楊 明， 孟凡興 ， 汪 來， 朱佳寧， 薛 偉， 劉小剛

(1.核工業(yè)航測遙感中心 中核集團(tuán)公司鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，石家莊 050002; 2.核工業(yè)208大隊(duì)， 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(jù)不同地點(diǎn)所測量到的放射性氣體濃度的分布規(guī)律來解決地質(zhì)問題的一種放射性測量方法[1-3]。氡氣測量廣泛應(yīng)用于地質(zhì)找礦、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域，它不僅可以有效地反映深部隱伏鈾礦體和構(gòu)造，同時(shí)對地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)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(xiàn)在隱伏斷層的正上方，通常都會沿?cái)鄬觾A向方向偏移[10]，因此在分析氡氣測量數(shù)據(jù)的過程中，通過不同的數(shù)據(jù)處理方法提取氡異常對總結(jié)區(qū)域氡氣異常規(guī)律具有積極意義。

氡氣測量數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法是在數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布前提下，采用平均值法確定背景值，然后計(jì)算數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；氡濃度測量值大于背景值三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的為異常下限，大于背景值5倍的則圈定為異常。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法雖然在放射性背景值較高的地區(qū)應(yīng)用效果較好，但是在圈定不同氡濃度背景場的局部異常時(shí)卻存在不足，尤其在放射性背景值較低的地區(qū)，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(diǎn)信息，從整體插值角度出發(fā)，來進(jìn)行趨勢漸變特征分析的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法[12-14]。運(yùn)用該方法處理氡氣測量數(shù)據(jù)，可以從實(shí)際測量數(shù)據(jù)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(bǔ)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法在提取氡濃度弱異常時(shí)的不足。筆者采用趨勢面分析法提取氡氣測量弱異常，并結(jié)合白家營子地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例對該方法在火山巖型鈾礦勘查遠(yuǎn)景區(qū)的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析探討。

1 趨勢面分析法原理

利用數(shù)學(xué)曲面模擬地理系統(tǒng)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(yùn)用回歸分析原理，將顯著的變量分解成區(qū)域變化分量、局部變化分量和隨機(jī)變化分量是趨勢面分析法的實(shí)質(zhì)[15-17]。區(qū)域變化分量反映宏觀分布規(guī)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(jī)變化分量是由隨機(jī)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(qū)域性變化的分量；Ni為反映圍觀局部特征的分量;ei是隨機(jī)變化分量即表述了隨機(jī)因素控制的變化。

2 應(yīng)用實(shí)例

隨著鈾礦勘查工作的進(jìn)一步開展，目前的找礦重點(diǎn)在于埋藏深部的盲礦體，所以在進(jìn)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(qū)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(nèi)已發(fā)現(xiàn)460礦床、570礦床和534礦床等初具規(guī)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(qū)的氡氣測量數(shù)據(jù)為例，分別采用傳統(tǒng)方法及趨勢面分析法提取氡氣測量異常，并結(jié)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(yīng)用效果。

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于燕遼構(gòu)造巖漿活動帶與大興安嶺-太行山構(gòu)造巖漿活動帶的復(fù)合交接部位，火山巖相復(fù)雜、火山構(gòu)造發(fā)育，具有較好的鈾成礦條件，是多倫地區(qū)主要的鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)段。區(qū)內(nèi)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(fā)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(zhì)凝灰?guī)r為主，在研究區(qū)內(nèi)大面積出露，呈長條狀、環(huán)狀或半環(huán)狀分布；滿克頭鄂博組(J3mk)主要為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，在研究區(qū)北西方向小范圍出露。

研究區(qū)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(nèi)外接觸帶多發(fā)育褐鐵礦化細(xì)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(qū)中東部，斑狀結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造或塊狀構(gòu)造，基質(zhì)發(fā)育隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，成分為長英質(zhì)礦物，與鈾礦化關(guān)系密切。

研究區(qū)主體構(gòu)造以北東向?yàn)橹?，地表流紋斑巖和正長斑巖的產(chǎn)出也大致呈北東向條帶狀，初步認(rèn)為該期構(gòu)造與鈾礦化有著密切的關(guān)系。正長斑巖和流紋斑巖接觸帶附近地表蝕變較好，發(fā)育明顯褐鐵礦化、硅化等蝕變，局部有紅化現(xiàn)象。

2.2 野外工作布置

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

野外工作采用HDC-C型環(huán)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(shù)一般為4次～6次，確保雨天不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在測量過程中，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)偏高現(xiàn)象要及時(shí)進(jìn)行研究追索，必要時(shí)要加密測量，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要在原孔附近重新打孔進(jìn)行第二次測量，確定氡氣來源是否充足；抽氣工程中隨時(shí)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(shí)，采用移動點(diǎn)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(shù)據(jù)處理

2.3.1 傳統(tǒng)方法

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)研究區(qū)數(shù)據(jù)滿足對數(shù)正態(tài)分布，所以采用對數(shù)平均值法確定背景值為3.30 Bq/L，然后計(jì)算背景值對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差為2.38 Bq/L。采用背景值加3倍標(biāo)準(zhǔn)差的方法確定氡濃度異常下限為10.42 Bq/L，在此基礎(chǔ)上提取氡濃度異常。

2.3.2 趨勢面分析法

首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔掉異常點(diǎn)的特高值，具體到實(shí)際工作就是采用累計(jì)頻率95%處的測量值作為異常點(diǎn)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(yùn)用Surfer軟件實(shí)現(xiàn)趨勢的提取和剩余值(△Zi)的計(jì)算[18]，最后根據(jù)正剩余平均值來計(jì)算隨機(jī)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(tǒng)方法和趨勢面分析法提取氡濃度異常，并對二者的應(yīng)用效果進(jìn)行了比較分析(圖2和圖3)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及工程布置圖Fig.1 The geology and engineering layout in the study area

圖2 傳統(tǒng)方法圈定的氡異常區(qū)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(qū)Fig.3 The radon anomaly area delineated in trend surface analysis method

由圖2可以看出，利用傳統(tǒng)方法提取氡濃度異常，僅僅圈定了氡值較高的區(qū)域，異常范圍較小，且圈定的氡濃度異常區(qū)零星分散，沒有規(guī)律性可言，為研究區(qū)鈾礦勘查工作的進(jìn)一步開展帶來困難。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，基本囊括了傳統(tǒng)方法圈定的所有異常區(qū)，并且較傳統(tǒng)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(qū)北東向隱伏斷裂的存在。因?yàn)閳D2和圖3面邊緣的數(shù)據(jù)量較少，不能控制趨勢面的形態(tài)，即邊界效應(yīng)的影響，所以不考慮圖2和圖3的邊緣異常區(qū)域。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識及對氡氣運(yùn)移規(guī)律的總結(jié)，后期在氡氣異常邊緣區(qū)布設(shè)鉆孔ZKB01，在埋深約130 m的地方發(fā)現(xiàn)鈾異常，為該區(qū)鈾礦勘查工作的進(jìn)一步開展提供了參考。

3 結(jié)論

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

1)與傳統(tǒng)方法相比，采用趨勢面分析法處理氡氣測量數(shù)據(jù)，可有效提取弱異常信息，增大異常范圍，強(qiáng)化異常規(guī)律，便于分析總結(jié)區(qū)域成礦規(guī)律，為放射性背景值較低地區(qū)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(shí)例證明，運(yùn)用趨勢面分析方法處理火山巖型鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)測氡數(shù)據(jù)，可以有效地圈定異常，從而為鈾礦勘查工作的進(jìn)一步開展提供借鑒。