摘" 要：該文闡述上測(cè)法結(jié)合基線數(shù)據(jù)在航空伽瑪能譜數(shù)據(jù)處理中大氣氡校正的應(yīng)用，包含上測(cè)法的原理和方法、航空伽瑪能譜數(shù)據(jù)處理和基線的作用。使用該方法能夠?qū)娇召が斈茏V數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，但由于上測(cè)法大氣氡校正時(shí)引入較大的不確定度，數(shù)據(jù)條帶仍存在，進(jìn)一步調(diào)平后，大氣氡對(duì)航空放射性鈾道數(shù)據(jù)的影響基本消除，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

關(guān)鍵詞：航空伽瑪能譜測(cè)量；基線；大氣氡校正；上測(cè)法；調(diào)平

中圖分類(lèi)號(hào)：TL817.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）35-0031-04

Abstract： This paper describes the application of the up-measurement method combined with baseline data in atmospheric radon correction in airborne gamma spectrum data processing， including the principles and methods of the up-measurement method， airborne gamma spectrum data processing and the role of baseline. Using this method， the airborne gamma spectrum data can be corrected. However， due to the large uncertainty introduced during the correction of atmospheric radon by the up-measurement method， the data strips still exist. After further leveling， the atmospheric radon on the airborne radioactive uranium channel data. The impact of the data is basically eliminated， and the practical application effect is satisfying.

Keywords： airborne gamma spectroscopy; baseline; atmospheric radon correction; up-measurement method; leveling

航空伽瑪能譜測(cè)量[1-2]的影響因素很多，其中大氣氡因其衰變子體214Bi是天然放射性鈾系中最主要的伽瑪輻射體，成為航空伽瑪能譜測(cè)量本底中最大的影響因素。大氣氡主要來(lái)源于地表土壤和巖石。土壤和巖石中均存在一定的量的天然放射性系列：鈾系、釷系、錒鈾系，這些天然放射性系列中的核素經(jīng)衰變[3]產(chǎn)生氡及其子體，隨周?chē)h(huán)境因素（溫度、壓力等）改變，引起擴(kuò)散對(duì)流等作用，使得氡及其子體從土壤和巖石的裂隙中遷移至大氣中。大氣氡衰變產(chǎn)生的輻射分量，將嚴(yán)重干擾航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)各計(jì)數(shù)窗記錄的數(shù)據(jù)所反映的陸地放射性[4-5]的真實(shí)性，而航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)并不能自動(dòng)消除這種干擾。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA-323報(bào)告[6]中使用上測(cè)法來(lái)測(cè)量大氣氡，即在測(cè)量系統(tǒng)中增加上視探測(cè)器。這種附屬探測(cè)器的測(cè)量立體角一般為180°，記錄來(lái)自飛機(jī)以上半空間的輻射計(jì)數(shù)率。該方法能夠有效去除大氣氡本底。由于大氣氡及其子體的分布與變化的復(fù)雜性，在實(shí)際的航空伽瑪能譜測(cè)量中，還須增加基線測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)大氣氡的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)早晚基線數(shù)據(jù)變化來(lái)反映大氣氡的影響及航空伽瑪能譜數(shù)據(jù)的變化。

鑒于此，筆者在本文中介紹了上測(cè)法修正大氣氡的原理、本底扣除方法以及大氣氡修正系數(shù)的獲取。將上測(cè)法和基線測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合，以江蘇省某金剛石勘查區(qū)航空伽瑪能譜測(cè)量為實(shí)例，研究大氣氡對(duì)航空伽瑪能譜測(cè)量的影響，并運(yùn)用到數(shù)據(jù)處理中，取得了較好的效果。

1" 上測(cè)法修正大氣氡的原理

上測(cè)法修正大氣氡的詳細(xì)步驟如下。

步驟一，確定上下測(cè)探測(cè)器對(duì)大氣氡計(jì)數(shù)率之間的關(guān)系。這需在動(dòng)態(tài)帶水面上進(jìn)行一系列飛行測(cè)量可得。因?yàn)樗w上測(cè)的數(shù)據(jù)去掉飛機(jī)和宇宙射線本底外，只剩下氡計(jì)數(shù)，此時(shí)各窗計(jì)數(shù)率變化只是空中214Bi的變化。鈾道（下測(cè)鈾道）計(jì)數(shù)率和鉀道、釷道、總道及上測(cè)鈾道計(jì)數(shù)率存在線性關(guān)系，如式（1）所示

ur=aUUr+bU

Kr=aKUr+bK

Tr=aTUr+bT

Ir=aIUr+bI，（1）

式中：ur為上測(cè)鈾窗中氡的計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Kr為下測(cè)鉀道中氡的計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Ur為下測(cè)鈾道中氡的計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Tr為下測(cè)釷道中氡的計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Ir為下測(cè)總道中氡的計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）。aU，aK，aT，aI為（U、K、T、I）校準(zhǔn)常數(shù)，通過(guò)實(shí)測(cè)可求得，即各道的計(jì)數(shù)減去飛機(jī)本底與宇宙射線本底的計(jì)數(shù)，擬合可得。

理論上宇宙射線及飛機(jī)本底被完全去掉之后，式（1）中常數(shù)bI應(yīng)為零。但是實(shí)際上bI有一個(gè)很小的非零剩余值。

步驟二，確定上下測(cè)探測(cè)器對(duì)地面輻射的計(jì)數(shù)之間關(guān)系。上測(cè)探測(cè)器對(duì)地面輻射的計(jì)數(shù)率ug取決于地面的鈾和釷含量。這和下測(cè)探測(cè)器的鈾、釷窗對(duì)地面輻射也取決于地面鈾和釷的含量一樣。所以，上測(cè)探測(cè)器地面組分與下測(cè)探測(cè)器地面組分的關(guān)系。將相應(yīng)飛行高度上探測(cè)器各道陸地上空計(jì)數(shù)率減去水域上空計(jì)數(shù)率消除大氣氡、飛機(jī)本底和宇宙射線對(duì)測(cè)量的影響，剩余計(jì)數(shù)率僅來(lái)自地面伽瑪輻射成分，如式（2）所示

ug=a1Ug+a2Tg， （2）

式中：ug為地面組分對(duì)上測(cè)鈾窗的影響的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Ug為地面組分對(duì)下測(cè)鈾窗的影響的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；Tg為地面組分對(duì)下測(cè)釷窗的影響的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；a1、a2為校準(zhǔn)常數(shù)，通過(guò)一組比ug、Ug、Tg計(jì)算值，使用最小二乘法就可確定。國(guó)內(nèi)使用的方法是在動(dòng)態(tài)帶陸地部分求出的。

每個(gè)窗的計(jì)數(shù)都由地面輻射和大氣氡衰變兩部分組成（消除了宇宙本底與飛機(jī)本底后），如式（3）、式（4）、式（5）所示

式中：u為消除飛機(jī)和宇宙射線本底后的上測(cè)鈾窗計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；U為消除飛機(jī)和宇宙射線本底后的下測(cè)鈾窗計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）；T為消除飛機(jī)和宇宙射線本底后的下測(cè)釷窗計(jì)數(shù)率的數(shù)值，單位為計(jì)數(shù)每秒（1/s）。

將式（1）中第一個(gè)方程、式（2）、式（3）代入式（4），得式（6）

u=a1Ug+a2Tg+aUUr+bU。" （6）

將式（4）、式（5）、式（1）中第三個(gè)方程代入式（6），得式（7）

Ur=。（7）

將求出的a1、a2及aU代入式（7）即可求出鈾道下測(cè)晶體中的氡計(jì)數(shù)。同樣將式（1）中的另外3個(gè)方程代入即可得各計(jì)數(shù)道氡的計(jì)數(shù)。

2 實(shí)例分析

數(shù)據(jù)來(lái)源于江蘇省徐州某金剛石勘查區(qū)，比例尺為1∶50 000的航空伽瑪能譜測(cè)量，測(cè)線間距為500 m，測(cè)線方向145°，平均飛高108.3 m，測(cè)量系統(tǒng)為成都理工大學(xué)研發(fā)的GF-863型航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)。為了確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，在每天測(cè)量工作前后，將測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行7 h穩(wěn)定性檢查，各能譜窗計(jì)數(shù)率變化范圍在-4.21%～4.80%之間；測(cè)量系統(tǒng)的鉀道、鈾道、釷道的道址漂移在±2道以內(nèi)，滿足EJ/T 1032—2005《航空伽瑪能譜測(cè)量規(guī)范》的要求。

2.1 數(shù)據(jù)處理

上測(cè)法在航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)[7]中的處理流程包括宇宙射線本底與飛機(jī)本底校正、大氣氡校正、剝離校正、高度衰減校正和含量換算。飛機(jī)本底與宇宙射線本底的測(cè)量由海上本底校正區(qū)獲得；大氣氡校正系數(shù)在動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)帶上獲得。剝離系數(shù)由航空放射性標(biāo)準(zhǔn)模型裝置獲得。

其中上測(cè)法大氣氡校正流程如下：

1）對(duì)原始能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和五點(diǎn)平滑處理，同時(shí)去除畸變點(diǎn)；

2）扣除原始數(shù)據(jù)中的飛機(jī)本底和宇宙射線本底；

3）利用式（7）計(jì)算出大氣氡對(duì)下測(cè)鈾窗的貢獻(xiàn)。

由于上測(cè)法，上測(cè)探測(cè)器體積遠(yuǎn)比下測(cè)探測(cè)器小，用較大的不確定度數(shù)據(jù)去修正較小不確定度的數(shù)據(jù)，這是航測(cè)條帶形成的原因之一[8]。因此，大氣氡校正后的測(cè)線數(shù)據(jù)中仍然存在條帶狀。為了進(jìn)一步消除由于氡引起的條帶，對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理，數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理過(guò)程如下：

1）通過(guò)切割線法進(jìn)行能譜數(shù)據(jù)切割線調(diào)平修正；

2）根據(jù)有效早晚基線、相鄰測(cè)線、各個(gè)架次各窗口平均計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，利用航空物探軟件系統(tǒng)（GeoProbe）進(jìn)行條帶干擾人工修正；

3）利用加拿大Geosoft公司的OASIS軟件對(duì)能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)平去噪；

4）利用航空物探軟件系統(tǒng)（GeoProbe）對(duì)背景值進(jìn)行滑動(dòng)平均。

經(jīng)過(guò)上述步驟綜合處理后，數(shù)據(jù)條帶基本消除完畢。

2.2" 基線飛行

基線是指用來(lái)監(jiān)控航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)工作狀態(tài)和環(huán)境輻射穩(wěn)定程度的一條測(cè)試線，基線測(cè)量是監(jiān)控航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)工作狀態(tài)和監(jiān)測(cè)大氣氡變化的重要環(huán)節(jié)，也是航空伽瑪能譜測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。因此，通過(guò)早晚基線測(cè)量結(jié)果可以監(jiān)測(cè)大氣氡的變化，同時(shí)可以評(píng)價(jià)大氣氡對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。

以江蘇省徐州某金剛石勘查區(qū)飛行的26個(gè)架次的航空伽瑪能譜測(cè)量的早、晚基線測(cè)量為例，具體見(jiàn)表1。

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示，所有架次的早、晚基線總計(jì)數(shù)率變化均滿足小于20.00%的要求，但是第1、14、18架次早、晚鈾道（U）計(jì)數(shù)變化率相對(duì)其它架次明顯偏高，分別達(dá)到13.70%、17.80%、15.00%，相應(yīng)的早、晚上測(cè)鈾道計(jì)數(shù)變化率分別為16.70%、22.40%、20.00%，對(duì)比這3個(gè)架次測(cè)線數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，下測(cè)原始鈾窗計(jì)數(shù)率在測(cè)線方向出現(xiàn)較明顯的偏高。出現(xiàn)條帶的測(cè)線飛高和峰位漂移均滿足規(guī)范要求。因此，這2架次鈾窗的計(jì)數(shù)受到了大氣中氡濃度的影響。此外，第3、4、15架次的基線數(shù)據(jù)中僅早、晚上測(cè)鈾道計(jì)數(shù)變化率變化較大，同樣相應(yīng)架次的測(cè)線數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了條帶。早、晚基線測(cè)量的總道（TC）、鉀道（K）、釷道（Th）均滿足EJ/T 1032—2005《航空伽瑪能譜測(cè)量規(guī)范》要求的8.00%、10.00%。

2.3" 結(jié)果分析

根據(jù)在徐州地區(qū)實(shí)際采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合本文所述的方法，航空伽瑪能譜儀鈾窗計(jì)數(shù)經(jīng)大氣氡校正、剝離校正后的成果圖如圖1所示。

對(duì)比圖1（a）、圖1（b）和圖1（c）可以發(fā)現(xiàn)，航空伽瑪能譜測(cè)量系統(tǒng)記錄的原始鈾窗數(shù)據(jù)由于受大氣氡及其子體的影響，沿測(cè)線方向的條帶非常明顯；經(jīng)過(guò)上測(cè)法大氣氡校正和剝離校正后，總體上消除了大氣氡干擾所產(chǎn)生的條帶，但是位于勘查區(qū)西南區(qū)域的測(cè)線仍存在明顯的條帶，這也反映出了上測(cè)法消除大氣氡影響的局限性；因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)平，調(diào)平后的結(jié)果顯示，剩余測(cè)線上的條帶基本完全消除，鈾窗計(jì)數(shù)局部高值與異常值得到進(jìn)一步修正，異常區(qū)域表現(xiàn)的更加凸顯。與地質(zhì)構(gòu)造的吻合度較好，最終的鈾窗計(jì)數(shù)率能基本上準(zhǔn)確反映勘查區(qū)的地質(zhì)特征和地表覆蓋。

3" 結(jié)論

大氣氡對(duì)U窗計(jì)數(shù)的影響，最直觀的表現(xiàn)為U窗計(jì)數(shù)影像圖中測(cè)線方向的條帶狀，這也嚴(yán)重地影響了伽瑪能譜數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)體的反映?；€測(cè)量可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣氡的變化，對(duì)于保證測(cè)線數(shù)據(jù)質(zhì)量有著重要的作用。上測(cè)法消除大氣氡的影響存在一定的局限性，采用本文中將大氣氡校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)平處理后，所獲得的U窗計(jì)數(shù)率的等值線圖的條帶基本消除，能夠更加準(zhǔn)確地反映出勘查區(qū)的地質(zhì)特征與異常信息，從而對(duì)勘查區(qū)的放射性評(píng)價(jià)更加精確。

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