瞬时氡气测量方法

早期的瞬时氡气测量使用电离室测量氡放出的α射线，如FD-118仪器。其测量方法是先打一个孔，用取样器抽取土壤中一定量的气体，然后测量取样气体中氡放出的α粒子或子体放出的α粒子的多少，不同的仪器抽气和测量α粒子的方式不同。如图3-7为RE-279型射气仪的抽气循环系统，采用的是循环方式。如图3-8为RM-1003型射气仪，采用的是单向抽气方式。

土壤氡测量仪器较多，如早期的FD-118G、FD-3016以及RM-1003、RD-200、RE-279等，现在市面上仪器也较多，如FD-3017型RaA测氡仪、BL-2014型脉冲电离室氡测量仪，SoRn-222型土壤(空气)测氡仪、RAD6测氡仪等。

以下以FD-3017型RaA测氡仪为代表说明瞬时氡气测量方法。

(一)FD-3017型RaA测氡法的基本原理

FD-3017型RaA测氡仪是瞬时测氡方法的代表，它通过直接抽取地下土壤或水中氡气测量其浓度大小，来判别地下形成氡异常的原因，从而推测地下地质矿产或地质体存在的可能性。

其基本原理是：使用抽筒抽取一定量的土壤氡气进入抽气泵，当氡衰变成RaA瞬间，它是带正电荷的，在专用铝片上加负高压(-2800V)，用于收集氡的衰变子体RaA，然后测量铝片上的RaA放出的α粒子的计数率，该计数率的大小正比于土壤抽取氡浓度的大小，所以可以通过测量氡衰变子体RaA产生的α粒子的多少来反映测点一定深度氡浓度的大小，从而达到测量氡浓度的目的。

图3-7 RE279 型射气仪采用的抽气方法示意图

图3-8 RM-1033型射气仪单向抽气的非循环测量方法

(二)FD-3017型RaA测氡仪的结构

仪器外形如图3-9所示，采用的单向抽气方式，由抽气系统和测量系统两部分组成。测量系统通过电缆给收集片加高压，实现氡子体RaA的高效快速收集，测量系统采用金硅面垒探测器对收集片进行α粒子的定时测量。

图3-9 FD-3017型RaA测氡仪

(三)仪器标定

测量土壤氡或水中氡绝大多数都是相对测量。要使仪器读数值变为氡浓度值，需要在测量条件一致的情况下，对仪器进行标定，确定测量仪的每个读数值相当于氡的浓度值。如果两者是线性关系，可以确定出一个换算系数。测氡仪的标定方法，主要是循环法和真空法。氡室是20世纪70年代兴起的，我国1988年建成提供使用。所谓氡室，实质上就是一个大容积的氡浓度值稳定的氡源。我国的8505-I型氡室，容积为1000L；双层结构，上层为200L，下层800L。氡浓度由28Bq/L起始(提供氡源的固体镭面源活度为60495Bq(±3%))。氡室两侧共装有7个气嘴，专门用于循环法和真空法进行标定。顶盖上装有14个圆孔，直径5.6cm，专门用于硅半导体探测器和累积测氡探测器进行标定。

1.循环法

将待标定的探测器(室)与氡室通过气嘴接成氡可以流动的循环回路，如图3-10(a)所示。打开所有阀门，使循环畅通，用双链球鼓气2min或机械泵1min，关闭阀门。连续读数6min，取平均值，按下式计算标定系数

放射性勘探方法

式中：N_Rn为氡室的氡浓度值，Bq/(L·cpm)；n为连续6次每分钟读数平均值，cpm；n_底为本底读数，cpm。

图3-10 循环法标定系统

如果不用氡室，也可以用一个氡浓度已知的液体标准氡源代替氡室，接入循环系统，如图3-10(b)所示，用双链球鼓气10min，关闭探测器两边阀门，待气流稳定，1min后开始读数，一般连续取10个数，取平均值，按下式计算标定系数：

放射性勘探方法

式中：Q标为液体源中氡的活度，Bq；V为循环系统总体积(探测器+干燥器+扩散器+双链球)，L；n为读数的平均值，cpm；

如果不用液体的氡源，也可以使用固体氡源。

2.真空法

真空法的实质是将探测器接入氡室(图3-11)，关闭阀门K₂；由K_l将探测器(室)抽成真空，关闭K₁；打开K₂，吸入氡室的氡气，气压平衡后，关闭K₂，开始读数。

按(3-25)式计算换算系数。

图3-11 真空法标定系统

1—电离室或闪烁室；2—干燥器；3—液体镭标准源

也可以像循环法一样不用氡室，改为液体或固体氡源。

(四)野外工作方法

1.应用条件

氡的瞬时测量法能有效地应用于浮土0.5～1.0m厚的地区进行普查。一般来讲，在沉积岩或沉积变质岩地区，利用氡气测量寻找外生铀矿床是最有效的。在岩浆岩地区，如果是成矿条件与构造破碎带关系密切时，应用效果也是好的。火山岩地区，有时含矿与非含矿的构造较为密集，矿体深又小，方法应用是会受到一定的影响。

地形平缓，浮土成分均匀，是应用瞬时氡法最有利的条件。至于其他地形条件，应用效果较差。但可在沼泽地区、冻土地和水下测量有效地采用其他类型的氡法，如α径迹测量。

2.工作比例尺

使用不同的比例尺，可有效地应用于从踏勘到勘探的各个阶段，在普查和详查工作中，一般采用面积测量，四方网格，点距几十米到几米，线距几百米到几十米，见表3-7。

表3-7 比例尺及点、线距

3.FD-3017型RaA测氡法的野外工作方法

(1)仪器的检查

每日出工前需对仪器进行例行检查，检验仪器的密封系统是否良好，电池电压值和校验信号是否正常，阈值旋钮的刻度是否在原位，稳定性检验是每日出工前和收工后用工作源检测，每次计数与标准计数的相对误差应不大于±10%，并绘制仪器稳定性检验曲线。

(2)测点上的工作程序

(a)到达测点后，核对测点上的标志并记录土质及景观情况；

(b)使用钢钎和大锤，或专用打孔器，打孔100cm左右，一般80cm或100cm，插入取样器，并及时将取样器上部锥体周围土壤踏实，防止大气窜入孔中稀释氡浓度；

(c)放入铝收集片，将仪器的三通开关打到“吸”，均匀提升抽筒，抽气量为1.5L，45s完成取气；

(d)抽气结束后，仪器开关打到“关”，按下“加高压”按钮，高压时间一般为2min；

(e)高压结束，仪器报警，从抽筒中取出收集片放入探测器中测量其收集的RaA放出的α粒子的多少，测量时间2min；

(f)测量结束后，仪器报警，记录下读数；

(g)将读数换算成氡浓度，N_Rn=k·n，k为仪器的标定系数，n为收集片上2min的计数值；

(h)然后进行下一个点的测量，重复步骤(c)～(h)。

(3)异常处理

高于本底3倍为异常，当发现异常时，应及时检查仪器的工作状态，并进行以下工作：

(a)在原孔附近再新打孔进行第二次测量，确定氡气来源是否充足；

(b)进行氡、钍射气定性；

(c)加密测点、测线，圈定异常范围；

(d)观测地质、地貌情况并记录；

(e)采集标本，设立临时异常标志，填写异常登记表。

(五)质量要求

为了检查野外观测的质量，须选择几个有代表性的剖面进行检查测量。检查工作量占总工作量的5%～10%。

检查测量一般同技术熟练的工作人员用性能良好的仪器来进行。检查观测时应注意能使取样深度和抽气量与基本测量时尽量一致。

检查测量结果应与基本测量结果绘在同一张图上，如果两次得到的剖面上氡浓度的变化趋势重复得相当好，则认为测量结果是令人满意的。

(六)整理资料

1.氡浓度的计算

由仪器的测量值，计算氡的浓度：

放射性勘探方法

式中：n为射气仪的读数；J_Rn为射气仪的标定系数。

2.统计测区氡浓度分布

确定测区的氡浓度背景值及异常下限，绘制氡浓度直方图，确定其分布类型国。

3.绘制成果图件

(a)测区氡浓度剖面图；

(b)测区氡浓度平面等值线图；

(c)测区氡浓度平面剖面图；

(d)解释综合成果图。

(七)氡射气异常的评价

高于正常场1.5～3.0倍的浓度值可列为异常。对于射气异常必须进行综合分析，目的是合理地解释异常，并为山地工程提供依据。综合分析的内容包括：

1.确定异常性质

这里的异常性质是指的射气浓度是由铀引起的还是由钍引起的，根据Rn和Tn半衰期的差异可以确定。可以把土壤空气抽入闪烁室后，观测最初的5～10min内仪器读数随时间的变化。参见图3-12。

图3-12 I/I₀-t关系曲线

2.确定异常范围

为了确定异常范围，要按一定比例尺布置网格。测线方向应垂直于异常的延伸方向，若其方向不明显，可以选用方形测网。测网的大小要视异常的规模和复杂程度而定，如2m×1m、2m×5m、10m×2m、10m×5m等。

3.异常的垂向变化

目的是弄清楚异常向下延伸的情况，可用不同深度的测量方法来达到这个目的；测量地点应布置在具有较高浓度的点上。在每个点上用加长取样器，分别在0.5m、0.8m、1.2m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m的深度上进行测量。氡浓度随深度的变化情况示于图3-13。图中曲线1、2表示浅部和深部矿层的情形；曲线3表示不均匀的机械分散晕的情形；曲线4则表示非矿异常。该图显示了浓度随深度变化的不同规律。

图3-13 浓度随深度变化示意图

由于不同深度测量可以降低某些气象等偶然因素的影响，可把异常与矿化的关系反映的更清楚。这对解释异常工作是有利的。

4.确定射气源大小

射气源的大小可用多次抽气法来确定。在异常中心点打好取气孔，插入取气器，得到不同抽气次数的测量值。随着抽气次数的增加，射气浓度不减弱是有希望的异常，否则是无意义的。

5.确定异常的起因

为了提供放射性物质在表层的分布情况，可进行孔中测量(或β+γ测量)。那些由于局部的氡积累而引起的射气异常，在孔中γ测量中经常是没有显著反映的。

进行孔中铀量测量对判别异常起因也是有意义的。其做法是在取气孔中取土样进行铀和钍含量分析。如果射气浓度等值图、γ等值图和铀量分布等值图上显示的异常能够重合(或有一定位移)，就可确定为有利地段。这是由于隐伏矿体在上伏地层中，一般存在矿化分散晕，因而会伴有氡异常、孔中γ异常和铀量异常。

6.射气异常评价

对所发现的异常进行分类，并登记注册；对有意义的异常进行揭露研究；这就是异常评价工作主要内容。表3-8为各类射气异常特征对比表。

表3-8 各类射气异常特征对比表