(壹)地面步行γ能譜測量的基本原理
從實測巖礦石的γ譜線可知，巖石中鈾、釷、鉀三種核素的原始γ譜的差異性可顯示出來。如圖2-38所示，從儀器譜中可以明顯看出1.46MeV的譜峰、1.76MeV譜峰和2.62MeV的譜峰；而這正是40K、214Bi和208Tl三個核素的特征峰。它們之間的差別是明顯的，極易辨認。因此，可以利用這壹點，適當選擇能譜儀各道的能量範圍，即可分別測定巖石(礦石)中鈾、釷、鉀的γ射線計數率，然後經過換算(能譜儀標定)即可得鈾、釷、鉀的含量。
圖2-38 U、Th、K的能譜分布示意圖
壹般地面γ能譜儀器選擇下列四個能量窗：
鉀道：1.35～1.55MeV；鈾道：1.65～1.95MeV；釷道：2.5～2.7MeV；總道：0.3～3.0MeV。
總道給出的是計數率(cps)或當量含量10-6)。其余三道測量出各道的計數率N1、N2、N3，由此可列出以下聯立方程：
放射性勘探方法
式中：Ni為各道計數率(常以i=1為U道，i=2為Th道，i=3為K道)；QU、QTh、QK分別為巖石中鈾、釷、鉀含量；ai、bi、ci為鈾、釷、鉀各道的靈敏度系數，各靈敏度的定義如下：
放射性勘探方法
表示在飽和條件下，單位鈾(或釷、鉀)含量在鈾、釷、鉀各道中的讀數。如a1即表示單位鈾含量在鈾道的計數，即a1=N1/QU，這裏的QU是飽和模型的鈾含量，N1是儀器在飽和模型上測量時鈾道的讀數。
解(2-96)式構成的線性方程組，得
放射性勘探方法
式中：
放射性勘探方法
即可計算測量測區巖(礦)石中鈾、釷、鉀含量。靈敏度系數ai、bi、ci可在國家標準飽和模型上進行測定，詳見能譜儀的標定。
(二)測量儀器
1.儀器種類
γ射線能譜儀利用的是探測器輸出的脈沖幅度與γ射線的能量之間的線性正比關系。圖2-39是γ射線能譜儀的方框圖。脈沖振幅被放大和數字化後，經脈沖幅度分析器甄別分析，使能譜儀輸出所探測到的γ射線的能譜。由於每個放射性核素能發射出特定的γ射線能量，所以可以用γ射線能譜儀來判斷輻射源是什麽。
圖2-39 γ射線能譜儀框圖
γ射線能譜儀分為“積分”式或“微分”式。積分能譜儀記錄超過某閾值的脈沖幅度射線。此閾值可以依允許的某個放射性核素的臨界值而調節。微分γ射線能譜儀記錄幅值範圍內(或道)上脈沖，它們對應於γ射線的相應能量範圍。
相對於每個道址，較寬的能量間隔稱為能量窗口。目前較多分析儀使用多道，如256道或512道，甚至更多，每道具有幾千電子伏。也可使用開窗方式，這種能譜儀是將能窗限制在記錄某幾個特定能量範圍。γ射線能譜儀幅度增益穩定，可以避免能量譜漂移。人們可以通過控制探測器的溫度，或通過使用壹個參考放射源的能譜或已測量能譜來實現能量穩定增益。
(1)便攜式四道γ能譜儀
主要測量礦石、土壤中鈾、釷、鉀的含量，實現對高放射性礦產找礦勘探的要求。國產的儀器較多，如上海申核電子有限公司的FD-3022四道能譜儀；北京核地質研究院的H-90B微機γ能譜比活度儀，該儀器更新為HD-2002型便攜式γ能譜等。國外的此類儀器有加拿大的GAD-6型γ能譜儀、美國的GR-410型γ能譜儀。表2-16列出了幾種譜儀的性能對比。
表2-16 幾種國內外四道γ能譜儀的性能對比
(2)便攜式多道γ能譜儀
主要可用於野外地質找礦和環境監測。它測量的能譜範圍大，從256道至1024道、2048道，可顯示壹次測量的譜線，采用相應的程序進行放射性含量的計算。主要儀器有H-40A微機γ能譜儀(256道)、HDY-256便攜式γ能譜儀(256道)、HD-2000智能γ能譜儀(256道)、NP4-2伽馬射線能譜儀(512)、CD-10野外γ射線全譜儀(2048道)、HF-91C便攜式微機多道能譜儀(256道)。國外的此類儀器有加拿大的GR-320地面能譜儀，美國生產的DigDART便攜式γ能譜儀、高純鍺γ能譜儀。表2-17列出了幾種多道能譜儀。
表2-17 幾種輕便多道γ能譜儀
2.能譜儀的標定
能譜儀標定的目的有二：其壹是確定總道Tc的格值，這與輻射儀確定格值是壹樣的。其二是為了準確測定γ能譜儀的換算系數Ai、Bi、Ci(i=1，2，3)。換算系數準確與否，直接影響儀器測定eU、eTh、K含量的準確度。除了新儀器啟用、儀器大修後以及野外工作之前要對儀器進行校準外，在野外工作期間，在更換了探測元件(如碘化鈉晶體、光電倍增管等)，變更了分析器甄別閾，以及壹切可能使能譜儀的換算系數發生變化的情況下，均應重新校準儀器，通常情況下應每年對儀器進行壹次校準。
換算系數的測定必須在鈾、釷、鉀飽和模型上進行，然後在混合模型上檢驗儀器測定eU、eTh、K含量的準確度。
在模型上測量時，將探頭先後置於各模型的中心位置，讀取儀器各道(窗)的計數率。每次讀數的測量時間為1～2min。每個模型上，每個道(窗)至少取用10個落在2倍標準誤差以內的讀數，取其平均值。根據測量結果及模型的定值含量計算換算系數。具體步驟如下：
(1)根據地面γ能譜測量原理，可建立三元壹次方程組
放射性勘探方法
式中：NU、NTh、NK分別為能譜儀測得的鈾、釷、鉀道(窗)計數率(扣除儀器放射性本底後)；QU、QTh、QK分別為測量對象中的eU、eTh、K含量，單位分別為1×10-6eU、1×10-6eTh、%K；ai、bi、ci(i=1，2，3)分別為能譜儀各道(窗)對鈾、釷、鉀的靈敏度，單位分別為：計數率/1×10-6eU、計數率/1×10-6eTh、計數率/1%K，其下標1、2、3分別對應於能譜儀的鈾、釷、鉀道(窗)。
在飽和鈾、釷、鉀模型上進行測量，每個模型上均可以建立上述三個方程。根據這三個模型上建立的九個方程可以解出九個靈敏度：
放射性勘探方法
放射性勘探方法
式中：(U)、(Th)、(K)分別表示鈾、釷、鉀模型。
(2)換算系數的計算公式
為了便於計算含量，通常采用以下含量計算公式：
放射性勘探方法
式中：Ai、Bi、Ci(i=1，2，3)為換算系數。
根據飽和鈾、釷、鉀模型上測量的結果，每個模型均可建立上述三個方程。從三個模型上建立的九個方程可以解出這九個換算系數：
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
放射性勘探方法
式中：
放射性勘探方法
利用公式(2-110)和上述九個換算系數，即可從鈾、釷、鉀道(窗)的計數率換算出eU、eTh、K含量。
3.儀器的三性檢查
(1)短期穩定性檢查
(a)在開機8h內，在混合工作模型上等時間間隔讀取n個讀數(n≥30)，每個讀數時間不少於1min。各道均應滿足下式：
放射性勘探方法
式中：Ni為同壹道中第i次讀數； 為同壹道中n個讀數平均值；G為歸壹化恢復系數，它是儀器讀數的測量時間t0與歸壹化時間t的比值
放射性勘探方法
(b)連續讀取n個底數，n≥30，每個讀數時間1min，各道均應滿足(2-121)式。
(c)在混合工作模型上連續取n個鈾道和釷道讀數，在鉀工作模型上連續讀取n個鉀道讀數，n≥30，每個讀數時間為1min，各道讀數均應滿足(2-121)式。
(2)準確性檢查
儀器對標準飽和混合模型測量後計算的含量，與該混合模型的已知含量間的允許誤差範圍見表2-18。表中低含量的允許誤差以絕對誤差要求，高含量的以相對誤差要求。
表2-18 準確度檢查的允許誤差
(3)壹致性檢查
由壹級模型站(現在稱計量站)負責統壹對壹級模型站和各二級模型站建立壹條標準剖面，並給出鈾、釷、鉀含量。標準剖面設在五個標準飽和模型的壹個旁側，剖面上等間距設立n個測點，n≥25，並做出醒目標記。
被檢查的儀器對標準剖面測量的結果，與標準剖面的已知含量間進行壹壹對比檢驗。同壹對數據的差值為xi(i=1，2，…，25，26)，依下式計算這些差值的平均數 ：
放射性勘探方法
再計算 的標準離差 ：
放射性勘探方法
對於自由度f=n-1，取量信區間為95%，由t分布表(數學手冊)查得t值。當|X|≤t· 時，則可判斷為可以使用；否則，需查明原因，或重新標定儀。
4.儀器本底的測量
與地面γ輻射儀壹樣，見前述。可在水面上測量，也可用鉛屏法。壹般用水面法。
(三)野外測量方法
1.工作比例尺的選擇
利用地面γ能譜測量進行高放射性礦產普查，根據要求找礦的詳細程度，大致分為區調、普查和詳查。各工作階段比例尺及常用測網見表2-19，也可根據具體任務確定，區調和普查可采用規則測網，也可采用不規則測網，詳查測量應采用規則測網。工作底圖應使用大於或等於工作比例尺的地形圖。
(1)區調
測量工作區內eU、eTh、K含量，計算其比值，了解它們的分布規律，研究區域地質背景和成礦地質條件，為預測找礦遠景區及地質填圖提供基礎資料。
(2)普查
在找礦遠景區內通過對eU、eTh、K含量及其比值等分布規律的研究，並結合地質構造、礦化特征和其他物化探異常，圈定找礦遠景片。
表2-19 各工作階段比例尺及常用測網
(3)詳查
通過對遠景片內eU、eTh、K含量及其比值的分布特征的綜合分析，進壹步圈出富鈾地段和其他礦產的礦化蝕變範圍，查明鈾礦或其他礦產的成礦地質條件、礦化特征及控制因素，劃出需揭露的遠景段，為工程部署提供依據。
2.路線測量或面積測量的壹般程序
與γ總量測量大體相同，主要有：
1)將儀器置於正常工作狀態，主要是特征能量峰窗口的選擇、道寬的選擇。
2)測點選擇是將儀器的探頭放在比較平坦基巖露頭上，要註意幾何條件的壹致性。
3)視儀器探頭晶體體積大小及測量對象的含量高低確定測量時間。若儀器探頭晶體為φ75mm×75mm的規格及被測含量為正常情況時，測量時間為1min取壹次讀數，當發現異常時取兩次讀數，每次1min，其允許誤差：當eU≤10×10-6時，絕對誤差為2×10-6；當eU>10×10-6時，相對誤差±10%，當eTh≤25×10-6時，絕對誤差為3×10-6；當eTh>25×10-6時，相對誤差為±1%，K的絕對誤差為1%。
4)儀器工作期間每隔2h進行壹次儀器工作狀態的有關參數檢查，其結果必須記錄。
5)出工前要把已知的地層(巖性)、巖體界線、構造位置、各類異常事先標在地形圖上，在沿路線測量時，認真觀察地質現象。
6)在測區內，對各種地層單元或巖性，均勻地取n個有代表性的樣品(n>30個)分析鈾、釷、鉀及伴生元素，按項目要求，提供鈾鐳平衡的研究資料等。
7)測量工作提交以下資料：①實際材料圖；②野外原始記錄；③儀器工作狀態有關參數。
8)野外異常測量：當遇到異常時(大於異常下限)，應對異常進行追索，工作程序如下：
(a)檢查儀器工作是否正常；
(b)如儀器工作正常，進行重復測量；
(c)觀察地質現象；
(d)按壹定的加密點線距進行測量，追索異常；
(e)在記錄本上記述異常位置，賦存地層及巖性，控制因素，圍巖蝕變，礦化特征，異常形態、規模、性質等；
(f)在異常最高部位取樣，進行鈾、釷、鉀及伴生元素分析，必要時應做巖礦鑒定；
(g)對異常進行評價，並提出進壹步工作意見。
3.質量檢查
(1)野外儀器檢查
(a)儀器的野外短期穩定性檢查；
(b)儀器的野外長期穩定性檢查。
(2)路線檢查
檢查路線主要分布在成礦有利或對工作質量有懷疑的地方，以互檢方式進行，檢查工作量：區調階段5%，初查和詳查階段10%。單個點誤差要求如下：eU≤10×10-6時，絕對誤差為2×10-6；當eU>10×10-6時，相對誤差±10%；當eTh≤25×10-6時，端差≤3×10-6；當eTh>25×10-6時，相對誤差為±10%；K含量誤差以絕對誤差衡量，端差≤1%K的測點為合格測點，合格率應不低於70%。
(3)異常點(帶)檢查
具有礦化及有地質意義的點(帶)進行100%檢查，壹般異常點(帶)檢查50%。