北京平原区土壤氡地球化学特征分析

张晓亮，王志辉，白凌燕，何 静

（北京市地质调查研究院，北京 100195）

北京平原区土壤氡地球化学特征分析

张晓亮，王志辉，白凌燕，何 静

（北京市地质调查研究院，北京 100195）

对北京平原区北西向和北东向两条氡浓度剖面进行了测量，发现北部地区氡背景值要大于南部，东向西方向氡浓度变化起伏频繁。分析其原因主要是受到土壤母质、地层以及断裂的影响，发现断裂是影响北京平原区氡浓度高值的主要因素。

土壤氡； 核素比活度； 氡浓度；断裂

0 引言

氡(222Rn)是一种无色无味放射性气体,由放射性核素镭衰变形成，广泛存在于人类的生活和工作环境中。据联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）估计，氡及其子体是天然源有效剂量的最大贡献者，通常被认为约占年有效剂量的54%，而进入人居室内的氡56%主要来自地基（土壤和岩石）[1]。已有资料表明[2]，受高浓度氡长期照射的人群，肺癌等致命性疾病的发病率会显著增加。因此，了解和掌握平原区氡的分布特征，分析其形成原因，对城市规划发展具有重要意义。本文通过对北京平原区北西向和北东向两条土壤氡剖面测量，获得相应数据并绘制土壤氡剖面图，以此来分析北京平原区土壤氡浓度水平、分布情况及其影响因素，这不仅为北京城市建设提供了平原区氡浓度背景资料，也为保护广大市民群众的身心健康做出有益贡献。

1 测量仪器与数据采集

（1）测量仪器

本次使用的测氡仪是上海申核电子仪器有限公司生产的FD-3017型RaA测氡仪（2003年建设部对全国20个城市土壤氡调查指定统一使用的仪器）。其工作原理，利用静电收集氡衰变的第一代子体—RaA作为测量对象，定量测量土壤，或者水中的氡浓度。

（2）数据采集

①选用直径2.0cm左右，长80cm的钢钎，在土壤中打约70cm深的孔。②将钢钎拔出，迅速将取样器（使用前要检查取样器下端壁上的孔不能被泥土堵塞）插入土中，并将取样器顶端地表部分用土密封压实，以防止抽气时空气进入空中。应在测量土壤氡干燥塔的前端加棉纱和纤维，以防止微尘尘土抽入仪器内。③用软橡胶皮管将仪器与取样器连接时：一端接取样器的气体出口处，另一端接入附件干燥塔及仪器的进气孔。测量参数设置，充气时间：2min；测量时间：5min；排气时间：2min。④按“土壤氡”键进行测量；测量过程为：本底测量—充气—测量—排气。⑤测量完成，记录数据。

（3）质量保障

由于温度和湿度对土壤氡具有一定的干扰作用，因此，为了避免温度、湿度等外界因素对测量土壤氡的影响，测量时间控制在10月至11月之间，温度在18℃至24℃之间；采样点选在湿度适中的绿化带中，如遇到下雨，雨后48小时内不进行野外采样工作。此外，为了保证仪器的稳定性，在每次开展测量前，对同一地点进行土壤氡进行测量，观测数据浮动变化不大，表明仪器可以进行实际工作。

2 数据分析与处理

北东向土壤氡浓度剖面（aa′），北起怀柔统军庄火车站附近，南至大兴庞各庄镇赵村西，长约90km；北西向土壤氡浓度剖面（bb′），西起石景山区双峪路边，东至通州区柏德路，全长约60km。采样点距500m~800m（由于城市地质环境复杂，不具备等间距采样条件），北东向剖面采样点141个，北西向剖面采样点数94个，每采样点观测2至3次数据，取其平均数作为实际观测结果。剖面线分布如图1。

图1 北京平原区氡浓度剖面位置图

对两条氡浓度测量剖面数据整理分析，绘制出剖面图。由北东向氡浓度剖面图（如图2）可看出，根据氡浓度值的范围，可分为3个区段，即在45号点到73号点之间，顺义首都机场四号滑行桥西至东四环北路，氡浓度值处于高值区段，其平均值为3031Bq/m3；1号点到44号点之间，氡浓度平均值为1815 Bq/m3，高于74号点到139号点之间的氡浓度平均值1491 Bq/m3。北西向氡浓度剖面图（如图3），氡浓度值变化幅度较大，且变化频率较快。该剖面平均值为769 Bq/m3，最高值为3132Bq/m3，出现在大兴区黄易路边与通州小月家具厂附近。

图2 怀柔统军庄—大兴庞各庄测线（aa′）氡浓度剖面图

图3 石景山双峪路—通州柏德路测线（bb′）氡浓度与地质联合剖面图

下面从地质构造、地层和土壤母质原岩3个方面，探讨北京平原区土壤氡分布特征的形成原因。

首先，根据工作区的地质构造背景分析氡浓度的变化特征发现，怀柔统军庄—大兴庞各庄测线（aa′）氡浓度剖面，氡浓度高值区段断裂发育，且主要是在近些年研究的活动性断裂带附近，即南口—孙河断裂、顺义断裂以及黄庄—高丽营断裂。对石景山双峪路—通州柏德路测线（bb′）氡浓度剖面进行分析，发现氡浓度变化幅度较大且频繁。该剖面的走向与北京市平原区多条隐伏断裂走向相互垂直，如图1所示，北京北东向断裂发育，且多为中小型断裂。根据绘制的联合地质剖面图，发现几乎所有的异常点都出现在隐伏断裂附近，异常点与断裂位置吻合程度高。在基岩凹陷地区的氡浓度平均值要小于隆起地区，且基岩埋深较浅的断裂，对应的氡浓度值明显高于其他地区断裂带的氡浓度。因此，推断北京平原区的氡浓度分布特征不但与基岩的埋深有关，而且主要是受断裂影响。

其次，不同地层对氡的运移扩散同样存在影响（表1）。通过对怀柔统军庄至顺义机场段与朝阳区东四环北路至大兴庞各庄段地层分析，发现怀柔统军庄至顺义机场段处于潮白河洪积扇的顶部，地层主要以细、中砂为主；朝阳区东四环北路至大兴庞各庄段处于潮白河洪积扇的尾部，地层主要是以细砂、粘土与粘质砂土为主，远离其母质原岩，并且具较厚的粘土层。由于中细砂地层孔隙度大，要有利于氡的运移扩散，而粘土地层，孔隙度较小，对氡的运移起到阻隔的作用，所以在以中细砂为主的地层氡浓度要高于以粘质砂土和粘土为主的地层。因此，怀柔统军庄至顺义机场段氡浓度要高于朝阳区东四环北路至大兴庞各庄段。

表1 不同条件下的氡及其同位素扩散系数表[3]

第三，探讨土壤的母质原岩对平原区的氡浓度的影响。分别对西山12件和北山18件岩石核素样品进行了核素含量统计（如图4），并且按照不同岩性进行核素含量统计分析（如图5），北山岩石的核素比活度要明显高于西山，岩浆岩的核素比活度要明显高于变质岩和沉积岩。由于北山多以岩浆岩和变质岩为主，西山则以沉积岩为主，而平原区北部土壤母质原岩主要来自与北山，西部土壤母质主要来自西山。因此，可初步解释北部地区土壤氡浓度背景值要高于西部地区的原因。

图4 不同地区核素比活度柱状图

图5 不同岩性核素比活度柱状图

3 结论与讨论

（1）北京平原区氡地球化学特征差异性明显。首先，北部地区氡背景值大于南部，其原因主要是受到土壤原岩以及土层的影响；其次，东西方向氡浓度变化起伏频繁，推断是受到断裂影响。

（2）结合两条剖面的氡浓度分布特征，推测断裂是影响北京平原区氡浓度异常分布的主要因素。

（3）由于平原区不同地区第四系厚度不同，氡元素在由深部向地表运移过程中，会受到不同土层物性的影响，因此，研究不同土层物性对氡元素的运移影响是今后研究的一个方向。

[1]刘汉彬，范 光.民用建筑工程场地土壤氡浓度测量[J].世界核地质科学，2004,21（1）：51～54.

[2]章 晔，程业勋，刘庆成，等.环境氡的来源于防治对策[J].物探与化探,1999,23(2)：81～83.

[3]吴慧山，梁树红，等.氡测量及实用数据[M].2001.

[4]张晓亮，方同明，韩 毅，王泽龙. 关于北京市平原区测氡定位隐伏活动断裂的探讨[J].城市地质，2013.

[5]徐仁崇，桂苗苗，彭军芝，洪云昱.厦门市土壤氡浓度水平及其分布规律调查[J].辐射防护，2012.

[6]Shao Yongxin,Yang Xulian,and Li Yibing. Measurement and Result of Soil Gas Radon and Soil Gas Mercury in the Exploration of Haihe Hidden Fault [J].Earthquake Researchin China, 2008.

[7]赵桂芝,肖德涛.土壤氡浓度的测量方法现状[J].核电子学与探测技术,2007.

[8]戴华林，胡建平，包乾宗，汪文秉.关于浅层地震勘探和测氡定位隐伏断裂的初步探讨[J].西安工程学院学报，2001.

[9]King,Chi-Yu. Radon emanation on San Andreas Fault [J]. Nature, 1978，271（5645）：516～519.

[10]Oktay Baykara,Mahmut Dog ru. Measurements of radon and uranium concentration in water and soil samples from East Anatolian Active Fault Systems (Turkey) [J]. Radiation Measurements, 2006,41（3）：362～367.

[11]杨 斌.南通市土壤放射性环境本底调查[J].中国辐射卫生，2013.

[12]Dariusz Malczewski, Jerzy Zaba. 222Rn and 220Rn concentrations in soil gas of Karkonoszee Izera Block (Sudetes,Poland)[J].Journal of Environmental Radioactivity, 2007，92：144～164.

Analysis of the Soil Radon Geochemical Characteristics in Beijing Plain Area

ZHANG Xiaoliang, WANG Zhihui, BAI Lingyan, HE Jing
（Beijing Geological Survey, Beijing 100195）

In order to understand the distribution characteristics of soil radon and its inf uence factors, the investigation of radon characteristics on the two NW-direction and NE-direction prof les are f nished in Beijing plain area. The result indicates that the background radon concentration in the north of the area is much higher than that in the south, and the radon concentration varies obviously from east to west. The soil’s parent material, stratum and fault are the major inf uence factors that cause the above characteristics. Further more, the fault is the major factor on impacting the radon concentration in Beijing plain area.

Soil radon; Radionuclide specif c activity; Radon concentration; Fault

X53

A

1007-1903（2014）03-0029-04

张晓亮，男（1982- ），工程师，主要从事物探、遥感、氡测量等工作。Email：zxlddy@163.com