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① 伽馬能譜資料「二次開發」多金屬找礦應用研究

郭安北

(核工業地質檔案館)

摘要 針對核工業地質檔案館館藏的大量鈾礦地質檔案資料——伽馬能譜資料，提出了「二次開發」在多金屬找礦方面的應用論題，論述了資料應用的理論基礎、技術方法，並引用國內外的找礦實例和效果論證了檔案資料「二次開發」利用的可行性，為核工業地質檔案資料的開發利用提供了有效方法。

關鍵詞 伽馬能譜資料「二次開發」理論與方法 應用

1 概述

伽馬能譜資料是在鈾礦勘查過程中，利用伽馬能譜測量儀器對勘查工作區進行測量所記錄的伽馬能譜測量數據以及資料解釋推斷形成的成果報告等。本文所稱「二次開發」，是指地質找礦技術層面上的檔案資料第二次加工利用。與檔案編研學理論的「二次加工」、「二次文獻」概念上略有區別，前者是指再次利用的意思，是地質界的習慣術語；後者是檔案學對檔案編研的程度劃分，但二者均屬檔案資料開發利用的范疇。鈾礦地質與普通地質最大的區別在於「放射性」，而放射性伽馬能譜強度的變化往往與地質事件有關，如斷裂構造的發生、火山活動和成礦作用等都可能引起伽馬能譜的變化。本文重點探討伽馬能譜資料「二次開發」在多金屬找礦方面應用的理論基礎、開發利用方法和方法的可行性。

2 伽馬能譜資料「二次開發」多金屬找礦應用的理論基礎

2.1 伽馬能譜資料應用的信息理論

伽馬能譜數據資料是最原始的記錄，是客觀的成礦地球化學環境的體現，信息量十分豐富。隨著人們認識的深入，對伽馬能譜信息的加工和開發利用方法，不會停留在過去的認識水平上。不斷研究信息的處理方法與實際應用效果，使這些內存的、潛在的、靜態的資源，通過編研使其由靜態走向流通，潛能轉化為動能，價值得到增值。

2.2 伽馬能譜資料應用的地質理論基礎

2.2.1 伽馬能譜多金屬找礦應用的核物理基礎

伽馬能譜資料記錄的是自然界中²³⁸U、²³⁶Th、⁴⁰K的能量特徵。而K、U、Th元素與多金屬元素(如銅、鉬、鉛、鋅、銻、鉍等)具有較穩定的親和性，在成礦作用過程中，常常共同遷移、富集，甚至形成共、伴生礦床。因此通過解析能譜資料特徵，由已知到未知，指導多金屬找礦。這就是伽馬能譜多金屬找礦應用的核物理基礎。

2.2.2 伽馬能譜多金屬找礦應用的地球化學基礎

地球化學演化過程中，在礦體或近礦蝕變岩中放射性元素呈有規律的分布，出現放射性元素的分帶性或放射性局部異常的疊加。因此，放射性元素對多金屬礦床的定位具有一定的指示作用，這就是伽馬能譜多金屬找礦應用的地球化學基礎。

3 伽馬能譜資料多金屬找礦「二次開發」方法

3.1 放射性特徵模型法

模型應是建立在對客觀實體全面分析的基礎上，從中提取能夠確定實體屬性的特徵信息的綜合描述與模擬。模型必須反映實際勘查資料的客觀性、可類比性和可解性、代表性。在模型建立的基礎上，進行數據處理，提取有用信息，為找礦提供參考資料。

3.1.1 數據處理方法思路

「二次開發」的數據處理需要解決針對多金屬找礦區域內放射性異常信息較弱的情況下如何找到異常的問題，因此，在數據處理中要突出有用信息。主要通過不同地質單元的歸一化處理，以地質單元統計平均值為襯度的差值/方差轉換處理，以抑制不同地質單元岩石建造放射性元素含量本底的影響，從而突出與成礦有關的信息異常。

3.1.2 數據處理一般程序

一般處理程序是：地質單元編碼，輸入地質信息，以地質單元統計K、U、Th含量平均值，計算各采樣點與單元平均值的差值，計算各地質單元方差，計算各采樣點差值與方差之比，輸出方差等值圖和數據，計算特徵模型參數(突出某種元素或抑制某種元素的方法)。

1)按地質單元分別統計K、U、Th含量平均值(Xd)。

2)計算各采樣點K、U、Th含量(X_i)與單元平均值(Xd)的差值(△X_i)。

△X_i＝X_i-Xd

3)計算各地質單元方差值σxd。

第九屆全國地質檔案資料學術研討會文集

4)計算各測點差值/方差比σx′，作方差等值圖。

σx′＝△x_i/σxd

5)計算特徵模型參數。由於地質情況的復雜性，模型的區域局限性也是顯而易見的，因此，一個模型的建立不可能通解不同區域的找礦問題，但能夠解決相似地質條件區域的找礦問題。對不同地區模型參數的計算公式是不一樣的，需要根據實際情況確定。

6)輸出σK、σU、σTh等值圖和特徵模型參數等值圖。

通過上述原始數據轉換處理，把不同地質單元的隨機變數，統一到相對一致的襯度水準上，既保持了元素分布特點，消除了地質單元的背景值的影響，突出了與成礦作用有關的局部異常，減少了異常判別的隨意性。

3.1.3 數據處理實例

本文選取了北方滿洲里地區與南方粵北地區兩片區域進行了試驗研究。

1)根據對滿洲里地區斑岩型銅鉬礦床放射性特徵參數進行統計分析和對火山熱液石英脈型銀礦床放射性特徵參數的統計分析，建立模型數學表達式為

S_m1＝K³/(eU×eTh)(斑岩銅鉬礦床伽馬能譜特徵模型)

S_m2＝K×eTh/eU²(中低溫鉀硅混合蝕變型銀、金多金屬礦床的放射性特徵模型)

式中：S_m1表示礦床模型1；K 表示鉀元素含量；eU 表示鈾的當量含量；eTh 表示釷的當量含量(以下同)。

2)南方的粵北地區，統計分析斑岩型銅鉛鋅和與近礦弱鹼性鉀蝕變岩有關的矽卡岩型銅鉛鋅多金屬礦床能譜測量特徵，建立了如下數學模型：

S_m1＝K³/eU×eTh(中低溫熱液鉀交代蝕變模型，鉀特徵參數)

S_m2＝K×eU/eTh(熱液溫度判別模型，中低溫熱液蝕變判別參數)

S_m3＝eU×eTh/K²(高溫接觸交代帶判別模型，矽卡岩帶模型)

根據上述模型進行區域批數據處理，輸出成果圖件，提供了預測找礦靶區。

3.2 放射性特徵參數法

比值法一般用於面積較小的局部，地質條件相對簡單的區域。其特點是速度快。伽馬能譜測量資料開發應用中實際常用的比值有：

3.2.1 K/Th

K/Th值應用廣泛，比較適用於異常為K高Th低類型的中低溫熱液型金礦及其蝕變帶。

3.2.2 KU/Th

該參數對於指示蝕變岩有特殊功效。非蝕變岩比值小，而蝕變岩比值大。

3.2.3 Th/U

不同溫度的熱液中Th、U富集程度不同，用Th/U來歸一K元素，有助於消除岩漿成分或高溫熱液蝕變的影響，突出低溫的鉀化蝕變帶。

3.2.4(K/Th)×(K/U)

其中K/Th有突出鉀化熱液蝕變作用，在熱液成礦過程中U和K常有分帶現象。在中低溫條件下，K異常往往是蝕變礦化中心，是內帶，而U異常則是外帶，因此K/U有突出蝕變中心的作用。K/Th和K/U的乘積有同時突出熱液蝕變和蝕變內帶的作用。

3.3 弱信息增強法

運用概率論與數據統計中有關分離異常與提高信噪比的方法和技術，增強有用信息，抑制干擾信息，突出與多金屬礦床有關的信息，使其易於被識別。方法的流程如下：

3.3.1 有用信息的提取

通過常規方法，非常規方法，古鈾、釷、鉀分離方法，歸一化處理等方法，提取特徵信息。其中，弱信息增強特徵信息表徵為

F₁＝ U²/Th(增強鈾信息處理，尋找與鈾釷信息相關性礦產)

F₂＝1000·U/TC(突出鈾與放射場總量關系的處理，TC為放射性總量)

F₃＝ U/Rn(考察鈾鐳平衡的關系，以此確定成礦地化環境，Rn為氡氣濃度，依靠射氣測量獲得)

3.3.2 地質單元方差提取

對有用信息使用地質單元方差提取公式：

Ai＝[f(xi)-f(x)]/σ(x)

式中：Ai表示測點i的能譜弱異常信息；f(xi)為測點的有用信息值；f(x)為有用信息平均值；σ(x)為有用信息的均方差。

3.3.3 綜合評價

採用上述評價因子，根據需要選取包括原始信息和特徵信息在內的數據，參與程序計算，輸出成果圖件(計算程序不贅述)。

3.4 濾波法

3.4.1 計算機平均濾波法

對伽馬能譜資料剖面數據，設定參數進行重新濾波處理，並對異常進行地質分析，用聚類分析方法，釐定找礦靶區。優點是適於物性參數較少的局部地區，重新處理的數據更貼近特殊找礦的客觀實際。

實用方法程序是：根據工作任務尋找對應檔案卷宗，提取儀器校準計量刻度原始數據，提取原始測量數據，選取待處理的測量GPS數據，選取濾波指數，輸出成果圖件。

3.4.2 手工濾波法

在伽馬能譜原始記錄剖面中，直接提取鉀峰值異常，異常位置投影至平面地形圖上，然後套合在地質圖上進行分析，篩選有意義的鉀異常，通過找鉀交代來直接找多金屬礦。

該方法在冀東地區、湖南凡口鉛鋅礦區、粵北和贛南地區進行過多次實驗，簡單有效。

3.5 多元分析法

用多元綜合分析方法來提高「二次開發」的效果。

常用的方法有：伽馬能譜數據、遙感數據和磁場數據、鑽孔數據及已知礦點等多元信息，可進行復合處理、疊合處理等增強信息，提高伽馬能譜資料在金屬找礦應用方面的可靠性。如遙感資料可提供線性、環形等構造信息，受構造控制的礦產可根據遙感影像所提供的信息在有利的區域內尋找；磁場數據所反映的往往是地質體的屬性，如含鐵質礦物多的岩石，可引起磁異常。磁異常可做延拓、化極等處理，了解深部變化和斷裂構造等情況。

4 伽馬能譜資料「二次開發」金屬找礦應用實例效果

1)中國科學院地質與地球物理研究所在膠東和臨沂地區系統開展應用伽馬能譜找金的試驗研究。依據地質情況，制定了異常和比值異常信息提取模型，取得了很好的應用效果。圖1是中國科學院地質與地球物理研究所在山東應用放射性找金礦的成果圖。圖1中央右側是已知金礦采礦位置，左側是新發現的放射性異常和預測金成礦區。

圖1 山東堆金山金礦伽馬能譜K/U比值異常圖

(據中國科學院曾慶棟等，略有改編)

2)伽馬能譜測量資料「二次開發」技術方法運用在承德-平泉多金屬成礦帶約1×10⁴km²進行了方法試驗。經過對該區5個已知金礦床進行地面伽馬能譜剖面測量，並進行能譜特徵統計分析，建立了3個能譜資料找金數據處理模型，經電算數據處理，得出組合變數異常暈圈圖，對資料處理產生的125個異常進行野外檢查驗證，共發現金、銀礦化點和異常點20處，其中發現金礦產地1處，礦化點2處，金礦化異常點17處，其中6處已開采。異常總見礦率達20%。

3)在滿洲里-新巴爾虎右旗銅多金屬成礦帶，應用伽馬能譜測量資料「二次開發」方法，對1.5×10⁴km²進行了綜合成礦研究，總結了兩個信息提取模型。經對航空伽馬能譜資料進行電算處理，劃分了36處多金屬成礦靶區。異常暈圈與已知礦床、礦點的總符合率達80%左右，找礦預測效果顯著。

4)檔案館與石家莊晶瑩黃金開發技術有限公司合作，對冀東地區和新疆個別地區航空伽馬能譜測量鉀的原始剖面資料重新進行濾波處理，在冀東地區篩選出鉀異常40個，分析出7個與金及多金屬礦產相關的鉀異常。共對7片信息點進行了驗證，4片信息點與礦化對應，其中1處發現了較有利金成礦條件的線索，2處與原采礦點吻合，1處與含金石英脈有關。礦化異常與信息異常吻合率達60%左右。對新疆克里麥里多金屬成礦帶地區進行濾波處理，發現鉀信息異常成線形帶狀分布，且與該區已知典型金礦床的空間位置吻合，也指示了進一步找金方向。

5)20世紀50～70年代，在烏茲別克西部發現了數個金礦床。其中有幾個礦床是用航空伽馬能譜測量資料，根據放射性元素特徵變化而發現的。①穆龍套金礦田。穆龍套金礦於1956～1957年間由物探工作發現。所有礦床中，在熱液蝕變帶的范圍內都出現鈾和鉀的異常，而且都靠近金礦床。②南1 礦床。伽馬能譜測量表明，礦帶呈現為鈾和鉀含量的增高。在礦帶上，鈾含量上升至9×10^-6～10×10^-6(本底值為3×10^-6～5×10^-6)，鉀含量上升至3.2%(本底值為2.0%～2.5%)。③卡拉庫坦礦床。在礦體上顯示鈾、釷、鉀的明顯增高特徵，而在硅化岩石上顯示鈾增高明顯，而釷、鉀略有增高的特徵。

5 結論

本文簡要敘述了伽馬能譜資料「二次開發」的理論基礎，對能譜資料二次開發方法進行了論述，並列舉了能譜資料「二次開發」應用於多金屬找礦的實例效果，證明伽馬能譜資料「二次開發」是可行的。

作為原始地質資料之一的伽馬能譜資料，不僅在多金屬找礦方面有開發前景，在非金屬找礦(如石油天然氣、鉀鹽等)和工程地質方面均具有潛在的經濟價值，地質檔案資料管理人員結合專業知識對其進行「二次開發」，則是實現其價值的重要途徑。