氡測量方法

『壹』 瞬時氡氣測量方法

早期的瞬時氡氣測量使用電離室測量氡放出的α射線，如FD-118儀器。其測量方法是先打一個孔，用取樣器抽取土壤中一定量的氣體，然後測量取樣氣體中氡放出的α粒子或子體放出的α粒子的多少，不同的儀器抽氣和測量α粒子的方式不同。如圖3-7為RE-279型射氣儀的抽氣循環系統，採用的是循環方式。如圖3-8為RM-1003型射氣儀，採用的是單向抽氣方式。

土壤氡測量儀器較多，如早期的FD-118G、FD-3016以及RM-1003、RD-200、RE-279等，現在市面上儀器也較多，如FD-3017型RaA測氡儀、BL-2014型脈沖電離室氡測量儀，SoRn-222型土壤(空氣)測氡儀、RAD6測氡儀等。

以下以FD-3017型RaA測氡儀為代表說明瞬時氡氣測量方法。

(一)FD-3017型RaA測氡法的基本原理

FD-3017型RaA測氡儀是瞬時測氡方法的代表，它通過直接抽取地下土壤或水中氡氣測量其濃度大小，來判別地下形成氡異常的原因，從而推測地下地質礦產或地質體存在的可能性。

其基本原理是：使用抽筒抽取一定量的土壤氡氣進入抽氣泵，當氡衰變成RaA瞬間，它是帶正電荷的，在專用鋁片上加負高壓(-2800V)，用於收集氡的衰變子體RaA，然後測量鋁片上的RaA放出的α粒子的計數率，該計數率的大小正比於土壤抽取氡濃度的大小，所以可以通過測量氡衰變子體RaA產生的α粒子的多少來反映測點一定深度氡濃度的大小，從而達到測量氡濃度的目的。

圖3-7 RE279 型射氣儀採用的抽氣方法示意圖

圖3-8 RM-1033型射氣儀單向抽氣的非循環測量方法

(二)FD-3017型RaA測氡儀的結構

儀器外形如圖3-9所示，採用的單向抽氣方式，由抽氣系統和測量系統兩部分組成。測量系統通過電纜給收集片加高壓，實現氡子體RaA的高效快速收集，測量系統採用金硅面壘探測器對收集片進行α粒子的定時測量。

圖3-9 FD-3017型RaA測氡儀

(三)儀器標定

測量土壤氡或水中氡絕大多數都是相對測量。要使儀器讀數值變為氡濃度值，需要在測量條件一致的情況下，對儀器進行標定，確定測量儀的每個讀數值相當於氡的濃度值。如果兩者是線性關系，可以確定出一個換算系數。測氡儀的標定方法，主要是循環法和真空法。氡室是20世紀70年代興起的，我國1988年建成提供使用。所謂氡室，實質上就是一個大容積的氡濃度值穩定的氡源。我國的8505-I型氡室，容積為1000L；雙層結構，上層為200L，下層800L。氡濃度由28Bq/L起始(提供氡源的固體鐳面源活度為60495Bq(±3%))。氡室兩側共裝有7個氣嘴，專門用於循環法和真空法進行標定。頂蓋上裝有14個圓孔，直徑5.6cm，專門用於硅半導體探測器和累積測氡探測器進行標定。

1.循環法

將待標定的探測器(室)與氡室通過氣嘴接成氡可以流動的循環迴路，如圖3-10(a)所示。打開所有閥門，使循環暢通，用雙鏈球鼓氣2min或機械泵1min，關閉閥門。連續讀數6min，取平均值，按下式計算標定系數

放射性勘探方法

式中：N_Rn為氡室的氡濃度值，Bq/(L·cpm)；n為連續6次每分鍾讀數平均值，cpm；n_底為本底讀數，cpm。

圖3-10 循環法標定系統

如果不用氡室，也可以用一個氡濃度已知的液體標准氡源代替氡室，接入循環系統，如圖3-10(b)所示，用雙鏈球鼓氣10min，關閉探測器兩邊閥門，待氣流穩定，1min後開始讀數，一般連續取10個數，取平均值，按下式計算標定系數：

放射性勘探方法

式中：Q標為液體源中氡的活度，Bq；V為循環系統總體積(探測器+乾燥器+擴散器+雙鏈球)，L；n為讀數的平均值，cpm；

為氡的累積量；t為擴散器中氡的累積時間。

如果不用液體的氡源，也可以使用固體氡源。

2.真空法

真空法的實質是將探測器接入氡室(圖3-11)，關閉閥門K₂；由K_l將探測器(室)抽成真空，關閉K₁；打開K₂，吸入氡室的氡氣，氣壓平衡後，關閉K₂，開始讀數。

按(3-25)式計算換算系數。

圖3-11 真空法標定系統

1—電離室或閃爍室；2—乾燥器；3—液體鐳標准源

也可以像循環法一樣不用氡室，改為液體或固體氡源。

(四)野外工作方法

1.應用條件

氡的瞬時測量法能有效地應用於浮土0.5～1.0m厚的地區進行普查。一般來講，在沉積岩或沉積變質岩地區，利用氡氣測量尋找外生鈾礦床是最有效的。在岩漿岩地區，如果是成礦條件與構造破碎帶關系密切時，應用效果也是好的。火山岩地區，有時含礦與非含礦的構造較為密集，礦體深又小，方法應用是會受到一定的影響。

地形平緩，浮土成分均勻，是應用瞬時氡法最有利的條件。至於其他地形條件，應用效果較差。但可在沼澤地區、凍土地和水下測量有效地採用其他類型的氡法，如α徑跡測量。

2.工作比例尺

使用不同的比例尺，可有效地應用於從踏勘到勘探的各個階段，在普查和詳查工作中，一般採用面積測量，四方網格，點距幾十米到幾米，線距幾百米到幾十米，見表3-7。

表3-7 比例尺及點、線距

3.FD-3017型RaA測氡法的野外工作方法

(1)儀器的檢查

每日出工前需對儀器進行例行檢查，檢驗儀器的密封系統是否良好，電池電壓值和校驗信號是否正常，閾值旋鈕的刻度是否在原位，穩定性檢驗是每日出工前和收工後用工作源檢測，每次計數與標准計數的相對誤差應不大於±10%，並繪制儀器穩定性檢驗曲線。

(2)測點上的工作程序

(a)到達測點後，核對測點上的標志並記錄土質及景觀情況；

(b)使用鋼釺和大錘，或專用打孔器，打孔100cm左右，一般80cm或100cm，插入取樣器，並及時將取樣器上部錐體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氡濃度；

(c)放入鋁收集片，將儀器的三通開關打到「吸」，均勻提升抽筒，抽氣量為1.5L，45s完成取氣；

(d)抽氣結束後，儀器開關打到「關」，按下「加高壓」按鈕，高壓時間一般為2min；

(e)高壓結束，儀器報警，從抽筒中取出收集片放入探測器中測量其收集的RaA放出的α粒子的多少，測量時間2min；

(f)測量結束後，儀器報警，記錄下讀數；

(g)將讀數換算成氡濃度，N_Rn=k·n，k為儀器的標定系數，n為收集片上2min的計數值；

(h)然後進行下一個點的測量，重復步驟(c)～(h)。

(3)異常處理

高於本底3倍為異常，當發現異常時，應及時檢查儀器的工作狀態，並進行以下工作：

(a)在原孔附近再新打孔進行第二次測量，確定氡氣來源是否充足；

(b)進行氡、釷射氣定性；

(c)加密測點、測線，圈定異常范圍；

(d)觀測地質、地貌情況並記錄；

(e)採集標本，設立臨時異常標志，填寫異常登記表。

(五)質量要求

為了檢查野外觀測的質量，須選擇幾個有代表性的剖面進行檢查測量。檢查工作量占總工作量的5%～10%。

檢查測量一般同技術熟練的工作人員用性能良好的儀器來進行。檢查觀測時應注意能使取樣深度和抽氣量與基本測量時盡量一致。

檢查測量結果應與基本測量結果繪在同一張圖上，如果兩次得到的剖面上氡濃度的變化趨勢重復得相當好，則認為測量結果是令人滿意的。

(六)整理資料

1.氡濃度的計算

由儀器的測量值，計算氡的濃度：

放射性勘探方法

式中：n為射氣儀的讀數；J_Rn為射氣儀的標定系數。

2.統計測區氡濃度分布

確定測區的氡濃度背景值及異常下限，繪制氡濃度直方圖，確定其分布類型國。

3.繪製成果圖件

(a)測區氡濃度剖面圖；

(b)測區氡濃度平面等值線圖；

(c)測區氡濃度平面剖面圖；

(d)解釋綜合成果圖。

(七)氡射氣異常的評價

高於正常場1.5～3.0倍的濃度值可列為異常。對於射氣異常必須進行綜合分析，目的是合理地解釋異常，並為山地工程提供依據。綜合分析的內容包括：

1.確定異常性質

這里的異常性質是指的射氣濃度是由鈾引起的還是由釷引起的，根據Rn和Tn半衰期的差異可以確定。可以把土壤空氣抽入閃爍室後，觀測最初的5～10min內儀器讀數隨時間的變化。參見圖3-12。

圖3-12 I/I₀-t關系曲線

2.確定異常范圍

為了確定異常范圍，要按一定比例尺布置網格。測線方向應垂直於異常的延伸方向，若其方向不明顯，可以選用方形測網。測網的大小要視異常的規模和復雜程度而定，如2m×1m、2m×5m、10m×2m、10m×5m等。

3.異常的垂向變化

目的是弄清楚異常向下延伸的情況，可用不同深度的測量方法來達到這個目的；測量地點應布置在具有較高濃度的點上。在每個點上用加長取樣器，分別在0.5m、0.8m、1.2m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m的深度上進行測量。氡濃度隨深度的變化情況示於圖3-13。圖中曲線1、2表示淺部和深部礦層的情形；曲線3表示不均勻的機械分散暈的情形；曲線4則表示非礦異常。該圖顯示了濃度隨深度變化的不同規律。

圖3-13 濃度隨深度變化示意圖

由於不同深度測量可以降低某些氣象等偶然因素的影響，可把異常與礦化的關系反映的更清楚。這對解釋異常工作是有利的。

4.確定射氣源大小

射氣源的大小可用多次抽氣法來確定。在異常中心點打好取氣孔，插入取氣器，得到不同抽氣次數的測量值。隨著抽氣次數的增加，射氣濃度不減弱是有希望的異常，否則是無意義的。

5.確定異常的起因

為了提供放射性物質在表層的分布情況，可進行孔中測量(或β+γ測量)。那些由於局部的氡積累而引起的射氣異常，在孔中γ測量中經常是沒有顯著反映的。

進行孔中鈾量測量對判別異常起因也是有意義的。其做法是在取氣孔中取土樣進行鈾和釷含量分析。如果射氣濃度等值圖、γ等值圖和鈾量分布等值圖上顯示的異常能夠重合(或有一定位移)，就可確定為有利地段。這是由於隱伏礦體在上伏地層中，一般存在礦化分散暈，因而會伴有氡異常、孔中γ異常和鈾量異常。

6.射氣異常評價

對所發現的異常進行分類，並登記注冊；對有意義的異常進行揭露研究；這就是異常評價工作主要內容。表3-8為各類射氣異常特徵對比表。

表3-8 各類射氣異常特徵對比表

『貳』 一般家庭怎麼檢測氡氣

可以用活性炭。因為活性炭對於甲醛或者氡氣會有一定的吸附能力。只需要把活性炭放在室內，要等待兩天左右，而且要把門窗都要關閉上。可以藉助伽馬能譜儀，這種儀器能夠檢測出家中是否存在氡超標的問題，比較專業，測出來的數據是非常准確的。

還有一種儀器就是氡檢測儀，需要放在屋內達到24小時，也要使門窗處於封閉的狀態，然後可以進行實時的監測，最終再取平均值。如果檢測數據在安全范圍之內，就說明沒有問題，如果超出了范圍，就說明是危險的。

氡的來源

從房基土壤中析出的氡。在地層深處含有鈾、鐳、釷的土壤、岩石中。人們可以發現高濃度的氡。這些氡可以通過地層斷裂帶，進入土壤和大氣層。建築物建在上面，氡就會沿著地的裂縫擴散到室內。從北京地區的地址斷裂帶上檢測表明，三層以下住房室內氡含量較高。

從供水及用於取暖和廚房設備的天然氣中釋放出的氡。這方面只有水和天然氣的含量比較高時才會有危害。

以上內容參考 網路-氡氣、人民網-氡，看不見聞不著的污染

『叄』 水中氡測量方法

天然水中放射性元素主要來源地殼，不同岩性地區地下水中氡含量差別很大(表6-3-5)，攜帶有找礦信息。測量地下水中氡的濃度，追索地下水的來源或流經渠道，可能找到地下氡源(鈾礦床)。

測量水中氡濃度，主要是取水樣，裝入擴散器(圖6-3-5)，利用循環法或真空法進行測量，也可以用α徑跡法進行測量。

為了找礦，取水樣雖然要考慮測線測點，但要以取井水、地下水為主。地表水也要重視山前溪流，大江、大湖可以參考取少數樣即可。取樣瓶要預先洗凈編號，取樣時要詳細地紀錄地點，水樣一般取200mL左右。取樣可以立即進行測量，也可放置3h後進行測量。

表6-3-5 地下水中氡濃度

測量時將水樣裝入擴散器(100～150mL)。接入測量儀的循環系統(圖6-3-5)，與標定測量方法一樣進行測量，水中氡濃度按下式進行計算：

核輻射場與放射性勘查

式中：k_水為儀器的標定系數，Bq·L^-1·(cpm)^-1；n₃為放置3h後測量的計數率平均值，cpm；V_總為循環系統總體積，L；V_水為水樣器的體積；e^-λ_Rnt為氡的衰變率。

用真空法測量，也可以得到同樣結果。

也可以用FD-3017儀器到現場，用一個脫氣裝置進行氡氣測量。

『肆』 氡氣的測量方法

測氡法是核物探的一種，近年來在煤火探測方面的應用很受歡迎。山西礦業學院的劉洪福等在20世紀90年代中期研究了測氡法探測煤層自燃火源位置及范圍的機理，並建立了天然放射性介質測氡試驗台，研究氡析出與溫度之間的關系，開發出了CDTH（測氡探火）專用軟體，並在山東棗庄礦業集團公司柴里礦等15個礦局推廣應用。太原理工大學、原長春科技大學等院校及河北邢台礦務局葛泉煤礦、石圪節煤礦等生產單位也對測氡法（α杯測氡）圈定地下煤層著火范圍做了不少研究，並在實際生產中取得了很好的效果。氡射氣容易受到氣象條件等因素的影響，為了減弱干擾，本次研究選用了德國SARAD公司生產的RTM2100氡釷探測儀。RTM2100設有專用的感測器，用來測定測點的溫度、濕度及氣壓強度，並自動進行三者影響校正。此儀器有測氡與測釷兩種模式，且在測氡模式下可將釷射氣的影響作為干擾因素消除，反之亦然。本次測量採用測氡模式，吸氣泵選用0.5L·min^-1，測量時間為10min；排空時間5min，吸氣泵選用3L·min^-1；測量深度40cm，點距20m，線距平均25m。

氡射氣測量干擾較多，通常單點重復測量可比性差。圖4⁃2⁃14是工作區一條剖面重復測量的比較圖。從圖可見兩次測量的結果其幅值有一定差異，但異常曲線的變化趨勢一致，異常峰值的位置和個數對應的很好，說明採用RTM2100氡釷探測儀測量的結果是可靠的。

圖4-2-14 氡射氣重復測量對比圖

圖4⁃2⁃15是氡氣測量結果圖。圖中左側異常整體與地面勘查火區吻合很好，特別是氡氣異常中心點主要分布在勘查火區邊界，可能是著火點的反映。右側的氡氣異常可能是地下著火區的反映。

圖4-2-15 內蒙古烏達Ⅷ號火區地表氡氣濃度圖

圖中紅色實線所夾區域為2004年地表勘測火區

『伍』 室內空氣中氡的主要主要檢測方法有哪些各自的優缺點是什麼

徑跡蝕刻法，優點：靈敏度高，操作簡單，價格低廉，體積小；缺點：有靜電干擾，時間長
活性炭盒法，優點：成本低，操作簡單，反映平均值；缺點：不宜在室外和濕度大的地區測量
雙濾膜法，優點：靈敏度高，排除子體干擾；缺點：波動性大
氣球法，優點：體積小，測量准確；缺點：波動性大

『陸』 氡的瞬時測量方法

在鈾系中²²²Rn及其子體²¹⁸Po,₂₁₄Po和²¹⁰Po都是強α輻射體,占鈾系α輻射體能量的57.1%,是測氡方法的主要輻射體。測量α射線的方法有：瞬時測氡法、徑跡蝕刻法、α聚集器方法、釙-210法以及半導體α儀測量方法和液體閃爍測量方法等。α和γ射線兼用的方法有活性炭吸附器測量法。

測量土壤中氡和測量空氣中氡,由於目的要求不同,在技術方法上也有所不同。

1.土壤氡瞬時測量方法

瞬時氡測量方法,又叫常規氡測量方法。區別於20世紀70年代發展起來的多種累積測氡方法。現在常用的儀器是FD-3017型測氡儀(圖4-21),是通過測量²²²Rn衰變產生的²¹⁸Po(RaA)來測氡的濃度,可用於測量土壤、水的氡濃度。其特點是探測器不受氡子體的污染,也不受釷射氣的干擾,適於現場快速獲得測量結果。

土壤氡測量常用的是淺孔測量,一般土壤層厚度不超過5m時,取樣孔深80cm左右。如土壤層較厚(10m以內),可做深孔測量,孔深可達2m或更深一些。還有一種叫氡氣測井,孔深數米或10m左右。

如果使用FD-3017型儀器只測²²²Rn,則野外氡氣測量的程序是：①先用鐵錘和六棱鋼釺,在測點處土壤層打孔；然後取出鋼釺,插入取樣器,周圍用土壤封緊以免進入空氣。②用橡皮管連接取樣器和儀器(圖5-8),放入探測片,打開儀器,抽取地下氣樣,等待一定時間,使氡子體在帶負高壓的探測片上沉積。③將探測片取出,放入測量儀的探測器室進行測量。該儀器使用的是金硅面壘半導體探測器,測量²¹⁸Po的α射線(6.002MeV)的計數率；也可以調節閾值測量其他能量的α射線。

圖5-8 FD-3017型的取樣器

在野外工作期間,為了了解儀器的工作穩定性,早、晚要用α源進行檢查測量。

土壤氡氣測量數據處理主要包括：計算每個測點的土壤氡濃度、繪制等濃度圖或剖面圖等。

2.水中氡測量方法

天然水中放射性元素主要來源於地殼,不同岩性地區地下水中氡含量差別很大(表5-7),攜帶有找礦信息。測量地下水中氡的濃度、追索地下水的來源或流經渠道,可能找到地下氡源(鈾礦床)。

表5-7 不同類型地下水氡濃度 單位：em

測量水中氡濃度,主要是取水樣,裝入擴散器(圖5-9),利用循環法進行測量,也可以用α徑跡法進行測量。

圖5-9 液體循環法測量水氡示意圖

取水樣要考慮測線、測點,但要以取井水、地下水為主。地表水也要重視山前溪流,大江、大湖一般不取樣,必要時作為背景值可取少量樣品。取樣瓶要預先洗凈編號,取樣時要詳細記錄測點位置和地質情況,水樣一般取300mL左右。取樣可以立即進行測量,也可放置3h後進行測量。

測量時將水樣裝入擴散器(100～150mL),接入測量儀的循環系統(圖5-9),與標定測量方法一樣進行測量,再計算水中氡濃度。

『柒』 　氡氣法

15.1.1基本原理

通過天然放射性元素隨地質活動的變化規律進行地質構造研究，是核地球物理勘探（Nuclear Geophysical Exploration）的內容之一。用航空 γ能譜測量方法進行區域斷裂研究是比較成功的，但用地面γ射線測量方法調查活動斷層，雖有一些成功實例，但總的來看效果不好，因為異常與背景相對差值較小，且干擾因素較多，目前還難以控制到最有效程度。目前比較有效的方法是各種以測氡為基礎的放射性測量方法。

自發產生核衰變的天然放射性元素有鈾系、釷系和錒鈾系三個系列，以及一些單獨的放射性核素。三個天然放射性系列的共同特點是：①每個系列都有一個長壽命的起始核素。鈾系的起始核素是

（鈾），半衰期為4.5×10⁹年；釷系是

（釷），半衰期為1.4×10¹⁰年；錒鈾系是

（鈾），半衰期為7.385×10⁸年。它們衰變很慢，可以認為數量基本不變，每個系列的各個子體核素的數量相對穩定。②每個系列經過多次核衰變後，最後一個子體都是穩定的鉛同位素。③三個衰變系列中間都有一個放射性氣體氡的同位素，鈾系是

、釷系是

、錒鈾系是

，他們的半衰期差別很大（見表15-1），在實際測量中根據這一特點，很容易把它們分別測出。²¹⁹Rn半衰期僅為3.93秒，且含量很低難以利用。作為測氡方法主要是測量²²²Rn和²²⁰Rn。在活斷層研究中主要是測量²²²Rn，因為它遷移距離遠，有利於傳遞深部構造信息。

天然放射性元素在自發進行核衰變時，放出α射線的稱為α衰變，放出β射線的稱為β衰變。由於α射線是高速運動的質量數為4、帶兩個正電荷的氦原子核，所以α衰變形成的子體核素是比母體質量數少4，原子序數少2的新核素。而β射線是高速運動的電子，所以β衰變形成的子體核素與母體質量數相同，只是原子序數增加一位。此外，α衰變或β衰變形成的子體核素，有的處於高能級的激發態，這種激發態是不穩定的，很快會退激到低能級的穩定基態，並以電磁波的形式放出多餘的能量，稱為 γ光子或γ射線。由此可見，γ射線總是伴隨著α衰變或β衰變同時產生的。如果激發態保持時間較長，就構成獨立核素。因為它與基態核素有相同的質量和相同的原子序數，只是能量不同，所以叫同質異能素。

氡（

）是α衰變的輻射體，經過α衰變後轉變為

，再衰變後連續生成幾個短壽命的放射性子體核素，包括氡在內都是系列中較強的α、γ輻射體，如表15-1所列。通過測量這些核素的α射線（粒子）或 γ射線強度，可以確定土壤中氡氣濃度分布，並依此確定地質構造特徵。

鐳的同位素衰變成氡的同位素，而氡的同位素又衰變生成新的子體，因此氡的同位素按下述規律由鐳同位素積累，並達到數量上的平衡。

表15-1氡同位素及其子體的特徵

地質災害勘查地球物理技術手冊

式中：N₂為第二種物質，即氡同位素（子體）在t時的原子數；N₁為第一種物質，即鐳同位素的初始（t=0）原子數；λ₁、λ₂為母體和子體物質的衰變常數（s^-1）；t為第二種物質，即氡同位素的積累時間。

考慮到鐳同位素的衰變常數A₁=1.37×10^-11，氡同位素222R的衰變常數為A₂=2.1×10^-6，即A_l＜＜λ₂，因此上式可以簡化為：

地質災害勘查地球物理技術手冊

可見氡同位素是按指數規律積累的。

如果已知鐳的質量C_Ra（以貝克

貝可（Bq），放射性活度單位，每秒核衰變一次為1Bq(s^-1）；Bq/kg表示質量活度（比活度）；Bq/L和Bq/m³表示體積活度（活度濃度）；1埃曼＝3.7×10³Bq/m³=3.7Bq/L。計），氡（222Rn）的積累量C_Ra，可用下式計算：

地質災害勘查地球物理技術手冊

岩石中鐳經過核衰變產生氡，但這些氡只有一部分可以析出到岩石的孔隙或裂隙中，並向周圍逸散、遷移，這一部分氡稱為自由氡，不能析出的氡稱為束縛氡。在一定時間內，析出氡量（N₁）與產生的氡總量（N₂）之比，稱為射氣系數η＝N₁/N₂×100%。射氣系數大小與土壤、岩石的結構關系密切，鬆散、破碎、孔隙度大的岩石射氣系數大，且受濕度、溫度影響明顯。地下水與岩石作用時，使氡溶於水，其溶解系數（ω）與溫度、壓力關系密切，在常溫下ω為0.25～0.30，在0℃時約為0.51，溫度升高到30℃時變為0.20。岩石受擠壓，射氣系數迅速增大，所以岩層裂隙射氣濃度增大是地震的前兆。

自由氡在岩石和土壤中主要通過擴散和對流作用進行遷移。斷裂和破碎帶使地層由封閉變為開放狀態，有利於氡的遷移和聚集，也使氡的子體在這里沉積，形成氡及其子體的分布異常，成為斷裂、滑坡、地面塌陷、地裂縫以及地面沉降、地震、火山、煤田自燃等的標志異常。地面沉降（擠壓）和擴張都會使射氣系數增大。

測定斷層含氡氣的方法是一個應用比較廣泛的方法。氣體氡是放射性核素，既有氣體的遷移特點，又具有方便現場測量的放射性特色，是極有前景的應用方法。

15.1.2測量方法

放射性測量主要是測量放射性核素在核衰變過程中放出的α，β，y射線，以及其作用於周圍介質，引起的電離或激發所留下的痕跡。

α射線（或稱α粒子）質量大，在氣體中的徑跡是一條直線，在穿過介質時使介質產生電離或激發，收集所產生的電離電荷就可以探測α射線，電離室、硫化鋅閃爍體，以及常用的金硅面壘半導體探測器都是利用這個原理。氡及其子體都是主要的 α輻射體，因此這些都是測氡的常規方法。α射線又是帶正電的重粒子，而金屬薄片的表面具有大量帶負電的自由電子，所以α輻射體容易沉積在金屬薄片的表面。1913年，盧瑟福就是利用這個方法收集氡及其子體，測量α射線，現在常用的α卡測量方法也是利用這個原理。如果設法使卡片帶上負電性（或靜電），可以更有效地收集α輻射體，這就是常用的帶電α卡或靜電α卡測氡方法。α粒子打到醋酸纖維膠片上或某些結晶物質表面，使其造成電離損傷的斑點或痕跡，氡濃度越大，單位面積上產生的斑點就越多，這就是α徑跡測氡方法。天然放射性元素放出的α射線能量為4～8MeV

α，β，γ射線能量單位：電子伏（electron-Volt），寫為eV;10³=KeV;10⁶=MeV。，在溫度 T=15℃，氣壓 P=101324.72Pa情況下，在空氣中的最大射程為8.62cm，這決定了測氡電離室的大小。

β射線通過物質時主要產生三種作用：①產生電離和激發；②與原子核及核外電子作用，產生多次散射；③當被原子核庫倫場阻止時伴生有電磁輻射，稱為軔致輻射。對β射線的探測就是利用了這些作用原理。

γγ射線通過物質時能量最強。當一個 γ射線與原子殼層電子（主要是 K或 L層電子）碰撞時，將全部能量傳給電子，使電子拋出原子之外，而 γ光子全被吸收。這種光子消失產生電子的作用叫做光電效應。較高能量的 γ光子與殼層電子作用時，將部分能量傳給電子，使電子呈一定方向拋出，而光子由於碰撞損失能量改變了原來的運動方向，這種作用叫康普頓效應。當 γ光子能量大於1.02MeV時，與物質原子作用產生電子對效應，即入射光子能量被全部吸收，而拋出正負電子對。這些作用一方面說明 γ射線的基本特徵，另一方面表明探測 γ射線和γ射線能譜的基本原理。

鈾系222Rn及其子體中²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹⁰Po都是強α輻射體，占鈾系α輻射體總能量的57.1%;²¹⁴Pb和²¹⁴Bi是強γ輻射體，占鈾系γ輻射體總照射量率

照射量率：γ射線測量專用單位為庫倫每千克秒（c/kg·s），而照射量非法定單位是倫琴（R），照射量率為1μR/h=1γ＝7.17×10^-14C/kg·s。的98%，是測氡各種方法的主要測量輻射體。測量 α射線的方法有：瞬時測氡法、徑跡蝕刻（SSNTD）法、α聚集器測量法、釙－210法、硅半導體α儀方法、液體閃爍測量方法等。α和γ兼用的有活性炭吸附器測量法和熱釋光測量方法等。

下面主要述及幾種活斷層探測的實用方法。

15.1.2.1瞬時氡測量方法

瞬時氡測量方法，又叫傳統氡測量方法，目的在於區別20世紀70年代發展起來的多種累積測氡方法。這是最早用於土壤氡測量的方法，不斷發展至今仍是測氡的主要方法。它的特點是儀器輕便，現場測量並直接給出測量結果，有異常可以立即重復測量，並加密測點。

土壤氡測量可分為淺孔測量，取樣孔深一般為0.8m；深孔測量，取樣孔深2m左右；淺井測氡，取樣孔深從幾米到十幾米。主要根據覆土層厚度和結構選擇測量方式。對於厚度為十幾米左右的覆土層，如果透氣性較好，通常作淺孔測量，既可達到要求又比較方便。

目前常用的測量儀器，主要有 FD-3017(RaA測氡儀），FD-3016和RM-1003等。無論使用哪種儀器，首先要檢查儀器讀數的穩定性，然後檢查儀器的刻度，確定儀器的刻度系數J_Rn(Bq/L），以利於從儀器的讀數，換算出每個測點的氡濃度（Bq/L）。對於小面積的構造調查，可以不要求刻度系數的准確性，利用儀器出廠給定的刻度系數即可。如果對斷裂成因進行研究，觀測氡濃度的變化，最好利用氡室對儀器進行刻度。

圖15-1FD-3017 RaA測氡儀野外測量概況圖

1—操作台；2—探測器；3—高壓輸出；4—抽氣筒；5—活塞；6—導向空向滑桿；7—腳蹬；8—進氣三通閥門；9—高壓輸入；10—取樣器；11—收集片；12—乾燥器；13—橡皮管

野外測量工作程序如下：

（1）根據地質推測斷裂方向，並考慮地表環境有利於測量工作，進行測線布置和測點距的確定，例如西安地裂縫斷距不大，一般採用2～5m點距，甚至更小；

（2）在測點上先用六棱鋼釺打取氣孔（淺孔測量打0.8m深），把取氣器插入孔中，將周圍壓實避免大氣滲入；

（3）注意取樣器與儀器連接的橡皮管不宜過長，避免橡皮管對氡吸附過多。測量方式如圖15-1所示；

（4）抽氣次數一般5～6次，每點保持一致；

（5）抽完氣靜置10～20秒，進行讀數，然後立即進行排氣，准備下一點測量；

（6）發現異常，可適當加密測點，或對部分測點重復檢查；

（7）逐點計算氡濃度 N=nJ_Rn,J_R。為刻度系數；

（8）用氡濃度 N直接製作剖面圖、等值圖或平面剖面圖，取兩倍於背景值以上的值為異常值。

15.1.2.2α聚集器測量方法

222Rn衰變的第一代子體²¹⁸Po(RaA）為α輻射體，半衰期3.05m。設法將此α輻射體沉積在一個薄片上，再用α測量儀測量薄片上α粒子的活度。實驗證明，α活度與土壤中²²²Rn濃度成正比。此薄片稱為α聚集器，是地質構造探測的常用方法。由此原理出發，演化出的測量方法有多種，主要有如下四類。

（1）α卡測量方法

20世紀70年代，加拿大卡爾頓大學J.W.卡特等根據1913年盧瑟福用金屬片收集氡子體的啟示，研究成功了α卡測量方法。

該方法屬累積測氡方法，探測靈敏度和探測深度都比瞬時測氡方法有很大提高，可達100～200m，或者更深，而且不污染儀器。使用的α卡有金屬片（銀片、銅片或鋁片）和塑料片，卡片面積一般為3.8cm×4.5cm。測量儀器有FD-3005、FHS-1α閃爍輻射儀、WAY-80型五通道α輻射儀等。

將α卡片預先放置在專用的T-702型探杯內的支架上固定好，在根據需要布置的測線測點上，挖埋卡探坑，深20cm左右，將杯倒置坑中，上面用塑料布封蓋，如圖15-2所示。3小時後取出，用儀器測量卡片上沉積²¹⁸Po的α射線活度。如果埋置時間延長到10小時或更長，則卡上沉積的還會有²¹⁴Po等子體。根據測量的α活度，可以作剖面圖，等值線圖或平面剖面圖。

圖15-2探坑埋杯示意圖

在天然環境下，218Po大約有20%帶正電性，為了提高探測效率，提出了帶電α卡測量方法，即在埋卡同時給α卡加上負300V電壓。使用一段時間之後，感到野外應用很不方便，於是進一步提出了靜電α卡方法，即：聚乙烯類塑料片通過摩擦易帶負電，在野外用一簡單的充電設備，在埋片之前先使卡片帶靜電－600～－800V（每片電壓基本一致）。實驗證明帶電α卡和帶靜電α卡相對於不帶電的天然α卡，可以提高探測靈敏度2.5倍左右。

（2）α膜測量法

為了提高探測靈敏度，用比α卡大25倍的16cm×8cm的透明塑料膜代替α卡，放入特製探杯周圍，埋入坑中，取出後反轉放入RM-1003型射氣儀的閃爍探測室進行α活度測量，它的計數比α卡提高約10倍。其他操作與α卡一致。

（3）α管測量方法

此法與α膜法類似，不同的是用一個專門的取樣器，在倒扣探杯下方裝一根約半米長、直徑1.3cm、帶小孔的深部取氣導管，在測點打孔深70～80cm，後插入導管，累積取樣10小時左右，取出後用RM-1003射氣儀測量α活度。此法的特點是對較厚覆蓋地區比較有利，缺點是效率較低。

（4）帶電瞬時α測量法（亦稱218Po法）

是用充電器使塑料α膜帶靜電 －1000V，放入探杯，埋入坑中5～8分鍾，取出測量（2分鍾）α活度。由於收集時間短，只是測量²¹⁸Po，工作效率較高。15.1.2.3釙－210(²¹⁰Po）測量法

美國海軍部下屬機構的格雷等人，於1978年報道了他們對²¹⁰Po測量方法的研究成果，測量精度達3.7×10^-3Bq。

²²²Rn衰變後的長壽命子體有三個，²¹⁰Po是其中之一，半衰期為138.4天，不同於²¹⁸Po的是²¹⁰Po為氡的長時間累積體。²¹⁰Po的量直接反應²²²Rn的平均值，它的特點是化學性質穩定，一旦形成，基本上不再離開岩層、裂隙、破碎帶以及這些構造上方覆蓋的土壤中。因此測量²¹⁰Po的α射線活度，成為確定斷層、裂隙和破碎帶的重要方法。

（1）野外取樣：按照預先布置測線測點，取土壤樣品，深度一般為20～40cm，取土樣50g。

（2）樣品處理：一般取土樣4g（等重量）置於100ml燒杯中，加入0.5g抗壞血酸及一片直徑16mm一面塗漆的紫銅片，再加入20ml、3mol/g鹽酸溶液，放入恆溫搖床振盪箱，保持60℃振盪2.5小時（或40℃振盪3小時），期間銅和釙發生置換反應，釙被吸附在銅片表面。然後取出銅片、清洗、晾乾。

（3）α活度測量：用FD-3005或WAY-80型五通道α輻射儀測量銅片上的α活度，一般測量10分鍾。有時為了消除²¹⁸Po的干擾，需放置30分鍾（²¹⁸Po的10倍半衰期）後進行測量。用測得的α活度繪制出剖面圖、等值線圖或平面剖面圖。在斷裂帶、破碎帶、塌陷、采空區上方，與瞬時氡一樣為高值異常。

15.1.2.4徑跡蝕刻測量方法

固體核徑跡探測器（SSNTD）技術，是20世紀60年代初發展起來的。一片透明的雲母片或塑料片，被帶電粒子照射之後，化學鍵被打斷，成為輻射損傷微區，易受化學侵蝕，在固體片的表面顯出照射粒子的徑跡，用一般光學顯微鏡可讀出，由此成為粒子探測器。在地質工作中主要應用的是α粒子徑跡探測器，探測氡及其子體放出的α粒子，與α聚集器方法類似，屬於累積測氡方法。這一方法的優點是均化了自然環境的影響因素，有效地提高了探測靈敏度，對探測深層構造比較有利。

我國常用的α徑跡探測器主要是聚碳酸脂片或美國引進的CR-39探測器。

徑跡探測工作程序如下：

（1）根據構造延伸方向和方便野外工作布置測線和測點距。

（2）α徑跡探測片切成一定形狀的片子，一般大小取0.8cm×1.5cm，將探測片固定在探杯（T-702）的支架上，並在徑跡片和杯上編號。

（3）在測點挖埋杯探坑，一般深40cm，將探杯倒置坑中，如圖15-2所示。用石片或塑料袋裝土蓋坑，再用覆土蓋好，插上標志。埋杯時間20天左右。

（4）將取出的探測器放入10mol的KOH溶液中，加溫到60℃左右並保持恆溫半小時，取出後用清水沖洗、晾乾（注意：CR-39與聚碳酸脂的化學蝕刻溶液條件不同，可按《環境空氣中氡的標准測量方法GB/T14582-93》進行處理）。

（5）用一般光學顯微鏡，計數探測器上的徑跡密度，或用徑跡掃描儀進行密度計數。

（6）用徑跡密度繪制剖面圖、等值線圖或平面剖面圖。

α徑跡與α卡方法類似，可以根據已有的設備情況選用。在覆蓋土層比較厚的地區，例如幾十米，甚至一百米以上的地區，用α徑跡法探測基岩構造、活斷層比較好，與瞬時測氡、α卡等方法一樣，在這些構造上方為高值異常顯示。該方法的缺點是工作程序多，不如α卡方便。

15.1.2.5活性炭吸附器（ROAC）測氡法

20世紀60年代瑞典最早使用活性炭吸附氡方法尋找鈾礦。活性炭微細孔隙豐富，有較高的比表面積，是氡的強吸附劑。以GH-18型（9mm²×0.2mm層狀）活性炭對氡吸附容量最大，且對氡的吸附在很大容量范圍內呈線性關系。其次是Φ3柱狀活性炭。

吸附器的用法有兩種：一種是連接在用抽氣筒抽取土壤氣的迴路中，通過抽氣過濾吸附氡，叫瞬時法。但主要用法是累積測氡，作為氡的捕集器。目前使用的是直徑3cm左右的塑料瓶，先裝炭層4～5cm厚，再裝乾燥劑硅膠置瓶口處，既去濕也能消除釷射氣的影響。像α卡一樣，將塑料瓶埋入測點探坑中，上蓋一個罩杯，埋置時間4～7天為宜，取出後在鉛室內進行γ射線測量。一般用多道γ譜儀，測量214Bi放出的γ射線的照射量率。

15.1.2.6熱釋光（TLD）測量方法

熱釋光測量有三種方法：α熱釋光，y熱釋光和天然土壤熱釋光。前兩種都是利用對α射線或y射線能量儲存靈敏的人造結晶物質作為劑量探測器，累積測量α或y射線。天然土壤熱釋光是以天然環境下土壤中存在的石英、方解石等結晶礦物為熱釋光探測器。因為接受照射時間長，探測靈敏度高，受干擾小，異常穩定。熱釋光與α徑跡方法一樣，屬累積測量方法。

在地質工作中主要應用y熱釋光。一般選用對γ射線能量響應較寬的氟化鋰（LiF）熱釋光探測器。目前主要應用的是GR-200系列中的LiF(Mg,Cu,P）（氟化鋰鎂銅磷）熱釋光探測器，它對γ射線的能量響應范圍為30Kev～3Mev，其相對誤差＜20%，重復使用退火溫度控制在240±2℃（不得超過245℃），並保持恆溫10分鍾。

探測元件要放在α徑跡使用的T-702型探杯支架上（其他杯亦可），挖探坑深40cm，裝好元件的探杯倒扣埋入坑中，一般放置30天左右。取出後用RGD-3型、FJ-369型或其他熱釋光劑量儀進行熱釋光測量，計算γ熱釋光強度（TL），用以製作剖面圖等。

15.1.3儀器設備

氡氣法儀器設備見表15-2。

表15-2氡氣測量儀器一覽表

『捌』 室內空氣中氡的測定方法

室內空氣中氡氣檢測方法：

瞬態測量：為使測量能反映住房內氡濃度的真實情況，使測量結果誤差小，有可比性，測量要選擇在一天氡濃度較為穩定的時刻，在這之前，居室要封閉24小時或其他規定時間。測量點一般選在居室中央離地面高1.5米處。

瞬態測量儀器一般選用電子測氡儀、注入式閃爍室，儀器要經標准氡室檢定。瞬態測量在住房內氡濃度調查中起著掃描作用，一旦找到疑點，還需長時間的連續測量才能確定住房內氡濃度水平。

連續(或累計)測量：固體徑跡探測器和活性炭罐是目前常用的被動式累積氡探測器。

(8)氡測量方法擴展閱讀：

由於住房內氡的行動水平已由氡平衡當量濃度簡化為氡的測量濃度，住房內氡的監測也應隨之變化。住房內氡濃度時刻受居室內的溫度、濕度、通風和其他外界和人為活動影響，因此，按照人們正常居住方式，較長時間收集住房內氡濃度的變化，求出平均水平，較能實際地反映住房內人們所接受的氡輻射劑量。

但作為一般了解，瞬態氡的測量也十分需要，而且十分簡便。室內氡主要來源於地基和建築材料，並與室內外空氣交換率、氣象條件有很大關系。由於地域環境、住房建材、室內裝飾和生活方式的不同，住房內氡濃度水平相差很大，從幾個到幾萬不等，但大多數住房內的氡濃度水平是不高的。

『玖』 累積氡氣測量方法

(一)α徑跡蝕刻法

20世紀50年代末期，科學家們先後發現帶電粒子轟擊絕緣固體時，可使其產生輻射損傷。60年代初又有人提出化學蝕刻技術，它可以使輻射損傷的潛跡擴大到可用顯微鏡觀察的程度——微米量級。這項技術在60年代末期才引入到鈾礦普查工作中，後來逐漸推廣到世界各地。

徑跡測量的優點：第一為長時間的積累測量，靈敏度高，增加了探測深度，提高了找礦效果；第二為無源探測器，成本低，質量可以得到保證；第三可同時測量氡、氡的短壽命子體和氡的長壽命子體所衰變產生的α粒子，以及鈾和鐳分散暈中衰變生成的α粒子，不受強的γ和β射線的干擾。

1.基本原理

具有一定動能的α粒子射入絕緣固體物質時，所經過的路徑上會造成輻射損傷，當把遭受損傷的物質材料放入強酸或強鹼中浸泡時，受損傷的部位較未受損傷的部位的化學活動性強，會較快地發生反應並溶解到溶液中。在受損傷的部位處出現小坑——蝕坑或徑跡。這樣的化學作用過程我們稱為「蝕刻」。

如果某處具有釋放α粒子的鈾源，在該處埋設的固體徑跡探測器就會遭到α粒子的轟擊，並形成潛跡。再把探測器在室內進行蝕刻，就會顯現出徑跡來。一般來講徑跡的密度值取決於地下可能存在的礦體的鈾含量、礦體規模、產狀、埋深以及蓋層性質，也與地球物理特徵、地球化學環境、地質條件以及探測器本身的性能等因素有關。所以當具有一定規模的徑跡密度受構造(或岩性)控制時，就預示地下的礦化可能性大，反之就小。

當礦體位於潛水面以上時，α徑跡的主要來源可歸結為如下三個部分：

1)在探杯口接觸地面處，α粒子的自由射程范圍內，由鈾組核素衰變的α粒子有可能被探測器記錄到，如圖3-14中所示的①所示。

2)原生氡(Rn₁)：是鈾礦體或原生暈放出的氡。由圖3-14可看出原生氡Rn₁本身又可以直接遷移到探杯中，並被探測器記錄；同時沉澱在杯口的原生氡Rn₁的沉澱物也可能被探測器所記錄。

3)次生氡(Rn₂)：鈾礦體在一定的地球化學環境和地質條件下，能在其上部數十米到數百米的范圍內形成次生暈，其衰變放出的氡為次生氡即Rn₂。

當礦體位於潛水面以下時，礦體、原生暈及次生暈中的鈾、鐳的α輻射體都能不同程度的溶於水，這時沉澱在潛水面附近的上述核素也能向杯口遷移。其中遷移距離最遠的是氣態氡。

2.固體徑跡探測器及其埋設技術

20世紀60年代末期，徑跡蝕刻技術才被引用到鈾礦的普查與勘探工作中。1972年報道了最早用於找鈾礦的絕緣固體探測器，它是屬於第一代產品。目前固體徑跡探測器的種類較多。表3-9列出了幾種固體徑跡探測器。

圖3-14 徑跡找礦原理示意圖

表3-9 國內外常用ATD主要技術參數

(1)固體徑跡探測器原理

徑跡探測器是指膠片片基、玻璃、雲母等固體絕緣材料。當帶電粒子或核輻射碎片射入上述絕緣體後，在其路徑上因輻射損傷會產生細微的痕跡，其直徑為10^-8m，長度(1～10)×10^-8m，稱為潛跡，用電子顯微鏡才能看到。在用強酸或強鹼腐蝕這種受過輻射損傷的材料後，潛跡就被擴大，直徑可達2×10^-5m左右。在一般的光學顯微鏡下就可以觀察到輻射粒子的徑跡。上述固體絕緣材料都能用於探測輻射粒子，而最好的是有機硝酸纖維(C₆H₈O₉N₂)。

徑跡探測器無需外加電場及電子儀器，便可以長時間連續記錄入射粒子並存儲有關信息，能方便地在野外進行長時間累積測量。

(2)固體徑跡探測器的閾特性

帶電粒子在探測器中所造成的損傷，並非全部都能在蝕刻後被顯示出來。只有損傷嚴重，即徑跡密度大於或等於某一閾值(也稱臨界損傷密度)時蝕刻後，才能形成徑跡。具有一定閾值的材料，只記錄輻射損傷密度等於或大於這一閾值的那些重帶電粒子。

圖3-15表示出各種重帶電粒子的輻射損傷密度與粒子速度(能量)的關系，以及幾種探測器材料的閾值，圖中可見，硝酸纖維可記錄質子和比它更重的粒子；聚碳酸酯可記錄α粒子(即He)和比它更重的粒子，但不能記錄質子；而雲母只能記錄Ne以上的更重的帶電粒子。了解這些材料的閾特性，有助於選擇探測器材料。

圖3-15 各種重帶電粒子在固體徑跡探測器中的輻射損傷密度與粒子速度(能量)的關系及幾種探測器材料的閾值

重帶電粒子在探測器中的全部路程上能產生輻射損傷程度並不一致。一般可將其全部路程劃分三段，其作用情況如圖3-16所示。

(a)路程的起始部分(圖中的A～B段)：由於粒子的能量高、速度大，所產生的輻射損傷密度低於閾值，故不能產生可蝕刻的徑跡；

(b)路程的中間部分(圖中的B～C段)：其輻射損傷的密度高於探測閾值，這段可產生可蝕刻徑跡；B～C段稱為最大可蝕刻射程。

(c)路程的末尾部分(圖中的C～D段)：粒子的能量已經很小，輻射損傷的密度已降到探測器閾值以下，所以這部分不能產生可蝕刻徑跡。

(3)探測器的埋設

如圖3-17所示，將探測器安裝在探杯支架上，倒扣在深約40cm的挖好的坑中，然後填回土埋好。

圖3-16 重帶電粒子在探測器中的路程與閾值的關系

圖3-17 探測器的掛片方式及埋片示意

(4)探杯

其目的是保護探測器，防止沙土壓壞、碰碎，可以存儲氣體，具有一定的定向作用。其容積為(6～8)cm×(5～7)cm×10cm。玻璃杯子、竹筒子甚至一塊木板均可。

(5)固體徑跡探測器的化學蝕刻

各種固體徑跡探測器有一定差別：①對硝酸纖維用6～7mol/L(摩爾/升)的NaOH或KOH，在恆溫50℃左右浸泡30min即可。②對醋酸纖維，需要在上述化學蝕刻液中按100mL加1～3gKMnO₄的比例，製成蝕刻液，蝕刻時保持60℃恆溫，浸泡30min。③對聚碳酸酯，需要先將化學純的KOH用蒸餾水配製成5.7mol/L的溶液，再取KOH(5.7mol/L)與C₂H₅OH(乙醇)按體積比1：2製成化學蝕刻液。將聚碳酸酯片放入，保持60℃恆溫，30min取出，用清水沖洗晾乾。④CR-39片，蝕刻液用KOH製成6.5mol/L。保持恆溫70℃，放置10h後取出，用清水沖洗晾乾。

3.工作方法和技術

α徑跡蝕刻法找礦的效果取決於工作地區有利的地質條件、物理化學性質和環境、α徑跡法的使用前提和有效探測深度。原則上說取決於各種暈的發育程度。因為各種暈是鈾元素在成礦期間和期後，由於內因和外因的作用分散到周圍的基岩、土壤(沖積、殘積和坡積層)、水(地下水、土壤水和地表水)和氣(土壤氣體和近地表氣體)以及植物中而形成的。同時，很大程度上也取決於有利氡射氣的擴散通道的發育程度，像圍岩的破碎程度和孔隙度、斷裂、構造和蝕變等，也取決於水的搬運、滲透和對流等情況。

該法可以單獨使用，也可配合其他方法較為有效地應用於各種類型地區，特別適用於其他物化探方法較難取得地質效果的浮土較厚(幾米到幾十米以上)的地區。例如γ法和氡氣法效果不夠理想的地區、水文地質條件有利的地區、地表和地下壓力差和溫度差較懸殊的地區、沙漠和熱帶地區(利用大氣對土壤中氡的抽吸作用)等。

(1)工作前的准備

主要有三個方面，即選區、測網布置和探測裝置的准備。

(a)選區：根據有利的地質因素、有利的地球物理特徵進行正確的選區，並制定合適的測量網度，才能取得較好的結果。

(b)測網布置：在進行小比例尺的踏勘性徑跡測量時，測線最好同地質路線相一致。在進行大比例尺的徑跡蝕刻詳查和普查時，應盡量准確量好測線，定好測點。

埋杯網格宜取正方網格，這可以有效地進行空間控制，又便於計算機處理。

根據預計的礦體大小、形狀，並考慮到有無地球化學暈的存在來確定網格的密度，一般認為，若礦體周圍可能有較大的地球化學暈存在時，則可採用較大間距的網格。參考比例尺及點線距見表3-10。

表3-10 α徑跡測氡法測量比例尺及點、線距參考表

(2)測量程序

(a)將α徑跡探測片切成一定形狀，一般取0.8cm×1.5cm，將探測片固定在探杯(T-702型)內的支架上，並在徑跡片和杯上統一編號；

(b)在測點挖探坑，一般深度40cm，將探杯倒扣坑中，用土將探杯壓緊，再蓋上填土，在地表插上標志，如圖3-18(a)、(b)所示；

(c)探測器采樣時間，一般為20天左右；

(d)化學蝕刻液的配製與蝕刻，按配方配製好蝕刻溶液，可將取回、洗凈的探測器進行化學蝕刻；

(e)用一般光學顯微鏡觀察探測器上徑跡密度，或用徑跡掃描儀計算徑跡密度；

(f)平均氡濃度N_Rn可用下式計算：

放射性勘探方法

式中：n_Rn為探測片上每cm²凈計數；t為布放探測器時間；k_s為刻度系數。

(3)α徑跡蝕刻法的其他測量方式

(a)在埋杯方法上，可以用塑料覆蓋探杯，使用更簡便，如圖3-18(c)所示；後來出現了在露頭上埋杯的新技術，如圖3-19所示。

圖3-18 挖坑埋杯法示意圖

圖3-19 露頭地區的埋杯方法示意

(b)在應用范圍上擴充了在雪層、湖底水下、沼澤地帶、沙漠地區進行徑跡測量以達到普查與勘探鈾礦的目的。雪層徑跡測量是在降雪前把探杯理好，待來年春雪溶化時取出蝕刻；用特殊形式的探杯可在湖底水下或沼澤地帶進行徑跡測量，在水下測量時注意鉛制探杯與水面上的浮子保持一致，在沼澤地測量時應使探杯緊貼沼澤地表面，埋杯時間仍為一個月。鑽孔中的徑跡測量也有了良好的效果，做法是將探杯按一定距離固定在電纜或鐵絲上，放入鑽孔中進行測量。

(二)α聚集器測量

1.α卡測量

早在1913年，盧瑟福就把金屬材料加上負高壓收集氡子體，成為實驗室觀察放射性現象的一種常見方案，靈敏度很高。也許是外加幾百伏高壓頗不方便，這一靈敏的測氡方法並未在野外地質工作中應用。1979年卡德和貝爾將不加電壓的材料埋於地下，用以收集土壤中的氡子體，獲得成功。這種方法比較簡便，適於野外，但靈敏度較低，為了區別將前者稱帶電α卡法，後者稱自然α卡法，於是α卡法開始用於野外放射性測量。1982年我國又研製了一種使用自身帶靜電的材料做成的α卡，它同時利用靜電場力和未飽和場力，聚集氡子體，兼有探測靈敏度高和使用方便的特點，稱為靜電α卡法。

(1)基本原理

α卡能收集氡的子體，有兩個重要原因：

第一，任何固體表面都有從周圍氣體中吸附分子、原子或離子的能力。這是因為固體表面的分子或原子都有未被其他相似的原子所包圍，而存在未飽和價鍵力(也稱范德華力)的緣故。因此，將固體卡片埋在地下，其表面就會吸附氡子體，形成所謂放射性薄層。

第二，放射性衰變產物的原子多帶正電，在有氡的空間里，其衰變子體也多帶正電，並很容易附著在空氣中的塵埃顆粒上，形成放射性氣溶膠。在這種空間引入帶負電的電極，則因電場力的作用，正離子極易聚集在其上，形成放射性薄層。

所以用一定材料作成一定形態的收集片，形成放射層，用α探測儀測量卡片上的α計數率的大小，它正比於測點上氡濃度的大小；氡濃度的大小與母體有關，所以可通過α卡測量反映地下高放射性礦體的信息。

(2)α卡的分類

α卡的材質，可以是金屬片(銀片、銅片或鋁片)，也可以是塑料片。探測片可以重復使用。卡片面積一般取為3.8cm×4.5cm，常用的測量儀有CD-1、CD-2型α卡測量儀和FD-3012型α卡儀，以及其他α測量儀均可使用。

如果把卡片做成杯形，則稱α杯，相應的方法稱α杯法。

使用金屬材料吸附或收集α粒子的方法由來已久。隨後根據地質工作的需要，採取不同的技術措施以提高靈敏度，從而發展成各種各樣的α卡法。

α卡可分自然α卡、靜電α卡、帶電α卡，其工作方式相同，主要特點參見表3-11。

表3-11 幾種α卡法對比表

靜電α卡系由過氯乙烯超細纖維薄膜製成，在製造過程中其上帶有數百伏負的靜電電壓，致使靜電α卡收集氡子體的能力大增，其靈敏度的比同面積的自然α卡要高數倍。靜電α卡具有憎水性，能在野外潤濕條件下使用。

(3)野外工作方法

α卡的野外工作方法與徑跡測量相似，也要埋片，但不需要繁雜的化學處理。

一般埋片時間取3個小時，或一天，也有取6～9min。如果埋片時間超過10個小時，則α卡上還有²¹⁴Po。如果Rn和Tn兩者並存，則α卡上收集的是兩者子體沉積物，需要進行區分。

採用兩次讀數法可進行氡釷異常分離。通常取卡後立即測得讀數為n₁，它是由²²²Rn和²²⁰Rn子體共同給出的；經過t時間後，再測一次計數為n₂，則有

²²²Rn+²²⁰Rn=n₁

a²²²Rn+b²²⁰Rn=n₂

放射性勘探方法

式中：a、b是α卡上分別由²²²Rn子體和²²⁰Rn子體產生的α計數之衰減系數，它們是時間t的函數，可由實驗求得。

一般，取t=4h，Rn的子體產物基本衰變完了，由此可得

放射性勘探方法

由(3-29)式所確定的數據，對資料解釋很有價值。

(4)資料的處理與解釋

將α卡的α計數率換成氡濃度，然後作成氡濃度等值線圖，確定出異常，與其他方法的等值線異常一起進行地質解釋，確定出測區的異常展布與礦體的空間分布的關系，以及礦體上異常特徵。

2.α膜法

為了提高探測靈敏度，而加大探測片的面積。經過試驗研究，採用比卡面積大25倍的16cm×8cm的透明塑料膜代替α卡，放入特製的圓柱形探杯周圍，埋入采樣坑中，3h或10h後取出後反轉放入RM-1003型射氣儀的閃爍探測室進行α活度測量，它的計數率比α卡高10倍，其他與α卡一致。

3.α管法

需要特製一種形狀特殊的采樣裝置，如圖3-20所示，為一倒扣的探杯下方裝一根上粗下細、形似漏斗的鋼制采樣器，約半米長，直徑1.3cm、帶小孔的深部取氣導管，在測點用鋼釺打孔深70～80cm，後插入導管，壓實周圍土壤，以免進入空氣，累積取樣10～12h左右，取出後用RM-1003射氣儀測量α粒子活度。

圖3-20 α管的裝置

這個方法的優點不僅加大了收集器的面積，而且加大了采樣深度，對探測深部氡源比較有利。

4.硅半導體α儀測量

採用硅半導體探測器加電子探杯，即對探杯加電，用硅半導體探測器記錄氡及子體衰變的α粒子來達到尋找鈾礦的目的。

以上幾種方法其野外工作與α徑跡測量法相同，不再重復。

(三)活性炭吸附測氡法

活性炭法屬累積測氡技術，靈敏度高，效率亦高，技術簡單，成本低，能區分²²²Rn和²²⁰Rn，適用於覆蓋較厚、氣候乾旱、儲氣條件差的荒漠地區，它可以用於探測深部鈾礦或解決其他有關地質問題。

1.活性炭法的基本原理

靜態條件下，乾燥的活性炭對氡有極強的吸附能力，並在一定情況下與氡濃度保持正比關系。因此，把裝有活性炭的取樣器像α卡片似的埋在土壤里，活性炭中豐富的孔隙能強烈地吸附土壤中的氡。經過一定時間後，取出活性炭，測定其放射性α，便可了解該測點氡的情況，據此可以發現異常並解決有關地質問題。

活性炭，是用含炭為主的物質作原料，含有少量的氧、氫、硫等核素及水分和灰分，經高溫加工而製得的疏水性固體吸附劑。由於活性炭具有較高的表面積(700～1600m²/g)，因此具有較強的吸附能力。活性炭吸附測氡法就是依據活性炭的這一基本特性。

2.活性炭法的野外工作方法

活性炭吸附測氡法可分為微分法(瞬時法或稱抽氣法)和積分(或累積法)兩種取樣方法。目前用的較多的是累積分法，效果也較好。

(a)在去野外埋活性炭之前，宜在室內把活性炭裝在取樣直徑3cm左右的塑料瓶內，編上號，並稍加密封，以免吸附進大氣中的氡。活性炭顆粒直徑約為0.4～3mm。每個取樣瓶中活性炭重約數克至數十克，把取樣瓶子裝入探杯中，將裝好活性炭的取樣器埋於采樣坑中，坑深約50cm。

(b)埋置時間從數小時、數十小時到幾天不等，一般為5天。

(c)到設定的埋置時間後，從坑中取出取樣器，記錄取探測器時間，密封並送實驗室(或現場)測量。

(d)用帶有γ探測器(或β探測器)和鉛室的定標器，測量活性炭吸附的γ照射量率(或計數率)。測量α射線可在現場進行(不需加鉛屏)。記錄測區上所有測點的計數值，並按換算系數，計數出氡濃度含量。

注意：活性炭應保持乾燥，但不能在高溫條件下存放。活性炭吸附氡之後停放一個月左右，可以再用。長期使用或受潮後，其吸附能力要下降，但若將其加熱至120℃烘烤後，活性炭的吸附能力便可以恢復。

活性炭法的優點是測氡靈敏度高，可以發現盲鈾礦體。其不足之處是吸附器的埋置時間較長，容易丟失，工作效率低，探測設備也較為笨重(要有一鉛室)。

該法除用於找鈾礦外，還可用於尋找與氡(鈾)有關的一些礦種及地下水源，並可應用於地質填圖(劃分構造帶)等方面。

(四)釙法測量

釙 (²¹⁰Po)是 1898 年居里夫婦發現的,釙的同位素,有天然放射性元素衰變得到,也有人工得到的。作為鈾礦普查方法是20 世紀80 年代發展起來的。該法實質就是采樣並分析或測量樣中的²¹⁰Po含量。²¹⁰Po含量增高的測點可能與深部鈾礦體、地熱和天然氣源有關。

1.基本原理

方法的物理基礎是，²³⁸U的衰變產生的²²²Rn能夠通過岩層向地表擴散，²²²Rn的子體²¹⁰Pb在常溫、常壓下是固體，所以它一旦形成就不會再離開岩層。但²¹⁰Pb是β輻射體，它經一系列衰變

放射性勘探方法

而後形成穩定核素，它的子體中²¹⁰Po是強α輻射體，相對強度占鈾系的12.4%，半衰期較長(138.4天)，所以經過1384天後，²¹⁰Pb和²¹⁰Po即達到放射性平衡，一般地質條件下兩者皆處於平衡狀態，可通過²¹⁰Po的測量來獲得深部岩層有價值的信息。

依據金屬元素在稀鹽酸溶液中的電離電位，銅和銀均能置換²¹⁰Po，使附著有²¹⁰Po的銅片(或銀片)變為一個α輻射源，通過α測量儀便可測量出²¹⁰Po。

2Cu-4e→2Cu²⁺

Po⁺⁴+4e→Po

2.工作方法

野外工作方法與一般的地球化學方法相似。應當注意的是，取樣深度和樣品粒度要合適。室內分析方法也很多，現舉一例：稱40目樣品5g，倒入100mL燒杯中，加抗壞血酸0.2～0.5g，放一面積為2cm²、厚度為0.1～0.2mm的銅片於燒壞中，再加入2N的鹽酸20～25mL。燒杯加蓋後放在60℃恆溫浴中，水平振盪2h，取出銅片，洗凈晾乾。即成為無載體α源。再選用低本底的α儀測量5min，測量結果可用計數率直接表示²¹⁰Po量，也可用下式計算當量含量：

Q=KJ(×10^-6)

式中：K為儀器的換算系數，可實測獲得，ppm/計數率；J為無載體α源的α計數率。

(五)熱釋光法

國外在鈾礦普查中研究試驗的這類方法有三種，即α熱釋光法(用對α輻射靈敏的劑量探測器測量α輻射的熱釋光效應，是累積測氡的變種)；γ熱釋光法(測量γ輻射體的熱釋光效應，是γ法的變種)；土壤熱釋光法(研究天然礦物之各種輻射作用的熱釋光效應)。現簡單介紹研究比較成熟的α熱釋光法。

1.基本原理

將熱釋光探測器埋於地下一定的時間，它會接受放射性物質的照射而吸收能量，經過一定的時間後取出探測器，帶回實驗室用專門的熱釋光測量儀器，加熱熱釋光探測器，記錄相應的溫度和光強。發光越強，說明受到的輻射越強，反映了埋置點的輻射水平，可以得知放射性元素的含量分布情況，進而解決不同的地質問題。

2.分類

(1)α熱釋光法

用對α輻射靈敏的熱釋光材料如[CaSO₄(Dy)]，製成有一定厚度(76μm或13.4mg/cm²)和形狀的探測器，將探測器按一定的測網埋入土壤層中，約30天取回，在室內加熱條件下，用儀器測量α強度。該強度與探測器釋放出的光能成正比，而釋放出的光能是與探測器在埋設期間受α粒子的照射劑量成正比。

(2)γ熱釋光法

用對γ輻射靈敏的熱釋光計量劑LiF，埋在地下接受放射性照射，約30天後取回，測量所釋放的光強，它正比於測點附近土壤層中一定影響范圍內的γ輻射體和來自一定深度上氡所產生的γ輻射體的強度，進而可推測被測點放射性輻射的大小。

(3)土壤熱釋光

利用取自岩石或土壤的天然物質(如石英、方解石)或礦物作為輻射劑量的天然探測器，測量在加熱條件下其釋放的熱釋光強度，此光強正比於測點處放射性輻射強度，從而可用於探測地下一定深度輻射體。

3.裝置

(1)α熱釋光探杯

熱釋光探測器是裝在高強度的硬塑料杯內的，又由於它只對α輻射靈敏，故稱為α探杯，如圖3-21所示。實際上它就是一塊厚76μm的薄膜。典型的α粒子能量為5.5MeV，在這種物質中射程為31μm，所以探測器能把射入其中的α粒子能量完全吸收。圖中示出的α探測器被封閉在鍍鋁的聚酯薄膜中，目的是保護探測器，並可以使兩個側面均能接收α輻射，從而可提高靈敏度。

圖3-21 探杯截面圖

(2)γ熱釋光探杯

與α探杯相似，只不過探測器不同。

4.工作方法

野外埋設熱釋光探杯的情況，大體與α徑跡法相同，30天後取回探測器送室內用熱釋光劑量儀進行測量。

(a)按測量比例尺布置好測線，按網格進行熱釋光探測器埋設，對土壤熱釋光法則取土樣，深度為40cm；

(b)30天後取回熱釋光探測器，對於土樣則需要進行分析前的預處理，曬干，過篩120目；

(c)用儀器測量在加熱條件下測量熱釋光探測器或土壤的熱釋光的光強I，目前的儀器有RGD-3、FJ-369；

(d)光強I正比於受照射的放射性強度，即正比於測點輻射體的氡濃度，根據標定系數，計算氡濃度的大小；

(e)繪制平面等值線圖或剖面圖，進行資料的解釋。

國內的天然熱釋光法已有良好的試驗結果，在已知區可發現100～120m深的盲礦，未知區的測量結果也可與其他方法很好地進行對比。

『拾』 氡及其子體測量方法

從20世紀80年代初開始，在尋找油氣藏方面我國用瞬時測氡和累積法測氡做了大量工作。

圖7-3-3 棗園航空和地面γ能譜測量結果對比

(據馮秀軒，徐東震，1996)

圖7-3-4 科什康姆別特油田地面γ測量等值圖

1—放射性異常；2—油水邊界；3—斷層；4—泥岩；5—泥質砂岩；6—砂岩

圖7-3-5 天然氣田放射性異常分布圖

氡測量與γ測量類似，受影響因素也比較多。在油田勘查中，應用較多。圖7-3-6(a)為鄂爾多斯盆地古隆起已知元城油田上方的一條測氡剖面圖。油田上方的周邊氡氣的高低值相差較大，邊界明顯。圖7-1-6(b)為馬嶺油田4號剖面γ能譜鈾道和氡異常，也能清晰的反應油田位置。

圖7-3-6 元城和馬嶺油田氡濃度分布

(a)元城油田；(b)馬嶺油田

土哈油田位於戈壁上，同時開展液晶閃爍測氡、γ能譜、酸解烴等九個參數測量。液閃測量網度為每平方千米2個點。測量結果如圖7-3-7所示，為氡與酸解烴的測量結果，經趨勢分析取得的分布圖，兩者非常一致的反映了油田關系，周邊為高值。

圖7-3-7 氡與酸解烴的分布圖

(據胡從恢，1996)

A—氡的分布圖；B—酸解烴的分布圖