氡气测量勘查地下水及其他应用

氡气测量~

测氡法是核物探的一种，近年来在煤火探测方面的应用很受欢迎。山西矿业学院的刘洪福等在20世纪90年代中期研究了测氡法探测煤层自燃火源位置及范围的机理，并建立了天然放射性介质测氡试验台，研究氡析出与温度之间的关系，开发出了CDTH（测氡探火）专用软件，并在山东枣庄矿业集团公司柴里矿等15个矿局推广应用。太原理工大学、原长春科技大学等院校及河北邢台矿务局葛泉煤矿、石圪节煤矿等生产单位也对测氡法（α杯测氡）圈定地下煤层着火范围做了不少研究，并在实际生产中取得了很好的效果。氡射气容易受到气象条件等因素的影响，为了减弱干扰，本次研究选用了德国SARAD公司生产的RTM2100氡钍探测仪。RTM2100设有专用的传感器，用来测定测点的温度、湿度及气压强度，并自动进行三者影响校正。此仪器有测氡与测钍两种模式，且在测氡模式下可将钍射气的影响作为干扰因素消除，反之亦然。本次测量采用测氡模式，吸气泵选用0.5L·min-1，测量时间为10min；排空时间5min，吸气泵选用3L·min-1；测量深度40cm，点距20m，线距平均25m。
氡射气测量干扰较多，通常单点重复测量可比性差。图4⁃2⁃14是工作区一条剖面重复测量的比较图。从图可见两次测量的结果其幅值有一定差异，但异常曲线的变化趋势一致，异常峰值的位置和个数对应的很好，说明采用RTM2100氡钍探测仪测量的结果是可靠的。

图4-2-14 氡射气重复测量对比图

图4⁃2⁃15是氡气测量结果图。图中左侧异常整体与地面勘查火区吻合很好，特别是氡气异常中心点主要分布在勘查火区边界，可能是着火点的反映。右侧的氡气异常可能是地下着火区的反映。

图4-2-15 内蒙古乌达Ⅷ号火区地表氡气浓度图

图中红色实线所夹区域为2004年地表勘测火区

砂岩型铀矿的形成受控于古气候、古水文地质条件、地层结构、岩石地球化学类型、新构造运动、层间氧化带(或古河道)、铀源条件等诸多因素。因此，应以地质、地球物理、地球化学异常为突破口，选择行之有效的现代勘查技术方法进行小比例尺到大比例尺的选区勘查。对于砂岩铀矿现代的勘查技术方法，韩绍阳等(2004)进行了较好的综述，现概括如下。
一、高分辨率遥感技术
利用高分辨率遥感技术可获得产铀盆地地下水补、径、排体系，蚀源区、断裂带及斜坡带等影像特征;可建立大型铀成矿区域的大地构造环境、背景遥感影像特征。
二、GIS技术
GIS提供了在计算机辅助下对地理、地质、地球物理、地球化学和遥感等多信息进行集成管理、有效综合与分析的能力。应用GIS对铀资源进行评价，具有如下优点:①合理、有效的空间数据库管理大大提高了铀资源评价效率;②实现了传统方法难以进行的对各种地质体的多种空间关系的定量分析;③系统软件为物化探数据的空间可视化创造了条件，使评价更直观;④空间分析方法使成矿信息的综合更加合理;⑤系统软件大大提高了生产单位的制图效率;⑥所建的数字数据库可反复使用。
三、水化学方法
利用水化学方法可获得含矿层水中的溶解氧、硫化氢及pH、Eh值，可以寻找层间氧化带、氧化-还原过渡带及还原带;测量含矿层水中的铀、镭、氡、氦及其他与铀相关的伴生元素可以确定找矿目的层的含铀性。
四、现代地球物理方法
随着地球物理探测技术的改进与发展，重磁法、航空(或车载)γ能谱测量法、电磁成像技术和地震勘探等现代地球物理技术被广泛应用于砂岩铀矿勘探中:①利用重磁法可分析盖层结构，基岩的起伏形态、埋深及基底构造。②利用航空γ能谱测量可在很短时间内获得大面积精度均一的测量资料;车载γ能谱测量方法同样具有测量速度快、探测精度高等特点，很适合在干旱、半干旱的中新生代产铀盆地内开展，又可在不宜进行航测的边境地区进行工作。③利用电磁成像技术(TEM和EH4)可查明对铀成矿有利的砂体规模及其空间展布;查明工作区的隔水层及其厚度;查明工作区断裂构造及其产状特征;查明工作区基底的埋深及其起伏情况;根据电阻率测量剖面，结合地质资料，可辅助分析盆地的沉积相。④地震探测技术可以确定产铀盆地基底的埋深，提供构造基础图件和更多的盖层细节信息。
五、砂岩型铀矿定位方法
目前，在进行砂岩型铀矿定位中卓有成效的方法是自然电位测量法、深穿透地球化学方法、氡气测量、综合测井和弱信息提取技术。
自然电位测量可以快速确定层间氧化带砂岩型铀矿的氧化-还原过渡带。深穿透地球化学方法是通过测量地表疏松沉积物中金属活动态和地气中超微量金属元素的含量，进而圈定异常，预测铀矿床(王学求，1998)。氡气测量技术主要是基于Rn的迁移和地气理论来提取深部铀矿化信息。综合测井技术可获取岩石的天然放射性、密度、电阻率等地球物理参数及确定岩石孔隙度、渗透率、泥质含量等，为砂岩型铀矿储量计算和评价提供必要的参数，也可对沉积构造环境、层序地层及沉积相等进行研究。通过实用的数据(如航磁、航放)综合解释方法和弱信息提取技术，可直接定位砂岩型铀矿床的空间位置。
总之，在中小比例尺铀资源战略选区阶段，适宜采用效率高、费用低的遥感技术、航空物探技术，同时可开展重力测量和水化测量。尽量收集工作区的相关地质资料，根据现代砂岩型铀矿的成矿理论，基于GIS软件平台进行多源信息的综合分析，圈定有成矿远景的地段(韩绍阳等，2004)。在大比例尺预测阶段，对所圈定的远景区内可开展综合物化探工作，如自然电场、电磁成像技术(TEM或EH4)、控源音频大地电磁(CSAMT)、高分辨率浅层地震、氡气测量及化探等，在完成物化探综合解释后，配合钻探和综合测井技术圈定矿体，并进行资源量评价。

氡是寻找隐伏矿床的一个指示。与铀、钍元素有亲密关系的矿物和元素也很多，例如，磷酸盐中都含有较为丰富的铀，这类矿床往往有氡异常出现。还有Cu、Mo、V、Au、Ag、W、Ni、Be，萤石和重晶石也都与铀有亲密共生关系。Nb、Ta、Ti、Zr和稀土矿物常与钍有亲密共生关系。氡和γ测量都是找矿的有效方法之一。

地下水分为土壤水、层间水、裂隙水和岩溶水。后两种都与风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙等关系密切。构造裂隙带是地下水储存和运移最丰富、最强烈的地带。地下水也是一种溶解能力很强的溶剂，在循环运移中，从周围环境中溶入多种成分，铀、镭和氡在地下水中有很强的溶解能力。环境变化，它们又能从水中析出。

构造裂隙水中氡气，迁移到地表的途径，可能有三条。

1）溶解和存在于地下水中的一部分氡，可以在地下水的水平和垂直运移过程中离开地下水，通过扩散和对流作用迁移到地表。

2）岩石和土壤中一部分氡，在断裂破碎带形成过程中，与地下水同时或先于地下水到达破碎带中，然后在地下水的推动下迁移到地表。

3）一部分溶解于地下水中的铀、镭，通过毛细作用迁移到包气带，产生氡，再扩散到地表。

地下热水氡浓度都比较高，如表6-8-1。

表6-8-1 我国几处地热水中氡浓度

温泉对放射性氡异常的形成也有三种可能。

1）地下热水，往往同深大断裂有关（有利于深循环）。地下热水蒸汽向上迁移时，路径上遇到的氡气等，在蒸气压推动下，向地表迁移。

2）地热水的化学侵蚀性较强，有利于将放射性物质溶解带走；所有地下热水都有较高的放射性，含氡量也高（天津、北京、西藏东部地热水）。到达地表后温度下降而沉积下来。

3）地下热水常常溶有多种铁、锰和有机物质，对铀有较强的吸附能力；随着向地表方向运移热力梯度下降，更有利于铀和氡向地表运移。

总之，构造裂隙是氡运移的有利通道。地表放射性异常反应了地下水、热水的存在。所以说地面放射性方法，主要是测氡方法，是寻找地下裂隙水的有效方法。这个方法的使用起源于裂隙水发育的日本富士山地区。在我国应用也非常广泛，上述的所有测量土壤氡的方法，在寻找地下水中都有运用。

大量资料证明，含水构造上测得的放射性异常与正常场相比差值不大。γ总量异常一般讲比正常值高1.2～2倍；α异常（即氡子体异常）高5～10倍。由于放射性涨落，异常值经常只比正常值高出20%左右，所以对放射性测量要求很高。因此，综合方法找水往往显得非常重要。

（一）α径迹方法找水

1.江苏江宁铜山化纤厂

先后两次在厂区内做电测深剖面，显示有北西向断裂存在。电阻率（ρ_s）差异不大，异常不明显，因此在电测深工作的基础上进行α径迹测氡工作。异常非常明显，如图6-8-1所示。打井后证明下面为凝灰岩断裂带，井日出水量为270 t/d，满足了生产、生活需要。

2.栖霞水泥厂

地下水分布在下侏罗统砂岩和栖霞灰岩内的北东向一组新构造裂隙带中。联合剖面测量结果说明有较宽的低阻带（图6-8-2）；在同一剖面平行进行α径迹测氡，异常明显。与联合剖面低阻带重合，钻井结果，日出水20 t/d。

图6-8-1 铜山化纤厂α径迹找水

图6-8-2 水泥厂综合物探找水

（二）α卡寻找地热水

东海温泉有关部门为扩大应用，寻找新区，进行α卡测氡找地热水工作，同时进行了地温测量。两者异常位置基本重合。与温泉带位置非常一致，如图6-8-3 所示。该区温泉位于花岗闪长岩断裂破碎带中，水温不高，55℃左右。

图6-8-3 α卡测氡找温泉

（三）氡气测量寻找金矿

嵩山瑶沟金矿属于火山岩区中构造蚀变带内的石英脉型。金矿中含铀量达7.77×10^-6（eU），围岩含铀量一般为3.21×10^-6（eU）。进行Rn气测量，CO₂测量，以及Au和U的测量。如图6-8-4所示。铀异常有显示但不明显；Rn异常、CO₂异常与Au异常非常一致。

图6-8-4 金矿36线Rn、CO₂异常

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