相山铀矿田航空伽玛能谱场特征

2012-11-15张士红东华理工大学地球科学学院江西抚州344000

中国科技信息 2012年3期

张士红东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000

相山铀矿田航空伽玛能谱场特征

张士红东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000

相山火山盆地是我国火山岩型铀矿的重要产地。本文基于ArcGIS、ERDAS IMAGINE软件平台，采用张力样条法，对相山地区离散的航空伽玛能谱测量数据进行插值处理，形成规则的栅格图像数据；在此基础上，进行数据标准化处理，并将光学色彩空间变化方法——孟赛尔变换等图像处理技术引入航空伽玛能谱数据处理，获得了一套有关相山火山盆地放射总场强度、放射场类型和放射场纯度等新的能谱信息，使相山火山盆地的能谱异常特征清晰地呈现出来。这一新的能谱数据处理思路和技术，为相山铀矿田进一步的地质工作提供了新的信息。

相山;铀矿;航空伽玛能谱;孟赛尔变换

前言

相山火山盆地是我国火山岩型铀矿的重要产地，核地质系统自50年代末就在该地区开展大量的地质普查、勘探及科研工作。近年来，针对该火山盆地深部铀资源的研究和勘查取得了显著进展，在一些勘探程度很高的地段探获了一些新的富大铀矿体，同时对一些基础地质问题提出了新的认识。这些新进展表明，相山地区不仅仍然具有很好的铀资源勘查前景，地质认识也具有进一步深化的空间。

航空γ能谱测量是一种快速、有效的地质普查和找矿的手段。我国航空γ能谱测量主要用于铀矿资源的普查, 选区勘查，对大区域范围铀矿资源勘查远景区的评价，以及利用矿床产生的放射性组合变量异常（包括铀、钍、钾等含量及其比值或相应判别数理方程等数据）对勘探靶区的圈定等。据不完全统计, 航空放射性测量直接发现的铀矿床占全国铀矿床总数量的1/3,其中我国目前最大的火山岩型铀矿～相山铀矿田就是航空放射性测量发现的。

1 相山铀矿田区域地质概况

K-白垩系；J3e-上侏罗统鹅湖岭组；J3d-上侏罗统打鼓顶组；T3a-上三叠统安源组；γπ-次花岗斑岩；πγ-斑状花岗岩；γ-花岗岩

相山铀矿田位于赣-杭构造火山型铀成矿带西南段相山火山塌陷盆地之中，该构造带处于扬子板块与华南板块缝合线上。

相山火山塌陷盆地总面积近300平方公里，由上侏罗统打鼓顶组和鹅湖岭组酸性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩以及陆相沉积碎屑岩等组成。盆地基底主要为震旦系千枚岩和片岩；其次是下石炭统华山岭组变质石英砂岩、含云母暗紫色细砂岩和粉砂岩，上三叠统安源组粗、细粒石英砂岩、含燧石砾的石英砂岩类、碳质页岩、砂页岩、含碳质砂岩及煤线等。盆地西北缘出露白垩系南雄组砖红色夹杂色的粗砂岩、含砾砂岩、砂砾岩沉积层见图1。

2 相山铀矿田航空γ能谱数据处理

2.1 航空γ能谱数据存在的问题与解决方案

本次研究收集到的航空γ能谱测量数据包括96条航线、31136个测点，航线距离一般约为450米，测点距离一般约为50米。通过对航空γ能谱数据进行图像可视化分析，发现该数据存在一些问题:有些航线测量数据与其两侧相邻航线测量数据之间明显不协调，甚至有些在空间上重叠的两条航线也存在同样的问题，如40与41线、51与52线，此处将29、30、31、39、41、44、45、46、47、49、51、52共12条航线数据剔除，剩下84条航线数据进入下一步图像处理过程。

2.2 栅格化处理

航空γ能谱数据是在空间上不规则分布的离散数据，这类数据本身不便于在图像处理与GIS系统中进行有效的可视化处理与分析，更不能够与其它地学数据进行融合处理，为此需要将其插值成栅格数据。

本次研究中，通过三种插值方法（反距离权重法、克里金法、样条法）的对比，最终采用张力样条法（Spline）对数据进行插值处理，形成10×10米的规则网格数据，此种方法能够相对较好地消除插值图像中规则（即不自然）的条带，将航线影响减到最小。

张力样条法是根据模拟现象的特征来调整表面的硬度，张力的权重越高，表面越粗糙，而选择的样本点越多，受较远样本点的影响越大，拟合的表面越光滑。综合所获取的能谱数据以及研究的区域特征，将插值具体参数设置为张力权重1，样本点数目100。

2.3 异常值处理

统计学上，在实验数据服从正态分布情况下，根据小概率事件的原理，将偏差超出合理误差限（两倍或三倍标准差）的值，判为异常值［2］，它的存在会对分析结果（平均值与标准差）产生重要影响，正确处理异常值是保证原始数据可靠性、平均值与标准差计算准确性的前提。

由于放射性测量的观测值，是由大量的独立的随机因素之总和构成的，一般认为这些因素对观测值的影响是均匀的，非突变的，所以能谱测量的观测值是符合概率论的“中心极值定量”条件的，即服从正态分布。因此，可以采取数理统计的方法对能谱数据进行处理。

常用的异常值处理方法包括拉依达准则、格拉布斯准则、迪克逊准则和肖维勒准则，此处采用拉依达准则对航空伽玛能谱数据极值进行处理。

拉依达准则异常值的判定标准是：如果离群值Xd与测定平均值之差的绝对值大于3倍的标准偏差(σ)，即

则可以认为该离群值Xd为异常值，应从该组分析数据中舍弃。

2.4 数据的标准化处理

数据标准化也就是统计数据的指数化，是将数据按比例缩放，使之落入一个小的特定区间的过程。数据标准化处理主要包括数据同趋化处理和无量纲化处理两个方面。数据同趋化处理主要解决不同性质数据问题，对不同性质指标直接加总不能正确反映不同作用力的综合结果，须先考虑改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化，再加总才能得出正确结果。数据无量纲化处理主要解决数据的可比性，即各指标值都处于同一个数量级别上，可以进行综合测评分析，便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权。数据标准化结果是用统一元素视含量来代替实际分析值，既保证了后续处理的便捷，又能凸现出物理量的本质含义。

2.4.1 物探领域航空γ能谱数据标准化处理的算法为：

aUij=Uij/MU （2）

其中，aUij为i行j列像元归一化铀值，Uij为i行j列像元铀值，MU为全区铀均值。钍和钾的计算方法与之相同。经过处理的数据增加了不同背景值元素含量的可比性。

显然，以MU为背景值，像元值>1者为区域中相对高场区，反之为低场区。

2.4.2 数据统计中的标准化处理

由于放射性核素性质不同，造成地质体中原始含量差异，为了能够同时将元素参与评价计算，需要对其进行规范化处理，通过函数变换将其数值映射到某个数值区间。

数据标准化的方法有很多种，常用的有“最小—最大标准化”、“Z-score标准化”和“按小数定标标准化”等。此处采用“最小—最大标准化”方法,使亮度值落到[0,1]区间，计算公式为：

其中max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值。

2.5 彩色合成与孟赛尔(IHS)变换

RGB色彩空间是影像可视化分析过程中一种常用的描述方式,可以实现对3个要素的同步观察和分析。但是为了图像处理的目的, 有时需要在 RGB 和IHS 这两种彩色坐标间进行变换，因为有些处理在某个彩色系统中可能更方便些。孟赛尔变换可以通过一定的算法（公式4）（Sabins,1987）将一幅含 RGB 图像分离成表征地表空间信息的亮度(Intensity)和表征光谱信息的色度(Hue)与饱和度(Saturation)三个成分，并且 I、H、S成分相互独立，可以很好地实现能谱间去相关［3］。

将光谱信息的孟赛尔变换（IHS）方法引入到能谱数据处理中，得到航空伽玛能谱数据I、H、S三个分量信息，它们分别代表放射总场强度（I）、放射场类型（H）和及其放射场纯度（S）。

3 相山铀矿田放射场异常特征

航放场aU图上（图2），相山火山盆地内部与外围震旦前寒武纪地层铀放射场特征差异明显，盆地内部总体呈高场-偏高场，中间穿插两个北东向条带状低值区，而盆地外围总体为低场区。盆地内部铀分布亦不均匀，其中高场区沿盆缘西部、南部和东部呈不连续环状分布，盆地中部为偏高场区，北部是相对低值区。西部矿床包括邹家山、居隆庵、牛脑上、石洞和石咀下位于高场、偏高场向低场过渡地带；北部矿床和东部云际矿床位于高低场过渡区。

航放场aTh图上（图3），盆地外围则为低场区，盆地北部和东部为高场区，西部为偏高场区，而中部和南部则为偏高场和低场区混杂，矿床主体位于高场区。