氡氣測量方法在禮賢斷裂勘查中的應用

楊鳳山 ，徐 燕

（1.吉林大學建設工程學院，長春 130012；2.北京市地質礦產勘查開發局，北京100195）

0 引言

禮賢斷裂是大興南部重要的斷裂帶，構成大興隆起的南界，呈北東走向，延伸長度大于20km；106國道、大廣高速及未來規劃建設的京固輕軌都橫穿斷裂，規劃中的首都第二機場的北緣也在斷裂發育范圍內。賢斷裂穿過榆垡地面沉降區的中心區域，盡管該沉降區的發生機理尚不明確，但由于其與斷裂緊密伴生的空間關系表明其與斷裂活動有內在關系，并且沿斷裂發現有地裂縫發育。因此查明禮賢斷裂的具體位置，對于研究分析其活動規律以及災害效應，為該地區的減災防災提供服務有著極其重要的作用。

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

1 氡氣測量的應用

1.1 測量儀器

FD-3017a型RaA測氡儀（土壤測氡儀）是一種新型的瞬時測氡儀器，它利用靜電收集氡衰變的第一代子體——RaA作為測量對象，定量測量土壤或水中氡濃度。其特點是沒有探測器污染問題，也不存在氡射氣的干擾影響，并且具有較高的靈敏度，操作簡便，現場可獲取結果(圖1)。

圖1 FD-3017a型RaA測氡儀

1.2 工作原理

放射性氣體自由氡，受擴散和對流等作用的影響而發生運移。介質的孔隙度、粒徑大小、孔隙的結構等介質結構條件對氡遷移的速度有較大的影響。在基巖的破裂構造等巖石疏松或孔隙相對較多的地段，氡氣能更迅速的地下深處運移到地表，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，不能參與擴散和對流等遷移作用，但在活動斷裂帶等巖石疏松或孔隙相對較多的地段，由于其有效孔隙度和滲透率高，并且破碎帶膠結程度較差，能夠成為氡氣聚集和對流的良好通道；再而，由于斷層帶的新活動，比如地震、滑坡等地質災害，使束縛在斷裂帶兩盤巖石孔隙中的氡氣釋放出來成為自由氡，通過相應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，土壤中氡氣濃度也相應會高于當地地區的氡氣濃度背景值。因此可以利用斷裂帶氡氣釋放強度、范圍來判斷覆蓋區斷裂帶的空間分布的具體位置。

氡氣測量是利用靜電場收集氡衰變的第一代子體RaA作為測量對象，定量測量土壤氡濃度。檢測系統見圖2。

1.3 測線布置

氡氣測量剖面線應垂直于斷裂走向，根據地質推測斷裂走向，進行測線布置和測點距確定；測線長度應保證異常的完整和具有足夠的異常背景，便于斷裂構造的追蹤。根據野外進行實地踏勘工作后，確定兩條測線，R1測線南端起點在京開高速榆垡路口往南550m處，以集美家具廠北側榆順路口為起點，沿京開高速東側綠化帶往北布置測線，0～1700m測線方位6°，1700m往后測線方位359°。R2測線布置在東梁各莊村東中垡二干渠，南端起點在東梁各莊村東鄉村路與干渠丁字口沿干渠往南500m處，以此為起點往北布線，測線方位3°(表1，圖3）。

圖2 檢測系統框圖

圖3 氡氣測量測線布線圖

1.4 測量方法

（1）在每個檢測點，應采用專用鋼釬打孔。孔的直徑宜為2～4cm，孔的深度宜為60～80cm。

（2）成孔后，應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進行密閉，避免大氣滲入孔中。采用抽氣筒或者雙鏈球抽氣檢測。

表1 測線端點坐標表

（3）所采集土壤間隙中的空氣樣品，宜采用電離室法、靜電擴散法、閃爍擴散法等測定現場土壤氡濃度；如果發現異常，應加密測點。

（4）測量時間要求

取樣測試時間宜在8：00時—18：00時之間，現場取樣檢測工作不應在雨天進行，如遇雨天，應在雨后24h后進行。

（5）工作條件

溫度-10℃～40℃；相對濕度≤90%；不確定度≤20%。測氡探測技術因其簡便易行、工作量小、受地形影響較小。

2 氡氣測量地質推斷解釋

氡氣測量方法是把野外實際測量數據繪制成氡氣測量剖面，在剖面上劃分異常區，同時參照野外記錄對干擾點進行處理，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，進行地質解釋時要分辨出那些是干擾異常，那些是斷裂構造引起的異常，具有地質信息的氡異常區域，既為斷裂在地表的分布位置。

圖4 氡氣測量R1測線剖面圖

圖5 氡氣測量R2測線剖面圖

從氡氣測量的R1剖面圖（圖4）看，在測線720～830m（1720-1830號點）之間的氡氣測量值為4400～5000Bq/m3，是其背景值的5倍，形成氡異常區，稱之為F1異常區。測線1620～1680m（2620-2680號點）段氡氣測量值為3600～4000Bq/m3，比背景基數值800～2000增加了3倍，其氡異常反應亦明顯，稱之為F1-1異常區。

同樣，對氡氣測量的R 2剖面圖（圖5）分析看，在測線1050～1140m（2050～2140號點）區間的氡氣測量值為4400～5200Bq/m3，測線1460～1530m（2460～2530號點）之間氡氣測量數值為3200～3600Bq/m3，兩個異常區比基數值600～1800增加了3倍至5倍，兩處氡異常反映明顯，應確定為是斷裂構造形成的氡異常區，對比R1測線，同樣把兩個異常命名為F1氡異常區和F1-1氡異常區。

3 結論

結合區域地質資料和其它物探成果推測F1氡異常區和F1-1氡異常區分別是禮賢斷裂帶的主斷裂（F1）和次生斷裂（F1-1）的反映。結合其它物探手段及地質鉆探所得資料基本證實了氡氣測量值異常區位置為斷裂的地表位置，本次氡氣測量手段在禮賢斷裂勘查的應用為查明禮賢斷裂帶（F1、F1-1斷裂）的準確位置、傾向、走向及斷裂性質提供了非常有效的數據。

運用斷裂帶上的土壤氡濃度剖面測量，掌握了禮賢斷裂地區土壤氡濃度的數據，為今后對禮賢斷裂及其次級斷裂的長期監測獲取了經驗和基礎數據。由于氡氣測量只是對構造的活動性進行一般性的判斷，對構造位置判別是半定性的，尤其在厚大覆蓋層的地區，對氡氣聚集異常值的解釋就顯得的很困難，通過其他物化探方法及鉆探數據的綜合對比，這次土壤氡含量測量達到了非常良好效果。

通過實際工作進一步證明，即使在蓋層厚度較大的地區，土壤氡含量測量仍然可以較好地反映出斷裂構造的相對位置。能夠大體確定斷層的位置和走向有著一定的指示性效果，且經濟投入少、效率高，是一項值得推廣的地質工作方法。

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