CN106932838A - 一种车载伽玛全谱测量系统精细标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铀矿勘查中放射性地球物理勘查领域，具体涉及一种车载伽玛全谱测量系统精细标定方法。该方法包括以下步骤：步骤一、选定车载伽玛全谱测量系统；步骤二、设定测量周期和参数及核素能量窗口；步骤三、测量；步骤四、仪器分别自动保存相应的测量数据；步骤五、得修正系数V；步骤六、得修正系数W；步骤七、计算每个模型修正后的净计数率；步骤八、求得灵敏度a_ij。本发明提供的一种用于铀矿勘查的车载伽玛全谱测量系统精细标定方法，通过场地伽玛射线强度差异、车身产生的角响应影响、模型饱和度影响的修正，极大地提高了测量系统参数的准确性，为开展精细伽玛全谱测量和数据处理提供了前提。

Description

一种车载伽玛全谱测量系统精细标定方法

技术领域

本发明属于铀矿勘查中放射性地球物理勘查领域，具体涉及一种车载伽玛全谱测量系统精细标定方法。

背景技术

车载伽玛能谱测量是一种比航空伽玛能谱经济比地面伽玛能谱效率高的放射性地球物理勘查方法，适合于地势较平缓的草原、戈壁地区的勘查工作。

车载伽玛能谱测量系统标定是该方法获取核素含量的前提，车载伽玛能谱测量系统探测器离地面距离大约1m，理论上需要建立半无限空间的标准模型，实际上，这是无法实现的。设计模型需要满足饱和度达到95％或以上，按这个要求，设计模型半径要达到15m或以上，而建造模型对材料核素含量及密度均匀性等要求高，建造半径15m或以上的模型难度大，且耗资高，前人根据对称性和场源互换原理设计并建立了边长为7m的正六边形体模型，以模型中心及以六个边为对称轴的六个中心点对称点的伽玛强度代替正六边形主体模型及以正六边形的六个边为边的外围六个模型在中心形成的伽玛强度，其等效半径达到16.85m，满足饱和度不小于95％要求。过去，车载伽玛能谱系统标定基本只在设置铀、钍、钾、本底和混合的正六边形柱体模型上的中心点标定，这样模型的等效半径为6.37m，即模型饱和度不满足要求，也没考虑汽车放置位置的影响的校正，这样产生误差较大，影响测量准确性，对于精细全谱测量不利，为获得精细伽玛全谱数据，在标定时需要考虑模型饱和度及车体位置影响，进行必要的修正，达到精细标定的目的，目前还没有相应的车载伽玛全谱测量系统的精细标定方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车载伽玛全谱测量系统精细标定方法，提高伽玛全谱测量准确性。

为解决上述技术问题，本发明一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、选定车载伽玛全谱测量系统；

步骤二、设定车载伽玛能谱测量系统的测量周期和参数及核素能量窗口，选取标准的正六边形体钾模型、铀模型、钍模型、本底模型、混合模型；

步骤三、测量，仪器探头晶体中心对准模型的中心位置O，汽车垂直于模型指定的正六边形的一边，并将车载头正对该边，启动仪器测量T分钟停止测量，保存该测量数据，然后将车行驶至以该指定边为对称轴模型中心点的对称点A₁位置停车，车身方向不变，仍与指定正六边形边垂直，测量T分钟停止测量，保存该测量数据，然后车身以该对称点A₁为中心，分别转60°、120°、180°、240°、300°停车，依次分别测量T分钟停止测量，仪器分别保存该测量数据；

步骤四、按步骤三分别在铀、钍、钾、本底、混合模型上进行测量，仪器分别自动保存相应的测量数据；

步骤五、计算铀、钍、钾模型A₁位置伽玛强度不等对测量产生影响的修正系数，将每个模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值与本底模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数的平均值比，得修正系数V；

步骤六、计算角响应修正系数，计算铀、钍、钾模型A₁位置车身分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°方向读数平均值与该模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值比，得修正系数W；

步骤七、计算每个模型修正后的净计数率,数值上等于模型中心净计数率加 上外围6个模型修正后的净计数率；

步骤八、计算得到灵敏度a_ij。

所述步骤七中，所述所净计数率计算入下式：

N(O,O)＝N′(O)+∑N′(A)

N′(O)＝N(O)-N_B(O)

N′(A)＝W·[N(A)-V·N_B(A)]

N(O,O)为模型修正后的净计数率，N(O)、N′(O)为各模型中心点O实测计数率及其净计数率，N(A)、N′(A)为模型外围6个正六边形中心的实测值及其修正值，N(O)，N_B(A)为本底模型在O，A点实测值。

所述步骤八中，灵敏度a_ij计算如下式：

a_ij表示第j种核素含量对第i道址或窗计数率的灵敏度；C_j表示第j种核素的含量；N_i表示第i道址或窗口内修正后的净计数率。

本发明的有益技术效果在于：本发明提供的一种用于铀矿勘查的车载伽玛全谱测量系统精细标定方法，通过场地伽玛射线强度差异、车身产生的角响应影响、模型饱和度影响的修正，极大地提高了测量系统参数的准确性，为开展精细伽玛全谱测量和数据处理提供了前提。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、选定车载伽玛全谱测量系统，要求仪器道数大于等于256道，具 有天然峰自动稳谱、导航、显示、自动储存功能；

步骤二、设定车载伽玛能谱测量系统的测量周期和参数及核素能量窗口，选取标准的正六边形体钾模型、铀模型、钍模型、本底模型、混合模型；

步骤三、测量，用细绳系住一个小铁锥形体重锤底部中心，将细绳另一端固定在仪器探头晶体中心正对的汽车底盘位置，将汽车开进正六角形模型上，重锤尖端对准模型的中心位置O，汽车垂直于模型指定的正六边形的一边，并将车载头正对该边，启动仪器测量(10～15)分钟停止测量，仪器自动保存该测量数据，然后将车行驶至以该指定边为对称轴模型中心点的对称点A₁位置停车，车身方向不变，仍与指定正六边形边垂直，测量(10～15)分钟停止测量，仪器自动保存该测量数据，然后车身以该对称点A₁为中心，逆时针分别转60°、120°、180°、240°、300°停车，依次分别测量(10～15)分钟停止测量，仪器分别自动保存该测量数据；

步骤四、按步骤三分别在铀、钍、钾、本底、混合模型上进行测量，仪器分别自动保存相应的测量数据；

步骤五、计算铀、钍、钾模型A₁位置伽玛强度不等对测量产生影响的修正系数，将每个模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值与本底模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数的平均值比，得修正系数V；

步骤六、计算角响应修正系数，计算铀、钍、钾模型A₁位置车身分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°方向读数平均值与该模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值比，得修正系数W；

步骤七、计算每个模型修正后的净计数率,数值上等于模型中心净计数率加上外围6个模型修正后的净计数率，如公式(1)；

N(O,O)＝N′(O)+∑N′(A) (1)

N′(O)＝N(O)-N_B(O) (2)

N′(A)＝W·[N(A)-V·N_B(A)] (3)

公式(1)～公式(3)中，N(O,O)为模型修正后的净计数率，N(O)、N′(O)为各模型中心点O实测计数率及其净计数率，N(A)、N′(A)为模型外围6个正六边形中心的实测值及其修正值，N(O)，N_B(A)为本底模型在O，A点实测值。

步骤八、利用公式(4)计算灵敏度a_ij；

公式(4)中，C_j表示第j种核素的含量；N_i表示第i道址或窗口内修正后的净计数率。

a_ij表示第j种核素含量对第i道址或窗计数率的灵敏度

将钾模型、铀模型、钍模型上钾、铀、钍修正后的净计数率及模型钾、铀、钍含量代入公式(4)解方程组即可求得灵敏度a_ij。

实际测量中，根据车载伽玛能谱测量系统实测钾、铀、钍计数率及灵敏度a_ij，即可获得钾、铀、钍含量。

本发明的一种车载伽玛全谱测量系统的精细标定方法，具体应用如下

步骤(1)：模型及测量系统选择，采用河北石家庄核工业计量站航空伽玛能谱标准正六角模型及GR-660型256道车载伽玛能谱测量系统；

步骤(2)：标定前将系统标定文件中的钾、铀、钍和总道计数率四个参数的本底(CPS)设置为零，钾、铀、钍的灵敏度系数设置为1，矩阵对角线为1，剥离比α、β、γ、a、b、g等其它参数设置为零，并设置钾窗口为：钾窗：(111～126)CH，铀：(135～155)CH，钍：(201～232)CH；

步骤(3)：用细绳系住一个小铁锥形体重锤底部中心，将细绳另一端固定 在仪器探头晶体中心正对的汽车底盘位置，将汽车开进钾模型上，重锤尖端对准模型的中心位置O，汽车垂直于模型指定的正六边形的一边，并将车头正对该边，启动仪器测量10分钟停止测量，仪器计数率分别记为N_KK(O)、N_KU(O)、N_KT(O)，然后将车行驶至以该指定边为对称轴模型中心点的对称点A₁位置停车，车身方向不变，仍与指定正六边形边垂直，测量10分钟停止测量，仪器自动保存该测量数据，仪器计数率分别记为N_KK(A₁)、N_KU(A₁)、N_KT(A₁)，然后车身以该对称点A₁为中心，逆时针分别转60°、120°、180°、240°、300°停车，依次分别测量10分钟停止测量，仪器分别自动保存该测量数据,仪器计数率分别记为N_KK(A₂)、N_KU(A₂)、N_KT(A₂)，N_KK(A₃)、N_KU(A₃)、N_KT(A₃)，N_KK(A₄)、N_KU(A₄)、N_KT(A₄)，N_KK(A₅)、N_KU(A₅)、N_KT(A₅)，N_KK(A₆)、N_KU(A₆)、N_KT(A₆)；

步骤(4)：按照步骤(3)分别在铀、钍、混合、本底模型上进行测量，铀模型中心点钾、铀、钍测量值分别记为N_UK(O)、N_UU(O)、N_UT(O)，钍模型中心点钾、铀、钍测量值分别记为N_TK(O)、N_TU(O)、N_TT(O)，混合模型中心点钾、铀、钍测量值分别记为N_MK(O)、N_MU(O)、N_MT(O)，本底模型中心点钾、铀、钍测量值分别记为N_BK(O)、N_BU(O)、N_BT(O)，模型中心点的对称点A₁逆时针分别转0°、60°、120°、180°、240°、300°位置铀、钍测量值分别记为N_UK(A₁)、N_UU(A₁)、N_UT(A₁)，N_UK(A₂)、N_UU(A₂)、N_UT(A₂)，N_UK(A₃)、N_UU(A₃)、N_UT(A₃)，N_UK(A₄)、N_UU(A₄)、N_UT(A₄)，N_UK(A₅)、N_UU(A₅)、N_UT(A₅)，N_UK(A₆)、N_UU(A₆)、N_UT(A₆)；N_TK(A₁)、N_TU(A₁)、N_TT(A₁)，N_TK(A₁)、N_TU(A₂)、N_TT(A₂)，N_TK(A₃)、N_TU(A₃)、N_TT(A₃)，N_TK(A₄)、N_TU(A₄)、N_TT(A₄)，N_TK(A₅)、N_TU(A₅)、N_TT(A₅)，N_TK(A₆)、N_TU(A₆)、N_TT(A₆)；N_MK(A₁)、N_MU(A₁)、N_MT(A₁)，N_MK(A₂)、N_MU(A₂)、N_MT(A₂)，N_MK(A₃)、N_MU(A₃)、N_MT(A₃)，N_MK(A₄)、N_MU(A₄)、N_MT(A₄)，N_MK(A₅)、N_MU(A₅)、N_MT(A₅)，N_MK(A₆)、N_MU(A₆)、N_MT(A₆)；N_BK(A₁)、N_BU(A₁)、N_BT(A₁)，N_BK(A₂)、N_BU(A₂)、N_BT(A₂)，N_BK(A₃)、N_BU(A₃)、N_BT(A₃)，N_BK(A₄)、N_BU(A₄)、N_BT(A₄)，N_BK(A₅)、N_BU(A₅)、N_BT(A₅)，N_BK(A₆)、N_BU(A₆)、N_BT(A₆)。

步骤(5)：计算钾模型、铀模型、钍模型、本底模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数的平均值，再该读数平均值除以本底模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数的平均值，得因模型和本底模型外A₁点场地钾、铀、钍含量差异对测量产生的影响的修正系数,即钾模型钾、铀、钍修正系数V_KK、V_KU、V_KT,铀模型钾、铀、钍修正系数V_UK、V_UU、V_UT,钍模型钾、铀、钍修正系数V_TK、V_TU、V_TT；

所述步骤(5)中，钾模型A₁场地钾、铀、钍含量差异对测量产生影响修正系数分别为V_KK＝[N_KK(A₁)+N_KK(A₃)]/[N_BK(A₁)+N_BK(A₃)]，V_KU＝[N_KU(A₁)+N_KU(A₃)]/[N_BU(A₁)+N_BU(A₃)]，V_KT＝[N_KT(A₁)+N_KT(A₃)]/[N_BT(A₁)+N_BT(A₃)]，其它类似。

步骤(6)：角度响应修正系数，计算钾、铀、钍模型A₁位置车身方向分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°时各读数的平均值，再将该平均值除以该模型A₁位置车身方向分别为0°和180°时读数平均值，得角度响应修正系数，即钾模型钾、铀、钍角度响应修正系数W_KK、W_KU、W_KT，铀模型钾、铀、钍角度响应修正系数W_KK、W_KU、W_KT，钍模型钾、铀、钍角度响应修正系数W_KK、W_KU、W_KT；

所述步骤(5)中，钾模型A₁场地钾、铀、钍角度响应修正系数分别为V_KK＝[N_KK(A₁)+N_KK(A₂)+N_KK(A₃)+N_KK(A₄)+N_KK(A₅)+N_KK(A₆)]/[N_KK(A₁)+N_KK(A₃)]，V_KU＝[N_KU(A₁)+N_KU(A₂)+N_KU(A₃)+N_KU(A₄)+N_KU(A₅)+N_KU(A₆)]/[N_KU(A₁)+N_KU(A₃)]，V_KT＝[N_KT(A₁)+N_KT(A₂)+N_KT(A₃)+N_KT(A₄)+N_KT(A₅)+N_KT(A₆)]/[N_KT(A₁)+N_KT(A₃)]，其它类似。

步骤(7)：计算钾、铀、钍模型修正后的钾、铀、钍净计数率，模型修正后的钾、铀、钍净计数率为模型O点实测值减去本底模型O点的实测值加上A₁点车身方向分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°实测值修正后的六个值和。

所述步骤(7)中，对钾模型，模型O点钾净计数率表示为

N′_KK(O)＝N_KK(O)-N_BK(O) (5)

模型O点铀净计数率表示为

N′_KU(O)＝N_KU(O)-N_KU(BG,O) (6)

模型O点钍净计数率表示为

N′_KT(O)＝N_KT(O)-N_BT(O) (7)

A1点车身方向0°实测钾计数率修正后值表示为

N′_KK(A₁)＝W_KK[N_KK(A₁)-V_KKN_BK(A₁)] (8)

A1点车身方向0°实测铀计数率修正后值表示为

N′_KU(A₁)＝W_KU[N_KU(A₁)-V_KUN_BU(A₁)] (9)

A1点车身方向0°实测钍计数率修正后值表示为

N′_KT(A₁)＝W_KT[N_KT(A₁)-V_KTN_BT(A₁)] (10)

类似，可得到A1点车身方向60°、120°、180°、240°和300°的实测钾、铀、钍计数率修正后值N′_KK(A_k)、N′_KU(A_k)、N′_KT(A_k)，(k＝2,3,4,5,6)。

从而得到钾模型钾修正后的净计数率为

钾模型铀修正后的净计数率为

钾模型钍修正后的净计数率为

对铀模型，模型O点钾净计数率表示为

N′_UK(O)＝N_UK(O)-N_BK(O) (14)

模型O点铀净计数率表示为

N′_UU(O)＝N_UU(O)-N_BU(O) (15)

模型O点钍净计数率表示为

N′_TT(O)＝N_TT(O)-N_BT(O) (16)

A1点车身方向0°实测钾计数率修正后值表示为

N′_UK(A₁)＝W_UK[N_UK(A₁)-V_UKN_BK(A₁)] (17)

A1点车身方向0°实测铀计数率修正后值表示为

N′_UU(A₁)＝W_UU[N_UU(A₁)-V_UUN_BU(A₁)] (18)

A1点车身方向0°实测钍计数率修正后值表示为

N′_UT(A₁)＝W_UT[N_UT(A₁)-V_UTN_BT(A₁)] (19)

类似，可得到A1点车身方向60°、120°、180°、240°和300°的实测钾、铀、钍计数率修正后值N′_UK(A_k)、N′_UU(A_k)、N′_UT(A_k)，(k＝2,3,4,5,6)。

从而得到铀模型钾修正后的净计数率为

铀模型铀修正后的净计数率为

铀模型钍修正后的净计数率为

对钍模型，模型O点钾净计数率表示为

N′_TK(O)＝N_TK(O)-N_BK(O) (23)

模型O点铀净计数率表示为

N′_TU(O)＝N_TU(O)-N_BU(O) (24)

模型O点钍净计数率表示为

N′_TT(O)＝N_TT(O)-N_BT(O) (25)

A1点车身方向0°实测钾计数率修正后值表示为

N′_KK(A₁)＝W_KK[N_KK(A₁)-V_KKN_BK(A₁)] (26)

A1点车身方向0°实测铀计数率修正后值表示为

N′_TU(A₁)＝W_TU[N_TU(A₁)-V_TUN_BU(A₁)] (27)

A1点车身方向0°实测钍计数率修正后值表示为

N′_TT(A₁)＝W_TT[N_TT(A₁)-V_TTN_BT(A₁)] (28)

类似，可得到A1点车身方向60°、120°、180°、240°和300°的实测钾、铀、钍计数率修正后值N′_TK(A_k)、N′_TU(A_k)、N′_TT(A_k)，(k＝2,3,4,5,6)。

从而得到钍模型钾修正后的净计数率为

钍模型铀修正后的净计数率为

钍模型钍修正后的净计数率为

步骤(8)：利用公式(4)计算灵敏度a_ij。

将钾模型、铀模型、钍模型上测得的钾、铀、钍修正后的净计数率及模型钾、铀、钍含量代入公式(4)解方程组得方程组(32)～方程组(34)：

方程组(32)～方程组(34)中，a_KK、a_KU、a_KT分别表示单位钾、铀、钍含量对钾窗计数率的灵敏度，a_UK、a_UU、a_UT分别、单位钾、铀、钍含量对铀窗计数率的灵敏度，a_TK、a_TU、a_TT分别表示单位钾、铀、钍含量对钍窗计数率的灵敏度，C_KK、C_KU、C_KT分别表示钾模型钾、铀、钍含量，C_UK、C_UU、C_UT分别表示钾模型钾、铀、钍含量，C_TK、C_TU、C_TT分别表示钾模型钾、铀、钍含量

联立方程组(32)～方程组(34)即可就得六个灵敏度a_KK、a_KU、a_KT、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK

实际测量时，通过六个灵敏度a_KK、a_KU、a_KT、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK、a_KK，实测净计数率，利用公式(4)即可获得钾、铀、钍含量。

Claims (4)

1.一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、选定车载伽玛全谱测量系统；

步骤二、设定车载伽玛能谱测量系统的测量周期和参数及核素能量窗口，选取标准的正六边形体钾模型、铀模型、钍模型、本底模型、混合模型；

步骤三、测量，仪器探头晶体中心对准模型的中心位置O，汽车垂直于模型指定的正六边形的一边，并将车载头正对该边，启动仪器测量T分钟停止测量，保存该测量数据，然后将车行驶至以该指定边为对称轴模型中心点的对称点A₁位置停车，车身方向不变，仍与指定正六边形边垂直，测量T分钟停止测量，保存该测量数据，然后车身以该对称点A₁为中心，分别转60°、120°、180°、240°、300°停车，依次分别测量T分钟停止测量，仪器分别保存该测量数据；

步骤四、按步骤三分别在铀、钍、钾、本底、混合模型上进行测量，仪器分别自动保存相应的测量数据；

步骤五、计算铀、钍、钾模型A₁位置伽玛强度不等对测量产生影响的修正系数，将每个模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值与本底模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数的平均值比，得修正系数V；

步骤六、计算角响应修正系数，计算铀、钍、钾模型A₁位置车身分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°方向读数平均值与该模型A₁位置车身分别为0°和180°方向读数平均值比，得修正系数W；

步骤七、计算每个模型修正后的净计数率,数值上等于模型中心净计数率加上外围6个模型修正后的净计数率；

步骤八、计算得到灵敏度a_ij。

2.根据权利要求1所述的一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，其特征在于：所述步骤七中，所述所净计数率计算入下式：

N(O,O)＝N′(O)+∑N′(A)

N′(O)＝N(O)-N_B(O)

N′(A)＝W·[N(A)-V·N_B(A)]

N(O,O)为模型修正后的净计数率，N(O)、N′(O)为各模型中心点O实测计数率及其净计数率，N(A)、N′(A)为模型外围6个正六边形中心的实测值及其修正值，N(O)，N_B(A)为本底模型在O，A点实测值。

3.根据权利要求2所述的一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，其特征在于：所述步骤八中，灵敏度a_ij计算如下式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{ij}{C}_j=N_i,(i=1,2,3,...,n;j=1,2,3...m)$

a_ij表示第j种核素含量对第i道址或窗计数率的灵敏度；C_j表示第j种核素的含量；N_i表示第i道址或窗口内修正后的净计数率。

4.根据权利要求3所述的一种车载伽玛全谱精细测量系统标定方法，其特征在于：所述T为10～15。