第六章放射性方法在地學(xué)中的應(yīng)用[基礎(chǔ)教學(xué)]

1、第六章 放射性方法在地學(xué)中的應(yīng)用第一節(jié) 放射性方法找礦一放射性方法找鈾礦利用鈾礦體本身的最大特點(diǎn)具有放射性來(lái)尋找鈾礦，是應(yīng)用最廣、經(jīng)濟(jì)效果最佳的找礦方法。按探測(cè)鈾及其衰變子體所產(chǎn)生的輻射種類，找鈾的放射性方法可以大致分為下列數(shù)類。法 航空測(cè)量，汽車測(cè)量，步行測(cè)量，孔中測(cè)量，水中測(cè)量徑跡蝕刻測(cè)量，210Po量測(cè)量，卡測(cè)量，杯測(cè)量，226Ra測(cè)量等等法 單獨(dú)使用測(cè)量來(lái)找鈾的方法尚為少見，多半采用測(cè)量法，如孔中測(cè)量，巖芯測(cè)量等。此外，熱釋光、鈾同位素法、鉛同位素、He氣測(cè)量、Hg蒸汽測(cè)量等，也是在某些特定地質(zhì)條件下所采用的找鈾方法。應(yīng)用放射性方法找鈾礦的一個(gè)實(shí)例l 方法技術(shù)1.1能譜測(cè)量基本原理 地

2、面能譜測(cè)量是一種地面地球物理勘探方法。它利用鈾系、釷系和鉀-40的射線能譜存在一定的差異，利用這種差異選擇幾個(gè)合適的譜段作地面能譜測(cè)量，以推算出地面巖石（礦石）中的鈾、釷、鉀的含量。在野外通常采用四道能譜儀。為了推算巖石中鈾、釷和鉀的含量，分別選擇鈾系214Bi的1.76MeV的光電峰、釷系208Tl2.62MeV的光電峰和40K的1.46MeV的光電峰；并分別選擇相應(yīng)的能譜段為1.66-1.86MeV、2.52-2.72MeV和1.36-156MeV,再按能量測(cè)量結(jié)果列出三元一次方程組: （3-1）式中，、（1,2，3）為換算系數(shù)，該組系數(shù)需要在已知模型上對(duì)能譜進(jìn)行標(biāo)定后求出；為能譜儀在相應(yīng)

3、道測(cè)得的計(jì)數(shù)率（減去底數(shù)后）；、分別為需要獲得的巖石或土壤中的鈾、釷和鉀的含量。 解方程組（3-1）即可求出巖石或土壤中的鈾、釷和鉀的含量。能譜測(cè)量工作方法地面能譜測(cè)量主要用于測(cè)定浮土、巖石和礦體中鈾、釷和鉀的含量，確定異常的性質(zhì)。其工作方法簡(jiǎn)述為：A在正式工作之前，對(duì)能譜儀進(jìn)行性能檢查，選擇測(cè)量譜段，標(biāo)定儀器等。B測(cè)線線垂直地層和構(gòu)造的主要走向。C在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上，能譜儀作定時(shí)計(jì)數(shù)，測(cè)定鈾、釷和鉀道的計(jì)數(shù)率。D根據(jù)野外測(cè)量結(jié)果，在室內(nèi)計(jì)算鈾、釷和鉀的含量，并繪制各種圖件。12土壤天然熱釋光測(cè)量方法方法原理土壤天然熱釋光測(cè)量方法是采集地表一定深度的土壤樣品，用高靈敏度熱釋光測(cè)量裝置測(cè)量樣品中天然礦

4、物在最后一次熱事件以來(lái)的熱釋光強(qiáng)度，利用其強(qiáng)度差異解決鈾礦找礦及有關(guān)地質(zhì)問題的一種方法。工作方法(1)野外取樣 野外取樣按照土壤地球化學(xué)規(guī)范（DZ/T 0145-94）的要求，采集野外樣品，按規(guī)范要求土壤樣品應(yīng)取自B層土壤樣。取樣點(diǎn)距10米，每個(gè)測(cè)點(diǎn)取土壤樣80-100g。(2)室內(nèi)測(cè)量 對(duì)樣品過篩后，用高靈敏度的熱釋光測(cè)量?jī)x器（RGD-3A型）測(cè)量樣品的熱釋光強(qiáng)度(單位為輻射劑量單位：Gy/g)。在工作過程中應(yīng)注意，必須采取新鮮的B層土壤樣品。樣品采集后用黑色布袋或紙袋裝好，避光、避高溫、避輻射保存。另外樣品必須自然風(fēng)干，既不能加熱烘干，也不能日曬。13氡氣測(cè)量方法Rn是鈾系的唯一氣態(tài)元素，

5、直接母體是鐳( Ra)。母體元素的含量在一定程度上決定了巖石、土壤中氡濃度的高低。氡的物理性質(zhì)十分活潑，表現(xiàn)出很強(qiáng)的遷移能力，較容易從地下經(jīng)過數(shù)米到數(shù)百米的巖石進(jìn)入地表土壤中。因此，在鈾、鐳富集地段，或地質(zhì)構(gòu)造破碎帶上都可能形成氡的富集，而在其附近地段，氡含量明顯減少。根據(jù)氡異常的高低，可以尋找鈾礦體和構(gòu)造破碎帶。工作方法氡氣測(cè)量分為累積測(cè)量和瞬時(shí)測(cè)量?jī)煞N方法。累積氡測(cè)量就是將取樣器（如徑跡片、氡管等）埋置在土壤中，采樣時(shí)間一般為二十天至一個(gè)月，異常穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，但工作效率較低；瞬時(shí)氡測(cè)量是在現(xiàn)場(chǎng)打孔、抽氣進(jìn)行測(cè)量，其工作效率高，方法靈敏度相對(duì)于累積測(cè)量并不差。本次野外工作采用瞬時(shí)的氡氣

6、測(cè)量。野外測(cè)量工作按照氡氣測(cè)量規(guī)范（EJ/T 605-91）進(jìn)行。在測(cè)量點(diǎn)上用鋼釬打出一個(gè)0.5-0.7 m深的小孔，然后把取樣器插入孔內(nèi)抽氣，最后用FD-3017儀器進(jìn)行測(cè)量。 2 下莊花崗巖型鈾礦田研究實(shí)例（方法選用熱釋光測(cè)量和氡氣測(cè)量結(jié)合）2.1 330礦床的試驗(yàn)結(jié)果330礦床(又名希望礦床)是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)花崗巖型鈾礦床，它屬于硅化破碎帶型鈾礦床。該礦床已有多年的開采歷史，為了擴(kuò)大其范圍，布置了32條測(cè)線，其中3條測(cè)線在已知區(qū)，29條測(cè)線在未知區(qū)。21號(hào)測(cè)線位于礦床的已知區(qū)，測(cè)線長(zhǎng)240 m。氡氣測(cè)量、土壤天然熱釋光測(cè)量凹線基本相似(圖1)。從圖1(b)中可看出， 在-202O號(hào)點(diǎn)處

7、出現(xiàn)了兩種方法重疊的異常，是92號(hào)構(gòu)造帶在地表的反映， 由于熱釋光和氡氣測(cè)量凹線的幅度小， 因此推測(cè)該地的含礦性不好；在3O5O號(hào)點(diǎn)處，氡氣測(cè)量的異常明顯，但熱釋光測(cè)量沒有異常顯示，是92號(hào)構(gòu)造帶通過的位置。在507O號(hào)點(diǎn)的位置上土壤天然熱釋光測(cè)量有異常顯示；在70200號(hào)點(diǎn)的范圍內(nèi)兩種方法的凹線變化比較大， 且線異常重合較好。從圖1(a)中可以看出，熱釋光測(cè)量凹線異常的范圍比氡氣測(cè)量凹線異常的范圍小。在圖1 (c)中5O11O號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)有3條近似平行的垂直二級(jí)含礦構(gòu)造帶，但是它們都處于一級(jí)構(gòu)造之間，而且礦體均較富。由測(cè)量結(jié)果可知，氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量反映了地下深部的信息，特別是土壤天

8、然熱釋光法利用了輻射照射的長(zhǎng)期積累效應(yīng)，非常穩(wěn)定，更能反映鈾礦化信息。依據(jù)上述已知資料，在120200號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)，熱釋光測(cè)量和氡氣測(cè)量的異常幅度較大，并且吻合較好，推測(cè)在與該異常對(duì)應(yīng)的地下有鈾礦體存在，并且礦體較富，埋藏較淺。15號(hào)測(cè)線長(zhǎng)200 m，位于21線西南邊120 m處的未知區(qū)。在該測(cè)線上兩條曲線的形態(tài)基本相似，異常重合較好(圖2)。對(duì)比已知剖面的資料及所測(cè)量的結(jié)果推測(cè)，在一1010號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)，兩種方法的異常顯示是92號(hào)礦化構(gòu)造破碎帶的反映；在2090號(hào)點(diǎn)處有一個(gè)復(fù)合異常，可能是86號(hào)構(gòu)造帶北帶及其下盤次一級(jí)的含礦構(gòu)造所引起，基于兩種方法的異常幅度較大，推斷這里礦體埋深可能較淺，并且含

9、礦性可能較好；在90130號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)， 氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量的異常重合非常好，可能是86號(hào)構(gòu)造帶下盤的次級(jí)含礦構(gòu)造在地面的反映，含礦性可能較好。22 小水礦區(qū)已知剖面的試驗(yàn)結(jié)果小水礦區(qū)的礦化類型屬于“交點(diǎn)” 型鈾礦化，8號(hào)測(cè)線就位于該礦區(qū)內(nèi)，測(cè)線長(zhǎng)140 m。氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量的兩條曲線形態(tài)各異，均有各自不同的特點(diǎn)(圖3)。氡氣測(cè)量曲線特征比較簡(jiǎn)單，可以分成050號(hào)點(diǎn)和60130號(hào)點(diǎn)兩個(gè)跳變帶。從已知的地質(zhì)剖面上可以看出，050號(hào)點(diǎn)跳變帶對(duì)應(yīng)著一條規(guī)模較小的構(gòu)造帶；而60130號(hào)點(diǎn)的跳變帶對(duì)應(yīng)著規(guī)模較大的一條構(gòu)造帶，并且該構(gòu)造帶與鈾成礦關(guān)系密切。土壤天然熱釋光曲線較簡(jiǎn)單，只是

10、在20120號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)有一個(gè)變化帶，主跳變帶范圍為2070號(hào)點(diǎn)內(nèi)，該跳變點(diǎn)對(duì)應(yīng)著頂部埋深約為60 m 的鈾礦體。從已知地質(zhì)剖面可知，此礦體沿著構(gòu)造帶產(chǎn)出，其在地面上的投影寬度約40 m。該剖面的測(cè)量結(jié)果顯示：對(duì)于鈾礦體賦存于構(gòu)造破碎帶與輝綠巖巖脈交點(diǎn)處時(shí)，氡氣測(cè)量主要反映了構(gòu)造破碎帶的位置，土壤天然熱釋光測(cè)量的異常則反映了“交點(diǎn)” 型鈾礦體的位置。3 討論圖1和圖2代表了鈾礦賦存于直立構(gòu)造破碎帶內(nèi)的主要鈾礦類型，而圖3則是含礦構(gòu)造破碎帶與中基性巖脈交匯處成礦的另一類主要鈾礦類型。這兩類不同的礦化類型在氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量曲線中的異常特征有所不同。從330礦床21號(hào)測(cè)量剖面上可以看出，該

11、區(qū)鈾礦體的產(chǎn)出形態(tài)比較特殊，幾乎都呈直立的柱形沿次級(jí)構(gòu)造破碎帶分布。土壤天然熱釋光的異常都呈尖峰狀，主要反映了鈾礦化的產(chǎn)出位置；構(gòu)造破碎帶是氡氣運(yùn)移的通道，氡氣測(cè)量主要反映了構(gòu)造破碎帶的位置。當(dāng)這兩種方法的異常吻合時(shí)，礦體產(chǎn)出的可能性較大。15號(hào)測(cè)量剖面的驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。但由于野外的具體地質(zhì)情況較復(fù)雜，在未知地區(qū)進(jìn)行氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量時(shí)， 只要二者的數(shù)據(jù)可靠，它們的異常都應(yīng)進(jìn)行解釋。兩種異常并不一定要完全重疊，單種異常也要引起注意。從小水礦區(qū)8號(hào)測(cè)量剖面可以看出，鈾礦體產(chǎn)出并賦存在構(gòu)造破碎帶與中基性巖脈的交匯處，是構(gòu)造破碎帶與中基性巖脈共同作用的結(jié)果。該類礦體在氡氣測(cè)量和土壤天

12、然熱釋光測(cè)量曲線上的特點(diǎn)非常特殊，氡氣測(cè)量的異常很明確地反映了構(gòu)造破碎帶的位置，而土壤天然熱釋光測(cè)量的異常則明顯對(duì)應(yīng)著鈾礦體的位置。4 結(jié)論在下莊鈾礦田經(jīng)過對(duì)硅化破碎帶型和“交點(diǎn)型”鈾礦床大量的實(shí)際研究工作，初步得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：(1)氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量?jī)煞N物探方法聯(lián)合使用是尋找隱伏花崗巖型鈾礦床、擴(kuò)大老礦區(qū)的有效、廉價(jià)方法。在硅化破碎帶型鈾礦床上，氡氣測(cè)量的異常主要反映了構(gòu)造破碎帶的位置，而土壤天然熱釋光測(cè)量的異常則反映鈾礦體的位置， 當(dāng)兩種異常重合時(shí)，找到該類鈾礦體的可能性更大。在“交點(diǎn)” 型鈾礦體上，氡氣測(cè)量的異常反映了構(gòu)造破碎帶的位置，而土壤天然熱釋光測(cè)量的異常則反映了構(gòu)造與

13、中基性巖脈的交匯位置，并且該位置通常是“交點(diǎn)型”鈾礦體的賦存部位，兩種方法的異?；旧喜恢睾?。(2)通過“下莊鈾礦田物化探找礦方法應(yīng)用研究”項(xiàng)目的完成，初步建立了一套下莊鈾礦田“攻深找盲” 的物化探找礦模式，其中主要的方法是氡氣測(cè)量和土壤天然熱釋光測(cè)量?jī)煞N方法。經(jīng)實(shí)踐證明，該組合比較有效，目前已將該成果應(yīng)用于廣東省南雄盆地花崗巖型鈾礦床和江西省相山火山巖型鈾礦床的“攻深找盲，擴(kuò)大老礦區(qū)” 中，適于推廣應(yīng)用。第二節(jié) 放射性方法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應(yīng)用放射性方法在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中應(yīng)用甚廣。其中包括用航空測(cè)量配合水文地質(zhì)和工程地質(zhì)的區(qū)域調(diào)查，用放射性方法尋找地下水和測(cè)定地下水的年齡，研究與建

14、筑工程有關(guān)的斷裂構(gòu)造、滑坡、塌陷、泥石流等，預(yù)報(bào)地震，測(cè)定雪層的水當(dāng)量，用210Po測(cè)量研究現(xiàn)代沉積物的沉積速率，用放射性同位素示蹤技術(shù)研究河水中沉積物運(yùn)動(dòng)速度及遷移規(guī)律等。一、 應(yīng)用放射性方法尋找地下水水在人類的生活中是必不可少的。隨著經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展，灌溉、工業(yè)、城市用水量都在大幅度提高。從全球視野洞察，“水源危機(jī)”感的陰影到處出現(xiàn)。而且，60年代以來(lái)人類文明所消耗的地下與地表水已導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)破壞，抑制經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)步地向前發(fā)展。為了扭轉(zhuǎn)這種局面，開發(fā)地下水已經(jīng)是國(guó)計(jì)民生所迫切的重要任務(wù)。地下水的范疇比較廣，日前著重開發(fā)的是裂隙水。裂隙水通常分為成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化裂隙水三類。實(shí)際上這

15、三類裂隙水在水動(dòng)力和水化學(xué)方面有著不可分割的聯(lián)系，往往互相組合成各種各樣的裂隙水系。為了尋找地下水，必須勘察斷裂構(gòu)造的基本形態(tài)，了解地形地貌、地層、巖性、土壤植被、水文氣候、地球化學(xué)及地球物理特征等情況。越來(lái)越多的資料表明，應(yīng)用放射性方法尋找地下水常能取得獨(dú)特的效果。(一)基 本 原 理盡管應(yīng)用放射性方法尋找地下水已經(jīng)引起了水文界的廣泛重視，但是對(duì)這種方法的機(jī)理眾說不一。下面主要就含水的構(gòu)造和巖性與放射性的關(guān)系作一般性探討。1.構(gòu)造裂隙帶中Rn富集及向地表遷移在構(gòu)造裂隙帶中，由于巖石破碎，裂隙發(fā)育，造成了巖石孔隙增加，巖石的射氣能力亦相應(yīng)增強(qiáng)。因此，構(gòu)造裂隙帶內(nèi)的射氣濃度比主破碎圍巖中射氣濃度

16、有明顯增加。在構(gòu)造裂隙帶中富集的Rn通過以下三個(gè)途徑向地表遷移。溶解及存在于地下水中的一部分Rn，在地下水的水平作用和垂立作用下離開水面，然后通過擴(kuò)散、抽吸、對(duì)流等作用到達(dá)地表。巖石和土壤中的一部分Rn，在斷層破碎帶形成過程中，同水或先于水到達(dá)破碎帶，并在地下水推動(dòng)下向地表遷移；另一部分Rn按常規(guī)的方法向地表遷移。部分溶解于水中的U以及Ra，可在飽水帶表面通過毛細(xì)管作用上升到包氣帶，其衰變產(chǎn)物產(chǎn)生的Rn在擴(kuò)散、抽吸、對(duì)流等作用下可以遷移到地表。2.構(gòu)造裂隙帶中固態(tài)放射性元素的富集及向地表遷移含有比地表水更多的固態(tài)放射性物質(zhì)的地下水，可通過構(gòu)造裂隙和毛細(xì)管滲透到表土層上來(lái)。經(jīng)過蒸發(fā)，放射性物質(zhì)在

17、附近表土中不斷析出、擴(kuò)散、沉淀和富集，因此在含水構(gòu)造裂隙的地表附近產(chǎn)生放射性異常。(二)放射性找水分類以探測(cè)與含水構(gòu)造(或含水巖性)有密切關(guān)系的放射性核素為標(biāo)志，放射性找水的方法大致可分為：測(cè)U找水法：測(cè)Rn及其子體找水法；同位素比值測(cè)量找水法。目前，測(cè)Rn及其子體找水法在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用得最為廣泛。按所探測(cè)的射線類型分，放射性找水的方法有法和法。對(duì)Rn及其子體的測(cè)量方法，為敘述方便起見，可以大致歸納為以下幾個(gè)方面。1.長(zhǎng)期累積測(cè)量法這種方法是將探測(cè)器理入土壤中，測(cè)量Rn及其衰變子體的累積效應(yīng)。它包括徑跡蝕刻測(cè)量、熱釋光測(cè)量。徑跡蝕刻測(cè)量的特點(diǎn)是靈敏度高、速度快、成本低、操作簡(jiǎn)易，特別適用于山區(qū)

18、找水。熱釋光測(cè)量的方法是將劑量探測(cè)器埋入土壤中20一30天后取出，在室內(nèi)加熱條件下用專門儀器(熱澤光儀)測(cè)量探測(cè)器的發(fā)光強(qiáng)度熱釋光強(qiáng)度。熱釋光強(qiáng)度與深測(cè)器所接受的累積輻射效應(yīng)呈正比。熱釋光測(cè)量也能靈敏地反映出土壤中Rn及其子體的數(shù)量變化，據(jù)有關(guān)單位試驗(yàn)，該法找水效果較好。2.Rn的瞬時(shí)測(cè)量法常規(guī)Rn氣測(cè)量這種方法比較成熟，它測(cè)量時(shí)間短，在現(xiàn)場(chǎng)即可取得測(cè)量數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)表明，常規(guī)Rn氣測(cè)量對(duì)于尋找構(gòu)造，特別是尋找第三紀(jì)以來(lái)形成的新構(gòu)造，是很有效的。3.短期累積測(cè)量法這種測(cè)量方法，其探測(cè)器累積記錄時(shí)間介于前二者之間，一般是數(shù)小時(shí)到數(shù)天。屬于這種測(cè)量方法的有；活性碳測(cè)量及卡測(cè)量?；钚蕴嘉絉n的測(cè)量方法

19、早在60年代北歐的瑞典和芬蘭就開始應(yīng)用?；钚蕴嘉絹?lái)自土壤中的Rn，既可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，也可在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量對(duì)象主要是Rn子體衰變的射線，也可以是射線或射線?？y(cè)量工作方法是將由罩杯保護(hù)的鍍鋁薄膜(或靜電濾紙)卡埋入浮土30一40cm深處，積累56小時(shí)，然后取出卡，測(cè)定其計(jì)數(shù)率。4.210Po量測(cè)量這種方法簡(jiǎn)便，取樣、分析不受氣候影響，靈敏度也高。它在應(yīng)用于尋找地下水方而也有不少成功的例子。至于法，它最早用于尋找地下水。法包括總量測(cè)量和能譜測(cè)量。方法簡(jiǎn)便快速，但探測(cè)深度較淺，靈敏度也較低。(三)應(yīng) 用 實(shí) 例1.應(yīng)用法尋找重慶市巴縣西彭地區(qū)裂隙含水構(gòu)造該地區(qū)地貌上為一中小盆地，巖層為侏羅紀(jì)重慶

20、統(tǒng)上沙溪廟組砂巖、泥巖。有一南北向背斜(西彭背斜)通過測(cè)區(qū)，西翼巖層傾角約l0。地下水賦存于背斜軸部發(fā)育的破碎帶中。表土層厚0.54m不等。為探查背料軸部，布置了二條測(cè)叢線剖面(圖138)。探測(cè)出一條寬60一80m的異常，異常值為正常值的1.2倍左右，分布位置與地質(zhì)推斷的背斜軸部基本一 致。一號(hào)水文鉆孔深度135m，出水量1057td。測(cè)量剖面通過一號(hào)鉆孔，如圖139所示。 從圖139可以看出，鉆孔位于異常范圍內(nèi)。所以，測(cè)量資料成功地反映了該區(qū)含水構(gòu)造的部位。2.應(yīng)用徑跡蝕刻測(cè)量尋找砂巖中的含水構(gòu)造裂隙江蘇省無(wú)錫市某單位的出露地層為上志留統(tǒng)茅山組砂巖、石英砂巖。產(chǎn)狀NW290/N50，節(jié)理、裂

21、隙發(fā)育有兩組NW290/NE75和NE30/SW70，形成節(jié)理富集帶，其中以290方向明顯。因此，布置SN方向的徑跡蝕刻測(cè)量剖面，主要探測(cè)290走向的構(gòu)造裂隙。徑跡蝕刻測(cè)量剖面附2號(hào)井地質(zhì)剖面如圖1310所示。該剖面上還作了測(cè)量。值偏高點(diǎn)位于徑跡蝕刻異常主峰北面5m。推測(cè)徑跡蝕刻異常主蜂位于構(gòu)造上盤，反映含水裂隙富集帶。次峰反映主構(gòu)造裂隙。因此，井位選在蝕刻徑跡主蜂位置，后因施工工地影響，向東移12m。施工驗(yàn)證結(jié)果，井深130.13m，涌水量為30.71t/d，抽水降深50.80m，靜止水位5.9m。3.應(yīng)用210Po量測(cè)量法尋找被第四紀(jì)沖積層所覆蓋的地下水四川省軍區(qū)宜賓干部休養(yǎng)所位于宜賓市北

22、郊岷江的三級(jí)地臺(tái)上。歷年來(lái)該休養(yǎng)所供水緊缺。該地段出露新生界第四系更新統(tǒng)(Qp)的冰水堆積。在地質(zhì)構(gòu)造上，它處于宜賓背斜北西翼與觀斗山壓性斷裂的交叉復(fù)合部位。在以往的有關(guān)水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中，將休養(yǎng)所一線的冰水堆積地段劃為基本無(wú)水區(qū)。210Po量測(cè)量織果發(fā)現(xiàn)，在休養(yǎng)所所處的分水嶺附近有一低值異常，寬約20m，長(zhǎng)約50m。經(jīng)綜合分析，認(rèn)為此210Po量低值異常與下部自流井組中的構(gòu)造破碎帶有關(guān)。決定在6號(hào)測(cè)點(diǎn)布置一號(hào)供水井位(圖1311)。該井孔深78m，孔內(nèi)靜止水位埋深7m，具弱承壓。抽水試驗(yàn)結(jié)果，水位降深38m，孔口堰測(cè)流量為76t/d，該井基本上滿足了該休養(yǎng)所供水需求。圖1312為一號(hào)井水文地

23、質(zhì)剖面圖。井孔揭露的含水層位為自流井組馬鞍山段中的砂巖(J41-2z)。由于該井處于宜賓背斜末端的北西翼及觀斗山壓性斷裂的交會(huì)部位，巖層的構(gòu)造裂隙甚為發(fā)育，導(dǎo)致地下水在其間富集。含水層上、下泥巖的阻隔，造成了孔內(nèi)地下水的弱承壓性。二、測(cè)定地下水的年齡地下水的年齡是研究水文地質(zhì)過程的重要參數(shù)。下面介紹確定地下水年齡的兩種方法。（一）根據(jù)He、Rn比值(NHeNRn)確定地下水年齡自70年代以來(lái)，HeRn法確定地下水年齡引起了人們的關(guān)注。地下水中的He來(lái)源于巖石中放射性核素的衰變。同樣，地下水中的Rn與巖石中U、Ra含量有關(guān)。因此地下水中的He和Rn有著成因上的聯(lián)系，而前者內(nèi)含著時(shí)間函數(shù)。如果把含

24、水巖層視為封閉系統(tǒng)，則在充滿水的巖石孔隙空間內(nèi)He濃度(NHecm3/L)由下式確定：(133)式中，CU、CTh巖石中的U、Th含量，g/g； 巖石密度，g/cm3； P巖石孔隙度；Ks輸出系數(shù)，數(shù)值上等于He從巖石進(jìn)入層狀水的部分與He總量之比；t層狀水的年齡，d此含水層中的Rn濃度（Bq/L）等于(134)式中，Rn進(jìn)入水的射氣系數(shù)， Cu巖石中的U含量，g/g由(134)式可見，層狀水中Rn濃度與時(shí)間無(wú)關(guān)，而取決于含水巖石中U的含量和巖石的物理性質(zhì)。(133)式除以(134)式即可求得t(135)如上所述，(135)式適用于封閉系統(tǒng)。實(shí)際上完全封閉狀態(tài)是不存在的，應(yīng)當(dāng)考慮Rn和He的擴(kuò)

25、散。由于Rn的半衰期不長(zhǎng)，可視其為在當(dāng)?shù)匦纬傻臍怏w，而He在巖層內(nèi)容易擴(kuò)散到很遠(yuǎn)的距離。層狀水中He既可富集，也可貧化。因此，必須對(duì)He從層狀水中的擴(kuò)散加以修正。(136)式中，D考慮到層狀水中的He擴(kuò)散至上覆巖石而損失的系數(shù)。研究結(jié)果表明，在人多數(shù)情況下，/Ks1/3。D值在0.4至0.8范圍內(nèi)變化，平均值可取作D0.6。而對(duì)于沉積巖CTh/ Cu3。這時(shí)(136)式變?yōu)?137)可見，地下水的年齡可由水中的NHe/NRn來(lái)確定。(二)根據(jù)Ra、Rn比值評(píng)價(jià)地下水年齡Ra在地下水中的積累可用下式描述：(138)t0時(shí)Ra的濃度，g/L；NRa時(shí)間為t時(shí)Ra的濃度，g/L；RaRa的衰變常數(shù)，

26、1.3710-11s-1，1.1810-16 d-1t年齡，d。當(dāng)射氣系數(shù)等于Ra在水中析出系數(shù)時(shí)，(139)式中，t0時(shí)Rn的濃度，Bq/L；根據(jù)(138)、(139)式可得水年齡計(jì)算公式：(1310)由于大多數(shù)天然地表水在地下循環(huán)的時(shí)間約為365d，即通常Ra.t1，則(138)式可改寫為：(1311)此時(shí)，年輕水的大致年齡可由下列公式求得：(1312)例如，水自由交替帶上部水中的Ra本底濃度為(12)10-12g/L，平均為1.510-12g/L，Rn的平均濃度為25.90Bq/L。因此，這里循環(huán)地下水的平均年齡為三、開發(fā)地?zé)豳Y源及測(cè)定雪層的水當(dāng)量（一）開發(fā)地?zé)豳Y源隨著能源需求量的激增，

27、地?zé)豳Y源的開發(fā)利用已經(jīng)受到人們的關(guān)注。地球內(nèi)部的放射性核素在衰變過程中，絕大部分衰變能最終將轉(zhuǎn)變成介質(zhì)的熱能。因地?zé)嶂邪蟹派湫院怂厮プ兊呢暙I(xiàn)。用放射性方法尋找熱水，在國(guó)內(nèi)外均己取得了不少令人滿意的成果。放射性與熱水的關(guān)系歸納為以下幾個(gè)方面：熱水往往同深大斷裂有關(guān)(有人認(rèn)為與深循環(huán)有關(guān))。地下熱水蒸氣往上遷移時(shí)，其路途上所遇到的Rn等，能被蒸氣壓力推向地表。溫度越高，Rn溶解于水中的量越少，熱水蒸汽中含Rn量越高。這些含Rn熱氣可沿著裂隙、孔隙和毛細(xì)管擴(kuò)散，并在對(duì)流、抽吸等多種因素作用下遷移到地表或近地表。地下熱水由于化學(xué)侵蝕性較強(qiáng)，因而能將其沿途放射性物質(zhì)溶解、帶走，導(dǎo)致熱水有較高的放射性

28、。熱水附近往往存在著較高的Fe、Mn物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，它們能吸附U，從而也能在地表引起較高的放射性。武漢地質(zhì)學(xué)院魏永華等人，應(yīng)用He法研究漳州地?zé)崽锶〉昧肆己眯Ч?。?shí)際資料表明He法能有效地圈定含熱水的斷裂構(gòu)造，當(dāng)3時(shí)，深部存在熱水。(二)測(cè)定雪層的水當(dāng)量雪層水當(dāng)量測(cè)量的基本點(diǎn)是利用雪層對(duì)輻射的吸收?？刹捎煤綔y(cè)方法，也可采用地面方法進(jìn)行這種測(cè)量。航測(cè)方法效率高，能對(duì)較大面積進(jìn)行雪層水當(dāng)量的評(píng)價(jià)。蘇聯(lián)首先使用航測(cè)方法測(cè)量雪層的水當(dāng)量。此后，美國(guó)、挪威和加拿大等國(guó)也開始進(jìn)行試驗(yàn)和應(yīng)用，并且都取得了成功。在進(jìn)行雪層的水當(dāng)量測(cè)定時(shí)，一般要進(jìn)行兩次測(cè)量。在下雪前應(yīng)按一定的航線進(jìn)行一次測(cè)量，雪后再進(jìn)行一次測(cè)量

29、。兩次測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比，便可求出雪層的水當(dāng)量。探測(cè)器所記錄的照射量率與探測(cè)器同地面之間水的質(zhì)量和空氣層的厚度有關(guān)。對(duì)于雪前飛行來(lái)說，探測(cè)器所記錄的照射量率I與飛機(jī)的飛行高度有關(guān)，其關(guān)系式為：(1313)式中，I0地面上的照射量率， 0有關(guān)能量在空氣中的視吸收系數(shù)； H飛行高度。對(duì)于被水當(dāng)量為D的雪層所覆蓋的地面來(lái)說，計(jì)數(shù)Is等于：(1314)w水的視吸收系數(shù)；如果在下雪前后各進(jìn)行一次飛行測(cè)量，則由(1313)、(1314)式可得：(1314)顯然，只要已知0、w H，根據(jù)實(shí)測(cè)所得的I、Is值，即可求得水當(dāng)量D。所測(cè)照射量率與土壤層的濕度有關(guān)。為了精確測(cè)定雪層水當(dāng)量，對(duì)土壤濕度的修正不可忽視。原則

30、上講，利用能譜總道數(shù)據(jù)也可進(jìn)行雪層水當(dāng)量測(cè)定，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高。但是，為了避免大氣中Rn及其子體變化所造成的誤差，利用K道測(cè)量數(shù)據(jù)可獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。四、研究與工程有關(guān)的斷裂構(gòu)造在城市建設(shè)和重大工程選址過程中，查明該地有無(wú)滑坡、塌陷、地裂、活動(dòng)構(gòu)造、泥石流等現(xiàn)代地球動(dòng)力作用的種種表現(xiàn)，乃是關(guān)系到生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要問題。實(shí)際上，現(xiàn)代地球動(dòng)力作用在整個(gè)地球上都有顯示，它來(lái)自現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)、外生過程及技術(shù)成因?，F(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在地殼構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，常表現(xiàn)為地震和火山噴發(fā)。外生過程，如巖熔和滑坡，也能在巖體和土壤內(nèi)引起地球動(dòng)力學(xué)負(fù)荷，給人類的生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成嚴(yán)重威脅。所謂技術(shù)成因的運(yùn)動(dòng)，是指由于人

31、類的生產(chǎn)、建設(shè)活動(dòng)而導(dǎo)致在巖體內(nèi)部發(fā)生的動(dòng)力過程。例如，在礦山和煤炭工業(yè)區(qū)，出于抽水和鹵水作用，會(huì)發(fā)生巖體和土壤的塌陷，甚至在大建筑物地區(qū)內(nèi)發(fā)生人工地震。在修建大型水電站和水庫(kù)時(shí)，把液體壓入深部含水層，也曾發(fā)生過人工地震。因此，現(xiàn)代地球動(dòng)力作用的研究，與人類生命安全及經(jīng)濟(jì)繁榮密切相關(guān)，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，研究現(xiàn)代地球動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)的主要方法，是在專門埋沒的標(biāo)記(基點(diǎn))上進(jìn)行高精度的重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量。這種方法成本高，而且只能分出基點(diǎn)運(yùn)動(dòng)幅度足夠大的地球動(dòng)力學(xué)帶。如果在地球動(dòng)力學(xué)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)改變了方向，則水準(zhǔn)測(cè)量就難以分辨出這樣的帶。國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，現(xiàn)代地球動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)帶巖石、土壤射氣

32、逸出能力(射氣系數(shù))和射氣擴(kuò)散能力(射氣擴(kuò)散系數(shù))的改變，以及深部壓力狀態(tài)的改變，從而使得活動(dòng)帶地表土壤中Rn濃度的變化。因此，可以用放射性測(cè)量方法(如射氣測(cè)量方法)來(lái)發(fā)現(xiàn)和測(cè)繪現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及有的地球動(dòng)力學(xué)帶。這種方法不僅成本低廉，而且方法簡(jiǎn)便，不受電磁干擾，特別適用于城市地質(zhì)學(xué)的研究。一個(gè)實(shí)例測(cè)氡技術(shù)的工程地質(zhì)應(yīng)用氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)工程應(yīng)用的地質(zhì)基礎(chǔ)任何一種測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)工作，解決有關(guān)地質(zhì)問題，均離不開它的地質(zhì)基礎(chǔ)解決工程地質(zhì)等非鈾礦地質(zhì)問題時(shí)，應(yīng)用氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)的地質(zhì)基礎(chǔ)是：1巖性不同，其放射性元素含量不同，能形成放射性氡氣(Rn)異常其一般規(guī)律是：巖漿巖中放射性元素含量比沉

33、積巖高；各種巖漿巖中的放射性元素含量也各不相同，酸性巖中含量最高，中性巖次之，基性、超基性巖最低；沉積巖中放射性含量也很不一致，泥質(zhì)頁(yè)巖含量最高，頁(yè)巖次之，碳酸巖類巖石均較低，砂巖變化大，與砂巖的成份有關(guān)；變質(zhì)巖中的放射性含量則較為復(fù)雜，不僅與變質(zhì)前原來(lái)巖石中的含量有關(guān)，還與變質(zhì)過程有關(guān)。2巖石的破碎帶、斷裂帶等地段，氡氣容易運(yùn)移出來(lái)，形成放射性的氡氣(Rn)異常。3地球化學(xué)的作用，能促使放射性氡氣(Rn)異常的形成。4天然水中放射性元素的含量各不相同，由于巖石射氣作用放出的氡(an)易溶解于水，在地下水的作用下，使其在地質(zhì)構(gòu)造不同的地段，形成放射性的氡氣(Rn)異常，如表1所示。5其它條件，

34、如巖體時(shí)代不同等易于形成的放射性氡氣異常，如表2所示。氡Rn是由鐳Ra經(jīng)過衰變而來(lái)的不同Ra含量的花崗巖，代表了巖石析出或放出氡氣的不同能力，由此反映了不同的放射性氡氣異常。氡運(yùn)移能力很強(qiáng)，故可提供地下深部的信息氡在自然界呈原子狀態(tài)，易溶于水，能被吸附在固體的表面上，且多存在于土壤之中，這是氡氣(Rn)測(cè)量的有利之處。此外，氡的衰變子體主要是Po、Bi、Pb、Ti等，它們都是固態(tài)的，在儲(chǔ)存氡氣或氡氣經(jīng)過的物體上，這些氡子體能沉淀下來(lái)，形成所謂的放射性薄層或氣溶膠氡子體的這些性質(zhì)為氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)提供了有利的條件。由此可見，氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)的方法原理是：通過探測(cè)巖石或土壤中氡衰變子體的射

35、線強(qiáng)度，了解氡的存在情況，從而解決有關(guān)工程地質(zhì)問題。圖2是一種氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)示意圖。圖2 一種氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)示意圖3工程地質(zhì)應(yīng)用實(shí)例近年來(lái)，結(jié)合有關(guān)科研項(xiàng)目，利用氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)在工程地質(zhì)工作中開展了一些應(yīng)用研究工作，取得了良好的地質(zhì)效果，較好地解決了一些工程地質(zhì)問題。實(shí)例1：利用氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)確定水庫(kù)漏水帶。貴州普定地區(qū)巖溶發(fā)育，地表水缺乏，為解決用水，修建了不少水庫(kù)，但漏水成為一個(gè)嚴(yán)重問題，致使有的水庫(kù)因漏水而干涸該地的石坡水庫(kù)，因地表浮土較厚，以致電法及地震等工程勘察方法效果不佳，為此，我們利用氡氣(Rn)測(cè)量技術(shù)對(duì)此開展了試驗(yàn)，圖3是其試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)地質(zhì)分析及鉆探查明，有一斷層通過該水庫(kù)從圖中曲線上可以看出，斷層上方呈現(xiàn)明顯的氡氣(Rn)異常在大壩漏水處，雖經(jīng)人工灌漿，仍出現(xiàn)氡氣(Rn)異常，說明堵漏不佳。實(shí)例2：利用氡氣(