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        氡氣測量方法在禮賢斷裂勘查中的應(yīng)用

        2015-12-02 02:40:06楊鳳山
        城市地質(zhì) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:測線斷裂帶孔隙

        楊鳳山 ,徐 燕

        (1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,長春 130012;2.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(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,延伸長度大于20km;106國道、大廣高速及未來規(guī)劃建設(shè)的京固輕軌都橫穿斷裂,規(guī)劃中的首都第二機場的北緣也在斷裂發(fā)育范圍內(nèi)。賢斷裂穿過榆垡地面沉降區(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有內(nèi)在關(guān)系,并且沿斷裂發(fā)現(xiàn)有地裂縫發(fā)育。因此查明禮賢斷裂的具體位置,對于研究分析其活動規(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題之一。

        1 氡氣測量的應(yīng)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(xiàn)場可獲取結(jié)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(kuò)散和對流等作用的影響而發(fā)生運移。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(kuò)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(jié)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(zhì)災(zāi)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(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度、范圍來判斷覆蓋區(qū)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(tǒng)見圖2。

        1.3 測線布置

        氡氣測量剖面線應(yīng)垂直于斷裂走向,根據(jù)地質(zhì)推測斷裂走向,進(jìn)行測線布置和測點距確定;測線長度應(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(cè)榆順路口為起點,沿京開高速東側(cè)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(xiāng)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(tǒng)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(yīng)采用專用鋼釬打孔??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。

        表1 測線端點坐標(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)散法等測定現(xiàn)場土壤氡濃度;如果發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)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(xiàn)場取樣檢測工作不應(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℃;相對濕度≤90%;不確定度≤20%。測氡探測技術(shù)因其簡便易行、工作量小、受地形影響較小。

        2 氡氣測量地質(zhì)推斷解釋

        氡氣測量方法是把野外實際測量數(shù)據(jù)繪制成氡氣測量剖面,在剖面上劃分異常區(qū),同時參照野外記錄對干擾點進(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(qū),稱之為F1異常區(qū)。測線1620~1680m(2620-2680號點)段氡氣測量值為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,稱之為F1-1異常區(qū)。

        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(qū)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(shù)值為3200~3600Bq/m3,兩個異常區(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),對比R1測線,同樣把兩個異常命名為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了氡氣測量值異常區(qū)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(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)。

        運用斷裂帶上的土壤氡濃度剖面測量,掌握了禮賢斷裂地區(qū)土壤氡濃度的數(shù)據(jù),為今后對禮賢斷裂及其次級斷裂的長期監(jiān)測獲取了經(jīng)驗和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于氡氣測量只是對構(gòu)造的活動性進(jìn)行一般性的判斷,對構(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(shù)據(jù)的綜合對比,這次土壤氡含量測量達(dá)到了非常良好效果。

        通過實際工作進(jìn)一步證明,即使在蓋層厚度較大的地區(qū),土壤氡含量測量仍然可以較好地反映出斷裂構(gòu)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(jīng)濟(jì)投入少、效率高,是一項值得推廣的地質(zhì)工作方法。

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