氡氣測(cè)量方法在禮賢斷裂勘查中的應(yīng)用

楊鳳山 ，徐 燕

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012；2.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，北京100195）

0 引言

禮賢斷裂是大興南部重要的斷裂帶，構(gòu)成大興隆起的南界，呈北東走向，延伸長(zhǎng)度大于20km；106國(guó)道、大廣高速及未來(lái)規(guī)劃建設(shè)的京固輕軌都橫穿斷裂，規(guī)劃中的首都第二機(jī)場(chǎng)的北緣也在斷裂發(fā)育范圍內(nèi)。賢斷裂穿過(guò)榆垡地面沉降區(qū)的中心區(qū)域，盡管該沉降區(qū)的發(fā)生機(jī)理尚不明確，但由于其與斷裂緊密伴生的空間關(guān)系表明其與斷裂活動(dòng)有內(nèi)在關(guān)系，并且沿?cái)嗔寻l(fā)現(xiàn)有地裂縫發(fā)育。因此查明禮賢斷裂的具體位置，對(duì)于研究分析其活動(dòng)規(guī)律以及災(zāi)害效應(yīng)，為該地區(qū)的減災(zāi)防災(zāi)提供服務(wù)有著極其重要的作用。

采用氡氣測(cè)量主要是查明工作區(qū)范圍內(nèi)的斷裂構(gòu)造位置，斷裂附近第四系厚度在300～400m，下伏第三系厚度在400～1000m之間，地質(zhì)條件雖然具備氡氣向上運(yùn)移通道，但由于斷裂上部厚度較厚，土壤氡氣濃度值異常區(qū)與背景值差別不明顯，測(cè)量到的數(shù)據(jù)能否成為斷裂構(gòu)造的行跡的有效數(shù)據(jù)，也是本次勘查工作需要研究的問(wèn)題之一。

1 氡氣測(cè)量的應(yīng)用

1.1 測(cè)量?jī)x器

FD-3017a型RaA測(cè)氡儀（土壤測(cè)氡儀）是一種新型的瞬時(shí)測(cè)氡儀器，它利用靜電收集氡衰變的第一代子體——RaA作為測(cè)量對(duì)象，定量測(cè)量土壤或水中氡濃度。其特點(diǎn)是沒(méi)有探測(cè)器污染問(wèn)題，也不存在氡射氣的干擾影響，并且具有較高的靈敏度，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)可獲取結(jié)果(圖1)。

圖1 FD-3017a型RaA測(cè)氡儀

1.2 工作原理

放射性氣體自由氡，受擴(kuò)散和對(duì)流等作用的影響而發(fā)生運(yùn)移。介質(zhì)的孔隙度、粒徑大小、孔隙的結(jié)構(gòu)等介質(zhì)結(jié)構(gòu)條件對(duì)氡遷移的速度有較大的影響。在基巖的破裂構(gòu)造等巖石疏松或孔隙相對(duì)較多的地段，氡氣能更迅速的地下深處運(yùn)移到地表，所以在斷裂破碎帶的上方常常存在著氡(Rn)的異常。

有些氡氣保留在巖石中，不能參與擴(kuò)散和對(duì)流等遷移作用，但在活動(dòng)斷裂帶等巖石疏松或孔隙相對(duì)較多的地段，由于其有效孔隙度和滲透率高，并且破碎帶膠結(jié)程度較差，能夠成為氡氣聚集和對(duì)流的良好通道；再而，由于斷層帶的新活動(dòng)，比如地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，使束縛在斷裂帶兩盤(pán)巖石孔隙中的氡氣釋放出來(lái)成為自由氡，通過(guò)相應(yīng)的儀器可以收集自由氡。

由于上述兩方面原因，在斷裂帶上部的土壤中能夠形成氡氣的富集區(qū)，土壤中氡氣濃度也相應(yīng)會(huì)高于當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的氡氣濃度背景值。因此可以利用斷裂帶氡氣釋放強(qiáng)度、范圍來(lái)判斷覆蓋區(qū)斷裂帶的空間分布的具體位置。

氡氣測(cè)量是利用靜電場(chǎng)收集氡衰變的第一代子體RaA作為測(cè)量對(duì)象，定量測(cè)量土壤氡濃度。檢測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

1.3 測(cè)線布置

氡氣測(cè)量剖面線應(yīng)垂直于斷裂走向，根據(jù)地質(zhì)推測(cè)斷裂走向，進(jìn)行測(cè)線布置和測(cè)點(diǎn)距確定；測(cè)線長(zhǎng)度應(yīng)保證異常的完整和具有足夠的異常背景，便于斷裂構(gòu)造的追蹤。根據(jù)野外進(jìn)行實(shí)地踏勘工作后，確定兩條測(cè)線，R1測(cè)線南端起點(diǎn)在京開(kāi)高速榆垡路口往南550m處，以集美家具廠北側(cè)榆順路口為起點(diǎn)，沿京開(kāi)高速東側(cè)綠化帶往北布置測(cè)線，0～1700m測(cè)線方位6°，1700m往后測(cè)線方位359°。R2測(cè)線布置在東梁各莊村東中垡二干渠，南端起點(diǎn)在東梁各莊村東鄉(xiāng)村路與干渠丁字口沿干渠往南500m處，以此為起點(diǎn)往北布線，測(cè)線方位3°(表1，圖3）。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)框圖

圖3 氡氣測(cè)量測(cè)線布線圖

1.4 測(cè)量方法

（1）在每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，應(yīng)采用專(zhuān)用鋼釬打孔?？椎闹睆揭藶?～4cm，孔的深度宜為60～80cm。

（2）成孔后，應(yīng)使用頭部有氣孔的特制的取樣器，插入打好的孔中，取樣器在靠近地表處應(yīng)進(jìn)行密閉，避免大氣滲入孔中。采用抽氣筒或者雙鏈球抽氣檢測(cè)。

表1 測(cè)線端點(diǎn)坐標(biāo)表

（3）所采集土壤間隙中的空氣樣品，宜采用電離室法、靜電擴(kuò)散法、閃爍擴(kuò)散法等測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土壤氡濃度；如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)。

（4）測(cè)量時(shí)間要求

取樣測(cè)試時(shí)間宜在8：00時(shí)—18：00時(shí)之間，現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)工作不應(yīng)在雨天進(jìn)行，如遇雨天，應(yīng)在雨后24h后進(jìn)行。

（5）工作條件

溫度-10℃～40℃；相對(duì)濕度≤90%；不確定度≤20%。測(cè)氡探測(cè)技術(shù)因其簡(jiǎn)便易行、工作量小、受地形影響較小。

2 氡氣測(cè)量地質(zhì)推斷解釋

氡氣測(cè)量方法是把野外實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成氡氣測(cè)量剖面，在剖面上劃分異常區(qū)，同時(shí)參照野外記錄對(duì)干擾點(diǎn)進(jìn)行處理，如回填土、濕度較大部位均可能形成異常；有的氡氣剖面背景值較高，但異常仍較為突出，因此，進(jìn)行地質(zhì)解釋時(shí)要分辨出那些是干擾異常，那些是斷裂構(gòu)造引起的異常，具有地質(zhì)信息的氡異常區(qū)域，既為斷裂在地表的分布位置。

圖4 氡氣測(cè)量R1測(cè)線剖面圖

圖5 氡氣測(cè)量R2測(cè)線剖面圖

從氡氣測(cè)量的R1剖面圖（圖4）看，在測(cè)線720～830m（1720-1830號(hào)點(diǎn)）之間的氡氣測(cè)量值為4400～5000Bq/m3，是其背景值的5倍，形成氡異常區(qū)，稱(chēng)之為F1異常區(qū)。測(cè)線1620～1680m（2620-2680號(hào)點(diǎn)）段氡氣測(cè)量值為3600～4000Bq/m3，比背景基數(shù)值800～2000增加了3倍，其氡異常反應(yīng)亦明顯，稱(chēng)之為F1-1異常區(qū)。

同樣，對(duì)氡氣測(cè)量的R 2剖面圖（圖5）分析看，在測(cè)線1050～1140m（2050～2140號(hào)點(diǎn)）區(qū)間的氡氣測(cè)量值為4400～5200Bq/m3，測(cè)線1460～1530m（2460～2530號(hào)點(diǎn)）之間氡氣測(cè)量數(shù)值為3200～3600Bq/m3，兩個(gè)異常區(qū)比基數(shù)值600～1800增加了3倍至5倍，兩處氡異常反映明顯，應(yīng)確定為是斷裂構(gòu)造形成的氡異常區(qū)，對(duì)比R1測(cè)線，同樣把兩個(gè)異常命名為F1氡異常區(qū)和F1-1氡異常區(qū)。

3 結(jié)論

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和其它物探成果推測(cè)F1氡異常區(qū)和F1-1氡異常區(qū)分別是禮賢斷裂帶的主斷裂（F1）和次生斷裂（F1-1）的反映。結(jié)合其它物探手段及地質(zhì)鉆探所得資料基本證實(shí)了氡氣測(cè)量值異常區(qū)位置為斷裂的地表位置，本次氡氣測(cè)量手段在禮賢斷裂勘查的應(yīng)用為查明禮賢斷裂帶（F1、F1-1斷裂）的準(zhǔn)確位置、傾向、走向及斷裂性質(zhì)提供了非常有效的數(shù)據(jù)。

運(yùn)用斷裂帶上的土壤氡濃度剖面測(cè)量，掌握了禮賢斷裂地區(qū)土壤氡濃度的數(shù)據(jù)，為今后對(duì)禮賢斷裂及其次級(jí)斷裂的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)獲取了經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于氡氣測(cè)量只是對(duì)構(gòu)造的活動(dòng)性進(jìn)行一般性的判斷，對(duì)構(gòu)造位置判別是半定性的，尤其在厚大覆蓋層的地區(qū)，對(duì)氡氣聚集異常值的解釋就顯得的很困難，通過(guò)其他物化探方法及鉆探數(shù)據(jù)的綜合對(duì)比，這次土壤氡含量測(cè)量達(dá)到了非常良好效果。

通過(guò)實(shí)際工作進(jìn)一步證明，即使在蓋層厚度較大的地區(qū)，土壤氡含量測(cè)量仍然可以較好地反映出斷裂構(gòu)造的相對(duì)位置。能夠大體確定斷層的位置和走向有著一定的指示性效果，且經(jīng)濟(jì)投入少、效率高，是一項(xiàng)值得推廣的地質(zhì)工作方法。

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