土壤气体探测方法——土壤氡气测量

氢气测量法是使用测氧仪测量土壤、水、大气中氢气浓度，并通过研究氢气浓度的分布特征解决某些地质问题的一种放射性测量方法。氢，化学符号Rn,原子序数86,零族最后一个元素，通常以氢气形态存在，是一种无色无嗅的惰性气体。氢从1mRn到2%Rn,共有36种同位素，其中22Rn的半衰期最长，为3.82天。氢的其他同位素半衰期都较短，超过1h的只有210Rn、211Rn、224Rn,其余的半衰期均在若干分钟／秒。土壤氡气主要以22Rn同位素赋存。地质体中放射性元素28U衰变为26 Ra,26 Ra衰变为22Rn,22Rn衰变为218Po.其中222Rn衰变，释放α粒子，可由检测器检测，是氢气测量的物理基础。

氢气来源于深部地质体，一方面，能以游离原子的形式通过晶体缺陷或晶粒边界，沿着岩石空隙或裂隙系统迁移。构造破碎带及裂隙发育地带为氢气的运移提供了良好通道，有利于氡气富集。另一方面，氡气略易溶于水，随着地下水的流动，不断地从深部环境

搬运到地表。发育断裂、裂隙、岩石破碎带及地温增高等将促使氡的运移。当地下存在断层时，地表土壤中的氢气浓度会出现局部增高，形成地表土壤中可探测的放射性氢异常区域。因此，土壤氡气测量被大量用于探测基岩裂隙水、岩溶洞穴、采空区及活动断层等。土壤氡气的赋存形态主要有三种，分别为吸附于固体颗粒表面的吸附态、水溶态和游离态。通常使用的氢气测量仪，采用直接抽取土壤气检测土壤气中氢气浓度的方法，测量对象为土壤空隙中游离态氡气。
 

综合利用土壤氢气和地球物理勘测方法可以指示活动构造，有助于刻画断层分布区域。例如河北唐山地区（图7-9),土壤氡气浓度空间分布特征与地震断裂及地震带的分布具有显著的相关关系。该工作区面积约为2500k㎡,共布置了土壤氢气测量点756个。该区域土壤氡气背景值为4730.4Bq/m3,阈值为8294.1Bq/m3(图7-10).由东北向西南方向，土壤氡气浓度有明显减小趋势，高浓度土壤氡气的测量点主要集中在东北部的唐山断裂和滦县断裂。1976年唐山发生Ms7.8地震，滦县发生Ms7.1地震，从2005年至今这两个区域共发生大于Ms3.0的地震17次。土壤氢气浓度与该区域活动断裂分布及地震活动带具有显著相关性。活动断裂带及地震引起的构造破碎带为氡气的运移提供了良好的通道。

例如西班牙比利牛斯山脉Amer断裂带，如图7-11所示，利用土壤222Rn、220Rn、CO2、电阻率层析成像及地震折射波法对区内两个活动断裂进行了研究。结果表明，土壤氡气浓度较高区域与电法低阻区及地震低速区分布一致。如图7-12(a)所示，研究区内土壤氡气最高值为52000Bq/m3,与Amer断裂位置一致。另外，如图7-12(b)、（c)所示，主活动断层附近222Rn浓度较低，为200~400Bq/m3.这是因为，此区域CO2浓度通量较高，度通量为267g/(㎡·d),高浓度的CO2对土壤氡气起到了稀释作用。虽然，土壤氡气浓与活动狗仔断裂存在一定的对应关系，但地质提的言行技化学成分、松散沉积物与地下水运动、土壤的物理性质及气候条件等都会对土壤氡气的富集产生影响。所以，需结合实际地质情况，结合地球物理勘探方法及地球化学方法对土壤氡气测量结果进行约束。