劉開隆，杜珍玉，程 旭

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450000；2.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450000）

地面伽馬能譜測(cè)量方法是以核物理和地球物理理論為基礎(chǔ)，兼有地球化學(xué)方法特點(diǎn)的一種放射性勘查方法。其根據(jù)天然放射性核素的伽馬射線能量差異，從而確定巖石（土壤）中的鈾、釷、鉀的含量及照射量率強(qiáng)度。在礦產(chǎn)地質(zhì)勘查中，地面伽馬能譜測(cè)量根據(jù)巖石中的原生暈，或者根據(jù)疏松風(fēng)化產(chǎn)物或覆蓋沉積物中的次生(表生)暈和分散流來查明放射性或非放射性礦床。鈾是重要的不同礦床指示元素之一。通過研究巖石或土壤中鈾、釷、鉀元素的富集和貧化、它們的比例特征在特定地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造條件下與其他指示元素之間的正或負(fù)的相關(guān)關(guān)系，并查明異常成因，達(dá)到圈定礦體或地質(zhì)體的目的[1]。

但是由于地面伽馬能譜在測(cè)量過程會(huì)受到地表植被、局部土壤元素富集等多種因素的影響，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不能反映出探測(cè)目標(biāo)區(qū)域中的真實(shí)情況，所以對(duì)測(cè)量獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)干擾消除是非常有必要的[2]。

1 伽馬能譜測(cè)量的原理

地面伽馬能譜測(cè)量的基本方法，就是使用伽馬能譜儀對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行直接測(cè)量，在一次測(cè)量中可獲得和鈾（U）、釷（Th）、鉀（K）含量以及伽馬總照射量率四個(gè)參量。根據(jù)各參量的差異及比值關(guān)系可以有效地區(qū)分異常性質(zhì)，也可通過對(duì)基巖中鈾（U）、釷（Th）、鉀（K）的分布規(guī)律來研究許多有關(guān)地質(zhì)問題。

注：資料來源于《地面γ能譜測(cè)量技術(shù)規(guī)程》

2 熵平均法[3]

2.1 理論基礎(chǔ)

“熵”(entropy)是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯(Rudolf Clausius)在1850年提出的一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。1948年C.E.Shannon提出了平均信息量熵函數(shù)，將熵的概念引入信息論中。在現(xiàn)代信息論中，熵表示的是不確定性的量度。如果對(duì)于所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。1957年，Jayne提出了最大熵原理，他認(rèn)為在只掌握部分信息的情況下要對(duì)分布做出判斷時(shí)，應(yīng)該選取符合約束條件的，且熵值取最大的概率分布。這樣可以做出唯一不偏不倚的選擇。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

使用熵平均法處理原始測(cè)量數(shù)據(jù)的步驟是：

（1）選取剖面上測(cè)點(diǎn)中連續(xù)的n個(gè)點(diǎn)，其值分別為X1，…，Xn。

（2）從 值X1，…，Xn的 各 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) 中，選 取 能 使取極大值的測(cè)點(diǎn)。其中

此時(shí)的觀測(cè)點(diǎn)即為X0

（4）沿著測(cè)線方向依次移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)，重復(fù)上述步驟，完成整條剖面的計(jì)算。其中，n可以取1至所有剖面上實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)之間的任意值，一般經(jīng)驗(yàn)取3、5或7。本次處理選取3。

處理過程通過使用Fortran編程予以實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)際應(yīng)用

選取南陽(yáng)南召縣南河店鎮(zhèn)某地面伽馬能譜測(cè)量剖面，剖面共計(jì)74個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)距50m，剖面總長(zhǎng)3650m。運(yùn)用Grapher繪圖軟件，分別對(duì)K、U、Th的原始測(cè)量數(shù)據(jù)及熵平均處理后的數(shù)據(jù)繪制單剖面對(duì)比圖，結(jié)果如下圖所示：

圖1 原始測(cè)量數(shù)據(jù)與熵平均處理后數(shù)據(jù)對(duì)比圖

其中，藍(lán)色實(shí)線為原始測(cè)量數(shù)據(jù)，紅色虛線為熵平均處理后所得數(shù)據(jù)。由圖可看出，經(jīng)過熵平均濾波處理后，曲線形態(tài)與原始數(shù)據(jù)曲線形態(tài)相似，變化形態(tài)也趨于一致，且剖面線更加平滑，部分隨機(jī)干擾得到了有效的壓制，56號(hào)點(diǎn)位處的假異常得以消除，20號(hào)、35號(hào)、71號(hào)點(diǎn)位處的異常很好的保留，并更加清晰。由此可以初步推斷出經(jīng)過熵平均濾波處理，可以有效壓制局部跳躍點(diǎn)，且對(duì)異常削弱較少。

4 結(jié)論及建議

通過對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)及熵平均處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以初步判定熵平均處理方法可以有效的消除實(shí)際測(cè)量中的隨機(jī)干擾，對(duì)局部跳躍點(diǎn)有很好的壓制，且對(duì)異常削弱較少。

但本次處理僅選用步長(zhǎng)為3的處理方法，在實(shí)際工作中，可對(duì)比選取其他步長(zhǎng)值來進(jìn)行處理，對(duì)比分析得出最優(yōu)結(jié)果。