α径迹探测方法在寻找基岩地下水中的应用

α径迹探测方法在寻找基岩地下水中的应用
王海辉;石晶;刘伟;李大伟
【摘要】本文介绍了α径迹探测技术配合常规物探方法的找水效果。

α径迹探测技术方法的原理、以及在自然界中的存在形式、分布特点、沉积作用及吸附作用、迁移方式。

α径迹密度峰值与电测深低阻异常的关系等。

%This paper introduced the searching groundwater effect of α track exploration technology combined with common geophysical prospecting
method,theory of α track exploration method,existing form,distribution features,sedimentation and adsorption effect,migration way in nature,and the relationship between α track density peak value and electrical sounding low resistivity abnormality.
【期刊名称】《吉林地质》
【年(卷),期】2012(031)003
【总页数】4页(P88-91)
【关键词】α径迹探测;电测深低阻异常;常规物探方法;找水效果
【作者】王海辉;石晶;刘伟;李大伟
【作者单位】吉林省水文地质调查所,吉林长春130012;吉林省水文地质调查所,吉林长春130012;吉林省水文地质调查所,吉林长春130012;吉林省水文地质调查所,吉林长春130012
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
基岩裂隙水的赋存规律是十分复杂的，即使是在基岩裸露的地区找水也不是容易的事情，那么被第四系覆盖的地区就更困难了。

这就有赖于物探工作者在物性上加以鉴别。

由于传统的电法在应用条件上的限制和异常本身的多解性致使找水效果受到一定影响。

而α径迹探测技术作为一种辅助物探方法，可以弥补传统电法勘探的
不足。

其原理是，利用固体塑料薄膜（片基）,测量沿着断裂随水气运移上来的放
射性气体氡（Rn）及其子体衰变过程中所放出的α射线径迹密度异常值，是间接
的寻找断裂的一种物探方法。

然而任何一种物探方法都不是万能的，α径迹探测也不例外。

即在某个地区是成功的，但在另一地区可能面临失败。

这里关键在于地质知识的应用，脱离了水文地质的前提，孤立地讨论所测数据和异常将会步入歧路。

所以在开展工作之前，应做好充分的地质调查和野外踏勘，掌握第一手资料，为物探工作的开展打下一个坚实的基础。

从而避免物探资料的解释上出现偏差和误判。

用于找水的放射性方法，就是通过放射性测量，发现含水的构造断裂、岩层。

也就是通过放射性差异来寻找地下水。

而形成这种差异的根本原因是由放射性元素的地球化学性质决定的。

利用天然放射性元素在衰变的过程中，由于受到温度、压力和地下水运载对流作用，使放射性氡不断地由深部向地表扩散辐射处一种射线，这种射线称为α粒子流。

而新构造破碎带基岩破碎带则为α粒子流提供了良好的通道和重新富集的场所。

并在这些构造带上覆土壤中形成了α粒子流的高浓度晕，当α粒子流轰击埋在土
壤中的“片基”（即硝酸纤维或醋酸纤维）使片基形成辐射损伤的痕迹（称潜迹）。

片基埋在土壤一定时间取出后，经化学处理(称蚀刻)，使潜迹的直径扩大，形成锥形的坑洞。

这时用普通的生物显微镜可观察到中心为粉红色的图形，椭圆形、椭圆形带黑边的亮点。

这种亮点成为α粒子流的径迹。

在单位平方毫米中，这种亮点
越多，则径迹密度越大。

由于长期的地质作用，下部基岩形成了构造带、断裂带、不同岩性的接触带等等。

它们成为地下水赋存、运移的场所，而这些地段的放射性元素的分布往往出现异常，测定这些异常便可找寻与地下水有关的储水构造，间接地找到地下水。

在这些含水构造处易于出现放射性异常的主要原因有：
（1）不同岩性的接触带通常是良好的储水构造，由于岩性不同，其放射性往往是不同的，因为不同岩性的接触带放射性强度常发生明显变化。

（2）岩性的断裂带，裂隙多、破碎严重岩石的射气系数大、放射性α粒子流等易于溢出和运移，并形成放射性异常。

（3）构造破碎带，岩石破碎裂隙发育，地下水易于流通。

由于地球化学作用，水能把岩石中的放射性元素溶解析出、迁移出来并沿构造、裂隙带到地表，形成放射性元素分布异常。

放射性元素在自然界中的存在形式，由于其亲氧性、亲石性和亲水性等性质，决定了它们不能以原子的状态存在自然界中，而常常是以离子状态分散于岩石、矿物之中，或呈现微矿物颗粒被包裹于晶体结构中，或者悬浮在溶液表面，或以化合物的形式，被有机质粘土钛锰颗粒吸附或吸收，或呈离子、络离子状态溶解于地下水中，即分散吸附状。

在岩石圈中一般地说，火成岩中含水最高，超基性岩中含量最低。

在火成岩中放射性含量经常不稳定，而且无一定规律。

沉积岩中，放射性含量也是不均匀的，如一些含碳质、沥青质、有机质、粘土质等等的岩石中，放射性元素的含量就高些。

而纯灰岩、白云岩等碳酸类岩石中含量就低些。

放射性元素在不同的岩石中是有差别的，而且即使在类别相同但种属不同由于其理化成分、岩相、以及结构构造等等原因，其中放射性元素的含量也不相同。

正是由于放射性元素在自然界中的存在形式、分布特点，通过迁移作用形成了构造断裂带与围岩间的放射性差异，这就是放射性方法找水的基础。

处于表生带、构造破碎带、裂隙带由于地下水的搬运作用常常沉积了淤泥、粘土、有机质、泥炭等颗粒。

这些颗粒就能从地下水中吸收或吸附放射性离子。

地下水在运动的过程中，不断与围岩发生一些作用，因而，导致水的理化成分、性质的变化。

其结果是造成了放射性元素在水中沉淀析出的条件。

放射性元素沉淀时，地下水的运行方向主要是沿上升途径。

即垂直或倾斜的破碎带、软弱接触带等自深部向上运动。

其沉淀条件，当外部压力降低时与某些围岩相互作用的结果。

在作为地下水储存场所和运移的通道的破碎裂隙带、接触带等地段，放射性元素自水中析出、沉淀。

由于放射性元素这种地球化学特性，当水自补给区汇集到储水体的过程中，也就相应的汇集了易溶性放射性元素，便会发生正想迁移，这种地下水垂直运动而汇集反射性元素的作用，即为垂直纵向汇集作用。

汇集了放射性元素的地下水，进入含水体继续运动时，由于环境温度、压力等变化，水中气体和其他理化成分的改变，从而发生了反向迁移的条件，放射性元素就会自水中沉淀、析出。

反向迁移的结果，便会使含水构造带相对其围岩富集一定的放射性元素，形成放射性气晕。

对于作为地下水储存场所和运移的通道的破碎裂隙带、接触带等地段来说，当反向迁移作用大于正向迁移作用结果时，就会使放射性元素富集，因而形成放射性高异常。

所谓电测深低阻异常，一般是指电测深单支曲线上某个极距上出现低阻和在电测深等ρs断面图上出现等值线不连续或出现漏斗状低阻异常。

在通常状况下，这种低阻异常常作为物探确定凿井井位的依据，但由于电测深方法受到应用条件的限制和异常的多解性，因此，即使在工作中获得同一类型特征的异常，也并非能得到完全相同的找水效果。

该区大部分为第四系地层所覆盖，厚度在10～15 m之间，其下伏地层为侏罗系
安山岩、安山质凝灰岩、砂岩、砂砾岩及煤系地层等火成岩地区。

含水性不佳，在100线的物探剖面上，首先做了电测深工作，异常也比较明显，但是具体将孔位
定于何处，成为一个问题。

在电法工作的基础上我们做了一个α径迹探测剖面，
从α径迹探测剖面图上看，出现明显的双峰异常，最高在88 j/mm²，而次峰异常出现在43点位置。

两种物探方法，其物探效果相吻合，最终，将孔位定于
20/100点。

经钻探验证，其单井昼夜出水量为270 t，详见图1。

在100线以北350处，我们做了200线物探剖面，电测深法及α径迹探测均有明显的异常显示，在200线综合物探剖面图上，α径迹测量曲线出现一个明显的高值异常，最高位158 j/mm ².
而在电测深等ρs断面图上，上部曲线平缓，梯度上变化不大，而下部视电阻率曲线不连续，明显为断裂构造所引起的异常。

最终，我们将孔位定于30/200点处，经钻探结果验证，其单井昼夜出水量在330 t，详见图2。

根据本次物探构造所反映的效果，并结合以往的物探工作，我们可
以看出：
（1）多峰值异常曲线：α径迹密度曲线跳动大，峰值多，但没有明显的主峰异常，背景值也很难确定（剖面较长可以）。

这种参差不齐的多峰值曲线正是挤压破碎带的特征反映。

而这种曲线所反映的地层对地下水的储存和运移是不利的。

（2）双峰值异常曲线：在背景值普遍较低的基础上，出现两个相邻的峰值，常常是一个主峰一个次峰，它反映出一个相对规模较大的张性断裂带的存在。

这种曲线确定凿井井位成功率是相对较高的，凿井井位在主峰或次峰应该问题不大
（3）奇峰曲线：在相邻数个径迹密度都很低的情况下，突出出现了高值形成的孤峰异常。

这反映出下部为一张性断裂，规模较小，而且狭窄陡立。

这种曲线是定井的理想位置，确定井位时不能移动位置。

α径迹探测法作为一种辅助物探方法，在找寻基岩裂隙水等水文地质工作中是行之有效的。

而且方法简单，成本低，成功率高，但周期较长，一般需要2～3周时间才可进行观测，效率较低。

但对解决水文地质当中的疑难问题是十分有效的。

应用放射性勘察还应注意到以下条件，例如：覆盖层是否过厚，含水构造与围岩的放射性差异是否明显。

有大面积的人工填土的情况，地形切割是否过于严重等等。

条件不利时方法的选择应慎重。

而成果的解释，比经结合水文地质条件，尽可能地配合其他地球物理方法进行综合解释与分析，才能取得较好的效果。

以上论述当中可能存在诸多不当之处，如有异议，请不吝赐教。

【相关文献】
[1]朱钟彦,等.放射性元素矿物学及地球化学[Z].长春地质学院（教材）,1964.。