地面放射性测量在荒漠型浅覆盖区地质填图中的可行性*

范　芳　赵　钊　谢迎春　程思思

(核工业航测遥感中心)



地面放射性测量在荒漠型浅覆盖区地质填图中的可行性*

范芳赵钊谢迎春程思思

(核工业航测遥感中心)

地面伽玛放射性测量作为地质填图的辅助手段应用于浅覆盖区是一种尝试。通过野外实测剖面、探槽、面积测量，分析了地表覆盖层与基岩之间的继承关系，结果表明：地表覆盖层的放射性元素含量可基本反映出基岩放射性元素含量的变化趋势，即通过地面伽马能谱测量在浅覆盖区进行地质填图有一定的可行性。

地面放射性测量地质填图荒漠型浅覆盖区

地面放射性测量用于浅覆盖区地质填图的最大困难是无法直接获取基岩的放射性元素含量，而是直接作用于覆盖层上，导致难以利用放射性能谱数据直接划分岩性[1-4]。为此，本研究通过数据修正的方法，对覆盖层测量数据进行局部干扰修正，使其尽可能反应基岩测量值，以论证用地面放射性测量方法在荒漠型浅覆盖区进行地质填图中的可行性。

1　研究区地理概况

研究区为大陆性干旱气候，降雨量稀少而集中，年平均降水量40 mm，而蒸发量可高达2 400 mm；夏季异常酷热，最高气温达49 ℃，昼夜温差大，冬季漫长寒冷；植被稀疏，风大沙多，干燥剥蚀作用和风力搬运作用强烈；岩石机械崩解作用强烈，经过长期的剥蚀作用，山地、丘陵通过准平原化而形成剥蚀石质戈壁。研究区东南部的斜坡地带分布有季节性洪流冲积物。研究区的戈壁荒漠区除了物理风化作用强烈外，表生地球化学作用也相当强烈，在强烈的蒸发蒸腾作用下，浅层覆盖土壤中形成了碱性地球化学障。研究区的地貌特点为自北向南从低山、丘陵过渡到戈壁荒漠，北高南低，海拔1 400 ～1 700 m，相对高差300 m以内，起伏较小。东南角分布有大面积的冲积-洪积物，形成了变缓的砂砾滩地。北部、中部覆盖层一般厚0.5～1 m，东南角覆盖层厚度较大。

2　测区地质背景

2.1地层

研究区地层主要发育古生界及新生界。新生界主要由第四系(Q)组成，主体分布于研究区南东部，主要由冲积、洪积形成的砂砾石、细砂、含砾黏土、砾岩、砂质泥岩等组成。古生界包含3个地层：①奥陶系—志留系(O-S)，出露于测区中南部，总体呈近EW向展布，岩性主要由片麻岩、片岩及大理岩组成，因残积发育，覆盖广泛，基岩露头不佳，据岩性特征可分为3组，各组之间皆为整合接触；②古生界石炭系(C)，主要分布于研究区北部，出露有中下石炭统及未分石炭统，其中中下石炭统(C1-2)位于研究区南缘，大体呈EW向展布，该组为一套间歇性喷发的中基性—酸性火山碎屑岩建造，岩性主要为安山质晶屑凝灰岩、英安凝灰岩、流纹凝灰岩、砂岩、粉砂岩夹有硅质岩、灰岩和大理岩凸镜体，厚度大于 1 627 m；③古生界二叠系(P)，仅出露下二叠统哲斯群下组(P1zh1)，位于研究区北部，呈近EW向展布，该组为一套海陆交互相碎屑岩及火山沉积建造，岩性主要为硬砂岩、凝灰质千枚岩、长石砂岩、安山凝灰岩及玄武岩，夹有钙质粉砂岩及灰岩透镜体，厚度大于2 218 m。

2.2岩浆岩

研究区仅发育海西中期及晚期侵入岩，该期岩浆活动强烈而频繁，分布面积较广，侵入期次较多，岩性较复杂。

3　地面伽马能谱测量方法的可行性分析

3.1覆盖区土壤分析

土壤孔隙度是指自然状态下土壤中孔隙的体积与土壤总体积的百分比。土壤中各种形状、粗细的土粒集合、排列成固相骨架，骨架内部有宽狭和形状不同的孔隙，构成复杂的孔隙系统。覆盖层的孔隙度对于伽玛能谱测量的探测深度有直接的影响。为此，采用环刀取土法，分别在近地表5～10 cm、15～20 cm、25～30 cm取土样，进行了近地表覆盖层孔隙度测量试验，结果见表1。

表1　近地表土壤孔隙度测量试验结果

由表1可知：研究区近地表荒漠土的孔隙度极高，最高可达90%，随着深度增加，孔隙度呈下降趋势，平均孔隙度为85%，远高于一般土壤。在野外勘查过程中，亦可直接观察到常人缓慢步行的脚印可深达10～20 cm，高孔隙度有利于提高伽马射线能谱测量的探测深度。

土壤中U、Th、K的含量测定结果见表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泽土逐渐下降，其中，灰色土和灰褐色土属于干旱气候条件，主要是在物理风化的条件下形成，生物化学、化学风化几乎没有，土壤的放射性特征可代表母岩的放射性特征[4]。

表2　不同土壤中放射性元素含量

注：K含量单位为%。

由表2可知：测区以岩石物理风化为主，使土壤中残留了大量原生矿物，存在于原生矿物中的放射性元素得到了较好地继承。地表放射性能谱测量对象为均一化风化层(基岩的综合反映)，由于均一化风化层基本继承了基岩的70%，因此对均一化风化层的测量成果基本可反映基岩的变化。

3.2放射性测量分析

通过能谱面积测量获得了测区各地层中的U，Th，K，Tc含量，结果见图1。由图1并结合相关测量成果可知：①各地层放射性含量总体变化趋势基本一致，均以K、U、Th、Tc依次递增，其中Th、Tc含量处于高值，U、K含量相对偏低；②变闪长岩、红山工区片麻岩变质岩、第四系全新统冲积物、中更新统冲积物沉积岩中的元素含量出现较明显的低谷，含量较低；辉长岩放射性元素含量测试值均为最低值，表明该地区沉积岩的放射性元素含量普遍高于浅变质岩和基性岩浆岩；③大理岩、石英片岩深成变质岩的放射性元素含量高于其他变质岩及沉积岩；④晚三叠世二长花岗岩、花岗岩脉、晚二叠世二长花岗岩的放射性元素含量均出现峰值，含量较高，其中，晚三叠世二长花岗岩的放射性元素含量最高，高于其他酸性岩浆岩及后期二长花岗岩，反应出岩体年代越新，放射性元素含量越高。由此可见：①酸性岩浆岩的放射性元素含量最高，高于变质岩和沉积岩；②大理岩、石英片岩的放射性元素含量高于其他变质岩、沉积岩以及基性岩浆岩，与酸性岩浆岩放射岩性元素含量相近；③同一岩体年代越新，放射性元素含量越高，符合放射性元素在岩石中的一般分布规律[1-3]；④放射性元素含量的高低可用于判断岩体的年代顺序。

图1　放射性元素含量分布 □||—Th；□=—U；□—K；■—Tc

为分析浅覆盖区的覆盖层厚度对伽玛能谱信息的影响，进行了伽玛能谱纵向剖面测量对比试验。利用新开挖的深约4 m、宽约4 m、长数千米的具有岩体新鲜面的工程深槽，分别对距地表1.0，2.5 m深度的槽壁进行了伽玛能谱测量，并在地表沿槽进行了地面伽玛能谱测量，结果表明：

(1)基岩的U、Th、K含量与地表覆盖层之上的U、Th、K含量具有较强的相关性；槽壁基岩、风化层的U、Th、K、Tc含量与地表覆盖层上U、Th、K、Tc含量的变化形态大体一致，其中槽壁基岩(深约2.5 m)的测量值与风化层(深约1 m)测量值的相关性更高；地表的测量剖面与槽内测量剖面具有较高的相关性，但显示出幅度减小和范围扩大的趋势，表明地表覆盖层对伽玛射线有一定的屏蔽作用。测区地表覆盖层具有疏松、干燥和高孔隙度的特征，因此试验得出的伽玛能谱测量的可探测深度较以往资料(0.25～0.8 m)更深，至少可达到2.5 m。

(2)不同性质的地表覆盖层对伽玛能谱测量数据的影响各不相同，风化沉积的第四纪覆盖层与下伏基岩的伽玛能谱测量值的继承性较佳，冲洪积物则相关性较差，在地质填图中需区别对待。

(3)基岩中的构造、岩脉、破碎带等信息在地表伽玛能谱测量剖面中均有较好的反映。

(4)覆盖层上测量值与探槽测量值存在一定的差异，原因是两者的测量几何条件不同，覆盖层上测量的几何条件为2个圆周率，二探槽测量的几何条件约为4个圆周率，后者约为前者的2倍。

4　结　语

由于无法直接获得基岩的放射性元素含量信息，导致在浅覆盖区采用地面放射性测量方法进行地质填图难度较大。为此，本研究结合相关试验论证了地面放射性测量在浅覆盖区进行地质填图的可行性，结果表明，地表覆盖层的放射性元素含量基本可反映出基岩放射性元素含量的变化趋势，可见，利用该方法进行地质填图可取得一定的成效。

[1]刘菁华，王祝文，田纲，等.地面伽马能谱测量在浅覆盖区地质填图中的应用[J].地质与勘探，2003(2)：61-64.

[2]刘菁华，王祝文，田纲，等.大兴安岭地区浅覆盖层对地面伽马测量的影响探讨[J].物探与化探，2004(2)：111-113.

[3]贾文懿，魏彪，唐红，等.地面伽马能谱测量在我国地质填图中的初步应用[J].物探与化探，1996(4)：295- 298.

[4]陈树军.航空伽马能谱测量在浅覆盖区地质填图单元划分中的应用[D].长春：吉林大学，2007.

2016-01-29)

*中国地质调查局基金项目(编号：12120113101600)。

范芳(1985—)，女，助理工程师，050002 河北省石家庄市长安区学府路11号。