Question

放射性测量的应用

Answer 1

放射性测量方法在普查勘探铀矿床、测定样品的地质年代等工作中发挥了重要的作用。随着技术的发展，它在环境监测和地质灾害调查中也得到了应用。与其他物探方法相比，放射性测量方法的主要特点是:仪器轻便，方法简单，容易掌握;测量灵活，工效高，成本低;受地形的影响较小，能在浮土覆盖薄的地区工作;不受电磁干扰，不受振动及噪声影响。

7.1.3.1 寻找基岩地下水

α杯法测氡先后在不同地区、不同条件下应用于寻找地下水。例如在成都市东郊龙潭寺某工厂区有限范围内寻找地下水。该区属于四川红层地区，浮土覆盖层厚约十多米，下伏为侏罗纪紫红色砂岩和泥岩。根据地形、地物等情况，将其分为东西两个测区，共布置α杯法测线8条，总长约1500m，测点130个。测量结果如图7.2所示，由此推断在测区内主要存在有三条隐伏构造，走向均为南偏东，其中F₁构造在西区穿过1969年钻探的一口老机井，F₂构造在F₁的东约150m处，F₃在东区穿过一口老井。结合地质、水文等资料，分析认为这三条构造均是含水的，因此布置了三个井位供施工参考。最后，有关单位在一号井位钻探39m，成井后得到了日涌水量154t的优质地下水，解决了该单位水源不足的问题。

图7.2电离室α杯法找水应用平面剖面

7.1.3.2 测氡在地质灾害勘查中的应用

氡的迁移距离不仅与其半衰期的长短有关，而且还与岩石和土壤结构(孔隙、裂隙、毛细管等)及温度、湿度、压力等因素有关。一般来说，氡的迁移能力很强，除扩散现象外，随地下气流和地下水的迁移是更为重要的因素。岩石破碎、孔隙度增大、地温增高、气压降低等都促使氡气由地下向地表迁移。同时，在构造带中由于镭的存在，镭极易溶于水，随着地下水的垂向搬运在地表富集，形成氡异常，水的垂向搬运加快了氡气由地下向地表迁移的速度，以至于在地表可以探测到几十米甚至数百米深构造的存在。岩石破碎带、裂隙、断层、岩溶、滑坡体等都是氡迁移的良好通道，这样就会在地表形成氡异常。根据对氡异常的研究和解释，就能够对断层、滑坡、溶洞等地质灾害进行勘察和监测。

(1)利用氡测量查明断裂构造

根据我国长期的研究和实践，利用氡测量查明断裂构造已取得了较好的成效。α杯、α卡、²¹⁰Po和活性炭吸附氡等方法均能发现和查明断裂构造。断裂带上氡异常的通常特征是:①Rn的异常值与背景值之比，通常要高出2～5倍。②Rn异常的形状，一般呈单峰、双峰或多峰，有时也呈阶梯状。

(2)利用氡测量探测地裂缝

地裂缝的形成机制显示大部分的地裂缝是由构造运动引起的，另一部分在水的诱发或直接参与作用下受重力或人为因素的影响萌发生成。位于地下深处岩石中氡的母元素经一系列衰变形成氡气后，主要依靠扩散、对流和抽吸作用等穿过松散介质和孔隙以最短距离垂直运移至地表，并缓慢向大气中逸散。毫无疑问，裂缝和构造为氡的迁移提供了良好的通道，而与深部断裂存在联系的构造地裂缝构成了氡及其子体迁移、积累和赋存的有利环境。从作为氡载体的水在非构造地裂缝中的作用可知，非构造地裂缝同样存在氡气异常的可能条件，其氡值的大小决定于参与活动的水中氡值含量的高低。

A.地裂缝氡气异常的判别

不同地区氡气背景值存在差别，一般来说，背景值可以通过野外实测得到，在一定范围内其变化幅度肯定不大。对于地裂缝处氡值按常规如果高于或低于背景值2倍即认为具明显正或负异常，也就是说当氡异常率

环境与工程地球物理

大于等于0.5时可认为出现明显氡气异常。如果在氡值实测剖面图上作一条Rn等于2倍背景值平行于水平轴的直线，那么此线截取的上面曲线部分围成的地段即为氡值正异常带，同样可划分氡值负异常带，进而按照地裂缝值异常特点判断其开口部位。

B.应该注意的问题

Ⅰ.在潮湿、地势较低地段工作时，要防止地下水进入干燥器甚至机筒内腔，要求缓慢用劲，匀速提拉，并随时注意橡皮管之间的玻璃管是否进水。

Ⅱ.在大面积探测地裂缝氡气异常时，测点间距可加大，但不宜超过100m，有地裂缝迹象的地段，测点要加密。根据测试结果可以作出氡值等值线图。

Ⅲ.对已知地裂缝的氡气异常进行测试时，剖面可以横向布置，亦可以纵向布置，以增加地裂缝氡气异常的判据。

Ⅳ.在测量区域氡气背景值时，应与探测本区地裂缝氡气异常值所采用的高压时间和测量时间保持一致，避免产生不必要的误差，影响异常带的判别。

Ⅴ.如果异常带不明显，即存在弱异常带，可以运用动态的数学方法进行定量的判别。

Ⅵ.运用氡值异常带来预测预报地裂缝时，应辅以其他的直接勘探地裂缝的手段予以确定。

(3)利用氡测量探测煤层火区

可以利用氡气测量了解火区的大致范围。用氡气测量的原理是:煤层发生自燃时，温度均高于280℃，在高温高压的条件下，地下气体包括氡气，向地表运移的速率会加大。水溶解氡的程度通常与周围气体含氡量呈正比，当周围气体的含氡量不变时，氡在水中的溶解度随着温度的升高而降低。例如，在0℃时，氡在水中的溶解系数为0.510，而在100℃时仅0.108。因此，当地下存在热源时，可降低岩石中孔隙水溶解氡的数量，从而增加了从地下向上迁移的氡的数量。氡在水中的溶解系数还取决于水的矿化度，水的矿化度越高，氡在水中的溶解系数越低。当地下存在热源时，由于布朗运动使水的矿化度增高，也使部分氡从水中分离出来而向地表迁移。在火区上方由于煤的燃烧产生大量CO，CH₄，CO₂等气体，其浓度相应增加数倍乃至上百倍，还产生大量水蒸气。这些气体不但成为氡向上运移的载体，而且使地下的镭元素被水蒸气和其他气体携带向上运移，这也是自燃区上方氡量升高的原因之一。

此外，煤层自燃大多发生在采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁及浮煤堆积等地点，其中以煤柱的自燃现象最多见。煤柱燃烧到一定程度，会支撑不住顶板的压力而坍塌，其破碎程度显然大于正常地层，破碎的范围可以看作一个大“集气杯”，即上小下大的柱体，柱体内的气体运移通道优于柱体外，这就导致煤柱内外的氡气浓度差异。因此，通过地面氡气测量可以大致确定火区的分布范围。