測量伽馬射線能量的方法

⑴ γ測量方法

γ測量是利用儀器測量地表岩石或覆蓋層中放射性核素放出的γ射線，並根據射線強度或能量的變化，發現γ異常或γ射線強度（或能量）增高地段，以尋找鈾礦床或解決其他地質問題的一種天然核輻射測量方法。

γ測量可在地面、空中和井中進行，按測量的物理量的不同，可分為γ總量測量和γ能譜測量兩類。γ總量測量簡稱γ測量，是一種積分γ測量，記錄的是鈾、釷、鉀放出的γ射線的總照射量率，但無法區分它們。γ能譜測量是一種微分γ測量，記錄的是特徵能譜段的γ射線照射量率，並進而確定岩石中鈾、釷、鉀的含量，故解決的地質問題更廣泛。

12.1.1 地面γ測量

12.1.1.1 γ射線照射量率的計算

γ輻射儀在地表測得的γ射線照射量率與地質體的形態、規模、放射性核素含量、γ射線譜成分、蓋層特點及測量條件等因素有關。下面僅對一些簡單模型進行討論，以便了解地質體周圍γ射線照射量率分布的基本特徵。

（1）點源的γ射線照射量率

設點狀γ源處於均勻介質中，則介質內部距離點源R（cm）處的γ射線照射量率為

勘查技術工程學

式中m為點源中放射性物質的質量（g）；μ為介質對γ射線的吸收系數（cm^-1）；K為伽馬常數，數值上它等於對γ射線無吸收的情況下，距質量為1 g的點源1 cm處的γ射線的照射量率。鈾、鐳、釷、鉀的K值分別為

勘查技術工程學

用不同類型儀器測量時，K值稍有變化。

當點源產生的γ射線通過幾種不同介質時，距點源R處的γ射線照射量率為

勘查技術工程學

式中μ_i為第i種介質對γ射線的吸收系數（cm^-1），R_i為γ射線通過第i種介質的距離（cm）。

（2）圓台狀岩體上的γ射線照射量率

如圖12-1所示，有一高為 l、上底半徑為 R 的圓台狀岩體出露地表，其密度為ρ，放射性核素質量分數為 w，岩石對γ射線的自吸收系數為μ，空氣對γ射線的吸收系數為μ₀，則圓台體內放射性物質質量為 dm 的體積元 dV 在高度為H 的P 點處產生的γ射線照射量率為

圖12-1 圓台狀岩體上γ射線照射量率的計算參數

勘查技術工程學

取P為球坐標的原點，將dm=wρdV，dV=r²sinφdrdφdθ代入上式，並對整個體積積分，則

勘查技術工程學

由於r₁-r₀=lsecφ，r₀=Hsecφ，故上式變為

勘查技術工程學

對（12.1-4）式中的積分，可引入金格函數

勘查技術工程學

式中t=xsecφ。金格函數是比指數函數e^-x衰減得更快的列表函數（見表12-1）。當x→0時，Φ（x）→1；x→∞時，Φ（x）→0。可以證明

表12-1 金格函數表

勘查技術工程學

將（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ₀H或x=μl+μ₀H），則圓台體在空中任一點P產生的γ射線照射量率為

勘查技術工程學

式中φ₀為P點對圓台上底半徑的張角，且有

勘查技術工程學

如果圓台厚度為無限大（l→∞），則（12.1-6）式變為

勘查技術工程學

地面測量中，儀器探頭緊貼地面移動，可認為H→0，則上式簡化為

勘查技術工程學

容易證明，觀測點P對圓台所張的立體角為

勘查技術工程學

於是，（12.1-8）式可寫成

勘查技術工程學

（12.1-9）式表明，對於放射性核素含量均勻的同一放射岩層，觀測點對岩體所張的立體角不同，會對地面γ測量結果產生很大的影響。如圖12-2所示，在狹縫中測得的γ射線照射量率高於平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的頂部測到的γ射線照射量率就更低。所以，地面γ測量中應注意微地形對測量結果的影響，一般應記錄平坦表面上的測量數據。

圖12-2 不同立體角對γ測量的影響

（3）半無限岩層上的γ射線照射量率

對於體積半無限大的岩層，l→∞，R→∞，φ₀→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ₀→0，Φ（μl+μ₀H）→0，此時離地面H高度上P點的γ射線照射量率為

勘查技術工程學

可見P點的γ射線照射量率將隨高度的增加按金格函數規律衰減。

地面測量中，在岩層表面任一點，H→0，Φ（μ₀H）→1，此時γ射線照射量率達到極大值

勘查技術工程學

（4）半無限大岩層上有覆蓋層時的γ射線照射量率

設非放射性覆蓋層厚度為h，覆蓋層對γ射線的吸收系數為μ₁，則用與推導（12.1-10）式類似的方法，可求得覆蓋層表面上任一點的γ射線照射量率

勘查技術工程學

上式表明，無限大岩體覆蓋層上的γ射線照射量率隨覆蓋層厚度增加而按金格函數規律衰減。蓋層物質的密度不同，γ射線照射量率的衰減程度也不相同。蓋層密度越大，吸收的γ射線越多，照射量率衰減得越快。

12.1.1.2 地面γ輻射儀

地面γ測量使用的輻射儀由γ探測器和記錄裝置組成。最常用的γ探測器是閃爍計數器，它由閃爍體（熒光體）和光電倍增管組成，其功能是將光能轉換成電能（圖12-3）。當射線射入閃爍體時，使它的原子受到激發，被激發的原子回到基態時，將放出光子，出現閃爍現象。這些光子打擊在光電倍增管的光陰極上，產生光電效應而使光陰極放出光電子，再經光電倍增管中各倍增電極的作用，使光電子不斷加速和增殖，最後形成電子束，在陽極上輸出一個將初始光訊號放大了10⁵～10⁸倍的電壓脈沖。輻射射線強，單位時間產生的脈沖數目多；輻射粒子的能量大，脈沖的幅度也大。因此，閃爍計數器既可測量射線的強度，又可測量射線的能譜。

圖12-3 閃爍計數器工作原理圖

閃爍體可分為無機閃爍體（NaI、CsI、ZnS等）和有機閃爍體（蒽、聯三苯等）兩大類。常用的NaI（Tl）晶體是在碘化鈉晶體中滲入鉈作激活劑，使晶體發出可見光，並防止光被晶體自身吸收。由於晶體發光時間僅為10^-7s，因而最大計數率可達10⁵ cps。測量γ射線要使用大體積晶體，而測量X射線則使用薄晶體（厚度1～2 mm）。

輻射儀的記錄裝置由一套電子線路組成，閃爍計數器輸出的電壓脈沖經放大、甄別（選擇一定幅度的脈沖）、整形（將不規則脈沖變成矩形脈沖）和計數後，由線路的讀數部分顯示出來。

12.1.1.3 地面γ測量工作方法

地面γ測量一般應布置在地質條件和地球物理、地球化學條件對成礦有利的地段。在地形切割、水系發育、露頭良好、覆蓋層較薄，並有機械暈和鹽暈發育的地區進行γ測量最為有利。

地面γ測量可分為概查、普查和詳查三個階段，各階段的工作比例尺和點線距如表12-2所示。概查在從未做過γ測量或勘查程度較低的地區進行，概查的工作比例尺為1∶1萬～1∶5萬，目的是為下一步工作圈出遠景區；普查一般在概查階段所選的遠景區內進行，其工作比例尺為1∶2.5萬～1∶1萬，其任務是研究工作地區的地質構造特徵，尋找異常點、異常帶，研究它們的分布規律，解釋異常的成因，為詳查圈定遠景地段；詳查在選定的遠景地段或礦區外圍進行，採用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任務是查清已發現異常的形態、規模、強度、賦存的地質條件、礦化特徵等，以便對異常進行評價，為深部揭露提供依據。

表12-2 γ測量精度及點線距要求

概查和普查都採用路線測量方法，γ測量路線應與地質測量路線一致。觀測採用連續測量方式，以穿越地層和構造走向為主，發現岩性變化、構造帶及破碎帶等地質現象時，可沿走向適當追索。為保證測線兩側范圍不漏掉異常，實測路線可以是曲折的。詳查採用面積測量方法，按選定比例尺預先布置測網，測線應盡量垂直穿過欲探測的地質體。

工作時，γ探測器應放在較平坦的地方測量，以避免微地形影響。測點附近的地質情況應予記錄，遇到有利層位，或岩性、構造和底數有明顯變化時，應適當加密測點。

用γ輻射儀測量時，所記錄的γ射線照射量率是由多種因素引起的，可表示為

勘查技術工程學

其中：是測點附近岩石或土壤中放射性核素產生的γ射線照射量率；是宇宙射線產生的γ射線照射量率；是儀器底數；，為儀器的自然底數。

由於宇宙射線的照射量率隨地區緯度、海拔高度和晝夜時間的變化而變化，儀器底數也受探測器內放射性核素含量、儀器受污染程度、儀器雜訊強度和假脈沖數，以及儀器使用時間長短的影響。因此，輻射儀的自然底數不是一個常數。但是這種變化一般不大，在岩石底數中所佔份額較小，所以可將它視為常數。不同的儀器，其自然底數也可能不等，當多台儀器進行γ測量，尤其是在環境γ本底調查、放射性核素定量測量以及為確定低於背景的γ偏低場而進行的測量中，必須測定各台儀器的自然底數，以便使測量結果能進行統一對比。

測定自然底數的方法有鉛屏法、水中法、水面法等多種，其中水中法最為簡便。選擇水深大於1.5 m，水面直徑大於2 m，無放射性污染的水域，將γ輻射儀用塑料布密封好，置於水下50 cm處，此時取得的讀數即為自然底數。

岩石中正常含量的放射性核素產生的儀器讀數叫做岩石底數或背景值。各種岩石有不同的底數，可按統計法求取，作為正常場值。野外工作中，凡γ射線照射量率高於圍岩底數三倍以上，受一定岩性或構造控制，性質為鈾或鈾釷混合者，該處稱為異常點。若γ射線照射量率偏高（高於圍岩底數加三倍均方差），但未達到異常照射量率標准，而地質控礦因素明顯，且有一定規模者，亦稱為異常點。應當指出，上述標准不宜用來解決非鈾地質問題。例如，找尋蓄水構造時，異常只比底數高 10%～80%。因此，解決非鈾地質問題時，高於底數者即是異常點。異常分布受同一岩層或構造控制，其長度連續在20 m以上者，稱為異常帶。對有意義的異常點應進行輕型山地工程揭露。在做好地質、物探編錄和取樣分析的基礎上，可提出進一步工作的意見。

在測區內鐳、鈾平衡遭到破壞，平衡顯著偏鈾時，由於鈾的γ射線照射量率很小，宜採用β+γ測量，即用記錄β射線的儀器測量β射線和γ射線的總照射量率。當需要查明浮土覆蓋地區鈾礦遠景時，可採用孔中γ測量。

為了評價地面γ測量的質量，應布置檢查路線。檢查路線應布置在地質有利地段或工作質量有疑問的地段。檢查工作量應不少於測區工作量的10%。工作質量高的標準是：未遺漏有意義的異常，檢查測量曲線與原測量曲線形態無明顯差異。

影響測量精度的主要因素是核衰變的統計漲落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途徑是要有足夠的脈沖計數。實際工作中可採用延長測量時間，增加測量次數等方法解決。

為了保證工作質量，每天出工前後都必須用工作標准源對儀器的性能進行檢查。當在某一固定點帶標准源和不帶標准源的讀數差在統計漲落允許范圍時，可認為儀器工作正常；否則應對儀器重新標定。同時，工作期間還應定期檢查儀器的穩定性、准確性及多台儀器對比的一致性。

12.1.1.4 地面γ測量數據的整理及圖示

（1）地面γ測量數據的整理

地面γ測量數據的整理包括將讀數（計數率）換算成γ射線照射量率、確定岩石底數、計算岩石γ射線照射量率統計漲落的均方差等。

為了求得岩石底數，首先要根據實測γ射線照射量率繪制頻數直方圖（或概率分布曲線）。如果岩石γ射線照射量率服從算術正態分布，則岩石照射量率（算術）平均值為

勘查技術工程學

均方差為

勘查技術工程學

式中 n 為統計分組的組數；為第i 組的頻數；為第i 組的組中值。

如果岩石γ照射量率服從對數正態分布，則岩石照射量率幾何平均值和均方差為

勘查技術工程學

取作為岩石底數，+3σ作為異常的下限（非鈾地質工作除外）。

岩石底數和異常下限也可在累積頻率展直圖或累積頻率分布曲線上直接讀取。

（2）地面 測量成果的圖示

地面γ測量的成果圖件主要有：γ照射量率剖面圖、γ照射量率剖面平面圖、γ照射量率等值線平面圖和相對γ照射量率等值線平面圖等。

γ照射量率等值線圖按±3σ、±2σ、±σ勾繪。不同岩石有不同的底數，且不同岩石γ射線照射量率的變化幅度（即均方差）也是不同的，這些都會影響γ照射量率等值線圖的精度。為此，可以在每種岩性范圍內按各自的+σ、+2σ、+3σ將γ場劃分為偏高場、高場和異常場三級，然後分別把各種岩性γ射線照射量率等級相同的點連接起來（不論它們的岩性是否相同），這樣便構成了一幅相對γ照射量率等值線平面圖（圖 12-4）。這種圖避免了岩石背景值不同造成的干擾，較全面地反應了各種不同岩性的γ場特點，能清楚地反映γ暈圈與礦化、構造的關系，有利於研究礦化規律及推測成礦有利地段。

圖12-4 某地區相對γ照射量率等值線平面圖

12.1.1.5 地面γ測量的資料解釋及實例

地面γ測量的資料解釋是定性的，因為γ測量的探測深度淺，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，難以發現埋藏較深的礦體。此外，γ射線照射量率的大小並非總是反映鈾的富集程度。因為鈾系中主要γ輻射體都是屬於鐳組的核素，所以產生γ異常的源主要是鐳而不是鈾。

放射性核素在自然界中廣泛分布，γ測量中發現異常並不難，但評價異常就不容易了。當礦床出露地表或處於氧化帶中，而附近又有斷裂跡象時，鈾容易受風化淋濾作用而被酸溶解帶走。其結果是鐳的數量增大，平衡偏向鐳，從而出現γ射線照射量率很高而鈾並不富的現象。若被運走的鈾在適當的環境下被還原而沉積下來，或在還原環境下鐳被帶走而鈾又被溶解得很少，就會發生平衡偏向鈾的情況。這時γ射線照射量率不高，但鈾卻很富。因此，必須特別注意用鈾鐳平衡系數確定測區內鈾、鐳是否處於長期平衡狀態，而不能僅僅依靠γ射線照射量率的大小來評價異常。同時，還應綜合應用異常點（帶）的地質、地球化學和其他地球物理（包括射氣測量、β+γ測量等）資料進行分析，才能對異常做出正確的判斷。

圖12-5 某地區地質、相對γ照射量率綜合平面圖

地面γ測量具有儀器輕便、方法簡單、工作靈活、成本低、效率高等特點。除用於直接尋找鈾、釷礦床和確定成礦遠景區外，還用於地質填圖，尋找與放射性核素共生的其他礦產，探測地下水以及解決其他地質問題。

圖12-5是地面γ測量尋找鈾礦床的實例。該地區曾發現燕山運動早期花崗岩體，其主要岩性為中細粒花崗岩。區內浮土覆蓋面積較大，岩漿活動頻繁，構造復雜，呈東西向分布。γ測量圈定了兩個異常和兩個偏高場，都有一定的規模，經地表揭露後它們依然存在。對偏高地帶又做了射氣測量、鈾量測量和伴生元素找礦等工作，結果均有顯示。經勘查揭露，在1、2號異常及3號偏高地帶發現鈾礦，4號偏高地帶見到了鈾礦化。

12.1.2 地面γ能譜測量

如前所述，鈾系和釷系都有幾個主要的γ輻射體。因此，在鈾、釷混合地區，用地面γ測量方法不易判定異常的性質，這時採用地面γ能譜測量往往能取得良好的地質效果。

12.1.2.1 地面γ能譜儀和儀器譜

地面γ能譜儀的閃爍計數器可將γ射線的能量轉換成電脈沖輸出，輸出脈沖的幅度與γ射線的能量成正比，因此能譜測量實際上是對脈沖幅度進行分析。完成這個功能的電路稱為脈沖幅度分析器。其原理見圖12-6（b），它由上、下甄別器和反符合電路組成。甄別器是一種只允許幅度高於某一數值（稱之甄別閾值）的脈沖通過的裝置。上甄別器的閾電壓較高，只有較大幅度的脈沖（如9號脈沖）才能通過。下甄別器的閾電壓較低，除了所有能通過上甄別器的脈沖（如9號脈沖）可以通過外，幅度介於上、下甄別器之間的脈沖（如3、5、8號脈沖）也能通過。兩甄別器輸出的信號均送到反符合電路。反符合電路的特點是，當上、下甄別器有相同的信號同時輸出時，使這些信號在反符合電路相互抵消。因此，反符合電路輸出的只是介於上、下甄別閾電壓之間的脈沖（3、5、8號脈沖），然後進行計數和記錄。

上、下甄別閾電壓的差值稱為道寬。道寬固定以後，通過調節下甄別閾電壓（上甄別閾電壓相應地變化），可把幅度不等的脈沖逐段分選出來，這種脈沖幅度分析方法稱為微分測量。所測得的譜線稱為微分譜。

如果脈沖幅度分析器只用一個下甄別器，則所有幅度超過下甄別器閾電壓的脈沖（圖12-6（a）中3、5、8、9號脈沖）都被記錄，這種脈沖幅度分析方法稱為積分測量。所測得的譜線稱為積分譜。

實際工作中，γ能譜儀測得的γ能譜不是線譜，而是因各種因素復雜化了的儀器譜（圖12-7），它是γ射線通過物質（岩石、土壤、能譜儀探測元件等）產生光電效應、康普頓散射和電子對效應等，使能譜發生了很大變化後形成的，是一種連續譜。與線譜相比，U、Th、K的上述特徵峰峰位不夠突出，但仍能分辨。

圖12-6 脈沖幅度分析器原理

圖12-7 NaI（Tl）測得的微分儀器譜和U、Th、K道的選擇

12.1.2.2 U、Th、K含量的計算

γ能譜儀用一個積分道（＞50 keV）記錄某一能量閾以上的總γ射線計數率，還用三個微分道分別測量γ射線三個能譜段產生的計數率。其中鉀道道寬0.2 MeV，所鑒別的γ譜段中心可選在⁴⁰K特徵峰1.46 MeV處；鈾道道寬0.2 MeV，譜段中心可選在鈾系²¹⁴Bi特徵峰1.76 MeV處；釷道道寬0.4 MeV，譜段中心可選在釷系²⁰⁸Tl特徵峰2.62 MeV處。三個譜段都選在高能區，可以減少散射γ射線的影響。三個譜段又相互獨立，且每一譜段中，目標核素譜線佔主要成分，有利於提高計算方程解的穩定性（圖12-7）。

設鉀、鈾、釷道的計數率（已減去底數）分別為I₁、I₂、I₃（單位為cpm），則它們與U、Th、K的質量分數w（U）、w（Th）、w（K）（單位分別為10^-6、10^-6、%）的關系為

勘查技術工程學

式中系數a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）稱為換算系數，分別表示單位含量的鈾、釷、鉀在不同測量道的計數率（單位分別為cpm／10^-6、cpm／10^-6和cpm／%），需在鈾、釷、鉀標准模型上實測確定。

解上述方程組，可求得鈾、釷、鉀的質量分數

勘查技術工程學

式中

勘查技術工程學

12.1.2.3 地面γ能譜測量的工作方法及成果圖件

地面γ能譜測量與地面γ測量的工作方法類似，但地面γ能譜測量需要按照預先布置的測網定點、定時讀數，讀數的時間一般為1min。微機化γ能譜儀實現了現場自動數據採集、數據初步整理及現場繪制剖面平面圖。

在室內，可將野外採集的數據直接輸入計算機，在屏幕上快速形成各種圖件，並進行人機交互解釋。

地面γ能譜測量的成果圖件有：鈾、釷、鉀含量剖面圖、剖面平面圖和等值線平面圖，有時還要繪制釷鈾比［w（Th）／w（U）、釷鉀比w（Th）／w（K）、鈾鉀比w（U）／w（K）］剖面圖或等值線平面圖。

12.1.2.4 地面γ能譜測量的應用

地面γ能譜測量可以直接尋找鈾、釷礦床，也可尋找與放射性核素共生的金屬及非金屬礦床，利用鈾、釷、鉀含量及其比值的分布資料，還可推測岩漿岩和沉積岩的生成條件及演化過程，探測成礦特點和礦床成因等。

圖12-8是應用γ能譜測量尋找含金構造帶的實例。在含金礦脈附近，γ總量曲線和K含量曲線出現低值，U、Th含量曲線出現高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明顯的異常。綜合這幾條曲線，可確定含金礦脈的位置。根據礦脈兩側K含量曲線兩處出現高值的位置，可大致估計鉀化帶的寬度。

圖12-8 山東某地地面γ能譜測量曲線

⑵ 野外地面γ測量工作方法

大多數地面γ測量都和地質調查緊密配合或同步進行，這樣既有利於提高找礦效果，又有利於對找到的放射性異常及時處理。

（一）測網布置和路線γ測量

利用地面γ測量進行放射性礦產普查，根據要求找礦的詳細程度，大致分為概查、普查和詳查。比例尺是測量詳細程度的標志（表5-4-1）。

表5-4-1 地面γ測量比例尺的點線距

1）概查。比例尺一般為1∶10萬到1∶5萬，或者只做幾條剖面。主要任務是研究工作區區域岩性的放射性特徵，找出有利含礦層位、構造的分布情況，大致圈定找礦遠景地區。

2）普查。比例尺一般為1∶2.5萬到1∶1萬。以概查為基礎，主要任務是尋找γ異常點、異常帶並探查其分布規律、成礦條件和礦化特徵。

3）詳查。比例尺主要為1∶5000到1∶1000。一般是在成礦的遠景區或礦區的外圍進行詳查。主要任務是對具有成礦可能的異常點、異常帶進行追索，查明異常的特徵、規模、賦存的地質條件、礦化特徵，為揭露評價提供依據。

這里講的地面γ測量，主要是步行γ測量，使用γ輻射儀或輕便γ能譜儀。進行路線γ測量時，必須將探測器靠近地面連續聽測，路線成「S」形前進，以便擴大測量范圍，提高找礦效果。定點進行記錄。值得注意的是每次定點記錄時，探測器高度保持一致，並選在平坦地區，標在地形圖上。如讀數升高，要及時加密測點，進行追索，詳細記錄。

（二）鈾、釷、鉀含量測量與計算

應把γ能譜儀、積分譜儀和γ輻射儀的測量結果，換算成統一的以當量平衡鈾為單位（eU，g/t）的放射性元素含量和照射量率（C/kg·s）。對各類測量儀器有大致相同的換算方法，簡要介紹如下。

1.4道γ能譜儀的標定和含量計算

與航空γ能譜測量相似，根據鈾、釷、鉀放出的γ射線能量特徵，選擇下列四個能量測量道和道寬。

鉀道：1.35～1.55 MeV；

鈾道：1.65～1.95 MeV；

釷道：2.5～2.7 MeV；

總道：0.3～3.0 MeV。

總道給出的是照射量率（C/kg·s）。根據其餘三道測量結果，可列出以下聯立方程：

核輻射場與放射性勘查

式中：N₁、N₂、N₃分別為鉀、鈾、釷三個能量道測得的岩（礦）石γ射線（扣除本底後的）計數率；C_K、C_U、C_Th為測點岩（礦）石中鉀、鈾、釷的含量；a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）為鉀、鈾、釷的換算系數，表示為具有γ射線飽和層厚度的標准模型上，鉀、鈾、釷道測得的單位含量的計數率。

由於，鉀（E=1.46 MeV）、鈾（1.76 MeV）道γ射線不影響釷道，鉀道也不影響鈾道，因此（5-4-1）式中a₂=a₃=b₃=0。所以，由（5-4-1）式解得

核輻射場與放射性勘查

式中：給出換算系數a₁、b₁、b₂、c₁、c₂和c₃確定值，即可計算測量地區岩（礦）石中鈾、釷、鉀含量。測定換算系數是一項重要工作。換算系數測定可以用標准模型法，為此國家建立了標准模型站（見附錄一）。地面γ能譜儀標定測量，使用第Ⅰ類模型。分別在鈾、釷、鉀標准模型上進行。

核輻射場與放射性勘查

依照（5-3-4）式計算各地面γ能譜測量的換算系數：a₁、b₁、c₁；b₂、c₂和c₃。

2.γ輻射儀的標定

γ輻射儀和4道γ能譜儀的總道一樣，都是測量γ射線總計數率。應把γ輻射儀測得的計數率換算成統一的放射性元素含量單位（或當量平衡鈾含量10^-6eU；g/t），或照射量率（C/kg·s）。求出儀器靈敏度，即單位核素含量（1Uγ）引起的計數率（cps/1U_γ）或者照射量率［cps/（C·kg^-1·s^-1）］。

（1）標准模型標定

需要在本底模型（CP-B）和鈾標准模型（CP-U）上同時測量。首先在本底模型上測得的本底計數率為N_B，和儀器靈敏度k（cps/1U_γ）之間的關系為

核輻射場與放射性勘查

式中：B為來自本底模型周圍大地、大氣和宇宙射線輻射；w_B（K）、w_B（U）和w_B（Th）為本底模型中鉀、鈾和釷的含量；a_K為鉀的鈾當量含量（即與1%鉀的總計數率相當的平衡鈾含量）；b_Th為釷的當量鈾含量（即與1g/t釷的總計數率相當的平衡鈾含量）。a_K與b_Th數值與探測器大小以及儀器甄別閾有關（如表5-4-2）；但變化范圍不大。

同樣條件，在鈾標准模型上測得計數率N_U。這里假定本底模型與鈾模型基質完全相同，僅鈾含量不同。因此，同樣可寫成下列關系式：

表5-4-2 a_K、b_Th與探測器、甄別閾關系

核輻射場與放射性勘查

使（5-4-3）與（5-4-4）式相減，得儀器靈敏度為

核輻射場與放射性勘查

（2）用點狀鐳源標定

利用密封的點狀固體鐳源，根據鐳源常數（A），調節鐳源和探測器之間的距離（R）；由I=A/R²公式，計算不同距離處的照射量率I（C/kg·s），求儀器計數率（cpm）與照射量率（C/kg·s）之間的關系曲線，稱標定曲線。如標定曲線呈線性關系時，則

核輻射場與放射性勘查

式中：n_B為儀器自然本底計數率；n為測點的計數率；k_C為儀器的換算系數（C/kg·s）。

（三）工作前的儀器准備工作

開始野外工作之前，重要的准備工作是儀器的性能測試，本底測量。性能測試，主要是檢查儀器工作穩定性，受濕度、溫度影響情況；連續工作，穩定性測試產生的讀數變化，不得超過規范允許的標准誤差。每天工作之前和工作之後都要固定工作源位置記錄儀器的照射量率。如果相對於每次測量的平均值，其變化偏差不超過±10%，說明儀器工作正常，測量結果質量可靠。

當用多台儀器同時進行野外γ測量，需要注意儀器的一致性。工作經驗證明，雖然每台儀器都已經過嚴格的標定，但測量結果的平均值（用至少30次測結果的平均值）並不完全一致。通過兩台儀平行測量，保持幾何條件相同，取平均值進行對比，或用t檢驗法進行檢驗。如果相對誤差在允許范圍之內，認為是合格的。

儀器的本底測定是每台儀器都要做的工作；而且在儀器大修之後或到新的測量地區需要重新測量。

儀器本底或稱儀器自然本底I_B是由宇宙射線I_宇，及儀器探測器材料中的放射性核素或被放射性核素污染，或由於儀器雜訊等引起的總計數率I_儀組成。

核輻射場與放射性勘查

測量儀器自然本底常用有兩種方法。

1.水面測量方法

這是最常用的測量方法。要求水域附近沒有岩壁，水域范圍10m以上，水深超過1m。測量時儀器探測器放在水域中央，在水面附近，做高精度測量。

2.鉛屏法

在缺少上述水面地區，可以使用鉛屏法。

取一個板狀鉛屏或杯狀鉛屏，放在地上。將儀器的探測器放在鉛屏之上或環中，保持探測器相對位置不變，分別測量帶鉛屏時的計數率和不帶鉛屏時的計數率，於是分別得到：

核輻射場與放射性勘查

式中：I_無和I_屏為不帶鉛屏和帶鉛屏時的計數率；I_岩為本地岩石的計數率；I_B為儀器自然本底；a=e^-μd為本地岩石γ射線對鉛屏的透過系數，μ為鉛對γ射線的吸收系數，d為鉛屏厚度。

由（5-4-7）式解得自然本底

核輻射場與放射性勘查

式中：a=（I_屏-I_B）/（I_無-I_B）。如有一台儀器本底是已知的，可以求出其他儀器的本底計數率。

⑶ 核素放出的α，β，γ射線的能量和分支比是怎麼測定的

α射線射程很短，離開原子核後能量衰減很快，通常說的α粒子的能量應該是指離開原子核時的能量。
這個能量可以計算出來。
辦法是：對有α衰變的原子核，採用原子核的α粒子模型可以計算出發射出來的α粒子的能量（離開原子核時為准）
β衰變原理基本是：中子=質子+電子+中微子。
由於中微子帶走一部分能量，因此電子（β粒子）的能量是連續分布的，如果談論其能量應該是指最大值。
γ粒子（光子）能量可以容易計算出來十分確定，測量也沒有特別的困難。
射線：由各種放射性核素發射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。
反應堆工程中常見的有的射線、射射線、γ射線和中子射線。
各種射線，由於電離密度不同，生物效應是不同的，所引起的變異率也有差別。
為了獲得較高的有利突變，必須選擇適當的射線，但由於射線來源、設備條件和安全等因素，目前最常用的是γ射線和x射線。

⑷ γ測量和γ能譜測量

γ射線穿透能力強，用現代設備在150m高空還可清晰測量地面的放射性異常。因此，γ射線測量是尋找放射性礦產（鈾、釷），以及與天然放射性元素鈾、釷、鉀有相關 關系的非放射性礦產的主要方法。此外，利用航空γ能譜測量尋找油氣藏等非放射性礦 產，以及岩性劃分、確定地質構造等都取得了重大成效。

（一）地面γ測量

地面γ測量是利用記錄γ射線強度的輻射儀，對近地表岩石或土壤的γ射線強度進行測量的一類野外測量方法。

地面γ測量具有方便、直觀、效率高、成本低等優點，是尋找鈾礦床的一種卓有成效的方法。但是，必須注意γ射線強度的大小並非在任何情況下都反映鈾的富集程度。因為 鈾系中的主要輻射體是屬於鐳組元素的，鐳組放出的γ射線的強度約占整個鈾系總強度的 98％，所以對γ異常起主要作用的是鐳而不是鈾。野外工作中，發現γ異常並不難，但要 確定含礦異常就必須對γ異常進行綜合分析研究，才能作出正確的評價。

1.野外工作及測量儀器

在高山區或地形起伏激烈的丘陵地區，如果基岩出露良好並且機械暈發育，對γ測量最為有利。在較平坦的地區，只要基岩出露較好，或者機械暈或鹽暈廣泛發育，γ測量也 能取得好的地質效果。

地面γ測量一般可分為概查、普查和詳查。比例尺與點、線距的對應關系見表5-4。

表5-4 地面γ測量的比例尺及點、線距

野外進行γ測量使用的儀器稱為輻射儀。輻射儀由γ探測器和記錄裝置兩個主要部分 組成。我國1998年生產的FD—3013型數字式γ輻射儀就是地質找礦中常用的儀器。

該儀器的探測靈敏度為5s^-1（cps）/10^-6eU（平衡鈾含量），即岩石、土壤中每10^-6eU 能產生每秒5個計數。儀器顯示器上讀出的是以10^-6eU為單位的鈾含量值。

顯示器為四位液晶顯示器。定時器給出選定的測量時間信號。報警器根據設定的計數 率信號以及計數溢出、電池電壓不足等進行報警。儀器適應工作溫度為：-10～＋50℃；耗電為150mW，用兩節一號電池供電，可用40h。

國外使用的類似儀器也很多，如美國的GR—101A型γ輻射儀，僅有1.25kg，改進 後的GR-110為四位液晶顯示器讀數的數字γ輻射儀，探測器為13cm³的NaI（TI）晶體。

在野外進行γ測量工作之前，需要對輻射儀進行標定。例如作10-6標定時可在已知含量（10^-6值）的平衡鈾礦飽和模型上進行；作γ標定時一般藉助1號和6號鐳源進行。在工作期間還要定期檢查輻射儀的穩定性、准確性及多台儀器對比的一致性。

用輻射儀在野外進行測量所記錄的γ射線強度，實際上包括岩石和土壤中的放射性物 質引起的γ強度、宇宙射線的強度以及儀器本身所含的和所沾染的放射性物質引起的γ強 度。後二者之和稱為自然底數，可以在工作地區採取一定的方法加以測定。整理野外資料 時必須從觀測值中減去自然底數，然後才能作為繪製成果圖件的依據。

2.成果圖件及資源解釋評價

γ測量的成果一般表示成實際資料圖、γ強度等值圖、γ強度剖面圖以及相對γ等值 圖和區域研究程度圖等。這里僅解釋一下相對γ等值圖，其餘圖件與其他物探方法類似。

繪制相對γ等值圖時，為排除岩性變化因素的干擾，可採用以均方差（σ）的倍數為 等值線間距的辦法。這種圖可有三個等級，即X＋σ，X＋2σ，X＋3σ，勾繪等值線時，不 看絕對γ強度值多少，而是將不同岩石的相同等級X＋σ（或X＋2σ，或X＋3σ）值連接 起來。等值線的值也以背景值X和均方差的倍數來標注。

對普查鈾礦床所發現的γ異常進行評價，以確定其是否具有工業遠景意義時，必須考 慮到放射性元素在自然界中的分布非常廣泛而分散的特點，而且引起γ異常的因素比較 多，並且地面γ測量的探測深度不超過1～2m，一般只能圈定地表放射性元素增多地段，不能反映地下深部的情況。因此，必須到現場進行詳細地調查研究，以確定異常的性質、 強度和分布范圍，異常賦存的地質條件和控制因素，以及放射性平衡情況。必要時應作γ 詳查，浮土覆蓋地區可作射氣測量或其他物化探方法，然後進行綜合評價。

必須強調，評價γ異常時，特別要注意該地區鈾、鐳是否處於長期平衡狀態。因為γ異常並不一定意味著鈾的含量高。例如礦床出露地表或處於氧化帶中而附近又有斷裂跡 象，就很容易受淋濾風化作用以致鈾被溶解運走，其結果是改變了鈾、鐳的相對數量，使 平衡偏向鐳。這時γ異常主要是鐳的反映，工業價值不大。若被運走的鈾在適當的環境沉 積下來，形成次生鈾礦，但沉積時間未達到鈾、鐳平衡所需的年代，則鐳的數量積累不 夠，平衡偏向於鈾。此時γ異常較弱，但主要是鈾的反映，具有較大的工業價值。所以在 野外工作中發現了γ異常，既不能僅僅根據γ異常的強度來估計礦床的遠景，也不應隨意 放棄弱異常，必須對異常進行綜合研究。

3. 應用范圍

地面γ測量是普查鈾、釷礦床的有效方法，適用於各種地形、地貌和氣候條件。在基 岩出露良好和覆蓋層不厚的地區進行這項工作，效果更佳。

目前地面γ測量除了用於直接尋找鈾、釷礦床和確定成礦遠景區外，還用於地質填 圖、尋找與放射性元素有共生關系的其他礦產、探測地下水以及解決其他的一些地質 問題。

地下水通常並無放射性。然而，岩層的斷裂帶、構造帶和不同岩性的接觸帶等處能成為地下水賦存或遷移的場所。在斷裂帶和一些構造接觸帶，岩石破碎，裂隙發育，地下水 易於流通，並將岩石中的鈾、鐳、氡等元素溶解，使之遷移和析出，在地面上可形成放射 性元素分布的異常；在不同岩性的接觸帶地區，因岩性有差異而放射性元素的含量不同，也會引起γ強度的變化。因此，通過地面γ測量可以發現與地下水有關的蓄水構造，從而 間接地找到地下水。根據我國多年來用γ測量法找水的經驗，在含水的構造斷裂帶上所測 到的γ射線強度通常只有周圍背景值的1.1～1.8倍，因此需要採用靈敏度和穩定性較高 的輻射儀進行工作。

（二）地面γ能譜測量

γ能譜測量是利用分別記錄幾種不同能量段內射線強度的能譜儀，測定岩石、土壤中的鈾、釷、鉀含量的一類野外方法。相應的也有地面、航空和井中γ能譜測量。

在鈾、釷混合地區，地面γ測量不能將鈾、釷異常區分開來，這時就要採用γ能譜測量。γ能譜測量採用γ能譜儀，在現場即可測定岩石或土壤中的鈾、釷、鉀含量。

1.γ能譜測量的基本原理

前面已經講到，不同放射性元素放出不同能量的γ射線，把γ射線按其能量大小排列，即構成了γ射線譜或稱能譜，表5-5列出鈾、釷系的主要γ輻射體的能譜成分，圖5-2上是它們的γ譜線圖。圖中可見，它們都是線譜。但鈾、釷系的線譜有明顯的 差別。鈾系中可以看到0.352MeV（兆電子伏），0.609MeV，1.12MeV和1.76MeV等 譜線，後者特別明顯成為它的特徵譜；而釷系中則有0.239MeV，0.338MeV，0.583MeV，0.908MeV和2.62MeV等，其中非常突出的是2.62MeV譜線，它成為釷 系的特徵譜。鉀的放射性同位素40K的γ能譜只有一條1.46MeV的譜線，它也是鉀的 特徵譜線。

表5-5 鈾系和釷系的γ譜成分

綜上所述可知，每一種γ輻射體都要放出自己特有的、能量確定的γ射線。因此，如果在野外條件下直接在選定的地點可以測出某種能量的特徵γ譜線，就能唯一地確定具有 該譜線的放射性元素的存在。而且將測得的γ強度與標准樣品的γ強度進行對比和計算，還可以確定該元素在土壤和岩、礦石中的含量。這就是γ能譜測量的基本原理。

2. 野外工作與能譜儀

能譜測量的測網選擇與要求，比例尺的確定，甚至資料整理的方法都與γ測量相似。只是能譜測量需要按預先布置的測線或測網定點、定時計數。

圖5-2 鈾系和釷系的主要γ射線譜線圖

目前野外使用的能譜儀主要為FD-3014積分能譜儀，其整體結構原理與FD-3013γ 輻射儀類似，其主要差別在甄別器閾電壓可調。可以分別測量不同能量閾的γ射線總計 數，可以定性地分別測量鈾含量和釷含量。

類似這種輕便型積分γ能譜儀，如加拿大的UG-130型單道積分γ能譜儀和GRS- 400型積分能譜儀，兩者的NaI（TI）晶體大小不同，均設有5個閾電壓位置。

此外，在放射性礦產找礦勘探中常用的是四道γ能譜儀。目的是一次同時測量礦石、土壤中的鈾、釷、鉀的含量。有地面四道γ能譜儀和四道γ能譜測井儀等。目前國內應用 的四道γ能譜儀主要是上海地質儀器廠生產的FD-3022型能譜儀。該儀器除具有鈾、 釷、鉀三道外，還有一個記錄總計數率（即γ射線總強度）的積分道，稱為總道。這類儀 器在它的記錄裝置電子線路中設置了專用的數字運算器，可以直接將測點上所測定的總計 數率和鈾、釷、鉀含量同時呈現在數字顯示屏上。

我國目前使用的航空γ測量裝置都是加拿大Exploranium公司生產的256道航空γ能 譜儀。一種為GR-800D，另一種為GR-820。後者的所有數據採集都在空中完成，最後 輸出得到是一張硬碟。室內有一台計算機對硬碟輸入的數據進行計算處理，列印出各種 圖件。

3. 成果顯示及應用

根據野外觀測所獲得的鈾、釷、鉀含量，通常繪製成相應的含量剖面圖、等值線平面 圖或剖面平面圖。有時還要繪制釷鈾比（Th/U）、釷鉀比（Th/K）、鈾鉀比（U/K）剖 面圖或等值線平面圖。

地面γ能譜測量比γ（總量）測量的應用廣泛。除主要用於γ異常點（帶）的鈾、釷 定性分析，並在鈾、釷混合地區確定它們的含量以及在殘積—坡積發育地區測定地表的鈾（鐳）、釷、鉀含量之外，還可以比較有效地發現微弱的鐳分散暈；根據鈾、釷、鉀含量的 漸變或突變以確定不明顯的岩性界線或相變；根據區域地質條件與鈾、釷、鉀含量的關 系，包括研究均質花崗岩中的鈾、釷、鉀含量的空間關系，尋找稀有元素礦床，圈定鈾礦 化、釷礦化或稀土元素礦化的成礦遠景區；研究岩漿岩、變質岩的成因以及侵入體的形成 條件等等。

⑸ 自然伽馬能譜測井

（一）自然伽馬測井原理

自然伽馬能譜測井是利用鉀、釷、鈾釋放不同能量伽馬射線能量的特性，在鑽井中測量地層鉀、釷、鈾含量的方法技術。圖3-11是用碘化鈉晶體測量的釷、鈾、鉀的能量譜。由圖可見鉀（⁴⁰K）放射出單能量1.46 MeV的伽馬射線；釷系（²³²Th）的特徵能量是2.62 MeV；而鈾系（²³⁸U）的代表能量是1.76 MeV。因此，分別測量1.46 MeV、1.76 MeV、2.62 MeV的自然伽馬射線的強度，進而求出鉀、鈾、釷的含量。

圖3-12是自然伽馬能譜測井示意圖。上圖為井下儀器部分，下圖是地面記錄部分。採用能量窗分析技術，測量幾個「能量窗」的計數率，能窗的中心分別為1.46 MeV、1.76 MeV和 2.62 MeV，即用幾個能窗測量 ⁴⁰K、238 U、²³²Th所放出的伽馬射線強度。實際上，由於伽馬射線與地層物質發生作用，各能窗測得的伽馬射線除了來自該能窗對應的放射性元素外，還有其他放射性元素放出的伽馬射線，以及能量降低後的伽馬射線。如此說來，每個能窗測量結果，並非獨立反映該能窗對應元素的含量。因此，對每一個能窗有：

圖3-11 用NaI（Tl）晶體探測器取得的鉀、釷、鈾的真實能譜圖

地球物理測井

其中：w（²³²Th）、w（²³⁸U）、w（⁴⁰K）分別為釷、鈾、鉀的含量；A_i、B_i、C_i為第i個能窗的三個系數，由標定儀器得出。

求解由圖3-13中所劃分的三個能窗（W₃、W₄、W₅）測井結果所組成的方程組，即可得出釷、鈾、鉀的含量：

地球物理測井

地球物理測井

式中：W₃、W₄、W₅分別為第3、4、5個能窗的測量結果；m_ij為測量矩陣系數。

圖3-12 自然伽馬能譜儀器的原理示意圖

圖3-13 自然伽馬能譜測井儀的能量窗劃分

從誤差分析的角度，考慮到核測井的特點，存在統計起伏誤差，式（3 19）應改寫為

地球物理測井

式中：Δγ_i為統計起伏誤差。

自然伽馬能譜測井採用兩種方法減小統計起伏的影響，一是增加低能窗（W₁，W₂）測量；二是採用數字濾波技術。

（二）自然伽馬能譜刻度和譜分析

1.自然伽馬能譜測井儀的刻度

為了統一自然伽馬能譜測井標准，確定式（3-19）中的系數A_i、B_i、C_i，採用了自然伽馬能譜測井刻度技術。下井儀器的刻度裝置是一口特別設計的刻度井（圖3-14）。

這口井由四個層組成。頂部三層分別含有釷、鈾和鉀三種放射性元素，底層主要成分為混凝土。水泥井段的作用是便利下井儀器的。

放入井內和將其刻度響應值作為刻度基線。

設第i個能窗在j井段的計數率為W_ij，於是可測得15個W_ij。每一個W_ij都與U_j、Th_j和K_j有關。解以下方程組：

地球物理測井

可算出15個系數A_i、B_i、C_i，可用於開5個能窗的儀器。圖3-14是刻度曲線。

2.自然伽馬能譜解析

能譜解析是從測得的脈沖幅度譜中求鉀、鈾、釷在地層中的含量。把鉀、鈾、釷系各看成是一個整體，而不細分各放射性核素的含量。有以下幾種方法。

（1）剝譜法

在混合譜中找出容易識別的核素，求出譜形，並從混合譜中扣除，然後在剩餘譜中找出第二種核素，並做同樣處理，直到求出所有的核素為止。

圖3-14 TUK刻度井

圖3-15 含鉀、鈾、釷的厚地層自然伽馬混合譜

為用剝譜法解析與圖3-15相似的鉀、鈾、釷自然伽馬混合譜，先要建立只含鉀、鈾或釷地層的自然伽馬標准譜，並把混合譜看成是每種放射性元素標准譜的線性疊加。標准譜是用測井儀器在刻度井中測定的，井中的標准模塊的放射性元素含量已知，刻度條件和測井時的環境盡可能接近。

解譜時，選⁴⁰K的1.46 MeV、鈾系中²¹⁴Bi的1.76 MeV和釷系中²⁰⁸Tl的2.62 MeV光電峰分別為鉀、鈾、釷三種放射性元素的自然伽馬特徵峰，並在三個特徵峰下劃分出三個道區（在測井工程中習慣稱「能窗」），或者說卡出三個譜段。道區之間留適當的間隔，以保證高能譜段中不包含能量較低的光子的貢獻，三個道區的計數率分別記為N₁、N₂、N₃。在每個譜段由三種元素生成的計數率分別與它們的含量K、U、Th成正比，並可用下列線性方程組描述：

地球物理測井

地球物理測井

式中系數a_ij是單位濃度第j種放射性元素在第i個特徵道區造成的計數率，由標准譜確定。

這是一個三角形線性方程組，由最後一個方程按順序往回遞推即可求出釷、鈾和鉀的含量。通常，釷、鈾的單位用g/t，而鉀的單位用%。因解譜時是分道區進行的，可稱為道區剝譜法或道區逐次差引法。

（2）逆矩陣法

對於自然伽馬混合譜，是解下列線性方程組：

地球物理測井

其中符號的含義與（3-24）相同，區別在於能量較高的道區也可包含能量較低光子的貢獻，即每個特徵道區中都可包含鉀、鈾、釷三種放射源的貢獻。因此，特徵道區之間不需要留間隔，可較多地利用譜中的數據。

式（3-25）可寫成矩陣形式：

地球物理測井

式中：N為由三個特徵道區的計數率組成的3×1階測量矩陣；A為3×3階方陣，稱為能譜測井儀各特徵道區對鉀、鈾、釷的響應矩陣；X為待求的由鉀、鈾、釷含量組成的3×1階矩陣。

此時，解譜就是求上述矩陣方程的解：

地球物理測井

式中A^-1是A的逆矩陣。

矩陣求逆要求，兩種核素不能具有相同的特徵峰。

（3）最小二乘逆矩陣法

剝譜法和逆矩陣法只用一個全能峰表徵一種放射源，解混合譜時對鉀、鈾、釷各取一個特徵峰。實際上，鈾系和釷系均有若干個全能峰可供利用，要把可能利用的全能峰用起來，能峰道區數m就會大於3，這就是用最小二乘法求解的原由。實測的第i個能峰道區的計數率：

地球物理測井

式中：i為能峰道區序號；ε_i為混合譜第i道區計數率統計誤差；a_ij為譜儀第i個能峰道區對第j種放射性元素（鉀、鈾、釷）的響應系數；x_j為第j種元素在地層中的含量。

用最小二乘法求解，就是使ε_i的平方和達到最小時求得x_j的最可幾值，使ε_i的平方和對x_j的偏導數為零，可得到矩陣方程：

地球物理測井

式中：A為矩陣元a_ij組成的m×3階響應矩陣；X為待求的鉀、鈾、釷含量組成的3×1階矩陣；N為由混合譜m個道區上的計數率組成的m×1階矩陣。

令S=A^TA和Y=A^TN，則

地球物理測井

式中：S為3×3階矩陣；Y為3×1階矩陣。

（4）加權最小二乘法

在前述解譜方法中，假設各個道區的計數率（或稱窗計數率）具有相同的方差，實際上並非如此。對非等精度道區計數率觀察值，需要用加權最小二乘法解譜。這一方法是使道區計數率統計誤差ε_i的加權平方和最小，以求取待定的x_j的最可幾值。此時式（3-29）中增加了一個權矩陣W，變為

地球物理測井

W為一對角矩陣，其第i個對角矩陣元W_i可取為

地球物理測井

式中：σ_i為第i個道區計數率n_i的標准誤差；T為譜數據採集時間。

由式（3-31）可求出鉀、鈾、釷含量矩陣：

地球物理測井

解出每一深度點上地層的鉀（K）、鈾（U）、釷（Th）含量，就可得到隨深度變化的三條曲線。測井還給出一條總計數率曲線，用GR表示（表示其量時，用C_GR）。GR曲線可通過直接測量總計數率經刻度得到，也可用下式算出：

地球物理測井

式中：A、B、C為刻度系數；w（Th）、w（U）、w（K）分別為釷、鈾和鉀在地層中的含量。若除掉鈾的貢獻，則有

地球物理測井

稱之為「無鈾」自然伽馬射線強度。

對自然伽馬能譜測井曲線，通常要用滑動加平均公式或卡爾曼濾波法做平滑處理。

（三）環境影響

自然伽馬能譜測井儀器的標准譜和解譜時用的響應矩陣是在標准刻度井中獲得的。實際測井時遇到的井條件不可能與刻度井完全相同，測量和解譜結果就會受到環境影響而產生誤差。環境影響及其校正方法，可通過理論計算或實驗方法進行研究。

井中介質包括鑽井液、套管和水泥環。若鑽井液為低放射性鑽井液，則井的影響主要是對來自地層的伽馬射線的散射和吸收；若鑽井液中含有KCl，則鑽井液柱相當於一個附加的放射源，鉀的特徵道區計數率會增高；當鑽井液中含有重晶石時，鑽井液的光電吸收效應增強，將使自然伽馬譜嚴重變形。

圖3-16 裸眼井模型

1.低放射性鑽井液井環境影響

為簡化計算，考慮圖3-16所示的裸眼井模型。井眼和地層為同軸正圓柱體，井內鑽井液無放射性，地層在探測范圍內構成一圓環狀放射源，源強密度為M，光子能量為E_γ，地層和鑽井液對光子的線性吸收系數分別為μ和μ′，點狀探測器置於井軸與地層中介面的交點上，並只記錄能量在E_γ附近的光子。圖中r₀為井眼半徑，r-r₀是圓環狀放射源的徑向厚度，φ和α分別為從觀察點到環境源內、外邊線的垂線與地層頂面的夾角。此時，點狀探測器的計數率應為

地球物理測井

式中：

地球物理測井

若令

地球物理測井

而J₀=εM/μ，所以有

地球物理測井

地層的徑向伸展與厚度相比總可視為無限大，即α=0，並使式（3-37）後兩項等於零，則

地球物理測井

即

地球物理測井

若地層厚度與井眼半徑相比可看成無限厚時，φ=π/2，所以有

地球物理測井

當ν=0時，K=1，J=J₀。此時無井眼影響。

2.氯化鉀和重晶石鑽井液的影響

鑽井液中加入3%～5%的氯化鉀，對泥岩的沖蝕作用可明顯降低。但是，鉀的放射性可使自然伽馬測井受到干擾，表現為：①總計數率增高；②鉀特徵峰道區計數率明顯增高；③能量低於1.46 MeV的道區計數率增高；④解譜結果鉀含量異常的高，鈾含量偏低，釷含量偏高，各種比值不正常。而重晶石鑽井液能使低能道區計數率明顯降低。

圖3-17 區分泥質地層和鉀鹽層

氯化鉀和重晶石鑽井液對測量結果的影響均可用蒙特卡羅方法進行研究。

圖3-18 鈾含量高的滲透性地層

（四）自然伽馬能譜測井的用途

地層岩石中，釷、鈾、鉀含量的資料有廣泛的用途。不僅在石油勘探開發中，在煤田勘探、地熱研究中都是十分有價值的資料。無論單獨使用，還是與其他測井資料綜合使用都有明顯的效果。

1.區別泥質地層和鉀鹽層

在自然伽馬測井曲線上，泥質地層和鉀鹽層都是高值顯示，但泥質層的鉀含量明顯低於鉀鹽層；鉀鹽層的釷含量近於零、曲線平直無變化。同時，鈾含量曲線也有類似的反映；而鉀含量曲線類似於總自然伽馬曲線（圖3-17）。

圖3-18中1600 ft和1638 ft（1ft=0.3048 m）處，自然伽馬曲線上顯示兩個尖峰，似乎應為兩個薄泥岩石，但在自然伽馬測井曲線中K、Th兩條曲線無顯示，而在U曲線顯示兩個尖峰，與自然伽馬曲線吻合。這表明這里不是泥岩層，應為一滲透層，並在該深度處U的含量較高，可能是溶有U的水運移中沉澱下來。

2.判斷砂-泥岩剖面的岩性

泥岩的特徵是Th、K的含量高，而U的含量低；砂岩的基本特徵是三種元素的含量都比較低。

圖3-19是砂泥岩剖面自然伽馬能譜測井曲線和解釋結果。

3.碳酸鹽岩研究

自然伽馬測井不能用於計算碳酸鹽岩的泥質含量。因為鈾使自然伽馬射線增加，而碳酸鹽岩是可能含鈾的。

純化學沉積的碳酸鹽岩，基本上不含釷和鉀。如果它的鈾含量也近似為零，那麼這種岩石是在氧化環境下形成的；如果鈾含量曲線呈現明顯的幅度變化，那麼這種碳酸鹽岩可能為以下兩種情況之一：①還原環境下形成。這種環境有利於有機質的儲存，並轉變成烴。②如果碳酸鹽岩顆粒比較細、孔隙度低，那麼它可能有裂縫。裂縫中充填有鈾、有機質或粘土礦物。當然，鈾峰的出現也可能是磷的反應。

碳酸鹽岩含粘土時，釷、鈾和鉀一起存在，自然伽馬能譜測井曲線上有明顯的幅度反應。有機藻類的碳酸鹽岩或含海綠石的碳酸鹽岩有明顯的鉀異常。鈾異常可有也可能沒有。

圖3-19 砂泥岩剖面自然伽馬能譜解釋

圖3-20 碳酸鹽岩自然伽馬能譜測井曲線

碳酸鹽岩的自然伽馬能譜測井實例見圖3-20。它表明，碳酸鹽岩的自然放射性是鈾引起的。

4.識別火成岩的種類

自然伽馬能譜測井有助於識別火成岩的種類。為了提高准確度，應有其他測井資料，其中最有意義的是密度和聲速。圖3-21是釷-鈾交會圖識別主要火成岩的例子。

5.自然伽馬能譜測井研究地質問題

在還原條件下，地下熱水沿裂縫流動，會使鈾鹽、鈾沉澱下來。所以，通過鈾峰可以識別裂縫。要注意，裂縫被充填後，也可能出現鈾峰。因此，應和其他測井方法配合使用，正確判斷裂縫。

圖3-21 釷-鈾交會圖

實際經驗證明，w（Th）/w（U）可用於判斷沉積環境：

w（Th）/w（U）＞7，陸相氧化環境；

w（Th）/w（U）＜7，海相沉積；

w（Th）/w（U）＜2，海相黑色頁岩。

而w（Th）/w（K）可檢查地層岩石的接觸關系。當沉積條件急劇改變形成不整合時，w（Th）/w（U）的平均值會突然變化（圖3-22）。這種不整合不能用其他測井曲線識別。

圖3-22 自然伽馬能譜識別地層接觸關系

6.尋找有機碳和烴的埋藏位置

有機質和鈾的關系十分密切，經過岩心資料刻度後，使用鈾含量曲線可以很好地估計有機碳的含量，確定含烴的井段。

⑹ 怎麼測量γ射線的頻率！

通過測能量，E=hν，頻率ν=E/h。h=6.626×10^(-34)Js，是
普郎克常數
。
有專門的儀器測量
γ射線
的能量的。
通過專用的γ探頭，首先用Co-60或Cs-137的標准源對儀器進行刻度，當然，在刻度的時候，就可以直接把橫坐標刻成頻率。
具體操作是這樣的，Co-60的γ射線能量是0.6616MeV，Cs-137有兩條
譜線
，對應的能量是1.31MeV和1.17MeV，橫坐標原先都是道數CH，就是不同能量的γ射線進入探頭後，通過
光電轉換
，得到電信號大小也不同，這些電信號通過多道ADC輸入電腦，電腦有軟體自己建立坐標，開始建立的這些坐標刻度都是以道數論的，當用標准源刻度之後，這些道數，每一個CH都和一個固定的能量對應，刻度就是求出這個對應關系。
當刻度完後，再把你要測的γ射線通過探頭……之後就可以測出能量，因為你要求的是頻率，所以你刻度的時候可以直接把0.662MeV、1.17MeV、1.31MeV換算成頻率。
本來根據兩點確定一條直線，上面3個能量隨便選2個進行刻度就可以了，不過，如果你的γ射線能量在1.17MeV～1.31MeV之間，那麼很容易使測得的結果不準，所以建議最好用3個數值刻度。

⑺ γ能譜分析方法

探測器種類不同，γ能譜分析方法常常不同，下面主要介紹NaI(Tl)γ譜儀能譜法和高純鍺γ譜儀能譜法。

66.6.2.1 NaI(Tl)γ譜儀能譜法

主要儀器BH1936低本底多道γ能譜儀。對¹³⁷Cs點源γ射線的能量(661.661keV)解析度應小於9%，系統能量線性≤1%(50keV～2.0MeV)，核素比活度分析不確定度≤20%。

(1)試樣的採集和制備

高純鍺(HPGe)或碘化鈉［NaI(Tl)］γ能譜儀能夠對地質、水、土壤、環境和生物試樣進行放射性γ核素(Ra、Th、K)分析。試樣的採集應根據統計抽樣的原則，充分考慮到試樣的代表性。試樣的採集和制備應根據不同的試樣採取不同方法的原則，具體試樣的采樣量和制備如下:

A.地質試樣和環境試樣的制備。采樣用隨機抽樣的方法，采樣點應注意土壤或環境試樣的空間分布。對一個測區而言，采樣點越多，試樣重量越大，越具有代表性。

每一采樣點上採集試樣的體積和質量對測量結果的平均值和變異性有直接的影響，試樣量越多，平均值的變異越小。決定試樣采樣量時，應考慮采樣對象的粒度、成分、部位、時間、放射性水平和監測儀器的最低探測限。

原則上，最小采樣量由監測分析樣量M^A_min和備用量M⁰_min兩部分構成，即:

M=M^A_min+M⁰_min

若儀器的最低探測限為L_D，則單次分析所需最小試樣量為:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:M^A_min為單樣最小分析試樣量，L或kg;L_D為儀器最低探測限，Bq;Y為分析方法的化學回收率;η為儀器的探測效率，s^-1·Bq^-1;A為一試樣中待測核素的濃度或比活度，Bq;λ為待測核素的衰變常數，s^-1;t為從采樣到測量之間的時間間隔，s。

按公式估計的單樣監測分析最小試樣量M^A_min乘以所需試樣容量n，即可求得最小采樣總量M^A_min。儲存備用試樣量一般可取M^A_min的1～3倍，為事後重復測量、仲裁所需的試樣量。

地質試樣或環境試樣採集後，應剔除雜質、碎石等異物。經烘乾至恆量後，用粉碎機粉碎過篩(粒徑不大於0.16mm)，稱量後裝入與刻度譜儀的體標准源相同形狀和體積的試樣盒中，稱量(精確至1g)、密封、待測。

B.生物試樣的制備。採集的試樣必須具有代表性，試樣的預處理詳見GB/T16145—1995補充件，採集的試樣量可根據下面的方程來估算:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:A為分析試樣的放射性比活度，這是可定量分析的最小活度，Bq/kg(L);t為測量試樣的時間，s;a為在時間t內，譜儀可測量到的最小計數率，s^-1(通常指核素特徵峰面積計數率);W為採集試樣質量或體積，kg(L);ε為譜儀探測效率(通常指全能峰效率)，%;f為被測試樣所佔采樣量份額(包括灰樣比，詳見GB/T16145—1995附件);P為被分析核素特徵峰的γ發射概率;Y為化學分析回收率。

估算時因參數(ta)、W、f、ε、Y等值在很大范圍內可有多種組合滿足式(66.52)，故應根據測量的目的要求、現有條件和花費成本最低等原則，實行優化組合來確定采樣量的多少。對一台測量裝置固定的γ譜儀，可根據相對測量誤差的要求，對(ta)值和特性指數(f、ε、P、Y、t)作出一些估計和假設，然後按A-W關系曲線確定W值。當試樣可能出現多種核素時，應以估計的W值中最大者為確定的采樣量。

A值可根據佔有資料分析估計，或通過粗略預測來估計。當監測的目的是判斷和記錄核素濃度是否超過限值1/10或1/4以上濃度時，A值可用相應1/10或1/4限值濃度來代替。

根據試樣放射性核素含量強弱，試樣量(質量或體積)多少，譜儀類型和其系統的主要性能指標，以及現有條件，選擇最合適的試樣盒制備試樣。制備試樣應滿足下列原則要求。

a.確保使用的試樣盒未被放射性污染。

b.對可能引起放射性核素壁吸附的試樣(如液體或呈流汁狀態試樣)，必須選擇壁吸附小或經一定壁吸附預處理的試樣盒裝樣。

c.裝樣密度盡可能均勻，並盡量保證與刻度源的質量、密度、體積一樣。

d.對含有易揮發核素或伴有放射性氣體生成的試樣，以及需要使母子核素達到平衡後再測量的試樣，在裝樣後必須密封。

e.對試樣量充足，預測核素含量很低，裝樣密度又小於標准源的試樣(通常可能是一些直接分析的試樣)，可以選用特殊的工具和手段(如壓縮機)，把試樣盡可能壓縮到試樣盒中。

f.裝樣體積和試樣質量應盡可能精確，前者誤差應控制在5%以內，後者應小於1%。

C.水試樣的制備。一次分析所需水樣的量由下式計算:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:V為一次分析所需用水量，L;A(LLD)為γ能譜系統的探測下限，Bq;Q為試樣中核素的預計濃度，Bq/L;r為預處理過程中核素的回收率。

如果要求做n個平行樣，需要的總水樣量為nV。

當水樣中的放射性核素濃度大於1Bq/L時，可以直接量取體積大於400mL的試樣置於測量容器內，密封待測，否則應進行必要的預處理。

水樣預處理要在不損失原樣中放射性核素的條件下均勻地濃縮以便製成γ能譜測量分析的試樣。降水(雨水、雪水)，淡水(河水、湖水、飲用水等)和海水試樣的預處理方法參見GB/T16140—1995附錄A(補充件)。

(2)試樣的測量

當低本底γ能譜分析系統(以下簡稱低本底γ譜儀)經過嚴格的能量刻度、探測效率和探測下限的確定後，在進行試樣測量前用標准試樣進行系統的穩定性和狀態檢查，以便及時發現問題，確保測量分析結果的准確有效。

A.測量的基本程序。

a.測量γ能譜儀的本底。一般情況下，由於本底計數很低。對於低含量試樣來說，為了保證本底測量的結果滿足一定的統計漲落要求，本底測量一般測量時間較長，需要測量8～10h，然後將本底譜存入計算機系統以備後用。

b.測量標准源。檢查系統的狀態與穩定性。每次正式測量開始時，都應首先進行標准源測量。

c.測量試樣。將待測試樣放入譜儀系統待測位置，使被測試樣與標准源的測量狀態保持一致。即試樣盒、裝樣量、密封條件一樣;放置的幾何條件一樣;測量時間一樣。獲得試樣的γ能譜。

d.分析測量結果。對測得的γ能譜的分析主要是定性分析(即識別峰位，確定所含放射性核素)和定量分析(即確定所含放射性核素的比活度)。

e.測量結果的不確定度分析與對試樣的評判。

B.試樣核素活度的計算。當測量獲取的試樣譜存檔後，調用譜儀的譜分析程序進行核素的定性、定量分析。

首先，程序用指定的尋峰方法進行尋峰(也可以先對譜數據進行平滑)。程序常用的平滑方法有多項式最小二乘移動平滑法和多項式加權平滑公式。常用的尋峰方法有一、二、三階導數法等。尋峰的結果確認譜中存在的全能峰並確定其峰位，計算峰位所對應的能量。然後，程序對每一個尋找到的峰計算其峰凈峰面積(用TPA法或函數擬合法)，並於核素庫中的譜數據進行比較，確認譜中存在的核素。對確認的核素計算其活度值。

a.效率曲線法。活度計算公式:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:A為試樣中核素的活度，Bq/L和Bq/kg;a為特徵峰面積計數率，s^-1;b為本底峰面積計數率，s^-1;C_符為符合相加修正因子;P為γ發射概率;ε為γ射線全能峰效率;F_a為相對自吸收修正系數;M為試樣質量或體積，kg或L;t為核素衰變時間，即從采樣到測量的時間間隔;λ為核素衰變常數，λ=ln2/T_1/2，T_1/2是半衰期，它和t_a的單位一致;

C_d為核素在測量時間的衰變校正因子，按下面公式計算:

C_d=λt_c/(1-e^-λt)

這里，t_c為測量試樣的真實時間。如果分析的核素半衰期與測量的時間相比很長，C_d可取為1。

b.相對比較法。程序分析給出峰凈面積以後，活度A可按下式計算:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

其他符號含義與式(66.54)相同。

當使用幾個γ射線全能峰測定某核素的活度A時，應首先由每個全能峰按上式分別計算出該核素的活度A_i及其第一類不確定度δ_A，然後由下式計算:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

可見，使用幾個γ射線全能峰，可減小A的統計不確定度。

66.6.2.2 高純鍺γ能譜分析法

詳見66.3.2高純鍺γ能譜分析法。

⑻ 地面γ測量的比例尺與工作方法

地面伽馬測量的比例尺(即精度),是代表對找礦工作地區進行地質、物探研究詳細程度的一個重要標志。精度不同,觀測網密度也不同。γ測量比例尺的選擇,要以地質找礦任務為前提,以工作區所具有的找礦遠景,地質地形條件以及工作程度為依據。根據地面γ測量比例尺,可將鈾礦勘查劃分為四個階段,即預查、普查、詳查和勘探四個階段。

(一)各勘查階段比例尺與任務

1.預查

預查是找礦的初級階段,常用比例尺為1：10萬～1：5萬。工作區一般位於地質工作程度很低,或航測不易進行的地區。其任務是研究工作區的區域地質條件和放射性地球物理場特徵；尋找有利的含鈾層位(地段)、構造、岩性,並確定找礦標志,為進一步開展較高精度地面普查找出遠景區提供依據。隨著可查面積的日益減少與航測的進一步發展,預查並非是每個地區都要進行的必要階段。

2.普查

普查是對預查提供的礦化潛力較大的地區開展的地質工作。普查的一般比例尺為1：2.5萬～1：1萬,是鈾礦勘查的主要階段。此階段的任務主要是：研究工作地區的地質構造特徵,尋找異常點(帶),並研究其分布規律、礦化特徵和成礦條件,為詳查選區提供依據。

3.詳查

詳查是在普查階段選出的具有成礦遠景的地段,或在礦區(床)外圍進行勘查的地質工作。一般比例尺為1：5000～1：1000。其任務是對有意義的異常點帶進行追索,擴大遠景,進而圈定出異常的形態、規模；查明異常的性質與分布規律、賦存的地質條件、礦化特徵,為揭露評價提供依據。

4.勘探

勘探是對已知具有工業價值的礦床或經詳查圈出的勘探區,通過加密各種采樣工程,其間距足以肯定礦體(層)的連續性；詳細查明礦床地質特徵,確定礦體的形態、產狀、大小、空間位置和礦石質量特徵,詳細查明礦體開采技術條件,對礦石進行加工選冶性能實驗室流程試驗或實驗室擴大流程試驗,必要時應進行半工業試驗,為可行性研究或礦山建設設計提供依據。其常用比例尺為1：1000以上。

系統的地面γ測量一般在普查和詳查階段實施,這是面積性放射性測量首選的工作方法,其比例尺一般不嚴格執行「普查」或「詳查」的比例尺。

進行小比例尺的面積性γ測量時一般不事先布置觀測網,以自由路線測量為主。在確定普查路線時應充分考慮地質地形條件與普查精度。路線布置要靈活,但必須垂直或盡可能垂直於與成礦有利的構造線或岩層走向。

大比例尺γ測量時,根據選定的比例尺事先布置好觀測網。觀測網的基線(根據測區大小、地形條件復雜程度可用單基線、雙基線或多基線),用經緯儀或羅盤儀測定,測線要垂直於基線(基線應與主要含礦構造方向一致),測線可用羅盤定向,測繩丈量距離,並做好測點的標志。γ詳查除逐點測量外,還應在測線的兩側進行全面控制。

鈾礦勘查中對γ測量精度及點線距的要求列於表5-6。

表5-6 γ普查和詳查比例尺及精度要求

表5-6中的點距一般是指地形圖上點與點的水平距離,實際工作中還有一個「記錄點距」,就是在記錄本上反應的點距；此點距在表5-6的基礎上加密一倍。

野外γ測量的點距控制一般不太嚴格,重點地段或異常地段應該加密測量；在覆蓋層較厚的地段可以適當放稀,但必須保證平均密度達到表5-6的要求。

(二)自然底數、正常底數及異常的確定

1.自然底數

輻射儀在放射性元素含量增高地段觀測到的射線照射量率,實際上由下面幾部分組成,即

I_總=I_儀器+I_宇宙+I_岩石+I_礦石=I_自+I_岩+I_礦(5-1)

式中：I_礦——礦體引起的放射性照射量率；

I_岩石——岩石(或土壤)中正常放射性元素所產生的射線照射量率；

I_宇宙——宇宙射線的照射量率；

I_儀器——由於探測器材料不純(含有放射性物質)或被污染而產生的照射量率,以及由於儀器漏電而產生的讀數。

輻射儀的自然底數由I_宇宙和I_儀器兩部分組成,即

I_自=I_儀器+I_宇宙(5-2)

儀器的自然底數並非一個常數,因為I_宇宙隨地區不同而變化。I_儀器也會因污染程度不同、漏電所產生的讀數也不可能一致。故在地面γ測量工作中,在一個新的地區,對每一台儀器都要實際測定其自然底數。測定自然底數的方法常用的有水面法與鉛屏法兩種。

(1)水面法

因為河流、湖泊中水的放射性元素含量很低,往往只有正常岩石中的1/100～1/1000。所以水面上測得的射線照射量率實際上就是輻射儀的自然底數。這是目前測定輻射儀自然底數的主要方法。

實際經驗證明,測定輻射儀的自然底數,並不一定要到大江大河中去測定,只要水面附近沒有懸崖陡壁,水又未被放射性污染,只需選取20m²左右,1～1.3m深的水面即可。觀測時將探頭置於水域中央並使其靠近水面的位置,輻射儀的讀數即為自然底數。把儀器手柄以下伸入水中,測得的自然底數更小些,但要確保儀器不漏水才可測量。

(2)鉛屏法

在很難找到適合的水面條件下,可用鉛屏法測定自然底數。

測量時先在無屏條件下讀數,後在帶鉛屏的條件下讀數。則

I_無屏=I_岩+I_自(5-3)

I_有屏=I_岩e^－μ·d+I_自(5-4)

根據式(5-3),有

I_自=I_無屏－I_岩(5-5)

由式(5-4)可知

I_岩e^－μ·d=I_有屏－I_自(5-6)

由式(5-5)代入式(5-6),得

放射性勘探技術

將式(5-7)代入式(5-5),有

放射性勘探技術

式中：μ——鉛屏的有效衰減系數；

d——鉛屏厚度。

鉛屏的有效衰減系數μ與鉛屏的形狀和厚度有關。因此,實際工作中,要實際測定其有效衰減系數。測定方法簡介於下：

在一個照射量率大於200γ的放射性岩石上,帶鉛屏和不帶鉛屏測量γ射線照射量率。由於儀器的自然底數遠小於岩石的照射量率,故儀器的自然底數可忽略不計。因此有

I_無屏≈I_岩

I_有屏≈I_岩e^－μ·d(5-9)

即

放射性勘探技術

兩邊取自然對數,得

放射性勘探技術

故

放射性勘探技術

鉛屏厚度以0.3～0.6cm為宜。根據實測結果,當鉛屏厚0.3cm時,μ=3.9cm^－1,當d=0.6cm時,μ=3.1cm^－1。

2.正常底數(簡稱底數)

地殼表面岩石與土壤中正常放射性元素含量所產生的射線照射量率稱為底數。正常底數隨著地區、岩性(或地層)等因素的不同而不同。

正常底數就是I_岩,而我們測得的某點岩石的射線照射量率,則包含著自然底數。因此,要求取某種岩石的正常底數,就必須取同種岩石的若干個測點的射線照射量率的平均值並減去自然底數。

3.異常

嚴格地說,異常是指測值x≥

+3s的值(

為均值,s為均方差),其理論依據就是正態分布。但工程上常常用3

作為異常,如某岩性的正常底數為30γ,則在該岩性上進行放射性測量,90γ才算異常。

(三)地面路線γ測量工作方法

1)地面伽馬測量儀器應達到儀器「三性」要求,即應具有良好的准確性、穩定性、一致性。為了確保儀器的「三性」,必須統一儀器的能量起始閾、統一標定儀器、統一測定儀器自然底數、統一儀器的三性檢查。此外,工作前後要嚴格進行儀器工作靈敏度的檢查,其誤差不能超過±10%；儀器更換重要元件後,要對儀器進行必要的調試,重新進行標定。

2)工作前要將起始點標在地形圖上。探測器要靠近地面(離地面5～10cm)左右擺動。要及時檢查儀器工作狀態,注意溫度、濕度變化對測量的影響。工作路線不能是直線,必須沿「S」形方向前進,盡可能擴大探測范圍。工作路線要盡量控制基岩出露較好的地段。觀測點最好定在基岩(或風化基岩)上,並盡可能平整,使立體角ω接近2π,按點距要求進行測量,逐點進行記錄(必須註明測點是定在某種基岩上還是定在浮土上),並及時標在路線圖上。當遇到有利成礦地段和底數發生明顯變化時,要注意加強追索和加密測點。

3)充分運用地質規律指導找礦。路線測量時要仔細觀察並記錄對成礦有關的構造、岩性、礦化和各種找礦標志,並及時標在地形圖上。認真分析地形地貌特徵、浮土覆蓋等情況。如果遇到浮土地段γ照射量率偏高,則應刨坑測量。

4)發現異常後,對異常應進行較詳細的追索,初步了解異常的分布范圍、照射量率和異常所處的地質條件,做較詳細的文字描述。對有意義的異常點(帶)要編繪異常素描圖、採集礦石標本,並做出適當的標志,以備檢查。異常點的位置、最高照射量率、岩層、構造、產狀等必須標在地形圖上。如發現滾石異常,應追根求源。

5)路線測量工作結束後,要將終點位置標在地形圖上。回到駐地後要檢查儀器,整理記錄和圖件,對當天的工作進行小結,並向班組負責人匯報當天的工作情況。如果地質成果較好,還必須向分隊有關地質物探技術人員匯報所獲得的成果,同時交驗記錄本、圖紙和標本。

(四)異常點(帶)的標准、檢查與處理

1.異常點(帶)的標准

凡γ射線照射量率高於圍岩底數三倍以上,受一定構造岩性控制,異常性質為鈾或鈾釷混合者稱為異常點。若γ射線照射量率未達到底數三倍以上,但照射量率偏高,高於圍岩底數加三倍均方差,受明顯地質因素控制,且有一定規模,也可稱為異常點。

異常點受同一岩層或構造控制,其連續長度在20m以上者,稱為異常帶。

2.異常點(帶)的檢查與處理

1)發現異常後首先要檢查儀器工作狀態是否正常。

2)有意義的異常點帶,須布置小范圍的γ詳測網,測線距一般2～5m,以控制異常為准。點距0.5m左右,進一步圈定異常的形態與規模。圖5-2就是對已發現的異常進行確認,同時還要進一步查明異常賦存的地質條件和控制因素。如圖5-2所示,檢查線要垂直於異常暈的長軸方向。

圖5-2 γ異常追蹤示意圖

1—印支期中粒花崗岩；2—斷層破碎帶；3—γ照射量率等值線；4—γ檢查線

3)對所有的異常點(帶),要統一編號,逐個進行登記；其中有意義的異常點(帶),普查分隊應組織地質、物探等有關人員到現場進行檢查,對具有遠景的異常,必須做出初步評價意見。

4)凡屬有意義的異常,都應進行異常定性。使用四道γ能譜儀、射氣儀確定異常是鈾、釷或鈾釷混合異常。在可能的條件下還可採集一些樣品,分析鈾釷含量與鈾鐳平衡系數。

5)在對異常進行檢查與初步評價的基礎上對異常點(帶)進行分類排隊,並劃定值得進一步工作的遠景地段,布置γ詳查、綜合找礦與地質測量任務。在此基礎上,有重點地布置探槽、剝土、淺井、淺鑽等山地工程進行揭露,確定其是否具有工業遠景價值,是否有必要進行深部揭露評價工作。

(五)孔內伽馬測量

這里的「孔」是指人工所挖的深坑或簡單機械的施工的淺孔,而不是鑽機所打的鑽孔。這種伽馬測量一般用用於檢查射氣測量、α徑跡測量、²¹⁰Po法找礦等所發現的異常。

孔內γ測量因打孔工具不同又可分為淺孔γ測量與深孔γ測量。用人工打孔可用鐵杴挖坑或鋼釺打孔,深度為0.4～1.8m。使用的儀器主要是FD-3013型輻射儀、FD-3017型射氣儀。深孔γ測量要用機械打孔(如美國紹爾單人背包式岩心鑽機),孔深一般數十米。主要用於揭露評價異常點(帶)和在具有遠景的、被較厚沉積層覆蓋的地區。

γ照射量率隨深度而增高,或者在深部發現盲礦體是說明異常具有遠景的重要標志。當異常與一定地質因素有關,並在深部消失,說明異常可能屬於次生富集造成,意義不大。

(六)β+γ測量

鈾鐳之間的放射性平衡受到破壞,且顯著偏鈾而又無規律的地區可採用β+γ測量。這是因為鈾組核素γ射線照射量率只佔整個鈾鐳系的2%左右,而β射線照射量率則占整個鈾鐳系的41%,因此採用β+γ測量就不會漏掉平衡偏鈾的異常。

β+γ測量的工作方法與γ測量相似。由於β射線穿透能力小,需要把探測器敞開測量,這樣容易損壞儀器,受外界干擾輻射的影響大,一般不宜於做大面積普查。目前常用β塑料閃爍體為探測器的β測量儀,如FD-3010型輻射儀。主要用來在平衡偏鈾的地區確定(β+γ)/γ的比值,並大致估算地表鈾鐳平衡的變化規律。

(七)地面γ測量的質量檢查

質量檢查是確保地面γ測量工作質量的重要措施之一。由於放射性元素分布的不均勻性,加之兩次重復測量的幾何條件難於一致。所以很難用兩次重復觀測的精度來表示地面γ測量的工作質量。

目前衡量地面γ測量的質量,還缺乏統一的標准。一般可從兩個方面來衡量。其一,以漏掉異常的多少來衡量,如果檢查測量發現遺漏異常多(比如說多達30%以上),特別是漏掉了具有遠景意義的異常(哪怕是一個),則說明質量很差；第二,如果有較大范圍的γ照射量率增高地段(即γ等值圖中的γ偏高值與γ高值)被遺漏,也說明工作質量差。若漏掉的異常少且此類異常沒有什麼遠景價值,又沒有遺漏大范圍的γ照射量率增高地段,則證明工作質量合乎要求。

無論地面γ普查或詳查,檢查工作量不應少於測區(或全工作區)總工作量的10%。檢查工作一般在一個測站(或測區)結束後進行。檢查時應貫徹「線面結合,以面為主」的原則,檢查的儀器要與基本測量時的儀器類型相同,並經過重新標定。

布置檢查線時,根據區域γ場特徵、地質構造、岩性、礦化有利地段,或者認為有疑問的地段,有重點地布置檢查線。可採取自檢、互檢和專門檢查的方式進行,以互檢為主。

⑼ 伽馬射線探傷輻射范圍是多少

伽馬射線探傷輻射范圍是50米。

伽馬射線危害：

γ射線具有極強的穿透本領。人體受到γ射線照射時，γ射線可以進入到人體的內部，並與體內細胞發生電離作用，電離產生的離子能侵蝕復雜的有機分子，如蛋白質、核酸和酶，它們都是構成活細胞組織的主要成份，

一旦它們遭到破壞，就會導致人體內的正常化學過程受到干擾，嚴重的可以使細胞死亡。

(9)測量伽馬射線能量的方法擴展閱讀：

伽馬射線測量方法

γ光子不帶電，故不能用磁偏轉法測出其能量，通常利用γ光子造成的上述次級效應間接求出，例如通過測量光電子或正負電子對的能量推算出來。此外還可用γ譜儀（利用γ射線與物質相互作用）直接測量γ光子的能量。

由熒光晶體、光電倍增管和電子儀器組成的閃爍計數器是探測γ射線強度的常用儀器。

伽馬射線主要危害

γ射線具有極強的穿透本領。人體受到γ射線照射時，γ射線可以進入到人體的內部，並與體內細胞發生電離作用，電離產生的離子能侵蝕復雜的有機分子。

如蛋白質、核酸和酶，它們都是構成活細胞組織的主要成份，一旦它們遭到破壞，就會導致人體內的正常化學過程受到干擾，嚴重的可以使細胞死亡。

⑽ γ輻射劑量率的測定

環境地表γ輻射劑量率是指田野、道路、森林、草地、廣場以及建築物內，地表上方一定高度處(通常為1m)由周圍物質中的天然核素和人工核素發出的γ射線產生的空氣吸收劑量率。吸收劑量表示單位質量物質所接受或吸收的平均輻射能量。吸收劑量的定義用公式表示為:吸收劑量 單位為Gy。 是質量為dm的物質吸收的電離輻射的平均能量。

γ輻射空氣吸收劑量率儀主要有電離室型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、塑料閃爍探測器的環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、具有能量補償的計數管型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀以及具有能量補償的熱釋光劑量計。

(1)技術要求

本法主要使用專用γ輻射劑量率儀器進行測量，要求測量環境地表γ輻射劑量率的儀表應具備以下主要性能和條件:

a.量程范圍。低量程1×10^-8～1×10^-5Gy·h^-1;高量程1×10^-5～l×10^-2Gy·h^-1。

b.相對固有誤差:<15%。

c.能量響應:50keV～3MeV相對響應之差<30%(相對¹³⁷Cs參考γ輻射源)。

d.角響應:0°～180°R/R≥0.8(¹³⁷Csγ輻射源)(R，角響應平均值;R，刻度方向上的響應值)。

e.溫度:-10～+40℃(即時測量儀表)，-25～+50℃(連續測量儀表)。

f.相對濕度:95%(+35℃)。

儀器使用前要到校準實驗室進行校準。

(2)儀器類型

用於環境γ輻射劑量率測定的儀器按探測器分類主要有電離室、閃爍探測器和計數管3種類型。

A.電離室。電離室是靈敏體積內充有適當氣體的電離輻射探測器。探測器一般有高壓極、收集極和保護極。高壓極、收集極間加有高壓電場。此電場不足以引起氣體放大，但能夠把電離輻射在靈敏體積內產生的離子電荷收集到電極上，供測量系統進行測量。環境γ放射性測量使用的電離室一般採用球形或圓柱形，見圖66.23。電離室環境γ輻射空氣吸收劑量儀的系統組成如圖66.24所示。為提高靈敏度並縮小電離室體積，一般在靈敏體積內充有25～35kPa的高壓氣體，成為高氣壓電離室。

技術特點與存在問題。

a.常壓電離室用於環境γ輻射劑量測查的優點是結構簡單、能量響應好，缺點是靈敏度較低。在使用中，為提高靈敏度需要將靈敏體積做大，使儀器較為笨重，不便攜帶;常壓電離室的靈敏度隨溫度氣壓的變化較大。測量時必須攜帶氣壓計，隨時進行溫度、氣壓修正。

圖66.23 球形電離室示意圖

圖66.24 高氣壓電離室典型測量電路

b.高氣壓電離室用於環境γ輻射劑量測量的優點是由於充氣壓力高，測量靈敏度高於常壓電離室;由於其密封特性好，不需要進行溫度、氣壓修正，使用方便。存在的問題是在100keV以下電離室壁吸收會使讀數偏低，增加壁厚可加強對低能放射性的吸收，改善電離室的低能響應，但縮小了電離室能量響應的范圍。80keV以下的低能射線份額需要進行修正。

B.閃爍探測器。閃爍探測器主要有塑料閃爍體探測器和NaI晶體探測器

閃爍探測器是一種對於電離輻射靈敏的探測器。當電離輻射與閃爍體物質相互作用時，閃爍體物質的原子、分子被電離或激發，被電離或激發的原子、分子退激時，一部分電離、激發能量以光放射性形式釋放，形成閃爍光。閃爍光被收集到光電轉換器件上，發出光電子，產生輸出信號。閃爍體發出的閃爍光與電離輻射的能量和空氣比釋動能有關。閃爍探測器的原理結構示意如圖66.25。閃爍體探測器一般由閃爍體和光電轉換器件組成。通常閃爍體通過光導與光電倍增管組成一體裝入避光的暗盒中。

圖66.25 閃爍探測器原理結構示意圖

塑料閃爍體是有機閃爍物質在塑料中的固熔體，屬於有機閃爍體。環境γ輻射空氣吸收劑量儀採用的閃爍體主要是能量響應較好的塑料閃爍體或在塑料閃爍體中加一定量的錫或在閃爍體外表面塗上一層ZnS(Ag)，使探測器的能量響應得到改善。

NaI(Tl)閃爍探測器具有靈敏度高的優點，由於其能量響應較差，所測量的數值偏差較大，在環境測量中已很少使用。也有經過技術改造後將其用於環境測量的。

技術特點與存在問題。

a.採用塑料閃爍體的儀器在25keV～1.3MeV范圍內能量響應可達±10%，對於3MeV以上宇宙射線的高能量脈沖輻射易於出現飽和。其對於高能輻射的響應不好。

b.採用NaI(Tl)閃爍探測器的儀器對宇宙射線的響應小，而對低能量的γ射線響應過大。

c.由於光電倍增管的溫度特性不好，使儀器隨溫度變化的特點十分明顯。

C.高靈敏計數管。

圖66.26 閃爍體探測器原理結構示意圖

計數管是一種氣體電離探測器，被探測的射線進入計數管靈敏體積內引起氣體電離，生成正、負離子。後者在被電極收集過程中受電場加速獲得足夠能量，並再次使氣體電離，即產生氣體放大。放大終止後，在電場作用下正離子鞘向陰極漂移在陽極上感應出一

個電壓脈沖。計數管在一定的工作電壓下輸出脈沖幅度相同，而與入射粒子能量、種類等無關。計數管輸出的電壓脈沖接入脈沖計數電路即可進行測量。若將脈沖計數率與計量率關系對應建立，就可以進行環境放射性空氣吸收劑量測量。測量系統的原理電路如圖66.26所示。

技術特點與存在問題。

a.計數管用於環境γ輻射空氣吸收劑量測定具有系統簡單、易於小型化的特點，可形成攜帶型現場測量儀器;同時其性能穩定，環境適應性好。它存在自身本底高、靈敏度較低、對低能響應大、需要進行能量平衡等缺點。

b.一般情況下，可用於環境水平測量的計數管自身本底大多在每分鍾20～50個脈沖，約為40～100nGy/h。

(3)儀器的選擇

由於高氣壓電離室對高能的宇宙射線響應好，由於其電離室壁是不銹鋼材料，故對陸地輻射低於50keV的低能響應較差。塑料閃爍探測器低能區響應好，高能區響應差。所以，專業實驗室常選擇塑料閃爍體探測器和高氣壓電離室儀器共同進行環境測量，以實現互補。

各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比見表66.14。

表66.14 各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比

續表

(4)測量方法

環境地表γ輻射劑量率測量方式分兩種。

a.即時測量。用各種γ劑量率儀直接測量出點位上的γ輻射空氣吸收劑量率瞬時值。

b.連續測量。在核電廠等大型核設施的環境固定監測點上，測量從本底水平到事故的環境輻射場空氣吸收劑量率的連續變化值。布設在固定監測點位上的熱釋光劑量計測出一定間隔時間內環境輻射場的累積劑量值。

(5)測量步驟

兩種測量方法的測量程序都應按儀器校準、天然本底測量、測量點的確定、測點測量4個步驟進行。

A.儀器檢查和校準。使用儀器前後，應認真檢查，通常用監督源檢查儀器的工作狀態，確認其狀態正常，方可使用。當儀器沒有監督源時，可採用固定條件下的狀態檢查。

將儀器放置在一個固定地點上(室內、外均可)。由於雨雪天測量時本底值將明顯降低，因此，室外測點應避免雨雪天測量。要求測點周圍沒有外來放射性干擾。長期測量該點的本底讀數值，每次測量取10個讀數，計算平均值D_b，並繪出D_b變化曲線。每次測量的10個讀數的平均值與長期觀測該點的平均值D_b相對變化小於10%，則視為儀器正常，方可對儀器進行校準。

較好的辦法是找一個空曠地帶(距附近高大建築物30m以上，高1.5m的地面上)，放置一兩個與測量對象核素和能量相似的標准源(Ra源即可)，將儀器探測器與源處於同一水平線，按式(66.58)建立不同I與儀器讀數的關系曲線(橫坐標表示已知劑量率，縱坐標表示儀器讀數)。減去儀器本底後，使曲線通過原點，橫坐標與曲線的夾角為α，儀器讀數與cotα的乘積即為校準後的某點劑量率。

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:R為源中心距探測器中心的距離;A為源的γ常數，1mg鐳源距探測器1m處A為825×71.667fC/(kg·s);I為以γ單位表示的劑量率。

B.天然本底的測量。在進行γ輻射劑量率測量時需扣除儀表對宇宙射線的響應部分。不同儀表對宇宙射線的響應不同，可根據理論計算，或在水深大於3m，距岸邊大於1000m的淡水面上測量或與對宇宙射線響應已知的儀表比較得出。環境γ輻射空氣吸收劑量本底測量一般在室外選點，測量點應距離附近高大建築物30m以上的空曠地帶(最好在土地上)，距地面100cm處進行測量。測量10個讀數，計算平均值和平均值的標准偏差。

C.測量點的確定。測量的目的決定於測量點位置的布設。在一般建築材料和建築物內進行環境檢測時，應按照測量目的和源項的照射途徑，以及人群活動情況分別確定測量點位的布設。建築材料測量應按照檢測模型情況，將測量點設置在模型中央。探測器距模型表面50～100cm。

全國性或一定區域內的環境γ輻射本底調查，對同一網格點的建築物、道路和原野(城市中的草坪和廣場)，γ輻射劑量率的測量可同時進行。

D.測量。

a.室內測量。要考慮建築物的類型和層次。測量點一般選擇在室內中央，距地面100cm處進行測量。若出現測量值異常時，則應按照100cm間距進行網格劃分測量，以確定異常點的位置。距離牆壁應大於100cm。

b.室外測量。在城市中的道路、草坪和廣場測量時，測點距附近高大建築物的距離需大於30m，並選擇在道路和廣場的中間地面上1m處。

測量點應距離附近高大建築物30m以上，距地面100cm處進行測量。室外環境地表測量時應考慮到降雨、降雪，以及氡、釷射氣的析出與擴散、地面植被情況等因素的影響。所在山地丘陵地區還應注意到岩石露頭的影響。

(6)劑量估算

環境γ輻射對居民產生的有效劑量當量可用下式進行估算:

岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析

式中:H_e為有效劑量當量，Sv;D_γ為環境地表γ輻射空氣吸收劑量率，Gy·h^-1;K為有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值，本方法採用0.7Sv·Gy^-1;t為環境中停留時間，h。