熵平均法在消除地面伽马能谱测量随机干扰中的应用

刘开隆，杜珍玉，程 旭

（1.河南省地质调查院，河南 郑州 450000；2.河南省地质科学研究所，河南 郑州 450000）

地面伽马能谱测量方法是以核物理和地球物理理论为基础，兼有地球化学方法特点的一种放射性勘查方法。其根据天然放射性核素的伽马射线能量差异，从而确定岩石（土壤）中的铀、钍、钾的含量及照射量率强度。在矿产地质勘查中，地面伽马能谱测量根据岩石中的原生晕，或者根据疏松风化产物或覆盖沉积物中的次生(表生)晕和分散流来查明放射性或非放射性矿床。铀是重要的不同矿床指示元素之一。通过研究岩石或土壤中铀、钍、钾元素的富集和贫化、它们的比例特征在特定地质环境、地质构造条件下与其他指示元素之间的正或负的相关关系，并查明异常成因，达到圈定矿体或地质体的目的[1]。

但是由于地面伽马能谱在测量过程会受到地表植被、局部土壤元素富集等多种因素的影响，从而导致测量结果不能反映出探测目标区域中的真实情况，所以对测量获得的原始数据进行随机干扰消除是非常有必要的[2]。

1 伽马能谱测量的原理

地面伽马能谱测量的基本方法，就是使用伽马能谱仪对地质体进行直接测量，在一次测量中可获得和铀（U）、钍（Th）、钾（K）含量以及伽马总照射量率四个参量。根据各参量的差异及比值关系可以有效地区分异常性质，也可通过对基岩中铀（U）、钍（Th）、钾（K）的分布规律来研究许多有关地质问题。

注：资料来源于《地面γ能谱测量技术规程》

2 熵平均法[3]

2.1 理论基础

“熵”(entropy)是德国物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius)在1850年提出的一个专业术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。1948年C.E.Shannon提出了平均信息量熵函数，将熵的概念引入信息论中。在现代信息论中，熵表示的是不确定性的量度。如果对于所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么这个系统的熵就达到最大值。1957年，Jayne提出了最大熵原理，他认为在只掌握部分信息的情况下要对分布做出判断时，应该选取符合约束条件的，且熵值取最大的概率分布。这样可以做出唯一不偏不倚的选择。

2.2 数据处理方法

使用熵平均法处理原始测量数据的步骤是：

（1）选取剖面上测点中连续的n个点，其值分别为X1，…，Xn。

（2）从 值X1，…，Xn的 各 个 测 点 中，选 取 能 使取极大值的测点。其中

此时的观测点即为X0

（4）沿着测线方向依次移动一个点，重复上述步骤，完成整条剖面的计算。其中，n可以取1至所有剖面上实测点数之间的任意值，一般经验取3、5或7。本次处理选取3。

处理过程通过使用Fortran编程予以实现。

3 实际应用

选取南阳南召县南河店镇某地面伽马能谱测量剖面，剖面共计74个测点，点距50m，剖面总长3650m。运用Grapher绘图软件，分别对K、U、Th的原始测量数据及熵平均处理后的数据绘制单剖面对比图，结果如下图所示：

图1 原始测量数据与熵平均处理后数据对比图

其中，蓝色实线为原始测量数据，红色虚线为熵平均处理后所得数据。由图可看出，经过熵平均滤波处理后，曲线形态与原始数据曲线形态相似，变化形态也趋于一致，且剖面线更加平滑，部分随机干扰得到了有效的压制，56号点位处的假异常得以消除，20号、35号、71号点位处的异常很好的保留，并更加清晰。由此可以初步推断出经过熵平均滤波处理，可以有效压制局部跳跃点，且对异常削弱较少。

4 结论及建议

通过对原始测量数据及熵平均处理后的数据进行对比分析，可以初步判定熵平均处理方法可以有效的消除实际测量中的随机干扰，对局部跳跃点有很好的压制，且对异常削弱较少。

但本次处理仅选用步长为3的处理方法，在实际工作中，可对比选取其他步长值来进行处理，对比分析得出最优结果。