本文是在“航空伽玛能谱勘查系统研发(国家863计划重大项目)”课题中子课题之3“航空伽玛能谱测量的方法技术研究与软件开发”的项目支持下完成的。作者分析国内外航空伽玛能谱测量的发展与现状,发现的问题主要是:(1)传统航空伽玛能谱测量中,仅利用了大于1MeV以上天然伽玛能谱中某些特征峰谱段的信息,获取的目标信息尚限于U、Th、K的元素含量,对能量小于1MeV的天然伽玛能谱低能谱段并未利用,这造成大量谱线信息的丢失;(2)利用伽玛能谱低能谱段能谱信息确定岩石密度、煤灰分等均是在利用人工γ源所形成的伽玛场基础之上进行的,而对天然伽玛场的利用还未见报道;(3)利用天然伽玛能谱划分岩性的应用中,对于伽玛能谱测量能窗的选择主要基于实验,没有完善的理论指导。本文以利用航空伽玛低能谱段(<1MeV)信息开发应用于地质勘查为目的,针对以上问题重点研究了天然伽玛能谱低能谱段谱线信息与介质物性参数(介质(有效)原子序数Zeff、介质密度ρ)之间的变化规律。证实了航空伽玛能谱与天然伽玛能谱的分布规律具有一致性,人工γ源所形成的伽玛能谱与天然伽玛能谱低能谱段的分布规律具有一致性;设计了室内伽玛能谱试验装置和MC模拟仿真试验装置,通过对混凝土、大理石、铁、C、Na、Mg、Al、Si、P、Ca、Fe和SiO2等不同介质材料上形成的伽玛能谱低能谱段的谱线信息进行系统的研究,定性的确定了伽玛能谱低能谱段与介质物性参数之间的变化规律特征;在此基础上利用数学回归分析方法,对伽玛能谱低能谱段与介质物性参数关联区域进行回归分析,进一步定量的确定了天然伽玛能谱低能谱段与介质物性参数之间关联程度最高的能量区间,这为利用航空伽玛能谱低能谱段能谱信息反演地层介质岩性信息奠定了基础。本论文工作具有以下特色和创新:1、根据γ射线与物质相互作用理论分析和实验验证,证实航空伽玛能谱与地面天然伽玛能谱的分布规律具有一致性,人工γ源所形成的伽玛能谱低能谱段与天然伽玛能谱低能谱段的分布规律具有一致性;2、航空伽玛能谱低能谱段(<1MeV)与γ源种类、能量和空间分布状况无关,只与吸收介质材料有关;3、天然伽玛能谱低能谱段随介质物性参数的变化规律特征:低能谱段低能谱峰随介质(有效)原子序数Zeff增大而往高能方向移动;低能谱段随介质密度ρ增大而计数率降低;低能谱段,200keV以下能区谱线特征与介质原子序数和介质密度均相关,但介质原子序数的影响占主导作用;200～600keV谱区是介质密度影响区域,此能区介质原子序数基本没有影响;4、利用数学回归分析,定量的确定了天然伽玛能谱低能谱段80～160keV是与介质(有效)原子序数Zeff关联程度最高的能量区间,确定了天然伽玛能谱低能谱段360～600keV是与介质密度ρ关联程度最高的能量区间;5、可以利用80～160keV能区的谱线面积(计数率)建立反演被测介质原子序数的方程;利用200～600keV谱区的谱线面积(计数率)建立反演被测介质密度的方程。