董根旺 中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院

一、航空放射性測量基本原理

天然輻射廣泛存在，但直到100多年前，人們才發(fā)現(xiàn)了射線和放射性。自然界有一些元素的原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，能自發(fā)地發(fā)生變化，由一種原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核，并伴隨著放出一種特殊射線，這種現(xiàn)象稱為核衰變，這樣的元素稱為天然放射性核素（同位素）。放射性核素衰變時(shí)放射出的射線與物質(zhì)相互作用會(huì)產(chǎn)生的各種效應(yīng)，放射性測量的基本原理便是基于這些效應(yīng)。

核衰變放出的射線最常見的有三種：α射線（氦核）、β射線（電子）和γ射線（光子）航，航空放射性測量利用的是γ射線，測量的主要是鈾、釷、鉀的含量。由于鈾、釷是主要的核工業(yè)原料，也是除核事故外最有可能影響人類輻射環(huán)境的元素，而鉀元素在地殼巖石中廣泛分布，因此測量巖（礦）石中鈾、釷、鉀的含量有重要意義。

另一方面，因?yàn)樘烊环派湫院怂剽櫹?、釷系和40K放射有特征能量的γ射線，如下圖所示?？梢钥吹剑徽撌悄Ｐ蜕峡者€是典型花崗巖體上空，γ射線譜均有清晰可見的三個(gè)能量譜峰，分別為2.62MeV（釷系）、1.762MeV（鈾系）、1.462MeV（40K），并且這些射線受干擾少，是測量鈾、釷、鉀含量的首選γ射線組。

高空γ射線能譜測量圖

為了將航放測量的計(jì)數(shù)率（cps）換算得到巖（礦）石中鈾、釷、鉀的含量，常用的是選擇以這三個(gè)能量峰為中心，分別選擇三個(gè)譜段。通常是：鉀道(K)道寬：1.37～1.57MeV；鈾道(U)道寬：1.66～1.87MeV；釷道(Th)道寬：2.41～2.81MeV；總道(TC)道寬：0.4～3.0MeV。

雖然這三個(gè)能量峰清晰可見，但互有干擾，為了消除相互影響，最好的辦法是將測量系統(tǒng)在已知鈾、釷、鉀含量的標(biāo)準(zhǔn)模型上進(jìn)行標(biāo)定。同時(shí)由于航空放射性測量是在空中進(jìn)行，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)做一些特殊的校正，如消除飛行器本身材料中放射性核素影響的飛機(jī)本底校正，消除宇宙射線影響的本底校正，消除γ射線經(jīng)介質(zhì)（主要是空氣）散射而影響低能道的康普頓散射校正，消除飛行高度變化影響的高度校正以及大氣氡校正。

二、航空放射性測量的應(yīng)用

航空放射性測量應(yīng)用廣泛，主要有以下幾個(gè)方面。

（一）放射性礦產(chǎn)資源勘查。顯然，航空放射性測量可以直接尋找鈾、釷、鉀等放射性礦產(chǎn)，對(duì)于鈾礦勘查，一是尋找火山巖硬巖型鈾礦床，二是預(yù)測碳硅泥巖型鈾礦成礦有利地帶，三是尋找沉積砂巖型鈾礦。砂巖型鈾礦是目前尋找的重點(diǎn)鈾礦類型，但由于其通常品位低、埋深大，需采用多元素組合參數(shù)進(jìn)行弱信息增強(qiáng)處理，提取與砂巖型鈾礦有關(guān)的礦致信息。另外還可以利用航空放射性測量尋找勘查與放射性元素有共生關(guān)系的多金屬、貴金屬、稀土金屬和非金屬礦床，如金礦、銅鉛鋅礦、鉬礦、銀礦、磷礦等。

（二）地質(zhì)填圖。根據(jù)不同巖（礦）石中放射性元素含量差異，可以利用航空放射性數(shù)據(jù)進(jìn)行巖性單元填圖，區(qū)分各類巖體或地層?；鸪蓭r是地殼放射性元素的主要來源，不同性質(zhì)不同來源的火成巖放射性元素含量有差異，利用快速獲得的大量放射性數(shù)據(jù)在細(xì)化火山巖組尤其是在區(qū)分花崗巖深成巖體或基巖方面有很好的的效果。并且由于蒸發(fā)巖、碳酸巖、砂巖和泥頁巖通常放射性元素含量是不同的，利用航空放射性數(shù)據(jù)進(jìn)行沉積盆地巖相填圖也十分有效。為了更好地發(fā)揮放射性數(shù)據(jù)在地質(zhì)填圖中的作用，通常結(jié)合地形圖、遙感數(shù)據(jù)及衛(wèi)星圖片等資料進(jìn)行綜合解釋。

（三）油氣資源勘查。上世紀(jì)50年代到80年代，美國進(jìn)行了大量的放射性測量尋找油氣田的工作，一項(xiàng)研究工作表明72.7% 的油氣田有明顯的歸一化鉀異常和鈾異常。我國東部五個(gè)油氣田區(qū)中62個(gè)已知油氣田的航空放射性測量結(jié)果的研究表明，66.1% 的已知油氣區(qū)與放射性低值相關(guān)，主要表現(xiàn)為鉀和鈾低。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明油氣田上方的放射性異常確實(shí)存在，但油是碳?xì)浠衔?，本身沒有放射性，油氣田上方的放射性異常形成機(jī)理目前仍在研究當(dāng)中。同時(shí)由于油氣區(qū)的放射性異常信息微弱，且存在巖性干擾，目前油氣田勘查已較少應(yīng)用航空放射性數(shù)據(jù)。

（四）輻射環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測。輻射環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測包括輻射環(huán)境水平調(diào)查及核事故應(yīng)急監(jiān)測。輻射環(huán)境水平調(diào)查目的有二：一是為公眾和建設(shè)選擇環(huán)境適宜地區(qū)；二是為今后核污染提供背景資料，可以充分利用以往航空物探調(diào)查時(shí)獲得的航空放射性數(shù)據(jù)。核事故應(yīng)急監(jiān)測主要是針對(duì)突發(fā)性核事件進(jìn)行的監(jiān)測工作，包括核實(shí)驗(yàn)、核電站泄漏等過程產(chǎn)生的放射性塵埃及碎片，監(jiān)測的對(duì)象以人工核素為主。近些年我國曾針對(duì)鄰國核試驗(yàn)、福島核電站事故等突發(fā)事件對(duì)我國東部相關(guān)地區(qū)進(jìn)行過核應(yīng)急航空監(jiān)測飛行。

三、總結(jié)

經(jīng)過60多年的應(yīng)用和發(fā)展，我國航空放射性測量已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，獲得了大量的測量數(shù)據(jù)，為我國礦產(chǎn)資源勘查尤其是鈾礦勘查提供了有力的支持。根據(jù)我國目前航空物探工作形勢，筆者認(rèn)為，加強(qiáng)對(duì)已獲得的航空放射性數(shù)據(jù)的二次開發(fā)，以及拓展航空放射性數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域并深入研究其應(yīng)用原理，是今后一段時(shí)間航空放射性測量的重點(diǎn)工作。