土壤氡氣測量法在地?zé)崴徽撟C中的運(yùn)用

彭振洲，張子揚(yáng)

（陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西 渭南 714000）

0 引言

地?zé)嶙鳛樾聲r(shí)代國家鼓勵開發(fā)的一種清潔能源，被廣泛用于生產(chǎn)和生活當(dāng)中，具有污染小、儲量大、用途廣、可循環(huán)利用等特點(diǎn)。但實(shí)際開采地?zé)豳Y源時(shí)可能會遇到復(fù)雜地質(zhì)情況，因而要實(shí)施物探勘查。

1 工程概況

此次研究的工程為陜西丹鳳縣金山盛景地國際酒店地?zé)豳Y源和井位論證物探項(xiàng)目，勘查結(jié)果可以為區(qū)域內(nèi)地?zé)豳Y源的規(guī)劃開發(fā)、利用提供參考。工程勘查任務(wù)為布設(shè)2 條土壤氡氣測量剖面，測點(diǎn)180 個(gè)，測點(diǎn)間距約30m，累計(jì)剖面長度5.2km，獲得工作區(qū)內(nèi)設(shè)定剖面深度2500m 位置的斷裂構(gòu)造信息。研究的目的在于為后續(xù)地?zé)崴ㄎ惶峁﹨⒖糩1]。

2 地?zé)崴徽撟C中物探勘查技術(shù)的運(yùn)用實(shí)踐

2.1 儀器設(shè)備的準(zhǔn)備

此次開展的金山國際酒店區(qū)域位置地?zé)崴徽撟C的綜合物探勘查作業(yè)中，基于實(shí)際需求進(jìn)行了各類儀器設(shè)備的準(zhǔn)備工作，主要是考慮到測區(qū)條件，準(zhǔn)備了測氡儀、手持型GPS 設(shè)備、電腦設(shè)備、激光打印機(jī)以及科力達(dá)K9RTK 系統(tǒng)等，設(shè)備生產(chǎn)廠家正規(guī)、證書齊全、性能穩(wěn)定先進(jìn)，能夠充分滿足地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的相關(guān)作業(yè)需求，還能夠達(dá)到精度標(biāo)準(zhǔn)。

為確保儀器設(shè)備后續(xù)正常使用，此次研究工程中還針對測氡儀開展了性能試驗(yàn)。首先是在正式開工前實(shí)施土壤測氡性能試驗(yàn)，選擇無擾動區(qū)域內(nèi)的一處土壤，將儀器安裝后測定其穩(wěn)定效果，此次試驗(yàn)從鄰近位置選擇的一個(gè)地勢較為平整的區(qū)域，實(shí)際布置測點(diǎn)數(shù)目為30 個(gè)，點(diǎn)與點(diǎn)間距離控制在10m，觀測其往返變化并繪制曲線圖，發(fā)現(xiàn)往返兩條曲線在觀測上具有較佳一致性，因而儀器重現(xiàn)性能指標(biāo)也能達(dá)到預(yù)期要求。開工前土壤測氡性能試驗(yàn)的穩(wěn)定性曲線如圖1 所示。

圖1 開工前土壤測氡性能試驗(yàn)的穩(wěn)定性曲線

2.2 測量實(shí)踐

2.2.1 測量方法

正式進(jìn)行測量實(shí)踐時(shí)還需先進(jìn)行三項(xiàng)工作：①明確坐標(biāo)位置，此次測量決定基于北京54 坐標(biāo)系，具體坐標(biāo)為3 度37 帶，在高程方面，則是基于1956 黃海高程的相關(guān)基準(zhǔn)。②按要求布設(shè)好測網(wǎng)，此次布設(shè)氡氣測量剖面兩條。③實(shí)施準(zhǔn)確的測點(diǎn)放樣，在剖面布設(shè)測點(diǎn)時(shí)可以按照1:10000 的相關(guān)地形圖標(biāo)準(zhǔn)，對理論坐標(biāo)的確認(rèn)則是要結(jié)合CORS 站和RTK 設(shè)備的測定，再采用專業(yè)軟件計(jì)算，野外工作方面的測點(diǎn)敷設(shè)依賴GPS 儀器和RTK 儀器結(jié)合測定，還要注意結(jié)合區(qū)域的地形條件，布設(shè)測點(diǎn)后采用科力達(dá)K9RTK 系統(tǒng)進(jìn)一步校正，確認(rèn)合適后正式使用，此外，電腦設(shè)備也應(yīng)記錄好野外點(diǎn)位的具體數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)[2]。表1 為氡氣測量測網(wǎng)布置情況。

表1 氡氣測量測網(wǎng)布置情況

采用氡氣儀進(jìn)行金山國際酒店地?zé)嵩吹臏y量，主要是針對土壤氡氣實(shí)施測量，其野外作業(yè)方面，為了方便采樣，先是要使用鋼釬進(jìn)行測點(diǎn)的打孔，孔徑大小控制在20～40mm 最為合適，采樣時(shí)測定的深度范圍則是在60～80cm，其也是孔深標(biāo)準(zhǔn)。成孔之后可以使用頭部存在氣孔的特殊制作取樣器插入孔內(nèi)，需要注意的是，在取樣器接近地表時(shí)開展密閉操作，謹(jǐn)防孔內(nèi)進(jìn)入過多大氣，可以實(shí)施抽氣操作。實(shí)施采樣以前也要對氣閥是否處于打開狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，重復(fù)3 次左右的抽氣操作可以提高取樣器的穩(wěn)定效果。在閥門被關(guān)閉之后，還要進(jìn)行多次抽氣，之后觀察測定的壓力表，發(fā)現(xiàn)其達(dá)到0.15MPa 標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行2min 的采樣工作，再將閥門打開后可以發(fā)現(xiàn)壓力值降低到0，這時(shí)再打開氣罐結(jié)構(gòu)并將塑料膜取出，使用檢測儀檢測塑料膜，完成后記錄數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有很大偏差的數(shù)據(jù)則需進(jìn)行復(fù)測[3]。圖2 為測氡儀操作的規(guī)程。

圖2 測氡儀操作的規(guī)程

氡氣野外施測過程中還會受到許多外部因素的影響，如氣溫、構(gòu)造、土壤含水量以及取樣時(shí)的操作規(guī)范性等，為保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，還應(yīng)一一排除干擾影響。①氣溫變化的影響通常較小，且此次工程的操作測量時(shí)間不長，因而基本可忽略氣溫帶來的影響。②構(gòu)造方面可以仔細(xì)研究工程地質(zhì)資料，再針對性消除。③土壤中若含水量偏低，則氡氣可能會擴(kuò)散到空氣中，致使?jié)舛认陆担瑴y量結(jié)果也會失準(zhǔn)；而若是外部降水，土層透氣性會在屏蔽下變差，氡氣累積在內(nèi)部致使?jié)舛仍黾樱蝗敉寥篮拷咏Ｗo(hù)，則內(nèi)部所有氣體的含量都會降低，溶解到水中，可以測定的氡氣濃度也會很小，基于該原理，在使用測氡儀進(jìn)行氡氣濃度測量時(shí)建議控制土壤濃度保持一致。④在具體取樣時(shí)要監(jiān)督人員規(guī)范操作，主要是控制深度合理，不可超出60～80 cm，在深度變化后測量結(jié)果也應(yīng)較為穩(wěn)定，則表示其測量有效。圖3 為土壤氡氣測量的兩種原理方法。

圖3 土壤氡氣測量的兩種原理方法

2.2.2 相關(guān)資料整理和數(shù)據(jù)處理

在整理測氡相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果資料時(shí)，基于每次野外觀測錄入的數(shù)據(jù)情況，對每項(xiàng)數(shù)據(jù)都要進(jìn)行核對，確保其正確率達(dá)到100%，隨后則按照要求進(jìn)行曲線繪制。對測氡儀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)先要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)異常特征數(shù)據(jù)變化明確有利段，為形成正態(tài)分布曲線圖奠定基礎(chǔ)，其實(shí)際處理流程如圖4 所示。

圖4 測氡儀數(shù)據(jù)的基本處理流程

2.3 綜合地質(zhì)解釋

2.3.1 異常特征解釋

（1）CD01 剖面氡氣異常特征。CD01 剖面位于丹鳳縣城南部上村-張家村-金山國際酒店一帶，剖面總體呈北東南西走向，滬陜高速（G40）及丹江從剖面西南部東西向穿過，剖面方位角約34°，剖面西南部為小號點(diǎn)，北東部為大號點(diǎn)，共94 個(gè)測氡物理點(diǎn)，點(diǎn)距約30m，剖面全長2.74km。

CD01 剖面氡測值平均值為2586.6（Bq/m3），標(biāo)準(zhǔn)偏差為1851.5（Bq/m3），異常下限為平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差之和4438.1（Bq/m3）。從氡濃度變化曲線圖可以看出，49～51、72～76 號點(diǎn)氡濃度總體較大，幅值較高，曲線形態(tài)有起伏，形態(tài)較好，峰值特征明顯，而且周圍低濃度帶與高濃度帶交替出現(xiàn)，在55～61 號點(diǎn)高低起伏變化較大，推測可能存在斷點(diǎn)，劃分為F1′、F2′斷點(diǎn)，剖面其他區(qū)段氡濃度總體較低，變化平穩(wěn)，局部雖然出現(xiàn)部分高值，但總體范圍小，曲線形態(tài)不好，為單點(diǎn)異常[4]。圖5為HDCC 高靈敏型環(huán)境測氡儀。

圖5 HDCC 高靈敏型環(huán)境測氡儀

（2）CD02 剖面氡氣異常特征。CD02 剖面位于丹鳳縣城南部大圈溝-金山公園一帶，剖面總體呈北東南西走向，滬陜高速（G40）及丹江從剖面西南部東西向穿過，剖面方位角約27.5°，剖面西南部為小號點(diǎn)，北東部為大號點(diǎn)，共94 個(gè)測氡物理點(diǎn)，點(diǎn)距約30m，剖面全長2.6km。

CD02 剖面氡測值均值為1328.1（Bq/m3），標(biāo)準(zhǔn)偏差為1180.5（Bq/m3），異常下限為平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差之和2508.6（Bq/m3）。從氡濃度變化曲線圖可以看出，66～68、73～79 號點(diǎn)氡濃度總體較大，幅值較高，曲線形態(tài)有起伏，形態(tài)較好，峰值特征明顯，而且低濃度帶與高濃度帶交替出現(xiàn)，推測可能存在斷點(diǎn)，劃分為F1″、F2″斷點(diǎn)，剖面其他區(qū)段氡濃度總體較低，變化平穩(wěn)，局部雖然出現(xiàn)部分高值，但總體范圍小，曲線形態(tài)不好，為單點(diǎn)異常。

2.3.2 剖面綜合解釋

放射性氣體氡，主要賦存于地殼深部，容易沿?cái)嗔淹ǖ肋\(yùn)移至地表。常規(guī)測氡通過找到相對區(qū)域背景值的異常帶，來確定隱伏斷裂通過的位置。根據(jù)CD01 及CD02 剖面推斷的斷點(diǎn)位置，同時(shí)也結(jié)合其他物探、地質(zhì)資料等信息綜合推測了本區(qū)斷裂的特征，推測了一個(gè)斷裂，編號為F1。

F1 斷裂由綜合解釋推斷斷點(diǎn)F1 和斷點(diǎn)F1′組成，斷點(diǎn)F1 位于氡氣測量CD01 剖面的59 號點(diǎn)（CD1059）附近；斷點(diǎn)F1′位于氡氣測量CD02 剖面的68 號點(diǎn)（CD2068）附近，連接兩個(gè)斷點(diǎn)，推斷出斷裂F1 位置及走向，該斷裂為逆斷層，傾向?yàn)槟蠔|，傾角58°，為隱伏斷裂。

對于土壤測氡F2″斷點(diǎn)，由于其他物探及地質(zhì)資料對應(yīng)的位置無明顯異常特征，地表為泉眼和水池附近，土壤濕潤，推測可能為地層充水后密度增加，阻礙氡向外散發(fā)致使氡氣積聚，表現(xiàn)為相對高值特征，對F2″斷點(diǎn)做單因素異常分析，不做異常推斷。圖6 為土壤氡氣含量的影響因素。

圖6 土壤氡氣含量的影響因素

3 相關(guān)建議

由于實(shí)施勘查的工作區(qū)處于城鎮(zhèn)邊緣位置，故而受到人文因素的干擾頗大，地表土壤土質(zhì)不斷變化，氡氣測量也會出現(xiàn)變動，因此測量分析的結(jié)果不便用在解釋深部位置，還要對更對地質(zhì)資料進(jìn)行收集，輔助測量工作，像是可以鉆孔勘探深部地層的實(shí)際巖性。此次勘查地點(diǎn)與酒店地下區(qū)域的距離僅為500m，其含有的逆斷層也會跨過酒店位置，實(shí)際傾角約為58°，相關(guān)地質(zhì)以早古生代為主，故而判斷區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地?zé)崴吹拈_發(fā)利用會遇到較大安全隱患，建議根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整地?zé)崴恢茫行б?guī)避風(fēng)險(xiǎn)，也能提高開發(fā)水平[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，文章主要研究了金山國際酒店地下熱源開發(fā)利用時(shí)的物探勘查工作，明確了實(shí)際操作的技術(shù)要點(diǎn)，通過勘查可以確定適宜的地?zé)崴唬官Y源利用率進(jìn)一步提高。由本文分析可知，地?zé)崴徽撟C中物探勘查技術(shù)應(yīng)用時(shí)，主要會采用土壤氡氣測量法，通過測量結(jié)果可以準(zhǔn)確判斷地下綜合地質(zhì)情況。