江苏省地质勘查技术院 江苏省 南京市 210000
摘要：本文主要介绍了氡气测量的基本原理和工作方法，展示了该方法在地热资源勘查中的应用效果，并对其在地质解释过程中遇到的一些影响因素进行分析研究，表明测氡可作为一种有效的辅助手段，对地层构造的定性分析有着良好的效果。
关键词：氡气测量、地热资源勘查、影响因素分析
1.引言
随着当今社会人们环保意识的加强，城市建设中对地热资源的开发利用越发重视。地热资源是一种多功能的自然资源，它集热能、水和矿产于一体。地热资源勘查的核心就是在满足地热地质条件的工作区内寻找断裂构造的位置。
一般来说，富含地热资源的区域必须具备“源、通、储、盖”四个基本条件，即深部具有热源及水源供给，下部具有热水通道，中间有较好的储水条件，上部有较好的覆盖层。其中，流通条件是重中之重，也就是在深部热水有无上升的通道，即工作区内是否具有一定规模的断裂构造。
现阶段我国对地热资源的勘查主要采用可控源音频大地电磁法，该方法获得的二维视电阻率断面图较为直观，是推断地层构造情况的主要依据，可对断裂的倾向、倾角等作出大致判断。而物探成果往往具有多解性，仅仅靠一种方法往往具有局限性，而氡气测量作为一种放射性物探方法，在勘查时有着不错的地质效果，可作为一个很好的补充方法。
2.氡气测量地质基础与工作方法
地热勘查中的氡气测量以222Rn为示踪元素，它广泛分布于岩石、土壤、空气和水中，既易溶于水又可吸附于固体表面。自然界中的222Rn主要来源于238U的衰变，各种岩石中的238U不断衰变产生的222Rn，其中一部分仍然被束缚在岩石中，一部分则逸散到上覆岩土的孔隙以及大气中，成为自由气体。当地层中存在岩溶、节理裂隙、断裂破碎带等构造时，使得放射性气体更容易溢出，而构造本身也是地下水和气体良好的储存场所和运移通道，较深部的氡气亦将沿这些通道集中运移和扩散，从而其上覆土层孔隙气体中氡含量出现异常，借此可推断隐伏断裂的分布。
野外氡气测量主要通过测氡仪来完成，测氡仪主要由抽气管和测量操作台两部分组成，抽气管除了完成抽去地下气体或者水样脱气任务外还将起到存贮收集氡子体的功能。当氡气经干燥器被抽入筒内后，随即开始衰变，并产生新的子体218Po，它在初始形成的瞬间是为带正电的离子，在仪器内电场作用下被浓集在带负高压的金属收集片上，再经过一段时间加电压收集后，取出金属片放入探测器内可测得218Po的α活度，其大小与氡浓度成正比。
断裂带上Rn浓度一般都会有异常反应，因此野外测氡剖面布置应垂直于断裂走向并横跨断裂，点距一般选择25米或50米。工作时沿测线逐点采集，当发现异常时重复观测及加密测点。仪器测得的结果为Rn计数，根据该数据绘制Rn异常剖面曲线图供分析解释用。
3.氡气测量实际效果
图1为灌云县某工区3线综合断面图。该区地表主要以第四系覆盖为主，厚度40～120m，主要为亚粘土。从视电阻率反演断面图可以看出，高程约-50m以浅主要是低阻反映，推断为第四系覆盖层的反映。断面的主要电性分界面从南向北逐渐升高。电性界面之上总体为中低阻，推断为云台群花果山组，岩性以浅粒岩、变粒岩等为主；界面之下总体为中高阻，推断为中元古界锦屏岩群，岩性主要为大理岩、云母片岩等。剖面点号约1950m及2600m处横向上均见有视电阻率等值线下跌，推断是断裂DF1、DF2引起的反映。同时在测氡剖面曲线图上剖面点号2700m也出现较高的峰值异常值，对应于断裂DF2的位置，可能是深部氡气沿断裂形成的通道向上逸出而引起。氡气异常在地表位置与推测断裂有一定的偏差，异常峰值较DF2向北有一定的偏移，可能是因为该区覆盖层较厚，约有50m，浅部地层局部破碎使得氡气并不一定垂直向上逸出引起。可见测氡剖面的测量成果也能进一步佐证断裂的存在。
图2 东海县某工区60线综合断面图
图2为东海县某工区60线综合断面图。该区处于东海变质岩地区，地表主要以第四系覆盖为主，部分浅钻揭示本区第四系仅有2～5m厚。区内基岩主要为城头片麻岩，深部主要为东海群变质地层。从视电阻率断面等值线图可以看出，测线在高程-1000m左右的水平方向上，明显存在一电阻率梯度带，又因片麻岩电阻率远低于东海群变质地层中的石英岩、大理岩等，因此推测该梯度带为上部元古代变质侵入岩与东海群变质地层的分界面。根据视电阻率断面上等值线迅速下跌的特征，可推断出该区的深部的两条断裂，DF3及DF4。
从氡气曲线图可看出推测断裂DF3、DF4对应地面位置的亦出现氡气峰值异常。DF3在60线表现为一双峰异常，异常区间较大，表明该断裂带可能有多个分支断裂或存在次一级隐伏断层，氡气向上运移在浅部地层可能有其它通道，主峰基本对应了DF3在地表的断点位置，东部的次级峰对应分支断裂或者隐伏断层的位置。此外，该区测得氡气浓度值普遍较高，分析其原因可能是由于覆盖层较薄，浅部地层裂隙较发育，会使氡气沿岩溶裂隙分散逸出，从而会提高背景值，降低峰值异常。
4. 影响氡气测量的地质因素
通过在各种地质条件下的勘查区实施氡气测量，我们可总结出以下几个影响地表氡气浓度值的地质因素：
1、地表土层对氡气的获取量。覆盖层厚度会影响Rn计数幅值大小。覆盖层较厚时，氡气不易获取，Rn计数值偏低，异常值一般不超过20。覆盖层较薄时，或是基岩出露的地区，氡气较易于获取，测得的Rn浓度整体偏高。
2、地表土层中氡气的逸散量，逸散量与地表土层厚度、土的密实度等有关。当土层厚度较大，结构密实时，氡气逸散不畅，对氡富集有利，可测得较高的氡浓度值；当勘查表层土为松散回填土、垃圾等物质时，氡气易于逸散进入大气，从而使氡气含量也降低。
3、一般来说，倾角较陡，覆盖层不厚或者覆盖层较厚但孔隙度较大的断裂带上，氡气有较好的天然通道向上扩散从而在测氡剖面曲线上表现为较明显的单峰异常。而一个断裂带若有多个分支断裂或存在次一级隐伏断层，氡气向上运移在浅部地层可能有其它通道，其在曲线上可能表现为双峰异常或者多峰异常。因此在有些Rn曲线会有多个峰值，往往却只是一个断裂破碎引起。
4、除去以上主要地质因素，温度、气压、地形地貌、植被等都会对氡气测量结果产生一定的影响。故只凭借Rn异常来推测断裂位置是不准确的，它可辅助其他方法综合判断断裂的位置。
5.结语
地热资源勘查中，氡气测量剖面能与CSAMT法断面相互印证，提高了深部隐伏断裂的存在的可能性。测氡作为一种辅助物探方法，在勘查中不会受人文干扰影响，仪器轻便，工作效率较高，有一定的优越性，但因隐伏断裂本身的特殊性和隐蔽性以及众多因素的影响，故在勘查中用测氡方法难以进行定量评价，地表氡浓度与深部隐伏断裂之间的关系有待于进一步研究。
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论文作者:孙瑛,李琳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/29
标签：地热论文; 氡气论文; 异常论文; 测量论文; 电阻率论文; 剖面论文; 地层论文; 《防护工程》2017年第34期论文;