NURE航空計劃回顧與新時代航空γ能譜勘查啟示

李敬敏，米耀輝，駱遙

(中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

鈾是重要的戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)，是保障核工業(yè)發(fā)展的主要原料，事關(guān)我國核安全的根本?！秶鴦赵宏P(guān)于加強地質(zhì)工作的決定》明確提出“加強鈾礦勘查，盡快探明一批新的礦產(chǎn)地”，《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要(2011～2020年)》則指出了我國鈾礦找礦和勘查方向。2006～2014年由原國土資源部規(guī)劃、中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施了《全國礦產(chǎn)資源潛力評價》專項，專項歷時8 年，完成了我國陸域25種重要礦產(chǎn)資源潛力評價工作，提交了完整的全國礦產(chǎn)資源潛力評價成果[1]?！度珖V產(chǎn)資源潛力評價》專項下設(shè)“全國鈾礦資源潛力評價”項目，由中國核工業(yè)地質(zhì)局具體組織實施，通過對鈾礦成礦預測評價、物化遙數(shù)據(jù)處理與綜合研究、全國鈾礦成礦規(guī)律總結(jié)及成礦區(qū)劃等研究，圈定、優(yōu)選出一批成礦遠景區(qū)和預測區(qū)，預測全國1 km以淺鈾礦資源量超過2 000 000 t[2],有利推動了我國鈾資源評價工作。巖石、土壤中賦存的天然放射性核素包括鉀(40K)、鈾(238U)、釷(232Th)等，可以使用航空γ能譜方法(airborne gamma-ray spectrometry，AGRS)測量其放射性衰變產(chǎn)生的γ射線[3]，AGRS在鈾礦找礦和勘查中具有極重要的作用。我國航空γ能譜測量直接發(fā)現(xiàn)鈾礦床 53個，占鈾礦床總數(shù)的16%，但相對航空磁測而言，我國航空放射性測量整體工作程度仍不高[4]。全國鈾礦資源潛力評價中雖然開展了航空γ能譜數(shù)據(jù)處理與異常提取工作，但期間實施的航空γ能譜測量十分有限，沒有將航空放射性測量的效能充分發(fā)揮。進入新時代，地質(zhì)調(diào)查工作對航空地球物理勘查技術(shù)提出了更高的要求，特別是在鈾礦等關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源方面。20世紀70～80年代，美國曾實施國家鈾資源評價(NURE)計劃，圈定資源有利區(qū)并評估鈾資源，使得美國U3O8資源總量從1968年的1 440 000 t增加到1980年的4 030 000 t，鈾精礦產(chǎn)量在1980年達到巔峰，航空γ能譜測量發(fā)揮了重要效果。然而，國內(nèi)關(guān)于NURE的介紹幾乎空白，為此筆者通過回顧這一國際上最大規(guī)模的航空γ能譜測量(含航磁測量)，在總結(jié)NURE中航空地球物理勘查的同時，闡述了關(guān)于發(fā)展我國航空γ能譜的思考，以期為新時代發(fā)展中國特色的航空地球物理勘查理論、方法、技術(shù)提供借鑒。

1 NURE計劃

1973年第四次中東戰(zhàn)爭(十月戰(zhàn)爭)爆發(fā)，石油輸出國組織(Organization of the Petroleum Exporting Countries，OPEC)宣布石油禁運，原油價格從每桶3美元飆升到每桶近12美元，第一次石油危機由此爆發(fā)。應對石油危機，美國政府采取了刺激鈾資源勘探的措施。1973年美國原子能委員會(Atomic Energy Commission，AEC)發(fā)起了國家鈾資源評價(National Uranium Resource Evaluation，NURE)計劃[5]，旨在評價美國的鈾資源；1974年10月11日，美國國會通過《能源重組法案》(Energy Reorganization Act of 1974)，AEC一分為二，成立美國能源研究與開發(fā)管理局(Energy Research and Development Administration，ERDA)，NURE計劃隨之移交；1977年，ERDA同聯(lián)邦能源管理局(Federal Energy Administration，F(xiàn)EA)合并，成立了美國能源部(United States Department of Energy，DOE)，DOE正式主導NURE計劃[6]?？ㄌ卣驞OE加速NURE計劃，使之能為1980年底或1981年初制定政策提供依據(jù)。1984年美國國會停止撥款，NURE計劃最終完成。

NURE計劃具體由設(shè)在科羅拉多州大章克申(Grand Junction，Colorado)的辦公室(Grand Junction Office，GJO)管理，總承包商為著名的Bendix Field Engineering Corporation(BFEC)。NURE計劃主要包括：航空γ能譜和航磁測量、全國水文地球化學和河流沉積物調(diào)查(National Hydrogeochemical and Stream Sediment Reconnaissance，HSSR)、地下地質(zhì)調(diào)查等7個部分[7]，也有報告稱NURE分為9個部分[8]。

航空γ能譜與航磁測量、HSSR以及地下地質(zhì)調(diào)查屬于NURE計劃的3個獨立部分。航空γ能譜與航磁測量、HSSR均是按1°×2°的1∶250 000美國國家地形圖(national topographic map series，NTMS)進行調(diào)查，航空地球物理勘查由多家商業(yè)承包商分包，HSSR則由DOE所屬國家實驗室負責，包括：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)、洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)、橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)、薩凡納河國家實驗室(Savannah River National Laboratory)[8]。每個實驗室都研發(fā)了樣品采集、分析和數(shù)據(jù)管理方法，并請分包商協(xié)助工作。地下地質(zhì)調(diào)查主要利用以往γ測井資料提供資源量估計數(shù)據(jù)，某些地區(qū)DOE則自行鉆探，評估鈾資源量，提高評價的可靠性。NURE計劃絕大部分數(shù)據(jù)已提供給美國地質(zhì)勘探局(U.S. Geological Survey，USGS)，目前，USGS網(wǎng)站(https://pubs.er.usgs.gov/)以公開報告形式公布了大部分數(shù)據(jù)。USGS公布了美國本土(48個州)1°×2°圖幅459幅和阿拉斯加1°×2°圖幅98幅的航空地球物理勘查數(shù)據(jù)[6]，USGS還持有HSSR約380 000個原始沉積物樣本，并公布了含397 625 條記錄的沉積物地球化學和水的地球化學分析數(shù)據(jù)[8]。

2 航空地球物理勘查

航空地球物理勘查是NURE最重要的組成部分之一，包括航空γ能譜測量和航空磁測兩種技術(shù)手段，采用聯(lián)合作業(yè)的方式進行勘查。主要目標是通過航空地球物理勘查快速測量并評估國家和區(qū)域尺度的天然放射性核素分布及不同地質(zhì)單元的含量分布；為地球化學和地質(zhì)采樣提供相對有利區(qū)信息，結(jié)合其他調(diào)查數(shù)據(jù)和地質(zhì)建模，確定后續(xù)詳查區(qū)域及工業(yè)勘探區(qū)塊；為新區(qū)塊或勘探程度較低的區(qū)域提供前期勘探，以減少工業(yè)部門的重復勘探工作[9-21]。航空地球物理勘查從1974年開始，持續(xù)到1981年終結(jié)，每個調(diào)查區(qū)范圍為 1∶250 000 NTMS圖幅，即緯度為1°經(jīng)度為2°的四邊形，覆蓋范圍為美國本土和阿拉斯加，總計達557個圖幅，基本覆蓋了整個美國。每個調(diào)查區(qū)設(shè)計的飛行高度122 m(真高)，測線方向為EW向，間距約5～10 km，個別區(qū)加密約2 km，美國西部地區(qū)的調(diào)查大多以5 km間隔飛行，東部地區(qū)的調(diào)查大多以10 km間隔飛行[6]；切割線方向為SN向，間距約15～30 km。具體執(zhí)行航空地球物理勘查的承包商包括Texas Instruments Inc、Aero Service、Geodata International Inc、LKB Resources Inc、Geometrics、High Life Q.E.B. Inc、Geo-Life Inc、Carson Geoscience等公司。為了較為詳細地討論NURE具體的航空γ能譜和航磁勘查情況，筆者將以美國新墨西哥州NURE區(qū)塊調(diào)查情況進行分析和討論。

新墨西哥州(New Mexico，NM)屬美國西南部4州之一，與猶他州、科羅拉多州和亞利桑那州共享四角區(qū)域，北接科羅拉多州，西接亞利桑那州，東北鄰俄克拉何馬州，東部和南部與得克薩斯州毗連，西南與墨西哥接壤。新墨西哥州共涉及22個1°×2°圖幅范圍(圖1)。

圖1 新墨西哥州區(qū)塊1°×2°圖幅及地形Fig.1 Quadrangles of New Mexico and digital topography

2.1 測量方法技術(shù)

新墨西哥州海拔最高4 013 m為惠勒峰(Wheeler Peak)，海拔最低618 m為紅崖水庫(Red Bluff Reservoir)地區(qū)(德克薩斯州邊界附近)，落基山脈南部延伸至此，屬中高山區(qū)。為了保證航空γ能譜測量的有效性，除固定翼飛機外，還采用了直升機，以降低測量高度。新墨西哥州區(qū)塊(圖1紅框內(nèi))測量中實際使用的直升機有西科斯基Sikorsky S-58T、貝爾Bell 212、 法國宇航Aérospatiale SA 315B LAMA；使用的固定翼飛機為道格拉斯Douglas DC-3(1935年DC-3飛機首飛，在第二次世界大戰(zhàn)中廣泛使用，目前DC-3仍在世界范圍內(nèi)服役，中國南極科考執(zhí)行航空地球物理調(diào)查的“雪鷹601”飛機就是由DC-3改裝而來)、格魯曼Grumman S2F Tracker。實際測量中測線間距約4.8 km或9.6 km，切割線間距約19.2 km或38.4 km，測量的平均離地飛行高度為134 m[9-21]。

圖2給出的新墨西哥州區(qū)塊測網(wǎng)和飛行高度表明NURE航空地球物理測量的復雜性，各1°×2°區(qū)塊測量中比例尺或測線間距不盡相同，例如拉頓(Raton)圖幅和圣菲(Santa Fe)圖幅，拉頓幅測線間距約9.6 km，而圣菲幅測線間距約4.8 km，后者比例尺比前者大1倍；同一1°×2°區(qū)塊測量中測量比例尺或測線間距可能也不盡相同，例如圖拉羅薩(Tularosa)圖幅中西北和東南部分的測線間距為 9.6 km，東北和西南部分的測線間距為4.8 km，后者比例尺比前者大1倍；同一1°×2°區(qū)塊測量中測線方向存在不同，盡管整體設(shè)計中測線方向為EW向，但個別區(qū)塊部分測線方向進行了調(diào)整，例如道格拉斯(Douglas)圖幅和銀市(Silver City)圖幅西部測線方向為SN向，同圖幅東部不同；同一1°×2°區(qū)塊測量中使用機型或飛行高度可能不同，例如圣菲(Santa Fe)圖幅內(nèi)西北部(106°W～105°W，35.5°N～36°N)飛行高度(真高)明顯較該圖幅其他區(qū)域低，該部分屬落基山脈由Aérospatiale SA 315B LAMA直升機執(zhí)行測量，SA315B LAMA是目前升限最高的直升機，而圣菲幅其他部分則是由Grumman S2F Tracker固定翼飛機執(zhí)行測量的，直升機測量區(qū)域的地形條件雖更差，但測量高度卻較同一圖幅中固定翼飛機顯著降低[18]；不同的1°×2°區(qū)塊可能由同一承包商連續(xù)飛行測量，例如船艦巖(Shiprock)、蓋洛普(Gallup)和阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅的航跡和高度均較為一致，實際上這3個區(qū)塊均是由喬美特利(Geometrics)公司執(zhí)行測量[17]；部分1°×2°區(qū)塊測量中存在測量空白，例如，拉斯克魯塞斯(Las Cruces)圖幅，由于歷史原因測量空白，也造成了后續(xù)編圖中部分數(shù)據(jù)空白；部分1°×2°區(qū)塊測量中存在部分測量數(shù)據(jù)無效，阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅，儀器原因造成部分數(shù)據(jù)缺失；部分1°×2°區(qū)塊測量中測線偏航較大，例如卡爾斯巴(Carlsbad)圖幅。因此，NURE航空地球物理勘查中各1°×2°區(qū)塊測量中盡管都遵從了BFEC的技術(shù)要求，但實際上卻根據(jù)各個區(qū)塊的具體情況進行了有針對性的飛行測量，最大程度上保證了測量的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性。

圖2 新墨西哥州區(qū)塊測網(wǎng)和飛行高度[9-21]Fig.2 Flight height of New Mexico NURE aeromagnetic and aeroradiometric data[9-21]

測量使用的儀器包括航空γ能譜儀、磁力儀、導航定位系統(tǒng)、氣壓高度計、雷達高度計、溫度傳感器、數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)、模擬記錄儀、35 mm跟蹤照相機等。航空γ能譜儀采用了多道譜儀，例如GR-800能譜儀；能譜儀采用NaI(Tl)晶體探測晶體，并配備了上視晶體監(jiān)測大氣氡(214Bi)；固定翼飛機采用的探測晶體體積更大，例如拉頓(Raton)圖幅和圣菲(Santa Fe)圖幅測量中固定翼飛機采用的晶體體積為4 096 in3(含上視晶體512 in3)，而直升機晶體體積僅為2 304 in3(含上視晶體256 in3)[18]；飛行速度同晶體體積對應[22]，NURE中規(guī)定下視晶體體積與飛行速度比(V/V)應高于20(比值中，晶體體積單位采用立方英寸，速度單位采用英里每小時)[9-21]。航空γ能譜測量進行了系統(tǒng)標定，飛行開始前和飛行結(jié)束后均測定了探測器能量分辨率和能譜峰漂情況，測量中實施了相應的前校測量和后校測量，并進行能量分辨率和能譜峰漂監(jiān)控。航空γ能譜測量系統(tǒng)標定分別在科羅拉多州大章克申的Walker Filed機場的標準標定設(shè)施(即放射性模型坪，圖3)[23]和亞利桑那州米德湖(Lake Mead, Arizona)動態(tài)帶[24]進行，標定內(nèi)容包括飛機本底標定、宇宙射線系數(shù)標定、大氣氡影響系數(shù)標定、康普頓散射系數(shù)標定、高度衰減系數(shù)標定、空中靈敏度標定。

航磁測量采用吊掛模式，無需磁干擾場補償，使用的航空磁力儀包括磁通門磁力儀、質(zhì)子旋進磁力儀，磁力儀靈敏度為0.1 nT或0.25 nT。航空磁測時，地面設(shè)有基站，用以測量地磁場隨時間變化(磁日變)。那時，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)尚未廣泛應用，導航定位系統(tǒng)使用了甚低頻導航系統(tǒng)、多普勒導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)等，航跡恢復采用35 mm跟蹤照相進行判圖。數(shù)據(jù)收錄主要采用磁帶記錄，但不同設(shè)備的采集數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后分別記錄在不同的磁帶上，后續(xù)數(shù)據(jù)處理中需要對收錄的不同設(shè)備數(shù)據(jù)進行合并。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理部分包括磁帶數(shù)據(jù)導出、航跡恢復、原始數(shù)據(jù)編輯、合并等，由于當時還沒有應用數(shù)字技術(shù)和GNSS技術(shù)，這部分例行的數(shù)據(jù)處理極繁瑣，特別是利用照片判圖進行航跡恢復，只能采用核對照片和地圖的方式進行手工定位。航空γ能譜數(shù)據(jù)處理主要是通過各項校正來確定40K、238U、232Th 的核素含量，其中各項校正包括活時間(live time)校正、飛機本底和宇宙射線校正、康普頓散射校正、大氣氡校正、高度校正、含量換算等，這部分校正處理包括對系統(tǒng)標定的數(shù)據(jù)處理基本同國際原子能機構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)323技術(shù)報告[3]或《航空伽瑪能譜測量規(guī)范》(EJ/T1032-2018)[22]相一致或類似，關(guān)于標定具體實例和數(shù)據(jù)處理細節(jié)可以參考近年來對AGS—863 航空γ能譜勘查系統(tǒng)的標定[25]，這里不再進行討論。航磁數(shù)據(jù)處理主要進行磁日變校正和正常地磁場校正，其中正常地磁場校正使用了國際地磁參考場(International Geomagnetic Reference Field，IGRF)。 數(shù)據(jù)處理還包含了質(zhì)量控制部分，包括對能譜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等，同時也對飛行高度、飛行速度進行統(tǒng)計，并繪制有相應的直方圖等。

2.3 解釋及成果表達

根據(jù)NURE計劃航空地球物理勘查中評價鈾礦的目標，鈾異常選編是解釋的核心。航空γ能譜數(shù)據(jù)解釋主要以數(shù)據(jù)統(tǒng)計為基礎(chǔ)，按照對應的地質(zhì)構(gòu)造單元對K、U、Th含量及K、U、Th比值等進行統(tǒng)計，為了闡明核心的解釋方法，筆者以阿爾伯克基(Albuquerque)圖幅中格蘭茨(Grant)鈾礦帶中77號鈾異常進行討論。阿爾伯克基幅77號異常為該圖幅中幅度最大的鈾異常，U含量達到236×10-6，異常所處的地質(zhì)單元屬第四系沖積物(Qal)，局部包括一些階地礫石、崩積層[17]。航空γ能譜解釋的基礎(chǔ)是對地質(zhì)單元統(tǒng)計，解釋中按地質(zhì)單元對能譜數(shù)據(jù)進行了平均值和方差統(tǒng)計，并繪制了相應的直方圖，包括Th、U、K和U/K、U/Th、Th/k統(tǒng)計直方圖；例如，圖幅中第四系沖積物對應U的均值為27.500 0×10-6，方差為5.224 0×10-6，Th的均值為 57.100 0×10-6，方差為7.556 5 ×10-6，U/Th均值為 0.488 7，方差為0.699 1。異常選編中，異常的U含量要高于均值的1倍方差，Th含量高于均值的-1倍方差，U/Th要高于均值的1倍方差；于是，第四系沖積物中U異常選編要求滿足U含量大于27.500 0×10-6+5.224 0×10-6，Th含量大于57.100 0×10-6-7.556 5×10-6，且U/Th大于0.488 7+0.699 1。根據(jù)滿足U含量、Th含量及U/Th含量要求，選編77號U異常的中心坐標為(33.2406°N，107.8611°W)，該異常與鈾礦有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)在的遙感影像資料，該異常應為鈾礦尾礦堆。

NURE航空地球物理勘查中所有地圖數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)都是按美國1∶250 000 NTMS標準圖幅進行組織和表達的，其中地圖數(shù)據(jù)按照1∶250 000 NTMS生產(chǎn)，最后按1∶500 000印刷附于最終成果報告。最終成果表達主要是異常分布圖、等值線圖、剖面圖，各種統(tǒng)計直方圖、異常登記表及相關(guān)異常解釋，此外還通過數(shù)據(jù)表公布了NURE航空地球物理勘查的主要數(shù)據(jù)，包括測量坐標、計數(shù)率、磁場、比值、地質(zhì)單元類型等。

3 主要成果與啟示

3.1 主要成果

通過NURE航空地球物理勘查，形成了對美國本土的航空γ能譜測量快速覆蓋，按1°×2°的 1∶250 000 NTMS圖幅形成了完整的報告產(chǎn)品、圖件產(chǎn)品、數(shù)據(jù)產(chǎn)品等，為NURE計劃順利實施提供了基礎(chǔ)性保障。NURE的航空地球物理勘查形成的報告主要按1°×2°圖幅測量飛行的技術(shù)報告，通常是分包商幾個1°×2°圖幅一并飛行測量，形成幾個1°×2°圖幅的總技術(shù)報告，技術(shù)報告記錄了主要航空地球物理勘查工作、測量技術(shù)方法、數(shù)據(jù)處理細節(jié)、解釋技術(shù)方法等。按1°×2°圖幅形成了相應的解釋報告，這部分報告附于對應的技術(shù)報告后，稱為第二卷，包括各種成果圖件(比例尺約1∶500 000)、異常登記表、統(tǒng)計直方圖等；同時，還針對測量數(shù)據(jù)形成了完整的測量數(shù)據(jù)表、磁帶拷貝等。NURE航空地球物理勘查形成了技術(shù)報告、圖件、數(shù)據(jù)三位一體的標準化產(chǎn)品，這些標準化的產(chǎn)品沒有束之高閣，均可為公眾直接獲取。20世紀80年代，地礦部地質(zhì)情報研究所崔林沛在美國訪問，曾從DOE的GJO買到了NURE的全部原始數(shù)據(jù)，包括航空γ能譜測量、航空磁測和水文地球化學測量數(shù)據(jù)的所有拷貝，總共100多盤高密度磁帶[26]，這些產(chǎn)品供大學、研究所和私人公司廣泛利用，充分發(fā)揮了其應有的作用。

除技術(shù)報告、圖件、數(shù)據(jù)三位一體的標準化產(chǎn)品外，NURE航空地球物理勘查還建立了一系列的標準化程序和以模型坪為代表的大型基礎(chǔ)科學裝置。NURE航空地球物理勘查按1°×2°的1∶250 000(NTMS)圖幅飛行測量，很難想象如果沒有統(tǒng)一的標準，NURE超過500個圖幅的資料最終將如何拼接。NURE航空地球物理勘查甚至整個NURE計劃形成了一系列的標準化程序[8,27]，每年均編制有NURE年報。NURE航空γ能譜測量成功的最大秘訣也在于實施了統(tǒng)一標準的標定程序，建立了DOE的航空放射性標定裝置(圖3)。標定大幅提升了航空γ能譜測量的精度[28]，模型坪建立前的數(shù)據(jù)也通過標定、校正進行了標準化處理。NURE形成的標準化標定程序后續(xù)為IAEA形成航空γ射線能譜測量標準(技術(shù)報告系列323號)等提供了基礎(chǔ)。同時，NURE開展了DC-3飛機飛越整個美國的超級“十”字剖面測量(EW向從123.75°W～74.3°W，緯度39.5°N；SN向從26.3°N～49.0°N，經(jīng)度99.0°W)[29]，最大程度上統(tǒng)一了航空γ能譜的測量水平，為美國航空γ能譜編圖、美國航磁編圖以及北美航空γ能譜編圖、北美航磁編圖提供了基礎(chǔ)性素材。

圖3 美國能源部的航空放射性標定裝置[23]Fig.3 Airborne radioactivity Calibration device of the U.S. Department of Energy[23]

NURE航空計劃大幅提升了美國甚至整個北美的區(qū)域地球物理測量工作程度，獲取的鈾異常資料為鈾資源評價提供了重要依據(jù)。以快速實施航空地球物理勘查來應對石油危機，鈾儲量和資源量持續(xù)擴大，成為地球物理成功應用的又一典范。航空γ能譜測量不僅在鈾資源勘查方面發(fā)揮了重要作用，還可支撐輻射環(huán)境評價。在NURE航空γ能譜測量成果的基礎(chǔ)上，美國和加拿大合作編制了反映環(huán)境輻射水平的北美γ射線空氣吸收劑量率圖(圖4)，也為整個輻射環(huán)境監(jiān)測評價提供了重要的本底依據(jù)[6]。盡管USGS長期以來進行了大量的航空磁測工作，但NURE航磁數(shù)據(jù)一定程度上仍然填補了部分空白區(qū)，并改善了部分測區(qū)的精度，利用NURE均勻覆蓋的航磁框架，包括NURE的超級“十”字剖面，極大提升了美國本土的磁場水平特別是改進了磁場的長波長部分。NURE航空地球物理勘查的相關(guān)理論、方法、技術(shù)、成果、數(shù)據(jù)等仍在今天發(fā)揮著重要作用。

3.2 啟示與思考

NURE航空地球物理勘查取得巨大成功的同時，也給我國航空地球物理工作者以深刻的反思。中國航磁測量初創(chuàng)于1953年，至21世紀初，原中國國土資源航空物探遙感中心及原地質(zhì)礦產(chǎn)部相關(guān)單位共獲得了432個測區(qū)的航磁測量數(shù)據(jù)，累計 12 040 000 km，測量面積累計達20 020 000 km2，約占陸域面積的97%[30]；中國航空放射性測量初創(chuàng)于1955 年，至21世紀初，核工業(yè)及及原地質(zhì)礦產(chǎn)部等單位共獲得了372個測區(qū)的航空放射性測量數(shù)據(jù)，累計約12 385 000 km，測量面積累計約 6 228 000 km2。僅從數(shù)據(jù)上看，我國航空放射性測量工作程度是接近航空磁測的，但實際上有16 個鈾成礦區(qū)帶沒有覆蓋，全國高精度大比例尺航放測量覆蓋面積僅1 870 000 km2[4]，GR-800多道航空γ能譜儀引進之前的數(shù)據(jù)多不可用，據(jù)此估算實際僅覆蓋陸域范圍的20%左右，還不能像航空磁測那樣形成全國性的基礎(chǔ)圖件。中國航空磁測形成了1∶5 000 000比例尺的全國性圖件，開展了1∶250 000航磁編圖，已取得顯著成效，但也應清醒地認識到，全國性磁場水平特別是長波長部分仍沒有好的解決方法[30]，部分1∶250 000圖幅航磁編圖的數(shù)據(jù)精度，特別是導航定位精度較差[31]。因此，無論是航磁，還是航空γ能譜測量，都亟待開展大區(qū)域、高精度、快速覆蓋的框架性測量。

圖4 北美γ射線空氣吸收劑量率[5]Fig.4 Map of Gamma-ray absorbed dose in the United States and Canada[5]

航空γ能譜工作程度主要受制于測量技術(shù)方法和后續(xù)應用。長期以來，國內(nèi)認為在中高山地區(qū)由于不能有效降低飛行高度，航空γ能譜測量難以突破，航空磁測也同樣面臨高度問題[32]。中高山區(qū)航測的關(guān)鍵在高度控制，飛機選型是基礎(chǔ)，王乃東等在中高山區(qū)高精度航磁方法技術(shù)研究中曾指出中高山區(qū)最佳直升機機型為西斯科Sikorsky UH-60 Black Hawk和法國宇航Aérospatiale SA 315B LAMA，并詳細列舉了SA 315B LAMA的性能[33]。NURE在落基山脈選用SA 315B LAMA進行航空γ能譜測量的成功實例同樣證明了機型的重要性。目前，我國航空地球物理勘查中主要使用的固定翼飛機為航空工業(yè)哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責任公司生產(chǎn)的Y-12飛機，進口的有塞斯納Cessna 208 Caravan飛機、豪客比奇Beechcraft King Air 350(如“航空地質(zhì)一號”)，直升機主要為歐洲直升機公司Eurocopter AS350 B3；近年來，雖然改裝了“航空地質(zhì)二號”、“航空地質(zhì)三號”直升機平臺(國產(chǎn)AC312E和AC-311直升機)，但飛行平臺仍是制約航空γ能譜測量的關(guān)鍵之一。此外，在測量理論上仍有待突破，特別是在全國性航空地球物理基準控制網(wǎng)測量上要有所突破，亟須在我國陸域范圍內(nèi)開展綜合性的航空地球物理框架性測量或超長剖面測量，以控制γ場、地磁場或重力場基準，這是解決全國性—區(qū)域性航空地球物理資料水平的唯一途徑。

在航空γ能譜應用方面，雖然在基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、鈾礦勘查、輻射環(huán)境評價、核應急等方面取得了一系列成效，但其應用廣度和深度仍顯不足，航空地球物理勘查資料的社會化利用程度仍不高。在輻射環(huán)境監(jiān)測方面，國家輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)通過分布于全國各地的輻射環(huán)境監(jiān)測站來開展γ輻射空氣吸收劑量率監(jiān)測，但輻射環(huán)境監(jiān)測站數(shù)量有限且分布不均，還未建立全國面積性的天然γ輻射空氣吸收劑量率本底，全國性、面積性的γ輻射環(huán)境本底監(jiān)測評價仍屬空白。生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、中核集團等多個相關(guān)部門應建立協(xié)同合作機制，凝聚航空γ能譜測量力量，共同謀劃全國陸域范圍的航空γ能譜測量，將基礎(chǔ)地球物理調(diào)查同環(huán)境評價、常態(tài)化監(jiān)測與核應急等有機結(jié)合，摸清輻射環(huán)境本底，共同構(gòu)建具有中國特色的航空γ能譜測量和監(jiān)測體系。

航空γ能譜測量與應用的基礎(chǔ)是儀器設(shè)備與方法技術(shù)，為此《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》將發(fā)展航空地球物理勘查技術(shù)作為優(yōu)先支持領(lǐng)域。通過兩輪國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)攻關(guān)，成功研制了包括航空γ能譜測量系統(tǒng)在內(nèi)的一大批航空地球物理裝備[34]，但航空γ能譜儀所采用的大體積NaI(Tl)晶體仍主要依賴進口，探測器“卡脖子”問題仍待解決。在技術(shù)方法方面，近年來，大力發(fā)展了山區(qū)直升機航空γ能譜測量，作業(yè)量占比大幅提高，但地形影響校正等仍未根本解決；此外，航空γ能譜地質(zhì)填圖的自動化程度仍不高，過多依靠人工解釋，航空γ能譜測量技術(shù)仍待進一步發(fā)展。面對“百年未有之大變局”，必須把事關(guān)核安全的航空γ能譜測量技術(shù)發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手里，在技術(shù)標準、儀器研發(fā)、方法技術(shù)創(chuàng)新上繼續(xù)加大攻關(guān)力度，著力破解探測器國產(chǎn)化等關(guān)鍵問題，將無人機、北斗導航定位、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)用好，力爭在智能化航空γ能譜地質(zhì)填圖、無人機核應急、航空γ能譜聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測等方面起到示范引領(lǐng)作用。

4 總結(jié)與建議

應對石油危機，美國政府在20世紀主導了NURE計劃，開展了投資超過3 000萬美元覆蓋美國本土和阿拉斯加的超級規(guī)模的航空地球物理勘查，筆者針對該航空地球物理勘查進行了回顧和討論。NURE航空地球物理勘查的實施，實現(xiàn)了美國航空γ能譜測量的快速覆蓋和快速解釋，有力推動了NURE目標的實現(xiàn)，取得了一大批成果。NURE航空地球物理勘查實施的同期，我國也在進行一項最大規(guī)模的航空地球物理勘查計劃——中國沿海大陸架航磁測量，總體來講我國當時的航磁測量是接近NURE實際水平的。進入20世紀80年代，我國開展了“第二代航空物探”工作，通過引進GR-800航空γ能譜儀，建立航空放射性測量標準模型裝置，航空γ能譜測量基本達到了NURE的水平。但是，截止到目前，我國航空γ能譜測量工作程度相對不高，我國航空γ能譜測量工作程度與經(jīng)濟社會發(fā)展極不適應，亟待進一步完善中國特色的航空放射性測量理論、方法、技術(shù)。即將進入“十四五”開局之年，航空地球物理工作者必須有所作為，筆者建議盡快開展我國陸域范圍內(nèi)的航空γ能譜調(diào)查與監(jiān)測計劃(同時搭載航空磁力儀進行航磁調(diào)查)，按1∶100 000～1∶1 000 000圖幅在工作程度低的地區(qū)和空白區(qū)優(yōu)先開展普查性測量，部分鈾礦找礦有利區(qū)開展1∶25 000～1∶50 000的詳細測量；同時，在全國范圍內(nèi)開展“幾橫幾縱”的超長剖面測量，形成本底格架，盡快實現(xiàn)我國陸域范圍內(nèi)的航空γ能譜測量全覆蓋；以總體國家安全觀為指導，立足核輻射相關(guān)的資源和環(huán)境評價，創(chuàng)建“統(tǒng)一布局、統(tǒng)一測量、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一編圖、統(tǒng)一評價”的航空γ能譜“五統(tǒng)一”勘查和監(jiān)測體系，面向社會提供航空γ能譜異常評價產(chǎn)品和輻射環(huán)境評價產(chǎn)品，助力經(jīng)濟社會發(fā)展、支撐生態(tài)文明建設(shè)。