（地球化学专业论文）氡气地球化学勘查技术在四川盆地磨溪气田中的应用初探.pdf

p r e l i m i n a r ys t u d yo na p p l i c a t i o n o fr a d o ng a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o nt e c h n i q u e i nm o x ig a sf i e l do fs i c h u a nb a s i n m a j o r ：g e o c h e m i s t r y d i r e c t i o no fs t u d y ：o i la n dg a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o n g r a d u a t es t u d e n t ： x i a o q i p e n g s u p e r v i s o r ： p r o f j i a g u o x i a n g p r o c h e n y ，u a n r o n g c 0 1 l e g e o fe a r t hs c i e n c e s g u i l i nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y m a r c h ，2 0 0 8t oa p r i l ，2 0 1o 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 尚婪孵 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借 阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过 网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：热褒略 签字日期：口，d 年6 月妒日 导师粹霞国棚 签字日期：加降6 月轳 f 摘要 石油和天然气是我国重要的战略能源，目前我国的石油生产还远远不能满足国内经济的 高速增长。尤其是近十年来，油气勘查的难度不断加大，勘探成本猛增，而一些常规非地震 探测技术因受到复杂地球化学景观条件的影响，导致找油效果不佳，石油地质行业更渴望以 高效、快速、成本低的新技术、新方法来进行油气勘查。氡气地球化学勘查具有成本低、周 期短、见效快、效率高等优点，近几年来，由于检测仪器和设备的改进，满足了氡气测量技 术的需要，使得该项技术逐步成为一种公认的有效的油气勘查手段。 2 0 0 8 年西南油气田分公司为了更好的了解磨溪气田规模、主要赋存部位和汽水边界， 设立了磨溪气田构造化探项目，本硕士论文正是以此项目为依托而完成的。对目前正在应用 和曾经报道过的一些油气勘查方法的有效性进行综合分析后，本论文选择“氡气测量技术” 为研究方向，以此进一步验证该方法寻找油、气田有效性，同时依据氡气地球化学行为，重 点探索氡气异常与油一水、气一水边界的空间关系，并建立一套根据氡气异常特征来有效划分 和预测油一水、气一水边界的地球化学判别标志，旨在提高油气勘查的有效性，同时降低以钻 探来划定油一水、气一水边界的高额经济成本。 通过对大量资料的检索，以及进行大量野外实地取样、室内试验与资料处理等综合分析 研究，本课题基本上达到了预期效果，主要成果有： ( 1 ) 根据氡气的地球化学行为、特性的资料性研究，对氡气在各种介质中的存在形式、 吸附一迁移方式及其异常形成机理进行了较详细的解剖。充分肯定了氡气与石油、天然气之 间有着十分密切的内在联系。 ， ( 2 ) 建立并完善了氡气测量技术的野外工作方法和室内异常解释的评价方法与原则。 ( 3 ) 根据磨溪气田的展布特征，分析了氡气异常在油、气田( 藏) 的分布规律、形态、强 度及规模等特征，总结出了一套利用氡气寻找和圈定油气有利富集区段、推断油( 气) 一水 边界的方法。它是氡气异常解释评价和圈定油气富集有利靶区的重要地球化学方法，这对在 未知地段寻找油气藏、确定气水边界和进行异常区块评价具有重要的指导作用。 ( 4 ) 磨溪气田的氡气异常特征和已知的油、气田的试验研究都从不同层面、不同角度反 映了氡气在油、气田上方形成“环状晕圈”的特征，将这些资料与氡气异常形成机理综合起 来，即为磨溪气田氡气地球化学异常模式。这一模式对于氡气异常的评价具有十分重要的指 导作用。 ( 5 ) 磨溪气田氡气异常的评价结果证实氡气测量在寻找油气田上的可行性，而且研究发 现，氡气异常在确定和划分油一水或气一水边界上是针对性很强的判断标志。这对于降低以钻 探来确定油水或气一水边界的高额成本，将具有重要的经济意义。 关键词：氧气地球化学勘查技术：异常特征；氡气异常模式：油( 气) 水边界 i ! r a b s t r a c t o i la n dn a t u r a lg a sa r ei m p o r t a i l tn a t i o n a ls t i a t e g i ce n e 昭y t h ec u 玎e n to i lp r o d u c t i o no fo u r c o u n 仃yi sa l s of a r 疔o me n o u g ht om e e tt h er a p i dg r o w t l lo ft h ed o m e s t i ce c o n o m y p a n i c u l a r l yi n t h j sd e c a d e ，o i la n dg 髂e x p l o r a t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ed i 硒c u l tw i n lad r 煳t i cc o s t i n c r e a s ew h i l en l eo 订e x p l o r a t i o nr e s u l t s 盯en o ts a “s f i e dw i ms o m er o u t i n en o ns e i s m i cd e t e c t i n g m e 廿l o d s ，d u et ot l l ec o m p l i c a t e dg e o c h e m i c a ll a n d s c a p ec o n d i t i o n s t h eo i lg e o l o g yi n d u s t d ，i s e a g e rt oi n t r o d u c en e wt e c h n o l o g i e sa 1 1 dm e t h o d so fh i 曲e m c i e n c y s p e e d ya n dl o wc o s ti no i l a n dg 弱e x p l o r a t i o n t h er a d o ng 硒g e o c h e i i l i c a le x p l o m t i o nt e c h n o l o g yi sc h a r a c t e r i s t i c si n l o w - c o s t ，s h o r tc y c l e ，e f r c c t i v ea n dh i g he 衢c i e n c y i l lr e c e n ty e a r s ，弱t h ei m p r o v e m e n to ft e s t i n g i n s 打u m e n t sa n de q u i p m e n t ，r a d o ng 私e x p j o r a t i o nt e c h i q u ec a l lb ec a 州e d0 n 勰dg r a d u a l j y b e c o m eap o p u l 盯m e m o d 、地i c hi se 位c t i v ef o ro i l 孤dg a se x p l o m t i o n h lo r d e rt 0b e t t e ru n d e r s t a i l dt 1 1 es c a l e ，t h em a i no c c u r r e n c ep o s i t i o na i l dt l eb o r d e ro fg 勰 a 1 1 dw a t e ro fm o x ig 弱f i e l d ，s o u m w e s to i la 1 1 dg 硒f i e l db 锄c hs e tu pt h ep r o j e c to fo i la n dg a s 窖e o c h e m i c a le x p l o r a t i o nf o rm o x ig 弱f i e l dm2 0 0 8 ，a n dt | i i sn l a s t e r - st h e s i si sc o m p l e t e dr e l y i n g 0 nm ep r o j e c t a c c o r d i n gt oc o m p r e h e l l s i v ea 1 1 a l y s i st os o m eo i l 孤dg a se x p l o r a t i o nm e t h o d s w h i c ha r eu s e da tp r e s e n ta 1 1 dmb e f o r e ，r a d o ng 鹪m e a s u r e m e n tt e c h n i q u eh a sc h o s e na s 也i s t l l e s i s sr e s e a r c ho r i e n t a t i o i l ，缸l df o rt i l eg o a lt 0f h r n l e rt e s t i f yi t se 伍c i e n c yf o ro i la n dg a s p m s p e c t i n g ，t 0r e s e a r c ht h es p e c i a lr e l a t i o nb e t w e e nr a d o ng 弱a i l o m a l ya n dt h eb o u n d a 巧o f o i l - w a t e ro rg a s - w a t e rb a s e do nm em d o ng 雒g e o c h e m i c a lb e h a v i o r t oc o n c l u d eas e to f g e o c h e r n i c a i e v a l u a t i o ni n d i c a t o r st 0d i v i d ee m c i e n t l ya i l df o r c c a s to i l - w a t e ro rg a s - w a t e r b o u n d 龇yb yr a d o ng a sa n o m a l yc h a r a c t e r i s t i c s ，i no r d e rt oi m p r 0 v et l l ee f r e c t i v e n e s so fo i la n d g a se x p l o r a t i o n ，锄dr e d u c eh i g hc o s tt i l a td e l i n e a t e dt h eo i l - w a t e r ，g a s w a t e r b o u n d a 巧b y 掘l l i n g t h cp r o j e c tl l a sr e a c h e d 也ee x p e c t e dr e s u l tm r o u g hn u m e r o u sd a t as e a r c h i n g ，f i e l ds a m p l i n g 孤dc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n dr c s e a r c hi n c l u d i n gi n d o o re x p e r i m e n t s ，d a t ap r o c e s s i n ge t c ，t h e n 坷o rr e s u l t sa r e 蕊f o l l o w i n g s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt om er e s e a r c ho fr a d o ng e o c h e m i c a lb e h a v i o r 觚dp r o p e n i e s ，t h eo c c u r r e n c e o fr a d o ni nv a r i o u sm e d i u m s ，i t sa _ b s o 叩t i o n - t 娜s f 0 彻a t i o na 1 1 df o m ：l i n gm e c h a n i s mh a v eb e e n d i s c u s s e d ，甜l dt l l ec l o s ei 肌e ra s s o c i a t i o nb e t w e e nr a d o ng 觞a n d o i lo rn a t u r a lg a sh a sb e e n c o n f i 册e d 凡l i y ( 2 ) t h ef i e l dw o r ka n de v a l u a t i o nm e t h o da i l d 皿n c i p l eo fi n d o o r 锄o m a l ye x p l a n a t i o no f r a d o ng a sm e a s u r e m e n tt e c i l l l i q u e1 1 a v eb e e nc o m p l e t e d ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h es t r e t c hf e a t u r c so fm o x ig a sf i e l d ，a n db a s e do nm ed e s c r i p t i o nt om e d i s t r i b u t i o n ，f o 咖，i n t e n s i t y 柚ds c a l eo fr a d o na i l o m a l ya b o v eo i l g a sp o o l ，an e ww a y t os e a r c h l a n do u t l i n et h eo i la n dg a sa c c u m u l a t i o nd i s t r i c t s ，i n f e rt l l eb o u n d a d ，o ft h eo i l ( g a s ) 一w a t e rw i t l l r a d o ng 笛i ss u 舢m d z e d i ti sa ni m p o r t a mg e o c h e 仃l i c a lm e t h o df o r r a d o na n o m a l ye v a l u a t i n g a i l df a v o r a b l eo i la n dg 懿a c c u m u l a t i o nt a 唱e to u t l i n i n g ，a i l da l s op l a ya ni m p o n a n tr o l et os e a r c h r e s e r v o i r d e t e r r n i n et h eb o u n d a r yo fg a s w a t e ra l l de v a l u a t ea b n o n l l a lb l o c ki nt h eu m m o w na r e a ( 4 ) r a d o ng a sa n o m a l yf e a t l l r eo fm o x ig a sf i e l da j l de x p e r i m e n tr e s u l t si nk n o 、釉o i la n d g a sf i e l da l lr e f l e c tt h e “h a l or i n 酽c h a r a c t e r i s t i c so ff a d o no nt h et o po ft l l eo i la 1 1 dg a sf i e l d ，a l l d r a d o ng 粥a n o m a l ym o d e lo fm o x ig a sf i e l di sc o m p o s e dw i mt l l e s ed a t aa 1 1 dm e c h a i l i s mo fm d o n g 弱a n o m a l y t h em o d e lh a si m p o n a n tr o l ei ng u i d i n gt h ee v a l u a t i o no fr a d o na n o m a l y ( 5 ) ，n l er e s u l to fr a d o na 1 1 啪a l ye v a l u a t i o ni nm o x ig 嬲f i e l dp r 0 v e dt h a tr a d o ns u 九，e yi s f e a s i b l ei np r o s p e c t i n go i la n dg 嬲f i e l d a n dt h er e s e a r c h1 1 e s u l t sa l s os h o wt h a tr a d o n 狮o m a l yi s ad i s c r i m i n a t i o ni n d i c a t o rt od e t e n m n ea n dd i v i d eo i l w a t e ro rg a s w a t e rb o u n d a 哆i ti s g r e a t e c o n o l l l i cs i g n i f i c a n c et or e d u c et h eh i g hc o s to fc o n f i m 1 i n gt l l eo i l w a t e r0 rg 嬲- w a t e rb o u n d a r y w i t hd r i l l m gt e s t k e y w o r d s ：r 丑d o ng a sg e o c h e i l l i c a le x p l o r a t i o nt e c h n o l o g y ；狐o m a l yf e a t l 鹏；m d o ng 弱 a n o m a l yi n o d e l ；o i l ( g 硒) 一w a t e rb o u n d 孤y i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i v 第一章引言l 、 1 1 研究目的及意义1 1 2 国内外研究现状、水平和发展趋势1 1 3 研究目标、内容及拟解决的关键技术问题2 1 3 1 研究目标2 1 3 2 研究内容3 1 3 3 技术方案3 1 4 完成的工作量及得出的主要结论3 1 4 1 完成的主要工作量3 1 4 2 得出的主要结论4 第二章氡的基本性质及其异常原理和特征5 2 1 氡的基本性质5 2 1 1 氡的化学性质5 2 1 2 氡的物理性质5 2 2 氡气异常形成机理6 2 2 1 氡迁移机理6 2 2 2 氡气地球化学晕的形成9 2 2 3 油气田上方氡气低值异常的形成1 0 第三章氡气测量工作方法及影响因素分析1 3 3 1 野外基本工作方法1 3 3 1 1 测线、测网布设的基本要求1 3 3 1 2 测点布设要求1 3 3 1 3 测点数据的采集1 3 3 2 质量检测与监控1 4 3 3 背景值和异常下限的确定1 5 3 4 氡气异常评价方法1 6 3 5 氡气测量的影响因素分析1 6 3 5 1 地质因素的影响1 6 3 5 2 气象因素的影响1 9 第四章磨溪气田各剖面氡气异常特征2 l 4 1 磨溪气田概况2 l i v 4 2 各剖面氡气异常特征2 2 4 2 11 线氡气异常特征2 2 4 2 22 线氡气异常特征2 4 4 2 30 线氡气异常特征。2 5 4 2 43 线氡气异常特征2 7 4 2 54 线氡气异常特征2 8 4 2 65 线氡气异常特征3 0 4 2 76 线氡气异常特征3 l 第五章氡气平面异常特征与油一水、气一水边界的关系3 3 5 1 平面上氡气异常特征3 3 5 2 氡气异常综合评价分析3 3 5 2 1 香溪群3 5 5 2 2 雷一1 层3 9 5 2 3 嘉二1 层4 l 5 3 本章小结：4 3 第六章磨溪气田氡气找矿的地球化学标志和异常模式4 4 6 1 磨溪气田氡气找矿的地球化学标志4 4 6 2 磨溪气田氡气找矿的异常模式4 5 第七章主要结论与存在的问题4 7 7 1 主要结论4 7 7 2 存在的问题4 8 致谢4 9 参考文献5 0 简历5 3 v 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 研究目的及意义 第一章引言 我国目前的资源状况不容乐观，自改革开放以来，随着社会主义经济建设的 飞速发展，国家对矿产资源的需求与日俱增，许多主要矿种资源的保证程度相当 低，相当一部分大、中型矿山已进入开采中晚期，保有储量与产量大幅度衰减， 有些矿山已面临资源枯竭的境地；4 5 种主要矿产中有一半以上的资源储量消耗 速度大于增长速度，石油、富铁矿、铜等战略性矿产品进口量逐年增加【1 1 。总的 说来，国民经济和社会发展及人口增长对矿产资源的需求与支柱性矿产短缺的矛 盾日益突出，石油和天然气的资源形势更是严峻。据统计，每年需进口原油量占 总量的4 0 f 2 】。尤其是近十年来，油气勘查的难度不断加大，勘探成本猛增，而 一些常规非地震探测技术因受到复杂地球化学景观条件的影响，而找油效果不 佳，石油地质行业更渴望以高效、快速、成本低的新技术、新方法来进行油气勘 查。在上述行业现状下，在西南油气田分公司和川中油气矿领导和专家的大力支 持下，2 0 0 8 年西南油气田分公司为了更好的了解磨溪气田规模、主要赋存部位 和汽水边界，设立了磨溪气田构造化探项目，应用氡气测量方法圈定磨溪气田规 模、主要赋存部位和气水边界，为以后开展油气勘探工程提供依据j 并委托桂林 矿产地质研究院承担【3 1 。在四川盆地以往的油气地球化学勘查工作中，以常规方 法为主，氡气测量法应用较少，通过本项目的实施，不仅可以验证该方法技术在 四川盆地油气勘查中的有效性，同时有望查明磨溪气田的油( 气) 水边界以及油 气藏的分布范围，因而具有较大的理论和现实意义。 1 2 国内外研究现状、水平和发展趋势 油气化探技术，即油气勘查地球化学技术。油气从生成、运移到储集( 或破 坏) 的地质过程中，始终伴随多种元素的共同作用，这些元素直接或间接参与这 一系列地质作用，它们在油气藏边界油田水边界上向上运移至地表，从而在地表 形成一系列特殊的油气地球化学晕圈，这就是油气成藏成晕( 即烟囱效应) 原 理，也是油气化探技术的理论基础【4 1 。运用不同的油气化探技术，从水体、空气、 岩石、土壤中检测上述与油气生成有关的元素，再根据这些元素显示的异常晕圈 特征来预测地下油气的分布和油( 气) 一水边界等，氡气地球化勘查技术正是以 此为理论基础的，这种方法勘探成本低并且为提高钻探成功率提供了地球化学信 息和依据。 桂林理工大学硕士学位论文 氡气地球化学勘查技术的应用研究始于1 9 0 4 年的加拿大，美国在上世纪5 0 年代中期至6 0 年代已有比较成功的应用，现在在我国该技术仍然处于不断探索 和逐步完善阶段，还没有得到广泛推广使用，其原因在于氡气测量技术对样品采 集条件的要求比较严格，对仪器设备检测精度的要求比较高【4 】。经过了几十年的 努力，直到最近2 3 年，此类设备才被应用在己知油气田上进行大量的试验研究， 均取得了初步的效果。 氡气测量方法最早应用于探测断裂构造和寻找地下水源。后来更多地应用于 寻找放射性矿产资源，特别是寻找铀矿床【5 】。再后来就逐渐应用于寻找石油、天 然气资源。大约在上世纪2 0 年代，前苏联的j i h 鲍戈雅弗林斯基在马依科彼斯 克含油区进行了氡气测量，之后，美国、加拿大、法国等国家也进行了类似研究， 例如美国的森马克勘探公司声称在美国各个州的约5 0 个地点应用氡气测量技术 普查油气；前苏联的a 阿列克谢耶夫等人在什卡波夫油田取得了一些成果； 特别是上世纪5 0 年代末期至6 0 年代初，美国在克拉克油田区的氡气测量应用效 果是非常成功的，1 9 5 5 年我国的关士聪等人在大庆、冷湖等油田和渭河盆地等地 区开展了放射性伽玛( 丫) 强度实验研究，却因受当时测量技术，特别是检测仪器 落后等因素的限制，其效果不甚明显。近些年来由于科学技术的不断发展，以及 先进放射性测量仪的问世为氡气测量提供了有利条件，使得氡气地球化学勘查技 术得到了很大的发展并逐渐被应用于国内的各个油田，并且取得了比较理想的效 果。近几年，许多地球化学工作者在己知油、气田上进行了大量卓有成效的试验 研究：贾国相等人应用氡气地球化学勘查技术在四川、百色、南宁盆地开展的一 系列工作；葛良全等【6 】人研究隐伏断裂带上地气异常：宋利中等【7 1 人应用氡气测 量研究岩性油气藏；刘俊峰等【8 】人预测复杂类型油、气藏富集区；刘洪福等【9 】人 研究浅部土壤中的氡气测量等，都取得较好的成果。 1 3 研究目标、内容及拟解决的关键技术问题 1 3 1 研究目标 1 ) 深入系统地研究并尽可能地完善氡气地球化学勘查技术在油、气田方面 的理论认识，查明异常形成机理、异常模式等地球化学特征，以及查明氡气异常 在油田、气田上方或周边三度空间的渐变关系，以进一步证实其有效性。 2 ) 根据氡的地球化学特性和行为，研究氡气异常在油、气、水三者之间渐 变的地球化学特征，试图依据反映三者的氡气异常特点来推断磨溪地区油气田 ( 藏) 的赋存部位和确定油水或气水边界，并建立起起划分和判断这些边界的 标志。 2 桂林理工大学硕士学位论文 3 ) 根据评价结果，从氡气化探角度提出磨溪及其外围地区下步油气勘探的 建议。 4 ) 根据氡气测量技术在磨溪地区的应用效果，将该项测量技术推广到四川 盆地其他地区的油气勘探中。 1 3 2 研究内容 1 ) 根据氡的地球化学行为和特性，研究氡在各种介质中的射气作用、存在 形式、吸附一迁移作用及形成机理，确定氡气与石油、天然气之间的内在联系， 氡气在反映油、气活动的环境条件和油、气活动的分布区域方面的指示作用和效 果。 2 ) 研究氡气异常在油、气田( 藏) 的分布规律、形态、强度及规模等特征， 圈定油、气有利富集区段，建立氡气测量法解释评价和圈定油气富集有利靶区的 技术体系。 3 ) 探索氡气异常确定和划分油一水或气一水边界的可行性，以期降低用钻探 法确定油一水或气一水边界的高额成本。 1 3 3 技术方案 采用的技术路线为：野外观测和室内分析相结合，实测数据与理论分析相结 合，前人的研究成果和研究区的结果相比较，已知区的异常模式作为未知区评价 的依据。 拟采用的具体技术措施为：以工区的地质、地球化学景观条件调查为基础， 以氡气测量方法为手段，通过分析本地区氡气地球化学背景场，确定工区内合理 的氡气地球化学背景值和异常下限；结合已知油气田( 藏) 上氡气异常特征，探 索氡气异常与油气田( 藏) 及地质构造问的关系；研究磨溪地区氡气异常特征及 异常的分布规律，重点探索该地区油气田( 藏) 的赋存部位，根据氡的地球化学 特性和行为，研究氡气异常在油、气、水三者之间渐变的地球化学特征，依据反 映三者的氡气异常特点来推断油一水或气一水边界，并建立起起划分和判断这些边 界的标志。 1 4 完成的工作量及得出的主要结论 1 4 1 完成的主要工作量 以工区的地质、地球化学景观条件调查为基础，以氡气测量方法为手段，通 过分析本地区氡气地球化学背景场，确定工区内合理的氡气地球化学背景值和异 常下限：研究磨溪地区氡气异常特征及异常的分布规律，重点探索该地区油气田 3 桂林理工大学硕士学位论文 ( 藏) 的赋存部位。开展l o o 多天进行野外工作，布置化探氡气测量剖面7 条， 观测点6 6 0 个，如下表( 表卜1 ) 所示 表1 一l 完成的主要实物工作量 工种工种性质工作目的 工作量 了解区内地质构 地质地质踏勘5 0 千米线路踏勘 造规律 参与l ：5 0 0 0 0 土壤 查明异常分布规 律，圈定油气有利 累计剖面长8 5 千 测量米，取样6 6 0 件 富集区 化探查明剖面异常分 7 张 布规律 制图 进行油气水边界 7 张 预测 1 4 2 得出的主要结论 ( 1 ) 根据氡的地球化学特性，探讨了氡气地球化学晕的形成机理。从而充分 肯定了氡气与石油、天然气之间有着十分密切的内在联系。 ( 2 ) 建立并完善了氡气测量技术的野外工作方法和室内异常解释的评价方法 与原则。 ( 3 ) 总结得出氡气测量技术的干扰因素主要存在两方面的影响：地质因素 和气象因素，并分析了降低其干扰因素的对应方法。 ( 4 ) 总结出了磨溪气田上方氡气异常模式，提出了氡气寻找油气藏的地球化 学评价标志。 ( 5 ) 磨溪气田氡气异常的评价结果证实氡气测量在寻找油气田上的可行性， 而且研究发现，氡气异常在确定和划分油一水或气水边界上是针对性很强的判断 标志。 4 桂林理工大学硕士学位论文 第二章氡的基本性质及其异常原理和特征 2 1 氡的基本性质 2 1 1 氡的化学性质 氡的原子序数是8 6 ，是周期表中第六周期的零族元素，属惰性气体族( h e ， n e ，心，x e ，r n ) 的最后一个元素，也是气体中最重的一个元素。氡同位 素的原子不带电荷，分子是单原子。 氡是镭核衰变的中间产物，有四个同位素，其中2 2 2 r n 和2 1 8 r n 是铀系衰变 的中间产物，而2 1 9 r n ( a n 一锕射气) 和2 2 ( t h 钍射气) 分别是锕系和钍 系中铀同位素的衰变产物。 氡的电子构型为6 s 2 6 p 6 ，其最外层是8 个电子的稳定结构。氡是个典型的亲 气元素，一般呈气体形式存在，氡的主要化学参数见表2 1 【5 】。 表2 1 氡的化学参数表 兀原子原子原子容熔点沸点电子地表地球化 电离势 素序数 且 积l 构型丰度学电价 e v 重 i m8 62 2 29 7 37 16 1 8 6 s 2 6 p 6 7 l o 。1 2o 1 0 7 4 6 2 1 2 氡的物理性质 氡在温度为6 5 和1 0 1 3 2 5 p a 压力下，转化为液态，在o 和1 0 1 3 2 5 p a 下， 气态氡的密度为9 7 2 7 1 0 。3 c m 3 ，氡转化为固态的温度约为1 1 3 ，液态氡的密 度为5 7 9 ，c m 3 ，熔点为7 1 。沸点为6 1 8 【1 0 l 。 氡气除了能赋存于岩石和土壤的孔隙裂隙和溶于水外，还能溶于脂肪、油类 和各类有机溶剂，但不同介质中氡气含量差异较大( 表2 2 ) 。 从表中可看出，氡在脂肪、油类和各类有机溶剂中含量很高，氡在脂肪中的 含量是水中的1 2 5 倍，氡在石油中的含量高达9 2 5 1 6 6 5 b q l ，在油田水中的 含量也高达9 2 5 1 2 9 5 b q l ，这为应用氡气测量方法寻找油气田提供了理论基 础f 5 】o 5 桂林理工大学硕士学位论文 表2 2 氡在不同介质中的丰度 序号介质丰度 l地壳7 1 0 1 2 2天然水中 3 7 3 7 b q l 3 海水中 1 1 0 巧l 4 空气中 地表气3 7 b q l ( 1 ) 油田水：9 2 5 1 2 9 5 b q l 5 油气田中 ( 2 ) 石油：9 2 5 1 6 6 5 b q l ( 3 ) 天然气：o 3 7 1 1 8 b q l 2 2 氡气异常形成机理 2 2 1 氡迁移机理 自氡扩散迁移机理被提出以来，人们相继提出了许多氡气迁移假说，并且通 过实验和数值模拟进行了验证和检验。总的来说可以分为两类：外因引起的氡气 迁移和内因引起的氡气迁移 1 、外因引起的氡气迁移 外因引起的氡气迁移概括起来主要有：扩散对流、孔隙流体迁移、温度压力、 接力传递等作用。 ( 1 ) 扩散对流作用 氡气迁移的扩散理论模式早在本世纪4 0 年代就提出来了。几十年来，这个 理论模式一直是解释氡射气迁移的主要依据。氡射气是一种可随时间而衰变的放 射性气体，它的分子由于热运动的结果而向浓度小的方向移动，称为扩散作用； 对流是经典著作中视为仅次于扩散的作用，常用来描述氡射气迁移。这种设想认 为，当存在着压力差时，气体可以从压力高的部位向压力低的部位迁移。这就是 所谓的气体的对流作用。 李韧杰【1 l 】根据氡在多孔介质中迁移的理论，导出氡在充满流体的空隙中行进 的动力有体积活动梯度和压力梯度两种，即扩散和对流，扩散是低渗透性土壤中 氡迁移的主要方式，而对流是较高的可渗透性土壤中氡迁移的主要方式。多数情 况下氡迁移是这两种方式的结合。 ( 2 ) 孔隙流体作用 地下流体广泛存在于岩石孔隙中，并且处在不断运动中，而氡气溶解于地下 流体中，因而地下流体的运动就成为氡气迁移到地表的一个主要途径。 w i l k e n i n g 【1 2 】提出，氡半衰期很短决定其迁移距离很短，深部氡的迁移需要依 6 桂林理工大学硕士学位论文 靠一种相对快速运动的气体，如c 0 2 ，c h 4 或n 2 的运动能将其从地下深部带到地 表上来。 m a l m q v i s t l 【1 3 1 4 】通过用“倒置杯子”方法在不同深度的土壤中测量氡的浓度 以及对同一剖面的钻孔中取岩心样测量氡的扩散等的结果，提出了来自基岩中的 氡被流动气体或水携带，随气体和水的流动而迁移。 李亚平等【l5 】认为水中氡的迁移主要取决于水的迁移，地下水的运动就成为 氡迁移到地表的一个重要途径。一方面，在地下水的水平和垂直运动作用下，部分 水中氡通过扩散、抽吸和对流等作用离开地下水到达地表：另一方面，在地质构造 作用下，水中的氡随着地下水沿着破碎带或裂隙向地表方向迁移。 叶树林等【i6 】在用放射性勘探方法圈定滑坡边界时，认为其可行的理论基础 是：在滑坡地段，由于滑坡作用，导致土体和岩体中已有和潜在的裂隙加大或发生 破裂，连通性变好，使其中流体沿裂隙迁移运动，从而带动氡向上迁移。 戴华林等【1 7 】研究了测氡确定隐伏断裂的理论基础：当岩石中存在岩溶、节理 裂隙、断裂破碎带时，它们便是地下水和气体良好的储存场所和运移通道。水和 气体的运动带动了氡的迁移。 ( 3 ) 温度压力作用 氡的抽吸作用是几年前欧美一些学者提出来的观点，文献资料中已有不少报 导。当土壤和空气的温度存在差异时，如空气温度高，由于热的作用、水蒸气蒸 发，使得地下的铀矿体衰变出来的氡射气不断地向上迁移，温度差异越大，氡向 上迁移也越快越多。另外，由于地热梯度的关系，气体在向冷的部位迁移时，带 动氡的迁移压力作用有伴生气体的压力作用和大气压力的纵深效应。 李韧杰【n 】对废石和尾矿氡的析出率与温度压力的关系进行了相关性分析，发 现气压的变化会使氡的析出产生一个瞬时变化，原因是气压的变化在大气、废石 和尾矿之间产生了压力梯度，导致其中的气体垂向迁移。地温和气温的差别与氡 析出关系密切，温差增氡的析出率也增大。 ( 4 ) 接力传递作用 氡的接力传递作用，是基于如下因素提出的：氡同位素的半衰期短，本身不 可能做长距离的运动；氡的母体镭核素的半衰期很长，它可以做长距离的运动。 白云生等【1 8 】分析了多种氡迁移机理，如扩散理论、对流作用、抽吸作用、 泵吸作用、地下水的搬运作用、伴生气体的压力作用、地热作用、地震应力作用 引起的毛细压力的变化、大气压力的纵深效应等，认为其中大部分迁移机理只适 应于潜水面以上的盖层中氡的迁移，不能全面解释铀矿床中氡的迁移，认为氡的 迁移距离在不少情况下取决于铀矿体周围地质作用而发育起来的原生晕和次生 晕的发育程度，氡的母体镭元素的迁移距离在很大程度上决定了氡的迁移距离。 7 桂林理工大学硕士学位论文 铀矿床氡迁移机理一般为多棒接力传递作用。 f o l g e r 等【1 9 2 l 】用数值模拟方法研究了水氡的迁移。认为水氡是依靠其载体的 流动而迁移。但长距离的迁移与其母体铀、镭的迁移息息相关。 吴慧山等【2 2 】认为根据氡的半衰期，扩散和对流只能使氡做短距离迁移，长 距离迁移要依靠接力传递作用实现的。测氡法找矿就是依据氡的接力传递作用， 如果矿体在潜水面以下，其中的镭在地下水的作用下，向上迁移到氧化还原过 渡带的潜水面附近沉积下来，沉淀的镭衰变出氡，再向上迁移。这种接力传递作 用很好地解释了氡法可以助察数百米的矿的原因。氡在地质过程中的接力传递 为：构造的产生形成低压力区，然后镭、铀等放射性物质从构造周围流向这个低 压带，并借助水，在压力的作用下迁移到地表，氡是由在潜水面附近沉淀的镭衰 变而来，并经过扩散、对流等作用迁移到地表。氡法监测地震也是依据氡的接力 传递作用实现的。应变能以纵波的形式传播，引起岩石疏密变化造成氡的迁移。 2 、内因引起的氡气迁移 内因引起氡迁移的机理的研究是近几年才开始的，还处在探索阶段，一些结 论是在理想条件下得出的，其主要进展有： 贾文懿等【2 3 】认为：尽管氡及其子体密度很大，但在理想空气中却具有明显 向上运移的能力，这不是用外因可以阐述的现象，而有其固有的内因。氡及其子 体和母体多为a 辐射体，它们放出的a 粒子减速后成为4 h e ，能与氡及其子体和 母体形成复合团簇。氦很轻，当其复合团簇浮力大于重力时，团簇便会自行上升， 成为氡及其子体向上运移的内因。据此，不能只以氡的半衰期最长不过3 8 2 5 天 来计算氡及其子体的运移距离，而应从团簇的总效应来考虑其效果。而且氡及其 子体与氦能形成复合团簇的认识，对其他重金属微粒组成的地气和气溶胶运移研 究是有意义的，它们有相似属性。 贾文懿等【2 4 】应用高灵敏度、高精度、静态累积、易于重复观测的测氡技术， 在室内较理想的条件下，进行了氡及其子体的运移规律及机理研究，发现：( 1 ) 氡及其子体的纵向运移能力远大于横向运移能力；( 2 ) 氡及其子体比重很大，但 其向上运移的贡献大于向下运移的贡献：( 3 ) 氡及其子体和母体衰变放出的q 粒 子减速后形成4 h e ，能与它们形成团簇，当其密度小于空气时，能自行上行。 乐仁昌等【2 5 】设计了一套可以在理想条件下观测氡气运移的装置，他通过多 次实验发现：在理想条件下，虽然氡及其子体的比重比空气大，却具有明显向上 运移能力，存在一种比扩散和重力沉降大得多的“上浮 运移机制。他提出了氡 团簇运移模型理论对这一现象进行解释。该模型认为：氦核及氦可以与氡及其子 体结合成团簇，由于氦很轻，当这团簇的重量小于空气对它的浮力时，导致团 簇自行上升。 桂林理工大学硕士