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放射性勘探（氡氣測量應用）
日期：2022-11-02 07:19
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摘要：
放射性勘探（氡氣測量應用）基本原理
放射性元素的衰變、a射線和γ射線在與物質相互作用時產生的電離、激發作用和康普頓效應、光電效應等，為放射性勘探的理論基礎。根據上述理論，采用適當的儀器可探測和研究地下各種地質體形成的天然放射性異常。放射性勘探方法主要有γ法、射氣法、a徑跡法、210Po法、a卡法和a杯法等。
放射性元素在巖石，土壤中普遍存在，但含量很低，它們在衰變過程中產生的新子體——氡。氡不僅具備繼續衰變的特性，而且還具有很強的滲透性‘擴散性和流動性，可以借助斷層，裂隙運移；也可以溶于水中，借地下水的流動通道，從地下上升到地表。因此斷裂就是氡氣*常見的流動通道。通常在同一地區的地層中，斷裂及其破碎的區域氡氣的濃度偏高，利用測氡儀器有效地檢測到氡氣異常點的有規律的空間分布，就可以推斷改區斷層的平面位置。氡氣測量應用很廣泛，以下只陳述三個方面的應用
氡氣測量在地質勘探中的應用
一在地下熱水調查中的應用
地下熱水的形成必須具備一定的地質條件，如熱源體、孔隙良好的儲熱水層、致密的蓋層、斷裂構造等。其中斷裂構造對于熱水的形成尤其重要，它即起到導水增溫的作用，又使深部熱儲在地下水動力作用下帶至地表Eli，所以地下熱水的勘探主要是確定儲熱斷裂構造，儲熱斷裂構造的勘探成為地下熱水勘探的關鍵。氡氣測量在斷裂構造勘探中具有獨特性，有許多成功的實例¨引，如柿子坪熱田上方的氡氣異常，經后期鉆探已證實了熱田的存在，說明深源氡隨地下水沿構造通道或巖溶縫洞運移模式的正確性。在城市中，當其他地球物理方法受城市電磁場及震動干擾時，氡氣測量更顯其優勢。所以使用了土壤氡氣測量和水中氡氣測量方法進行地下熱儲勘探，目的是圈定出地下熱水的有利遠景區。
地下熱水資源的形成與地下構造斷裂密切相關，構造既是地下熱水形成的儲存空間，又是熱水的循環通道。而斷裂構造的存在造成放射性元素氡隨地下水沿斷裂遷移和富集，形成地表可探測到的放射性氡異常，這就是氡氣測量探測地下熱水資源的地質基礎。這種氡活度濃度異常形成的地質依據是比。3J：
(1)地下熱水蒸氣往上遷移時，其路途所遇的氡能被蒸氣壓力推向地表。溫度越高，氡溶解于水中的量越少，熱水蒸氣中含的氡越高。這些含氡熱氣可沿著裂隙、孔隙和毛細管擴散，并在對流、抽吸等多種因素作用下遷移到地表或近地表。
(2)隨著地溫梯度從地下向地表的不斷減小，鈾、鐳、氡等放射性元素不斷向地表運移，從而在地表引起氡活度濃度異常。
(3)當地下熱水中溶解有放射性物質鈾和鐳時，當其沿構造通道運動而出露地表時，由于地球化學環境的改變以及細粒疏松物質、有機質的吸附等原因，會在構造帶附近出現放射性物質的沉淀和富集，從而造成氡及氡子體異常。
(4)巖石破碎、裂隙發育，不僅增大了巖石的射氣系數，使得放射性氣體容易溢出，而且構造本身氣體的良好通道，較深部的氡氣也能沿著斷裂帶向地表遷移，形成氡活度濃度異常。
所以，氡作為地熱資源的指示元素，為通過查找斷裂構造而探測地下熱水資源提供了手段，同時為通過土壤或淺層地下水中氡活度濃度的富集特征，來探測地下熱水的有利遠景成為可能，也為氡活度濃度異常解釋奠定了基礎。
從地下熱水氡活度濃度形成機理可知，地表所測氡活度濃度異常是地下儲熱構造的指示，多個構造的交匯是形成地下熱水儲存的有利條件，所以在對氡異常進行地下熱水儲存空間位置解釋時，將兩個以上構造的交匯作為有利遠景區劃分的條件之一，多異常重疊是有利遠景區劃分的條件之二。
二 在地質構造勘探中的應用
氡氣測量技術在其它領域的成功應用也被應用到工程地質中用于圈定斷裂帶，尋找地裂縫，劃定滑坡邊界等
確定斷層位置
大量資料表明，對于一定規模的斷層，通過氡等氣體的測量可以找出斷層的位置。氡濃度的幅度異常，剖面形狀常受斷層規模、傾角、巖性、斷層破碎帶寬度，充填物以及覆蓋層的厚度，成分密度，孔隙度以及地貌、植被等諸多因素的影響，定量解釋有一定困難。但觀其趨勢，可以得到一定信息。如當斷層近乎垂直，斷裂破碎帶較開放，蓋層**，氡等氣體常形成單峰高值。對于傾斜斷層測氡異常隨土壤蓋層厚度增大而展寬。
三 氡氣測量在煤礦采空區的應用
煤系地層是還原條件下形成的，由于軸元素的物理化學性質，在煤系地層中軸核素的含量大大地高于其他地層。當地下采空時，采空區改變了地下地質體的應力狀態，使地質體發生形變，從而改變了地下氣體的運移玉聚集環境。采空區對氡氣的運移與富集主要有3方面的控制作用，一是儲氣作用：相對于周圍完整巖體而言，采空區冒落帶和裂隙帶是相對松散的.二是集氣作用：采空區煤層頂板塌陷冒落后，應力集中區向圍巖內部遷移，在采空區周邊形成一個地應力區。一般來說氣體與液體總是由壓力較高向壓力較低的部位遷移。因此，采空區及其周邊派生變形區就形成地下抽氣體的容器，不斷把圍巖中的氣體抽到采空區來，造成氡元素在采空區的聚集。同時，由于采空區及其周邊裂隙帶的存在，還可以以其他方式促使放射性元素向采空區的運移、富集。三是通道作用：采空區冒落帶及其派生裂隙形成后，都是氣體自下而上運移的良好通道。在地溫和地壓作用下氡氣必然與其他氣體一起自地下深處向地表遷移在地表形成氡異常區。
總之，通過上述作用，氡元素向采空區積聚，在地表形成一個與采空區形態行對應的氡異常區。因此，可以通過測量地表元素的濃度來準確圈定煤礦采空區的位置與范圍