發(fā)布時(shí)間：2022-04-19所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 為了構(gòu)建深部砂巖型鈾礦化信息提取技術(shù)，本文論述了基于放射性地球物理方法提取深部鈾礦化信息的理論基礎(chǔ)，采用氡異常二維柵格襯度、分形濾波、氡與計(jì)算氡比值等方法對(duì)我國二連盆地及準(zhǔn)噶爾盆地實(shí)測(cè)土壤氡濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，同時(shí)，應(yīng)用證據(jù)權(quán)重法，集成地質(zhì)、
摘 要 為了構(gòu)建深部砂巖型鈾礦化信息提取技術(shù)，本文論述了基于放射性地球物理方法提取深部鈾礦化信息的理論基礎(chǔ)，采用氡異常二維柵格襯度、分形濾波、氡與計(jì)算氡比值等方法對(duì)我國二連盆地及準(zhǔn)噶爾盆地實(shí)測(cè)土壤氡濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，同時(shí)，應(yīng)用證據(jù)權(quán)重法，集成地質(zhì)、土壤氡、車載伽馬全譜、航空伽馬能譜等成礦有利信息圖層，開展了多元信息定量化提取技術(shù)應(yīng)用研究，通過數(shù)據(jù)處理，表層信息得到了有效壓制，排除了氡異常的漂移或假異常，處理后的異常信息與礦體在地表的垂直投影及控礦構(gòu)造正相關(guān)，為我國北方深部砂巖型鈾礦找礦工作提供了技術(shù)支撐.
關(guān)鍵詞 土壤氡濃度; 氡襯度; 分形濾波; 多元信息提取; 深部鈾礦化信息
0 引 言
砂巖型鈾礦產(chǎn)于中-新生代沉積盆地且淺部鈾礦已基本查明，尋找深部砂巖型鈾礦正處在全面攻堅(jiān)階段，各種勘查手段正在向高精度、多元化、精細(xì)化發(fā)展且不斷創(chuàng)新提高. 我國的鄂爾多斯盆地、伊犁盆地、二連盆地、巴丹吉林-巴音戈壁盆地、塔里木盆地、松遼盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地等沉積盆地具有較大的砂巖型鈾礦找礦潛力，隨著大營(yíng)鈾礦的發(fā)現(xiàn)，引起新一輪深部勘查熱潮，但是，深部勘查技術(shù)仍是當(dāng)前面臨的難題. 從已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床來看，產(chǎn)于這些沉積盆地的砂巖型鈾礦大多是隱伏盲礦，上覆蓋層較厚( 一般 200 m 左 右) ，且大多沉積盆地具有深部( 礦 體 埋 深 大 于 500 m) 找礦潛力. 然而，砂巖型鈾礦較厚的上覆蓋層卻增加了放射性物探找礦難度，因?yàn)樯皫r鈾礦體的強(qiáng)放射性異常信息在上覆蓋層傳遞過程中經(jīng)歷了圍巖及蓋層介質(zhì)的層層阻隔，到達(dá)地表時(shí)表征深部鈾礦化信息十分微弱，甚至被表層信息掩蓋，深部放射性地球物理找礦標(biāo)志不明顯. 伽馬能譜測(cè)量方法基本被認(rèn)為“無效”，具有深穿透能力的氡及其子體測(cè)量方法，由于受地表淺層信息及氣象等因素的干擾，指示深部鈾礦化信息不明顯，常出現(xiàn)假異常或異常漂移，由于這些原因，放射性地球物理勘查方法也曾經(jīng)一度被鈾礦勘查領(lǐng)域內(nèi)地質(zhì)工作者懷疑甚至摒棄. 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著砂巖型鈾礦的不斷發(fā)現(xiàn)及放射性地球物理方法在已知礦體上方地表的實(shí)驗(yàn)分析研究及對(duì)蓋層地質(zhì)環(huán)境認(rèn)識(shí)，提出了剖面 “雙峰”、平面“圈閉類環(huán)狀”的表征深部鈾礦化信息的氡異常特征( 李必紅等，2007) ，這些氡異常特征在隨后發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦上的不斷試驗(yàn)中被證實(shí)，但出現(xiàn)這種情況的原因還在探索中. 在未知區(qū)域的應(yīng)用中，如何識(shí)別和提取指示深部鈾礦信息的放射性地球物理找礦標(biāo)志是砂巖型鈾礦“攻深找盲”的關(guān)鍵問題和難點(diǎn). 解決問題可從兩方面入手，第一是采集方面，第二是數(shù)據(jù)處理方面，本文著重介紹數(shù)據(jù)處理方面.
1 表征深部鈾礦化信息的放射性理論基礎(chǔ)
關(guān)于放射性測(cè)量表征深部鈾礦化信息的機(jī)理研究已經(jīng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，主要是圍繞鈾衰變子體從礦體中釋放、遷移及富集的過程，涉及粒子反沖( Porstendrfer，1994) 、團(tuán)簇理論( Mandich，1996; Hunter and Jarrold，1999; ButterveckDempewolf et al. ，2000; 賈文懿等，2000; 樂仁昌等，2002) 、擴(kuò)散( Semkow et al. ，1990) 、對(duì)流( Al-Tamimi and Abumurad， 2001) 、接力傳遞( 吳慧山等，1997) 等方面的理論或觀點(diǎn)，這些理論或觀點(diǎn)大多經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，基本是目前比較公認(rèn)的.
鈾系 列 分 鈾 組 ( 238 U、234 Th、…) 和 鐳 組 ( 226 Ra、222 Rn、 218 Po、214 Pb、214 Bi、…210 Po、…) ，鈾礦放射性勘查主要關(guān)注鐳組核素，其中，氡( 222 Rn) 是鈾238 U 子體中唯一的以氣體存在的核素，是深部找礦重要的示蹤劑. 表層土壤中氡由兩部分構(gòu)成: 其一是原生氡，由測(cè)點(diǎn)位置有限小空間內(nèi)土壤中正常放射性鈾系核素238 U，…，238 Ra 的衰變產(chǎn)生的; 其二是外來氡，由非測(cè)量點(diǎn)位置的放射性鈾系核素238 U，…，238 Ra 衰變產(chǎn)生的，包括深部接力傳遞遷移( 吳慧山等，1997) ，地表運(yùn)移和大氣氡的滲入. 對(duì)于野外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的每個(gè)測(cè)點(diǎn)，其土壤中氡是空間氡信息疊加的結(jié)果，如何在這種疊加的氡信息中提取來自深部遷移的氡是深部找礦的關(guān)鍵，筆者認(rèn)為以數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理為突破口，不斷創(chuàng)新理論和技術(shù)手段是一種可行路徑.
2 深部鈾礦化信息提取技術(shù)
2. 1 氡異常分形濾波技術(shù)
分形濾波技術(shù)是目前數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究熱點(diǎn)，成秋明等提出并發(fā)展了分形技術(shù)在地球化學(xué)中的應(yīng)用( Cheng et al. ， 1994; Cheng，2003; 陳永清等，2006; 成秋明等，2009) ，本論文在此基礎(chǔ)上，將分形濾波技術(shù)應(yīng)用于實(shí)測(cè)土壤氡濃度的數(shù)據(jù)處理中，通過傅立葉變換將異常與背景分離，選取合適的濾波器去掉背景值，再進(jìn)行逆變換后的數(shù)據(jù)壓制了背景值的干擾，使異常分帶性明顯，可有效地提取深部氡濃度信息.
如圖 1，內(nèi)蒙古某一深部砂巖型鈾礦礦區(qū)實(shí)測(cè)的土壤氡濃度數(shù)據(jù)經(jīng)過分形濾波處理結(jié)果，原始土壤氡濃度等值圖 ( 圖 1a) 顯示礦體在地表的垂直投影與氡濃度低暈場(chǎng)對(duì)應(yīng)，氡異常暈或氡高暈場(chǎng)處在礦體側(cè)面，經(jīng)過分形濾波處理后的等值圖上，礦體在地表垂直投影范圍內(nèi)顯示密度較大的串珠狀或線狀異常，表明分形濾波技術(shù)處理后的氡濃度異常密度可用于評(píng)價(jià)深部鈾礦化信息.
2. 2 氡濃度與計(jì)算氡濃度比值法
伽馬能譜測(cè)量表征淺層信息，伽馬能譜現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的鈾當(dāng)量含量通常是通過測(cè)量的氡子體214 Bi( 1. 76 MeV) 特征能量譜線換算獲得的，然而，實(shí)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)信息中包含深部的信息量小，深部信息提取難度大. 假設(shè)土壤層中氡氣沒有外來的，全是土壤層正常放射性核素衰變產(chǎn)生，且全部析出的氡氣都保存在土壤中，則，伽馬能譜獲得的鈾當(dāng)量含量與土壤氡氣來自土壤正常核素產(chǎn)生的氡氣濃度呈線性關(guān)系. 也就是說，伽馬能譜所獲鈾當(dāng)量含量與土壤氡氣測(cè)量的氡濃度背景值呈線性關(guān)系. 于是，采用伽馬能譜鈾當(dāng)量含量數(shù)據(jù)計(jì)算氡濃度( 稱之為計(jì)算氡) ，反應(yīng)淺層氡濃度分布信息特征，這樣，通過實(shí)測(cè)氡濃度與計(jì)算氡濃度的比值來評(píng)價(jià)氡的深部異常信息.
應(yīng)用實(shí)測(cè)氡濃度與計(jì)算氡濃度比值來評(píng)價(jià)氡濃度異常時(shí)，一般當(dāng)實(shí)測(cè)氡濃度比計(jì)算氡濃度高時(shí)，可能由深部放射性核素引起，即異常有可能與深部礦化有關(guān).
采用這種方法處理了新疆準(zhǔn)噶爾某一地區(qū)土壤氡濃度，如圖 2，可以看出，土壤氡濃度與計(jì)算氡濃度比值越大的數(shù)據(jù)分布區(qū)域?qū)ι畈库櫝傻V信息越有利，但是，計(jì)算氡濃度是假設(shè)浮土層為飽和情況，而實(shí)際土壤空氣與大氣之間是流動(dòng)的，往往是處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，所以這種方法還存在缺陷.
2. 3 氡異常二維柵格襯度技術(shù)
襯度已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域，用于突出目標(biāo)信息或顯示信息異常，也是放射性異常評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，測(cè)點(diǎn)氡濃度與測(cè)點(diǎn)周邊一定范圍內(nèi)各氡濃度平均值的比值可突出深部異常信息( LI et al. ，2014) . 本論文是基于 ArcGis 平臺(tái)和襯度概念，將實(shí)測(cè)的散點(diǎn)數(shù)據(jù)插值成二維柵格數(shù)據(jù)，選取適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)濾波器，對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)平均濾波，獲取數(shù)據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)背景值柵格數(shù)據(jù)，對(duì)二維柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換處理，獲取數(shù)據(jù)范圍內(nèi)異常柵格數(shù)據(jù)，通過異常柵格數(shù)據(jù)和背景柵格數(shù)據(jù)的比，進(jìn)行深部鈾礦化信息評(píng)價(jià). 筆者對(duì)二連盆地實(shí)測(cè)土壤氡濃度進(jìn)行處理，達(dá)到了比較滿意的效果，圖 3 為二連盆地已知砂巖型鈾礦區(qū)土壤氡濃度及氡異常襯度等值圖，原始氡濃度等值圖( 圖 3a) 氡異常暈與已揭露的工業(yè)孔的漂移較大，在土壤氡濃度襯度異常等值圖中( 圖 3b) 顯示明顯的兩條串珠狀線性氡襯度異常，該異常該地段的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)應(yīng)，且主礦體在地表的 垂直投影處在這兩條串珠狀線性異常中間靠近北側(cè)異常.
2. 4 多元信息定量提取
對(duì)于出露地表的淺層鈾礦，采用伽馬能譜測(cè)量或者伽馬總量測(cè)量即可確定礦體位置和規(guī)模. 對(duì)于深部鈾礦體，單一方法往往存在多解性，深部鈾礦化信息在傳遞至地表的過程中受遷移營(yíng)力、蓋層介質(zhì)環(huán)境、核素衰變、地表信息的干擾等條件的約束，很難垂直傳遞，加大了找礦難度，采用多元信息提取可極大減少多解性帶來的找礦不確定性.
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為此，筆者在二連盆地某一礦區(qū)聯(lián)合開展車載伽馬能譜和瞬時(shí)測(cè)氡技術(shù)研究，車載伽馬能譜測(cè)量線距 250 ～ 500 m，測(cè)量周期 5 s，車速 20 km/h，土壤氡氣測(cè)量采用點(diǎn)線網(wǎng)格為 100 m × 500 m. 將該地區(qū)實(shí)測(cè)土壤氡濃度，車載伽馬能譜鈾當(dāng)量含量、釷當(dāng)量含量、鉀含量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，形成深部成礦有利的氡信息圖層，鈾當(dāng)量含量的變異系數(shù)、差量鈾、集成鈾圖層、等伽馬能譜信息圖層，結(jié)合該地區(qū)調(diào)研的航空伽馬能譜信息圖層和地層組合熵圖層，組成綜合信息系列圖層. 這里，鈾當(dāng)量含量變異系數(shù)是統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)鈾當(dāng)量含量均方差與鈾當(dāng)量含量均值的比值. 差量鈾是指統(tǒng)計(jì)窗口內(nèi)各測(cè)點(diǎn)鈾當(dāng)量含量與該窗口內(nèi)鈾當(dāng)量含量的平均值的差值. 集成鈾是指鈾富集系數(shù)、鈾襯度、全譜分解分形鈾三者歸一化后的加和信息，鈾富集系數(shù)為鈾、鈾釷比、鈾鉀比三者的乘積，全譜分形分解鈾是通過奇異值分解伽馬全譜處理后( Hovgaard and Grasty，1997) ，將全譜數(shù)據(jù)中噪聲和突變等干擾信號(hào)除去，應(yīng)用分形方法提取異常場(chǎng)的方法.
采用證據(jù)權(quán)重方法進(jìn)行這些信息圖層綜合處理后，得到后驗(yàn)概率如圖 4，其中后驗(yàn)概率越大，成礦概率越大，成礦越有利，從圖 4 可以看出已揭露的工業(yè)孔基本處在后驗(yàn)概率大于 0. 65 的范圍內(nèi).
3 結(jié)論與探討
3. 1 深部鈾礦化信息傳遞至地表富集，其過程復(fù)雜多變，影響因素較多，除了蓋層地質(zhì)環(huán)境外，還與鈾及其子體核素的衰變、遷移以及鈾鐳平衡等因素有關(guān)，從放射性地球物理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取深部鈾礦化信息關(guān)鍵是如何壓制淺層信息.
3. 2 實(shí)測(cè)土壤氡濃度是土壤本身固有氡和外來氡的信息疊加，可通過數(shù)據(jù)處理來提取來自深部的氡異常信息. 采用氡異常二維柵格襯度、分形濾波、氡濃度與計(jì)算氡濃度比值對(duì)實(shí)測(cè)土壤氡濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，表明該方法具有較好的應(yīng)用效果; 多元信息提取是鈾礦“攻深找盲”的趨勢(shì)，具有科學(xué)價(jià)值和研究意義.
3. 3 放射性地球物理的數(shù)據(jù)處理只是提取深部鈾礦化信息的解決途徑之一，數(shù)據(jù)采集也是提取深部鈾礦信息一種途徑，而且，深部鈾礦目標(biāo)層結(jié)構(gòu)，蓋層地質(zhì)環(huán)境、核素遷移也是深部鈾礦勘查需要解決的問題，可進(jìn)一步開展鈾子體核素在礦體蓋層空間遷移的三維動(dòng)態(tài)模擬及放射性地球物理勘查、深穿透地球化學(xué)勘查、普通地球物理勘查融合式研究. 但是，深穿透地球化學(xué)勘查過程繁瑣，周期長(zhǎng)，還有待提高.——論文作者：李必紅，吳慧山，趙丹，楊龍泉
