Question

伽马能谱资料“二次开发”多金属找矿应用研究

Answer 1

郭安北

(核工业地质档案馆)

摘要 针对核工业地质档案馆馆藏的大量铀矿地质档案资料——伽马能谱资料，提出了“二次开发”在多金属找矿方面的应用论题，论述了资料应用的理论基础、技术方法，并引用国内外的找矿实例和效果论证了档案资料“二次开发”利用的可行性，为核工业地质档案资料的开发利用提供了有效方法。

关键词 伽马能谱资料“二次开发”理论与方法 应用

1 概述

伽马能谱资料是在铀矿勘查过程中，利用伽马能谱测量仪器对勘查工作区进行测量所记录的伽马能谱测量数据以及资料解释推断形成的成果报告等。本文所称“二次开发”，是指地质找矿技术层面上的档案资料第二次加工利用。与档案编研学理论的“二次加工”、“二次文献”概念上略有区别，前者是指再次利用的意思，是地质界的习惯术语；后者是档案学对档案编研的程度划分，但二者均属档案资料开发利用的范畴。铀矿地质与普通地质最大的区别在于“放射性”，而放射性伽马能谱强度的变化往往与地质事件有关，如断裂构造的发生、火山活动和成矿作用等都可能引起伽马能谱的变化。本文重点探讨伽马能谱资料“二次开发”在多金属找矿方面应用的理论基础、开发利用方法和方法的可行性。

2 伽马能谱资料“二次开发”多金属找矿应用的理论基础

2.1 伽马能谱资料应用的信息理论

伽马能谱数据资料是最原始的记录，是客观的成矿地球化学环境的体现，信息量十分丰富。随着人们认识的深入，对伽马能谱信息的加工和开发利用方法，不会停留在过去的认识水平上。不断研究信息的处理方法与实际应用效果，使这些内存的、潜在的、静态的资源，通过编研使其由静态走向流通，潜能转化为动能，价值得到增值。

2.2 伽马能谱资料应用的地质理论基础

2.2.1 伽马能谱多金属找矿应用的核物理基础

伽马能谱资料记录的是自然界中²³⁸U、²³⁶Th、⁴⁰K的能量特征。而K、U、Th元素与多金属元素(如铜、钼、铅、锌、锑、铋等)具有较稳定的亲和性，在成矿作用过程中，常常共同迁移、富集，甚至形成共、伴生矿床。因此通过解析能谱资料特征，由已知到未知，指导多金属找矿。这就是伽马能谱多金属找矿应用的核物理基础。

2.2.2 伽马能谱多金属找矿应用的地球化学基础

地球化学演化过程中，在矿体或近矿蚀变岩中放射性元素呈有规律的分布，出现放射性元素的分带性或放射性局部异常的叠加。因此，放射性元素对多金属矿床的定位具有一定的指示作用，这就是伽马能谱多金属找矿应用的地球化学基础。

3 伽马能谱资料多金属找矿“二次开发”方法

3.1 放射性特征模型法

模型应是建立在对客观实体全面分析的基础上，从中提取能够确定实体属性的特征信息的综合描述与模拟。模型必须反映实际勘查资料的客观性、可类比性和可解性、代表性。在模型建立的基础上，进行数据处理，提取有用信息，为找矿提供参考资料。

3.1.1 数据处理方法思路

“二次开发”的数据处理需要解决针对多金属找矿区域内放射性异常信息较弱的情况下如何找到异常的问题，因此，在数据处理中要突出有用信息。主要通过不同地质单元的归一化处理，以地质单元统计平均值为衬度的差值/方差转换处理，以抑制不同地质单元岩石建造放射性元素含量本底的影响，从而突出与成矿有关的信息异常。

3.1.2 数据处理一般程序

一般处理程序是：地质单元编码，输入地质信息，以地质单元统计K、U、Th含量平均值，计算各采样点与单元平均值的差值，计算各地质单元方差，计算各采样点差值与方差之比，输出方差等值图和数据，计算特征模型参数(突出某种元素或抑制某种元素的方法)。

1)按地质单元分别统计K、U、Th含量平均值(Xd)。

2)计算各采样点K、U、Th含量(X_i)与单元平均值(Xd)的差值(△X_i)。

△X_i＝X_i-Xd

3)计算各地质单元方差值σxd。

第九届全国地质档案资料学术研讨会文集

4)计算各测点差值/方差比σx′，作方差等值图。

σx′＝△x_i/σxd

5)计算特征模型参数。由于地质情况的复杂性，模型的区域局限性也是显而易见的，因此，一个模型的建立不可能通解不同区域的找矿问题，但能够解决相似地质条件区域的找矿问题。对不同地区模型参数的计算公式是不一样的，需要根据实际情况确定。

6)输出σK、σU、σTh等值图和特征模型参数等值图。

通过上述原始数据转换处理，把不同地质单元的随机变量，统一到相对一致的衬度水准上，既保持了元素分布特点，消除了地质单元的背景值的影响，突出了与成矿作用有关的局部异常，减少了异常判别的随意性。

3.1.3 数据处理实例

本文选取了北方满洲里地区与南方粤北地区两片区域进行了试验研究。

1)根据对满洲里地区斑岩型铜钼矿床放射性特征参数进行统计分析和对火山热液石英脉型银矿床放射性特征参数的统计分析，建立模型数学表达式为

S_m1＝K³/(eU×eTh)(斑岩铜钼矿床伽马能谱特征模型)

S_m2＝K×eTh/eU²(中低温钾硅混合蚀变型银、金多金属矿床的放射性特征模型)

式中：S_m1表示矿床模型1；K 表示钾元素含量；eU 表示铀的当量含量；eTh 表示钍的当量含量(以下同)。

2)南方的粤北地区，统计分析斑岩型铜铅锌和与近矿弱碱性钾蚀变岩有关的矽卡岩型铜铅锌多金属矿床能谱测量特征，建立了如下数学模型：

S_m1＝K³/eU×eTh(中低温热液钾交代蚀变模型，钾特征参数)

S_m2＝K×eU/eTh(热液温度判别模型，中低温热液蚀变判别参数)

S_m3＝eU×eTh/K²(高温接触交代带判别模型，矽卡岩带模型)

根据上述模型进行区域批数据处理，输出成果图件，提供了预测找矿靶区。

3.2 放射性特征参数法

比值法一般用于面积较小的局部，地质条件相对简单的区域。其特点是速度快。伽马能谱测量资料开发应用中实际常用的比值有：

3.2.1 K/Th

K/Th值应用广泛，比较适用于异常为K高Th低类型的中低温热液型金矿及其蚀变带。

3.2.2 KU/Th

该参数对于指示蚀变岩有特殊功效。非蚀变岩比值小，而蚀变岩比值大。

3.2.3 Th/U

不同温度的热液中Th、U富集程度不同，用Th/U来归一K元素，有助于消除岩浆成分或高温热液蚀变的影响，突出低温的钾化蚀变带。

3.2.4(K/Th)×(K/U)

其中K/Th有突出钾化热液蚀变作用，在热液成矿过程中U和K常有分带现象。在中低温条件下，K异常往往是蚀变矿化中心，是内带，而U异常则是外带，因此K/U有突出蚀变中心的作用。K/Th和K/U的乘积有同时突出热液蚀变和蚀变内带的作用。

3.3 弱信息增强法

运用概率论与数据统计中有关分离异常与提高信噪比的方法和技术，增强有用信息，抑制干扰信息，突出与多金属矿床有关的信息，使其易于被识别。方法的流程如下：

3.3.1 有用信息的提取

通过常规方法，非常规方法，古铀、钍、钾分离方法，归一化处理等方法，提取特征信息。其中，弱信息增强特征信息表征为

F₁＝ U²/Th(增强铀信息处理，寻找与铀钍信息相关性矿产)

F₂＝1000·U/TC(突出铀与放射场总量关系的处理，TC为放射性总量)

F₃＝ U/Rn(考察铀镭平衡的关系，以此确定成矿地化环境，Rn为氡气浓度，依靠射气测量获得)

3.3.2 地质单元方差提取

对有用信息使用地质单元方差提取公式：

Ai＝[f(xi)-f(x)]/σ(x)

式中：Ai表示测点i的能谱弱异常信息；f(xi)为测点的有用信息值；f(x)为有用信息平均值；σ(x)为有用信息的均方差。

3.3.3 综合评价

采用上述评价因子，根据需要选取包括原始信息和特征信息在内的数据，参与程序计算，输出成果图件(计算程序不赘述)。

3.4 滤波法

3.4.1 计算机平均滤波法

对伽马能谱资料剖面数据，设定参数进行重新滤波处理，并对异常进行地质分析，用聚类分析方法，厘定找矿靶区。优点是适于物性参数较少的局部地区，重新处理的数据更贴近特殊找矿的客观实际。

实用方法程序是：根据工作任务寻找对应档案卷宗，提取仪器校准计量刻度原始数据，提取原始测量数据，选取待处理的测量GPS数据，选取滤波指数，输出成果图件。

3.4.2 手工滤波法

在伽马能谱原始记录剖面中，直接提取钾峰值异常，异常位置投影至平面地形图上，然后套合在地质图上进行分析，筛选有意义的钾异常，通过找钾交代来直接找多金属矿。

该方法在冀东地区、湖南凡口铅锌矿区、粤北和赣南地区进行过多次实验，简单有效。

3.5 多元分析法

用多元综合分析方法来提高“二次开发”的效果。

常用的方法有：伽马能谱数据、遥感数据和磁场数据、钻孔数据及已知矿点等多元信息，可进行复合处理、叠合处理等增强信息，提高伽马能谱资料在金属找矿应用方面的可靠性。如遥感资料可提供线性、环形等构造信息，受构造控制的矿产可根据遥感影像所提供的信息在有利的区域内寻找；磁场数据所反映的往往是地质体的属性，如含铁质矿物多的岩石，可引起磁异常。磁异常可做延拓、化极等处理，了解深部变化和断裂构造等情况。

4 伽马能谱资料“二次开发”金属找矿应用实例效果

1)中国科学院地质与地球物理研究所在胶东和临沂地区系统开展应用伽马能谱找金的试验研究。依据地质情况，制定了异常和比值异常信息提取模型，取得了很好的应用效果。图1是中国科学院地质与地球物理研究所在山东应用放射性找金矿的成果图。图1中央右侧是已知金矿采矿位置，左侧是新发现的放射性异常和预测金成矿区。

图1 山东堆金山金矿伽马能谱K/U比值异常图

(据中国科学院曾庆栋等，略有改编)

2)伽马能谱测量资料“二次开发”技术方法运用在承德-平泉多金属成矿带约1×10⁴km²进行了方法试验。经过对该区5个已知金矿床进行地面伽马能谱剖面测量，并进行能谱特征统计分析，建立了3个能谱资料找金数据处理模型，经电算数据处理，得出组合变量异常晕圈图，对资料处理产生的125个异常进行野外检查验证，共发现金、银矿化点和异常点20处，其中发现金矿产地1处，矿化点2处，金矿化异常点17处，其中6处已开采。异常总见矿率达20%。

3)在满洲里-新巴尔虎右旗铜多金属成矿带，应用伽马能谱测量资料“二次开发”方法，对1.5×10⁴km²进行了综合成矿研究，总结了两个信息提取模型。经对航空伽马能谱资料进行电算处理，划分了36处多金属成矿靶区。异常晕圈与已知矿床、矿点的总符合率达80%左右，找矿预测效果显著。

4)档案馆与石家庄晶莹黄金开发技术有限公司合作，对冀东地区和新疆个别地区航空伽马能谱测量钾的原始剖面资料重新进行滤波处理，在冀东地区筛选出钾异常40个，分析出7个与金及多金属矿产相关的钾异常。共对7片信息点进行了验证，4片信息点与矿化对应，其中1处发现了较有利金成矿条件的线索，2处与原采矿点吻合，1处与含金石英脉有关。矿化异常与信息异常吻合率达60%左右。对新疆克里麦里多金属成矿带地区进行滤波处理，发现钾信息异常成线形带状分布，且与该区已知典型金矿床的空间位置吻合，也指示了进一步找金方向。

5)20世纪50～70年代，在乌兹别克斯坦西部发现了数个金矿床。其中有几个矿床是用航空伽马能谱测量资料，根据放射性元素特征变化而发现的。①穆龙套金矿田。穆龙套金矿于1956～1957年间由物探工作发现。所有矿床中，在热液蚀变带的范围内都出现铀和钾的异常，而且都靠近金矿床。②南1 矿床。伽马能谱测量表明，矿带呈现为铀和钾含量的增高。在矿带上，铀含量上升至9×10^-6～10×10^-6(本底值为3×10^-6～5×10^-6)，钾含量上升至3.2%(本底值为2.0%～2.5%)。③卡拉库坦矿床。在矿体上显示铀、钍、钾的明显增高特征，而在硅化岩石上显示铀增高明显，而钍、钾略有增高的特征。

5 结论

本文简要叙述了伽马能谱资料“二次开发”的理论基础，对能谱资料二次开发方法进行了论述，并列举了能谱资料“二次开发”应用于多金属找矿的实例效果，证明伽马能谱资料“二次开发”是可行的。

作为原始地质资料之一的伽马能谱资料，不仅在多金属找矿方面有开发前景，在非金属找矿(如石油天然气、钾盐等)和工程地质方面均具有潜在的经济价值，地质档案资料管理人员结合专业知识对其进行“二次开发”，则是实现其价值的重要途径。