郭鵬文，王 飛

（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊，天津 301800）

氡通常的單質(zhì)形態(tài)是氡氣，是人類所接觸到的唯一具有放射性的最重的惰性氣體。由于氡是由鈾最終衰變而成，而鈾以一定的含量存在于自然界中的巖石、土壤和水體之中，所以在自然環(huán)境中氡無處不在。地層或礦山介質(zhì)內(nèi)部的238U通過衰變鏈產(chǎn)生222Rn。222Rn在介質(zhì)內(nèi)部積累并進一步衰變，同時在擴散、滲流機理作用下從介質(zhì)表面析出[1]。地層是層狀分布的，如果沒有采空區(qū)或其他地質(zhì)構造，其物理性質(zhì)在沿層橫向上是相對均一的。氡在地層或礦山介質(zhì)中的運移機制主要有：擴散對流、孔隙流體運移、應力應變、溫度壓力、接力傳遞等作用。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于太行斷塊沁水塊坳的南端，區(qū)域地層總體走向為北西或近東西向，傾向北東，傾角一般小于10°，區(qū)域構造總體形態(tài)為單斜構造。

區(qū)域上地層分布自東向西由老至新，下川—前交莊一線南西出露長城系及寒武系地層，日華—次營鎮(zhèn)—河北鎮(zhèn)—北留鎮(zhèn)一線以南出露奧陶系地層，測線向北依次出露石炭系、二疊系地層，三疊系地層出露于北部及城后腰斷層與寺頭斷層北東段之間，第四系松散沉積物廣泛分布。

2 儀器與測量方法

本次工作選擇使用核工業(yè)北京地質(zhì)研究院生產(chǎn)的FD216環(huán)境氡測量儀。該儀器以閃爍室法為基礎，用氣泵將含氡的氣體吸入閃爍室，氡及其子體發(fā)射的α粒子使閃爍室內(nèi)的ZnS(Ag)涂層發(fā)光，光電倍增管再把這種光訊號變成電脈沖。單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)與氡濃度成正比，從而確定空氣中氡的濃度。在測量前進行儀器的穩(wěn)定性、準確性、一致性檢測，符合精度要求即可投入使用。

剖面布設在第四系發(fā)育，斷層被覆蓋的地段。剖面沿方位88°～168°布設，垂直斷層的總體走向。測點間距10m。測量打孔（孔深0.7m～1.0m）立即插入取樣器，并將取樣器上部椎體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氡濃度，影響測量效果。用軟橡膠皮管將儀器與取樣器連接，一端接取樣器的氣體出口處，另一端接入儀器的進氣孔，進行測量。儀器內(nèi)置參數(shù)為：本底測量，充氣時間：2min；測量時間：5min；排氣時間：2min。當儀器充氣結(jié)束后進入測量過程時及時拔掉進氣孔膠皮管，使儀器在空氣中完成排氣過程。記錄讀數(shù)進行下一個點測量。

本次測量完成20條土壤氡氣剖面測量，共計5.8km，656個測點。

3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

對野外氡氣測量原始數(shù)據(jù)通過數(shù)字填圖進行剃值分別計算單條剖面氡濃度異常背景值，對數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析，制作出數(shù)據(jù)對數(shù)分布直方圖。通過對數(shù)特征統(tǒng)計直方圖，可以看出數(shù)據(jù)偏向于對數(shù)正態(tài)分布。因此，采用對數(shù)正態(tài)分布進行數(shù)據(jù)處理和繪制圖件。

3.1 土壤氡濃度變化特征

對本次測量的1線，2線，4線，7線，8線，17線所取得的數(shù)據(jù)進行分析（見表1），各剖面土壤氡濃度平均值及背景值差別較大，平均值在4581.96Bq/m3～13021.08Bq/m3之間，背景值在3576.40Bq/m3～11974.00Bq/m3之間。根據(jù)背景值的高低劃分為高背景（大于等于9000Bq/m3）、中背景（大于等于5000Bq/m3小于9000Bq/m3）、低背景（小于5000Bq/m3）。背景值高低主要反映了剖面所通過地段的巖性、孔隙度、富水性等的差異。利于氡氣運移的地段顯示較高背景，反之則是較低背景。

表1 土壤氡濃度分布特征

各剖面土壤氡濃度的變化系數(shù)在0.31～1.03之間。本次測量發(fā)現(xiàn)次級斷層的剖面，除4號，濃度變化系數(shù)均小于0.50。在有限地段內(nèi)（剖面線測量范圍），次級斷層的發(fā)育，增加了氡濃度的高值點，顯示出了較低的變化系數(shù)。

3.2 土壤異常劃分標準

通過對氡氣測量的數(shù)據(jù)進行計算分析，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征，各剖面的土壤氡異常劃分標準見表2。

表2 各剖面土壤氡氣異常劃分標準 單位：Bq/m3

3.3 土壤氡異常斷層定位模式

斷裂構造對土壤氡氣測量的影響，特別是在現(xiàn)今仍處于活動期的斷裂中，由于其巖石破裂，使巖石或地層由原來的封閉狀態(tài)變成開放或半開放狀態(tài)，使斷層部位成為氡氣和其他氣體聚集和向上遷移的良好通道，導致斷層上土壤氡氣富集。松散土層的覆蓋厚度對土壤氡氣含量及異常形態(tài)有較大影響，當覆蓋層厚度不大時,峰值突出,異常明顯；當厚度增大時則異常變得低緩,寬度加大。

一般將異常形態(tài)和斷層產(chǎn)狀的對應關系分為三類，一是傾角很小的斷層，見有與斷層相交的裂隙出現(xiàn)，土壤氡氣常為高低不等的多峰形態(tài)；二是傾角較大的斷層，土壤氡氣的總體形態(tài)為不對稱的單峰，在斷層傾向的方向一側(cè)比另一側(cè)升降緩慢；三是直立斷層，土壤氡氣基本為對稱的單峰[2]。當然這三種類型之間還有好多過渡型。出現(xiàn)斷層相交、錯切等情形，異常的識別與斷層確定就更為復雜，存在“高中選高”、“高中選低”等原則.下面就剖面7線、8線進行結(jié)果分析，見圖1。

圖1 7線、8線氡濃度剖面圖

3.3.1 剖面D7

剖面D7測線方位171°，完成探測點33個。氡濃度介于3387.5Bq/m3～22265.0Bq/m3之間，背景值為11322.05Bq/m3，最大異常峰值為22265.0Bq/m3，高出背景值2.0倍左右。在測點240～300出現(xiàn)高值異常，剖面形態(tài)為相對連續(xù)的多峰，異常段也相對連續(xù)，根據(jù)氡氣測量數(shù)據(jù)及背景值，在該異常段推測出斷層，編號F1，根據(jù)剖面形態(tài)變化，異常往大號點方向變化緩慢，確定斷層傾向北西。

3.3.2 剖面8

剖面D8測線方位175°，完成探測點31個。氡濃度介于2612.9Bq/m3～27726.9Bq/m3之間，背景值為8019.485Bq/m3，最大異常峰值為27726.9Bq/m3，高出背景值3.45倍左右。在測點230～280出現(xiàn)高值異常，剖面形態(tài)整體為連續(xù)的多峰，異常段較為連續(xù)，根據(jù)氡氣測量數(shù)據(jù)及背景值，在該異常段推測出斷層,編號F1,根據(jù)剖面變化形態(tài)，異常往大號點方向變化緩慢，確定斷層傾向北西，在測點50出現(xiàn)最高值異常，為單點異常。

4 結(jié)論

（1）通過取得的土壤氡的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)處理分析后得到了研究區(qū)斷裂構造及其上、下盤的土壤氡分布特征。

（2）總結(jié)建立了研究區(qū)斷裂構造識別的土壤氡異常標志，并確定了寺斷層在第四系覆蓋區(qū)的具體分布位置。驗證了土壤氡測量探測斷層的有效性。

（3）氡氣濃度與斷層的發(fā)育位置具有相關性，可以在效地確定隱伏斷裂構造的位置及傾向。但氡氣測量研究對斷層有一定的局限性，難以確定斷層的傾角。如果要準確的查明斷層的所有產(chǎn)狀要素，建議考慮結(jié)合其他物探方法進行調(diào)查研究。