高分辨率航空伽马能谱解析和3D定量反演技术研究

Airborne gamma-ray spectrometry plays an important role in mineral exploration, geological survey and the environmental radiation monitoring. The project focuses on high precision airborne gamma-ray spectrum analysis and 3D quantitative inversion technology with the status quo and trend of the spectrum and data processing. Based on the basic mathematic and physical equation of the radiation field from the point source, the project establishes the mathematic and physical equation of airborne gamma-ray counts under static and dynamic status and then forms the sourceless efficiency calibration method and software with Monte Carlo numerical simulation technology. The project solves the difficult problem of obtaining the net peak area and achieves the high-resolution airborne gamma-ray spectrum analysis by airborne gamma spectrum noise reduction, automatic baseline estimation, overlapping peak stripping and spectral-ratio radon correction method. The Project will achieve the high precision 3D quantitative inversing with the whole data of the working areas to obtain the radioactive nuclides specific activity and distribution by the airborne gamma-ray counts and the digital map. Thus, the weak information and weak anomalies of the radioactive nuclides specific activity will be extracted to express the geology. The results of the project provide technical supports for revealing the relationship of the difference of radioactive distribution with mineral, uranium, oil and gas resources, and improve the spectrum and data process ability for airborne gamma-ray spectrum.

航空伽马能谱测量技术在矿产勘查、地质调查和辐射环境监测等领域具有重要的作用。本项目针对我国航空伽马能谱数据处理现状和发展趋势，开展高精度航空伽马能谱解析和3D定量反演技术研究。项目从点源辐射场的基本数理方程出发，建立静态和动态航空伽马能谱计数数理方程，结合蒙特卡洛模拟数值模拟技术，形成无源效率刻度方法和软件；通过高保真航空伽马能谱降噪、自动散射本底扣除、重叠峰剥离和大气氡分支比校正技术研究，解决高精度航空伽马仪器谱特征峰净计数提取难题，实现高分辨率航空伽玛仪器谱精细解析；采用动态航空伽马能谱数值解析方程和数字地图，实现全局一体化高精度3D定量反演技术获取放射性核素分布图，提取航空伽马测量数据弱信息和弱异常。项目成果为航空伽马能谱测量在揭示浅表层介质中放射性场差异和矿产资源、铀矿资源和油气资源之间的关系提供技术支撑，提高我国航空伽马能谱数据处理水平。

航空伽马能谱测量方法在放射性矿产资源勘查、辐射环境调查、核应急等领域具有重要意义。本项目在国家自然科学基金的支持，对高分辨率航空伽马能谱解析和3D定量反演技术进行研究。项目组成员经过四年的努力工作，在航空伽马能谱计数静态与动态数值解析方程、航空伽马能谱无源效率刻度技术、高保真航空伽马能谱数据降噪技术、航空伽马能谱测量全局3D定量反演等方面取得进展，为航空伽马能谱测量的数理解析方程、无源效率刻度、能谱数据降噪、能谱数据反演提供重要的参考和依据。.项目取得的主要成果如下：.（1）采用数值分析方法，对航空伽马能谱计数进行静态分析，推导出静态下航空伽马能谱计数数值解析方程，为航空伽马无源效率刻度方法技术研究提供理论基础；对航空伽马能谱计数进行静态分析，推导出航空伽马能谱测量动态解析方程，为航空伽马能谱高分辨率定量反演提供理论基础。.(2）利用航空伽马能谱测量静态数值解析方程结合蒙特卡罗模拟技术，建立了航空伽马能谱无源效率刻度方法技术，并利用微元刻度模型（K、U、Th）进行效率刻度校正，实现航空伽马能谱无源效率刻度。并且采用MATLAB开发出高效计算的无源效率刻度软件，实现能谱仪对地探测效率的计算与解析。.（3）对高保真谱数据降噪技术进行深入研究，实现能谱最优化降噪；实现了自适应散射本底扣除和重叠峰剥离，实现能谱信息的有效提取。.（4）在项目中实现了全地形校正方法，并实际测量数据中使用，结果显示通过地形校正，能够提高航空伽马能谱测量精度；通过开展3D地形反演方法研究，实现了高精度反演，提高了航空伽马能谱空间分辨率。