测氡法在博尔塔拉河谷地地热勘查中的应用.pdf

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第807期第13期2023年7月收稿日期：2023-03-15作者简介：陆建国（1966），男，本科，水工环高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质、地热勘查开发。通信作者：齐志龙（1978），男，本科，水工环高级工程师，研究方向：地热勘查与开发、水文地质、工程地质。收稿日期：2021-03-14作者简介：陆建国，性别，男；大学本科学历，高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质、地热勘查开发。通信作者：齐志龙（1978.10），性别，男；学历，大学本科；职称，高级工程师；研究方向：地热勘查与开发、水文地质、工程地质。测氡法在博尔塔拉河谷地地热勘查中的应用陆建国1齐志龙1赵斐2（1.新疆地质矿产勘查开发局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐8300912.新疆工程学院，新疆乌鲁木齐830023）摘要：【目的目的】通过测量博尔塔拉河谷地地热研究区氡异常情况，探查出该区隐伏断裂。【方法方法】氡气在地表断层部位易富集形成氡异常，测氡法正是利用该原理，来判断隐伏断层的位置和规模。本次研究共布设3条剖面，实际完成测点477个，实测剖面长度23 730 m。【结果结果】根据氡气异常数据本次共探出7条隐伏断层，为当地地热资源勘探提供了可靠的地质依据。【结论结论】土壤测氡法在地质资源勘查中用于探测隐伏断裂地面位置时经济有效，在判断断层倾向时须辅助其他勘查手段。关键词：隐伏断裂；土壤氡气；异常中图分类号：P314;P631.6文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）13-0105-05DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.13.021Application of Radon Measurement in the Investigation of GeothermalResearch in The Bortala ValleyLU Jianguo1QI Zhilong1ZHAO Fei2(1.The First Hydrological Engineering Geology Brigade of Xinjiang Geology and Mining Bureau,Urumqi830091,China；2.Xinjiang Institute of Technology,Urumqi 830023,China)Abstract:Purposes By measuring the radon anomaly in the geothermal research area of Bortala Valley,the hidden faults in this area were explored.Methods Radon gas is easy to accumulate in the surfacefault site to form radon anomaly,whose principle is used by the random measurement to judge the location and scale of hidden faults.In this study,three sections of D1,D2 and D3 were laid out,477 measuring points were actually completed,and the length of the measured section was 23 730 m.FindingsSeven hidden faults were detected according to the radon anomaly data,which provided a reliable geological basis for the exploration of local geothermal resources.Conclusions Soil radon measurement iseconomical and effective in detecting the ground position of concealed faults in geological resource exploration,but other exploration methods must be added in judging the fault tendency.Keywords:hidden faults；soil radon gas；anomalies0引言随着社会经济的发展，新型能源的需求不断增加1，地热作为一种洁净、环保的新能源受到全世界的关注。地热水的形成和演化与地质构造密切相关，地质构造影响着地热水的赋存、运移、出露特106第13期收稿日期：2023-03-15作者简介：陆建国（1966），男，本科，水工环高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质、地热勘查开发。通信作者：齐志龙（1978），男，本科，水工环高级工程师，研究方向：地热勘查与开发、水文地质、工程地质。收稿日期：2021-03-14作者简介：陆建国，性别，男；大学本科学历，高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质、地热勘查开发。通信作者：齐志龙（1978.10），性别，男；学历，大学本科；职称，高级工程师；研究方向：地热勘查与开发、水文地质、工程地质。征及断裂和裂隙的发育2。断裂可以作为地热水上升通道，也可以为地热水提供一定的储备空间3，因此对地质构造的研究与探索尤为重要。在对断层构造勘查中常用方法有电法、磁法、地震等4。与上述方法相比，土壤氡测量由于具有受地形影响小、成本低、不易受到电磁干扰等优点5，被地质工作者广泛采用。1区域地质背景1.1构造概况博尔塔拉河谷地带位于北天山西段博尔塔拉河断裂(F1)以南，按大地构造单元划分属于天山褶皱系赛里木隆起。受南北向应力作用及断块差异性升降运动的影响，区域上形成了一系列平行的褶皱和断裂(见图1)。控制勘查区温泉出露的区域构造断裂为博尔塔拉河断裂,该断裂呈8595方向沿博尔塔拉河延伸，贯穿温泉县东西长达83 km，产状21075，为压扭性逆断裂，向西经浩特尔特延至边境，向东一直延出博乐境外。该断裂全部被第四系冰碛和冲积物所覆盖。根据区域物探资料和重力异常显示，该断裂为一条隐伏断裂,该断裂形成于早元古代晚期，强烈活动期为中晚元古代，其活动具有长期性和多期次性的特点。图1研究区地质构造及氡气测线分布示意1.2地层概况河谷地带属天山兴安岭地层区，地跨温泉和阿拉套地层小区，南以赛里木湖北缘断裂与科古琴山地层小区为界。地层呈东西条带状延伸，其中中更新统冰积层主要由卵砾石、角砾、砂组成；上更新统冲洪积层岩性由砾石、碎石、砂、亚砂土组成；全新统沼泽沉积层地层呈二元结构，上部以淤泥为主，下部为砂砾石。岩性为砂砾石、砂、亚砂土。2原理和工作方法地球内热来源的研究指出，放射性衰变放热是地球内热主要来源，在各种内热源中占主导地位6-7，衰变释放的热最初以子体的热运动形式存在，然后形成热对流，到达一定程度后会引发构造运动，因此断层附近放射性物质迁移更为明显8。铀最终衰变产物为氡，其单质形态为氡气，是一种放射性惰性气体9，广泛分布于各种介质中，在一定的压力、温度差降下，由下向上迁移10，地壳构造运动中所形成的断层，为氡气的地表运移提供了良好通道11，在活动断裂带的出露位置及其上盘的土壤中氡气含量较高，形成氡异常。通常异常的出露部位、大小、形态特征与断层的位置、产状、规模、活动性有关，因此可根据氡异常曲线的位置和形态，判断活动断裂的位置和产状12，根据异常带的宽度和 异 常 峰 值，判 断 活 动 断 裂 的 规 模 及 相 对 活动性13。本研究采用的氡气测量仪为核工北京地质研究院生产的FD216环境氡气测量仪与四川新先达测控技术有限公司生产的 KJD-2000R（谱仪）氡气测量仪。该仪器以闪烁室法为基础，用气泵将含氡的气体吸入闪烁室，氡及其子体发射的粒子使闪烁室内的ZnS（Ag）涂层发光，光电倍增管再把这种光讯号变成电脉冲.单位时间内的脉冲数与氡浓度成正比，从而确定空气中氡的浓度。剖面布设在第四系发育,断层被覆盖的地段。剖面沿方位 033布设，垂直断层的总体走向。测点间距50 m，测量打孔（孔深0.7 m）立即插入取样器，并将取样器上部椎体周围土壤踏实，防止大气窜入孔中稀释氢浓度，影响测量效果。用软橡胶皮管将仪器与取样器连接，一端接取样器的气体出口处，另一端接入仪器的进气孔进行测量。本次测量完成 3条土壤氡气剖面测量，共计23.7 km，477个测点。3数据处理及结果分析3.1数据处理方法将测量值剔除大于三倍平均数以上的值和小于平均数三分之一以下的值，然后对其进行统计，求出底数（n）和均方差（m），高场为n+m，偏高场为n+2m，异常场为n+3m。需要说明的是所谓的平均数是指所有测量值的平均值，而底数是将高于三倍平均数之值和低于断层位置及编号氡气测量剖面及编号研究区范围陆建国，等.测氡法在博尔塔拉河谷地地热勘查中的应用第13期107三分之一平均数之值剔除后，经过统计求出的。二者一般情况下不同，但有时可能相同（即在数值分布集中时相同）。而异常场的下限值和异常值，有时相同，有时不同。当底数加三倍均方差等于三倍底数时，则二者相同；否则不同。底数的三倍为异常值，底数加三倍的均方差称为异常场。一般异常值大于异常场的下限值。3.2数据处理结果及分析3.2.1D1剖面。该剖面由南向北布设，途经地貌主要包括河流、农田、丘陵，设计方位0、长度6 550 m、点距50 m、工作量共132个点。因经过湿地河流、湿地舍弃前14个测点。实际测线方位0，点距50 m，实际完成工作量118个点，长度5 850 m。D1 剖面土壤氡气含量剖面如图2所示。分析壤中氡气1132号点，背景值为3 206.965 Bq/m3，该条剖面测点氡气含量最大值15 813.23 Bq/m3，最小值 1 167.075 Bq/m3，平均值为 4 274.77 Bq/m3。从图 2 氡气含量变化情况分析，该条剖面异常峰值较为明显，在 36、37、38 出现异常点，异常值宽度为 150 m，且氡气含量从 36 号点 6 463.8 Bq/m3逐渐减少，在 38号点减小至 3 821.85 Bq/m3，该线性趋势反映了此处存在断层，且倾向剖面起点方向，确定断层 F4（倾向北倾）;在 45、46、47 出现异常点，异常值宽度为 150 m，且氡气含量从 45 号点 4591.35 Bq/m3逐渐由终点向到起点方向先增加后逐渐减少到 3 351.32 Bq/m3，该线性趋势反映了此处存在断层，且倾向剖面终点方向，确定断层F2（倾向南倾）;在63、64、65出现异常点，异常值宽度为 150 m，且氡气含量从 63 号点 14 415.3 Bq/m3逐渐由起点方向逐渐减少至 3 937.275 Bq/m3，该线性趋势反映了此处存在断层，且倾向剖面终点方向,确定断层 F5（倾向北倾）。在 73、74、75 出现异常点，异常值宽度为 150 m，且氡气含量从73 号点 5 796.9 Bq/m3由起点向到终点方向先增加至 9 862.425 Bq/m3后急剧减少至 2 090.825 Bq/m3，该线性趋势反映了此处存在断层，且倾向剖面终点方向,确定断层F1（倾向南倾）;在126、127、128出现异常点，异常值宽度为 150 m，且氡气含量从126号点3 090.82 Bq/m3逐渐由起点向到终点方向先增加至5 335.2 Bq/m3后逐渐减少到2 270.025 Bq/m3，该线性趋势反映了此处存在断层，且倾向剖面起点方向,确定断层F8（倾向南倾）。3.2.2D2剖面。该剖面是勘查区中部的测量剖面，工作从西南南向东北方向布设，途经地貌主要包括图2D1剖面土壤氡气含量剖面要包括丘陵、农田、河流，测线设