基于趋势面分析法提取氡气测量弱异常

杨 明， 孟凡兴 ， 汪 来， 朱佳宁， 薛 伟， 刘小刚

(1.核工业航测遥感中心 中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)，石家庄 050002; 2.核工业208大队， 包头 014010)

0 引言

氡气测量又称射气测量，是通过测量土壤气中放射性气体的浓度，并根据不同地点所测量到的放射性气体浓度的分布规律来解决地质问题的一种放射性测量方法[1-3]。氡气测量广泛应用于地质找矿、水文地质、工程地质等多个领域，它不仅可以有效地反映深部隐伏铀矿体和构造，同时对地质构造运动也有直观地反映[4-9]。前人研究成果表明，氡气测量异常最大值往往不会出现在隐伏断层的正上方，通常都会沿断层倾向方向偏移[10]，因此在分析氡气测量数据的过程中，通过不同的数据处理方法提取氡异常对总结区域氡气异常规律具有积极意义。

氡气测量数据传统的数据处理方法是在数据满足正态分布前提下，采用平均值法确定背景值，然后计算数据的标准差；氡浓度测量值大于背景值三倍标准偏差的为异常下限，大于背景值5倍的则圈定为异常。传统的数据处理方法虽然在放射性背景值较高的地区应用效果较好，但是在圈定不同氡浓度背景场的局部异常时却存在不足，尤其在放射性背景值较低的地区，不能有效地提取氡浓度弱异常[11]。

趋势面分析法是针对大量离散点信息，从整体插值角度出发，来进行趋势渐变特征分析的一种多元统计分析方法[12-14]。运用该方法处理氡气测量数据，可以从实际测量数据中分解出氡浓度趋势值和异常值，从而有效识别弱异常信息，弥补传统数据处理方法在提取氡浓度弱异常时的不足。笔者采用趋势面分析法提取氡气测量弱异常，并结合白家营子地区的应用实例对该方法在火山岩型铀矿勘查远景区的应用效果进行了分析探讨。

1 趋势面分析法原理

利用数学曲面模拟地理系统要素在空间上的分布及变化趋势，是趋势面分析法的原理。运用回归分析原理，将显著的变量分解成区域变化分量、局部变化分量和随机变化分量是趋势面分析法的实质[15-17]。区域变化分量反映宏观分布规律；局部变化分量往往反映微观局域的特征，受局部因素支配。随机变化分量是由随机因素形成的偏差，如式(1)所示。

Zi=Ti+Ni+ei

(1)

式中:Zi为观测值；Ti为反映区域性变化的分量；Ni为反映围观局部特征的分量;ei是随机变化分量即表述了随机因素控制的变化。

2 应用实例

随着铀矿勘查工作的进一步开展，目前的找矿重点在于埋藏深部的盲矿体，所以在进行放射性测量的过程中，要特别重视弱异常的提取工作。白家营子地区位于多伦火山盆地的北缘，沽源—红山子铀成矿带中西段，该成矿带内已发现460矿床、570矿床和534矿床等初具规模的火山岩型铀矿床，显示出良好的找矿前景。本次以该地区的氡气测量数据为例，分别采用传统方法及趋势面分析法提取氡气测量异常，并结合钻孔资料对比分析了二者在提取氡气测量弱异常方面的应用效果。

2.1 研究区概况

研究区大地构造位置处于燕辽构造岩浆活动带与大兴安岭-太行山构造岩浆活动带的复合交接部位，火山岩相复杂、火山构造发育，具有较好的铀成矿条件，是多伦地区主要的铀成矿远景区段。区内主体为一套白音高老组(J3b)的酸性火山碎屑岩系，呈火山喷发不整合超覆于满克头鄂博组(J3mk)之上，局部地势低洼的沟谷处则被第四系不整合覆盖。其中白音高老组(J3b)以侵出相流纹岩、流纹质凝灰岩为主，在研究区内大面积出露，呈长条状、环状或半环状分布；满克头鄂博组(J3mk)主要为流纹质熔结凝灰岩，在研究区北西方向小范围出露。

研究区侵入岩主要出露晚侏罗世白音高老期正长斑岩(J3b3ξπ)和白音高老期流纹斑岩(λJ3b3)。晚侏罗世白音高老期正长斑岩多呈脉状、条带状展布，内外接触带多发育褐铁矿化细脉。晚侏罗世白音高老期次火山岩流纹斑岩主要分布在研究区中东部，斑状结构，流纹构造或块状构造，基质发育隐晶质结构，成分为长英质矿物，与铀矿化关系密切。

研究区主体构造以北东向为主，地表流纹斑岩和正长斑岩的产出也大致呈北东向条带状，初步认为该期构造与铀矿化有着密切的关系。正长斑岩和流纹斑岩接触带附近地表蚀变较好，发育明显褐铁矿化、硅化等蚀变，局部有红化现象。

2.2 野外工作布置

根据本次工作的勘查目的，在研究区沿垂直主构造线(断裂、地层走向等)的方向布设测量剖面4条，工程布置图见图1。

野外工作采用HDC-C型环境测氡仪，工作中采用剖面测量方式。取气深度一般在0.7m～1.0 m，抽气次数一般为4次～6次，确保雨天不进行数据采集。在测量过程中，发现计数偏高现象要及时进行研究追索，必要时要加密测量，发现异常时要在原孔附近重新打孔进行第二次测量，确定氡气来源是否充足；抽气工程中随时注意干燥管中干燥剂颜色变化情况，如果干燥剂大于50%变红要更换干燥剂；在基岩出露或潮湿地段，无法取样时，采用移动点位的办法；仍不能满足要求的，要放弃测量，并做好记录。

2.3 数据处理

2.3.1 传统方法

统计数据后发现研究区数据满足对数正态分布，所以采用对数平均值法确定背景值为3.30 Bq/L，然后计算背景值对数的标准差为2.38 Bq/L。采用背景值加3倍标准差的方法确定氡浓度异常下限为10.42 Bq/L，在此基础上提取氡浓度异常。

2.3.2 趋势面分析法

首先对原始数据进行预处理，剔掉异常点的特高值，具体到实际工作就是采用累计频率95%处的测量值作为异常点特高值的阀值，凡高于阀值的测量值全部用阀值代替。然后运用Surfer软件实现趋势的提取和剩余值(△Zi)的计算[18]，最后根据正剩余平均值来计算随机分量(ei)[19]，得到Ni=△Zi-ei，从而可以作出异常分量图，提取氡浓度异常。

2.4 效果分析

分别采用传统方法和趋势面分析法提取氡浓度异常，并对二者的应用效果进行了比较分析(图2和图3)。

图1 研究区地质及工程布置图Fig.1 The geology and engineering layout in the study area

图2 传统方法圈定的氡异常区Fig.2 The radon anomaly area delineated in traditional method

图3 趋势面分析法圈定的氡异常区Fig.3 The radon anomaly area delineated in trend surface analysis method

由图2可以看出，利用传统方法提取氡浓度异常，仅仅圈定了氡值较高的区域，异常范围较小，且圈定的氡浓度异常区零星分散，没有规律性可言，为研究区铀矿勘查工作的进一步开展带来困难。由图3可以发现，基本囊括了传统方法圈定的所有异常区，并且较传统方法圈定的异常范围更大且明显沿北东向展露，揭示了本区北东向隐伏断裂的存在。因为图2和图3面边缘的数据量较少，不能控制趋势面的形态，即边界效应的影响，所以不考虑图2和图3的边缘异常区域。结合区域地质认识及对氡气运移规律的总结，后期在氡气异常边缘区布设钻孔ZKB01，在埋深约130 m的地方发现铀异常，为该区铀矿勘查工作的进一步开展提供了参考。

3 结论

综上所述，可以得出以下结论：

1)与传统方法相比，采用趋势面分析法处理氡气测量数据，可有效提取弱异常信息，增大异常范围，强化异常规律，便于分析总结区域成矿规律，为放射性背景值较低地区氡浓度异常的提取，提供了一种简单而有效的方法。

2)通过勘查实例证明，运用趋势面分析方法处理火山岩型铀矿远景区测氡数据，可以有效地圈定异常，从而为铀矿勘查工作的进一步开展提供借鉴。