成都理工大學核技術及自動化工程自學院
2023年5月15日
目錄 2
1. 當前土壤氡測量評價斷裂帶活動性及****的發展現狀 3
2. 土壤氡測量評價斷裂帶活動性的理論基礎 3
2.1 氡氣的產生及析出 3
2.2 土壤氡遷移的影響因素 4
2.3 土壤氡測量評價活斷層的理論基礎 5
3. 土壤氡測量原理及ied-3000r土壤氡測量儀的技術指標 6
3.1 土壤氡測量的基本原理 6
3.2 ied-3000r土壤氡測量儀的技術指標 7
4. 大成都地區斷裂帶剖面測量資料結果 8
4.1 大成都地區的地質情況及主要斷裂帶 9
4.2 大成都地區活斷層剖面土壤氡濃度測量結果及資料處理 10
5. 基於斷裂剖面土壤氡測量資料的大成都區斷裂（帶）活動性評價 15
5.1測量成果剖面解釋分析 15
5.2 大成都地區斷裂（帶）活動性評價 19
6. 結論 21
參考文獻 22
地球上絕大數**都是構造**。關於構造斷裂與**的關係，鮑尼拉曾對全球108次大**資料進行統計研究，其中91%的**發生在原先存在的斷層上，8%屬不清楚，只有一例發生在無斷層區域[1]。**與現有的斷裂活動帶有著緊密的聯絡，「5.
12汶川大**」就發生在原先存在的斷層上，與龍門山斷裂帶有著緊密的聯絡。
早在2023年，，使用的是α徑跡蝕刻法。通過該方法對斷層活動性進行了研究，並發現了土壤氡濃度與**活動之間聯絡。[2]
2023年，日本伊豆大島近海**時，加藤完等人利用α徑跡蝕刻法對稻取-大峰山斷層、淺間山斷層都進行了調查[2]，並用同樣的方法調查了伊豆半島和富士川地區的活斷層。
我國也先後將此方法應用於**監測、**區劃、**烈度評估、探礦、資源開發等領域，並取得了較好的效果。自2023年開始，土壤氡(rn)射氣測量在勝利油田部分地區**小區劃、黃河三角洲**地質特徵研究等專案中得到應用，在確定斷層位置、產狀及活動性分析中都取得了較好的效果。
當前利用測量斷層氡氣釋放強度、範圍等的變化來尋找覆蓋區斷裂(帶)的空間分布位置及分析評價其相對活動性，已逐漸在國內外得到較廣泛的應用。
地殼中存在三個天然放射性系列：鈾系、釷系、錒鈾系，每個系列都有乙個放射性氣體氡的同位素存在，他們分別為222rn、220rn、219rn。其中，220rn和219rn的半衰期很短，分別為55.
6秒和3.96秒，所以氡的析出和遷移主要考慮222rn（半衰期為3.825天）。
222rn是鈾系中226ra的衰變子體，氡從土壤的析出過程包括自由氡的產生和氡的遷移兩個階段：第一階段是同位素鐳釋放出α粒子而衰變成氡原子，由於核反衝作用，岩石或礦石晶格中氡原子可能進入連通的微裂隙中形成可遷移的自由氡；第二階段是這些可遷移的氡原子在介質的孔隙、微裂隙和裂隙中通過擴散、對流等機制向土壤表面遷移，最終離開土壤表面進入周圍空氣。
當同位素鐳衰變時，產生的氡原子與α粒子之間由於動量守恆使氡原子獲得86kev的動能，在這個反衝動能的作用下，新衰變產生的氡原子將離開衰變前鐳原子的位置而運動一段距離，這段距離稱為反衝距離。反衝的氡原子在執行它們獲得的反衝距離後，可能進入微裂隙或毛細管而逃逸出礦物晶格，也可能被固定在晶格內，或穿過微裂隙重新進入附近的固體晶格而阻留，而受阻在晶格中的氡原子常溫下僅靠分子熱運動很難擴散出晶格，故可認為是不可遷移的。所以固體中的鐳衰變後，產生的氡原子並不全是可遷移的，進入到土壤孔隙中可遷移部分的氡被稱為自由氡，是本次測量的物件。
自由氡在孔隙的遷移是乙個複雜的過程，經典的氡氣遷移理論模式有：擴散作用、對流作用。一般認為，對流遷移方式主要在滲透率較高的土壤中進行，擴散則是低滲透性土壤中氡遷移的主要方式。
但也有研究表明，即使在相對較高滲透性的土壤中，擴散作用仍然在氡的遷移過程中扮演重要角色[2]。隨著對氡氣遷移方面研究的深入，一些學者提出了新的氡遷移理論模式，影響較大的有：抽吸作用、水的作用、伴生氣體的壓力作用、幫浦吸作用及地熱作用。
2023年，吳慧山在廬山核工業系統物化探會議上提出了用於解釋氡遷移的「接力傳遞」作用。該觀點不再是孤立的討論氡的遷移，認為氡遷移是幾種遷移模式綜合作用的結果[4]。
從地球化學的觀點來看，氡元素遷移就是氡元素的轉移再分配，氡元素在地殼中分散或幾種的遷移是乙個複雜的過程。影響氡遷移的內在因素主要有：1）與原子有關的重力性質，如：
機械分異、結晶分異、熔離作用；2）與原子核結構有關的放射性性質，如：放射性衰變、核反衝、能量釋放和能量轉化；3）與原子、電子排布有關的化合物的鍵性及能量的特點。[1]
除了上述關於元素原子本身特性的元素遷移內在因素，土壤中影響氡遷移的外在因素有以下幾個方面：1）氣象條件的影響，如：大氣壓力、溫度、濕度和降水；2）地形的影響；3）地質構造及表層土壤結構對氡氣分布的影響；4）礦化賦存深度和覆蓋層滲透性。
對於氡遷移的經典遷移模式來說，氡在射氣介質中的擴散運動是它最基本的運動形式。擴散係數d在一定程度上反映了射氣介質為氡的擴散遷移所提供條件的好壞，而實際研究中經常用到的是有效擴散係數de，即氡在介質孔隙空間中的擴散係數，兩者的換算關係為：d=η×de ，其中η為介質的總孔隙度。
土壤的有效擴散係數主要由土壤的含水飽和度和孔隙度決定。
對流速度對氡遷移有重要影響：其中空氣壓力是產生對流作用的原動力，氣壓、溫度等的變化都會造成土壤內部孔隙間的壓力差；土壤的滲透率對氡的對流速度有本質影響，很多研究表明，土壤的滲透率是決定土壤氡潛勢的重要因素[5][6]。土壤滲透率是衡量土壤允許流體流過能力大小的物理量。
滲透率高流體容易流過，滲透率低則相反。土壤滲透性與土壤粒徑大小、土壤成分、孔隙度以及孔隙的大小、形狀、連通情況密切相關。
綜上所述，影響氡遷移的主要因素有氡原子的相關特性、溫度和壓力等氣候條件、放射性元素的含量、地質構造、岩土結構。在溫度、壓力和放射性衰變核素含量基本一致的某一測量區域範圍內，岩土結構和地質構造等地質條件就成為影響地表土壤氡濃度的重要因素，這也就是氡測量評價斷裂帶活動強度的基礎，具體理論描述參考下一節。
放射性氣體自由氡，受擴散和對流等作用的影響而發生運移。由上一節的論述可知：對於主要的氡遷移理論模型，即擴散和對流作用，介質的孔隙度、粒徑大小、孔隙的結構等介質結構條件對氡遷移的速度有較大的影響。
在基岩的破裂構造等岩石疏鬆或孔隙相對較多的地段，氡氣能更迅速的地下深處運移到地表，所以在斷裂破碎帶的上方常常存在著氡(rn)的異常。
保留在岩石中的氡氣是受束縛的，不能參與擴散和對流等遷移作用，但在活動斷裂帶等岩石疏鬆或孔隙相對較多的地段，一方面由於其破碎帶膠結程度差，有效孔隙度和滲透率高，成為放射性氣體富集和運移的良好通道；另一方面，由於斷層的新活動性，比如**、滑坡等地質災害，使束縛在斷裂帶兩盤岩石孔隙中的放射性氣體釋放出來成為自由氡。由於**大多與斷層活動有關，因此，通過對斷層上氡濃度的長期觀測可以對**進行監測和預報。
由於上述兩方面原因，在斷層上部的土壤中會形成氡射氣的富集帶，土壤中氡濃度也相應會高於地區的氡濃度背景值。此為當前利用斷層氡氣釋放強度、範圍、可以用來尋找覆蓋區斷裂(帶)的空間分布位置及分析評價其相對活動性的理論基礎。
2023年，加藤完通過對日本**活斷層的研究，提出了斷層氡濃度峰位置與斷層產狀之間的位置關係模式。斷層氡濃度峰值位置與斷層錯動位基本一致，但由於斷層上部覆蓋的第四系沉積物的影響，斷層氡濃度的峰值位置與地表斷層錯動位置並不完全一致，土壤氡濃度峰值位置偏向斷層上盤方向。斷層氡濃度峰值異常位置與斷層產狀的關係可由圖1加以解釋。
[2]圖2為鈾系從222rn開始的放射性衰變圖。從圖中可以看出，222rn的短壽衰變子體主要為218po（raa）、214pb、214bi、214po（rac』），最長半衰期為26.8min，而222rn的半衰期為3.
82d，其壽命遠大於短壽子體。因此，根據放射性衰變平衡規律，在經過3個小時衰變後，222rn將最終與該系列的所有子體建立平衡，通過間接測量其中任意乙個或多個核素，都能最終定量得出氡量。
土壤氡濃度測量使用的儀器是ied-3000r型測氡儀，該測氡儀採用的是瞬時測氡方法，測量的主要物件是土壤中222rn的衰變子體218po衰變所釋放的α粒子。經過2分鐘靜電收集後，測量金屬樣片上218po在2分鐘內衰變所釋α粒子計數來推算222rn的濃度。
儀器的工作步驟為：首先抽氣幫浦抽取土壤氣送入收集室，經過一定時間的靜電收集後，收集室中的金屬樣片吸附了大量的222rn的第一代衰變子體218po（raa），儀器即以raa作為測量物件；隨後金屬樣片被送入探測室，由金矽面壘半導體探測器探測raa放出的α射線，根據α計數率及氣壓校正結果得出準確的壤中氡濃度值。
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