李敬敏，米耀輝，駱遙

(中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

鈾是重要的戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)，是保障核工業(yè)發(fā)展的主要原料，事關(guān)我國(guó)核安全的根本?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)工作的決定》明確提出“加強(qiáng)鈾礦勘查，盡快探明一批新的礦產(chǎn)地”，《找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)綱要(2011～2020年)》則指出了我國(guó)鈾礦找礦和勘查方向。2006～2014年由原國(guó)土資源部規(guī)劃、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施了《全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)》專項(xiàng)，專項(xiàng)歷時(shí)8 年，完成了我國(guó)陸域25種重要礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)工作，提交了完整的全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)成果[1]。《全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)》專項(xiàng)下設(shè)“全國(guó)鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)”項(xiàng)目，由中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局具體組織實(shí)施，通過(guò)對(duì)鈾礦成礦預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、物化遙數(shù)據(jù)處理與綜合研究、全國(guó)鈾礦成礦規(guī)律總結(jié)及成礦區(qū)劃等研究，圈定、優(yōu)選出一批成礦遠(yuǎn)景區(qū)和預(yù)測(cè)區(qū)，預(yù)測(cè)全國(guó)1 km以淺鈾礦資源量超過(guò)2 000 000 t[2],有利推動(dòng)了我國(guó)鈾資源評(píng)價(jià)工作。巖石、土壤中賦存的天然放射性核素包括鉀(40K)、鈾(238U)、釷(232Th)等，可以使用航空γ能譜方法(airborne gamma-ray spectrometry，AGRS)測(cè)量其放射性衰變產(chǎn)生的γ射線[3]，AGRS在鈾礦找礦和勘查中具有極重要的作用。我國(guó)航空γ能譜測(cè)量直接發(fā)現(xiàn)鈾礦床 53個(gè)，占鈾礦床總數(shù)的16%，但相對(duì)航空磁測(cè)而言，我國(guó)航空放射性測(cè)量整體工作程度仍不高[4]。全國(guó)鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)中雖然開(kāi)展了航空γ能譜數(shù)據(jù)處理與異常提取工作，但期間實(shí)施的航空γ能譜測(cè)量十分有限，沒(méi)有將航空放射性測(cè)量的效能充分發(fā)揮。進(jìn)入新時(shí)代，地質(zhì)調(diào)查工作對(duì)航空地球物理勘查技術(shù)提出了更高的要求，特別是在鈾礦等關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源方面。20世紀(jì)70～80年代，美國(guó)曾實(shí)施國(guó)家鈾資源評(píng)價(jià)(NURE)計(jì)劃，圈定資源有利區(qū)并評(píng)估鈾資源，使得美國(guó)U3O8資源總量從1968年的1 440 000 t增加到1980年的4 030 000 t，鈾精礦產(chǎn)量在1980年達(dá)到巔峰，航空γ能譜測(cè)量發(fā)揮了重要效果。然而，國(guó)內(nèi)關(guān)于NURE的介紹幾乎空白，為此筆者通過(guò)回顧這一國(guó)際上最大規(guī)模的航空γ能譜測(cè)量(含航磁測(cè)量)，在總結(jié)NURE中航空地球物理勘查的同時(shí)，闡述了關(guān)于發(fā)展我國(guó)航空γ能譜的思考，以期為新時(shí)代發(fā)展中國(guó)特色的航空地球物理勘查理論、方法、技術(shù)提供借鑒。

1 NURE計(jì)劃

1973年第四次中東戰(zhàn)爭(zhēng)(十月戰(zhàn)爭(zhēng))爆發(fā)，石油輸出國(guó)組織(Organization of the Petroleum Exporting Countries，OPEC)宣布石油禁運(yùn)，原油價(jià)格從每桶3美元飆升到每桶近12美元，第一次石油危機(jī)由此爆發(fā)。應(yīng)對(duì)石油危機(jī)，美國(guó)政府采取了刺激鈾資源勘探的措施。1973年美國(guó)原子能委員會(huì)(Atomic Energy Commission，AEC)發(fā)起了國(guó)家鈾資源評(píng)價(jià)(National Uranium Resource Evaluation，NURE)計(jì)劃[5]，旨在評(píng)價(jià)美國(guó)的鈾資源；1974年10月11日，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)《能源重組法案》(Energy Reorganization Act of 1974)，AEC一分為二，成立美國(guó)能源研究與開(kāi)發(fā)管理局(Energy Research and Development Administration，ERDA)，NURE計(jì)劃隨之移交；1977年，ERDA同聯(lián)邦能源管理局(Federal Energy Administration，F(xiàn)EA)合并，成立了美國(guó)能源部(United States Department of Energy，DOE)，DOE正式主導(dǎo)NURE計(jì)劃[6]?？ㄌ卣驞OE加速NURE計(jì)劃，使之能為1980年底或1981年初制定政策提供依據(jù)。1984年美國(guó)國(guó)會(huì)停止撥款，NURE計(jì)劃最終完成。

NURE計(jì)劃具體由設(shè)在科羅拉多州大章克申(Grand Junction，Colorado)的辦公室(Grand Junction Office，GJO)管理，總承包商為著名的Bendix Field Engineering Corporation(BFEC)。NURE計(jì)劃主要包括：航空γ能譜和航磁測(cè)量、全國(guó)水文地球化學(xué)和河流沉積物調(diào)查(National Hydrogeochemical and Stream Sediment Reconnaissance，HSSR)、地下地質(zhì)調(diào)查等7個(gè)部分[7]，也有報(bào)告稱NURE分為9個(gè)部分[8]。

航空γ能譜與航磁測(cè)量、HSSR以及地下地質(zhì)調(diào)查屬于NURE計(jì)劃的3個(gè)獨(dú)立部分。航空γ能譜與航磁測(cè)量、HSSR均是按1°×2°的1∶250 000美國(guó)國(guó)家地形圖(national topographic map series，NTMS)進(jìn)行調(diào)查，航空地球物理勘查由多家商業(yè)承包商分包，HSSR則由DOE所屬國(guó)家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)，包括：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory)、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Los Alamos National Laboratory)、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)、薩凡納河國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Savannah River National Laboratory)[8]。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都研發(fā)了樣品采集、分析和數(shù)據(jù)管理方法，并請(qǐng)分包商協(xié)助工作。地下地質(zhì)調(diào)查主要利用以往γ測(cè)井資料提供資源量估計(jì)數(shù)據(jù)，某些地區(qū)DOE則自行鉆探，評(píng)估鈾資源量，提高評(píng)價(jià)的可靠性。NURE計(jì)劃絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)已提供給美國(guó)地質(zhì)勘探局(U.S. Geological Survey，USGS)，目前，USGS網(wǎng)站(https://pubs.er.usgs.gov/)以公開(kāi)報(bào)告形式公布了大部分?jǐn)?shù)據(jù)。USGS公布了美國(guó)本土(48個(gè)州)1°×2°圖幅459幅和阿拉斯加1°×2°圖幅98幅的航空地球物理勘查數(shù)據(jù)[6]，USGS還持有HSSR約380 000個(gè)原始沉積物樣本，并公布了含397 625 條記錄的沉積物地球化學(xué)和水的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)[8]。

2 航空地球物理勘查

航空地球物理勘查是NURE最重要的組成部分之一，包括航空γ能譜測(cè)量和航空磁測(cè)兩種技術(shù)手段，采用聯(lián)合作業(yè)的方式進(jìn)行勘查。主要目標(biāo)是通過(guò)航空地球物理勘查快速測(cè)量并評(píng)估國(guó)家和區(qū)域尺度的天然放射性核素分布及不同地質(zhì)單元的含量分布；為地球化學(xué)和地質(zhì)采樣提供相對(duì)有利區(qū)信息，結(jié)合其他調(diào)查數(shù)據(jù)和地質(zhì)建模，確定后續(xù)詳查區(qū)域及工業(yè)勘探區(qū)塊；為新區(qū)塊或勘探程度較低的區(qū)域提供前期勘探，以減少工業(yè)部門的重復(fù)勘探工作[9-21]。航空地球物理勘查從1974年開(kāi)始，持續(xù)到1981年終結(jié)，每個(gè)調(diào)查區(qū)范圍為 1∶250 000 NTMS圖幅，即緯度為1°經(jīng)度為2°的四邊形，覆蓋范圍為美國(guó)本土和阿拉斯加，總計(jì)達(dá)557個(gè)圖幅，基本覆蓋了整個(gè)美國(guó)。每個(gè)調(diào)查區(qū)設(shè)計(jì)的飛行高度122 m(真高)，測(cè)線方向?yàn)镋W向，間距約5～10 km，個(gè)別區(qū)加密約2 km，美國(guó)西部地區(qū)的調(diào)查大多以5 km間隔飛行，東部地區(qū)的調(diào)查大多以10 km間隔飛行[6]；切割線方向?yàn)镾N向，間距約15～30 km。具體執(zhí)行航空地球物理勘查的承包商包括Texas Instruments Inc、Aero Service、Geodata International Inc、LKB Resources Inc、Geometrics、High Life Q.E.B. Inc、Geo-Life Inc、Carson Geoscience等公司。為了較為詳細(xì)地討論NURE具體的航空γ能譜和航磁勘查情況，筆者將以美國(guó)新墨西哥州NURE區(qū)塊調(diào)查情況進(jìn)行分析和討論。

新墨西哥州(New Mexico，NM)屬美國(guó)西南部4州之一，與猶他州、科羅拉多州和亞利桑那州共享四角區(qū)域，北接科羅拉多州，西接亞利桑那州，東北鄰俄克拉何馬州，東部和南部與得克薩斯州毗連，西南與墨西哥接壤。新墨西哥州共涉及22個(gè)1°×2°圖幅范圍(圖1)。

圖1 新墨西哥州區(qū)塊1°×2°圖幅及地形Fig.1 Quadrangles of New Mexico and digital topography

2.1 測(cè)量方法技術(shù)

新墨西哥州海拔最高4 013 m為惠勒峰(Wheeler Peak)，海拔最低618 m為紅崖水庫(kù)(Red Bluff Reservoir)地區(qū)(德克薩斯州邊界附近)，落基山脈南部延伸至此，屬中高山區(qū)。為了保證航空γ能譜測(cè)量的有效性，除固定翼飛機(jī)外，還采用了直升機(jī)，以降低測(cè)量高度。新墨西哥州區(qū)塊(圖1紅框內(nèi))測(cè)量中實(shí)際使用的直升機(jī)有西科斯基Sikorsky S-58T、貝爾Bell 212、 法國(guó)宇航Aérospatiale SA 315B LAMA；使用的固定翼飛機(jī)為道格拉斯Douglas DC-3(1935年DC-3飛機(jī)首飛，在第二次世界大戰(zhàn)中廣泛使用，目前DC-3仍在世界范圍內(nèi)服役，中國(guó)南極科考執(zhí)行航空地球物理調(diào)查的“雪鷹601”飛機(jī)就是由DC-3改裝而來(lái))、格魯曼Grumman S2F Tracker。實(shí)際測(cè)量中測(cè)線間距約4.8 km或9.6 km，切割線間距約19.2 km或38.4 km，測(cè)量的平均離地飛行高度為134 m[9-21]。

圖2給出的新墨西哥州區(qū)塊測(cè)網(wǎng)和飛行高度表明NURE航空地球物理測(cè)量的復(fù)雜性，各1°×2°區(qū)塊測(cè)量中比例尺或測(cè)線間距不盡相同，例如拉頓(Raton)圖幅和圣菲(Santa Fe)圖幅，拉頓幅測(cè)線間距約9.6 km，而圣菲幅測(cè)線間距約4.8 km，后者比例尺比前者大1倍；同一1°×2°區(qū)塊測(cè)量中測(cè)量比例尺或測(cè)線間距可能也不盡相同，例如圖拉羅薩(Tularosa)圖幅中西北和東南部分的測(cè)線間距為 9.6 km，東北和西南部分的測(cè)線間距為4.8 km，后者比例尺比前者大1倍；同一1°×2°區(qū)塊測(cè)量中測(cè)線方向存在不同，盡管整體設(shè)計(jì)中測(cè)線方向?yàn)镋W向，但個(gè)別區(qū)塊部分測(cè)線方向進(jìn)行了調(diào)整，例如道格拉斯(Douglas)圖幅和銀市(Silver City)圖幅西部測(cè)線方向?yàn)镾N向，同圖幅東部不同；同一1°×2°區(qū)塊測(cè)量中使用機(jī)型或飛行高度可能不同，例如圣菲(Santa Fe)圖幅內(nèi)西北部(106°W～105°W，35.5°N～36°N)飛行高度(真高)明顯較該圖幅其他區(qū)域低，該部分屬落基山脈由Aérospatiale SA 315B LAMA直升機(jī)執(zhí)行測(cè)量，SA315B LAMA是目前升限最高的直升機(jī)，而圣菲幅其他部分則是由Grumman S2F Tracker固定翼飛機(jī)執(zhí)行測(cè)量的，直升機(jī)測(cè)量區(qū)域的地形條件雖更差，但測(cè)量高度卻較同一圖幅中固定翼飛機(jī)顯著降低[18]；不同的1°×2°區(qū)塊可能由同一承包商連續(xù)飛行測(cè)量，例如船艦巖(Shiprock)、蓋洛普(Gallup)和阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅的航跡和高度均較為一致，實(shí)際上這3個(gè)區(qū)塊均是由喬美特利(Geometrics)公司執(zhí)行測(cè)量[17]；部分1°×2°區(qū)塊測(cè)量中存在測(cè)量空白，例如，拉斯克魯塞斯(Las Cruces)圖幅，由于歷史原因測(cè)量空白，也造成了后續(xù)編圖中部分?jǐn)?shù)據(jù)空白；部分1°×2°區(qū)塊測(cè)量中存在部分測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)效，阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅，儀器原因造成部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失；部分1°×2°區(qū)塊測(cè)量中測(cè)線偏航較大，例如卡爾斯巴(Carlsbad)圖幅。因此，NURE航空地球物理勘查中各1°×2°區(qū)塊測(cè)量中盡管都遵從了BFEC的技術(shù)要求，但實(shí)際上卻根據(jù)各個(gè)區(qū)塊的具體情況進(jìn)行了有針對(duì)性的飛行測(cè)量，最大程度上保證了測(cè)量的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性。

圖2 新墨西哥州區(qū)塊測(cè)網(wǎng)和飛行高度[9-21]Fig.2 Flight height of New Mexico NURE aeromagnetic and aeroradiometric data[9-21]

測(cè)量使用的儀器包括航空γ能譜儀、磁力儀、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、氣壓高度計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、溫度傳感器、數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)、模擬記錄儀、35 mm跟蹤照相機(jī)等。航空γ能譜儀采用了多道譜儀，例如GR-800能譜儀；能譜儀采用NaI(Tl)晶體探測(cè)晶體，并配備了上視晶體監(jiān)測(cè)大氣氡(214Bi)；固定翼飛機(jī)采用的探測(cè)晶體體積更大，例如拉頓(Raton)圖幅和圣菲(Santa Fe)圖幅測(cè)量中固定翼飛機(jī)采用的晶體體積為4 096 in3(含上視晶體512 in3)，而直升機(jī)晶體體積僅為2 304 in3(含上視晶體256 in3)[18]；飛行速度同晶體體積對(duì)應(yīng)[22]，NURE中規(guī)定下視晶體體積與飛行速度比(V/V)應(yīng)高于20(比值中，晶體體積單位采用立方英寸，速度單位采用英里每小時(shí))[9-21]。航空γ能譜測(cè)量進(jìn)行了系統(tǒng)標(biāo)定，飛行開(kāi)始前和飛行結(jié)束后均測(cè)定了探測(cè)器能量分辨率和能譜峰漂情況，測(cè)量中實(shí)施了相應(yīng)的前校測(cè)量和后校測(cè)量，并進(jìn)行能量分辨率和能譜峰漂監(jiān)控。航空γ能譜測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定分別在科羅拉多州大章克申的Walker Filed機(jī)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定設(shè)施(即放射性模型坪，圖3)[23]和亞利桑那州米德湖(Lake Mead, Arizona)動(dòng)態(tài)帶[24]進(jìn)行，標(biāo)定內(nèi)容包括飛機(jī)本底標(biāo)定、宇宙射線系數(shù)標(biāo)定、大氣氡影響系數(shù)標(biāo)定、康普頓散射系數(shù)標(biāo)定、高度衰減系數(shù)標(biāo)定、空中靈敏度標(biāo)定。

航磁測(cè)量采用吊掛模式，無(wú)需磁干擾場(chǎng)補(bǔ)償，使用的航空磁力儀包括磁通門磁力儀、質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，磁力儀靈敏度為0.1 nT或0.25 nT。航空磁測(cè)時(shí)，地面設(shè)有基站，用以測(cè)量地磁場(chǎng)隨時(shí)間變化(磁日變)。那時(shí)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)尚未廣泛應(yīng)用，導(dǎo)航定位系統(tǒng)使用了甚低頻導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等，航跡恢復(fù)采用35 mm跟蹤照相進(jìn)行判圖。數(shù)據(jù)收錄主要采用磁帶記錄，但不同設(shè)備的采集數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后分別記錄在不同的磁帶上，后續(xù)數(shù)據(jù)處理中需要對(duì)收錄的不同設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理部分包括磁帶數(shù)據(jù)導(dǎo)出、航跡恢復(fù)、原始數(shù)據(jù)編輯、合并等，由于當(dāng)時(shí)還沒(méi)有應(yīng)用數(shù)字技術(shù)和GNSS技術(shù)，這部分例行的數(shù)據(jù)處理極繁瑣，特別是利用照片判圖進(jìn)行航跡恢復(fù)，只能采用核對(duì)照片和地圖的方式進(jìn)行手工定位。航空γ能譜數(shù)據(jù)處理主要是通過(guò)各項(xiàng)校正來(lái)確定40K、238U、232Th 的核素含量，其中各項(xiàng)校正包括活時(shí)間(live time)校正、飛機(jī)本底和宇宙射線校正、康普頓散射校正、大氣氡校正、高度校正、含量換算等，這部分校正處理包括對(duì)系統(tǒng)標(biāo)定的數(shù)據(jù)處理基本同國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)323技術(shù)報(bào)告[3]或《航空伽瑪能譜測(cè)量規(guī)范》(EJ/T1032-2018)[22]相一致或類似，關(guān)于標(biāo)定具體實(shí)例和數(shù)據(jù)處理細(xì)節(jié)可以參考近年來(lái)對(duì)AGS—863 航空γ能譜勘查系統(tǒng)的標(biāo)定[25]，這里不再進(jìn)行討論。航磁數(shù)據(jù)處理主要進(jìn)行磁日變校正和正常地磁場(chǎng)校正，其中正常地磁場(chǎng)校正使用了國(guó)際地磁參考場(chǎng)(International Geomagnetic Reference Field，IGRF)。 數(shù)據(jù)處理還包含了質(zhì)量控制部分，包括對(duì)能譜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等，同時(shí)也對(duì)飛行高度、飛行速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制有相應(yīng)的直方圖等。

2.3 解釋及成果表達(dá)

根據(jù)NURE計(jì)劃航空地球物理勘查中評(píng)價(jià)鈾礦的目標(biāo)，鈾異常選編是解釋的核心。航空γ能譜數(shù)據(jù)解釋主要以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，按照對(duì)應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造單元對(duì)K、U、Th含量及K、U、Th比值等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為了闡明核心的解釋方法，筆者以阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅中格蘭茨(Grant)鈾礦帶中77號(hào)鈾異常進(jìn)行討論。阿爾伯克基幅77號(hào)異常為該圖幅中幅度最大的鈾異常，U含量達(dá)到236×10-6，異常所處的地質(zhì)單元屬第四系沖積物(Qal)，局部包括一些階地礫石、崩積層[17]。航空γ能譜解釋的基礎(chǔ)是對(duì)地質(zhì)單元統(tǒng)計(jì)，解釋中按地質(zhì)單元對(duì)能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均值和方差統(tǒng)計(jì)，并繪制了相應(yīng)的直方圖，包括Th、U、K和U/K、U/Th、Th/k統(tǒng)計(jì)直方圖；例如，圖幅中第四系沖積物對(duì)應(yīng)U的均值為27.500 0×10-6，方差為5.224 0×10-6，Th的均值為 57.100 0×10-6，方差為7.556 5 ×10-6，U/Th均值為 0.488 7，方差為0.699 1。異常選編中，異常的U含量要高于均值的1倍方差，Th含量高于均值的-1倍方差，U/Th要高于均值的1倍方差；于是，第四系沖積物中U異常選編要求滿足U含量大于27.500 0×10-6+5.224 0×10-6，Th含量大于57.100 0×10-6-7.556 5×10-6，且U/Th大于0.488 7+0.699 1。根據(jù)滿足U含量、Th含量及U/Th含量要求，選編77號(hào)U異常的中心坐標(biāo)為(33.2406°N，107.8611°W)，該異常與鈾礦有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)在的遙感影像資料，該異常應(yīng)為鈾礦尾礦堆。

NURE航空地球物理勘查中所有地圖數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是按美國(guó)1∶250 000 NTMS標(biāo)準(zhǔn)圖幅進(jìn)行組織和表達(dá)的，其中地圖數(shù)據(jù)按照1∶250 000 NTMS生產(chǎn)，最后按1∶500 000印刷附于最終成果報(bào)告。最終成果表達(dá)主要是異常分布圖、等值線圖、剖面圖，各種統(tǒng)計(jì)直方圖、異常登記表及相關(guān)異常解釋，此外還通過(guò)數(shù)據(jù)表公布了NURE航空地球物理勘查的主要數(shù)據(jù)，包括測(cè)量坐標(biāo)、計(jì)數(shù)率、磁場(chǎng)、比值、地質(zhì)單元類型等。

3 主要成果與啟示

3.1 主要成果

通過(guò)NURE航空地球物理勘查，形成了對(duì)美國(guó)本土的航空γ能譜測(cè)量快速覆蓋，按1°×2°的 1∶250 000 NTMS圖幅形成了完整的報(bào)告產(chǎn)品、圖件產(chǎn)品、數(shù)據(jù)產(chǎn)品等，為NURE計(jì)劃順利實(shí)施提供了基礎(chǔ)性保障。NURE的航空地球物理勘查形成的報(bào)告主要按1°×2°圖幅測(cè)量飛行的技術(shù)報(bào)告，通常是分包商幾個(gè)1°×2°圖幅一并飛行測(cè)量，形成幾個(gè)1°×2°圖幅的總技術(shù)報(bào)告，技術(shù)報(bào)告記錄了主要航空地球物理勘查工作、測(cè)量技術(shù)方法、數(shù)據(jù)處理細(xì)節(jié)、解釋技術(shù)方法等。按1°×2°圖幅形成了相應(yīng)的解釋報(bào)告，這部分報(bào)告附于對(duì)應(yīng)的技術(shù)報(bào)告后，稱為第二卷，包括各種成果圖件(比例尺約1∶500 000)、異常登記表、統(tǒng)計(jì)直方圖等；同時(shí)，還針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)形成了完整的測(cè)量數(shù)據(jù)表、磁帶拷貝等。NURE航空地球物理勘查形成了技術(shù)報(bào)告、圖件、數(shù)據(jù)三位一體的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，這些標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品沒(méi)有束之高閣，均可為公眾直接獲取。20世紀(jì)80年代，地礦部地質(zhì)情報(bào)研究所崔林沛在美國(guó)訪問(wèn)，曾從DOE的GJO買到了NURE的全部原始數(shù)據(jù)，包括航空γ能譜測(cè)量、航空磁測(cè)和水文地球化學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的所有拷貝，總共100多盤高密度磁帶[26]，這些產(chǎn)品供大學(xué)、研究所和私人公司廣泛利用，充分發(fā)揮了其應(yīng)有的作用。

除技術(shù)報(bào)告、圖件、數(shù)據(jù)三位一體的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品外，NURE航空地球物理勘查還建立了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化程序和以模型坪為代表的大型基礎(chǔ)科學(xué)裝置。NURE航空地球物理勘查按1°×2°的1∶250 000(NTMS)圖幅飛行測(cè)量，很難想象如果沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，NURE超過(guò)500個(gè)圖幅的資料最終將如何拼接。NURE航空地球物理勘查甚至整個(gè)NURE計(jì)劃形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化程序[8,27]，每年均編制有NURE年報(bào)。NURE航空γ能譜測(cè)量成功的最大秘訣也在于實(shí)施了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定程序，建立了DOE的航空放射性標(biāo)定裝置(圖3)。標(biāo)定大幅提升了航空γ能譜測(cè)量的精度[28]，模型坪建立前的數(shù)據(jù)也通過(guò)標(biāo)定、校正進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。NURE形成的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)定程序后續(xù)為IAEA形成航空γ射線能譜測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(技術(shù)報(bào)告系列323號(hào))等提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，NURE開(kāi)展了DC-3飛機(jī)飛越整個(gè)美國(guó)的超級(jí)“十”字剖面測(cè)量(EW向從123.75°W～74.3°W，緯度39.5°N；SN向從26.3°N～49.0°N，經(jīng)度99.0°W)[29]，最大程度上統(tǒng)一了航空γ能譜的測(cè)量水平，為美國(guó)航空γ能譜編圖、美國(guó)航磁編圖以及北美航空γ能譜編圖、北美航磁編圖提供了基礎(chǔ)性素材。

圖3 美國(guó)能源部的航空放射性標(biāo)定裝置[23]Fig.3 Airborne radioactivity Calibration device of the U.S. Department of Energy[23]

NURE航空計(jì)劃大幅提升了美國(guó)甚至整個(gè)北美的區(qū)域地球物理測(cè)量工作程度，獲取的鈾異常資料為鈾資源評(píng)價(jià)提供了重要依據(jù)。以快速實(shí)施航空地球物理勘查來(lái)應(yīng)對(duì)石油危機(jī)，鈾儲(chǔ)量和資源量持續(xù)擴(kuò)大，成為地球物理成功應(yīng)用的又一典范。航空γ能譜測(cè)量不僅在鈾資源勘查方面發(fā)揮了重要作用，還可支撐輻射環(huán)境評(píng)價(jià)。在NURE航空γ能譜測(cè)量成果的基礎(chǔ)上，美國(guó)和加拿大合作編制了反映環(huán)境輻射水平的北美γ射線空氣吸收劑量率圖(圖4)，也為整個(gè)輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)提供了重要的本底依據(jù)[6]。盡管USGS長(zhǎng)期以來(lái)進(jìn)行了大量的航空磁測(cè)工作，但NURE航磁數(shù)據(jù)一定程度上仍然填補(bǔ)了部分空白區(qū)，并改善了部分測(cè)區(qū)的精度，利用NURE均勻覆蓋的航磁框架，包括NURE的超級(jí)“十”字剖面，極大提升了美國(guó)本土的磁場(chǎng)水平特別是改進(jìn)了磁場(chǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)部分。NURE航空地球物理勘查的相關(guān)理論、方法、技術(shù)、成果、數(shù)據(jù)等仍在今天發(fā)揮著重要作用。

3.2 啟示與思考

NURE航空地球物理勘查取得巨大成功的同時(shí)，也給我國(guó)航空地球物理工作者以深刻的反思。中國(guó)航磁測(cè)量初創(chuàng)于1953年，至21世紀(jì)初，原中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心及原地質(zhì)礦產(chǎn)部相關(guān)單位共獲得了432個(gè)測(cè)區(qū)的航磁測(cè)量數(shù)據(jù)，累計(jì) 12 040 000 km，測(cè)量面積累計(jì)達(dá)20 020 000 km2，約占陸域面積的97%[30]；中國(guó)航空放射性測(cè)量初創(chuàng)于1955 年，至21世紀(jì)初，核工業(yè)及及原地質(zhì)礦產(chǎn)部等單位共獲得了372個(gè)測(cè)區(qū)的航空放射性測(cè)量數(shù)據(jù)，累計(jì)約12 385 000 km，測(cè)量面積累計(jì)約 6 228 000 km2。僅從數(shù)據(jù)上看，我國(guó)航空放射性測(cè)量工作程度是接近航空磁測(cè)的，但實(shí)際上有16 個(gè)鈾成礦區(qū)帶沒(méi)有覆蓋，全國(guó)高精度大比例尺航放測(cè)量覆蓋面積僅1 870 000 km2[4]，GR-800多道航空γ能譜儀引進(jìn)之前的數(shù)據(jù)多不可用，據(jù)此估算實(shí)際僅覆蓋陸域范圍的20%左右，還不能像航空磁測(cè)那樣形成全國(guó)性的基礎(chǔ)圖件。中國(guó)航空磁測(cè)形成了1∶5 000 000比例尺的全國(guó)性圖件，開(kāi)展了1∶250 000航磁編圖，已取得顯著成效，但也應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到，全國(guó)性磁場(chǎng)水平特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)部分仍沒(méi)有好的解決方法[30]，部分1∶250 000圖幅航磁編圖的數(shù)據(jù)精度，特別是導(dǎo)航定位精度較差[31]。因此，無(wú)論是航磁，還是航空γ能譜測(cè)量，都亟待開(kāi)展大區(qū)域、高精度、快速覆蓋的框架性測(cè)量。

圖4 北美γ射線空氣吸收劑量率[5]Fig.4 Map of Gamma-ray absorbed dose in the United States and Canada[5]

航空γ能譜工作程度主要受制于測(cè)量技術(shù)方法和后續(xù)應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)認(rèn)為在中高山地區(qū)由于不能有效降低飛行高度，航空γ能譜測(cè)量難以突破，航空磁測(cè)也同樣面臨高度問(wèn)題[32]。中高山區(qū)航測(cè)的關(guān)鍵在高度控制，飛機(jī)選型是基礎(chǔ)，王乃東等在中高山區(qū)高精度航磁方法技術(shù)研究中曾指出中高山區(qū)最佳直升機(jī)機(jī)型為西斯科Sikorsky UH-60 Black Hawk和法國(guó)宇航Aérospatiale SA 315B LAMA，并詳細(xì)列舉了SA 315B LAMA的性能[33]。NURE在落基山脈選用SA 315B LAMA進(jìn)行航空γ能譜測(cè)量的成功實(shí)例同樣證明了機(jī)型的重要性。目前，我國(guó)航空地球物理勘查中主要使用的固定翼飛機(jī)為航空工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Y-12飛機(jī)，進(jìn)口的有塞斯納Cessna 208 Caravan飛機(jī)、豪客比奇Beechcraft King Air 350(如“航空地質(zhì)一號(hào)”)，直升機(jī)主要為歐洲直升機(jī)公司Eurocopter AS350 B3；近年來(lái)，雖然改裝了“航空地質(zhì)二號(hào)”、“航空地質(zhì)三號(hào)”直升機(jī)平臺(tái)(國(guó)產(chǎn)AC312E和AC-311直升機(jī))，但飛行平臺(tái)仍是制約航空γ能譜測(cè)量的關(guān)鍵之一。此外，在測(cè)量理論上仍有待突破，特別是在全國(guó)性航空地球物理基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量上要有所突破，亟須在我國(guó)陸域范圍內(nèi)開(kāi)展綜合性的航空地球物理框架性測(cè)量或超長(zhǎng)剖面測(cè)量，以控制γ場(chǎng)、地磁場(chǎng)或重力場(chǎng)基準(zhǔn)，這是解決全國(guó)性—區(qū)域性航空地球物理資料水平的唯一途徑。

在航空γ能譜應(yīng)用方面，雖然在基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、鈾礦勘查、輻射環(huán)境評(píng)價(jià)、核應(yīng)急等方面取得了一系列成效，但其應(yīng)用廣度和深度仍顯不足，航空地球物理勘查資料的社會(huì)化利用程度仍不高。在輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，國(guó)家輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)通過(guò)分布于全國(guó)各地的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)站來(lái)開(kāi)展γ輻射空氣吸收劑量率監(jiān)測(cè)，但輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)站數(shù)量有限且分布不均，還未建立全國(guó)面積性的天然γ輻射空氣吸收劑量率本底，全國(guó)性、面積性的γ輻射環(huán)境本底監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)仍屬空白。生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、中核集團(tuán)等多個(gè)相關(guān)部門應(yīng)建立協(xié)同合作機(jī)制，凝聚航空γ能譜測(cè)量力量，共同謀劃全國(guó)陸域范圍的航空γ能譜測(cè)量，將基礎(chǔ)地球物理調(diào)查同環(huán)境評(píng)價(jià)、常態(tài)化監(jiān)測(cè)與核應(yīng)急等有機(jī)結(jié)合，摸清輻射環(huán)境本底，共同構(gòu)建具有中國(guó)特色的航空γ能譜測(cè)量和監(jiān)測(cè)體系。

航空γ能譜測(cè)量與應(yīng)用的基礎(chǔ)是儀器設(shè)備與方法技術(shù)，為此《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》將發(fā)展航空地球物理勘查技術(shù)作為優(yōu)先支持領(lǐng)域。通過(guò)兩輪國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)攻關(guān)，成功研制了包括航空γ能譜測(cè)量系統(tǒng)在內(nèi)的一大批航空地球物理裝備[34]，但航空γ能譜儀所采用的大體積NaI(Tl)晶體仍主要依賴進(jìn)口，探測(cè)器“卡脖子”問(wèn)題仍待解決。在技術(shù)方法方面，近年來(lái)，大力發(fā)展了山區(qū)直升機(jī)航空γ能譜測(cè)量，作業(yè)量占比大幅提高，但地形影響校正等仍未根本解決；此外，航空γ能譜地質(zhì)填圖的自動(dòng)化程度仍不高，過(guò)多依靠人工解釋，航空γ能譜測(cè)量技術(shù)仍待進(jìn)一步發(fā)展。面對(duì)“百年未有之大變局”，必須把事關(guān)核安全的航空γ能譜測(cè)量技術(shù)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手里，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、儀器研發(fā)、方法技術(shù)創(chuàng)新上繼續(xù)加大攻關(guān)力度，著力破解探測(cè)器國(guó)產(chǎn)化等關(guān)鍵問(wèn)題，將無(wú)人機(jī)、北斗導(dǎo)航定位、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)用好，力爭(zhēng)在智能化航空γ能譜地質(zhì)填圖、無(wú)人機(jī)核應(yīng)急、航空γ能譜聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)等方面起到示范引領(lǐng)作用。

4 總結(jié)與建議

應(yīng)對(duì)石油危機(jī)，美國(guó)政府在20世紀(jì)主導(dǎo)了NURE計(jì)劃，開(kāi)展了投資超過(guò)3 000萬(wàn)美元覆蓋美國(guó)本土和阿拉斯加的超級(jí)規(guī)模的航空地球物理勘查，筆者針對(duì)該航空地球物理勘查進(jìn)行了回顧和討論。NURE航空地球物理勘查的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了美國(guó)航空γ能譜測(cè)量的快速覆蓋和快速解釋，有力推動(dòng)了NURE目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，取得了一大批成果。NURE航空地球物理勘查實(shí)施的同期，我國(guó)也在進(jìn)行一項(xiàng)最大規(guī)模的航空地球物理勘查計(jì)劃——中國(guó)沿海大陸架航磁測(cè)量，總體來(lái)講我國(guó)當(dāng)時(shí)的航磁測(cè)量是接近NURE實(shí)際水平的。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)展了“第二代航空物探”工作，通過(guò)引進(jìn)GR-800航空γ能譜儀，建立航空放射性測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模型裝置，航空γ能譜測(cè)量基本達(dá)到了NURE的水平。但是，截止到目前，我國(guó)航空γ能譜測(cè)量工作程度相對(duì)不高，我國(guó)航空γ能譜測(cè)量工作程度與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展極不適應(yīng)，亟待進(jìn)一步完善中國(guó)特色的航空放射性測(cè)量理論、方法、技術(shù)。即將進(jìn)入“十四五”開(kāi)局之年，航空地球物理工作者必須有所作為，筆者建議盡快開(kāi)展我國(guó)陸域范圍內(nèi)的航空γ能譜調(diào)查與監(jiān)測(cè)計(jì)劃(同時(shí)搭載航空磁力儀進(jìn)行航磁調(diào)查)，按1∶100 000～1∶1 000 000圖幅在工作程度低的地區(qū)和空白區(qū)優(yōu)先開(kāi)展普查性測(cè)量，部分鈾礦找礦有利區(qū)開(kāi)展1∶25 000～1∶50 000的詳細(xì)測(cè)量；同時(shí)，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展“幾橫幾縱”的超長(zhǎng)剖面測(cè)量，形成本底格架，盡快實(shí)現(xiàn)我國(guó)陸域范圍內(nèi)的航空γ能譜測(cè)量全覆蓋；以總體國(guó)家安全觀為指導(dǎo)，立足核輻射相關(guān)的資源和環(huán)境評(píng)價(jià)，創(chuàng)建“統(tǒng)一布局、統(tǒng)一測(cè)量、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一編圖、統(tǒng)一評(píng)價(jià)”的航空γ能譜“五統(tǒng)一”勘查和監(jiān)測(cè)體系，面向社會(huì)提供航空γ能譜異常評(píng)價(jià)產(chǎn)品和輻射環(huán)境評(píng)價(jià)產(chǎn)品，助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、支撐生態(tài)文明建設(shè)。