地气(氡气)测量方法寻找隐伏含矿断裂试验（陈希泉,陈颉,罗先熔,欧阳菲,文美兰《物探与化探》2011.6）.pdf

书书书 第 ３ ５卷第 ６期物 探 与 化 探Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ ， Ｎ ｏ ． ６ ２ ０ １ １年 １ ２月Ｇ Ｅ Ｏ Ｐ Ｈ Ｙ Ｓ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ＆Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ａ ＬＥ Ｘ Ｐ Ｌ Ｏ Ｒ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＤ ｅ ｃ ． ， ２ ０ １ １ 地气（ 氡气） 测量方法寻找隐伏含矿断裂试验 陈希泉１ ， ２， 陈颉３， 罗先熔２， 欧阳菲２， 文美兰２ （ １ ． 江西应用技术职业学院 国土资源工程系， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ； ２ ． 桂林理工大学 广西地质工程 中心重点实验室， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ； ３ ． 赣南地质大队， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ） 摘 要 介绍了 Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡仪工作原理和野外工作方法。对典型不同矿种含矿断层剖面分析表明 在断层破 碎带上方， 氡异常的主峰位置反映构造破碎带在地表出露位置， 利用测量氡进行寻找隐伏断裂效果很好， 特别对于 与断裂构造（ 断层、 节理、 劈理等） 有关系密切的矿床， 可以将氡气测量作为寻找隐伏矿床的辅助手段。 关键词 找矿方法； 含矿构造破碎带； 氡气测量 中图分类号Ｐ ６ ３ １ ． ６ 文献标识码Ａ 文章编号 １ ０ ０ ０－ ８ ９ １ ８ （ ２ ０ １ １ ） ０ ６－ ０ ８ １ ７－ ０ ４ 自然界中氡的放射性同位素（ 统称射气） 达 ２ ７ 种（ 从２ ０ ０Ｒ ｎ 到２ ２ ６Ｒ ｎ ） ， Ｒ ｎ的原子序数 ８ ６ ， 是惰性气 体元素， 属典型的亲气元素， 其活动性强， 具有很强 的迁移能力， 作为一种指示元素被广泛应用在各个 领域， 如活断层及隐伏断层的确定（ 含矿断层） 、 油 气的探寻、 城市断裂预测、 地震的监测、 环境的监测 与防治等等。笔者利用 Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡法在已知 含矿断层上方进行找矿试验研究。 １ 断裂构造氡异常的形成 由于构造运动， 岩石受力后发生变形， 这种变形 由弹性阶段、 塑性阶段到破裂阶段［ １ － ３ ］。岩石遭破 坏后， 失去了连续性， 称断裂构造， 这种构造对地下 水的运移和赋存有重要的作用。由于断裂对岩层的 破坏， 可使岩石（ 地层） 的局部地段由原来所处的封 闭系统状态， 变成了非封闭状态， 因而压力降低。在 这种情况下， 溶解于水中的镭、 氡等放射性物质将随 同地下水从高压区流向低压区段， 即构造破碎带或 裂隙， 另一部分氡是在潜水面附近沉淀的镭衰变而 来的， 并经过扩散、 对流、 抽吸、 气体压力、 泵吸和接 力传递等作用迁移到地表， 相应构造带上方的地表 附近往往能产生明显的氡异常［ ４ － ８ ］。 氡浓度主要和铀、 镭等放射性元素有关， 也取决 于岩石的射气作用和岩石的射气系数及气体扩散系 数。在断裂构造带上， 由于岩石破碎致使断裂附近 岩石的射气性能增强， 断层面附近的放射性元素丰 度也往往较大， 岩石的射气系数也都比较大， 因此断 裂破碎带上的放射性气体常常出现正异常［ ６ ］。 ２ 仪器基本原理及工作方法 ２ ． １ 基本原理 本次工作采用 Ｒ ａ Ａ测氡法， 所用仪器为上海电 子仪器厂生产的 Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡仪。它由抽气泵 和测量操作台两部分组成， 是一种新的瞬时测氡法， 其测量对象是氡衰变的第一代短寿子体 Ｒ ａ Ａ 。 由于 Ｒ ａ Ａ离子在开始形成的瞬间具有带正电的特 性， 故可采用加电场的方法将它浓集在带负高压的 金属收集片上。经过加电收集后， 放入由金硅面垒 型半导体探测器和相应的电子线路组成的操作台上 测量， 只有 Ｒ ａ Ａ的脉冲信号最后进入计数电路， 在 液晶屏上显示出来。其强度与氡浓度成正比， 按 Ｃ Ｒ ｎ＝ＪＮα Ｒ ａ Ａ， 可直接计算氡浓度。式中， Ｃ Ｒ ｎ为氡浓度； Ｎα Ｒ ａ Ａ为 Ｒ ａ Ａ的 α计数； Ｊ 为换算系数［ （ Ｂ ｑ ／ ｍ ３） ／ 脉冲］ ， 由 标定确定， 此系数包括了装置的子体收集效率和探 测器效率等因素。 本仪器对 α放射性的测量是采用金硅面垒型 半导体探测器， 它具有较高的灵敏度与高分辨率， 当 α射线进入到探测器的灵敏层后， 将产生电子空 穴对， 并在电场作用下向两极运动， 形成脉冲电流， 在负载电阻 Ｒ上产生电压脉冲， 经电荷灵敏放大器 及主放大器放大后， 送入单道脉冲幅度甄别器， 剔除 低能噪声及 Ｒ ａ Ｃ ′ 的高能干扰脉冲， 仅通过测量感兴 收稿日期 ２ ０ １ １－ ０ ３－ ０ ７ 基金项目 广西地质工程中心重点实验室开放基金项目（ １ １－ ０ ３－ ２ ０－ ２－ｋ １ ） 、 江西省教育厅青年科学基金项目（ Ｇ Ｊ Ｊ １ ０ ２ ８ ３ ） 和江西省教 育厅教改项目（ Ｊ Ｘ Ｊ Ｇ－ ０ ９－ ３ １－ ５ ） 资助 物 探 与 化 探３ ５卷 图 １ Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡仪工作原理 趣得 Ｒ ａ Ａ ， 最后进入计数电路， 在液晶屏上显示出 来， 这就是本仪器的基本工作过程（ 图 １ ） 。 ２ ． ２ 工作方法 根据以往的工作和前人的研究（ 候彦珍等， １ ９ ９ ４ ） ， 遵循测线尽量垂直于断层走向的原则布设 测线， 点距一般为２ ０ｍ ， 重点位置加密为１ ０ｍ ， 个别 测点间距为 ４ ０ｍ 。使用 Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡仪， 首先 在土壤中用钢钎打 ５ ０～ ７ ０ｃ ｍ深的抽气孔， 把连接 测氡仪的取样器插入孔中， 然后用土把取样器周围 埋实， 打开测氡仪上的开关开始抽气和进行氡气测 量， 经试验一般在抽气 ２ｍ ｉ ｎ后即能获得稳定、 准确 的氡气含量。极限探测灵敏度小于 ０ ． ３ ７Ｂ ｑ ／ ｍ ３； 记 数容量为 １～ ９ ９９ ９ ９ ； 仪器能在 － １ ０～ ４ ０℃环境下 及相对湿度 ＜ ９ ５ ％的气候条件下正常工作， 记数误 差≤１ ０ ％。 野外测量过程应当注意， 在潮湿、 地势较低的地 区工作时， 要提防地下水进入干燥器和提筒内腔， 损 害测量仪器。放片、 换片时注意收集片的标记， 以防 将收集片位置放反而无法得到正确的测量结果。取 样器插入土壤中， 并用钢钎打好抽气孔后及时将土 壤密闭踩实， 以免漏气影响测量结果。 ３ 不同矿种典型含矿断层剖面分析 ３ ． １ 安徽氡气测量寻找隐伏含金断层破碎带试验 ３ ． １ ． １ 地质概况 矿区位于郯 庐深大断裂带之主干断裂朱顶 石门山断层及五河红心集断层之间， 相对抬升的 地垒式断块 蚌埠复式背斜东段的小溪集段之 上。矿区出露的地层主要为复背斜核部的下五河群 西堆组的黑云母（ 或角闪石） 变粒岩， 东侧见少量 白垩系朱巷组红色砂岩， 地层仍保留复式背斜的东 西向褶皱特征， 复背斜小溪集段轴线呈东西向或北 东东向， 通过矿区蒙蒙山一带朱顶石门山断层及 五河红心集断层为矿区的东西界断层， 矿区段走 向近南北。处在两断层之间的矿区， 在东西向褶皱 的基础上， 叠加了不同时期、 不同应力场作用下的不 同方向、 不同性质的多组断裂， 它们相互错切、 利用、 限制， 并伴有多种岩脉和矿脉的贯入， 构成了一幅错 综复杂的成矿图像。矿区见有多期岩浆活动。南部 出露女山混合花岗岩体， 另外， 中酸性岩脉较为发育， 图 ２ 安徽大巩山矿区已知含金断层 ０线剖面上方测量氡气试验 ８１８ ６期陈希泉等 地气（ 氡气） 测量方法寻找隐伏含矿断裂试验 除少量基性超基性岩墙外， 主要为沿断裂充填的 燕山期花岗斑岩小侵入体和岩脉及闪长玢岩脉。 ３ ． １ ． ２ 寻找隐伏含金断层破碎带试验 本次试验选择了安徽大巩山已知含金矿断 ０线 剖面上方测量氡气试验。根据统计分析结果， 测 Ｒ ｎ 的背景值为 ４Ｂ ｑ ／ ｍ ３， 异常下限为 ６Ｂ ｑ ／ ｍ３（ 图 ２ ） ， 异常点高出背景 ３～ ７倍。总体上， 这一地区的 Ｒ ｎ 含量相对较低， 异常分布明显， 异常带位于 ３ ９～ ６ ９ 号点之间， 异常带长约 ３ ０ ０ｍ ， 其最高值为 ２ ６ ． ８Ｂ ｑ ／ ｍ ３（ 位于剖面４ ９点） ， 其为背景值的７倍。对比剖面 图可以看出， 异常带均位于构造破碎带上方， 异常垂 直投影可以指示含金断层在地表的位置， 且最高异 常点指示了断层在地表出露位置。另外 ３ ９～ ６ ９号 点异常带处于蛇纹岩带， 蛇纹岩其所含矿物的放射 性也较本区的变粒岩较高， 但其异常测区范围内岩 性比较单一， 主要为一套变粒岩， 因此岩性因素的影 响可以不予考虑。总体来说， 在构造上方均有氡气 异常带， 从而证明测氡寻找隐伏构造的有效性。 ３ ． ２ 云南木利氡气测量寻找隐伏与锑矿断层试验 ３ ． ２ ． １ 地质概况 木利锑矿区处于华南褶皱系西部、 滇东南弧形 旋竏中马关西畴富宁弧形褶皱断裂带西部北 侧， 那外（ Ｎ Ｗ向） 、 小普弄（ Ｎ Ｗ向转 Ｎ Ｅ向） 逆断层 挟持的复式褶皱带内。由 ３个北西向倒转的紧闭背 斜及向斜组成。断裂构造以 Ｎ ＷＮ ＷＷ向最发育， 均属逆冲断层。北部的那外断裂和南部小普弄断裂 构成木利矿区的南北边界， 是矿区主干断裂构造。 三号背斜则位于上两断裂挟持地段近小普弄断裂 Ｎ Ｗ向段的北侧。与主干断裂平行的派生断裂极发 育， 它们既破坏矿区地层连续性， 又破坏了褶皱构造 的完整性。Ｎ Ｅ向断裂组是区内较晚期的横向断裂 构造， 具正断层性质， 多切割错移早期构造和地层， 规模一般不大。矿区出露地层主要是泥盆系， 除底 部翠峰山组未出露外， 上部各组段发育齐全。 ３ ． ２ ． ２ 寻找隐伏与锑矿断层试验 在云南木利选择已知７ １ 号剖面锑矿上方测量 图 ３ 云南木利锑矿区已知含锑断层 ７ １线剖面上方测量氡气试验 ９１８ 物 探 与 化 探３ ５卷 氡气试验。根据统计结果， 测 Ｒ ｎ的背景值为 １ ８ Ｂ ｑ ／ ｍ ３， 异常下限为 ２ ３ ． ３Ｂ ｑ ／ ｍ３（ 图 ３ ） ， 异常点高出 背景 ３ ． ２～ ９ ． ５倍。总体上， 这一地区的 Ｒ ｎ含量相 对较高， 异常分布明显， 可以分为两个异常带。其一 为断层异常带， 异常带位于 ０～ ３号点之间， 异常形 态为单峰， 异常带长约６ ０ｍ ， 最高值为１ ７ ０ ． ６Ｂ ｑ ／ ｍ ３ （ 位于剖面 １点） ， 其为背景值的 ９ ． ５倍。对比剖面 图可以看出， 异常带均位于断层带上方， 为地壳深部 氡气向上迁移提供良好的通道， 因此可将氡气测量 作为研究区寻找隐伏断裂构造的有效方法。第二个 异常带位于 ６～ １ ０号点之间， 异常形态为双峰， 异常 带长约 ８ ０ｍ ， 最高值为 ５ ７ ． １Ｂ ｑ ／ ｍ ３（ 位于剖面 ８ 点） ， 其为背景值的 ３ ． ２倍。该异常属于矿体引起 矿体异常， 矿体上部异常值虽不如断层上部异常值 高， 也证明将氡气测量作为寻找隐伏锑矿的辅助方 法。 ４ 结论与认识 从以上的实例分析， 可以得到以下几点认识 （ １ ） 野外工作实践表明， Ｆ Ｄ  ３ ０ １ ７ Ｒ ａ Ａ测氡仪与 其他地球化学手段相比， 具有一些十分突出的优点， 如小巧、 轻便， 能在现场进行快速测定， 直接给出结 果。电脑现场成图， 以便查证异常的可信度。 （ ２ ）断层氡气含量的异常幅度值与断层强度有 一定的联系。例如云南木利锑矿断层上方出现异常 宽度为 ６ ０ｍ ， 而安徽大巩山金矿断裂带上异常宽度 为 ３ ０ ０ｍ 。 （ ３ ） 在已知断层和矿体上均出现明显的氡气异 常， 异常的主峰位置与断层的位置基本一致， 测量进 行寻找隐伏断裂效果是很好的。特别是对于与断裂 构造（ 断层， 节理， 劈理等） 有关系密切的矿床， 可以 将氡气测量作为寻找隐伏矿床的辅助手段。 参考文献 ［ １ ］ 王志成． 土氡测量在海口市活动断层探测中的初步应用［ Ｊ ］ ． 华南地震， ２ ０ ０ ６ ， ２ ６ （ ４ ） ６ １－ ６ ６ ． ［ ２ ］ 陈华英． 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．物探与化探， ２ ０ ０ ５ ， ２ ９ （ ６ ） ５ １ ９－ ５ ２ ２ ． ［ １ ０ ］姚锦其， 赵友方．氡气测量在栗木锡铌钽矿外围的找矿效果 ［ Ｊ ］ ． 物探与化探， ２ ０ ０ ９ ， ３ ３ （ ３ ） ２ ８ ６－ ２ ８ ９ ． ［ １ １ ］刘崇民， 史长义， 胡树起， 等．汞量测量及 α杯氡测量在探测秦 始皇陵中的应用［ Ｊ ］ ． 物探与化探， ２ ０ ０ ５ ， ２ ９ （ ４ ） ３ ３ ６－ ３ ４ １ ． Ｔ Ｈ ＥＴ Ｅ Ｎ Ｔ Ａ Ｔ Ｉ Ｖ ＥＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＯ ＦＴ Ｈ ＥＧ Ｅ Ｏ Ｇ Ａ Ｓ（ Ｒ Ａ Ｄ Ｏ Ｎ ）ＭＥ Ａ Ｓ Ｕ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ ＭＥ Ｔ Ｈ Ｏ ＤＴ ＯＴ Ｈ ＥＰ Ｒ Ｏ Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ Ｔ Ｉ Ｎ ＧＦ Ｏ ＲＣ Ｏ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｌ Ｅ ＤＯ Ｒ Ｅ  Ｂ Ｅ Ａ Ｒ Ｉ Ｎ ＧＦ Ｒ Ａ Ｃ Ｔ Ｕ Ｒ Ｅ Ｓ Ｃ Ｈ Ｅ ＮＸ ｉ  ｑ ｕ ａ ｎ １ ， ２， Ｃ Ｈ Ｅ ＮＪ ｉ ｅ３， Ｌ Ｕ ＯＸ ｉ ａ ｎ  ｒ ｏ ｎ ｇ２， Ｏ Ｕ  Ｙ Ａ Ｎ ＧＦ ｅ ｉ２，ＷＥ ＮＭ ｅ ｉ  ｌ ａ ｎ２ （ １ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｄａ ｎ ｄＲ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｇ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ４ １ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＣ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ， Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇ ｕ ｉ ｌ ｉ ｎ ５ ４ １ ０ ０ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｇ ａ ｎ ｎ ａ ｎＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｇ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ４ １ ０ ０ ０ ， 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