麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶土氡特征及活動(dòng)性研究

何超楓　陳州豐　齊　信　王秋良　林亞洲

1　中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室), 武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 2　中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心, 武漢市光谷大道69號(hào)，430205

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麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶土氡特征及活動(dòng)性研究

何超楓1陳州豐2齊信2王秋良1林亞洲1

1中國地震局地震研究所(地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室), 武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071 2中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心, 武漢市光谷大道69號(hào)，430205

摘要：對麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶的土氡(Rn)濃度進(jìn)行測量，并與該區(qū)域地質(zhì)剖面進(jìn)行對比，探討麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶的位置、規(guī)模和產(chǎn)狀等基本特征。結(jié)果表明，斷裂帶整體走向北北東，穿過閻家河鎮(zhèn)和夫子河鎮(zhèn)，大致傾向西，傾角較陡，破碎帶寬度達(dá)數(shù)十m至100 m。基于實(shí)測土氡數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的土氡斷裂活動(dòng)性評價(jià)方法認(rèn)為，麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶現(xiàn)今具有較強(qiáng)的活動(dòng)性。斷裂帶土氡異常呈現(xiàn)出北強(qiáng)南弱的特征，推測其原因?yàn)椋?)麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶活動(dòng)性自北向南有減弱的趨勢；2)麻城6.0級(jí)地震增大了近震區(qū)氡氣的逸散速率。

關(guān)鍵詞：土氡測量；麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶；氡異常；背景值；斷裂活動(dòng)性

氡作為一種惰性氣體，很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但易被巖土物質(zhì)所吸附。斷層的破碎帶或裂隙系統(tǒng)為氡氣運(yùn)移提供了通道，增強(qiáng)了巖石的射氣能力，促使氡氣由高濃度區(qū)向地表等低濃度區(qū)遷移，從而形成土氡異常區(qū)[1]。

1932-04-06麻城市附近發(fā)生6.0級(jí)地震，多位學(xué)者認(rèn)為，此次地震與麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶有關(guān)[2]。然而，由于震區(qū)受植被、第四系土層以及人類活動(dòng)的影響，活動(dòng)斷裂出露并不明顯。鑒于土氡技術(shù)在探測隱伏斷層中便捷、可靠的優(yōu)點(diǎn)，本研究利用該方法對麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶兩條測線進(jìn)行探測，為深入研究該斷裂的規(guī)模、產(chǎn)狀及活動(dòng)性提供參考。

1研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于湖北省麻城市，地處揚(yáng)子地臺(tái)北部、華北地臺(tái)南緣，屬桐柏-大別隆起區(qū)，區(qū)域內(nèi)主要有北東東向的麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶、萬義-龍井?dāng)嗔选Ⅹ椛郊?古洞寺斷裂，北西向的襄樊-廣濟(jì)斷裂、大田鋪斷裂等。麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶總體走向20°～40°，傾向NWW，傾角30°～60°，錯(cuò)斷太古界、元古界和燕山期花崗巖體，并控制中-新生代麻城-新洲槽地的發(fā)育，為一條控巖、控盆且具多期活動(dòng)的強(qiáng)烈變形帶(圖1)。

兩條土氡測線分別為閻家河鎮(zhèn)測線(MC-1)和夫子河鎮(zhèn)測線(MC-2)。其中MC-1測線橫跨桃林河，區(qū)域內(nèi)地貌以低山、丘陵為主。胡家山南麓發(fā)育二級(jí)沖洪積扇，其中較老一級(jí)相對高度約10 m，較新一級(jí)發(fā)育在被沖溝切蝕的凹槽內(nèi)，高1 m左右。MC-2測線位于210縣道東側(cè)，測區(qū)西側(cè)以麻城-新洲盆地的河流階地和崗狀平原為主，地形起伏較小；東側(cè)為大別山脈中段，主要為剝蝕丘陵和殘丘地貌。測區(qū)被全新統(tǒng)亞砂及粘土覆蓋。

2 測量方法與數(shù)據(jù)處理

2.1測量儀器

采用FD-3017RaA測氡儀，其利用靜電收集氡衰變第一代子體RaA 作為測量對象，定量測量土壤氡濃度。

2.2測量步驟

測線布設(shè)盡量垂直于斷層，點(diǎn)距一般為10 m。在異常范圍進(jìn)行加密觀測，加密點(diǎn)點(diǎn)距為2 m。根據(jù)選取的剖面測線，在測量點(diǎn)處打入鋼釬。參照文獻(xiàn)[1，3]，并考慮測區(qū)地表為密實(shí)老粘土，打入、拔取鋼釬較為困難，因此確定探測深度約為50 cm。測試前凈化儀器內(nèi)的氣體，然后在測試點(diǎn)上抽取1.5 L土壤氣，高壓富集氡氣2 min，取出收集片放入測量盒進(jìn)行2 min氡氣測量，最后讀取脈沖計(jì)數(shù)[3]。

對部分關(guān)鍵異常點(diǎn)取多樣測量。取多樣的原則是以第1個(gè)取樣點(diǎn)為圓心，在半徑1 m的范圍內(nèi)取樣。取雙樣的點(diǎn)位，以其平均值作為測量值；取3個(gè)測量值的點(diǎn)位，以剔除偏差較大值后的平均值作為測量值。

2.3背景值與異常下限值的確定

考慮到斷層處的地層性質(zhì)和采樣環(huán)境，并參照當(dāng)?shù)氐厍蚧瘜W(xué)資料，本次測線分別取其全部數(shù)據(jù)的平均值作為背景值(B)。根據(jù)中國地震局活斷層探測標(biāo)準(zhǔn)[4]，地球化學(xué)探測各測項(xiàng)異常下限值應(yīng)為該測項(xiàng)的均值與 2～4 倍均方差之和，超出此下限值推測為可能存在活動(dòng)斷層的地球化學(xué)異常。根據(jù)實(shí)際探測情況，本文以均值與2倍均方差之和作為異常下限值(F)。

為減少人為和環(huán)境等因素的影響，將有兩個(gè)或兩個(gè)以上連續(xù)測點(diǎn)測量值高于異常下限值的區(qū)域認(rèn)定為異常區(qū)[5]。

3活動(dòng)性評價(jià)方法

目前利用土氡濃度來進(jìn)行斷裂活動(dòng)性判別還

沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一些學(xué)者結(jié)合理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定出幾種僅適用于局部地區(qū)的相對活動(dòng)性評價(jià)原則[6-8]。由于單個(gè)峰值是直接測量數(shù)據(jù)，存在較大的不確定性，而且斷裂的活動(dòng)性是斷裂本身結(jié)合場地的射氣條件反映到異常區(qū)域內(nèi)，即每個(gè)異常區(qū)域內(nèi)的測量值都包含了斷裂活動(dòng)性的信息。因此，相比于峰背比(峰值與背景值之比)，異常襯度能更合理地反映出異常相對于區(qū)域背景的起伏變化程度。

結(jié)合張平安[7]和邵永新[8]的評價(jià)方法，本文對麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶的活動(dòng)性進(jìn)行探討，具體方法見表1。表1中，C為異常襯度，C=/N，為異常平均值，即異常區(qū)內(nèi)異常測值的平均值，N為非異常均值，即正常區(qū)域內(nèi)測量值的平均值[8]。

4測量結(jié)果及分析

4.1閻家河鎮(zhèn)剖面測線(MC-1)土氡測量結(jié)果

測線MC-1位于麻城市閻家河鎮(zhèn)葉家灣至胡家山一帶，長1 880 m，測量間距10 m，共測量212個(gè)點(diǎn)(包括22個(gè)加密點(diǎn))。其中桃林河西測區(qū)為耕植地，測線長度990 m，測點(diǎn)100個(gè)；桃林河?xùn)|測區(qū)為胡家山西麓，天然植被較發(fā)育，測線長度890 m，測點(diǎn)112個(gè)(包括22個(gè)加密點(diǎn))。地質(zhì)資料顯示，主斷裂(F)在地表由胡家山西麓穿過，切割東湖群砂礫巖(K2-E)和大別山群變質(zhì)巖(Ar3-Pt1)，呈西盤東湖群下降的正斷性質(zhì)，構(gòu)造巖以硅化角礫巖、碎裂巖為主(圖2)。

桃林河?xùn)|岸為緩坡耕地，西岸為平整耕地，測線土氡背景值為6脈沖/2 min，異常下限值為25脈沖/2 min。氡異常曲線呈多峰型，異常值出現(xiàn)在東測線330～450 m，主峰位于380 m處，峰值達(dá)52脈沖/2 min，為背景值的8.67倍，桃林河西側(cè)未發(fā)現(xiàn)異常。探測結(jié)果見圖3。

4.2夫子河鎮(zhèn)剖面測線(MC-2)土氡測量結(jié)果

測線MC-2位于麻城市夫子河鎮(zhèn)西南王家大塘至何家塘一帶，測線東側(cè)為菜地，西側(cè)為田地，長1 390 m，測量間距10 m，測點(diǎn)140個(gè)。場地上覆全新統(tǒng)亞砂土和耕植層，其下為東湖群砂礫巖(K2-E)和大別群(Ar3-Pt1)變質(zhì)巖，變質(zhì)巖主要為灰綠色云母石英片巖、角閃片巖和斜長云母片麻巖等。主斷裂帶(F)切割東湖群砂礫巖和大別山群變質(zhì)巖，碎裂巖發(fā)育，東側(cè)有次級(jí)斷裂f(圖4)。

MC-2測線土氡背景值為16脈沖/2 min，異常下限值為56脈沖/2 min。氡異常曲線呈雙峰型，異常值出現(xiàn)在測線980～1 000 m、1 160～1 170 m區(qū)域，主峰位于990 m處，峰值達(dá)108脈沖/2 min；次峰位于1 170 m處，峰值達(dá)85脈沖/2 min，探測結(jié)果見圖5。

4.3土氡探測結(jié)果及分析

MC-1和MC-2土氡測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。李洪藝等[9]研究認(rèn)為，在其他條件一致的情況下，若斷層傾角較陡，則Rn濃度變化曲線易表現(xiàn)出對稱性。對單個(gè)斷裂而言，連續(xù)高異常點(diǎn)圈定的范圍大小可推測為主斷裂破碎帶的寬度，主斷裂位于該范圍之內(nèi)。劉菁華等[10]認(rèn)為氡氣異常區(qū)的連線可以大致確定斷層的走向，一般從峰值點(diǎn)向兩端衰減較慢一側(cè)為斷層的上盤，再結(jié)合斷層走向就可以推測出斷層面的傾向。

由圖3看出，MC-1脈沖曲線呈多峰型，異常區(qū)位于東測線330～450 m處，范圍達(dá)120 m，推測此處斷層破碎巖規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)十m至100 m，峰型的對稱性反映出斷層傾角較陡。根據(jù)異常區(qū)兩端突跳點(diǎn)判斷，主斷裂位于東測線330～450 m范圍內(nèi)。而主斷裂逸出的氡氣和動(dòng)植物產(chǎn)生在土壤中的腐殖質(zhì)使得東測線背景值大于西測線背景值，并且測量值表現(xiàn)出較大的離散性。

如圖5所示，MC-2脈沖曲線呈雙峰型，主峰西側(cè)曲線梯度逐漸變緩，因此推斷主峰對應(yīng)主斷裂，緩坡對應(yīng)斷層的上盤，即該處斷層大致傾向西，傾角中等，主斷裂位于測線980～1000 m范圍內(nèi)。結(jié)合地質(zhì)剖面分析認(rèn)為，次峰異常為主斷裂東側(cè)的次級(jí)斷裂所致，該斷裂傾向與主斷裂相反，規(guī)模較小。

5結(jié)語

土氡探測數(shù)據(jù)顯示，麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶在閻家河鎮(zhèn)和夫子河鎮(zhèn)穿過，整體走向北北東，大致傾向西，傾角較陡，破碎帶寬度達(dá)數(shù)十m至100 m，測量結(jié)果與實(shí)測地質(zhì)剖面具有較好的一致性。MC-1和MC-2測線異常襯度計(jì)算結(jié)果分別為7.3和6.5，根據(jù)前述土氡活動(dòng)性評價(jià)原則認(rèn)為，麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶在近地質(zhì)年代以來曾發(fā)生過較強(qiáng)活動(dòng)，現(xiàn)今仍具有較大的活動(dòng)強(qiáng)度。該結(jié)論與麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶斷層泥ESR測年結(jié)果[6](麻城市桃林河斷層泥(324±30) Ka、明山水庫斷層泥(404±45) Ka)及地殼形變數(shù)據(jù)[11](東盤年上升速率1.02～1.22 mm/a、西盤年下降速率0.62～4.29 mm/a)一致，為麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶是麻城6.0級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造這一觀點(diǎn)提供了證據(jù)。

對比兩條測線探測結(jié)果可以得出，MC-1峰背比和異常襯度值均大于MC-2測線，即靠近震中位置的斷層土氡異常表現(xiàn)得更加明顯。其原因可能為：麻城-團(tuán)風(fēng)斷裂帶整體上自北向南活動(dòng)性有減弱的趨勢[12]，而土氡異常強(qiáng)度與斷裂的活動(dòng)性有關(guān)；由于受到6.0級(jí)地震作用，原本平靜的斷層面和裂隙發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或產(chǎn)生新的破裂面，促進(jìn)射氣系統(tǒng)進(jìn)一步開放，增大了近震區(qū)氡氣的逸散速率。

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Foundation support:Special Basic Fund of China Geological Survey No.1212011120097.

About the first author:HE Chaofeng, postgraduate, majors in geological engineering,E-mail:hcf_1213@126.com.

Study on Soid Radon Features and Activity Analysis of the Macheng-Tuanfeng Fault

HEChaofeng1CHENZhoufeng2QIXin2WANGQiuliang1LINYazhou1

1Key Laboratory of Earthquake Geodesy,Institute of Seismology,CEA,40 Hongshance Road,Wuhan 430071,China 2Wuhan Center of China Geological Survey, 69 Guanggu Road,Wuhan 430205,China

Abstract:The soil radon (Rn) concentration of the Macheng-Tuanfeng fault has been measured through radon measurement. A comparison of the measuring results and regional geological section leads to discussions of the geographical location, scale and occurrence of the Macheng-Tuanfeng fault. The result reveals that the major fault generally strikes NNE across the Fuzihe town and Yanjiahe town, dipping north and with a high dip angle, and the width of fracture zone ranges from tens of meters up to one hundred meters. Combined with the measured data and the available soil radon appraisal methods of fault activity, we consider that the Macheng-Tuanfeng fault still has a high level of activity. The data also indicates a soil radon anomaly with an imbalance between south and north; we supposed this for two reasons: 1) the activity of the Macheng-Tuanfeng fault presents a weakening tendency from north to south; 2) due to the Macheng magnitude 6.0 earthquake, the release rate of radon gas has increased near the earthquake area.

Key words:soil radon measurement；Macheng-Tuanfeng fault； radon anomaly；background value；fault activity

收稿日期：2015-07-01

第一作者簡介：何超楓，碩士生，主要從事地質(zhì)工程研究，E-mail:hcf_1213@126.com。 通訊作者：王秋良，博士，副研究員，主要從事地震地質(zhì)、活動(dòng)構(gòu)造等研究，E-mail:wql0703@sohu.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.008

文章編號(hào)：1671-5942(2016)06-0504-04

中圖分類號(hào)：P315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Corresponding author:WANG Qiuliang, PhD,associate researcher, majors in seismo-geology and active tectonics,E-mail:wql0703@sohu.com.

項(xiàng)目來源：中國地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)研究專項(xiàng)(1212011120097)。