一第３８卷第４期物一探一与一化一探Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４一一２０１４年８月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＡｕｇ．，２０１４一
ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．０５
常志勇，史杰，李清海，等．土壤氡测量技术在新疆塔什库尔干县地热资源勘查中的应用［Ｊ］．物探与化探，２０１４，３８（４）：６５４－６５９．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．０５
ＣｈａｎｇＺＹ，ＳｈｉＪ，ＬｉＱＨ，ｅｔａｌ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｒａｄｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｎＴａｘｋｏｒｇａｎｃｏｕｎｔｙ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ［Ｊ］．Ｇｅｏ?ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１４，３８（４）：６５４－６５９．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．０５
土壤氡测量技术在新疆塔什库尔干县
地热资源勘查中的应用
常志勇，史杰，李清海，赵海斌，周晓燕
（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉一８３１１００）
摘要：土壤氡测量技术是地热地质勘查的一种有效方法，目的是确定隐伏断层和地热流体富集部位三本次笔者在研究区进行了点状网度控制和剖面线状追索两种方法的土壤氡测量工作，野外共采集１９０４组数据三根据松散堆积地层物质来源的不同，对数据采用了分区和分段处理方法，发现区内不同地层土壤氡值背景有很大差异：变质岩碎屑堆积背景值为３９２．１Ｂｑ／ｍ３，花岗岩碎屑堆积为１９３０．２Ｂｑ／ｍ３，正长岩和花岗岩混杂堆积为１５７１．１Ｂｑ／ｍ３三统计了数据的离散程度，确定了异常下限判断标准，在此基础上分析了区内土壤氡分布特征三研究表明：土壤氡高值分布对隐伏断裂位置和地热异常具有较好的指示意义三
关键词：土壤氡测量；地热资源勘查；分析方法；氡异常；隐伏断裂
中图分类号：Ｐ６３１．６一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０４－０６５４－０６
一一土壤氡测量技术在地质勘查和研究领域已得到广泛应用［１－６］，尤其在活动断裂研究二地热和有关固体矿产资源勘查等工作中发挥着不可替代的作用三其目的是通过寻找地表一定深度内吸附于岩土体中氡元素高值异常来确定断裂构造位置，推测断裂活动性，研究矿产赋存空间条件等三
新疆塔什库尔干县位于我国西部边陲帕米尔高原腹地，区内常规能源缺乏，而地热资源较为丰富［７］三为缓解当地经济发展所需常规能源缺乏的现状，２００７ ２０１３年新疆地矿局第二水文工程地质大队在县城至曲曼村一带进行了地热资源勘查和研究工作三结果表明，该区热储具有断裂构造控制的带状发育特征，为断裂裂隙热储类型三因此，断裂构造的分析研究是本项工作的重点和难点三区内主干断裂为塔什库尔干断裂，南北向展布，其北东向次级断裂发育三新生代以来这些断裂活动强烈，区域抬升运动显著，碎屑沉积发育，大部分地带断裂隐伏于第四系之下三为查明这些隐伏断裂的展布特征，先后进行了多项地球物理和地球化学研究工作，其中土壤氡气测量是一种非常重要的方法三为系统研究勘查区土壤氡分布特征，２０１０ ２０１１年笔者在该区域进行了点状网度控制和线状剖面追索两种测量方法三测量过程发现，区内第四纪不同物质来源堆积物氡值背景有显著差异，为了有效提取土壤氡值异常信息，对采集数据进行了分区和分段研究，在分析思路和处理方法上与前人有了较大不同三实践证明，该项分析成果为推断断裂部位发挥了重要作用三随着勘查工作的陆续开展，２０１１ ２０１２年在该区域打出温度高达１０３ １４４?的中温地热流体，估算热储温度可达１５０?以上，属中 高温地热资源三为此，笔者认为有必要对该项工作进行系统总结，进而为该技术方法在地热资源勘查中得到有效利用提供基础资料三
１一研究区地质概况
１．１一区域构造概况
研究区位于塔什库尔干谷地北段二塔什库尔干县城至曲曼村一带，构造上处于塔什库尔干断裂带内，位于断裂向北和向西分叉的复合部位（图１）三塔什库尔干断裂是帕米尔构造区中东部一条活动断裂，全长１９０余千米，该断裂控制着塔什库尔干谷地的形成及演化［８－１０］三研究区内塔什库尔干断裂出露
收稿日期：２０１３－０９－２４；修回日期：２０１３－１１－１２
基金项目：新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目（２０１０００６，Ｎ１０－４－ＸＪ０１）
一４期常志勇等：
土壤氡测量技术在新疆塔什库尔干县地热资源勘查中的应用图１一研究区地质地貌及土壤氡测点布置
两三排南北走向二断面东倾的正 走滑断层，展布在谷地西部山区及山前冰碛丘陵地带三
塔什库尔干断裂活动强烈，其次级断裂发育，这些次级断层呈北东向隐伏于谷地内第四系碎屑沉积之下，整体形成以近南北向断裂为主二北东向次级断裂发育的断裂裂隙系统三１．２一地层岩性
研究区及其外围地带发育有元古界二新近系二第
四系地层以及喜山期侵入岩［１１－１２］三元古界（Ｐｔ）为一套变质岩，岩性主要为片岩二片麻岩，大理岩和石英岩三变质岩地层整体南西倾，整体呈灰黑色 灰绿色出露于研究区北二东两侧的基岩山区，是区域基底的主要组成岩性三新近系（Ｎ２）为泥岩二砂岩和砾岩三该套岩性具有水平和波状层理，仅在曲曼村以北一带小范围出露，其余地带则隐伏与第四系之下三
第四系地层的岩性均为砂砾石堆积，发育在塔什库尔干谷地内部三按照成因类型可划分为更新世冰水堆积（Ｑｐｇｆｌ），全新世残坡积二洪积角砾石层（Ｑｈｅｄｌ＋ｐｌ），冲二洪积卵砾石层（Ｑｈａｐｌ）和冲积卵砾石层（Ｑｈａｌ）三冰水堆积和冲洪积物质来源于研究区西
侧花岗岩山区；残坡积和洪水堆积来源于其西北部托尔推其山变质岩区；冲积堆积发育在塔什库尔干河现代河床及河漫滩地带，物质来源复杂三喜山期侵入岩包括花岗岩和正长岩（γ６二ε６），发育在谷地西侧基岩山区，以辛滚沟为界，其北侧为花岗岩南侧为正长岩三
２一工作方法及数据分析
２．１一测量方法
测量仪器采用ＦＤ?２１６型环境氡测量仪，该仪器测量精度高，野外工作状态稳定三其测量原理是定量抽取松散沉积物一定深度内吸附于固体颗粒表面的气体，测量气体中氡元素衰变释放出来的能量三野外具体做法是在测量点位打一个深５０ ８０ｃｍ的导向眼，随后立即将取样管插入其中并避免取样管内部气体与外界联系，连接测试仪即可现场测量三
２０１０ ２０１１年度，笔者在研究区重点区域进行
了点状网度和线状剖面两种方式的野外现场测试工作三点状网度测试间距３００ ５００ｍ，呈点 网状分布，目的是了解研究区不同部位二不同地层土壤氡数值背景，圈定氡值异常区域；线状剖面测试点距１０
２０ｍ，基本垂直推测断裂布设，目的是分析研究氡值
异常与断裂展布的关系，圈定地热异常分布范围三测量过程中在高值异常区域进行加密和重复测量，共采集１９０４个数据，其中网度测量６０３个点，剖面测量１３０１个点（１１条剖面）三
２．２一数据分析
２．２．１一数据统计分析
土壤氡测量值不仅受断裂构造二地层结构等因
素的影响，还与松散堆积的物质来源有紧密联系［６，１３－１５］三区内不同地层岩性土壤氡背景值有很大差异三为了尽可能提取断裂破碎带和地热异常带内
土壤氡异常信息，本次在综合分析第四系松散堆积物质来源二构造发育和地层厚度变化特征的基础上，将研究区划分为北区和南区两个统计分析区域三两大区域以提孜那甫乡为界，北区进一步划分为坡二洪积角砾石堆积区和冲二洪积卵砾石堆积区，南区以冲二洪堆积为主三在此基础上对不同区域测量值参数进行了计算三
统计过程中将各区分别进行计算，点状网度和剖面采集数据均在统计样本中，三个区域氡值均具四
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物一探一与一化一探３８卷
一
图２一分区氡值正态函数分布
正态分布特征（图２）三可以看出，研究区不同地层具有不同的氡值背景（表１），变质岩碎屑堆积层与花岗岩二正长岩碎屑堆积层氡值背景差异可达４ ５倍，测量值统计偏离程度在花岗岩和正长岩碎屑堆积区相对较高三北区地层条件相对较为复杂，高二低值变化显著，为不影响统计数据的一般性，在分析时将极值剔除三
剖面测量数据的统计以自身数据为样本，计算数据的均值和标准偏差，以二者之和确定为该剖面的异常下限标准三如果剖面跨越不同地层，则以剖面穿越地层分界位置进行分段计算三以Ⅳ号剖面为例（图３），该剖面跨越元古界碎屑堆积和花岗岩碎
屑堆积两套地层，在剖面线１０００ｍ里程地层交界
表１一研究区不同物质来源堆积地层氡值背景统计
Ｂｑ／ｍ３
统计区域背景值标准偏差相对偏差地层物质来源北区坡洪积角砾石层３９２．１１２８．６０．３３元古界变质岩北区冲洪积卵砾石层１９３０．２７６１．６０．３９曲曼村西花岗岩南区冲洪积卵砾石层
１５７１．１
６７８．２
０．４３
县城西侧花岗岩二
正长岩
图３一土壤氡Ⅳ测量剖面氡值、地层对比
部位，土壤氡值发生了明显台阶变化，可将测量值曲线分为ａ二ｂ两段分析，分别进行参数计算三利用上述计算方法，统计了研究区１１条剖面氡值参数（表
２）三Ⅰ Ⅷ剖面在研究区北部，Ⅸ Ⅺ剖面在南部（见图１）三
比较分区统计参数，剖面Ⅱ二Ⅲ二Ⅷ计算参数有
较大差异，其余剖面统计参数值基本接近三剖面Ⅱ数据的偏离程度较大，是由于统计样本中测量值突
四
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一４期常志勇等：土壤氡测量技术在新疆塔什库尔干县地热资源勘查中的应用
表２一剖面氡值背景及异常下限统计
Ｂｑ／ｍ３
剖面均值标准偏差相对偏差异常下限堆积物质组成
Ⅰ４８８．７１４２．６０．２９６３１．３变质岩碎屑堆积Ⅱ４２０．４４２２．７１．０１８４３．１变质岩碎屑堆积Ⅲ６６０．３
１０２７．９１．５６１６８８．１变质岩碎屑堆积２９８０．８８８２．９０．３０３８６３．７花岗岩碎屑堆积Ⅳ４６８．９１４１．７０．３０６１０．６变质岩碎屑堆积２２６０．２７８８．５０．３５３０４８．７花岗岩碎屑堆积Ⅴ３８１．７１１９．８０．３１５０１．５
变质岩碎屑堆积１９０３．６６１６．１０．３２２５１９．７花岗岩碎屑堆积Ⅵ１５７３．５５８３．６０．３７２１５７．１花岗岩碎屑堆积Ⅶ３１５．６５５．６
０．１８３７１．２
变质岩碎屑堆积Ⅷ３４６３．４１７７８．３０．５１５２４１．７花岗岩碎屑堆积Ⅸ１３３０．０６４１．４０．４８１９７１．４花岗岩二正长岩碎屑堆积Ⅹ１９２６．８８５９．８０．４５２７８６．６花岗岩二正长岩碎屑堆积Ⅺ
１５５３．８６５２．００．４２
２２０５．８花岗岩二
正长岩碎屑堆积
图４一土壤氡剖面测量值曲线
出，影响了数组的整体水平；剖面Ⅲ数据除了具有Ⅱ剖面特征外，高值分布宽度大是影响计算参数的主要原因；Ⅷ号剖面数据特征与上述剖面类似三
２．２．２一土壤氡异常分析及判定
土壤氡值异常提取在研究不同物质来源背景值
的前提下，进行趋势分析和异常信息的辨识，综合研究判定区内氡值分布异常部位三氡值异常表现为高值异常特征，测量值高于异常下限的点可初步视为异常点，点状网度控制数据异常下限参考表１中分
区统计参数，剖面异常下限参考本剖面统计参数三研究区断裂较为发育，破碎带宽度较大，为避免异常信息遗漏，在趋势变化分析的基础上，将单点突跳异常剔除，截取连续高值异常点，结合地质二地貌等特征综合判定三以剖面Ｉ为例，该剖面在变质岩碎屑堆积上，从曲线变化趋势来看具有在０ ４００ｍ里程缓慢上升二４００ １３００ｍ里程缓慢下降二１３００
１７００ｍ里程上升的总体变化趋势三该剖面在０ ４００ｍ范围内土壤氡测量值普遍较高，部分单点数
四
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值超过异常下限，连续异常点较为可靠，可作为异常部位；４００ １３００ｍ里程在趋势下降的背景下出现连续高值异常点，高值范围作为异常部位，其余单点异常予以剔除三
依照以上识别方法，对研究区其他测量剖面进行了异常判定（图４），提取异常部位２３处三
３一土壤氡分布与断裂构造展布关系
利用全区土壤氡测量值绘制了等值线图（图５）三可以看出，氡值分布具有明显的分区和高 低值相间分布特征三北区测量值具有明显的分区性，其西二北部普遍较低，测试地层为元古代变质岩碎屑松散沉积；东二南部测量值普遍较高，测试地层以花岗岩碎屑松散沉积为主三南区高二低值呈相间分布，分区性较差，氡测量值普遍较高，第四系物质来源单一，为花岗岩和正长岩的碎屑松散堆积三
根据氡值平面分布特征和异常部位，结合区内第四系物质来源以及区域断裂构造发育特征，推测南北两大区域可能发育８条隐伏断裂（Ｆ１ Ｆ８）三其中Ｆ１二Ｆ２和Ｆ３位于北区，大致３５? ４５?方向展布，均呈向东微凸的弧形，断裂位置与本区物探二钻探研究成果较为一致三Ｆ１断裂部位，钻探揭露５４８ ５９０ｍ深度为断裂破碎带，孔内最高温度达１５０．８?；Ｆ２断裂部位，钻探揭露１６８ １８０ｍ深度为断裂破碎带，出水温度达１０３?；Ｆ３断裂位置，钻探揭露２９０ ３１２ｍ深度为断裂破碎带，孔内温度达１５７?，出水温度达１４４?三以上成果表明，北区氡值异常分布对断裂位置的判定对应性较好三Ｆ４ Ｆ８断裂位于南区，其中Ｆ４二Ｆ５和Ｆ６呈北东向展布，走向大致为２０?二６５?和６８?；Ｆ７和Ｆ８呈北北西向，走向大致平行，约３４０?三Ｆ５和Ｆ８断层位置与物探解释断层位置基本一致，南区其他断裂位置对应效果较差三４一结论及讨论
（１）土壤氡值受地层物质来源的制约，不同松散堆积地层测量值具正态分布统计特征三变质岩碎屑堆积土壤氡背景值为３９２Ｂｑ／ｍ３，相对偏差为０．３３；花岗岩碎屑堆积背景值为１９３０Ｂｑ／ｍ３，相对偏差为０．３９；正长岩和花岗岩碎屑混合堆积背景值为１５７１Ｂｑ／ｍ３，相对偏差为０．４３三
（２）在不同氡值背景条件下，对异常信息提取的统计数据样本进行分区，剖面数据依据跨越不同地层以本剖面数据为统计样本三利用该方法对全区进行了异常判定，取得了较好的效果三（３）
研究区土壤氡值分布具有明显分区和带状
图５ 研究区土壤氡平面分布及推测断裂
发育特征三利用区内氡值异常和高值分布趋势，结合区域构造发育特征，解释了断层可能的发育部位三研究表明北区氡值异常和高值区与断层具有很好的对应关系，已得到钻孔资料的验证；南区部分异常区域与断层位置对应较好，其余对应关系不明显三相关研究表明，土壤氡浓度受地层岩性二结构二构造二厚度二湿度，受地下水温度二水位埋深等诸多因素的影响，是上述影响因素的综合反映三本次在分析区域地质条件的前提下，将研究区划分为南北两大区域进行统计，一定程度上有效规避了各种因素带来的不确定性，其成果对研究该区地热地质问题提供了较为可靠的依据三点状网状和剖面土壤氡测量相结合的方法，在研究区内得到了很好的应用三分区统计方法是分析氡值异常信息提取的基础，在分析前人研究成果的基础上对土壤氡测量和分析技术进行了改进，并取得了较好的效果三但这种方法
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一４期常志勇等：土壤氡测量技术在新疆塔什库尔干县地热资源勘查中的应用
在第四系物质来源复杂地区的应用是否具有一般性，还需进一步总结分析三期待该方法的成功应用得到同行们的关注和讨论，将土壤氡测量技术和分析方法继续深化二细化三
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Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｒａｄｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏ
ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｎＴａｘｋｏｒｇａｎｃｏｕｎｔｙ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ
ＣＨＡＮＧＺｈｉ?Ｙｏｎｇ，ＳＨＩＪｉｅ，ＬＩＱｉｎｇ?Ｈａｉ，ＺＨＡＯＨａｉ?Ｂｉｎ，ＺＨＯＵＸｉａｏ?Ｙａｎ（Ｎｏ．２ＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌＰａｒｔｙ，ＸｉｎｊｉａｎｇＢｕｒｅａｕｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｊｉ一８３１１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｒａｄｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｓｆｏｒｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｔｓｐｕｒｐｏｓｅｉｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｂｕｒ?ｉｅｄｆａｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｆｌｕｉｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ．１９０４ｇｒｏｕｐｓｏｆｄａｔａｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｏｉｌｒａｄｏｎｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａａｎｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｐｏｉｎｔ－ｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｆｉｌｅ－ｌｉｎｅａｒｔｒａｃｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｏｓｅｌａｙｅｒｓ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓａｎａ?ｌｙｚｅｄｔｈｅｄａｔａｕｓｉｎｇｔｈｅｐａｒｔｉｔｉｏｎａｎｄｐｉｅｃｅｗｉｓｅｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｓｏｉｌｒａｄｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓ．Ｔｈｅｓｏｉｌｒａｄｏｎｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｌｕｅｉｓ３９２．１Ｂｑ／ｍ３ｉｎｔｈｅｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｃｌａｓｔｉｃａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ，１９３０．２Ｂｑ／ｍ３ｉｎｔｈｅｇｒａｎｉｔｅｄｅｂｒｉｓ，ａｎｄ１５７１．１Ｂｑ／ｍ３ｉｎｔｈｅｓｙｅｎｉｔｅａｎｄｇｒａｎｉｔｅｍｅｌａｎｇｅ．Ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｄａｔａｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅａｎｏｍａｌｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ａｎｄｏｎｓｕｃｈａｂａｓｉｓ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｒａｄｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈｖａｌｕｅａｎｏｍａｌｙｏｆｓｏｉｌｒａｄｏｎｃａｎｂｅｔｔｅｒｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｂｕｒｉｅｄｆａｕｌｔｓａｎｄｇｅｏｔｈｅｒｍａｌａｎｏｍａｌｏｕｓｚｏｎｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌｒａｄｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ；ｒａｄｏｎａｎｏｍａｌｙ；ｂｕｒｉｅｄｆａｕｌｔ
作者简介：常志勇（１９６８－），男，１９９０年毕业于中国地质大学（武汉），高级工程师，主要从事水文地质二工程地质二环境地质的勘查和研究工作三
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