放射性勘探(radioactivity exploration)

探测地表岩土天然放射性异常的分布，研究确定地质构造的工程地球物理勘探方法。工程地球物理勘探(简称工程物探)中的天然放射性异常，是指自然条件下存在于岩层断裂破碎带或岩溶发育带、不同岩性的岩层或地下水露头附近的放射性元素形成的放射性异常。通过地面放射性勘探发现这种异常，再结合有关地质资料进行综合分析，作出定性的地质推断。

简史 放射性现象是1896年发现的。放射性勘探用于地质工作，始于20世纪20～30年代，而用于工程物探领域，则从50年代后期开始。日本人落合敏郎采用放射性γ法探测断层和查找基岩裂隙水；苏联采用放射性氡气探测法调查断层破碎带、岩溶发育带、地下坑道和滑坡等；其他国家应用放射性勘探相对较少。中国从20世纪70年代中期开始，主要应用天然放射性γ法查找基岩裂隙水。1981年，中国首届“全国应用核技术寻找地下水源学术讨论会”召开。1980年前后，加拿大出现了放射性a卡法探测技术。随后中国也开展了a卡法的试验研究，开发出静电a卡法和电离室a杯法的放射性探测技术以及相应的仪器。这些方法都属于累积法测氡技术，80年代以后，侧重向这方面发展。

基本原理 在地面测得的地下放射性异常，主要来源于：(1)断裂带形成的异常。由于地壳岩石圈中各类岩石、土壤和空气里，都分布有天然放射性元素，而放射性勘探能探测到的放射性元素主要是氡(Rn)及其子体。在断裂破碎带或岩溶空洞里常有氡气不断逸出。氡既能溶于水中，又有较强的运移能力，所以可从很深的岩层断裂或岩溶空洞里扩散运移到地表，形成天然放射性异常。(2)不同岩土层形成的异常。不同岩性的地层，常含有不同数量的天然放射性元素，且表现出放射性强度上的差异，可在地表形成天然放射性异常。(3)地下水露头形成的异常。地下水露头附近，由于地球化学作用，易引起天然放射性元素的富集或迁移，因而可在地表形成天然放射性异常。

放射性元素的衰变、a射线和γ射线在与物质相互作用时产生的电离、激发作用和康普顿效应、光电效应等，为放射性勘探的理论基础。根据上述理论，采用适当的仪器可探测和研究地下各种地质体形成的天然放射性异常。由于放射性元素本身的运移规律较复杂，影响因素较多，各国正致力于这项研究。

分类 放射性勘探方法主要有γ法、射气法、a径迹法、²¹⁰Po法、a卡法和a杯法等。

γ法 探测地表岩土天然放射性γ射线的强度变化，以研究确定地质构造的放射性勘探方法。岩石中的放射性元素与被溶解在地下水中的放射性元素存在相互转移的现象。当岩石中的放射性元素不断向地下水中溶解转移时，它将不断富集和析出，在地表附近形成一定范围的放射性晕，且放出γ射线。因此，可在含水裂隙带上方，探测到相对微弱的γ的高异常(图1)。当条件适当时，地下水中的放射性元素亦可向岩层中转移，在含水裂隙上方，也可出现相对微弱的γ的低异常。

γ法的优点是野外作业，速度快、效率高。此法适合于在基岩出露较多，或覆盖层很薄的地区，粗查地质构造。缺点是：工作经常在高本底环境中测量，易使微弱的γ放射性异常被淹没在本底之中；其次是γ射线在地层中的穿透距离约在1m以内，故此法不宜在覆盖较厚地区使用。

γ法可分为航空γ法、汽车γ法和步行γ法。野外工作采用可测低能量的γ辐射仪，沿测线按测点进行探测。按记录γ射线能量的不同，又分为γ总量测量和γ能谱测量。前一种方法简单、仪器轻便、效率高，因而是常用的测量方法。将测量结果结合地质资料进行综合分析，做出定性的推断。

射气法 探测地表土壤中放射性气体氡的浓度变化，用以研究确定地质构造的放射性勘探方法。又称氡气法。地层中的放射性元素在衰变过程中产生的放射性元素氡，可沿断裂带上升扩散到地表，并有部分寄存在土壤孔隙中，故在断裂带上方会出现氡异常(图2)。

射气法的优点是探测深度大、探测灵敏度较高。缺点是效率低、观测值易受地形和气候变化等影响。该法可用于有覆盖层的地区，探测断层构造的平面分布。

射气法是一种瞬时测氡法。野外作业是在测线上的各测点钻成1m左右的浅孔，在孔内抽取土壤中的气体，用射气仪测其氡浓度。将测得结果结合地质资料进行综合分析，做出定性的解释推断。

a径迹法 观测埋在土壤里的胶片受到“辐射后在胶片上产生的径迹，来发现放射性氡异常，以研究确定地质构造的放射性勘探方法。氡沿断裂带上升扩散到地表土壤里，而氡及其子体能放出由a粒子组成的a射线，使埋在土壤中的胶片受到a粒子轰击，在胶片上产生a辐射损伤，形成a径迹。

a径迹法是一种长时间的累积测氡法。根据测得的a径迹密度的变化，可了解氡异常的分布位置，作出定性的地质推断。这种方法的优点是：探测深度大，探测灵敏度高，气候变化影响小。缺点是：埋片时间长(达20天左右)，效率低。该法适合有覆盖层的地区使用。

²¹⁰Po法 测定地表岩土样品中²¹⁰Po的a辐射，来发现放射性异常，以研究确定地质构造的放射性勘探方法。又称²¹⁰Pb法。

在断裂带上方出现²¹⁰Po异常，是由于氡沿着断裂构造带上升到地表土壤里形成的。在放射性元素氡衰变之后出现²¹⁰Pb，在²¹⁰Pb衰变之后出现²¹⁰Bi，其子体为²¹⁰Po，它的a辐射较强，半衰期为138．4天。因此，测定²¹⁰Po的a射线即可发现放射性氡异常的分布(图3)。结合地质情况即可做出定性的解释推断。

野外工作方法是，在测线上的各测点挖小坑，采取10～20g土壤样品，通过化学处理将土中的²¹⁰Po置换到金属片上，再测定该金属片上的a射线。

该法是一种长期累积测氡方法。其优点是：探测深度大，探测灵敏度高，不受气候影响，测定结果稳定，效率较高。但由于地表土壤多数已经过搬运，难以取得原始样品，致使²¹⁰Po反映的地质情况往往有一定误差。故此法宜于在地表土壤为天然状态的地区使用。

a卡法测定埋在土壤里的a卡片上的“射线，了解异常的分布，以研究确定地质构造的一种放射性勘探方法。从断裂构造带上升扩散在地表土壤里的氡，其衰变子体是a辐射体，并且多带正电，易被吸附在a卡片上，因而测量卡片上的a射线强度，能反映氡异常的分布。

a卡法 是继a径迹法和²¹⁰Po法之后出现的一种累积测氡技术。其优点是探测深度大、探测灵敏度高。缺点是a卡片的面积较小、聚集a辐射体有限。该法适用于有覆盖层和便于埋置a卡的地区。

电离室a杯法 测定埋在土壤里的a杯内的a射线异常，以研究确定地质构造的放射性勘探方法。又称a杯法。氡可从地层深处上升扩散到土壤里，进入埋在土壤中的a杯内，杯内表面上就聚集氡的子体，放出a射线。所以，测定a杯内的a射线，就可了解氡异常的分布。

a杯法是继a卡法之后，于20世纪80年代中国开发的一种累积测氡法。其优点是探测深度大、探测灵敏度高、方法简便。缺点是工作效率较低。该法适于在有覆盖层和便于埋设a杯的地区使用。