土壤氡气测量的应用

土壤氡气测量的应用

本文概氡气的运移机理及土壤氡气浓度测测试工作原理，并结合工程实例说明了针对不同地质工作辅助性开展土壤氡气浓度测试，经济、准确地解决实际地质问题。

标签：氡气工作原理多解性

0引言

氡为一种天然的放射性惰性气体，最长的半衰期为3.825d。关于氡气在地层中的运移理论较多，有对流作用、渗流作用、泵吸作用、地热作用、地应力作用、接力作用等[1、2、3、4]，也有学者根据氡及子体提出氡团簇运移理论，认为氡及其子体和母体多为α辐射体，它们放出的α粒子减速后成为4 He，能与氡及其子体和母体形成复合团簇。当其复合团簇浮力大于重力时，团簇便会自行上升，成为氡及其子体向上运移的内因[5]，根据其理论计算氡气在地壳中上升距离远达数十米至数百米以上。近些年来土壤氡气测量被广泛应用于探测隐伏构造、寻找岩基地下水、地热、含矿蚀变带等方面，并取得了一定的成效。

1土壤氡气测量

土壤氡气浓度测试采用FD-3017A型土壤测氡仪，该仪器主要由抽气泵和测量操作台两部分组成，抽气泵主要是完成地下气体的抽取并起到贮存收集氡离子体的功能；氡射气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变并产生其第一代子体RaA，该子体在形成的瞬间是为带正电的离子，仪器就是利用其的带电特性，采用加高压电场的方法对它进行收集，经一段时间加高压收集后，取出金属片放入到操作台的探测器内测量RaA的衰变子体，其强度将与氡浓度成正比，根据探测到的α粒子数，按照下式换算出被测土壤内的氡浓度值：

CRn = Ja·n

式中CRn表示氡浓度（Bq/m3），n是单位时间内仪器的计数（cpm），Ja为测氡仪的换算系数（Bq/m3·cpm）。土壤氡气浓度主要测试主要误差为抽气时直接混入空气而影响了测试结果，测试前应对仪器接口密封性都进行了检查，测试中将抽气设备尽可能地插入比较大深度，并对上部都进行了密封处理，这样可保障测试数据的可靠性和准确性。

土壤氡气浓度测量对地下断层构造带、裂隙带等反映特别灵敏，同时几乎不受外界电磁、振动、地形等因素影响，通过在地面测试土壤氡气浓度异常可以经济、准确辅助解释其他方法工作，可增加解释的准确性。

2工程应用

2.1工程实例一

某地莹石矿区地球物理勘探工作。该矿区位于浙东火山岩区，中生代火山盆地内，出露地层为白垩系磨石山群的火山岩。区内地形起伏较大、人文干扰较大，同时黄铁矿化干扰较大。浙东火山岩区萤石矿属于中-低温热液型矿床，大都与燕山期（包括燕山晚期）的火山活动有关，萤石矿常充填于火山岩中的断层构造带中[6]。

图1为L1线高密度电阻率法测试的视电阻率反演剖面，在测线里程310m 附近出现条带状低阻异常体，可能为断层构造带、岩石破碎带、金属矿化蚀变带等，为能准确提供钻探位置（最有可能的成矿构造）进行异常查证工作，开展地面土壤氡气测量后，发现氡浓度异常明显，并且和高密度电法低阻异常吻合，初步判定该低阻异常为萤石矿成矿异常。

2.2工程实例二

某地热勘探地球物理勘探工作。该工区位于浙东火山岩区，中生代火山盆地边缘，出露地层为中生代白垩系磨石山群的火山岩和中生代白垩系金华组的砂岩。金华组中的高电阻率异常作为侵入火成岩岩体考虑（提供热源），低阻条带状异常作为赋水构造考虑（有氡浓度异常的低阻异常，氡为一种放射性惰性气体，来源于地下深部，当有较大的断层构造带时，氡沿着断层构造带向上运移，氡易溶于水，特别是赋水的断层构造带上方氡异常明显）。

本次地球物理勘探工作主要为音频大地电磁测深法，采用张量测量方式，十字型装置，正东、南、西、北布设四个电极，南北，东西方向布设2个电道，电道偶极子线距40m。图2为L1线视电阻率反演断面图，图中的低阻带状异常和土壤氡气浓度异常吻合。测线上较深部位都出现了高阻异常体，推测为侵入岩体（为热源体），低阻异常体为张性断层构造带，向下延伸很大（向下延伸至-1200标高），且出现在侵入岩体附近，如果从地热成因角度出发，该工区若存在燕山晚期的侵入岩体和较大规模的张性断层构造带（赋水构造），形成地下热水的可能性就极大。

2.3工程实例三

某地热勘探地球物理勘探工作。该工区位于浙东火山岩区，三门湾附近，出露地层为中生代白垩系磨石山群的火山岩。测线上一处明显的氡气异常和视电阻率异常吻合。钻探该低阻异常体最终见到地下水，水量较大，通过温度测井表明在深度320m附近左右时温度梯度可达到16℃/百米，该处水温为33.2℃，虽然水温相对较低，但是从工作思路和方法上都是有效的。

3结论

在地层深处含有铀、镭、钍的土壤、岩石中人们可以发现高浓度的氡。这些氡可以通过地层断裂带，进入土壤。通过在地面上测试土壤氡浓度的变化情况既

可以达到针对某些固体矿床的容矿空间的辅助性解释，也可通过土壤氡浓度结合电磁法工作来达到寻找地热水的目的。

由于土壤氡气浓度测试受外界的人文干扰较小，并且具有快速、高效、低成本等优势，预计在今后城市、环境地质调查等方面将会进一步发挥重要作用。

参考文献

[1]Gingrich J E. Radon as a geochemical exploration tool[J].Journal of Geochemical Exploration，1984，21，19～3.

[2]Durance E M. Radioactivity in Geology[M].chichester.Ellis Horwood Limited，1986.209～215.

[3]汪成民，李宣瑚，魏柏林.断层气测量在地震学中的应用[M].北京：地震出版社，1991.1～16.

[4]吴慧山，林玉飞，白云生.氡测量方法及应用[M].北京：原子能出版社，1995.48～53.

[5]贾文懿，方方，周蓉生等.氡及其子体向上运移的内因与团簇现象.成都理工学院学报，第26卷第2期，1999，4，171～175.

[6]朱安庆，张永山，陆祖达，张春霖.浙江省非金属矿床成矿系列和成矿区带研究.北京：地质出版社，2009.