偏高區(qū)同樣主要分布在印支期花崗巖出露區(qū)，且多集中在地勢低洼處，為水系沖蝕堆積的產(chǎn)物。未見鉀異常暈區(qū)、異常區(qū)。

6 結(jié)語

金屬元素異常區(qū)域主要位于北東部，受燕山期花崗巖控制明顯，呈條帶狀、橢圓狀在1號斷裂與2號斷裂夾持區(qū)附近展布，且次級構(gòu)造發(fā)育、圍巖蝕變強烈部位，異常峰值越高、規(guī)模越大，成礦地質(zhì)條件也越好。