第31卷第2期物探與化探2007年4月GEOPHYSICAL geoCHeMICal eXPlorationApr.2007航空伽馬能譜測(cè)量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖單元?jiǎng)澐种械膽?yīng)用陳樹軍劉菁華王祝文〔吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130026)摘要不同巖性的巖石其放射性元素U、Th和K的含量不同即使是同一巖性的巖石由于成因不同形成年代不同地質(zhì)演化過程不同其放射性元素含量也不同。筆者根據(jù)放射性元素在巖石中分布的這個(gè)特點(diǎn)利用航空伽馬能譜測(cè)量數(shù)據(jù)采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)航空伽馬能譜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作出動(dòng)態(tài)聚類圖然后再與已有的地質(zhì)圖對(duì)比分析各種巖性放射性元素U、h和K的含量為該地區(qū)進(jìn)行下一步地質(zhì)工作提供依據(jù)。關(guān)鍵詞航空伽馬能譜變異系數(shù)主成分分析動(dòng)態(tài)聚類中圖分類號(hào):P631.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-891820072-0110-05早在1958年我國(guó)就開始探索利用航空放射性為基巖。該區(qū)出露的地層單元主要為:①第四系測(cè)量資料進(jìn)行巖性地質(zhì)填圖。20世紀(jì)80年代后期(h)坡積裙、沖積扇和河漫灘。②白堊系甘河組地礦部門組織的物探在1:5萬(wàn)區(qū)域調(diào)查中應(yīng)用”(Kg)巖性以基性一中基性火山熔巖為主其次為的專題研究項(xiàng)目成果進(jìn)一步顯示了航空放射性測(cè)基性—中基性火山碎屑巖主要為氣孔狀玄武巖、氣量資料在巖性、構(gòu)造填圖中的作用?！逼呶濉搴桶丝仔尤薁畲职矌r、粗安質(zhì)火山角礫巖、凝灰?guī)r;3白五”期間地質(zhì)礦產(chǎn)部設(shè)立1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中堊系光華組(K1sn)巖性較復(fù)雜主要為一套酸性遙感、物探、化探應(yīng)用方法研究″項(xiàng)目使得航空伽火山巖系其上部主要為英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r、熔結(jié)凝馬能譜測(cè)量資料解釋方法、地質(zhì)填圖和礦產(chǎn)預(yù)測(cè)方灰?guī)r、英安巖,下部主要為流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、火山法以及應(yīng)用效果得到了進(jìn)一步歸納和充實(shí)解釋方角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r④侏羅系塔木蘭溝組J4)主法進(jìn)一步完善。新一輪國(guó)土資源調(diào)查再一次提要為氣孔狀粗安巖、粗安巖、粗安質(zhì)角礫凝灰?guī)r出對(duì)特殊地質(zhì)景觀區(qū)進(jìn)行地質(zhì)填圖研究2。該區(qū)出露的巖漿巖為早石炭金河單元(Cj)由于航空伽馬能譜測(cè)量具有可跨越任何陸面,中粗粒二長(zhǎng)花崗巖2早白堊系秀山超單元(Kye)其φ0%的響應(yīng)來自地表25cm深度的范圍(稱為花斑狀堿長(zhǎng)正長(zhǎng)巖A25層)能夠快速取得大面積的伽馬能譜測(cè)量數(shù)據(jù)編制多種特征參數(shù)圖件為研究測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造在淺覆蓋區(qū)進(jìn)行巖性填圖或單元?jiǎng)澐值母窦堋⒅饕獛r性分布、預(yù)測(cè)找礦遠(yuǎn)景地段和正確合理依據(jù)地部署地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作提供重要依據(jù)。放射性伽馬能譜測(cè)量進(jìn)行地質(zhì)填圖的主要依據(jù)筆者以實(shí)測(cè)的航空伽馬能譜數(shù)據(jù)在淺覆蓋區(qū)進(jìn)是不同的巖性。同一種巖性的巖石若成因不同形行巖性單元?jiǎng)澐诌_(dá)到定量確定巖性邊界的目的。成年代不同地質(zhì)演化過程不同其放射性元素U、1研究區(qū)地質(zhì)背景3Th、K的含量也不同。所以可以通過放射性能譜測(cè)量得到的放射性元素U、Th、K的含量來區(qū)分不同的測(cè)區(qū)為阿龍山圖幅的西南角,面積為1007巖性或填圖單元。如表1列出了該測(cè)區(qū)主要巖性地km2為淺覆蓋區(qū)。淺覆蓋層表現(xiàn)為腐植土層加殘面放射性能譜測(cè)量U、Th、K的含量從表中可知巖坡積碎石層厚度為0.5-1m同部地段可達(dá)3m性的放射性元素含量有較大差別所以可以通過放以上。表凨A層)植被較發(fā)育厚度一般在10~20射性伽馬能譜測(cè)量區(qū)分不同的巖性cm其下為B層,般厚度為0.3m左右B層下面但在淺覆蓋層上進(jìn)行放射性能譜測(cè)量其含量2期陳樹軍等航空伽馬能譜測(cè)量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖單元?jiǎng)澐种械膽?yīng)用表1測(cè)區(qū)部分巖性的地面放射性測(cè)量鈾、釷、鉀元素含量3人地層巖性U) uTh)uk粗安巖14.85甘河組氣孔狀杏仁玄武粗安巖3.1216.464.61ea1英安巖英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r3.092557.0英安質(zhì)凝灰?guī)r3.6123.086.76英安質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r5.318.34.7光華組英安質(zhì)巖屑凝灰?guī)r3.02.65.17英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r流紋巖31.15.89攻質(zhì)凝灰?guī)r流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r22.65.17流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r42.62流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r4.126.226.41塔木蘭氣孔狀杏仁玄武巖1.57547429溝組杏仁玄武巖T CK,ga K gnl K , gI玄武粗安巖3.74引自文靚3]1一第四系2—光華組為一套酸性火山巖3一甘河組,為基性中基性火山熔巖;—塔木蘭溝組為粗安巖,玄武巖為主“一金變化是否仍能反映基巖的這種區(qū)別為此我們做了河單元為中粗粒二長(zhǎng)花崗巖地表覆蓋層與基巖層放射性能譜測(cè)量?jī)烧叩姆派鋱D2航空伽馬譜測(cè)量U、Th、K及總道計(jì)數(shù)率值與地質(zhì)性元素含量顯著正相關(guān)相關(guān)系數(shù)為0.8以上兩者單元對(duì)比的剖面對(duì)比曲線變化趨勢(shì)一致圖1為P3剖面槽探基巖與覆蓋層上能譜測(cè)量含量曲線對(duì)比覆蓋層上同時(shí)在測(cè)區(qū)穿越不同巖性作航空能譜測(cè)量剖面放射性能譜測(cè)量反映了覆蓋層下基巖的變化所以曲線與填圖單元對(duì)比圖圖2)從圖中可以看出不地表的能譜測(cè)量反映了基巖巖性變化41。同的巖性或填圖單元其航空能譜測(cè)量的U、Th、K元槽探基巖上測(cè)量值素含量有明顯的差別這又為在淺覆蓋區(qū)利用航空淺覆蓋層上測(cè)!能譜測(cè)量數(shù)據(jù)劃分巖性或填圖單元提供了依據(jù)。綜上所述鈾、釷、鉀的含量在不同巖性、不同的地質(zhì)單元中是存在差異的在該淺覆蓋區(qū)所具有的特殊地質(zhì)景觀覆蓋層上的放射性元素含量能反映其下基巖巖性的放射性元素含量覆蓋層上的航空放射性數(shù)據(jù)能區(qū)分其下基巖巖性的差異所以可以利用航空伽馬能譜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)填圖,借以劃分不同的巖性。3測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理111)圓滑處理采用二維滑動(dòng)方法,目的是消除淺表覆蓋層的隨機(jī)干擾突岀數(shù)據(jù)的趨勢(shì)變化揭示數(shù)據(jù)中隱含信息反映不同地質(zhì)體引起的放射性293003000031000場(chǎng)特征(2)趨勢(shì)面分析趨勢(shì)面分析的目的是分離出∥++∥++含量場(chǎng)暈的本底場(chǎng)、異常場(chǎng)及隨機(jī)干擾變化消除淺覆蓋層的局部干擾。方法采用多項(xiàng)式趨勢(shì)面法多4+1使用三階趨勢(shì)分析得到趨勢(shì)等值線圖和局部剩余1—粗粒二長(zhǎng)花崗巖2—流紋巖脈圖同時(shí)從局部剩余圖中剔除隨機(jī)干擾物探與化探31卷級(jí)使各變量的貢獻(xiàn)相當(dāng)。會(huì)損失多少信息具體的求解方法在這里不詳述結(jié)(4)網(wǎng)格化網(wǎng)格化是將地理空間上非均勻分果如下布的原始數(shù)據(jù)按一定規(guī)律內(nèi)插到正方形網(wǎng)格上。內(nèi)第一主分量為F1=0.76400+0.634m+0.119k插后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)稱為網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。網(wǎng)格化數(shù)據(jù)都記第二主分量為F2=0.933-0.116m2-0.3401k于正方形格子中心處。網(wǎng)格化的目的之一是便于后第三主分量為F3=0.8601-0.437vm+0.263k續(xù)各種處理中計(jì)算機(jī)計(jì)算因?yàn)橛辛司W(wǎng)格化數(shù)據(jù)就(3)組合變量有比值變量(Th)(K)不必儲(chǔ)存各點(diǎn)的坐標(biāo)節(jié)省了內(nèi)存同時(shí)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)(K)(U)(U)(Th)點(diǎn)坐標(biāo)規(guī)律性好便于計(jì)算機(jī)搜索,節(jié)省了計(jì)算時(shí)4)統(tǒng)計(jì)參數(shù)變量有U、Th、K含量變異常系間。另外網(wǎng)格化數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)在空間上的變化數(shù)、平均值、均方差等。起一定的圓滑作用據(jù)此可得到較圓滑的等值線圖。在這些變量中我們選擇了K、U含量F3主分該地區(qū)航空數(shù)據(jù)網(wǎng)格間距是100×1000。量K含量變異系數(shù)4個(gè)變量其選擇理由如下5)數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)?zāi)康氖橇私鈹?shù)據(jù)的分布特1)在原始變量中鉀為造巖元素在巖石中的征,般要求數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布否則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換含量高因此靈敏度高對(duì)巖性劃分具有很好的可靠對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換法)經(jīng)檢驗(yàn),該區(qū)航空放射性數(shù)據(jù)呈正性。從相關(guān)系數(shù)表2中可以看出JU與K、Th、總道態(tài)分布。計(jì)數(shù)率的相關(guān)系數(shù)分別為0.4410.5990.550相4數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)聚類分析進(jìn)行填圖單元?jiǎng)澐株P(guān)性較差因此選擇K、U作為聚類參數(shù)可以代表所有的原始變量。4.1動(dòng)態(tài)聚類法的基本原理表2鈾、釷、鉀含量及總道計(jì)數(shù)率相關(guān)系數(shù)設(shè)測(cè)區(qū)有n個(gè)測(cè)點(diǎn)用x1x2灬…x表示測(cè)點(diǎn)上實(shí)測(cè)值在多參數(shù)測(cè)量中x1x2",xn為向量)如1.0001.0000.764果初始分成k類,G1,G2灬…,G,它們的中心記作0.4110.764x1x2…x4每類測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)記作n1n2灬…,n用0.883Ki)表示x所屬類別的標(biāo)號(hào)。定義x1與G類別的距離為(2)在主成分分析變量中第一主分量的方差D=(x1-x),貢獻(xiàn)最大73.136%)它集中反映了該測(cè)區(qū)鈾、釷、分類函數(shù)定義為鉀含量的基本變化趨勢(shì)。第二主分量主要反映了鈾含量、鉀含量呈相反變化的趨勢(shì)。第三主分量主要G2]反映鈾含量、釷含量呈相反變化的趨勢(shì)。F與F3動(dòng)態(tài)聚類分析的目的就是使這個(gè)分類函數(shù)達(dá)到非常相似但高低值對(duì)應(yīng)的區(qū)域正好相反F2對(duì)應(yīng)最小。數(shù)學(xué)上可以證明分類函數(shù)達(dá)到最小等價(jià)于的地質(zhì)含義不明顯。所以主分量F3和F1與地質(zhì)體使同類樣品的離差平方和達(dá)到最小而使類與類之之間有一定的關(guān)系其值的高低反映了不同填圖單間的離差平方和達(dá)到最大元因此選擇第三主分量作為聚類參數(shù)較為合適。動(dòng)態(tài)聚類法的過程是首先選一批有代表性的樣3)變異系數(shù)是反映不同巖性放射性元素含量品作為初始中心”然后讓樣品按某種原則通常均勻程度的參數(shù)不同巖性的變異系數(shù)基本不相關(guān),用最近距離原則)〕向初始中心匯聚從而得到初始組合在一起能較準(zhǔn)確地表征不同巖性之間的差異分類;一步判斷初始分類是否合理如不合理修所以將它們選作聚類變量較合適3如圖3從鉀改分類直到合理為止。含量變異系數(shù)等值線圖可以看出鉀含量變異系數(shù)4.2變量的選擇能較好地將第四系與其他巖性區(qū)分開。選擇變量的基本原則是應(yīng)該選擇最能反映地質(zhì)43聚類方法的選擇環(huán)境的特征變量變量之間應(yīng)互不相關(guān)這樣有利于該聚類方法是SPSS統(tǒng)計(jì)分析的K- means動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分類。該測(cè)區(qū)的變量有以下幾類聚類方法。通過以上分析選取了U、K含量F3主(1)原始變量:、Th、K含量以及Tc計(jì)數(shù)率。分量K含量變異系數(shù)4個(gè)變量作6類聚類分析聚(2)對(duì)鈾、釷、鉀3個(gè)變量進(jìn)行主成分分析得類結(jié)果見圖42期陳樹軍等航空伽馬能譜測(cè)量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖單元?jiǎng)澐种械膽?yīng)用56900000.4556800000.35670000f8c0.05b566000410000420000圖3鉀含量變異系數(shù)等值線5690000568000056700005660000400000410000420000圖4航空伽馬能譜測(cè)量多元素聚類分析114物探與化探31卷@丿[Q第四系對(duì)應(yīng)于聚類圖上的5類。這也很好地說明了不同時(shí)9[K甘河組代的侵入巖放射性元素含量是有差異的從而可用QhP區(qū)四光華f放射性測(cè)量進(jìn)行填圖劃分單元8x(四落木蘭構(gòu)組在此動(dòng)態(tài)聚類結(jié)果圖的基礎(chǔ)上利用 surfer軟Kign/聾賽狀堿長(zhǎng)件從聚類圖上提取與地質(zhì)圖對(duì)應(yīng)較好的地理位置數(shù)C中粗粒二長(zhǎng)據(jù)然后從U、Th、K和總道計(jì)數(shù)率等值線圖上得到崗巖相應(yīng)位置的U、Th、K和總道計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析7。難草得出告地層單元的放射性持征含量洛類巖性單元P玄武巖放射性元素含量特征值見表3。地層界線實(shí)測(cè)斷裂5結(jié)論KEm\ KgnoK椎斷斷裂利用航空伽馬能譜測(cè)量數(shù)據(jù)通過主成分分析會(huì)人(0□火山口比值變異系數(shù)值計(jì)算得到一些有用的多元組合變Ey ME量。根據(jù)它們的等值線圖以及與原始變量的相關(guān)系圖5測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)圖數(shù)優(yōu)選適合該地區(qū)的變量組合再進(jìn)行多變量聚類分析繪出聚類分類圖。實(shí)踐證明航空伽馬能譜測(cè)的放射性元素含量不同導(dǎo)致第四系被劃分為2類,量在淺覆蓋區(qū)進(jìn)行地質(zhì)填圖是一種簡(jiǎn)便的輔助地質(zhì)這在解釋時(shí)應(yīng)注意。在鉀含量變異系數(shù)等值線圖填圖手段能用來區(qū)分具有一定放射性含量差異的上第四系鉀含量變異系數(shù)高可很好地區(qū)分出第四若性減少地質(zhì)填圖因受露頭少而帶來的工作量提系塔木蘭溝組和聚類圖上的3類對(duì)應(yīng)泔河組零星高地質(zhì)填圖的精度。用該方法得到的聚類圖能夠較地分布于測(cè)區(qū)中聚類圖基本反映了它的分布特征,好地與地質(zhì)圖巖性單元相對(duì)應(yīng),比單一變量的等值對(duì)應(yīng)于聚類圖上的2類光華組分布范圍較廣它反線圖更具有可靠性和合理性因?yàn)樗抢枚喾N參映了中酸性火山巖放射性元素含量的差異性即反數(shù)綜合得到的結(jié)果。應(yīng)該指出只有當(dāng)不同巖性體映了流紋質(zhì)的酸性火山巖到英安質(zhì)的中酸性火山巖間存在放射性差異時(shí)該方法才有效并且航空伽馬之間的變化它對(duì)應(yīng)于聚類圖上的4類秀山超單元能譜測(cè)量數(shù)據(jù)分類圖也不等于若性地質(zhì)圖的放射性元素含量高多分布于火山口處變異系數(shù)低對(duì)應(yīng)于聚類圖上的6類但該區(qū)北部的秀山超單參考文獻(xiàn)元巖體在聚類圖上沒有顯示原因有待進(jìn)一步研究[I]熊盛青.我國(guó)航空物探現(xiàn)狀與展氧J]中國(guó)地質(zhì),199926金河單元放射性元素含量高但低于秀山超單元的(9)[2]王懋基漲文斌航空物探解釋方法及應(yīng)M]北京地質(zhì)出放射性元素含量大部分由斷層控制變異系數(shù)低,版社1992[3]劉菁華王祝文田鋼等.地面伽馬能譜測(cè)量在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)表3地層單元與聚類類別及放射性含量平均值對(duì)應(yīng)關(guān)系填圖中的應(yīng)用J]地質(zhì)與勘探2003392)14]劉菁華王祝文田綱等.大興安嶺地區(qū)淺覆蓋層對(duì)地面伽馬類別射性元素含量平均值地層單元測(cè)量的影響探J]物探與化探200428(2)J11歸屬I( U) u Th) uK)10-610[5]熊盛青楊蓓范正國(guó).IBM4341計(jì)算機(jī)航空伽馬能譜解釋處第四系(Qh)理系統(tǒng)及應(yīng)J]物探化探計(jì)算技術(shù)199315(1)甘河線Kg)21.27[6] Pires A C B Harthill N. Statistical analysis of airborme gamma-ray光華組(K1mn)data for geologic mapping purposes: Crixas-Itapaci area, Goias塔木蘭溝組J3)31.103.571.041276金河單元C1j)51.967.482.172196秀山超單元Ky)62.9712.493.3131207〕張文斌熊盛青.一種有用的解釋參數(shù)——航空伽馬能譜變系數(shù)J]物探與化探990J4(4)下轉(zhuǎn)119頁(yè)2期朱曉穎等法在煤火探測(cè)中的應(yīng)用119信息提取中的方法研究J]國(guó)土資源遙感200356(2)50.[11永田武巖石磁敩M]北京地質(zhì)出版社1959[9]眭素文于長(zhǎng)春姚長(zhǎng)利.起伏地形剖面重磁異常半智能處理〔2]柯林森υW,巖石磁茡與古地磁學(xué)方?jīng)KM]闞濟(jì)生蔣邦本,解釋軟件及應(yīng)甪J]物探與化探,2004281)65.陳養(yǎng)炎郝錦綺譯.北京地震出版社1989[I0]譚承澤郭紹雍.磁法勘探教程M]北京地質(zhì)岀版社J984.THE APPLICATION OF THE MAGNETIC METHOD TO THE DETECTIONOF UNDERGROUND COAL FIRESZHU Xiao-ying YU Chang-chun XIONG Sheng-qingchEN Bin(I. China Aerogeophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China 2. Institute of Mineral Resources, CAGSBeijing 100037, ChinaAbstract Systematic investigations were conducted on the rock samples collected from the Ruqigou coalfield in Ningxia. As the rocktemperatures vary with the combustion degree the authors made a serial of calefaction experiments on the rock samples. The resultsdemonstrate that the rock magnetism varies with temperature. The feasibility of applying the magnetic method to detecting the undergrotfires was studied and in addition the human-computer interactive inversion algorithm was used to process the measured da-ta. The inversion result fits the measured data well and can determine the combustion center and delineate the coal fire area effectivelyKey words susceptibility magnetic method magnetization intensity poal fire作者簡(jiǎn)介朱曉顙1977-)女中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所在讀博士主要從事綜合物探方法進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)研究工亻上接114頁(yè)THE APPLICATION OF AIRBORNE GAMMA-RAY SPECTROMETRIC SURVEYIN CLASSIFICATION OF GEOLOGICAL MAPPING ELEMENTIN SHALLOW OVERBURDEN ATEACHEN Shu-jun LIU Jing-hua ,WANG Zhu-wenCollege of Geoexploration Science and Technology, Jilin Unicersity Changchun 130026, ChinaAbstract Different lithological rocks have different content of radio-elements such as uranium thorium andEven if they arethe same lithological rocks as a result of different cases and age of formation different geological evolvement process their content ofelements also is different. According to this character of radio-elements in rocks using airborne gamma-ray spectrometric datusing the statistical multi-analysis methods this paper analyzes airborne gamma-ray spectrometric data ,makes out dynamic clusterhart, compares with geological map compartmentalizes geological element, then offers some gist for the next geological work in thisarea.Key words airborne gamma-ray spectrometry yariation coefficient principal component analysis dynamic cluster作者簡(jiǎn)介陳樹軍(1982-)男在讀碩士主要從事核地球物理研究。