西秦嶺北緣斷裂帶深部氣體地球化學特征與斷層形變空間分布相關性研究

李晨樺, 張 慧, 蘇鶴軍 , 周慧玲

(1.中國地震局蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000; 2.中國地震局地震預測研究所蘭州科技創(chuàng)新基地,甘肅 蘭州 730000)

西秦嶺北緣斷裂帶深部氣體地球化學特征與斷層形變空間分布相關性研究

李晨樺1,2, 張 慧1, 2, 蘇鶴軍1,2, 周慧玲1

(1.中國地震局蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000; 2.中國地震局地震預測研究所蘭州科技創(chuàng)新基地,甘肅 蘭州 730000)

斷裂帶氣體地球化學特征與形變特征之間的相關關系是建立具有物理預報思路斷層氣流動觀測網絡布設的重要課題。選擇有大量溫泉出露點且形變較劇烈的西秦嶺北緣斷裂帶為研究對象,對跨斷層形變測量場地進行斷層土壤氣剖面重合布設及現場測量,重點研究斷層氣分段性特征與斷層形變、地震活動性特征耦合關系,探討利用多種方法開展斷裂帶強震危險性分析的可能性。結果表明:斷裂帶土壤氣地球化學特征和斷層水準形變特征的分布具有良好相關關系,二者對比結果同時顯示出西秦嶺北緣斷裂帶中東段——武山段斷層活動性相對活躍,渭源—漳縣段次之,天水段斷層相對閉鎖的特征;且武山和甘谷走滑拉分區(qū)因流體活動的影響以中小地震活動為主,天水段和漳縣段西部及與武山段交匯的盤古川地區(qū),流體活動較弱,應變速率較小,存在孕育強震的可能。

斷層土壤氣; 斷層形變特征; 地球化學特征

0 引言

地下流體在地殼中是廣泛存在的,其對地震孕育發(fā)生的影響不容忽視。從地下流體中脫氣而來的地下氣體在構造應力的作用下不斷沿著斷裂帶向地球表面遷移和釋放,不同斷裂帶以及同一斷裂帶構造應力狀態(tài)的不同,使得地下氣體濃度強度以及氣體組分產生差異[1-2]。中強地震的發(fā)生常常伴隨著顯著的地殼變形[3]。斷層屬于地殼形變的薄弱地帶,對構造應力場變化最敏感,在捕捉強地震孕育信息中扮演著十分重要的角色?？鐢鄬铀疁蕼y量作為獲取斷層形變信息的最主要手段之一,其異?，F象常常被看作地震前兆信息的一個重要指標[4]。但地震的孕育過程及發(fā)生是極其復雜的,需要從多角度對斷層的變形、滲流特征等相互作用進行研究,注重應力場與滲流場、溫度場之間的耦合。因此開展斷層氣地球化學特征異常與地球物理場特別是地殼形變觀測資料的結合研究是探討地震重點危險區(qū)的斷層活動性,研究地震孕育發(fā)生過程的必要前提。

西秦嶺北緣斷裂帶是青藏高原東北緣主要構造邊界斷裂帶之一,地殼厚度與重力梯度變化強烈,地震活動頻繁,地質構造關系復雜,切割深度較大,且該區(qū)花崗巖發(fā)育[5]。沿斷裂走向分布了大量溫泉,且出水溫度普遍較高,攜帶了豐富的地殼深部信息。歷史上曾多次發(fā)生過中強地震,從公元前781年有地震記載至今,沿該斷裂帶共發(fā)生5級以上中強地震30余次,包括公元143年甘谷7級地震、公元743年天水7級地震、公元1654年天水8級地震、公元1879年武都南8級地震和公元1718年甘肅通渭7.5級地震[6]。該斷裂帶地震危險性在2008年汶川地震后越發(fā)引起人們的關注[7-8]。張慧等[9]曾在蘭州市活動斷層上開展斷裂帶土壤氣異常特征研究,結果顯示斷層土壤氣測量是活斷層探測和研究的有效方法。蘇鶴軍等[10]曾利用斷層土壤氣汞、氡地球化學特征異常與斷層分布之間的關系及與斷裂帶地震活動性z值、b值的時空特征分析,進行西秦嶺北緣斷裂帶斷層活動性分段研究。但目前在該研究區(qū)仍未開展過斷層氣地球化學特征異常與地球物理場,特別是地殼形變觀測資料的結合研究。

本文選取西秦嶺北緣斷裂帶作為研究區(qū),結合斷層氣地球化學特征和研究區(qū)近年來跨斷層流動水準形變資料,重點研究斷裂帶斷層氣分布特征與形變關系,探討地下應力場與活動斷裂帶孕震環(huán)境變化的機理,研究活動斷裂帶斷層氣異常與其反應的區(qū)域應力過程的機理。

1 研究區(qū)地質概況及測線布設

西秦嶺北緣斷裂是甘東南地區(qū)規(guī)模較大、活動較強的區(qū)域深大活動斷裂,屬于全新世活動斷裂,具有發(fā)生強震的構造條件。西秦嶺北緣斷裂帶東端與秦嶺北緣斷裂相連,從東到西由寶雞、天水、武山、漳縣、黃香溝和鍋麻灘共6個次級斷裂段左階羽列而成,走向NWW向,長約470 km。各次級斷裂間形成了5個張性階區(qū),為北道、溫家套、鴛鴦鎮(zhèn)、漳縣和蓮麓階區(qū),各段之間有部分重疊。根據這些斷層階區(qū)、斷層不同段的幾何特性、運動特征以及斷層性質等,構造地質學將其劃分為四個次級段,從西到東分別為鍋麻灘斷裂段、漳縣斷裂段、鴛鳳斷裂段和天水以東段[11]。

中國地震局第二監(jiān)測中心在甘東南布設有17處跨斷層水準流動場地,西秦嶺北緣斷裂帶上有五處場地(口子門、四店、盤古川、武家河、柳家溝及毛集),長期監(jiān)測場地主要集中在斷裂帶中東段,即漳縣段、鴛鳳斷裂段和天水段,因此本文研究主要以中東段為主。測線跨斷層布設,監(jiān)測斷層兩盤高差變化,測線高差是以上盤相對于下盤變化為基準的。自20世紀80年代末起測,每年3、7、11月份觀測3期,積累了豐富的資料[12]。我們在跨斷層水準場地同步布設斷層土壤氣測線,以便與跨斷層水準形變特征進行比對(圖1)。每條測線上相隔10 m布設一個測點。為了避免氣象條件影響,野外測量工作在5月份氣象條件較為穩(wěn)定時期內開展,且每一測點進行多次重復測量。剖面測線位置選擇要求植被較少、垂直斷裂同行條件較好、地表有一定厚度原始覆蓋層。測量過程中,儀器正常,無其他干擾因素影響,保證了測量數據的穩(wěn)定性和可靠性。儀器參數:氡氣測量采用SAPHYMO公司的AlphaGUARD P2000便攜式測氡儀,最低檢出限為2 Bq/m3,標準偏差<3%。汞氣測量采用ATG-200M 便攜式測汞儀,靈敏度高達 5×10-12克汞;在儀器最低檢出限時,基線零點漂移<2 mV/8 h;標準偏差<5%;取樣方法:首先用鋼釬鉆一個80 cm深的孔,插入取樣器,用設置流速為1 L/min的泵抽取土壤氣體至儀器,取樣體積為1 L。

圖1 跨斷層水準與斷層氣測量場地布設圖Fig.1 Site layout of cross-fault leveling and fault gas measurement

2 斷層氣體地球化學特征研究

2.1 數據處理方法

對各場地斷層土壤氣濃度分布單獨進行分析,并進行背景值與異常上下限計算(表1)。設每條測線的平均濃度值為背景值K,斷層氣異常下限值即為背景值+均方差(K+δ1)。因各場地區(qū)域地層巖性影響,背景值差異較大,為了避免巖性環(huán)境對整體斷裂帶斷層氣特征分析的影響,在研究斷裂帶整體斷層土壤氣特征時采用異常濃度強度分析法,即用每條測線的異常平均值與單測線背景值的比值代表本場地斷層土壤氣異常濃度強度,用S表示:S= (K+δ1)/K。利用濃度強度值的判定方法,對6條測線數據進行相應的分析,對斷層氣濃度空間分布特征進行系統(tǒng)研究(SHg、SRn分別表示Hg、Rn濃度強度)。

表1 剖面概況以及氣體濃度強度一覽表

2.2 空間分布特征分析

利用濃度強度比值的方法分別對西秦嶺北緣斷裂帶跨斷層場地氡、汞斷層氣濃度數據進行處理,結果見表1。西秦嶺北緣斷裂帶中東段氡、汞斷層氣濃度強度空間分布如圖2所示。該斷裂帶中東段氡、汞斷層氣濃度強度高值區(qū)出現在四店場地和武家河、柳家溝場地。渭源—漳縣段斷層上,口子門和盤古川場地的氡、汞濃度強度均低于四店場地,斷層氣氡、汞高值區(qū)均出現在中部的四店場地,氡、汞氣體表現出良好的同步性。武山段斷層上,斷層氣氡高值區(qū)出現在武家河場地,斷層氣汞高值區(qū)出現在柳家溝場地。天水段斷層上的毛集場地氡、汞濃度強度均較低?？v觀整條斷裂帶中東段,斷層氣濃度強度同樣呈現出明顯的分段特性:武山段較高,渭源—漳縣段次之,天水段較低。這與蘇鶴軍等[10]的研究結果一致。氡、汞氣體組分在渭源—漳縣段斷層上同步性較好,在武山段斷層上卻表現出了不同的場地效應,這說明氣體在上升通道運移過程中,不同組分的氣體運移特性是不同的。在同樣的區(qū)域應力作用下,氣體逸出的濃度強度是氣體組分固有特質和斷層構造性質共同影響的結果。整條斷裂帶斷層氣濃度強度差異性也反映出斷層各段地下介質的差異以及應力積累情況各異,導致斷層各段放氣能力明顯不同。

圖2 西秦嶺北緣斷裂帶跨斷層場地氡、汞濃度強度空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of Radon and Mercury concentration intensity in northern margin fault zone of West Qinling

3 西秦嶺北緣斷裂帶斷層形變特征研究

3.1 形變數據處理方法

(1) 形變趨勢累積率Dc

關于跨斷層水準數據的處理方法,陳兵等[13-14]曾提出斷層形變趨勢累積率指標,尋求呈長趨勢應變積累背景的構造區(qū)域,即對某場地計算所有時段(兩期觀測間)變化量之和與所有時段變化量絕對值之和的比。設跨斷層的兩個水準標志之間的高差觀測序列為h(t)(定義上盤相對下盤上升為正),則其速率:

趨勢變化速率:

趨勢變化幅度:

我們定義特征函數:

即Dc越大反映趨勢性變化越明顯,應變積累強度可能越高。

(2) 垂直形變速率Vt

從提取斷裂帶呈長趨勢應變積累強度的角度出發(fā),從斷層形變趨勢累積率指標方法中提取斷層形變趨勢變化速率,即垂直形變速率。斷層垂直形變速率大小反映了斷層應力積累情況。設跨斷層測段的兩水準標志之間的高差觀測序列為hi(t),則其趨勢變化速率:

即Vt值越大反映速率變化越明顯,應變積累速率越高。

3.2 西秦嶺北緣斷裂帶跨斷層形變特征

分別對西秦嶺北緣斷裂帶上六處跨斷層水準流動場地的水準數據進行趨勢累積率Dc和垂直形變速率Vt計算。分析結果如下:

趨勢累積率Dc隨時間變化曲線如圖3所示?？谧娱T、盤古川、毛集場地的趨勢累積率Dc經過上世紀九十年代初調整后基本趨于平穩(wěn)變化,隨時間起伏較為平緩,變化相對較小。四店、武家河與柳家溝場地趨勢累積率Dc隨時間起伏較大,變化相對劇烈,總體仍呈下降趨勢?？谧娱T場地Dc值2003年出現微小轉折,之前具有累積率緩慢遞減趨勢,2003—2012年基本保持穩(wěn)定累積狀態(tài)。盤古川場地在2004年之前Dc絕對值呈增大趨勢,曲線下降,之后Dc絕對值減小,曲線上升;毛集場地Dc值在1995年前呈增加趨勢,之后呈現穩(wěn)定積累狀態(tài)。四店場地Dc值略高于口子門、盤古川場地,在1992—1994年間Dc突然上升,下降后又逐漸上升,1996年達到高值后又恢復緩慢下降趨勢,在2003—2004年間猛然下降后又恢復緩慢下降趨勢。武家河場地Dc數值相對較大,在1991—1993年間該值大幅上升下降后趨于平緩下降,2000—2001年間又一次出現大幅下降后趨于平緩下降,直到2008年之后Dc值呈很小的遞增趨勢。柳家溝場地在1993—1994年與2003—2004年兩個時間段內同樣也出現了Dc下降幅度加速現象。

此現象反映出四店、武家河、柳家溝場地斷層應力的協(xié)調聯(lián)動效應以及調整后受到大范圍區(qū)域應力作用而繼續(xù)進行繼承性構造運動。巖石圈動力學研究表明,地殼運動受控于構造塊體之間的相互作用。該斷裂帶處于青藏高原東北緣,在以印度板塊的向北推擠作為動力來源的青藏塊體作用下,又受到包括鄂爾多斯塊體在內的華北亞板塊向西推擠,在以青藏塊體向北推擠為主的繼承性構造運動時,四店、武家河與柳家溝場地Dc同時表現為趨勢下降。但反映時間是略有差異的,四店與柳家溝場地Dc變化時間段都略滯后于武家河場地。由此推斷西秦嶺北緣斷裂帶中部受到應力作用出現應變變化較為靈敏,同一斷裂帶上的貫通性較好段出現相同反應,而閉鎖段則無明顯應變調整反應 (圖3)。

圖3 西秦嶺北緣斷裂帶各場地Dc與Vt時序曲線Fig.3 Dc and Vt time-sequence curves in northern margin fault zone of West Qinling

Dc

各場地Vt與Dc顯示出基本相同的趨勢變化?？谧娱T場地垂直形變速率非常低,保持在0.03～0.4 mm/a。四店場地垂直形變速率相對口子門較大,保持在0.2～1.2 mm/a;盤古川場地垂直形變速率很小,在0.02～0.12 mm/a;武家河場地垂直形變速率較大,保持在2～6 mm/a;柳家溝場地垂直形變速率也較大,在0.5～1.2 mm/a。毛集場地垂直形變速率相對較小,在0～0.22 mm/a。比較各場地Vt大小,武家河場地>柳家溝場地>四店場地>口子門場地>毛集場地>盤古川場地。

整體而言,口子門、盤古川、毛集場地的垂直形變速率Vt與趨勢累計率Dc隨時間起伏較為平緩,變化相對較小;四店、武家河與柳家溝場地隨時間起伏較大,變化相對較大。說明四店、武家河與柳家溝場地斷層垂直應變速率變化較大,形變趨勢也較為明顯,該場地斷層應力調整較為頻繁,斷層垂直活動相對較強;而口子門、盤古川場地斷層垂直應變速率較小,形變趨勢也較弱,該場地斷層應力調整頻率較低,斷層垂直活動也相對較弱。

4 水準形變與斷層土壤氣地球化學特征的空間分布對比

對比西秦嶺北緣斷裂帶中東段Rn、Hg濃度強度與平均垂直形變速率、趨勢累積率,結合研究區(qū)GPS速率結果,研究西秦嶺北緣斷裂帶中東段斷層氣濃度強度與斷層形變特征空間分布關系。

如圖4所示,斷層氣氡、汞濃度強度與斷層形變平均趨勢累積率、垂直形變速率在西秦嶺北緣斷裂帶中東段分段性較明顯。從西向東,渭源—漳縣段上的口子門—四店—盤古川場地的斷層氣氡、汞濃度強度分布形態(tài)與斷層形變趨勢累積率、垂直形變速率分布形態(tài)具有良好的同步性,均在四店場地表現出高值區(qū)。處于渭源—漳縣段與鍋麻灘段交匯區(qū)的口子門場地和渭源—漳縣段與武山段交匯區(qū)的盤古川場地斷層氣氡、汞濃度強度分布形態(tài)與斷層形變趨勢累積率、垂直形變速率均降低。可見渭源—漳縣段斷層的中部地區(qū)斷層較該段東西兩段斷層略為活躍,形變強度略大,氣體釋放強度也略強。

武山段上的武家河—柳家溝場地的斷層氣氡、汞濃度強度與斷層形變趨勢累積率、垂直形變速率同時變大,顯示出武家河高值區(qū)、柳家溝場地略低的特征,表明武山段斷層形變的累積程度增強,運動速率增強,氣體釋放強度增大。武山段斷層氡、汞濃度強度與斷層形變趨勢累積率、垂直形變速率較渭源—漳縣段整體略高?？v觀整個西秦嶺北緣斷裂帶中東段,形變強度與氣體強度高值區(qū)均出現在該段上?？梢娢渖蕉螖鄬踊钴S程度最大,而且形變強度與氣體強度表現也較為同步。

圖4 斷層氣濃度強度與斷層形變特征空間分布對比圖(GPS速率數據源引自文獻[15])Fig.4 Spatial distribution constrast of fault gas concentration intensity and fault deformation characteristics

天水段上的毛集場地斷層氣汞濃度強度與斷層形變趨勢累積率、垂直形變速率又逐漸變小,表明斷裂帶東段天水段形變累積程度和垂直運動速率以及斷層氣汞的釋放強度均小于斷裂帶中段,但斷層氣氡濃度強度較柳家溝場地略有升高,這與毛集場地處于禮縣—羅家堡斷裂與西秦嶺北緣斷裂的交匯地區(qū)、地質構造與地下介質性質較為復雜有關。

孟秀軍等[16]采用2008年5月—2010年9月的PS-InSAR技術對西秦嶺北緣斷裂帶中段甘谷地區(qū)斷裂帶地殼微小形變進行探測,得到南北兩盤的相對滑動速率約為5 mm/a。葛偉鵬[15]采用微小塊體模型反演GPS結果認為,西秦嶺北緣斷裂帶西段拉脊山直至渭源縣一帶處于極低的運動速率水平,約在0.2～1.5 mm/a間;斷裂中段通渭一帶滑動速率約為3.0 mm/a,斷裂東段天水一帶又具有極低滑動速率,約為0.5 mm/a。可見,西秦嶺北緣斷裂帶各段水平滑動速率差異也較為明顯,GPS水平形變速率強度呈現中段武山—甘谷地區(qū)強,渭源、天水區(qū)較弱的分段特性。這與跨斷層水準形變、斷層氣濃度強度分布具有良好的一致性。

結合西秦嶺北緣斷裂帶1967—2014年間的地震活動分布特征,對流體逸出氣氡與斷層形變在斷層活動性分段判定上做進一步探索。由圖5可知,西秦嶺北緣斷裂帶現今以中小地震為主,5級以上地震較少,而歷史上6級以上大震較多,離逝時間較久。地震活動具有明顯分段特征,斷裂帶武山段小震活動較東西兩端更為活躍,而天水段形成相對地震空區(qū),這與地下氣體活動性和斷層形變特征有著良好的對應性。在武山、甘谷的張性盆地區(qū)斷層氣濃度強度較高,對應的地震活動較活躍,斷層垂直形變和水平形變均較大,而斷裂中段東西兩端地震發(fā)生頻率較低,相對應的斷層氣濃度強度較低,斷層垂直形變速率和水平形變也較小。

圖5 西秦嶺北緣斷裂帶地震活動分布特征圖Fig.5 Distribution characteristics of seismic activities in the northern margin fault zone of West Qinling

5 討論

課題組曾對西秦嶺北緣斷裂帶的氫氧同位素進行研究,判定西秦嶺北緣斷裂帶內的地下水主要成因為古代大氣降水。即地表水沿斷裂下滲至地殼深處,由于隨深度增加而引起的滲透速度的減小和熱流的增長,在達到一定深度后滲流速度受到抑制,熱流場作用下的物質運移開始占優(yōu)勢。這就是說,任何情況下來自地表的處于靜水壓力作用下的地下水運動被限制在一定深度,內部因素的影響也疊加到這些過程中,經過加熱循環(huán)的地下流體又沿斷裂帶逐漸上升至地表。在此過程中,經過斷裂帶內的水巖反應以及地熱和區(qū)域應力驅動下孔隙壓的變化,地下流體的化學成分發(fā)生變化,并攜帶一部分深部氣體。結合本項目對西秦嶺北緣斷裂帶斷層逸出氣的研究及已有的認識,可判定斷裂帶不同區(qū)段存在不同流體滲透結構,而斷層土壤氣在武山—漳縣盆地以及甘谷表現出良好的滲透性,這與斷裂帶的整體構造展布十分統(tǒng)一。

斷層氣濃度強度與斷層形變強度分布形態(tài)的分段表現,某種程度上反映了斷裂帶凹凸體交錯分布的地質構造特點,且氣體濃度強度與形變強度在不同段上各有不同的表現形式。在地震平靜期斷層蠕動造成的孔隙壓實程度影響著流體壓力的大小,從而影響氣體釋放,而流體壓力的變化又對斷裂帶的有效正應力產生影響[17]。在流體壓力近似于巖石靜壓力的情況下,地震斷層膨脹或蠕動重復發(fā)生,可使斷層中的飽水裂隙網絡緩慢形成,從而逐漸增大斷層的持續(xù)滲透率[18];相反,斷層可被動地使流體匯集,導致流體產生并使較弱的斷層巖石局部發(fā)生水壓破裂;同時,斷層周圍相互連通的宏觀裂隙會增加圍巖的壓力擴散速率,但這些裂隙只有在流體壓力與裂隙法向壓力近于相等的情況下才會保持開啟狀態(tài)。武山段上氣體濃度強度與形變強度均較大,指示武山段斷層應變較強,在相應區(qū)域應力的作用下,相對其他段較為開放,運動較為劇烈;而渭源-漳縣段斷層氣氡、汞濃度強度相對武山段略低,垂直形變強度及水平形變速率在渭源較低,斷層應力處于逐漸積累階段,目前產生應變速率較小;天水段斷層氣汞濃度強度下降,形變速率也降低,但氡濃度強度上升,說明斷層在該段活動較為復雜。較低的形變速率表明應力處于逐漸積累階段,應變調整保持在一個較小的范圍,而斷層氣氡濃度的上升又指示該段斷層內部微裂隙發(fā)育較強,結合兩者結果,天水段斷層可能處于應力積累的后期階段。

經過以上分析,可以看出西秦嶺北緣斷裂帶內存在不均勻分布的流體活動,這種不均勻分布與區(qū)域構造作用力及地震活動有著良好的對應關系。根據堅固體孕震理論,非均勻介質中高速塊體(硬包體)的存在是強震孕育、發(fā)生的基本條件,即地殼、上地幔橫向、縱向非均勻性越強的地區(qū)越有利于強震的發(fā)生。尤其在活動構造帶的轉折處、不同走向斷裂帶的交匯區(qū)、斷裂傾向改變的樞紐區(qū)、斷裂帶不同段落之間的巖橋區(qū)等,其斷裂運動不容易協(xié)調,易產生應變和應力積累形成孕震體。從西秦嶺北緣斷裂帶的流體、形變及地震活動特征來看,當構造轉折處、交匯區(qū)、巖橋區(qū)存在廣泛流體活動時,則容易將應力積累以中小震的形式釋放,從而避免了強震的孕育。武山地區(qū)和甘谷地區(qū)較強的斷層氣濃度強度、較大的應變速率及頻繁的小震活動提供了較好的驗證。而在天水段和漳縣段西部及與武山段交匯的盤古川地區(qū),流體活動較弱,應變速率較小,則存在孕育強震的可能。

6 結論

(1) 西秦嶺北緣斷裂帶中東段斷層氣濃度強度呈現出明顯的分段特性:武山段較高,渭源—漳縣段次之,天水段較低。氡、汞氣體組分在渭源—漳縣段斷層上同步性較好,在武山段斷層上則表現出了不同的場地效應。

(2) 斷裂帶土壤氣地球化學特征和斷層水準形變特征的分布具有良好相關關系:武山段氣體濃度強度與形變強度均較大,其應變較強,在相應區(qū)域應力的作用下,該段斷層相對其他段較為開放;而渭源—漳縣段斷層氣氡、汞濃度強度相對武山段略低,垂直形變強度及水平形變速率也在渭源較低;天水段斷層氣汞濃度強度下降,形變速率也降低,但氡濃度強度上升,說明斷層在該段活動較為復雜。

(3) 通過西秦嶺北緣斷裂帶地下流體逸出氣和斷層形變特征的時空對比分析,發(fā)現兩者時空相關關系良好,與區(qū)域地震活動性也有較為一致的對應?？梢?斷層深部流體活動與區(qū)域應力之間的協(xié)同耦合作用會對地震活動產生深遠影響。武山和甘谷走滑拉分區(qū)因流體活動的影響而以中小地震活動為主,天水段和漳縣段西部及與武山段交匯的盤古川地區(qū),流體活動較弱,應變速率較小,則存在孕育強震的可能。

本文研究受跨斷層水準形變場地條件限制,有些場地因年代久遠,布設測線所跨斷層活動性有待驗證。因此在研究過程中會影響分析結果,還需要在其他斷裂及場地進行進一步的驗證和討論。

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Study on Correlation between Geochemical Features of Deep Gas and Fault Deformation Distribution in Northern Margin Fault Zone of West Qinling

LI Chen-hua1,2, ZHANG Hui1,2, SU He-jun1,2, ZHOU Hui-ling1

(1.LanzhouInstituteofSeismology,CEA,Lanzhou730000,Gansu,China; 2.LanzhouBaseofInstituteofEarthquakeScience,CEA,Lanzhou730000,Gansu,China)

In this study, we took the northern margin fault zone of West Qinling as the study area, which has many hot-spring dew points and severe deformations. We established the fault soil gas profile overlap and conducted field measurement in the cross-fault deformation area to determine the coupling relationship between fault gas segmental characteristics, fault deformation, and seismic activity. We used a variety of methods to evaluate their usefulness in fault earthquake hazard analysis. The results show that there is a good correlation between the geochemical features of soil gas and the distribution of fault deformation characteristics. The comparison results indicate that fault activity is relatively more active in the Wushan segment than in the Weiyuan—Zhangxian segment, and that the Tianshui segment is relatively locked. In addition, due to the active influence of fluid activity, most of the shocks in the Wushan and Gangu strike-slip pull-apart partitions generate medium to small earthquakes. In contrast, strong earthquakes are likely in the west of the Tianshui and Zhangxian segment, and in the Panguchuan region, as the fluid activity and strain rate are weak in these areas. These results can contribute to a theoretical basis for developing a fault gas flow observation network layout with the potential for physical prediction.

fault soil gas; fault deformation characteristics; geochemical feature

2016-04-25 基金項目：中國地震局星火計劃(XH15043);中國地震局地震預測研究所基本科研業(yè)務項目(2013IESLZ04);甘肅省青年科技基金計劃(1606RJYA218)。

李晨樺(1990-),女,甘肅慶陽人,碩士,助理研究員,主要從事地震地下流體技術研究。E-mail:chenhua@gsdzj.gov.cn。

張 慧(1966-),女,甘肅天水人,博士,研究員,主要從事地震地下流體與活動構造應用研究。E-mail:zhanghui@gssb.gov.cn。

P315.2

A

1000-0844(2016)06-0955-09

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.06.0955