放射性方法在地學中的應用

...wd......wd......wd...第六章放射性方法在地學中的應用第一節(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——具有放射性來尋找鈾礦，是應用最廣、經(jīng)濟效果最正確的找礦方法。按探測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以下數(shù)類。①γ法航空γ測量，汽車γ測量，步行γ測量，孔中γ測量，水中γ測量②α徑跡蝕刻測量，210Po量測量，α卡測量，α杯測量，226Ra測量等等③β法單獨使用β測量來找鈾的方法尚為少見，多半采用β＋γ測量法，如孔中β＋γ測量，巖芯β＋γ測量等。此外，熱釋光、鈾同位素法、鉛同位素、He氣測量、Hg蒸汽測量等，也是在某些特定地質(zhì)條件下所采用的找鈾方法。應用放射性方法找鈾礦的一個實例l方法技術1.1γ能譜測量根本原理地面γ能譜測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γ射線能譜存在一定的差異，利用這種差異選擇幾個適宜的譜段作地面γ能譜測量，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；并分別選擇相應的能譜段為1.66-1.86MeV、2.52-2.72MeV和1.36-156MeV,再按能量測量結(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)需要在模型上對能譜進展標定后求出；為能譜儀在相應道測得的計數(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。γ能譜測量工作方法地面γ能譜測量主要用于測定浮土、巖石和礦體中鈾、釷和鉀的含量，確定異常的性質(zhì)。其工作方法簡述為：A．在正式工作之前，對γ能譜儀進展性能檢查，選擇測量譜段，標定儀器等。B．測線線垂直地層和構(gòu)造的主要走向。C．在每個測點上，γ能譜儀作定時計數(shù)，測定鈾、釷和鉀道的計數(shù)率。D．根據(jù)野外測量結(jié)果，在室內(nèi)計算鈾、釷和鉀的含量，并繪制各種圖件。1．2土壤天然熱釋光測量方法方法原理土壤天然熱釋光測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量裝置測量樣品中天然礦物在最后一次熱事件以來的熱釋光強度，利用其強度差異解決鈾礦找礦及有關地質(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標準〔DZ/T0145-94〕的要求，采集野外樣品，按標準要求土壤樣品應取自B層土壤樣。取樣點距10米，每個測點取土壤樣80(2)室內(nèi)測量對樣品過篩后，用高靈敏度的熱釋光測量儀器〔RGD-3A型〕測量樣品的熱釋光強度(單位為輻射劑量單位：μGy/g)。在工作過程中應注意，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干，既不能加熱烘干，也不能日曬。1．3氡氣測量方法Rn是鈾系的唯一氣態(tài)元素，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、土壤中氡濃度的上下。氡的物理性質(zhì)十分活潑，表現(xiàn)出很強的遷移能力，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)氡異常的上下，可以尋找鈾礦體和構(gòu)造破碎帶。工作方法氡氣測量分為累積測量和瞬時測量兩種方法。累積氡測量就是將取樣器〔如α徑跡片、氡管等〕埋置在土壤中，采樣時間一般為二十天至一個月，異常穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，但工作效率較低；瞬時氡測量是在現(xiàn)場打孔、抽氣進展測量，其工作效率高，方法靈敏度相對于累積測量并不差。本次野外工作采用瞬時的氡氣測量。野外測量工作按照氡氣測量標準〔EJ/T605-91〕進展。在測量點上用鋼釬打出一個0.5-0.7m深的小孔，然后把取樣器插入孔內(nèi)抽氣，最后用2下莊花崗巖型鈾礦田研究實例〔方法選用熱釋光測量和氡氣測量結(jié)合〕2.1330礦床的試驗結(jié)果330礦床(又名希望礦床)是我國發(fā)現(xiàn)的第1個花崗巖型鈾礦床，它屬于硅化破碎帶型鈾礦床。該礦床已有多年的開采歷史，為了擴大其范圍，布置了32條測線，其中3條測線在區(qū)，29條測線在未知區(qū)。21號測線位于礦床的區(qū)，測線長240m。氡氣測量、土壤天然熱釋光測量凹線根本相似(圖1)。從圖1(b)中可看出，在-20～2O號點處出現(xiàn)了兩種方法重疊的異常，是92號構(gòu)造帶在地表的反映，由于熱釋光和氡氣測量凹線的幅度小，因此推測該地的含礦性不好；在3O～5O號點處，氡氣測量的異常明顯，但熱釋光測量沒有異常顯示，是92號構(gòu)造帶通過的位置。在50～7O號點的位置上土壤天然熱釋光測量有異常顯示；在70～200號點的范圍內(nèi)兩種方法的凹線變化比擬大，且線異常重合較好。從圖1(a)中可以看出，熱釋光測量凹線異常的范圍比氡氣測量凹線異常的范圍小。在圖1(c)中5O～11O號點范圍內(nèi)有3條近似平行的垂直二級含礦構(gòu)造帶，但是它們都處于一級構(gòu)造之間，而且礦體均較富。由測量結(jié)果可知，氡氣測量和土壤天然熱釋光測量反映了地下深部的信息，特別是土壤天然熱釋光法利用了輻射照射的長期積累效應，非常穩(wěn)定，更能反映鈾礦化信息。依據(jù)上述資料，在120～200號點范圍內(nèi)，熱釋光測量和氡氣測量的異常幅度較大，并且吻合較好，推測在與該異常對應的地下有鈾礦體存在，并且礦體較富，埋藏較淺。15號測線長200m，位于21線西南邊120m處的未知區(qū)。在該測線上兩條曲線的形態(tài)根本相似，異常重合較好(圖2)。比照剖面的資料及所測量的結(jié)果推測，在一10～10號點范圍內(nèi)，兩種方法的異常顯示是92號礦化構(gòu)造破碎帶的反映；在20～90號點處有一個復合異常，可能是86號構(gòu)造帶北帶及其下盤次一級的含礦構(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，并且含礦性可能較好；在90～130號點范圍內(nèi)，氡氣測量和土壤天然熱釋光測量的異常重合非常好，可能是86號構(gòu)造帶下盤的次級含礦構(gòu)造在地面的反映，含礦性可能較好。2．2小水礦區(qū)剖面的試驗結(jié)果小水礦區(qū)的礦化類型屬于“交點〞型鈾礦化，8號測線就位于該礦區(qū)內(nèi)，測線長140m。氡氣測量和土壤天然熱釋光測量的兩條曲線形態(tài)各異，均有各自不同的特點(圖3)。氡氣測量曲線特征比擬簡單，可以分成0～50號點和60～130號點兩個跳變帶。從的地質(zhì)剖面上可以看出，0～50號點跳變帶對應著一條規(guī)模較小的構(gòu)造帶；而60～130號點的跳變帶對應著規(guī)模較大的一條構(gòu)造帶，并且該構(gòu)造帶與鈾成礦關系密切。土壤天然熱釋光曲線較簡單，只是在20～120號點范圍內(nèi)有一個變化帶，主跳變帶范圍為20～70號點內(nèi)，該跳變點對應著頂部埋深約為60m的鈾礦體。從地質(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40m。該剖面的測量結(jié)果顯示：對于鈾礦體賦存于構(gòu)造破碎帶與輝綠巖巖脈交點處時，氡氣測量主要反映了構(gòu)造破碎帶的位置，土壤天然熱釋光測量的異常則反映了“交點〞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量和土壤天然熱釋光測量曲線中的異常特征有所不同。從330礦床21號測量剖面上可以看出，該區(qū)鈾礦體的產(chǎn)出形態(tài)比擬特殊，幾乎都呈直立的柱形沿次級構(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)造破碎帶是氡氣運移的通道，氡氣測量主要反映了構(gòu)造破碎帶的位置。當這兩種方法的異常吻合時，礦體產(chǎn)出的可能性較大。15號測量剖面的驗證結(jié)果證實了這一點。但由于野外的具體地質(zhì)情況較復雜，在未知地區(qū)進展氡氣測量和土壤天然熱釋光測量時，只要二者的數(shù)據(jù)可靠，它們的異常都應進展解釋。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號測量剖面可以看出，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。該類礦體在氡氣測量和土壤天然熱釋光測量曲線上的特點非常特殊，氡氣測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量的異常則明顯對應著鈾礦體的位置。4結(jié)論在下莊鈾礦田經(jīng)過對硅化破碎帶型和“交點型〞鈾礦床大量的實際研究工作，初步得出以下幾點認識：(1)氡氣測量和土壤天然熱釋光測量兩種物探方法聯(lián)合使用是尋找隱伏花崗巖型鈾礦床、擴大老礦區(qū)的有效、廉價方法。在硅化破碎帶型鈾礦床上，氡氣測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量的異常則反映鈾礦體的位置，當兩種異常重合時，找到該類鈾礦體的可能性更大。在“交點〞型鈾礦體上，氡氣測量的異常反映了構(gòu)造破碎帶的位置，而土壤天然熱釋光測量的異常則反映了構(gòu)造與中基性巖脈的交匯位置，并且該位置通常是“交點型〞鈾礦體的賦存部位，兩種方法的異常根本上不重合。(2)通過“下莊鈾礦田物化探找礦方法應用研究〞工程的完成，初步建設了一套下莊鈾礦田“攻深找盲〞的物化探找礦模式，其中主要的方法是氡氣測量和土壤天然熱釋光測量兩種方法。經(jīng)實踐證明，該組合比擬有效，目前已將該成果應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，擴大老礦區(qū)〞中，適于推廣應用。第二節(jié)放射性方法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應用放射性方法在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中應用甚廣。其中包括用航空γ測量配合水文地質(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定地下水的年齡，研究與建筑工程有關的斷裂構(gòu)造、滑坡、塌陷、泥石流等，預報地震，測定雪層的水當量，用210Po測量研究現(xiàn)代沉積物的沉積速率，用放射性同位素示蹤技術研究河水中沉積物運動速度及遷移規(guī)律等。應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)濟的飛躍開展，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〞感的陰影到處出現(xiàn)。而且，60年代以來人類文明所消耗的地下與地表水已導致嚴重的生態(tài)破壞，抑制經(jīng)濟長期穩(wěn)步地向前開展。為了扭轉(zhuǎn)這種局面，開發(fā)地下水已經(jīng)是國計民生所迫切的重要任務。地下水的范疇比擬廣，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)造裂隙水和風化裂隙水三類。實際上這三類裂隙水在水動力和水化學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)造的根本形態(tài)，了解地形地貌、地層、巖性、土壤植被、水文氣候、地球化學及地球物理特征等情況。越來越多的資料說明，應用放射性方法尋找地下水常能取得獨特的效果。(一)基本原理盡管應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，但是對這種方法的機理眾說不一。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增強。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有明顯增加。在構(gòu)造裂隙帶中富集的Rn通過以下三個途徑向地表遷移。①溶解及存在于地下水中的一局部Rn，在地下水的水平作用和垂立作用下離開水面，然后通過擴散、抽吸、對流等作用到達地表。②巖石和土壤中的一局部Rn，在斷層破碎帶形成過程中，同水或先于水到達破碎帶，并在地下水推動下向地表遷移；另一局部Rn按常規(guī)的方法向地表遷移。③局部溶解于水中的U以及Ra，可在飽水帶外表通過毛細管作用上升到包氣帶，其衰變產(chǎn)物產(chǎn)生的Rn在擴散、抽吸、對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)造裂隙和毛細管滲透到表土層上來。經(jīng)過蒸發(fā)，放射性物質(zhì)在附近表土中不斷析出、擴散、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與含水構(gòu)造(或含水巖性)有密切關系的放射性核素為標志，放射性找水的方法大致可分為：測U找水法：測Rn及其子體找水法；同位素比值測量找水法。目前，測Rn及其子體找水法在生產(chǎn)實踐中應用得最為廣泛。按所探測的射線類型分，放射性找水的方法有α法和γ法。對Rn及其子體的α測量方法，為表達方便起見，可以大致歸納為以下幾個方面。1.長期累積測量法這種方法是將α探測器理入土壤中，測量Rn及其α衰變子體的累積α效應。它包括α徑跡蝕刻測量、α熱釋光測量。α徑跡蝕刻測量的特點是靈敏度高、速度快、本錢低、操作簡易，特別適用于山區(qū)找水。α熱釋光測量的方法是將劑量探測器埋入土壤中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)測量探測器的發(fā)光強度——熱釋光強度。熱釋光強度與深測器所承受的累積α輻射效應呈正比。α熱釋光測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)有關單位試驗，該法找水效果較好。2.Rn的瞬時測量法——常規(guī)Rn氣測量這種方法比擬成熟，它測量時間短，在現(xiàn)場即可取得測量數(shù)據(jù)。經(jīng)歷說明，常規(guī)Rn氣測量對于尋找構(gòu)造，特別是尋找第三紀以來形成的新構(gòu)造，是很有效的。3.短期累積測量法這種測量方法，其探測器累積記錄時間介于前二者之間，一般是數(shù)小時到數(shù)天。屬于這種測量方法的有；活性碳測量及α卡測量?；钚蕴嘉絉n的測量方法早在60年代北歐的瑞典和芬蘭就開場應用?；钚蕴嘉絹碜酝寥乐械腞n，既可在現(xiàn)場測量，也可在室內(nèi)進展測量。測量對象主要是Rn子體衰變的α射線，也可以是β射線或γ射線。α卡測量工作方法是將由罩杯保護的鍍鋁薄膜(或靜電濾紙)——α卡埋入浮土30一40cm深處，積累5—6小時，然后取出α卡，測定其α計數(shù)率。4.210Po量測量這種方法簡便，取樣、分析不受氣候影響，靈敏度也高。它在應用于尋找地下水方而也有不少成功的例子。至于γ法，它最早用于尋找地下水。γ法包括總量γ測量和γ能譜測量。方法簡便快速，但探測深度較淺，靈敏度也較低。(三)應用實例1.應用γ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，巖層為侏羅紀重慶統(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0.5—4m不等。為探查背料軸部，布置了二條γ測叢線剖面(圖13—8)。探測出一條寬60一80m的γ異常，異常值為正常值的1.2倍左右，分布位置與地質(zhì)推斷的背斜軸部根本一致。一號水文鉆孔深度135m，出水量1057t／d。Ⅲ—Ⅲ’γ測量剖面通過一號鉆孔，如圖13—9所示。從圖13—9可以看出，鉆孔位于γ異常范圍內(nèi)。所以，γ測量資料成功地反映了該區(qū)含水構(gòu)造的部位。2.應用α徑跡蝕刻測量尋找砂巖中的含水構(gòu)造裂隙江蘇省無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°/N＜50°，節(jié)理、裂隙發(fā)育有兩組NW290°/NE＜75°和NE30°/SW＜70°，形成節(jié)理富集帶，其中以290°方向明顯。因此，布置S—N方向的α徑跡蝕刻測量剖面，主要探測290°走向的構(gòu)造裂隙。α徑跡蝕刻測量剖面附2號井地質(zhì)剖面如圖13—10所示。該剖面上還作了γ測量。γ值偏高點位于α徑跡蝕刻異常主峰北面5m。推測α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α蝕刻徑跡主蜂位置，后因施工工地影響，向東移1—2m。施工驗證結(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.應用210Po量測量法尋找被第四紀沖積層所覆蓋的地下水四川省軍區(qū)宜賓干部休養(yǎng)所位于宜賓市北郊岷江的三級地臺上。歷年來該休養(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穿插復合部位。在以往的有關水文地質(zhì)調(diào)查報告中，將休養(yǎng)所一線的冰水堆積地段劃為根本無水區(qū)。210Po量測量織果發(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，長約50m。經(jīng)綜合分析，認為此210Po量低值異常與下部自流井組中的構(gòu)造破碎帶有關。決定在6號測點布置一號供水井位(圖13—11)。該井孔深78m，孔內(nèi)靜止水位埋深7m，具弱承壓。抽水試驗結(jié)果，水位降深38m，孔口堰測流量為76t/d，該井根本上滿足了該休養(yǎng)所供水需求。圖13—12為一號井水文地質(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部位，巖層的構(gòu)造裂隙甚為發(fā)育，導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?！惨弧掣鶕?jù)He、Rn比值(NHe／NRn)確定地下水年齡自70年代以來，He—Rn法確定地下水年齡引起了人們的關注。地下水中的He來源于巖石中放射性核素的α衰變。同樣，地下水中的Rn與巖石中U、Ra含量有關。因此地下水中的He和Rn有著成因上的聯(lián)系，而前者內(nèi)含著時間函數(shù)。如果把含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：(13－3)式中，CU、CTh――巖石中的U、Th含量，g/g；ρ――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從巖石進入層狀水的局部與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(13－4)式中，η——Rn進入水的射氣系數(shù)，Cu——巖石中的U含量，g/g由(13－4)式可見，層狀水中Rn濃度與時間無關，而取決于含水巖石中U的含量和巖石的物理性質(zhì)。(13—3)式除以(13—4)式即可求得t(13－5)如上所述，(13—5)式適用于封閉系統(tǒng)。實際上完全封閉狀態(tài)是不存在的，應當考慮Rn和He的擴散。由于Rn的半衰期不長，可視其為在當?shù)匦纬傻臍怏w，而He在巖層內(nèi)容易擴散到很遠的距離。層狀水中He既可富集，也可貧化。因此，必須對He從層狀水中的擴散加以修正。(13－6)式中，D——考慮到層狀水中的He擴散至上覆巖石而損失的系數(shù)。研究結(jié)果說明，在人多數(shù)情況下，η/Ks≈1/3。D值在0.4至0.8范圍內(nèi)變化，平均值可取作D＝0.6。而對于沉積巖CTh/Cu≈3。這時(13—6)式變?yōu)?13－7)可見，地下水的年齡可由水中的NHe/NRn來確定。(二)根據(jù)Ra、Rn比值評價地下水年齡Ra在地下水中的積累可用下式描述：(13－8)――t＝0時Ra的濃度，g/L；NRa――時間為t時Ra的濃度，g/L；λRa――Ra的衰變常數(shù)，1.37×10-11s-1，1.18×10-16d-1t――年齡，d。當射氣系數(shù)等于Ra在水中析出系數(shù)時，(13－9)式中，――t＝0時Rn的濃度，Bq/L；根據(jù)(13—8)、(13—9)式可得水年齡計算公式：(13－10)由于大多數(shù)天然地表水在地下循環(huán)的時間約為365d，即通常λRa.t<<1，則(13—8)式可改寫為：(13－11)此時，年輕水的大致年齡可由以下公式求得：(13－12)例如，水自由交替帶上部水中的Ra本底濃度為(1—2)×10-12g/L，平均為1.5×10-12三、開發(fā)地熱資源及測定雪層的水當量〔一〕開發(fā)地熱資源隨著能源需求量的激增，地熱資源的開發(fā)利用已經(jīng)受到人們的關注。地球內(nèi)部的放射性核素在衰變過程中，絕大局部衰變能最終將轉(zhuǎn)變成介質(zhì)的熱能。因地熱中包含有放射性核素衰變的奉獻。用放射性方法尋找熱水，在國內(nèi)外均己取得了不少令人滿意的成果。放射性與熱水的關系歸納為以下幾個方面：①熱水往往同深大斷裂有關(有人認為與深循環(huán)有關)。地下熱水蒸氣往上遷移時，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、孔隙和毛細管擴散，并在對流、抽吸等多種因素作用下遷移到地表或近地表。②地下熱水由于化學侵蝕性較強，因而能將其沿途放射性物質(zhì)溶解、帶走，導致熱水有較高的放射性。③熱水附近往往存在著較高的Fe、Mn物質(zhì)和有機質(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)學院魏永華等人，應用He法研究漳州地熱田取得了良好效果。實際資料說明He法能有效地圈定含熱水的斷裂構(gòu)造，當／＞3時，深部存在熱水。(二)測定雪層的水當量雪層水當量測量的根本點是利用雪層對γ輻射的吸收?？刹捎煤綔y方法，也可采用地面方法進展這種測量。航測方法效率高，能對較大面積進展雪層水當量的評價。蘇聯(lián)首先使用航測方法測量雪層的水當量。此后，美國、挪威和加拿大等國也開場進展試驗和應用，并且都取得了成功。在進展雪層的水當量測定時，一般要進展兩次測量。在下雪前應按一定的航線進展一次測量，雪后再進展一次測量。兩次測量數(shù)據(jù)的比照，便可求出雪層的水當量。探測器所記錄的γ照射量率與探測器同地面之間水的質(zhì)量和空氣層的厚度有關。對于雪前飛行來說，探測器所記錄的γ照射量率I與飛機的飛行高度有關，其關系式為：(13－13)式中，I0——地面上的γ照射量率，μ0——有關能量在空氣中的視吸收系數(shù)；H——飛行高度。對于被水當量為D的雪層所覆蓋的地面來說，計數(shù)Is等于：(13－14)μw——水的視吸收系數(shù)；如果在下雪前后各進展一次飛行測量，則由(13—13)、(13—14)式可得：(13－14)顯然，只要μ0、μwH，根據(jù)實測所得的I、Is值，即可求得水當量D。所測γ照射量率與土壤層的濕度有關。為了準確測定雪層水當量，對土壤濕度的修正不可無視。原則上講，利用能譜總道數(shù)據(jù)也可進展雪層水當量測定，其優(yōu)點是測量精度高。但是，為了防止大氣中Rn及其子體變化所造成的誤差，利用K道測量數(shù)據(jù)可獲得更準確的結(jié)果。四、研究與工程有關的斷裂構(gòu)造在城市建設和重大工程選址過程中，查明該地有無滑坡、塌陷、地裂、活動構(gòu)造、泥石流等現(xiàn)代地球動力作用的種種表現(xiàn)，乃是關系到生命和財產(chǎn)安全的重要問題。實際上，現(xiàn)代地球動力作用在整個地球上都有顯示，它來自現(xiàn)代地殼運動、外生過程及技術成因。現(xiàn)代地殼運動主要發(fā)生在地殼構(gòu)造活動區(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)引起地球動力學負荷，給人類的生活和經(jīng)濟建設造成嚴重威脅。所謂技術成因的運動，是指由于人類的生產(chǎn)、建設活動而導致在巖體內(nèi)部發(fā)生的動力過程。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時，把液體壓入深部含水層，也曾發(fā)生過人工地震。因此，現(xiàn)代地球動力作用的研究，與人類生命安全及經(jīng)濟繁榮密切相關，引起了社會的廣泛關注。當前，研究現(xiàn)代地球動力學運動的主要方法，是在專門埋沒的標記(基點)上進展高精度的重復水準測量。這種方法本錢高，而且只能分出基點運動幅度足夠大的地球動力學帶。如果在地球動力學帶內(nèi)運動改變了方向，則水準測量就難以分辨出這樣的帶。國內(nèi)外的研究結(jié)果說明，現(xiàn)代地球動力學運動，會導致活動帶巖石、土壤射氣逸出能力(射氣系數(shù))和射氣擴散能力(射氣擴散系數(shù))的改變，以及深部壓力狀態(tài)的改變，從而使得活動帶地表土壤中Rn濃度的變化。因此，可以用放射性測量方法(如射氣測量方法)來發(fā)現(xiàn)和測繪現(xiàn)代構(gòu)造運動以及有的地球動力學帶。這種方法不僅本錢低廉，而且方法簡便，不受電磁干擾，特別適用于城市地質(zhì)學的研究。一個實例測氡技術的工程地質(zhì)應用<測氡技術的工程地質(zhì)應用及其在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測中的應用展望>氡氣(Rn)測量技術工程應用的地質(zhì)根基任何一種測量技術應用于地質(zhì)工作，解決有關地質(zhì)問題，均離不開它的地質(zhì)根基．解決工程地質(zhì)等非鈾礦地質(zhì)問題時，應用氡氣(Rn)測量技術的地質(zhì)根基是：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積巖高；各種巖漿巖中的放射性元素含量也各不一樣，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)頁巖含量最高，頁巖次之，碳酸巖類巖石均較低，砂巖變化大，與砂巖的成份有關；變質(zhì)巖中的放射性含量則較為復雜，不僅與變質(zhì)前原來巖石中的含量有關，還與變質(zhì)過程有關。2．巖石的破碎帶、斷裂帶等地段，氡氣容易運移出來，形成放射性的氡氣(Rn)異常。3．地球化學的作用，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一樣，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，如巖體時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。氡運移能力很強，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，能被吸附在固體的外表上，且多存在于土壤之中，這是氡氣(Rn)測量的有利之處。此外，氡的衰變子體主要是Po、Bi、Pb、Ti等，它們都是固態(tài)的，在儲存氡氣或氡氣經(jīng)過的物體上，這些氡子體能沉淀下來，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)測量技術提供了有利的條件。由此可見，氡氣(Rn)測量技術的方法原理是：通過探測巖石或土壤中氡衰變子體的α射線強度，了解氡的存在情況，從而解決有關工程地質(zhì)問題。圖2是一種氡氣(Rn)測量技術示意圖。圖2一種氡氣(Rn)測量技術示意圖3工程地質(zhì)應用實例近年來，結(jié)合有關科研工程，利用氡氣(Rn)測量技術在工程地質(zhì)工作中開展了一些應用研究工作，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。實例1：利用氡氣(Rn)測量技術確定水庫漏水帶。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，但漏水成為一個嚴重問題，致使有的水庫因漏水而干涸．該地的石坡水庫，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)測量技術對此開展了試驗，圖3是其試驗結(jié)果．根據(jù)地質(zhì)分析及鉆探查明，有一斷層通過該水庫．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(