Question

地面步行总量γ测量

Answer 1

(一)基本原理

总量γ测量是使用便携式仪器测量岩矿石和土壤放射性元素放射出的γ射线辐射场，辐射场的大小反映地下一定深度岩矿石放射性元素含量的多少，从而可通过测量γ射线照射量率来反映地下矿体的赋存空间范围，为高放射性矿床的勘探提供找矿线索和方向，圈定出有利的成矿远景区或成矿带。其依据是：具有一定规模的高放射性矿体在空间将产生γ辐射照射量率，此照射量率正比于矿体的含量，也与矿体的大小有关，如一圆台状矿体，其在空中一定高度上产生的照射量率为(公式的推导见第二节)

放射性勘探方法

放射性勘探方法

式中：R、l、ρ、q分别为辐射体的半径、厚度、密度和含量；μ、μ_l分别为辐射体的吸收系数和覆盖层的吸收系数；h为覆盖层的厚度；K为γ常数，当以克为单位时，铀、镭、钍、钾的γ常数分别为K_U=3.15×10³γ·cm²/gU，K_Ra=9.83×10⁹γ·cm²/gRa，K_Th=1.35×10³γ·cm²/gTh，K_K=0.79γ·cm²/gK。

Φ(X)是金格函数，其表达式为

放射性勘探方法

式中u=Xsecθ，此函数可查金格函数表获得，也可采用数值积分求得。

由此可知，对于一定形状的辐射矿体在空间产生的照射量的大小正比于矿体的含量，与形状大小有关；同时受覆盖层的影响，产生一定量的吸收，所以地面上测量的辐射强度的大小可以反映地下一定深度范围内放射性元素的含量的多少。故可以通过地面辐射仪探测地下一定深度放射性辐射体的放射性含量的特征，进而达到找矿的目的。

(二)便携式γ辐射仪及仪器的准备

主要测量γ射线总计数率，其代表仪器有FD-3013型γ辐射仪，仪器性能较早期的FD-71型γ辐射仪有较大的改进。国外的类似仪器有GR-101型γ辐射仪。FD-3014型与FD-3013型γ辐射仪有相似性，但它具有定性测量铀含量和钍含量的功能。通过调节甄别器阈值电压实现谱段的测量。国外的这类仪器有加拿大的UG-130型单道积分γ能谱仪和GRS-400型积分γ能谱仪等。

1.仪器标定

标定是把γ辐射仪测得的计数率换算成统一的放射性元素含量单位(或当量平衡铀含量10^-6eU；g/t)，或照射量率(C/kg·s)。求出仪器灵敏度，即单位核素含量(1U_γ)引起的计数率(cps/1U_γ)或者照射量率[cps/(C·kg^-1·s^-1)]。

(1)标准模型标定

需要在本底模型和铀标准模型上同时测量。首先在本底模型上测得的本底计数率为n_B，和仪器灵敏度k(cps/1U_γ)之间的关系为

放射性勘探方法

式中：B为来自本底模型周围大地、大气和宇宙射线辐射；Q_B(K)、Q_B(U)和Q_B(Th)为本底模型中钾、铀和钍的含量；a_K为钾的铀当量含量(即与1%钾的总计数率相当的平衡铀含量)；b_Th为钍的当量铀含量(即与1g/t钍的总计数率相当的平衡铀含量)。a_K与b_Th数值与探测器大小以及仪器甄别阈有关，但变化范围不大。

同样条件，在铀标准模型上测得计数率n_U。这里假定本底模型与铀模型基质完全相同，仅铀含量不同。因此，同样可写成下列关系式：

放射性勘探方法

使(2-87)式与(2-88)式相减，得仪器灵敏度为

放射性勘探方法

(2)用点状镭源标定

把仪器架在标定架上，如图2-36所示，利用密封的点状固体镭源，根据镭源常数(A)，调节镭源和探测器之间的距离(R)；由I=A/R²公式，计算不同距离处的照射量率I(C/kg·s)，求仪器计数率(cps)与照射量率(C/kg·s)之间的关系曲线，称标定曲线。如标定曲线呈线性关系时，则

放射性勘探方法

式中：n_B为仪器自然本底计数率；n为测点的计数率；k_c为仪器的换算系数(C·kg^-1·s^-1/cps)。

图2-36 γ射线辐射仪检查及标定的装置

2.仪器本底的测定

仪器的本底测定是每台仪器都要做的工作，而且在仪器大修之后或到新的测量地区需要重新测量。

仪器本底或称仪器自然本底n_B，是由宇宙射线n_宇及仪器探测器材料中的放射性核素或被放射性核素污染，或由于仪器噪声等引起的总计数率n_仪组成。即

放射性勘探方法

测量仪器自然本底常用有两种方法。

(1)水面测量方法

这是最常用的测量方法。要求水域附近没有岩壁，水域范围10m以上，水深超过10m。测量时仪器探测器放在水域中央，在水面附近，进行高精度测量。

(2)铅屏法

在缺少上述水面地区，可以使用铅屏法。

取一个板状铅屏或杯状铅屏，放在地上。将仪器的探测器放在铅屏之上或杯状铅屏中，保持探测器相对位置不变，分别测量带铅屏时的计数率和不带铅屏时的计数率，于是分别得到

放射性勘探方法

式中：n_无和n_屏为不带铅屏和带铅屏时的计数率；n_岩为本地岩石的计数率；n_B为仪器自然本底；a=e^-μd为本地岩石γ射线对铅屏的透过系数，μ为铅对γ射线的吸收系数，d为铅屏厚度。

由(2-92)式解得自然本底

放射性勘探方法

式中：a=(n_屏-n_B)/(n_无-n_B)。如有一台仪器本底是已知的，可以求出其他仪器的本底计数率。

3.仪器三性检查

为保证测量结果准确可靠，必须对仪器进行“三性”检查。“三性”即准确性、稳定性和一致性。

(1)准确性检查

用需要检查的仪器测量已知照射量率为I₁的标准源，测量结果为I₂(已减去自然底数)，如两者的相对误差

放射性勘探方法

则仪器的准确性好，符合要求。

如果在±10%以外，则要查明原因，请专业人员修理；若更换了重要元件，则必须重新标定仪器以后才可以使用。

(2)稳定性检查

观测仪器长时间读数，若对于同一测点、同一测量条件下，读数误差总的范围不超过±10%，认为稳定性好。

检查方法：把仪器架在标定架上，让仪器对准标准源，探头距源1m，开始时每5min读一次数，看看仪器读数是否在标准源常数附近(±10%)范围内跳动(要扣除底数，每个读数要记录)，称为“初检”。连续初检3h，若稳定性合格，再进行“复检”。复检时每半小时记录一次，这时可以把标准源挂在距源0.5m处，用公式I=A/R²(A为源的γ常数)计算此处的γ射线照射量率，看看仪器读数是否在计算值附近摆动，连续观测10h左右，即可看出仪器在不同测程的稳定性。

仪器的稳定性和准确性一般同时检查，而且都在标定架上进行检查。

(3)一致性检查

同一型号的多台仪器在同一测点上测量该点的γ射线照射量率(测量条件一致)。

假设有n台仪器待检，在未知γ照射量率的点上，每台仪器连续读20个数，求其平均值

，3，…，n)，用肖维纳法或格拉布斯法(参阅有关数据处理的书籍)确定舍弃明显偏高或偏低的仪器平均值，计算剩余仪器读数平均值的平均值

为剩余仪器的个数)作为标准。再计算每个仪器与此标准的相对误差，即

放射性勘探方法

就认为仪器的一致性好。

对不合格的仪器修理以后才能使用。

(三)野外工作过程

大多数地面γ测量都和地质调查紧密配合或同步进行，这样既有利于提高找矿效果，又有利于对找到的放射性异常及时处理。

1.测网布置和路线γ测量

利用地面γ测量进行放射性矿产普查，根据要求找矿的详细程度，大致分为区调和普查。各工作阶段比例尺及常用测网见表2-13，也可根据具体任务确定，区调和普查找矿可采用规则测网，也可采用不规则测网，普查评价测量应采用规则测网。工作底图应使用大于或等于工作比例尺的地形图。

表2-13 各工作阶段比例尺及常用测网

(1)不规则测网

一般应用于区调、普查阶段，测量路线应尽量垂直区内主要构造线和地层走向，并有系统编号。测量路线及测点位置必须在野外现场准确标在相应比例尺的地形图上，每条测线的起点、终点，岩性界线点、构造点，发现的异常点、带必须准确标在相应比例尺的地形图上，上述信息相邻两定点之间不得超过六个测量数据，否则应定控制点。

γ总量测量作为辅助方法和其他找矿方法配合进行时，一般采用同一测量路线，其精度根据实际情况，原则上降低一个等级要求。

(2)规则测网

一般应用于普查评价阶段，测网应采用基、测线控制。基线应平行于主要探测对象的走向布置，并尽量通过重点探测地段。基线上应设有两个以上半永久性标志，当单边测量长度超过500m时，应采用双基线控制。基线用经纬仪测定，或高精度GPS测定。

测线应垂直基线布置，并系统编号。测线与测点可用高精度GPS或森林经纬仪或罗盘、皮尺测定。

(3)剖面测量

一般测量路线选择在基岩出露好、地层(岩体)出露齐全、有一定代表性的地段，采用罗盘及皮尺确定测点位置。

2.γ总量测量异常点、带、场的标准和确定原则

异常点标准：①γ值为围岩背景的三倍以上；②受一定的岩性、层位及构造控制；③性质为铀或铀、钍混合，以铀为主。

异常带标准：异常分布受一定层位(岩性)或构造控制，其长度连续在20m以上者，或受一定层位(岩性)、构造控制的断续异常，当其总长度大于40m，累计异常长度小于20m时，可称为异常带。

γ场的分级标准：低场、偏低场、正常场、偏高场、高场、异常场。其场值范围见表2-14。

表2-14 γ场分级范围

注：C₀为γ背景值；σ为γ背景值标准偏差。

3.野外工作方法

1)将仪器置于正常工作状态，主要是确定仪器的下阈及报警阈值。

2)路线测量时，一般在区调、普查找矿、普查评价比例尺相同或稍大的地形图上布设测量路线，在测量过程中，必须连续听测，探测器要靠近地面左右摆动，大体上按照布设路线“蛇曲”前进，测线左右摆动的幅度应在线距的1/4～1/2之间。野外工作时，应充分运用成矿模式和找矿判据，寻找对成矿有利的构造和岩性。在测点上将仪器的探头放在比较平坦的基岩露头上，要注意几何条件的一致性。

3)在路线测量过程中注意背景值的变化，若发现偏高，应立即追索，圈定范围，分析原因，浮土覆盖地段出现偏高点，应采用刨坑测量。

4)在路线测量过程中，应仔细观察岩性、构造、各种找矿标志、地貌、浮土覆盖和植被等情况，发现成矿有利的地质条件时，应仔细找异常。

5)在工作中，应随时检查仪器的工作状态，注意自然环境(温度、湿度等)变化对测量结果的影响，遇雨要停止工作。

6)读数记录要求，按测网精度要求进行测量和记录，并把实际路线、测点位置和伽马值及时标在地形图上；观测点应尽量选在基岩露头上，基岩表面尽可能平整；每一测点要按下启动开关后进行测量读数，在野外记录下测量距离、点号、测点性质、地形和地貌特征等。

7)在野外工作过程中，发现异常点、带后必须做如下工作：

(a)检查仪器工作是否正常。如仪器工作正常，应立即进行重复测量。

(b)对异常应详细追索、圈定分布范围、了解伽马场分布规律，作好记录。测网视异常规模适当确定。

(c)了解异常赋存地质条件、控制因素、围岩蚀变、矿化特征等，并详细记录。

(d)采集有代表性的标本和样品，并作地质特征素描图。

(e)将异常位置、最高伽马值及产状准确标在工作用图上，并作好现场标记，回驻地及时向技术负责报告。

(f)在确认达到异常点、带标准时，要填写异常卡。

4.质量检查

(1)野外仪器检查

1)仪器的野外短期稳定性检查；

2)仪器的野外长期稳定性检查。

(2)路线检查

检查线主要布置在成矿有利或工作质量有怀疑的地段，线面结合，以抽检为主互检为辅相合的方式进行，检查工作量不少于基本工作量10%。

不规则测网，两次测量路线基本一致，测量数据曲线形态相似，面积相对误差区调阶段不超过±20%，普查阶段不超过±15%，在1/4～1/2的线距范围内不漏异常带、偏高场及明显找矿标志的异常点。

规则测网，两次测量数据曲线形态相似，面积相对误差不超过±10%，不漏异常点、带和偏高点。

剖面测量，两次测量数据曲线形态相似，面积相对误差小于±10%，不漏异常点、带。

(3)异常点(带)检查

具有矿化及有地质意义的点(带)做100%检查，一般异常点(带)检查50%。检查理应检查异常位置、性质、规模，进一步了解异常赋存地质条件、控制因素、围岩蚀变、矿化特征，并提出评价和下一步工作意见。

(四)地面步行总量γ测量数据处理

地面γ测量野外采集的数据，检查无误后，输入计算机。可绘制照射量率(单位：C/kg·s)的等值线图、平面剖面图、剖面图和相对等值线图等；进而研究γ高值场的分布特征，判别异常。在区域正常场的基础上，研究γ高场、偏高场与分散晕、含矿构造、含矿岩体的相关性，为进一步找矿或揭露评价提供依据。常用的成果图有γ照射量率平面等值线图和相对等值线图。

1.平面等值线图

在放射性勘探中，等值线图法常用于面积普查、详查、航空放射性测量和各种工程放射性编录的资料整理。该法的优点是：方法简单、直观，反映场晕的梯度变化和岩性界线较明显；缺点是在数据变化大时清晰度差，不易分辨微弱异常引起的场晕变化。因此，有时会“淹没”微弱异常。下面以圈定区域γ场等值线图为例，说明方法的基本步骤：①确定测区内各种岩石的γ射线照射量率的背景值与等值线的起始值和终止值；②确定等值线间隔，它一般大于仪器灵敏度的2倍，并考虑仪器“三性”要求，尽量压抑非地质因素引起的自然波动；③制图，按比例尺准确绘制数据分布网，然后依据测点值插入等值点，最后按圆滑原则参考地质情况把等值点连成曲线。

2.相对等值线图

相对等值线图法以地质变量服从正态分布函数为理论依据。做法是：首先求出各种岩性的三个统计量

的值作为等值线的值，然后按不同岩性，并依据其中的观测值进行内插制图。它克服了等值图法的缺点，但对区域性的场晕变化趋势及地质界线的划分反映不够明显。下面以区域γ相对等值图的制作为例，说明方法的基本过程。

根据统计或作图的方法求出正常值

和均方差值(σ)。具体方法是将野外采集的数据按地区、岩性、岩相、风化层和土壤等分别进行统计，计算各类岩石的正常值(即平均值

和均方差值(σ)，并按

三类数值分类，在每一种岩性内分别圈出偏高场、高场和异常场的等值线图。如某地区分布有花岗岩和砂岩，而花岗岩又分为

、

和

，分别按岩性和岩相统计地面测量采集的数据，得到正常值和均方差值，列于表2-15中。

表2-15 各岩性γ场正常值和均方差值

根据数据可以按岩性圈出其中的偏高场、高场和异常场。遇到两种数据不同的相邻岩性时，连线可以按分类连接，不考虑数值。这样根据表2-15数据，绘出相对等值线图(图2-37)。

图2-37 某地γ照射量率等值线图