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航空γ能谱测量低能谱段地质响应研究

作　者: 马永红
导　师: 葛良全; 周四春
学　校: 成都理工大学
专　业: 核资源与核勘查工程
关键词: 航空γ能谱低能谱段岩性识别
分类号: TL817.2
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

为了有效利用航空γ能谱测量所获取的陆地组分的γ射线谱低能散射谱中所包含的地层介质的信息，需要对航空γ能谱低能谱段的谱成分进行具体分析。本文首先从室内实验入手，结合室内实验条件选择合理的室内模型，获取不同的能量的初始γ射线通过一定厚度的同种介质后达到“谱平衡”状态的γ射线谱，以及同种能量的初始γ射线通过一定厚度的不同介质后达到“谱平衡”状态的γ射线谱。通过对获取的γ射线谱低能散射谱段进行分析，验证了达到“谱平衡”状态的γ射线谱其低能散射谱段谱成分与初始入射粒子能量无关，与介质原子序数、密度有一定的关系。同时，采用蒙特卡罗方法对半无限大不同性质地质体地表的γ能谱低能散射谱段谱分布进行了模拟，得出了γ能谱低能散射谱段与地质体有效原子、密度的关联能量段分别为50-150keV、150-400keV，其中150-230keV为与密度关联较大的能量段。在此基础上，采用50-150keV与150-400keV的峰面积之比S₁/S₂对地质体有效原子序数进行定量分析，并建立了拟合曲线；采用150-230keV与50-150keV的峰面积之比S₃/S₁对地质体密度进行了定量分析，并建立了拟合曲线。另外，通过低能谱段散射峰峰位与原子序数的关系，建立了拟合曲线。以此为基础，在峨眉山龙门硐地质剖面进行了反演试验。反演结果显示：加入适当的修正因子Kz、Kρ对拟合曲线进行修正后，所计算出的地层介质的平均有效原子序数与理论值的误差在15%以下，密度平均值与理论误差在12%以下。通过对不同形状辐射源的蒙特卡罗模拟及室外高度实验，按照低能散射谱段三个能量窗计数率随高度的衰减规律，对其进行指数拟合，相关系数>0.98。并且与海上动态标定的结果进行了对比，结果表明高度实验所获得的衰减系数与海上动态标定结果相近。借助于蒙特卡罗方法，对航空γ能谱测量低能散射谱段的影响因素，如空气密度、高度等进行了模拟，具体分析了其对低能散射谱段谱成分、低能散射谱段各能量窗口谱线积分面积的比值S₁/S₂、S₃/S₁的影响。最后，按照所得出的能量分区方法，对AGS-863在内蒙试飞行区域的所获取γ射线谱低能散射谱段进行了相应的分区，通过高度滤波、能谱数据滤波、滞后改正、高度改正等处理后，选取其中一个剖面及两个片区对低能散射谱段S₁/S₂、S₃/S₁及峰位的值与有效原子序数及密度的关系进行反演。参照现有的地质图与反演结果进行对比，结果表明对航空γ能谱低能散射谱段的分析，在岩性变化较大的区域可以通过有效原子序数的反演值进行岩性的区分，岩性变化较小的区域很难区分岩性；整个测区地层介质密度反演值与岩性关联不大。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-15
  1.1 选题依据及研究意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 航空γ能谱测量的国内外研究现状  10-11
    1.2.2 航空γ能谱低能散射谱段国内外研究现状  11-13
  1.3 主要研究内容与创新点  13-15
    1.3.1 主要研究内容  13
    1.3.2 关键技术和创新点  13-15
第2章航空γ能谱测量的理论基础  15-27
  2.1 地-空界面γ射线的来源  15-19
    2.1.1 天然放射性核素产生的γ射线  15-18
    2.1.2 宇宙γ射线  18
    2.1.3 天然放射性核素在自然界中的分布  18-19
  2.2 γ射线同物质的相互作用  19-22
    2.2.1 光电效应  20
    2.2.2 康普顿散射  20-22
    2.2.3 形成电子对效应  22
  2.3 航空γ能谱测量基本原理  22-27
    2.3.1 飞机上γ能谱仪的γ照射量率  22-24
    2.3.2 航空能谱测量原理  24-27
第3章地面γ能谱低能谱段谱成分研究  27-56
  3.1 γ射线通过物质时谱成分的变化  27
  3.2 γ射线在介质中的迁移及其与原子序数的关系  27-31
    3.2.1 玻尔兹曼方程  27-28
    3.2.2 无限介质中γ射线能量迁移方程  28-31
  3.3 γ射线与地层密度关系  31-32
  3.4 γ射线通过物质谱成分变化的物理实验  32-39
    3.4.1 室内实验模型建立  33-35
    3.4.2 不同能量初始入射粒子测量结果  35-36
    3.4.3 不同性质吸收介质实验结果  36-39
  3.5 半无限大介质地表γ能谱特征蒙特卡罗模拟  39-47
    3.5.1 单一元素介质地表γ能谱特征分析  39-44
    3.5.2 不同岩石地表γ能谱模拟  44-47
  3.6 地质剖面上低能谱段γ能谱测量试验  47-56
    3.6.1 试验区地质简况  47-49
    3.6.2 野外γ能谱测量试验  49-50
    3.6.3 试验结果与分析  50-56
第4章航空γ能谱测量低能谱段影响因素模拟  56-64
  4.1 空气密度对低能散射谱段的影响  56-58
  4.2 高度变化对 S1/S2、S3/S1值的影响  58-64
第5章航空γ能谱测量低能谱段高度校正  64-81
  5.1 射线在空气中的衰减  64-67
    5.1.1 单色窄射线束在物质中的衰减  65-66
    5.1.2 单色宽射线束在物质中的衰减  66-67
  5.2 地面上空伽玛辐射场的计算  67-69
  5.3 航空γ能谱测量低能谱段照射量率衰减 MCNP 模拟  69-73
    5.3.1 点状源  70
    5.3.2 面状源  70-71
    5.3.3 体源  71-73
  5.4 高度实验  73-77
  5.5 实际飞行标定  77-81
    5.5.1 海上高度标定  77-78
    5.5.2 动态标定  78-81
第6章在航空γ能谱测量上的初步应用  81-101
  6.1 试验区自然地理及地质、地球物理概况  82-85
    6.1.1 测量范围  82-83
    6.1.2 试验区地质构造特征  83-85
  6.2 航空γ能谱数据分析  85-101
    6.2.1 低能谱段光滑及寻峰  85-87
    6.2.2 数据校正  87-89
    6.2.3 结果分析  89-101
结论  101-103
致谢  103-104
参考文献  104-109
攻读学位期间取得学术成果  109

航空γ能谱测量低能谱段地质响应研究

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