测量伽马射线能量的方法

⑴ γ测量方法

γ测量是利用仪器测量地表岩石或覆盖层中放射性核素放出的γ射线，并根据射线强度或能量的变化，发现γ异常或γ射线强度（或能量）增高地段，以寻找铀矿床或解决其他地质问题的一种天然核辐射测量方法。

γ测量可在地面、空中和井中进行，按测量的物理量的不同，可分为γ总量测量和γ能谱测量两类。γ总量测量简称γ测量，是一种积分γ测量，记录的是铀、钍、钾放出的γ射线的总照射量率，但无法区分它们。γ能谱测量是一种微分γ测量，记录的是特征能谱段的γ射线照射量率，并进而确定岩石中铀、钍、钾的含量，故解决的地质问题更广泛。

12.1.1 地面γ测量

12.1.1.1 γ射线照射量率的计算

γ辐射仪在地表测得的γ射线照射量率与地质体的形态、规模、放射性核素含量、γ射线谱成分、盖层特点及测量条件等因素有关。下面仅对一些简单模型进行讨论，以便了解地质体周围γ射线照射量率分布的基本特征。

（1）点源的γ射线照射量率

设点状γ源处于均匀介质中，则介质内部距离点源R（cm）处的γ射线照射量率为

勘查技术工程学

式中m为点源中放射性物质的质量（g）；μ为介质对γ射线的吸收系数（cm^-1）；K为伽马常数，数值上它等于对γ射线无吸收的情况下，距质量为1 g的点源1 cm处的γ射线的照射量率。铀、镭、钍、钾的K值分别为

勘查技术工程学

用不同类型仪器测量时，K值稍有变化。

当点源产生的γ射线通过几种不同介质时，距点源R处的γ射线照射量率为

勘查技术工程学

式中μ_i为第i种介质对γ射线的吸收系数（cm^-1），R_i为γ射线通过第i种介质的距离（cm）。

（2）圆台状岩体上的γ射线照射量率

如图12-1所示，有一高为 l、上底半径为 R 的圆台状岩体出露地表，其密度为ρ，放射性核素质量分数为 w，岩石对γ射线的自吸收系数为μ，空气对γ射线的吸收系数为μ₀，则圆台体内放射性物质质量为 dm 的体积元 dV 在高度为H 的P 点处产生的γ射线照射量率为

图12-1 圆台状岩体上γ射线照射量率的计算参数

勘查技术工程学

取P为球坐标的原点，将dm=wρdV，dV=r²sinφdrdφdθ代入上式，并对整个体积积分，则

勘查技术工程学

由于r₁-r₀=lsecφ，r₀=Hsecφ，故上式变为

勘查技术工程学

对（12.1-4）式中的积分，可引入金格函数

勘查技术工程学

式中t=xsecφ。金格函数是比指数函数e^-x衰减得更快的列表函数（见表12-1）。当x→0时，Φ（x）→1；x→∞时，Φ（x）→0。可以证明

表12-1 金格函数表

勘查技术工程学

将（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ₀H或x=μl+μ₀H），则圆台体在空中任一点P产生的γ射线照射量率为

勘查技术工程学

式中φ₀为P点对圆台上底半径的张角，且有

勘查技术工程学

如果圆台厚度为无限大（l→∞），则（12.1-6）式变为

勘查技术工程学

地面测量中，仪器探头紧贴地面移动，可认为H→0，则上式简化为

勘查技术工程学

容易证明，观测点P对圆台所张的立体角为

勘查技术工程学

于是，（12.1-8）式可写成

勘查技术工程学

（12.1-9）式表明，对于放射性核素含量均匀的同一放射岩层，观测点对岩体所张的立体角不同，会对地面γ测量结果产生很大的影响。如图12-2所示，在狭缝中测得的γ射线照射量率高于平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的顶部测到的γ射线照射量率就更低。所以，地面γ测量中应注意微地形对测量结果的影响，一般应记录平坦表面上的测量数据。

图12-2 不同立体角对γ测量的影响

（3）半无限岩层上的γ射线照射量率

对于体积半无限大的岩层，l→∞，R→∞，φ₀→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ₀→0，Φ（μl+μ₀H）→0，此时离地面H高度上P点的γ射线照射量率为

勘查技术工程学

可见P点的γ射线照射量率将随高度的增加按金格函数规律衰减。

地面测量中，在岩层表面任一点，H→0，Φ（μ₀H）→1，此时γ射线照射量率达到极大值

勘查技术工程学

（4）半无限大岩层上有覆盖层时的γ射线照射量率

设非放射性覆盖层厚度为h，覆盖层对γ射线的吸收系数为μ₁，则用与推导（12.1-10）式类似的方法，可求得覆盖层表面上任一点的γ射线照射量率

勘查技术工程学

上式表明，无限大岩体覆盖层上的γ射线照射量率随覆盖层厚度增加而按金格函数规律衰减。盖层物质的密度不同，γ射线照射量率的衰减程度也不相同。盖层密度越大，吸收的γ射线越多，照射量率衰减得越快。

12.1.1.2 地面γ辐射仪

地面γ测量使用的辐射仪由γ探测器和记录装置组成。最常用的γ探测器是闪烁计数器，它由闪烁体（荧光体）和光电倍增管组成，其功能是将光能转换成电能（图12-3）。当射线射入闪烁体时，使它的原子受到激发，被激发的原子回到基态时，将放出光子，出现闪烁现象。这些光子打击在光电倍增管的光阴极上，产生光电效应而使光阴极放出光电子，再经光电倍增管中各倍增电极的作用，使光电子不断加速和增殖，最后形成电子束，在阳极上输出一个将初始光讯号放大了10⁵～10⁸倍的电压脉冲。辐射射线强，单位时间产生的脉冲数目多；辐射粒子的能量大，脉冲的幅度也大。因此，闪烁计数器既可测量射线的强度，又可测量射线的能谱。

图12-3 闪烁计数器工作原理图

闪烁体可分为无机闪烁体（NaI、CsI、ZnS等）和有机闪烁体（蒽、联三苯等）两大类。常用的NaI（Tl）晶体是在碘化钠晶体中渗入铊作激活剂，使晶体发出可见光，并防止光被晶体自身吸收。由于晶体发光时间仅为10^-7s，因而最大计数率可达10⁵ cps。测量γ射线要使用大体积晶体，而测量X射线则使用薄晶体（厚度1～2 mm）。

辐射仪的记录装置由一套电子线路组成，闪烁计数器输出的电压脉冲经放大、甄别（选择一定幅度的脉冲）、整形（将不规则脉冲变成矩形脉冲）和计数后，由线路的读数部分显示出来。

12.1.1.3 地面γ测量工作方法

地面γ测量一般应布置在地质条件和地球物理、地球化学条件对成矿有利的地段。在地形切割、水系发育、露头良好、覆盖层较薄，并有机械晕和盐晕发育的地区进行γ测量最为有利。

地面γ测量可分为概查、普查和详查三个阶段，各阶段的工作比例尺和点线距如表12-2所示。概查在从未做过γ测量或勘查程度较低的地区进行，概查的工作比例尺为1∶1万～1∶5万，目的是为下一步工作圈出远景区；普查一般在概查阶段所选的远景区内进行，其工作比例尺为1∶2.5万～1∶1万，其任务是研究工作地区的地质构造特征，寻找异常点、异常带，研究它们的分布规律，解释异常的成因，为详查圈定远景地段；详查在选定的远景地段或矿区外围进行，采用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任务是查清已发现异常的形态、规模、强度、赋存的地质条件、矿化特征等，以便对异常进行评价，为深部揭露提供依据。

表12-2 γ测量精度及点线距要求

概查和普查都采用路线测量方法，γ测量路线应与地质测量路线一致。观测采用连续测量方式，以穿越地层和构造走向为主，发现岩性变化、构造带及破碎带等地质现象时，可沿走向适当追索。为保证测线两侧范围不漏掉异常，实测路线可以是曲折的。详查采用面积测量方法，按选定比例尺预先布置测网，测线应尽量垂直穿过欲探测的地质体。

工作时，γ探测器应放在较平坦的地方测量，以避免微地形影响。测点附近的地质情况应予记录，遇到有利层位，或岩性、构造和底数有明显变化时，应适当加密测点。

用γ辐射仪测量时，所记录的γ射线照射量率是由多种因素引起的，可表示为

勘查技术工程学

其中：是测点附近岩石或土壤中放射性核素产生的γ射线照射量率；是宇宙射线产生的γ射线照射量率；是仪器底数；，为仪器的自然底数。

由于宇宙射线的照射量率随地区纬度、海拔高度和昼夜时间的变化而变化，仪器底数也受探测器内放射性核素含量、仪器受污染程度、仪器噪声强度和假脉冲数，以及仪器使用时间长短的影响。因此，辐射仪的自然底数不是一个常数。但是这种变化一般不大，在岩石底数中所占份额较小，所以可将它视为常数。不同的仪器，其自然底数也可能不等，当多台仪器进行γ测量，尤其是在环境γ本底调查、放射性核素定量测量以及为确定低于背景的γ偏低场而进行的测量中，必须测定各台仪器的自然底数，以便使测量结果能进行统一对比。

测定自然底数的方法有铅屏法、水中法、水面法等多种，其中水中法最为简便。选择水深大于1.5 m，水面直径大于2 m，无放射性污染的水域，将γ辐射仪用塑料布密封好，置于水下50 cm处，此时取得的读数即为自然底数。

岩石中正常含量的放射性核素产生的仪器读数叫做岩石底数或背景值。各种岩石有不同的底数，可按统计法求取，作为正常场值。野外工作中，凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上，受一定岩性或构造控制，性质为铀或铀钍混合者，该处称为异常点。若γ射线照射量率偏高（高于围岩底数加三倍均方差），但未达到异常照射量率标准，而地质控矿因素明显，且有一定规模者，亦称为异常点。应当指出，上述标准不宜用来解决非铀地质问题。例如，找寻蓄水构造时，异常只比底数高 10%～80%。因此，解决非铀地质问题时，高于底数者即是异常点。异常分布受同一岩层或构造控制，其长度连续在20 m以上者，称为异常带。对有意义的异常点应进行轻型山地工程揭露。在做好地质、物探编录和取样分析的基础上，可提出进一步工作的意见。

在测区内镭、铀平衡遭到破坏，平衡显着偏铀时，由于铀的γ射线照射量率很小，宜采用β+γ测量，即用记录β射线的仪器测量β射线和γ射线的总照射量率。当需要查明浮土覆盖地区铀矿远景时，可采用孔中γ测量。

为了评价地面γ测量的质量，应布置检查路线。检查路线应布置在地质有利地段或工作质量有疑问的地段。检查工作量应不少于测区工作量的10%。工作质量高的标准是：未遗漏有意义的异常，检查测量曲线与原测量曲线形态无明显差异。

影响测量精度的主要因素是核衰变的统计涨落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途径是要有足够的脉冲计数。实际工作中可采用延长测量时间，增加测量次数等方法解决。

为了保证工作质量，每天出工前后都必须用工作标准源对仪器的性能进行检查。当在某一固定点带标准源和不带标准源的读数差在统计涨落允许范围时，可认为仪器工作正常；否则应对仪器重新标定。同时，工作期间还应定期检查仪器的稳定性、准确性及多台仪器对比的一致性。

12.1.1.4 地面γ测量数据的整理及图示

（1）地面γ测量数据的整理

地面γ测量数据的整理包括将读数（计数率）换算成γ射线照射量率、确定岩石底数、计算岩石γ射线照射量率统计涨落的均方差等。

为了求得岩石底数，首先要根据实测γ射线照射量率绘制频数直方图（或概率分布曲线）。如果岩石γ射线照射量率服从算术正态分布，则岩石照射量率（算术）平均值为

勘查技术工程学

均方差为

勘查技术工程学

式中 n 为统计分组的组数；为第i 组的频数；为第i 组的组中值。

如果岩石γ照射量率服从对数正态分布，则岩石照射量率几何平均值和均方差为

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取作为岩石底数，+3σ作为异常的下限（非铀地质工作除外）。

岩石底数和异常下限也可在累积频率展直图或累积频率分布曲线上直接读取。

（2）地面 测量成果的图示

地面γ测量的成果图件主要有：γ照射量率剖面图、γ照射量率剖面平面图、γ照射量率等值线平面图和相对γ照射量率等值线平面图等。

γ照射量率等值线图按±3σ、±2σ、±σ勾绘。不同岩石有不同的底数，且不同岩石γ射线照射量率的变化幅度（即均方差）也是不同的，这些都会影响γ照射量率等值线图的精度。为此，可以在每种岩性范围内按各自的+σ、+2σ、+3σ将γ场划分为偏高场、高场和异常场三级，然后分别把各种岩性γ射线照射量率等级相同的点连接起来（不论它们的岩性是否相同），这样便构成了一幅相对γ照射量率等值线平面图（图 12-4）。这种图避免了岩石背景值不同造成的干扰，较全面地反应了各种不同岩性的γ场特点，能清楚地反映γ晕圈与矿化、构造的关系，有利于研究矿化规律及推测成矿有利地段。

图12-4 某地区相对γ照射量率等值线平面图

12.1.1.5 地面γ测量的资料解释及实例

地面γ测量的资料解释是定性的，因为γ测量的探测深度浅，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，难以发现埋藏较深的矿体。此外，γ射线照射量率的大小并非总是反映铀的富集程度。因为铀系中主要γ辐射体都是属于镭组的核素，所以产生γ异常的源主要是镭而不是铀。

放射性核素在自然界中广泛分布，γ测量中发现异常并不难，但评价异常就不容易了。当矿床出露地表或处于氧化带中，而附近又有断裂迹象时，铀容易受风化淋滤作用而被酸溶解带走。其结果是镭的数量增大，平衡偏向镭，从而出现γ射线照射量率很高而铀并不富的现象。若被运走的铀在适当的环境下被还原而沉积下来，或在还原环境下镭被带走而铀又被溶解得很少，就会发生平衡偏向铀的情况。这时γ射线照射量率不高，但铀却很富。因此，必须特别注意用铀镭平衡系数确定测区内铀、镭是否处于长期平衡状态，而不能仅仅依靠γ射线照射量率的大小来评价异常。同时，还应综合应用异常点（带）的地质、地球化学和其他地球物理（包括射气测量、β+γ测量等）资料进行分析，才能对异常做出正确的判断。

图12-5 某地区地质、相对γ照射量率综合平面图

地面γ测量具有仪器轻便、方法简单、工作灵活、成本低、效率高等特点。除用于直接寻找铀、钍矿床和确定成矿远景区外，还用于地质填图，寻找与放射性核素共生的其他矿产，探测地下水以及解决其他地质问题。

图12-5是地面γ测量寻找铀矿床的实例。该地区曾发现燕山运动早期花岗岩体，其主要岩性为中细粒花岗岩。区内浮土覆盖面积较大，岩浆活动频繁，构造复杂，呈东西向分布。γ测量圈定了两个异常和两个偏高场，都有一定的规模，经地表揭露后它们依然存在。对偏高地带又做了射气测量、铀量测量和伴生元素找矿等工作，结果均有显示。经勘查揭露，在1、2号异常及3号偏高地带发现铀矿，4号偏高地带见到了铀矿化。

12.1.2 地面γ能谱测量

如前所述，铀系和钍系都有几个主要的γ辐射体。因此，在铀、钍混合地区，用地面γ测量方法不易判定异常的性质，这时采用地面γ能谱测量往往能取得良好的地质效果。

12.1.2.1 地面γ能谱仪和仪器谱

地面γ能谱仪的闪烁计数器可将γ射线的能量转换成电脉冲输出，输出脉冲的幅度与γ射线的能量成正比，因此能谱测量实际上是对脉冲幅度进行分析。完成这个功能的电路称为脉冲幅度分析器。其原理见图12-6（b），它由上、下甄别器和反符合电路组成。甄别器是一种只允许幅度高于某一数值（称之甄别阈值）的脉冲通过的装置。上甄别器的阈电压较高，只有较大幅度的脉冲（如9号脉冲）才能通过。下甄别器的阈电压较低，除了所有能通过上甄别器的脉冲（如9号脉冲）可以通过外，幅度介于上、下甄别器之间的脉冲（如3、5、8号脉冲）也能通过。两甄别器输出的信号均送到反符合电路。反符合电路的特点是，当上、下甄别器有相同的信号同时输出时，使这些信号在反符合电路相互抵消。因此，反符合电路输出的只是介于上、下甄别阈电压之间的脉冲（3、5、8号脉冲），然后进行计数和记录。

上、下甄别阈电压的差值称为道宽。道宽固定以后，通过调节下甄别阈电压（上甄别阈电压相应地变化），可把幅度不等的脉冲逐段分选出来，这种脉冲幅度分析方法称为微分测量。所测得的谱线称为微分谱。

如果脉冲幅度分析器只用一个下甄别器，则所有幅度超过下甄别器阈电压的脉冲（图12-6（a）中3、5、8、9号脉冲）都被记录，这种脉冲幅度分析方法称为积分测量。所测得的谱线称为积分谱。

实际工作中，γ能谱仪测得的γ能谱不是线谱，而是因各种因素复杂化了的仪器谱（图12-7），它是γ射线通过物质（岩石、土壤、能谱仪探测元件等）产生光电效应、康普顿散射和电子对效应等，使能谱发生了很大变化后形成的，是一种连续谱。与线谱相比，U、Th、K的上述特征峰峰位不够突出，但仍能分辨。

图12-6 脉冲幅度分析器原理

图12-7 NaI（Tl）测得的微分仪器谱和U、Th、K道的选择

12.1.2.2 U、Th、K含量的计算

γ能谱仪用一个积分道（＞50 keV）记录某一能量阈以上的总γ射线计数率，还用三个微分道分别测量γ射线三个能谱段产生的计数率。其中钾道道宽0.2 MeV，所鉴别的γ谱段中心可选在⁴⁰K特征峰1.46 MeV处；铀道道宽0.2 MeV，谱段中心可选在铀系²¹⁴Bi特征峰1.76 MeV处；钍道道宽0.4 MeV，谱段中心可选在钍系²⁰⁸Tl特征峰2.62 MeV处。三个谱段都选在高能区，可以减少散射γ射线的影响。三个谱段又相互独立，且每一谱段中，目标核素谱线占主要成分，有利于提高计算方程解的稳定性（图12-7）。

设钾、铀、钍道的计数率（已减去底数）分别为I₁、I₂、I₃（单位为cpm），则它们与U、Th、K的质量分数w（U）、w（Th）、w（K）（单位分别为10^-6、10^-6、%）的关系为

勘查技术工程学

式中系数a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）称为换算系数，分别表示单位含量的铀、钍、钾在不同测量道的计数率（单位分别为cpm／10^-6、cpm／10^-6和cpm／%），需在铀、钍、钾标准模型上实测确定。

解上述方程组，可求得铀、钍、钾的质量分数

勘查技术工程学

式中

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12.1.2.3 地面γ能谱测量的工作方法及成果图件

地面γ能谱测量与地面γ测量的工作方法类似，但地面γ能谱测量需要按照预先布置的测网定点、定时读数，读数的时间一般为1min。微机化γ能谱仪实现了现场自动数据采集、数据初步整理及现场绘制剖面平面图。

在室内，可将野外采集的数据直接输入计算机，在屏幕上快速形成各种图件，并进行人机交互解释。

地面γ能谱测量的成果图件有：铀、钍、钾含量剖面图、剖面平面图和等值线平面图，有时还要绘制钍铀比［w（Th）／w（U）、钍钾比w（Th）／w（K）、铀钾比w（U）／w（K）］剖面图或等值线平面图。

12.1.2.4 地面γ能谱测量的应用

地面γ能谱测量可以直接寻找铀、钍矿床，也可寻找与放射性核素共生的金属及非金属矿床，利用铀、钍、钾含量及其比值的分布资料，还可推测岩浆岩和沉积岩的生成条件及演化过程，探测成矿特点和矿床成因等。

图12-8是应用γ能谱测量寻找含金构造带的实例。在含金矿脉附近，γ总量曲线和K含量曲线出现低值，U、Th含量曲线出现高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明显的异常。综合这几条曲线，可确定含金矿脉的位置。根据矿脉两侧K含量曲线两处出现高值的位置，可大致估计钾化带的宽度。

图12-8 山东某地地面γ能谱测量曲线

⑵ 野外地面γ测量工作方法

大多数地面γ测量都和地质调查紧密配合或同步进行，这样既有利于提高找矿效果，又有利于对找到的放射性异常及时处理。

（一）测网布置和路线γ测量

利用地面γ测量进行放射性矿产普查，根据要求找矿的详细程度，大致分为概查、普查和详查。比例尺是测量详细程度的标志（表5-4-1）。

表5-4-1 地面γ测量比例尺的点线距

1）概查。比例尺一般为1∶10万到1∶5万，或者只做几条剖面。主要任务是研究工作区区域岩性的放射性特征，找出有利含矿层位、构造的分布情况，大致圈定找矿远景地区。

2）普查。比例尺一般为1∶2.5万到1∶1万。以概查为基础，主要任务是寻找γ异常点、异常带并探查其分布规律、成矿条件和矿化特征。

3）详查。比例尺主要为1∶5000到1∶1000。一般是在成矿的远景区或矿区的外围进行详查。主要任务是对具有成矿可能的异常点、异常带进行追索，查明异常的特征、规模、赋存的地质条件、矿化特征，为揭露评价提供依据。

这里讲的地面γ测量，主要是步行γ测量，使用γ辐射仪或轻便γ能谱仪。进行路线γ测量时，必须将探测器靠近地面连续听测，路线成“S”形前进，以便扩大测量范围，提高找矿效果。定点进行记录。值得注意的是每次定点记录时，探测器高度保持一致，并选在平坦地区，标在地形图上。如读数升高，要及时加密测点，进行追索，详细记录。

（二）铀、钍、钾含量测量与计算

应把γ能谱仪、积分谱仪和γ辐射仪的测量结果，换算成统一的以当量平衡铀为单位（eU，g/t）的放射性元素含量和照射量率（C/kg·s）。对各类测量仪器有大致相同的换算方法，简要介绍如下。

1.4道γ能谱仪的标定和含量计算

与航空γ能谱测量相似，根据铀、钍、钾放出的γ射线能量特征，选择下列四个能量测量道和道宽。

钾道：1.35～1.55 MeV；

铀道：1.65～1.95 MeV；

钍道：2.5～2.7 MeV；

总道：0.3～3.0 MeV。

总道给出的是照射量率（C/kg·s）。根据其余三道测量结果，可列出以下联立方程：

核辐射场与放射性勘查

式中：N₁、N₂、N₃分别为钾、铀、钍三个能量道测得的岩（矿）石γ射线（扣除本底后的）计数率；C_K、C_U、C_Th为测点岩（矿）石中钾、铀、钍的含量；a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）为钾、铀、钍的换算系数，表示为具有γ射线饱和层厚度的标准模型上，钾、铀、钍道测得的单位含量的计数率。

由于，钾（E=1.46 MeV）、铀（1.76 MeV）道γ射线不影响钍道，钾道也不影响铀道，因此（5-4-1）式中a₂=a₃=b₃=0。所以，由（5-4-1）式解得

核辐射场与放射性勘查

式中：给出换算系数a₁、b₁、b₂、c₁、c₂和c₃确定值，即可计算测量地区岩（矿）石中铀、钍、钾含量。测定换算系数是一项重要工作。换算系数测定可以用标准模型法，为此国家建立了标准模型站（见附录一）。地面γ能谱仪标定测量，使用第Ⅰ类模型。分别在铀、钍、钾标准模型上进行。

核辐射场与放射性勘查

依照（5-3-4）式计算各地面γ能谱测量的换算系数：a₁、b₁、c₁；b₂、c₂和c₃。

2.γ辐射仪的标定

γ辐射仪和4道γ能谱仪的总道一样，都是测量γ射线总计数率。应把γ辐射仪测得的计数率换算成统一的放射性元素含量单位（或当量平衡铀含量10^-6eU；g/t），或照射量率（C/kg·s）。求出仪器灵敏度，即单位核素含量（1Uγ）引起的计数率（cps/1U_γ）或者照射量率［cps/（C·kg^-1·s^-1）］。

（1）标准模型标定

需要在本底模型（CP-B）和铀标准模型（CP-U）上同时测量。首先在本底模型上测得的本底计数率为N_B，和仪器灵敏度k（cps/1U_γ）之间的关系为

核辐射场与放射性勘查

式中：B为来自本底模型周围大地、大气和宇宙射线辐射；w_B（K）、w_B（U）和w_B（Th）为本底模型中钾、铀和钍的含量；a_K为钾的铀当量含量（即与1%钾的总计数率相当的平衡铀含量）；b_Th为钍的当量铀含量（即与1g/t钍的总计数率相当的平衡铀含量）。a_K与b_Th数值与探测器大小以及仪器甄别阈有关（如表5-4-2）；但变化范围不大。

同样条件，在铀标准模型上测得计数率N_U。这里假定本底模型与铀模型基质完全相同，仅铀含量不同。因此，同样可写成下列关系式：

表5-4-2 a_K、b_Th与探测器、甄别阈关系

核辐射场与放射性勘查

使（5-4-3）与（5-4-4）式相减，得仪器灵敏度为

核辐射场与放射性勘查

（2）用点状镭源标定

利用密封的点状固体镭源，根据镭源常数（A），调节镭源和探测器之间的距离（R）；由I=A/R²公式，计算不同距离处的照射量率I（C/kg·s），求仪器计数率（cpm）与照射量率（C/kg·s）之间的关系曲线，称标定曲线。如标定曲线呈线性关系时，则

核辐射场与放射性勘查

式中：n_B为仪器自然本底计数率；n为测点的计数率；k_C为仪器的换算系数（C/kg·s）。

（三）工作前的仪器准备工作

开始野外工作之前，重要的准备工作是仪器的性能测试，本底测量。性能测试，主要是检查仪器工作稳定性，受湿度、温度影响情况；连续工作，稳定性测试产生的读数变化，不得超过规范允许的标准误差。每天工作之前和工作之后都要固定工作源位置记录仪器的照射量率。如果相对于每次测量的平均值，其变化偏差不超过±10%，说明仪器工作正常，测量结果质量可靠。

当用多台仪器同时进行野外γ测量，需要注意仪器的一致性。工作经验证明，虽然每台仪器都已经过严格的标定，但测量结果的平均值（用至少30次测结果的平均值）并不完全一致。通过两台仪平行测量，保持几何条件相同，取平均值进行对比，或用t检验法进行检验。如果相对误差在允许范围之内，认为是合格的。

仪器的本底测定是每台仪器都要做的工作；而且在仪器大修之后或到新的测量地区需要重新测量。

仪器本底或称仪器自然本底I_B是由宇宙射线I_宇，及仪器探测器材料中的放射性核素或被放射性核素污染，或由于仪器噪声等引起的总计数率I_仪组成。

核辐射场与放射性勘查

测量仪器自然本底常用有两种方法。

1.水面测量方法

这是最常用的测量方法。要求水域附近没有岩壁，水域范围10m以上，水深超过1m。测量时仪器探测器放在水域中央，在水面附近，做高精度测量。

2.铅屏法

在缺少上述水面地区，可以使用铅屏法。

取一个板状铅屏或杯状铅屏，放在地上。将仪器的探测器放在铅屏之上或环中，保持探测器相对位置不变，分别测量带铅屏时的计数率和不带铅屏时的计数率，于是分别得到：

核辐射场与放射性勘查

式中：I_无和I_屏为不带铅屏和带铅屏时的计数率；I_岩为本地岩石的计数率；I_B为仪器自然本底；a=e^-μd为本地岩石γ射线对铅屏的透过系数，μ为铅对γ射线的吸收系数，d为铅屏厚度。

由（5-4-7）式解得自然本底

核辐射场与放射性勘查

式中：a=（I_屏-I_B）/（I_无-I_B）。如有一台仪器本底是已知的，可以求出其他仪器的本底计数率。

⑶ 核素放出的α，β，γ射线的能量和分支比是怎么测定的

α射线射程很短，离开原子核后能量衰减很快，通常说的α粒子的能量应该是指离开原子核时的能量。
这个能量可以计算出来。
办法是：对有α衰变的原子核，采用原子核的α粒子模型可以计算出发射出来的α粒子的能量（离开原子核时为准）
β衰变原理基本是：中子=质子+电子+中微子。
由于中微子带走一部分能量，因此电子（β粒子）的能量是连续分布的，如果谈论其能量应该是指最大值。
γ粒子（光子）能量可以容易计算出来十分确定，测量也没有特别的困难。
射线：由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。
反应堆工程中常见的有的射线、射射线、γ射线和中子射线。
各种射线，由于电离密度不同，生物效应是不同的，所引起的变异率也有差别。
为了获得较高的有利突变，必须选择适当的射线，但由于射线来源、设备条件和安全等因素，目前最常用的是γ射线和x射线。

⑷ γ测量和γ能谱测量

γ射线穿透能力强，用现代设备在150m高空还可清晰测量地面的放射性异常。因此，γ射线测量是寻找放射性矿产（铀、钍），以及与天然放射性元素铀、钍、钾有相关 关系的非放射性矿产的主要方法。此外，利用航空γ能谱测量寻找油气藏等非放射性矿 产，以及岩性划分、确定地质构造等都取得了重大成效。

（一）地面γ测量

地面γ测量是利用记录γ射线强度的辐射仪，对近地表岩石或土壤的γ射线强度进行测量的一类野外测量方法。

地面γ测量具有方便、直观、效率高、成本低等优点，是寻找铀矿床的一种卓有成效的方法。但是，必须注意γ射线强度的大小并非在任何情况下都反映铀的富集程度。因为 铀系中的主要辐射体是属于镭组元素的，镭组放出的γ射线的强度约占整个铀系总强度的 98％，所以对γ异常起主要作用的是镭而不是铀。野外工作中，发现γ异常并不难，但要 确定含矿异常就必须对γ异常进行综合分析研究，才能作出正确的评价。

1.野外工作及测量仪器

在高山区或地形起伏激烈的丘陵地区，如果基岩出露良好并且机械晕发育，对γ测量最为有利。在较平坦的地区，只要基岩出露较好，或者机械晕或盐晕广泛发育，γ测量也 能取得好的地质效果。

地面γ测量一般可分为概查、普查和详查。比例尺与点、线距的对应关系见表5-4。

表5-4 地面γ测量的比例尺及点、线距

野外进行γ测量使用的仪器称为辐射仪。辐射仪由γ探测器和记录装置两个主要部分 组成。我国1998年生产的FD—3013型数字式γ辐射仪就是地质找矿中常用的仪器。

该仪器的探测灵敏度为5s^-1（cps）/10^-6eU（平衡铀含量），即岩石、土壤中每10^-6eU 能产生每秒5个计数。仪器显示器上读出的是以10^-6eU为单位的铀含量值。

显示器为四位液晶显示器。定时器给出选定的测量时间信号。报警器根据设定的计数 率信号以及计数溢出、电池电压不足等进行报警。仪器适应工作温度为：-10～＋50℃；耗电为150mW，用两节一号电池供电，可用40h。

国外使用的类似仪器也很多，如美国的GR—101A型γ辐射仪，仅有1.25kg，改进 后的GR-110为四位液晶显示器读数的数字γ辐射仪，探测器为13cm³的NaI（TI）晶体。

在野外进行γ测量工作之前，需要对辐射仪进行标定。例如作10-6标定时可在已知含量（10^-6值）的平衡铀矿饱和模型上进行；作γ标定时一般借助1号和6号镭源进行。在工作期间还要定期检查辐射仪的稳定性、准确性及多台仪器对比的一致性。

用辐射仪在野外进行测量所记录的γ射线强度，实际上包括岩石和土壤中的放射性物 质引起的γ强度、宇宙射线的强度以及仪器本身所含的和所沾染的放射性物质引起的γ强 度。后二者之和称为自然底数，可以在工作地区采取一定的方法加以测定。整理野外资料 时必须从观测值中减去自然底数，然后才能作为绘制成果图件的依据。

2.成果图件及资源解释评价

γ测量的成果一般表示成实际资料图、γ强度等值图、γ强度剖面图以及相对γ等值 图和区域研究程度图等。这里仅解释一下相对γ等值图，其余图件与其他物探方法类似。

绘制相对γ等值图时，为排除岩性变化因素的干扰，可采用以均方差（σ）的倍数为 等值线间距的办法。这种图可有三个等级，即X＋σ，X＋2σ，X＋3σ，勾绘等值线时，不 看绝对γ强度值多少，而是将不同岩石的相同等级X＋σ（或X＋2σ，或X＋3σ）值连接 起来。等值线的值也以背景值X和均方差的倍数来标注。

对普查铀矿床所发现的γ异常进行评价，以确定其是否具有工业远景意义时，必须考 虑到放射性元素在自然界中的分布非常广泛而分散的特点，而且引起γ异常的因素比较 多，并且地面γ测量的探测深度不超过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况。因此，必须到现场进行详细地调查研究，以确定异常的性质、 强度和分布范围，异常赋存的地质条件和控制因素，以及放射性平衡情况。必要时应作γ 详查，浮土覆盖地区可作射气测量或其他物化探方法，然后进行综合评价。

必须强调，评价γ异常时，特别要注意该地区铀、镭是否处于长期平衡状态。因为γ异常并不一定意味着铀的含量高。例如矿床出露地表或处于氧化带中而附近又有断裂迹 象，就很容易受淋滤风化作用以致铀被溶解运走，其结果是改变了铀、镭的相对数量，使 平衡偏向镭。这时γ异常主要是镭的反映，工业价值不大。若被运走的铀在适当的环境沉 积下来，形成次生铀矿，但沉积时间未达到铀、镭平衡所需的年代，则镭的数量积累不 够，平衡偏向于铀。此时γ异常较弱，但主要是铀的反映，具有较大的工业价值。所以在 野外工作中发现了γ异常，既不能仅仅根据γ异常的强度来估计矿床的远景，也不应随意 放弃弱异常，必须对异常进行综合研究。

3. 应用范围

地面γ测量是普查铀、钍矿床的有效方法，适用于各种地形、地貌和气候条件。在基 岩出露良好和覆盖层不厚的地区进行这项工作，效果更佳。

目前地面γ测量除了用于直接寻找铀、钍矿床和确定成矿远景区外，还用于地质填 图、寻找与放射性元素有共生关系的其他矿产、探测地下水以及解决其他的一些地质 问题。

地下水通常并无放射性。然而，岩层的断裂带、构造带和不同岩性的接触带等处能成为地下水赋存或迁移的场所。在断裂带和一些构造接触带，岩石破碎，裂隙发育，地下水 易于流通，并将岩石中的铀、镭、氡等元素溶解，使之迁移和析出，在地面上可形成放射 性元素分布的异常；在不同岩性的接触带地区，因岩性有差异而放射性元素的含量不同，也会引起γ强度的变化。因此，通过地面γ测量可以发现与地下水有关的蓄水构造，从而 间接地找到地下水。根据我国多年来用γ测量法找水的经验，在含水的构造断裂带上所测 到的γ射线强度通常只有周围背景值的1.1～1.8倍，因此需要采用灵敏度和稳定性较高 的辐射仪进行工作。

（二）地面γ能谱测量

γ能谱测量是利用分别记录几种不同能量段内射线强度的能谱仪，测定岩石、土壤中的铀、钍、钾含量的一类野外方法。相应的也有地面、航空和井中γ能谱测量。

在铀、钍混合地区，地面γ测量不能将铀、钍异常区分开来，这时就要采用γ能谱测量。γ能谱测量采用γ能谱仪，在现场即可测定岩石或土壤中的铀、钍、钾含量。

1.γ能谱测量的基本原理

前面已经讲到，不同放射性元素放出不同能量的γ射线，把γ射线按其能量大小排列，即构成了γ射线谱或称能谱，表5-5列出铀、钍系的主要γ辐射体的能谱成分，图5-2上是它们的γ谱线图。图中可见，它们都是线谱。但铀、钍系的线谱有明显的 差别。铀系中可以看到0.352MeV（兆电子伏），0.609MeV，1.12MeV和1.76MeV等 谱线，后者特别明显成为它的特征谱；而钍系中则有0.239MeV，0.338MeV，0.583MeV，0.908MeV和2.62MeV等，其中非常突出的是2.62MeV谱线，它成为钍 系的特征谱。钾的放射性同位素40K的γ能谱只有一条1.46MeV的谱线，它也是钾的 特征谱线。

表5-5 铀系和钍系的γ谱成分

综上所述可知，每一种γ辐射体都要放出自己特有的、能量确定的γ射线。因此，如果在野外条件下直接在选定的地点可以测出某种能量的特征γ谱线，就能唯一地确定具有 该谱线的放射性元素的存在。而且将测得的γ强度与标准样品的γ强度进行对比和计算，还可以确定该元素在土壤和岩、矿石中的含量。这就是γ能谱测量的基本原理。

2. 野外工作与能谱仪

能谱测量的测网选择与要求，比例尺的确定，甚至资料整理的方法都与γ测量相似。只是能谱测量需要按预先布置的测线或测网定点、定时计数。

图5-2 铀系和钍系的主要γ射线谱线图

目前野外使用的能谱仪主要为FD-3014积分能谱仪，其整体结构原理与FD-3013γ 辐射仪类似，其主要差别在甄别器阈电压可调。可以分别测量不同能量阈的γ射线总计 数，可以定性地分别测量铀含量和钍含量。

类似这种轻便型积分γ能谱仪，如加拿大的UG-130型单道积分γ能谱仪和GRS- 400型积分能谱仪，两者的NaI（TI）晶体大小不同，均设有5个阈电压位置。

此外，在放射性矿产找矿勘探中常用的是四道γ能谱仪。目的是一次同时测量矿石、土壤中的铀、钍、钾的含量。有地面四道γ能谱仪和四道γ能谱测井仪等。目前国内应用 的四道γ能谱仪主要是上海地质仪器厂生产的FD-3022型能谱仪。该仪器除具有铀、 钍、钾三道外，还有一个记录总计数率（即γ射线总强度）的积分道，称为总道。这类仪 器在它的记录装置电子线路中设置了专用的数字运算器，可以直接将测点上所测定的总计 数率和铀、钍、钾含量同时呈现在数字显示屏上。

我国目前使用的航空γ测量装置都是加拿大Exploranium公司生产的256道航空γ能 谱仪。一种为GR-800D，另一种为GR-820。后者的所有数据采集都在空中完成，最后 输出得到是一张硬盘。室内有一台计算机对硬盘输入的数据进行计算处理，打印出各种 图件。

3. 成果显示及应用

根据野外观测所获得的铀、钍、钾含量，通常绘制成相应的含量剖面图、等值线平面 图或剖面平面图。有时还要绘制钍铀比（Th/U）、钍钾比（Th/K）、铀钾比（U/K）剖 面图或等值线平面图。

地面γ能谱测量比γ（总量）测量的应用广泛。除主要用于γ异常点（带）的铀、钍 定性分析，并在铀、钍混合地区确定它们的含量以及在残积—坡积发育地区测定地表的铀（镭）、钍、钾含量之外，还可以比较有效地发现微弱的镭分散晕；根据铀、钍、钾含量的 渐变或突变以确定不明显的岩性界线或相变；根据区域地质条件与铀、钍、钾含量的关 系，包括研究均质花岗岩中的铀、钍、钾含量的空间关系，寻找稀有元素矿床，圈定铀矿 化、钍矿化或稀土元素矿化的成矿远景区；研究岩浆岩、变质岩的成因以及侵入体的形成 条件等等。

⑸ 自然伽马能谱测井

（一）自然伽马测井原理

自然伽马能谱测井是利用钾、钍、铀释放不同能量伽马射线能量的特性，在钻井中测量地层钾、钍、铀含量的方法技术。图3-11是用碘化钠晶体测量的钍、铀、钾的能量谱。由图可见钾（⁴⁰K）放射出单能量1.46 MeV的伽马射线；钍系（²³²Th）的特征能量是2.62 MeV；而铀系（²³⁸U）的代表能量是1.76 MeV。因此，分别测量1.46 MeV、1.76 MeV、2.62 MeV的自然伽马射线的强度，进而求出钾、铀、钍的含量。

图3-12是自然伽马能谱测井示意图。上图为井下仪器部分，下图是地面记录部分。采用能量窗分析技术，测量几个“能量窗”的计数率，能窗的中心分别为1.46 MeV、1.76 MeV和 2.62 MeV，即用几个能窗测量 ⁴⁰K、238 U、²³²Th所放出的伽马射线强度。实际上，由于伽马射线与地层物质发生作用，各能窗测得的伽马射线除了来自该能窗对应的放射性元素外，还有其他放射性元素放出的伽马射线，以及能量降低后的伽马射线。如此说来，每个能窗测量结果，并非独立反映该能窗对应元素的含量。因此，对每一个能窗有：

图3-11 用NaI（Tl）晶体探测器取得的钾、钍、铀的真实能谱图

地球物理测井

其中：w（²³²Th）、w（²³⁸U）、w（⁴⁰K）分别为钍、铀、钾的含量；A_i、B_i、C_i为第i个能窗的三个系数，由标定仪器得出。

求解由图3-13中所划分的三个能窗（W₃、W₄、W₅）测井结果所组成的方程组，即可得出钍、铀、钾的含量：

地球物理测井

地球物理测井

式中：W₃、W₄、W₅分别为第3、4、5个能窗的测量结果；m_ij为测量矩阵系数。

图3-12 自然伽马能谱仪器的原理示意图

图3-13 自然伽马能谱测井仪的能量窗划分

从误差分析的角度，考虑到核测井的特点，存在统计起伏误差，式（3 19）应改写为

地球物理测井

式中：Δγ_i为统计起伏误差。

自然伽马能谱测井采用两种方法减小统计起伏的影响，一是增加低能窗（W₁，W₂）测量；二是采用数字滤波技术。

（二）自然伽马能谱刻度和谱分析

1.自然伽马能谱测井仪的刻度

为了统一自然伽马能谱测井标准，确定式（3-19）中的系数A_i、B_i、C_i，采用了自然伽马能谱测井刻度技术。下井仪器的刻度装置是一口特别设计的刻度井（图3-14）。

这口井由四个层组成。顶部三层分别含有钍、铀和钾三种放射性元素，底层主要成分为混凝土。水泥井段的作用是便利下井仪器的。

放入井内和将其刻度响应值作为刻度基线。

设第i个能窗在j井段的计数率为W_ij，于是可测得15个W_ij。每一个W_ij都与U_j、Th_j和K_j有关。解以下方程组：

地球物理测井

可算出15个系数A_i、B_i、C_i，可用于开5个能窗的仪器。图3-14是刻度曲线。

2.自然伽马能谱解析

能谱解析是从测得的脉冲幅度谱中求钾、铀、钍在地层中的含量。把钾、铀、钍系各看成是一个整体，而不细分各放射性核素的含量。有以下几种方法。

（1）剥谱法

在混合谱中找出容易识别的核素，求出谱形，并从混合谱中扣除，然后在剩余谱中找出第二种核素，并做同样处理，直到求出所有的核素为止。

图3-14 TUK刻度井

图3-15 含钾、铀、钍的厚地层自然伽马混合谱

为用剥谱法解析与图3-15相似的钾、铀、钍自然伽马混合谱，先要建立只含钾、铀或钍地层的自然伽马标准谱，并把混合谱看成是每种放射性元素标准谱的线性叠加。标准谱是用测井仪器在刻度井中测定的，井中的标准模块的放射性元素含量已知，刻度条件和测井时的环境尽可能接近。

解谱时，选⁴⁰K的1.46 MeV、铀系中²¹⁴Bi的1.76 MeV和钍系中²⁰⁸Tl的2.62 MeV光电峰分别为钾、铀、钍三种放射性元素的自然伽马特征峰，并在三个特征峰下划分出三个道区（在测井工程中习惯称“能窗”），或者说卡出三个谱段。道区之间留适当的间隔，以保证高能谱段中不包含能量较低的光子的贡献，三个道区的计数率分别记为N₁、N₂、N₃。在每个谱段由三种元素生成的计数率分别与它们的含量K、U、Th成正比，并可用下列线性方程组描述：

地球物理测井

地球物理测井

式中系数a_ij是单位浓度第j种放射性元素在第i个特征道区造成的计数率，由标准谱确定。

这是一个三角形线性方程组，由最后一个方程按顺序往回递推即可求出钍、铀和钾的含量。通常，钍、铀的单位用g/t，而钾的单位用%。因解谱时是分道区进行的，可称为道区剥谱法或道区逐次差引法。

（2）逆矩阵法

对于自然伽马混合谱，是解下列线性方程组：

地球物理测井

其中符号的含义与（3-24）相同，区别在于能量较高的道区也可包含能量较低光子的贡献，即每个特征道区中都可包含钾、铀、钍三种放射源的贡献。因此，特征道区之间不需要留间隔，可较多地利用谱中的数据。

式（3-25）可写成矩阵形式：

地球物理测井

式中：N为由三个特征道区的计数率组成的3×1阶测量矩阵；A为3×3阶方阵，称为能谱测井仪各特征道区对钾、铀、钍的响应矩阵；X为待求的由钾、铀、钍含量组成的3×1阶矩阵。

此时，解谱就是求上述矩阵方程的解：

地球物理测井

式中A^-1是A的逆矩阵。

矩阵求逆要求，两种核素不能具有相同的特征峰。

（3）最小二乘逆矩阵法

剥谱法和逆矩阵法只用一个全能峰表征一种放射源，解混合谱时对钾、铀、钍各取一个特征峰。实际上，铀系和钍系均有若干个全能峰可供利用，要把可能利用的全能峰用起来，能峰道区数m就会大于3，这就是用最小二乘法求解的原由。实测的第i个能峰道区的计数率：

地球物理测井

式中：i为能峰道区序号；ε_i为混合谱第i道区计数率统计误差；a_ij为谱仪第i个能峰道区对第j种放射性元素（钾、铀、钍）的响应系数；x_j为第j种元素在地层中的含量。

用最小二乘法求解，就是使ε_i的平方和达到最小时求得x_j的最可几值，使ε_i的平方和对x_j的偏导数为零，可得到矩阵方程：

地球物理测井

式中：A为矩阵元a_ij组成的m×3阶响应矩阵；X为待求的钾、铀、钍含量组成的3×1阶矩阵；N为由混合谱m个道区上的计数率组成的m×1阶矩阵。

令S=A^TA和Y=A^TN，则

地球物理测井

式中：S为3×3阶矩阵；Y为3×1阶矩阵。

（4）加权最小二乘法

在前述解谱方法中，假设各个道区的计数率（或称窗计数率）具有相同的方差，实际上并非如此。对非等精度道区计数率观察值，需要用加权最小二乘法解谱。这一方法是使道区计数率统计误差ε_i的加权平方和最小，以求取待定的x_j的最可几值。此时式（3-29）中增加了一个权矩阵W，变为

地球物理测井

W为一对角矩阵，其第i个对角矩阵元W_i可取为

地球物理测井

式中：σ_i为第i个道区计数率n_i的标准误差；T为谱数据采集时间。

由式（3-31）可求出钾、铀、钍含量矩阵：

地球物理测井

解出每一深度点上地层的钾（K）、铀（U）、钍（Th）含量，就可得到随深度变化的三条曲线。测井还给出一条总计数率曲线，用GR表示（表示其量时，用C_GR）。GR曲线可通过直接测量总计数率经刻度得到，也可用下式算出：

地球物理测井

式中：A、B、C为刻度系数；w（Th）、w（U）、w（K）分别为钍、铀和钾在地层中的含量。若除掉铀的贡献，则有

地球物理测井

称之为“无铀”自然伽马射线强度。

对自然伽马能谱测井曲线，通常要用滑动加平均公式或卡尔曼滤波法做平滑处理。

（三）环境影响

自然伽马能谱测井仪器的标准谱和解谱时用的响应矩阵是在标准刻度井中获得的。实际测井时遇到的井条件不可能与刻度井完全相同，测量和解谱结果就会受到环境影响而产生误差。环境影响及其校正方法，可通过理论计算或实验方法进行研究。

井中介质包括钻井液、套管和水泥环。若钻井液为低放射性钻井液，则井的影响主要是对来自地层的伽马射线的散射和吸收；若钻井液中含有KCl，则钻井液柱相当于一个附加的放射源，钾的特征道区计数率会增高；当钻井液中含有重晶石时，钻井液的光电吸收效应增强，将使自然伽马谱严重变形。

图3-16 裸眼井模型

1.低放射性钻井液井环境影响

为简化计算，考虑图3-16所示的裸眼井模型。井眼和地层为同轴正圆柱体，井内钻井液无放射性，地层在探测范围内构成一圆环状放射源，源强密度为M，光子能量为E_γ，地层和钻井液对光子的线性吸收系数分别为μ和μ′，点状探测器置于井轴与地层中接口的交点上，并只记录能量在E_γ附近的光子。图中r₀为井眼半径，r-r₀是圆环状放射源的径向厚度，φ和α分别为从观察点到环境源内、外边线的垂线与地层顶面的夹角。此时，点状探测器的计数率应为

地球物理测井

式中：

地球物理测井

若令

地球物理测井

而J₀=εM/μ，所以有

地球物理测井

地层的径向伸展与厚度相比总可视为无限大，即α=0，并使式（3-37）后两项等于零，则

地球物理测井

即

地球物理测井

若地层厚度与井眼半径相比可看成无限厚时，φ=π/2，所以有

地球物理测井

当ν=0时，K=1，J=J₀。此时无井眼影响。

2.氯化钾和重晶石钻井液的影响

钻井液中加入3%～5%的氯化钾，对泥岩的冲蚀作用可明显降低。但是，钾的放射性可使自然伽马测井受到干扰，表现为：①总计数率增高；②钾特征峰道区计数率明显增高；③能量低于1.46 MeV的道区计数率增高；④解谱结果钾含量异常的高，铀含量偏低，钍含量偏高，各种比值不正常。而重晶石钻井液能使低能道区计数率明显降低。

图3-17 区分泥质地层和钾盐层

氯化钾和重晶石钻井液对测量结果的影响均可用蒙特卡罗方法进行研究。

图3-18 铀含量高的渗透性地层

（四）自然伽马能谱测井的用途

地层岩石中，钍、铀、钾含量的资料有广泛的用途。不仅在石油勘探开发中，在煤田勘探、地热研究中都是十分有价值的资料。无论单独使用，还是与其他测井资料综合使用都有明显的效果。

1.区别泥质地层和钾盐层

在自然伽马测井曲线上，泥质地层和钾盐层都是高值显示，但泥质层的钾含量明显低于钾盐层；钾盐层的钍含量近于零、曲线平直无变化。同时，铀含量曲线也有类似的反映；而钾含量曲线类似于总自然伽马曲线（图3-17）。

图3-18中1600 ft和1638 ft（1ft=0.3048 m）处，自然伽马曲线上显示两个尖峰，似乎应为两个薄泥岩石，但在自然伽马测井曲线中K、Th两条曲线无显示，而在U曲线显示两个尖峰，与自然伽马曲线吻合。这表明这里不是泥岩层，应为一渗透层，并在该深度处U的含量较高，可能是溶有U的水运移中沉淀下来。

2.判断砂-泥岩剖面的岩性

泥岩的特征是Th、K的含量高，而U的含量低；砂岩的基本特征是三种元素的含量都比较低。

图3-19是砂泥岩剖面自然伽马能谱测井曲线和解释结果。

3.碳酸盐岩研究

自然伽马测井不能用于计算碳酸盐岩的泥质含量。因为铀使自然伽马射线增加，而碳酸盐岩是可能含铀的。

纯化学沉积的碳酸盐岩，基本上不含钍和钾。如果它的铀含量也近似为零，那么这种岩石是在氧化环境下形成的；如果铀含量曲线呈现明显的幅度变化，那么这种碳酸盐岩可能为以下两种情况之一：①还原环境下形成。这种环境有利于有机质的储存，并转变成烃。②如果碳酸盐岩颗粒比较细、孔隙度低，那么它可能有裂缝。裂缝中充填有铀、有机质或粘土矿物。当然，铀峰的出现也可能是磷的反应。

碳酸盐岩含粘土时，钍、铀和钾一起存在，自然伽马能谱测井曲线上有明显的幅度反应。有机藻类的碳酸盐岩或含海绿石的碳酸盐岩有明显的钾异常。铀异常可有也可能没有。

图3-19 砂泥岩剖面自然伽马能谱解释

图3-20 碳酸盐岩自然伽马能谱测井曲线

碳酸盐岩的自然伽马能谱测井实例见图3-20。它表明，碳酸盐岩的自然放射性是铀引起的。

4.识别火成岩的种类

自然伽马能谱测井有助于识别火成岩的种类。为了提高准确度，应有其他测井资料，其中最有意义的是密度和声速。图3-21是钍-铀交会图识别主要火成岩的例子。

5.自然伽马能谱测井研究地质问题

在还原条件下，地下热水沿裂缝流动，会使铀盐、铀沉淀下来。所以，通过铀峰可以识别裂缝。要注意，裂缝被充填后，也可能出现铀峰。因此，应和其他测井方法配合使用，正确判断裂缝。

图3-21 钍-铀交会图

实际经验证明，w（Th）/w（U）可用于判断沉积环境：

w（Th）/w（U）＞7，陆相氧化环境；

w（Th）/w（U）＜7，海相沉积；

w（Th）/w（U）＜2，海相黑色页岩。

而w（Th）/w（K）可检查地层岩石的接触关系。当沉积条件急剧改变形成不整合时，w（Th）/w（U）的平均值会突然变化（图3-22）。这种不整合不能用其他测井曲线识别。

图3-22 自然伽马能谱识别地层接触关系

6.寻找有机碳和烃的埋藏位置

有机质和铀的关系十分密切，经过岩心资料刻度后，使用铀含量曲线可以很好地估计有机碳的含量，确定含烃的井段。

⑹ 怎么测量γ射线的频率！

通过测能量，E=hν，频率ν=E/h。h=6.626×10^(-34)Js，是
普郎克常数
。
有专门的仪器测量
γ射线
的能量的。
通过专用的γ探头，首先用Co-60或Cs-137的标准源对仪器进行刻度，当然，在刻度的时候，就可以直接把横坐标刻成频率。
具体操作是这样的，Co-60的γ射线能量是0.6616MeV，Cs-137有两条
谱线
，对应的能量是1.31MeV和1.17MeV，横坐标原先都是道数CH，就是不同能量的γ射线进入探头后，通过
光电转换
，得到电信号大小也不同，这些电信号通过多道ADC输入电脑，电脑有软件自己建立坐标，开始建立的这些坐标刻度都是以道数论的，当用标准源刻度之后，这些道数，每一个CH都和一个固定的能量对应，刻度就是求出这个对应关系。
当刻度完后，再把你要测的γ射线通过探头……之后就可以测出能量，因为你要求的是频率，所以你刻度的时候可以直接把0.662MeV、1.17MeV、1.31MeV换算成频率。
本来根据两点确定一条直线，上面3个能量随便选2个进行刻度就可以了，不过，如果你的γ射线能量在1.17MeV～1.31MeV之间，那么很容易使测得的结果不准，所以建议最好用3个数值刻度。

⑺ γ能谱分析方法

探测器种类不同，γ能谱分析方法常常不同，下面主要介绍NaI(Tl)γ谱仪能谱法和高纯锗γ谱仪能谱法。

66.6.2.1 NaI(Tl)γ谱仪能谱法

主要仪器BH1936低本底多道γ能谱仪。对¹³⁷Cs点源γ射线的能量(661.661keV)分辨率应小于9%，系统能量线性≤1%(50keV～2.0MeV)，核素比活度分析不确定度≤20%。

(1)试样的采集和制备

高纯锗(HPGe)或碘化钠［NaI(Tl)］γ能谱仪能够对地质、水、土壤、环境和生物试样进行放射性γ核素(Ra、Th、K)分析。试样的采集应根据统计抽样的原则，充分考虑到试样的代表性。试样的采集和制备应根据不同的试样采取不同方法的原则，具体试样的采样量和制备如下:

A.地质试样和环境试样的制备。采样用随机抽样的方法，采样点应注意土壤或环境试样的空间分布。对一个测区而言，采样点越多，试样重量越大，越具有代表性。

每一采样点上采集试样的体积和质量对测量结果的平均值和变异性有直接的影响，试样量越多，平均值的变异越小。决定试样采样量时，应考虑采样对象的粒度、成分、部位、时间、放射性水平和监测仪器的最低探测限。

原则上，最小采样量由监测分析样量M^A_min和备用量M⁰_min两部分构成，即:

M=M^A_min+M⁰_min

若仪器的最低探测限为L_D，则单次分析所需最小试样量为:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:M^A_min为单样最小分析试样量，L或kg;L_D为仪器最低探测限，Bq;Y为分析方法的化学回收率;η为仪器的探测效率，s^-1·Bq^-1;A为一试样中待测核素的浓度或比活度，Bq;λ为待测核素的衰变常数，s^-1;t为从采样到测量之间的时间间隔，s。

按公式估计的单样监测分析最小试样量M^A_min乘以所需试样容量n，即可求得最小采样总量M^A_min。储存备用试样量一般可取M^A_min的1～3倍，为事后重复测量、仲裁所需的试样量。

地质试样或环境试样采集后，应剔除杂质、碎石等异物。经烘干至恒量后，用粉碎机粉碎过筛(粒径不大于0.16mm)，称量后装入与刻度谱仪的体标准源相同形状和体积的试样盒中，称量(精确至1g)、密封、待测。

B.生物试样的制备。采集的试样必须具有代表性，试样的预处理详见GB/T16145—1995补充件，采集的试样量可根据下面的方程来估算:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:A为分析试样的放射性比活度，这是可定量分析的最小活度，Bq/kg(L);t为测量试样的时间，s;a为在时间t内，谱仪可测量到的最小计数率，s^-1(通常指核素特征峰面积计数率);W为采集试样质量或体积，kg(L);ε为谱仪探测效率(通常指全能峰效率)，%;f为被测试样所占采样量份额(包括灰样比，详见GB/T16145—1995附件);P为被分析核素特征峰的γ发射概率;Y为化学分析回收率。

估算时因参数(ta)、W、f、ε、Y等值在很大范围内可有多种组合满足式(66.52)，故应根据测量的目的要求、现有条件和花费成本最低等原则，实行优化组合来确定采样量的多少。对一台测量装置固定的γ谱仪，可根据相对测量误差的要求，对(ta)值和特性指数(f、ε、P、Y、t)作出一些估计和假设，然后按A-W关系曲线确定W值。当试样可能出现多种核素时，应以估计的W值中最大者为确定的采样量。

A值可根据占有资料分析估计，或通过粗略预测来估计。当监测的目的是判断和记录核素浓度是否超过限值1/10或1/4以上浓度时，A值可用相应1/10或1/4限值浓度来代替。

根据试样放射性核素含量强弱，试样量(质量或体积)多少，谱仪类型和其系统的主要性能指标，以及现有条件，选择最合适的试样盒制备试样。制备试样应满足下列原则要求。

a.确保使用的试样盒未被放射性污染。

b.对可能引起放射性核素壁吸附的试样(如液体或呈流汁状态试样)，必须选择壁吸附小或经一定壁吸附预处理的试样盒装样。

c.装样密度尽可能均匀，并尽量保证与刻度源的质量、密度、体积一样。

d.对含有易挥发核素或伴有放射性气体生成的试样，以及需要使母子核素达到平衡后再测量的试样，在装样后必须密封。

e.对试样量充足，预测核素含量很低，装样密度又小于标准源的试样(通常可能是一些直接分析的试样)，可以选用特殊的工具和手段(如压缩机)，把试样尽可能压缩到试样盒中。

f.装样体积和试样质量应尽可能精确，前者误差应控制在5%以内，后者应小于1%。

C.水试样的制备。一次分析所需水样的量由下式计算:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:V为一次分析所需用水量，L;A(LLD)为γ能谱系统的探测下限，Bq;Q为试样中核素的预计浓度，Bq/L;r为预处理过程中核素的回收率。

如果要求做n个平行样，需要的总水样量为nV。

当水样中的放射性核素浓度大于1Bq/L时，可以直接量取体积大于400mL的试样置于测量容器内，密封待测，否则应进行必要的预处理。

水样预处理要在不损失原样中放射性核素的条件下均匀地浓缩以便制成γ能谱测量分析的试样。降水(雨水、雪水)，淡水(河水、湖水、饮用水等)和海水试样的预处理方法参见GB/T16140—1995附录A(补充件)。

(2)试样的测量

当低本底γ能谱分析系统(以下简称低本底γ谱仪)经过严格的能量刻度、探测效率和探测下限的确定后，在进行试样测量前用标准试样进行系统的稳定性和状态检查，以便及时发现问题，确保测量分析结果的准确有效。

A.测量的基本程序。

a.测量γ能谱仪的本底。一般情况下，由于本底计数很低。对于低含量试样来说，为了保证本底测量的结果满足一定的统计涨落要求，本底测量一般测量时间较长，需要测量8～10h，然后将本底谱存入计算机系统以备后用。

b.测量标准源。检查系统的状态与稳定性。每次正式测量开始时，都应首先进行标准源测量。

c.测量试样。将待测试样放入谱仪系统待测位置，使被测试样与标准源的测量状态保持一致。即试样盒、装样量、密封条件一样;放置的几何条件一样;测量时间一样。获得试样的γ能谱。

d.分析测量结果。对测得的γ能谱的分析主要是定性分析(即识别峰位，确定所含放射性核素)和定量分析(即确定所含放射性核素的比活度)。

e.测量结果的不确定度分析与对试样的评判。

B.试样核素活度的计算。当测量获取的试样谱存盘后，调用谱仪的谱分析程序进行核素的定性、定量分析。

首先，程序用指定的寻峰方法进行寻峰(也可以先对谱数据进行平滑)。程序常用的平滑方法有多项式最小二乘移动平滑法和多项式加权平滑公式。常用的寻峰方法有一、二、三阶导数法等。寻峰的结果确认谱中存在的全能峰并确定其峰位，计算峰位所对应的能量。然后，程序对每一个寻找到的峰计算其峰净峰面积(用TPA法或函数拟合法)，并于核素库中的谱数据进行比较，确认谱中存在的核素。对确认的核素计算其活度值。

a.效率曲线法。活度计算公式:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:A为试样中核素的活度，Bq/L和Bq/kg;a为特征峰面积计数率，s^-1;b为本底峰面积计数率，s^-1;C_符为符合相加修正因子;P为γ发射概率;ε为γ射线全能峰效率;F_a为相对自吸收修正系数;M为试样质量或体积，kg或L;t为核素衰变时间，即从采样到测量的时间间隔;λ为核素衰变常数，λ=ln2/T_1/2，T_1/2是半衰期，它和t_a的单位一致;

C_d为核素在测量时间的衰变校正因子，按下面公式计算:

C_d=λt_c/(1-e^-λt)

这里，t_c为测量试样的真实时间。如果分析的核素半衰期与测量的时间相比很长，C_d可取为1。

b.相对比较法。程序分析给出峰净面积以后，活度A可按下式计算:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

其他符号含义与式(66.54)相同。

当使用几个γ射线全能峰测定某核素的活度A时，应首先由每个全能峰按上式分别计算出该核素的活度A_i及其第一类不确定度δ_A，然后由下式计算:

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岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

可见，使用几个γ射线全能峰，可减小A的统计不确定度。

66.6.2.2 高纯锗γ能谱分析法

详见66.3.2高纯锗γ能谱分析法。

⑻ 地面γ测量的比例尺与工作方法

地面伽马测量的比例尺(即精度),是代表对找矿工作地区进行地质、物探研究详细程度的一个重要标志。精度不同,观测网密度也不同。γ测量比例尺的选择,要以地质找矿任务为前提,以工作区所具有的找矿远景,地质地形条件以及工作程度为依据。根据地面γ测量比例尺,可将铀矿勘查划分为四个阶段,即预查、普查、详查和勘探四个阶段。

(一)各勘查阶段比例尺与任务

1.预查

预查是找矿的初级阶段,常用比例尺为1：10万～1：5万。工作区一般位于地质工作程度很低,或航测不易进行的地区。其任务是研究工作区的区域地质条件和放射性地球物理场特征；寻找有利的含铀层位(地段)、构造、岩性,并确定找矿标志,为进一步开展较高精度地面普查找出远景区提供依据。随着可查面积的日益减少与航测的进一步发展,预查并非是每个地区都要进行的必要阶段。

2.普查

普查是对预查提供的矿化潜力较大的地区开展的地质工作。普查的一般比例尺为1：2.5万～1：1万,是铀矿勘查的主要阶段。此阶段的任务主要是：研究工作地区的地质构造特征,寻找异常点(带),并研究其分布规律、矿化特征和成矿条件,为详查选区提供依据。

3.详查

详查是在普查阶段选出的具有成矿远景的地段,或在矿区(床)外围进行勘查的地质工作。一般比例尺为1：5000～1：1000。其任务是对有意义的异常点带进行追索,扩大远景,进而圈定出异常的形态、规模；查明异常的性质与分布规律、赋存的地质条件、矿化特征,为揭露评价提供依据。

4.勘探

勘探是对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区,通过加密各种采样工程,其间距足以肯定矿体(层)的连续性；详细查明矿床地质特征,确定矿体的形态、产状、大小、空间位置和矿石质量特征,详细查明矿体开采技术条件,对矿石进行加工选冶性能实验室流程试验或实验室扩大流程试验,必要时应进行半工业试验,为可行性研究或矿山建设设计提供依据。其常用比例尺为1：1000以上。

系统的地面γ测量一般在普查和详查阶段实施,这是面积性放射性测量首选的工作方法,其比例尺一般不严格执行“普查”或“详查”的比例尺。

进行小比例尺的面积性γ测量时一般不事先布置观测网,以自由路线测量为主。在确定普查路线时应充分考虑地质地形条件与普查精度。路线布置要灵活,但必须垂直或尽可能垂直于与成矿有利的构造线或岩层走向。

大比例尺γ测量时,根据选定的比例尺事先布置好观测网。观测网的基线(根据测区大小、地形条件复杂程度可用单基线、双基线或多基线),用经纬仪或罗盘仪测定,测线要垂直于基线(基线应与主要含矿构造方向一致),测线可用罗盘定向,测绳丈量距离,并做好测点的标志。γ详查除逐点测量外,还应在测线的两侧进行全面控制。

铀矿勘查中对γ测量精度及点线距的要求列于表5-6。

表5-6 γ普查和详查比例尺及精度要求

表5-6中的点距一般是指地形图上点与点的水平距离,实际工作中还有一个“记录点距”,就是在记录本上反应的点距；此点距在表5-6的基础上加密一倍。

野外γ测量的点距控制一般不太严格,重点地段或异常地段应该加密测量；在覆盖层较厚的地段可以适当放稀,但必须保证平均密度达到表5-6的要求。

(二)自然底数、正常底数及异常的确定

1.自然底数

辐射仪在放射性元素含量增高地段观测到的射线照射量率,实际上由下面几部分组成,即

I_总=I_仪器+I_宇宙+I_岩石+I_矿石=I_自+I_岩+I_矿(5-1)

式中：I_矿——矿体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产生的射线照射量率；

I_宇宙——宇宙射线的照射量率；

I_仪器——由于探测器材料不纯(含有放射性物质)或被污染而产生的照射量率,以及由于仪器漏电而产生的读数。

辐射仪的自然底数由I_宇宙和I_仪器两部分组成,即

I_自=I_仪器+I_宇宙(5-2)

仪器的自然底数并非一个常数,因为I_宇宙随地区不同而变化。I_仪器也会因污染程度不同、漏电所产生的读数也不可能一致。故在地面γ测量工作中,在一个新的地区,对每一台仪器都要实际测定其自然底数。测定自然底数的方法常用的有水面法与铅屏法两种。

(1)水面法

因为河流、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。所以水面上测得的射线照射量率实际上就是辐射仪的自然底数。这是目前测定辐射仪自然底数的主要方法。

实际经验证明,测定辐射仪的自然底数,并不一定要到大江大河中去测定,只要水面附近没有悬崖陡壁,水又未被放射性污染,只需选取20m²左右,1～1.3m深的水面即可。观测时将探头置于水域中央并使其靠近水面的位置,辐射仪的读数即为自然底数。把仪器手柄以下伸入水中,测得的自然底数更小些,但要确保仪器不漏水才可测量。

(2)铅屏法

在很难找到适合的水面条件下,可用铅屏法测定自然底数。

测量时先在无屏条件下读数,后在带铅屏的条件下读数。则

I_无屏=I_岩+I_自(5-3)

I_有屏=I_岩e^－μ·d+I_自(5-4)

根据式(5-3),有

I_自=I_无屏－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

放射性勘探技术

将式(5-7)代入式(5-5),有

放射性勘探技术

式中：μ——铅屏的有效衰减系数；

d——铅屏厚度。

铅屏的有效衰减系数μ与铅屏的形状和厚度有关。因此,实际工作中,要实际测定其有效衰减系数。测定方法简介于下：

在一个照射量率大于200γ的放射性岩石上,带铅屏和不带铅屏测量γ射线照射量率。由于仪器的自然底数远小于岩石的照射量率,故仪器的自然底数可忽略不计。因此有

I_无屏≈I_岩

I_有屏≈I_岩e^－μ·d(5-9)

即

放射性勘探技术

两边取自然对数,得

放射性勘探技术

故

放射性勘探技术

铅屏厚度以0.3～0.6cm为宜。根据实测结果,当铅屏厚0.3cm时,μ=3.9cm^－1,当d=0.6cm时,μ=3.1cm^－1。

2.正常底数(简称底数)

地壳表面岩石与土壤中正常放射性元素含量所产生的射线照射量率称为底数。正常底数随着地区、岩性(或地层)等因素的不同而不同。

正常底数就是I_岩,而我们测得的某点岩石的射线照射量率,则包含着自然底数。因此,要求取某种岩石的正常底数,就必须取同种岩石的若干个测点的射线照射量率的平均值并减去自然底数。

3.异常

严格地说,异常是指测值x≥

+3s的值(

为均值,s为均方差),其理论依据就是正态分布。但工程上常常用3

作为异常,如某岩性的正常底数为30γ,则在该岩性上进行放射性测量,90γ才算异常。

(三)地面路线γ测量工作方法

1)地面伽马测量仪器应达到仪器“三性”要求,即应具有良好的准确性、稳定性、一致性。为了确保仪器的“三性”,必须统一仪器的能量起始阈、统一标定仪器、统一测定仪器自然底数、统一仪器的三性检查。此外,工作前后要严格进行仪器工作灵敏度的检查,其误差不能超过±10%；仪器更换重要元件后,要对仪器进行必要的调试,重新进行标定。

2)工作前要将起始点标在地形图上。探测器要靠近地面(离地面5～10cm)左右摆动。要及时检查仪器工作状态,注意温度、湿度变化对测量的影响。工作路线不能是直线,必须沿“S”形方向前进,尽可能扩大探测范围。工作路线要尽量控制基岩出露较好的地段。观测点最好定在基岩(或风化基岩)上,并尽可能平整,使立体角ω接近2π,按点距要求进行测量,逐点进行记录(必须注明测点是定在某种基岩上还是定在浮土上),并及时标在路线图上。当遇到有利成矿地段和底数发生明显变化时,要注意加强追索和加密测点。

3)充分运用地质规律指导找矿。路线测量时要仔细观察并记录对成矿有关的构造、岩性、矿化和各种找矿标志,并及时标在地形图上。认真分析地形地貌特征、浮土覆盖等情况。如果遇到浮土地段γ照射量率偏高,则应刨坑测量。

4)发现异常后,对异常应进行较详细的追索,初步了解异常的分布范围、照射量率和异常所处的地质条件,做较详细的文字描述。对有意义的异常点(带)要编绘异常素描图、采集矿石标本,并做出适当的标志,以备检查。异常点的位置、最高照射量率、岩层、构造、产状等必须标在地形图上。如发现滚石异常,应追根求源。

5)路线测量工作结束后,要将终点位置标在地形图上。回到驻地后要检查仪器,整理记录和图件,对当天的工作进行小结,并向班组负责人汇报当天的工作情况。如果地质成果较好,还必须向分队有关地质物探技术人员汇报所获得的成果,同时交验记录本、图纸和标本。

(四)异常点(带)的标准、检查与处理

1.异常点(带)的标准

凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上,受一定构造岩性控制,异常性质为铀或铀钍混合者称为异常点。若γ射线照射量率未达到底数三倍以上,但照射量率偏高,高于围岩底数加三倍均方差,受明显地质因素控制,且有一定规模,也可称为异常点。

异常点受同一岩层或构造控制,其连续长度在20m以上者,称为异常带。

2.异常点(带)的检查与处理

1)发现异常后首先要检查仪器工作状态是否正常。

2)有意义的异常点带,须布置小范围的γ详测网,测线距一般2～5m,以控制异常为准。点距0.5m左右,进一步圈定异常的形态与规模。图5-2就是对已发现的异常进行确认,同时还要进一步查明异常赋存的地质条件和控制因素。如图5-2所示,检查线要垂直于异常晕的长轴方向。

图5-2 γ异常追踪示意图

1—印支期中粒花岗岩；2—断层破碎带；3—γ照射量率等值线；4—γ检查线

3)对所有的异常点(带),要统一编号,逐个进行登记；其中有意义的异常点(带),普查分队应组织地质、物探等有关人员到现场进行检查,对具有远景的异常,必须做出初步评价意见。

4)凡属有意义的异常,都应进行异常定性。使用四道γ能谱仪、射气仪确定异常是铀、钍或铀钍混合异常。在可能的条件下还可采集一些样品,分析铀钍含量与铀镭平衡系数。

5)在对异常进行检查与初步评价的基础上对异常点(带)进行分类排队,并划定值得进一步工作的远景地段,布置γ详查、综合找矿与地质测量任务。在此基础上,有重点地布置探槽、剥土、浅井、浅钻等山地工程进行揭露,确定其是否具有工业远景价值,是否有必要进行深部揭露评价工作。

(五)孔内伽马测量

这里的“孔”是指人工所挖的深坑或简单机械的施工的浅孔,而不是钻机所打的钻孔。这种伽马测量一般用用于检查射气测量、α径迹测量、²¹⁰Po法找矿等所发现的异常。

孔内γ测量因打孔工具不同又可分为浅孔γ测量与深孔γ测量。用人工打孔可用铁锨挖坑或钢钎打孔,深度为0.4～1.8m。使用的仪器主要是FD-3013型辐射仪、FD-3017型射气仪。深孔γ测量要用机械打孔(如美国绍尔单人背包式岩心钻机),孔深一般数十米。主要用于揭露评价异常点(带)和在具有远景的、被较厚沉积层覆盖的地区。

γ照射量率随深度而增高,或者在深部发现盲矿体是说明异常具有远景的重要标志。当异常与一定地质因素有关,并在深部消失,说明异常可能属于次生富集造成,意义不大。

(六)β+γ测量

铀镭之间的放射性平衡受到破坏,且显着偏铀而又无规律的地区可采用β+γ测量。这是因为铀组核素γ射线照射量率只占整个铀镭系的2%左右,而β射线照射量率则占整个铀镭系的41%,因此采用β+γ测量就不会漏掉平衡偏铀的异常。

β+γ测量的工作方法与γ测量相似。由于β射线穿透能力小,需要把探测器敞开测量,这样容易损坏仪器,受外界干扰辐射的影响大,一般不宜于做大面积普查。目前常用β塑料闪烁体为探测器的β测量仪,如FD-3010型辐射仪。主要用来在平衡偏铀的地区确定(β+γ)/γ的比值,并大致估算地表铀镭平衡的变化规律。

(七)地面γ测量的质量检查

质量检查是确保地面γ测量工作质量的重要措施之一。由于放射性元素分布的不均匀性,加之两次重复测量的几何条件难于一致。所以很难用两次重复观测的精度来表示地面γ测量的工作质量。

目前衡量地面γ测量的质量,还缺乏统一的标准。一般可从两个方面来衡量。其一,以漏掉异常的多少来衡量,如果检查测量发现遗漏异常多(比如说多达30%以上),特别是漏掉了具有远景意义的异常(哪怕是一个),则说明质量很差；第二,如果有较大范围的γ照射量率增高地段(即γ等值图中的γ偏高值与γ高值)被遗漏,也说明工作质量差。若漏掉的异常少且此类异常没有什么远景价值,又没有遗漏大范围的γ照射量率增高地段,则证明工作质量合乎要求。

无论地面γ普查或详查,检查工作量不应少于测区(或全工作区)总工作量的10%。检查工作一般在一个测站(或测区)结束后进行。检查时应贯彻“线面结合,以面为主”的原则,检查的仪器要与基本测量时的仪器类型相同,并经过重新标定。

布置检查线时,根据区域γ场特征、地质构造、岩性、矿化有利地段,或者认为有疑问的地段,有重点地布置检查线。可采取自检、互检和专门检查的方式进行,以互检为主。

⑼ 伽马射线探伤辐射范围是多少

伽马射线探伤辐射范围是50米。

伽马射线危害：

γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，

一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。

(9)测量伽马射线能量的方法扩展阅读：

伽马射线测量方法

γ光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用γ光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过测量光电子或正负电子对的能量推算出来。此外还可用γ谱仪（利用γ射线与物质相互作用）直接测量γ光子的能量。

由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测γ射线强度的常用仪器。

伽马射线主要危害

γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子。

如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。

⑽ γ辐射剂量率的测定

环境地表γ辐射剂量率是指田野、道路、森林、草地、广场以及建筑物内，地表上方一定高度处(通常为1m)由周围物质中的天然核素和人工核素发出的γ射线产生的空气吸收剂量率。吸收剂量表示单位质量物质所接受或吸收的平均辐射能量。吸收剂量的定义用公式表示为:吸收剂量 单位为Gy。 是质量为dm的物质吸收的电离辐射的平均能量。

γ辐射空气吸收剂量率仪主要有电离室型环境γ辐射空气吸收剂量率仪、塑料闪烁探测器的环境γ辐射空气吸收剂量率仪、具有能量补偿的计数管型环境γ辐射空气吸收剂量率仪以及具有能量补偿的热释光剂量计。

(1)技术要求

本法主要使用专用γ辐射剂量率仪器进行测量，要求测量环境地表γ辐射剂量率的仪表应具备以下主要性能和条件:

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

b.相对固有误差:<15%。

c.能量响应:50keV～3MeV相对响应之差<30%(相对¹³⁷Cs参考γ辐射源)。

d.角响应:0°～180°R/R≥0.8(¹³⁷Csγ辐射源)(R，角响应平均值;R，刻度方向上的响应值)。

e.温度:-10～+40℃(即时测量仪表)，-25～+50℃(连续测量仪表)。

f.相对湿度:95%(+35℃)。

仪器使用前要到校准实验室进行校准。

(2)仪器类型

用于环境γ辐射剂量率测定的仪器按探测器分类主要有电离室、闪烁探测器和计数管3种类型。

A.电离室。电离室是灵敏体积内充有适当气体的电离辐射探测器。探测器一般有高压极、收集极和保护极。高压极、收集极间加有高压电场。此电场不足以引起气体放大，但能够把电离辐射在灵敏体积内产生的离子电荷收集到电极上，供测量系统进行测量。环境γ放射性测量使用的电离室一般采用球形或圆柱形，见图66.23。电离室环境γ辐射空气吸收剂量仪的系统组成如图66.24所示。为提高灵敏度并缩小电离室体积，一般在灵敏体积内充有25～35kPa的高压气体，成为高气压电离室。

技术特点与存在问题。

a.常压电离室用于环境γ辐射剂量测查的优点是结构简单、能量响应好，缺点是灵敏度较低。在使用中，为提高灵敏度需要将灵敏体积做大，使仪器较为笨重，不便携带;常压电离室的灵敏度随温度气压的变化较大。测量时必须携带气压计，随时进行温度、气压修正。

图66.23 球形电离室示意图

图66.24 高气压电离室典型测量电路

b.高气压电离室用于环境γ辐射剂量测量的优点是由于充气压力高，测量灵敏度高于常压电离室;由于其密封特性好，不需要进行温度、气压修正，使用方便。存在的问题是在100keV以下电离室壁吸收会使读数偏低，增加壁厚可加强对低能放射性的吸收，改善电离室的低能响应，但缩小了电离室能量响应的范围。80keV以下的低能射线份额需要进行修正。

B.闪烁探测器。闪烁探测器主要有塑料闪烁体探测器和NaI晶体探测器

闪烁探测器是一种对于电离辐射灵敏的探测器。当电离辐射与闪烁体物质相互作用时，闪烁体物质的原子、分子被电离或激发，被电离或激发的原子、分子退激时，一部分电离、激发能量以光放射性形式释放，形成闪烁光。闪烁光被收集到光电转换器件上，发出光电子，产生输出信号。闪烁体发出的闪烁光与电离辐射的能量和空气比释动能有关。闪烁探测器的原理结构示意如图66.25。闪烁体探测器一般由闪烁体和光电转换器件组成。通常闪烁体通过光导与光电倍增管组成一体装入避光的暗盒中。

图66.25 闪烁探测器原理结构示意图

塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固熔体，属于有机闪烁体。环境γ辐射空气吸收剂量仪采用的闪烁体主要是能量响应较好的塑料闪烁体或在塑料闪烁体中加一定量的锡或在闪烁体外表面涂上一层ZnS(Ag)，使探测器的能量响应得到改善。

NaI(Tl)闪烁探测器具有灵敏度高的优点，由于其能量响应较差，所测量的数值偏差较大，在环境测量中已很少使用。也有经过技术改造后将其用于环境测量的。

技术特点与存在问题。

a.采用塑料闪烁体的仪器在25keV～1.3MeV范围内能量响应可达±10%，对于3MeV以上宇宙射线的高能量脉冲辐射易于出现饱和。其对于高能辐射的响应不好。

b.采用NaI(Tl)闪烁探测器的仪器对宇宙射线的响应小，而对低能量的γ射线响应过大。

c.由于光电倍增管的温度特性不好，使仪器随温度变化的特点十分明显。

C.高灵敏计数管。

图66.26 闪烁体探测器原理结构示意图

计数管是一种气体电离探测器，被探测的射线进入计数管灵敏体积内引起气体电离，生成正、负离子。后者在被电极收集过程中受电场加速获得足够能量，并再次使气体电离，即产生气体放大。放大终止后，在电场作用下正离子鞘向阴极漂移在阳极上感应出一

个电压脉冲。计数管在一定的工作电压下输出脉冲幅度相同，而与入射粒子能量、种类等无关。计数管输出的电压脉冲接入脉冲计数电路即可进行测量。若将脉冲计数率与计量率关系对应建立，就可以进行环境放射性空气吸收剂量测量。测量系统的原理电路如图66.26所示。

技术特点与存在问题。

a.计数管用于环境γ辐射空气吸收剂量测定具有系统简单、易于小型化的特点，可形成便携式现场测量仪器;同时其性能稳定，环境适应性好。它存在自身本底高、灵敏度较低、对低能响应大、需要进行能量平衡等缺点。

b.一般情况下，可用于环境水平测量的计数管自身本底大多在每分钟20～50个脉冲，约为40～100nGy/h。

(3)仪器的选择

由于高气压电离室对高能的宇宙射线响应好，由于其电离室壁是不锈钢材料，故对陆地辐射低于50keV的低能响应较差。塑料闪烁探测器低能区响应好，高能区响应差。所以，专业实验室常选择塑料闪烁体探测器和高气压电离室仪器共同进行环境测量，以实现互补。

各类环境γ辐射空气吸收剂量仪的对比见表66.14。

表66.14 各类环境γ辐射空气吸收剂量仪的对比

续表

(4)测量方法

环境地表γ辐射剂量率测量方式分两种。

a.即时测量。用各种γ剂量率仪直接测量出点位上的γ辐射空气吸收剂量率瞬时值。

b.连续测量。在核电厂等大型核设施的环境固定监测点上，测量从本底水平到事故的环境辐射场空气吸收剂量率的连续变化值。布设在固定监测点位上的热释光剂量计测出一定间隔时间内环境辐射场的累积剂量值。

(5)测量步骤

两种测量方法的测量程序都应按仪器校准、天然本底测量、测量点的确定、测点测量4个步骤进行。

A.仪器检查和校准。使用仪器前后，应认真检查，通常用监督源检查仪器的工作状态，确认其状态正常，方可使用。当仪器没有监督源时，可采用固定条件下的状态检查。

将仪器放置在一个固定地点上(室内、外均可)。由于雨雪天测量时本底值将明显降低，因此，室外测点应避免雨雪天测量。要求测点周围没有外来放射性干扰。长期测量该点的本底读数值，每次测量取10个读数，计算平均值D_b，并绘出D_b变化曲线。每次测量的10个读数的平均值与长期观测该点的平均值D_b相对变化小于10%，则视为仪器正常，方可对仪器进行校准。

较好的办法是找一个空旷地带(距附近高大建筑物30m以上，高1.5m的地面上)，放置一两个与测量对象核素和能量相似的标准源(Ra源即可)，将仪器探测器与源处于同一水平线，按式(66.58)建立不同I与仪器读数的关系曲线(横坐标表示已知剂量率，纵坐标表示仪器读数)。减去仪器本底后，使曲线通过原点，横坐标与曲线的夹角为α，仪器读数与cotα的乘积即为校准后的某点剂量率。

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:R为源中心距探测器中心的距离;A为源的γ常数，1mg镭源距探测器1m处A为825×71.667fC/(kg·s);I为以γ单位表示的剂量率。

B.天然本底的测量。在进行γ辐射剂量率测量时需扣除仪表对宇宙射线的响应部分。不同仪表对宇宙射线的响应不同，可根据理论计算，或在水深大于3m，距岸边大于1000m的淡水面上测量或与对宇宙射线响应已知的仪表比较得出。环境γ辐射空气吸收剂量本底测量一般在室外选点，测量点应距离附近高大建筑物30m以上的空旷地带(最好在土地上)，距地面100cm处进行测量。测量10个读数，计算平均值和平均值的标准偏差。

C.测量点的确定。测量的目的决定于测量点位置的布设。在一般建筑材料和建筑物内进行环境检测时，应按照测量目的和源项的照射途径，以及人群活动情况分别确定测量点位的布设。建筑材料测量应按照检测模型情况，将测量点设置在模型中央。探测器距模型表面50～100cm。

全国性或一定区域内的环境γ辐射本底调查，对同一网格点的建筑物、道路和原野(城市中的草坪和广场)，γ辐射剂量率的测量可同时进行。

D.测量。

a.室内测量。要考虑建筑物的类型和层次。测量点一般选择在室内中央，距地面100cm处进行测量。若出现测量值异常时，则应按照100cm间距进行网格划分测量，以确定异常点的位置。距离墙壁应大于100cm。

b.室外测量。在城市中的道路、草坪和广场测量时，测点距附近高大建筑物的距离需大于30m，并选择在道路和广场的中间地面上1m处。

测量点应距离附近高大建筑物30m以上，距地面100cm处进行测量。室外环境地表测量时应考虑到降雨、降雪，以及氡、钍射气的析出与扩散、地面植被情况等因素的影响。所在山地丘陵地区还应注意到岩石露头的影响。

(6)剂量估算

环境γ辐射对居民产生的有效剂量当量可用下式进行估算:

岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析

式中:H_e为有效剂量当量，Sv;D_γ为环境地表γ辐射空气吸收剂量率，Gy·h^-1;K为有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值，本方法采用0.7Sv·Gy^-1;t为环境中停留时间，h。