地面放射性測量在荒漠型淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖中的可行性*

范　芳　趙　釗　謝迎春　程思思

(核工業(yè)航測遙感中心)

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地面放射性測量在荒漠型淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖中的可行性*

范芳趙釗謝迎春程思思

(核工業(yè)航測遙感中心)

地面伽瑪放射性測量作為地質(zhì)填圖的輔助手段應用于淺覆蓋區(qū)是一種嘗試。通過野外實測剖面、探槽、面積測量，分析了地表覆蓋層與基巖之間的繼承關(guān)系，結(jié)果表明：地表覆蓋層的放射性元素含量可基本反映出基巖放射性元素含量的變化趨勢，即通過地面伽馬能譜測量在淺覆蓋區(qū)進行地質(zhì)填圖有一定的可行性。

地面放射性測量地質(zhì)填圖荒漠型淺覆蓋區(qū)

地面放射性測量用于淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖的最大困難是無法直接獲取基巖的放射性元素含量，而是直接作用于覆蓋層上，導致難以利用放射性能譜數(shù)據(jù)直接劃分巖性[1-4]。為此，本研究通過數(shù)據(jù)修正的方法，對覆蓋層測量數(shù)據(jù)進行局部干擾修正，使其盡可能反應基巖測量值，以論證用地面放射性測量方法在荒漠型淺覆蓋區(qū)進行地質(zhì)填圖中的可行性。

1　研究區(qū)地理概況

研究區(qū)為大陸性干旱氣候，降雨量稀少而集中，年平均降水量40 mm，而蒸發(fā)量可高達2 400 mm；夏季異?？釤?，最高氣溫達49 ℃，晝夜溫差大，冬季漫長寒冷；植被稀疏，風大沙多，干燥剝蝕作用和風力搬運作用強烈；巖石機械崩解作用強烈，經(jīng)過長期的剝蝕作用，山地、丘陵通過準平原化而形成剝蝕石質(zhì)戈壁。研究區(qū)東南部的斜坡地帶分布有季節(jié)性洪流沖積物。研究區(qū)的戈壁荒漠區(qū)除了物理風化作用強烈外，表生地球化學作用也相當強烈，在強烈的蒸發(fā)蒸騰作用下，淺層覆蓋土壤中形成了堿性地球化學障。研究區(qū)的地貌特點為自北向南從低山、丘陵過渡到戈壁荒漠，北高南低，海拔1 400 ～1 700 m，相對高差300 m以內(nèi)，起伏較小。東南角分布有大面積的沖積-洪積物，形成了變緩的砂礫灘地。北部、中部覆蓋層一般厚0.5～1 m，東南角覆蓋層厚度較大。

2　測區(qū)地質(zhì)背景

2.1地層

研究區(qū)地層主要發(fā)育古生界及新生界。新生界主要由第四系(Q)組成，主體分布于研究區(qū)南東部，主要由沖積、洪積形成的砂礫石、細砂、含礫黏土、礫巖、砂質(zhì)泥巖等組成。古生界包含3個地層：①奧陶系—志留系(O-S)，出露于測區(qū)中南部，總體呈近EW向展布，巖性主要由片麻巖、片巖及大理巖組成，因殘積發(fā)育，覆蓋廣泛，基巖露頭不佳，據(jù)巖性特征可分為3組，各組之間皆為整合接觸；②古生界石炭系(C)，主要分布于研究區(qū)北部，出露有中下石炭統(tǒng)及未分石炭統(tǒng)，其中中下石炭統(tǒng)(C1-2)位于研究區(qū)南緣，大體呈EW向展布，該組為一套間歇性噴發(fā)的中基性—酸性火山碎屑巖建造，巖性主要為安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、英安凝灰?guī)r、流紋凝灰?guī)r、砂巖、粉砂巖夾有硅質(zhì)巖、灰?guī)r和大理巖凸鏡體，厚度大于 1 627 m；③古生界二疊系(P)，僅出露下二疊統(tǒng)哲斯群下組(P1zh1)，位于研究區(qū)北部，呈近EW向展布，該組為一套海陸交互相碎屑巖及火山沉積建造，巖性主要為硬砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖、長石砂巖、安山凝灰?guī)r及玄武巖，夾有鈣質(zhì)粉砂巖及灰?guī)r透鏡體，厚度大于2 218 m。

2.2巖漿巖

研究區(qū)僅發(fā)育海西中期及晚期侵入巖，該期巖漿活動強烈而頻繁，分布面積較廣，侵入期次較多，巖性較復雜。

3　地面伽馬能譜測量方法的可行性分析

3.1覆蓋區(qū)土壤分析

土壤孔隙度是指自然狀態(tài)下土壤中孔隙的體積與土壤總體積的百分比。土壤中各種形狀、粗細的土粒集合、排列成固相骨架，骨架內(nèi)部有寬狹和形狀不同的孔隙，構(gòu)成復雜的孔隙系統(tǒng)。覆蓋層的孔隙度對于伽瑪能譜測量的探測深度有直接的影響。為此，采用環(huán)刀取土法，分別在近地表5～10 cm、15～20 cm、25～30 cm取土樣，進行了近地表覆蓋層孔隙度測量試驗，結(jié)果見表1。

表1　近地表土壤孔隙度測量試驗結(jié)果

由表1可知：研究區(qū)近地表荒漠土的孔隙度極高，最高可達90%，隨著深度增加，孔隙度呈下降趨勢，平均孔隙度為85%，遠高于一般土壤。在野外勘查過程中，亦可直接觀察到常人緩慢步行的腳印可深達10～20 cm，高孔隙度有利于提高伽馬射線能譜測量的探測深度。

土壤中U、Th、K的含量測定結(jié)果見表2。由表2可知：U、Th、K含量自原始灰色土和灰褐色土至生草灰化土和沼澤土逐漸下降，其中，灰色土和灰褐色土屬于干旱氣候條件，主要是在物理風化的條件下形成，生物化學、化學風化幾乎沒有，土壤的放射性特征可代表母巖的放射性特征[4]。

表2　不同土壤中放射性元素含量

注：K含量單位為%。

由表2可知：測區(qū)以巖石物理風化為主，使土壤中殘留了大量原生礦物，存在于原生礦物中的放射性元素得到了較好地繼承。地表放射性能譜測量對象為均一化風化層(基巖的綜合反映)，由于均一化風化層基本繼承了基巖的70%，因此對均一化風化層的測量成果基本可反映基巖的變化。

3.2放射性測量分析

通過能譜面積測量獲得了測區(qū)各地層中的U，Th，K，Tc含量，結(jié)果見圖1。由圖1并結(jié)合相關(guān)測量成果可知：①各地層放射性含量總體變化趨勢基本一致，均以K、U、Th、Tc依次遞增，其中Th、Tc含量處于高值，U、K含量相對偏低；②變閃長巖、紅山工區(qū)片麻巖變質(zhì)巖、第四系全新統(tǒng)沖積物、中更新統(tǒng)沖積物沉積巖中的元素含量出現(xiàn)較明顯的低谷，含量較低；輝長巖放射性元素含量測試值均為最低值，表明該地區(qū)沉積巖的放射性元素含量普遍高于淺變質(zhì)巖和基性巖漿巖；③大理巖、石英片巖深成變質(zhì)巖的放射性元素含量高于其他變質(zhì)巖及沉積巖；④晚三疊世二長花崗巖、花崗巖脈、晚二疊世二長花崗巖的放射性元素含量均出現(xiàn)峰值，含量較高，其中，晚三疊世二長花崗巖的放射性元素含量最高，高于其他酸性巖漿巖及后期二長花崗巖，反應出巖體年代越新，放射性元素含量越高。由此可見：①酸性巖漿巖的放射性元素含量最高，高于變質(zhì)巖和沉積巖；②大理巖、石英片巖的放射性元素含量高于其他變質(zhì)巖、沉積巖以及基性巖漿巖，與酸性巖漿巖放射巖性元素含量相近；③同一巖體年代越新，放射性元素含量越高，符合放射性元素在巖石中的一般分布規(guī)律[1-3]；④放射性元素含量的高低可用于判斷巖體的年代順序。

圖1　放射性元素含量分布 □||—Th；□=—U；□—K；■—Tc

為分析淺覆蓋區(qū)的覆蓋層厚度對伽瑪能譜信息的影響，進行了伽瑪能譜縱向剖面測量對比試驗。利用新開挖的深約4 m、寬約4 m、長數(shù)千米的具有巖體新鮮面的工程深槽，分別對距地表1.0，2.5 m深度的槽壁進行了伽瑪能譜測量，并在地表沿槽進行了地面伽瑪能譜測量，結(jié)果表明：

(1)基巖的U、Th、K含量與地表覆蓋層之上的U、Th、K含量具有較強的相關(guān)性；槽壁基巖、風化層的U、Th、K、Tc含量與地表覆蓋層上U、Th、K、Tc含量的變化形態(tài)大體一致，其中槽壁基巖(深約2.5 m)的測量值與風化層(深約1 m)測量值的相關(guān)性更高；地表的測量剖面與槽內(nèi)測量剖面具有較高的相關(guān)性，但顯示出幅度減小和范圍擴大的趨勢，表明地表覆蓋層對伽瑪射線有一定的屏蔽作用。測區(qū)地表覆蓋層具有疏松、干燥和高孔隙度的特征，因此試驗得出的伽瑪能譜測量的可探測深度較以往資料(0.25～0.8 m)更深，至少可達到2.5 m。

(2)不同性質(zhì)的地表覆蓋層對伽瑪能譜測量數(shù)據(jù)的影響各不相同，風化沉積的第四紀覆蓋層與下伏基巖的伽瑪能譜測量值的繼承性較佳，沖洪積物則相關(guān)性較差，在地質(zhì)填圖中需區(qū)別對待。

(3)基巖中的構(gòu)造、巖脈、破碎帶等信息在地表伽瑪能譜測量剖面中均有較好的反映。

(4)覆蓋層上測量值與探槽測量值存在一定的差異，原因是兩者的測量幾何條件不同，覆蓋層上測量的幾何條件為2個圓周率，二探槽測量的幾何條件約為4個圓周率，后者約為前者的2倍。

4　結(jié)　語

由于無法直接獲得基巖的放射性元素含量信息，導致在淺覆蓋區(qū)采用地面放射性測量方法進行地質(zhì)填圖難度較大。為此，本研究結(jié)合相關(guān)試驗論證了地面放射性測量在淺覆蓋區(qū)進行地質(zhì)填圖的可行性，結(jié)果表明，地表覆蓋層的放射性元素含量基本可反映出基巖放射性元素含量的變化趨勢，可見，利用該方法進行地質(zhì)填圖可取得一定的成效。

[1]劉菁華，王祝文，田綱，等.地面伽馬能譜測量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖中的應用[J].地質(zhì)與勘探，2003(2)：61-64.

[2]劉菁華，王祝文，田綱，等.大興安嶺地區(qū)淺覆蓋層對地面伽馬測量的影響探討[J].物探與化探，2004(2)：111-113.

[3]賈文懿，魏彪，唐紅，等.地面伽馬能譜測量在我國地質(zhì)填圖中的初步應用[J].物探與化探，1996(4)：295- 298.

[4]陳樹軍.航空伽馬能譜測量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖單元劃分中的應用[D].長春：吉林大學，2007.

2016-01-29)

*中國地質(zhì)調(diào)查局基金項目(編號：12120113101600)。

范芳(1985—)，女，助理工程師，050002 河北省石家莊市長安區(qū)學府路11號。