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放射性勘探(氡气测量应用)

归档日期:06-29       文本归类:放射性勘探      文章编辑:爱尚语录

  放射性元素的衰变、a射线和γ射线在与物质相互作用时产生的电离、激发作用和康普顿效应、光电效应等,为放射性勘探的理论基础。根据上述理论,采用适当的仪器可探测和研究地下各种地质体形成的天然放射性异常。放射性勘探方法主要有γ法、射气法、a径迹法、

  放射性元素在岩石,土壤中普遍存在,但含量很低,它们在衰变过程中产生的新子体——氡。氡不仅具备继续衰变的特性,而且还具有很强的渗透性‘扩散性和流动性,可以借助断层,裂隙运移;也可以溶于水中,借地下水的流动通道,从地下上升到地表。因此断裂就是氡气*常见的流动通道。通常在同一地区的地层中,断裂及其破碎的区域氡气的浓度偏高,利用测氡仪器有效地检测到氡气异常点的有规律的空间分布,就可以推断改区断层的平面位置。氡气测量应用很广泛,以下只陈述三个方面的应用

  地下热水的形成必须具备一定的地质条件,如热源体、孔隙良好的储热水层、致密的盖层、断裂构造等。其中断裂构造对于热水的形成尤其重要,它即起到导水增温的作用,又使深部热储在地下水动力作用下带至地表

  ,所以地下热水的勘探主要是确定储热断裂构造,储热断裂构造的勘探成为地下热水勘探的关键。氡气测量在断裂构造勘探中具有独特性,有许多成功的实例¨引,如柿子坪热田上方的氡气异常,经后期钻探已证实了热田的存在,说明深源氡随地下水沿构造通道或岩溶缝洞运移模式的正确性。在城市中,当其他地球物理方法受城市电磁场及震动干扰时,氡气测量更显其优势。所以使用了土壤氡气测量和水中氡气测量方法进行地下热储勘探,目的是圈定出地下热水的有利远景区。

  地下热水资源的形成与地下构造断裂密切相关,构造既是地下热水形成的储存空间,又是热水的循环通道。而断裂构造的存在造成放射性元素氡随地下水沿断裂迁移和富集,形成地表可探测到的放射性氡异常,这就是氡气测量探测地下热水资源的地质基础。这种氡活度浓度异常形成的地质依据是比。

  地下热水蒸气往上迁移时,其路途所遇的氡能被蒸气压力推向地表。温度越高,氡溶解于水中的量越少,热水蒸气中含的氡越高。这些含氡热气可沿着裂隙、孔隙和毛细管扩散,并在对流、抽吸等多种因素作用下迁移到地表或近地表。

  随着地温梯度从地下向地表的不断减小,铀、镭、氡等放射性元素不断向地表运移,从而在地表引起氡活度浓度异常。

  当地下热水中溶解有放射性物质铀和镭时,当其沿构造通道运动而出露地表时,由于地球化学环境的改变以及细粒疏松物质、有机质的吸附等原因,会在构造带附近出现放射性物质的沉淀和富集,从而造成氡及氡子体异常。

  岩石破碎、裂隙发育,不仅增大了岩石的射气系数,使得放射性气体容易溢出,而且构造本身气体的良好通道,较深部的氡气也能沿着断裂带向地表迁移,形成氡活度浓度异常。

  所以,氡作为地热资源的指示元素,为通过查找断裂构造而探测地下热水资源提供了手段,同时为通过土壤或浅层地下水中氡活度浓度的富集特征,来探测地下热水的有利远景成为可能,也为氡活度浓度异常解释奠定了基础。

  从地下热水氡活度浓度形成机理可知,地表所测氡活度浓度异常是地下储热构造的指示,多个构造的交汇是形成地下热水储存的有利条件,所以在对氡异常进行地下热水储存空间位置解释时,将两个以上构造的交汇作为有利远景区划分的条件之一,多异常重叠是有利远景区划分的条件之二。

  氡气测量技术在其它领域的成功应用也被应用到工程地质中用于圈定断裂带,寻找地裂缝,划定滑坡边界等

  大量资料表明,对于一定规模的断层,通过氡等气体的测量可以找出断层的位置。氡浓度的幅度异常,剖面形状常受断层规模、倾角、岩性、断层破碎带宽度,充填物以及覆盖层的厚度,成分密度,孔隙度以及地貌、植被等诸多因素的影响,定量解释有一定困难。但观其趋势,可以得到一定信息。如当断层近乎垂直,断裂破碎带较开放,盖层**,氡等气体常形成单峰高值。对于倾斜断层测氡异常随土壤盖层厚度增大而展宽

  煤系地层是还原条件下形成的,由于轴元素的物理化学性质,在煤系地层中轴核素的含量大大地高于其他地层。当地下采空时,采空区改变了地下地质体的应力状态,使地质体发生形变,从而改变了地下气体的运移玉聚集环境。采空区对氡气的运移与富集主要有

  方面的控制作用,一是储气作用:相对于周围完整岩体而言,采空区冒落带和裂隙带是相对松散的

  二是集气作用:采空区煤层顶板塌陷冒落后,应力集中区向围岩内部迁移,在采空区周边形成一个地应力区。一般来说气体与液体总是由压力较高向压力较低的部位迁移。因此,采空区及其周边派生变形区就形成地下抽气体的容器,不断把围岩中的气体抽到采空区来,造成氡元素在采空区的聚集。同时,由于采空区及其周边裂隙带的存在,还可以以其他方式促使放射性元素向采空区的运移、富集。三是通道作用:采空区冒落带及其派生裂隙形成后,都是气体自下而上运移的良好通道。在地温和地压作用下氡气必然与其他气体一起自地下深处向地表迁移在地表形成氡异常区。

  总之,通过上述作用,氡元素向采空区积聚,在地表形成一个与采空区形态行对应的氡异常区。因此,可以通过测量地表元素的浓度来准确圈定煤矿采空区的位置与范围

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