埃及中东沙漠地区El-Missikat和El-Erediya花岗岩中放射性危险区的划定：利用综合机载伽马射线光谱技术和遥感数据

《Remote Sensing Applications: Society and Environment》：Delineation of Radiological Hazard Zones in El-Missikat and El-Erediya Granites, Central Eastern Desert, Egypt: Utilizing Integrated Airborne Gamma-Ray Spectrometry and Remote Sensing Data

　　摘要
放射性矿化作用，尤其是含铀系统，由于其在校核能生产中的不可或缺的作用，已成为具有日益重要经济价值的战略矿产资源。在全球加速向低碳电力系统转型的背景下，可持续地勘探和评估铀矿床对于确保长期能源安全和稳定至关重要。埃及东部沙漠的El-Missikat和El-Erediya地区代表了阿拉伯-努比亚地盾内的典型、受构造控制的花岗岩型铀矿床。本研究结合了机载伽马射线光谱技术、PRISMA高光谱遥感数据，并通过实地调查和岩石学观察来进行研究，旨在明确含放射性元素的矿床的空间分布及其形成演化过程。比率绘图（Th/U、Th/K和U/K）是一种有效的放射性方法，可用于区分由次生热液作用引起的异常元素富集现象。Th/U比率降低与U/K比率升高共同界定了铀的选择性迁移和富集区域。PRISMA影像的高光谱波段处理技术能够精确识别含铝-羟基（Al–OH–）的蚀变组合，包括粘土质和叶状蚀变类型。此外，铀矿化指数有效突出了富铀区域。异常放射性信号与高光谱识别的热液蚀变晕之间的空间对应关系表明，铀沿着剪切带和裂缝网络发生了受构造控制的重新分布和富集，这些结构成为了热液流体在高度演化花岗岩系统中的高效通道。由机载伽马射线数据得出的辐射危害指数超出了国际公认的安全阈值。通过对花岗岩样品的综合性实地调查和岩石学分析，记录了含有放射性矿化的热液叠加区域。将放射性数据和高光谱数据相结合，提高了热液放射性矿化的识别精度，并为高度演化花岗岩地区的勘探研究提供了支持。

引言
天然放射性物质（NORMs）广泛分布于地质环境中，包括岩石、土壤和水系统中，其中许多被用作建筑和工业应用的原材料。天然放射性主要来源于238U（226Ra）和232Th衰变系列的長寿命放射性核素，以及原始的40K及其放射性子体（Tzortzis和Tsertos，2004）。这些放射性核素在高度演化的气英岩、正长岩和伟晶岩中通常富集，这与岩浆分异及其相关的矿物组合和岩石学特征有关（Sandesh等人，2021）。埃及东部沙漠的铀矿床具有重要的地质和经济价值，因为它们具有潜在的战略矿产资源意义。这些矿床主要与花岗岩侵入体和受构造控制的热液蚀变带相关，为铀的迁移和富集提供了有利条件（Hegab，2024；Salem，2021）。随着全球对核能需求的增加，铀勘探的战略重要性显著提升。因此，当前的研究趋势是将先进的多光谱和高光谱遥感数据与机载地球物理技术相结合，这种协同方法为识别与放射性矿化相关的热液蚀变带提供了坚实而高效的技术框架（Ahmed等人，2025；Gemail等人，2016；Hegab，2024；Shereif等人，2025）。

机载伽马射线光谱技术（AGRS）已在多种地球科学应用中得到有效利用，包括放射性矿物勘探和热液蚀变带的识别（例如，Aboelkhair等人，2021；Elkhateeb和Abdellatif，2018；Pereira等人，2019；Shives等人，2000）。此外，它还是一种强大的地球物理方法，可以定量估算地表附近天然放射性元素（等效铀eU、等效钍eTh和钾K）的浓度。这些放射性元素在地球表面的空间分布主要受基岩成分控制，但随后会受到风化、侵蚀、运输和再沉积等次生地质过程的修改，这些过程会显著影响其放射性特征（Pitkin和Duval，1980）。将光谱遥感技术与地球物理和地球化学数据等互补数据集相结合，已被多次证明能显著提高勘探效率（例如，Attwa等人，2020；Henaish等人，2022）。这种整合提供了与表层岩石类型相关的详细光谱-矿物学信息，有助于热液蚀变带的检测和绘制（Frutuoso等人，2021；Sabins，1999），特别是含有放射性矿物的区域（Hegab，2024）。此外，遥感已成为应用地质学中识别区域性和局部地质结构、区分岩石组合（尤其是含有放射性矿床的花岗岩）的重要工具（Peyghambari和Zhang，2021；Amraoui等人，2025；Shebl等人，2025；Shereif等人，2025）。尽管放射性矿化的勘探动力在于其可观的经济潜力，但它也伴随着潜在的辐射危害，因此需要采取严格的预防措施。近年来，大量研究致力于评估建筑材料中天然放射性物质（NORMs）所带来的辐射危害。评估来自自然来源的伽马辐射剂量尤为重要，因为这是普通人群外部辐射暴露的主要来源（UNSCEAR，2000）。辐射剂量水平主要取决于天然放射性核素的浓度，尤其是238U和232Th的衰变产物（如208Tl和228Ac），以及238U系列的214Pb和214Bi，还有原始放射性核素40K（Al-Sharkawy等人，2012；Quindos等人，1987；Yalcin等人，2020）。长期暴露于电离辐射可能导致细胞和分子损伤，严重情况下甚至会导致组织退化乃至死亡。即使低剂量暴露也会增加随机健康风险，尤其是甲状腺癌、肺癌和乳腺癌等癌症的风险，这凸显了进行严格辐射风险评估的必要性（Heikal等人，2022）。El-Missikat和El-Erediya地区是埃及东部沙漠中最重要的含铀区域之一（Hussein等人，1986；Hussein和Sayyah，1992）。其丰富的铀资源强调了它们在埃及矿产资源基础和长期经济可持续性方面的战略意义。放射性（铀）矿化通常与沿剪切带形成的黑色和碧玉状脉状矿体相关（Abu-Deif等人，1997；Hussein等人，1986），并与成熟的热液蚀变晕（包括粘土质、叶状和绿泥质蚀变类型）密切相关（Hassaan等人，2022）。鉴于研究区域内放射性矿化的普遍存在，暴露于辐射危害的风险显著增加。因此，许多先前研究利用ASTER、+Landsat ETM和Landsat-8影像对热液蚀变带进行了详细描述（El Zalaky，2019）。早期的研究还重点通过地面调查评估了相关辐射风险（Awad等人，2022；El-Leil等人，2015；El Mezayen等人，2017）。

首次将高分辨率PRISMA高光谱影像与机载伽马射线光谱技术结合使用，并通过系统的实地调查和详细的岩石学分析进行了研究。这一多学科框架能够精确检测和表征放射性异常，特别是花岗岩中的铀相关异常点，同时更准确地识别含有放射性矿化的热液蚀变带。此外，该方法通过数据集整合，将辐射危害评估从局部地面调查扩展到更广泛的区域尺度，从而更全面地评估铀矿化潜力及相关环境风险，并有效识别研究区域内的辐射危害区。与以往依赖单一数据源或传统方法、且主要局限于局部调查的研究相比，本研究的综合多数据集方法提高了铀勘探和环境评估的准确性和有效性。

研究区域地质
研究区域位于埃及中部东部沙漠（CED）的北部，覆盖面积约为576平方公里（图1）。地理上，它位于北纬26°18′–26°32′、东经33°20′–33°30′之间，处于尼罗河谷的Qena与红海沿岸的Safaga之间的战略要地（Hassaan等人，2022）。该地区以崎岖的地貌特征为特点。

机载伽马射线光谱数据
本研究中使用的机载伽马射线光谱（AGRS）数据来源于1984年由美国西部地球物理公司的Aero-Service部门代表埃及地质调查和矿业局（EGSMA）进行的综合机载光谱-磁测调查（Aero-Service，1984）。这些数据以浓度等高线图的形式提供，随后使用Oasis montaj软件进行处理。

机载伽马射线光谱调查为研究区域提供了主要的天然放射性元素（238U Bq/Kg、232Th Bq/Kg和40K Bq/Kg）的高分辨率空间分布数据。这些放射性参数经过系统处理，并以等高线专题地图的形式展示（图3），有效反映了研究区域内的放射性元素丰度变化。

讨论
鉴于埃及正在进行的核能计划，特别是根据2015年与俄罗斯的政府间协议开发的El Dabaa核电站项目，放射性矿化（铀和钍）作为潜在的核燃料资源，其战略和经济重要性日益增加。因此，系统地检测和空间划定含放射性矿物的岩石类型对于识别高放射性矿化区至关重要（Budnitz等人，...）

结论
研究表明，El-Missikat和El-Erediya花岗岩省的铀矿化不仅与初级岩浆富集有关，还与受构造控制的热液作用有关，这种热液作用促进了铀的迁移和局部再富集。这些构造途径可能促进了热液流体的定向循环以及随后放射性元素的表生重新分布。

作者贡献声明
Mahmoud Abdellatif：撰写、审阅与编辑、可视化、验证、软件开发、方法论构建、概念化
Maher Dawoud：撰写、审阅与编辑、验证、数据管理、概念化
árpád Csámer：撰写、审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金获取、概念化
Ulrich Ofterdinger：可视化、验证、软件开发、资源协调、数据管理、概念化
Ali Shebl：撰写、审阅与...

未引用的参考文献
Abd El Nabi, 2013; BAKHIT和Kassas, 1989; Commission, 1999; Elsaid等人, 2014; Kochupillai等人, 1976; Maden和Akaryal\i, 2015; Pour和Hashim, 2015; Pournamdari等人, 2014; Raslan, 2009; Raslan, 2009; Van Schmus, 1995; Zhang等人, 2007

伦理声明
本手稿的编制不需要额外的伦理考虑，仅需必要的参考文献。

利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

资金支持
本研究得到了德布雷岑大学科学出版计划的支持。Aya S. Shereif获得了匈牙利和埃及联合执行的Stipendium Hungaricum奖学金的资助。

致谢
本研究是第一作者在德布雷岑大学进行的博士研究的一部分。感谢德布雷岑大学的大力支持。作者衷心感谢开罗核材料局（NMA）的Sayed A. Omar教授和Menoufia大学地质系的Mohamed N. El-Dawy博士以及Hanaa A. El-Dokouny博士的慷慨帮助和现场支持，这对该研究的成功至关重要。

作者信息
Aya S. Shereif | Ali Shebl | Maher Dawoud | Mahmoud Abdellatif | Ulrich Ofterdinger | árpád Csámer
德布雷岑大学矿物学与地质系，匈牙利德布雷岑4032