斷層土壤氣氡的應用綜述

史 楊, 官致君, 楊 耀

(1. 成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059；2. 四川省地震局，四川 成都 610041；3. 蘆山縣防震減災局，四川 蘆山 625600)

斷層土壤氣氡的應用綜述

史 楊1,3, 官致君2, 楊 耀2

(1. 成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059；2. 四川省地震局，四川 成都 610041；3. 蘆山縣防震減災局，四川 蘆山 625600)

氡是揭示構造活動的重要化學示蹤元素。研究斷層土壤氣氡及其同位素的地球化學特征，可以揭示流體在構造活動研究中的作用。本文簡述了斷層土壤氣氡的地球化學特征及目前在斷裂帶上開展的土壤氣氡觀測的研究成果，歸納了氡的理論及實驗研究以及形成運移機理等方面所取得的進展,分析了氡氣在地殼中濃度變化的影響因素。探討斷裂帶中氡濃度空間分布特征有助于深入理解地殼深部流體、構造活動與地震孕育之間的關系，對提高地震短臨預報水平具有重要意義。

斷層；土壤氣氡；影響因素；短臨地震

地下深部流體的運動學特征與地殼活動密切相關，地殼構造活動常常伴隨著化學和物理變化，因而地下流體成份及運動形式必然發(fā)生相應變化，形成地球化學異常帶[1]。一般來說，這種異常帶與地下斷層的存在有關。研究斷層氣隨時間變化的情況，可能捕捉到地震孕育或斷層活動信息。自二十世紀60年代中期開展斷層土壤氣觀測以來，相關應用主要可分三個方面：一是用于探測隱伏斷層的活動位置；二是研究已知斷層的產(chǎn)狀、性質(zhì)、活動性及分段評價；三是應用于地震監(jiān)測預報。二十世紀80年代初，國內(nèi)學者以巖石標本加壓、超聲振動、低頻振動等實驗室研究為主，探究氡射氣及土氡濃度變化機理。二十世紀80年代末至90年代，國內(nèi)外學者大量開展隱伏斷層定位、城市活動斷層探測與小區(qū)劃、活動斷裂分段、地震監(jiān)測預報等系列實踐研究。由于氡具有特殊的物理化學特征，破碎帶或裂隙系統(tǒng)，尤其是現(xiàn)今活動斷裂為其提供了良好的逸出通道[2]，國內(nèi)外大量研究表明斷層氣氡活動與地殼動力作用密切相關[3]。本文旨在通過對土壤氣氡研究的總結，為土壤氣氡在地震監(jiān)測預報中發(fā)揮更好作用提供一些建議。

1 氡的地球化學特征

氡(Rn)是一種放射性氣體，為鈾、釷經(jīng)過系列α衰變的中間產(chǎn)物，在自然界中有4種放射性同位素：218Rn、219Rn、220Rn、222Rn，其中222Rn半衰期最長，為3.825 d，220Rn為55.65 s，219Rn為3.96 s，218Rn為0.03 s，由于220Rn和219Rn、218Rn半衰期短，在自然界含量極少，一般地，在地震監(jiān)測中主要以222Rn為觀測對象。氡具有較強的擴散能力和遷移能力，能在一定的壓力差、溫度差、梯度差下，從下往上運移，在遷移的過程中由于所通過的巖層巖性及構造環(huán)境不同，在地下形成不同的氡、汞氣聚集。能溶于水和有機質(zhì)，常溫常壓下氡在水中的溶解度為51%，但隨著溫度的升高，其溶解度迅速降低，易被活性炭、粘土等吸附，在地質(zhì)環(huán)境中除了以氣態(tài)形式遷移外，還以溶解態(tài)伴隨地下水和土壤水遷移。由于其化學性質(zhì)穩(wěn)定，能夠準確地反映出地殼內(nèi)部物質(zhì)運移情況，因此，斷層氣氡有助于識別由于斷塊運動而引發(fā)的地震前兆。

許多學者通過分析對比斷裂帶土氡濃度特征，利用現(xiàn)有的土氡活動性評價方法來判斷活動斷裂的活動性強弱，并應用于城市活動斷層探測等[4-8]。研究表明，在破碎帶或裂隙附近土壤氣體濃度往往形成高值異常，隨著遠離破碎帶，濃度值降低，趨于背景值，無活動斷層上，覆蓋層中氣氡濃度不易出現(xiàn)高值異常[9-11]。同一活動斷裂帶拉張區(qū)氡濃度值高于壓扭區(qū)的值[12]。斷層土壤氣定點觀測，氡濃度呈現(xiàn)一定的年變規(guī)律[13-15]，這種年變規(guī)律與氣象條件有很大關系。地震活動區(qū)土壤中氡濃度要明顯高于外圍地區(qū)[16]，這種異常是由構造活動引起氡的釋放引起的。國內(nèi)外利用斷層土壤氣預報地震已有大量實踐，例如T.F.Yang等[17]在分析臺灣西南部斷裂帶土壤氣連續(xù)觀測數(shù)值結果時，發(fā)現(xiàn)在ML4.5級以上地震前數(shù)天或數(shù)周，測值曲線上出現(xiàn)異常峰值；T.Tsvetkova[18]在探索斷層土壤氡濃度與地震孕育關系時發(fā)現(xiàn)在距離震中數(shù)十至數(shù)百千米的范圍內(nèi)能觀察到氡濃度的變化，且氡濃度在地震前數(shù)月、數(shù)天、數(shù)小時在一定范圍內(nèi)常常表現(xiàn)為“峰”或“突起”。陳華靜等[19]分析對比了1990-1996年首都圈外圍及華北北部的地震活動與同期斷層土壤氣動態(tài)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)某些斷層土壤氣組分在地震活動段與平靜段的動態(tài)特征有顯著差異，在地震活動時段表現(xiàn)為明顯的鋸齒狀動態(tài)變化，在地震平靜時段則表現(xiàn)為平穩(wěn)型動態(tài)變化，認為斷層土壤氣觀測應用可在地震中短期預報中發(fā)揮較好的作用。另外，斷層氣氡測值日均值變化還可以記錄到固體潮變化特征，有效地反映地殼應力變化[20]。

此外，在斷層氣活動區(qū)域內(nèi)，斷層氣氡異常高值最大值并不一定出現(xiàn)在斷層線附近，往往在斷裂帶兩側呈現(xiàn)出雙峰曲線特征。針對此問題，許多學者又有不同的解釋。King等[21]在美國加州圣安德烈斯斷裂帶上測量斷層氣的過程中，由于測點間距小，獲取了跨斷層逸出氡在破碎帶上方的空間變化特征，因為斷層面被斷層泥所填充，而斷層泥部分的滲透性、透氣性不如鄰區(qū)兩側的破碎帶高，因此，斷層活動面上逸出氡的含量低于相鄰兩側，這種氡濃度分布特點在蠕滑的斷層上表現(xiàn)更為突出[21-22]。孫小龍等[7]在研究海原斷裂帶土壤氣氡濃度的分布特征時，也發(fā)現(xiàn)每條測線的氣氡濃度值在斷裂帶中部位置較低，向斷層兩側逐漸升高，認為這與氡的運移機制和斷層愈合程度有關。

2 斷層土壤氣氡的觀測方法和氡遷移機理

2.1 斷層氣氡的觀測方法

土壤氣氡的測量主要分為流動觀測和固定觀測。流動觀測在位置的選擇上，首先遵循所布設的位置盡可能垂直于斷層走向的原則，并且盡量跨過整個斷層破碎帶。為了提高測量的準確度，一條剖面通常由兩到三條測線組成，取其平均值作為該剖面土壤氣氡的觀測值。其次應該選擇適當?shù)挠^測深度，以避免自然因素干擾。觀測孔深度的選擇與地貌、覆蓋層的厚度、植被等多種因素有關。若一個研究區(qū)域的土壤類型和厚度相似，在實際工作中觀測深度(測量孔的深度)通常為80 cm。固定觀測選點之前，首先要開展野外地質(zhì)調(diào)查和流動觀測工作，確保觀測點位于斷層帶上，且該點的土壤氣氡的濃度值較高，此外還需要選擇在地勢較為平坦和土壤干燥的地區(qū)，盡量避開新填土路或垃圾堆放地，以便后期穩(wěn)定地進行連續(xù)觀測。目前國內(nèi)外地震研究單位經(jīng)常使用的土壤氣測氡儀主要有AlphaGUARD系列PQ2000測氡儀，F(xiàn)D-3017RaA測氡儀，HDC-B型測氡儀和RAD7測氡儀等。AlphaGUARD系列PQ2000測氡儀基于最優(yōu)化脈沖電離室原理，是目前最穩(wěn)定的測氡儀之一，可以快速測量空氣、土壤和水中氡濃度，并同時顯示樣品測量誤差值、測量時的溫度、濕度和大氣壓等參數(shù)；FD-3017RaA測氡儀，靈敏度為0.37 Bq/L，其測量對象是氡衰變的第一代短壽子體-RaA[14]；HDC-B型測氡儀，是一種高靈敏度環(huán)境測氡儀，采用靜電收集法采樣，操作簡便，工作效率高；RAD7便攜式測氡儀，是應用半導體探測器的快速測氡儀，其特殊之處是采用干燥管，消除進入測腔內(nèi)氣體的濕度，避免濕度對測量的影響，在國內(nèi)各領域應用較為廣泛。

2.2 氡氣在斷層帶上覆蓋層中的遷移機制研究

斷層氣氡從地下深處遷移到地表經(jīng)過了一個非常復雜的過程[23]。20世紀早期，有關氡氣在覆蓋層中的遷移機制和規(guī)律，國內(nèi)外許多學者做過大量的模擬實驗，對氡的遷移機制取得了一定的認識。其機制主要有擴散作用、對流作用、載氣運移作用、接力傳遞作用和團簇運移模式。Flügge和Zimens[24]最早提出氡運移是由擴散作用引起的，認為由于濃度的差異引起氣體從高濃度向低濃度的地方運移，主要與擴散系數(shù)有關。隨后King[25]在擴散機理的基礎上建立了一維模型，覆蓋層土壤被當作是同質(zhì)疏松多孔，具有統(tǒng)一氡氣逸出率的介質(zhì)，由于熱運動的結果氡的分子而向濃度小的方向移動，遵循Fick定理和Darcy定理在土壤中遷移，導出氡濃度值與深度的關系，實測曲線與模擬計算結果吻合較好。氣體的擴散主要與自身的擴散系數(shù)、圍巖性質(zhì)、覆蓋層土壤性質(zhì)等有關，氣體在地表淺層較深部擴散較快，松散砂層中較密實巖石中擴散較快。一般來說，擴散是低滲透性土壤中氣體遷移的主要方式[26]。這個理論對研究氣體運移具有重要影響。當存在壓力差時，在某一地點富集的氡氣可以從壓力高的部位向壓力低的部位遷移，往往在多孔介質(zhì)內(nèi)部空隙與地面空氣之間形成壓力差，形成流向大氣的對流。主要用于解釋擴散系數(shù)較小，且長距離運移的氣體。對流作用主要與壓力梯度、遷移系數(shù)有關。對流主要在較高的滲透性土壤中進行[26]。劉菁華[4]基于對流-擴散理論，對氡遷移進行了數(shù)值模擬，推導出在各項同性和均勻覆蓋層中氡遷移的二維濃度方程，將氡從深部的遷移分為二個空間：(1)覆蓋層以下的空間，這一空間氡氣沿斷層的上升是復雜的，在有利的氧化-還原條件下沉積富集，在活斷層中形成氡源；(2)覆蓋層空間，在這一空間氡的遷移以對流和擴散為主，形成氡濃度不均勻分布，在構造上方的氡濃度相對周圍非構造上方的氡濃度增大，即氡濃度異常(參見圖1)。隨后伍建波等[26]同樣基于對流-擴散機理針對非均質(zhì)覆蓋層中的遷移規(guī)律進行了數(shù)值模擬，解釋了實際野外測量過程中出現(xiàn)的氡異常位置與斷裂帶位置不同步以及斷層上下盤氡濃度分布不對稱等現(xiàn)象。

圖1 活斷層上氡異常形成的模型示意圖(引自劉菁華，2006)

劉泰峰等[27]通過理論計算認為，即使是非常富集的來源，擴散作用運移最長距離不超過10 m，因此擴散作用和對流作用不能解釋如Rn和He這類深部氣體的運移，一些學者便提出載氣運移機制。載氣運移作用是指微量氣體伴隨著載氣運移至地表，通常載氣為N2、CO2或CH4氣體。由于稀有氣體氡在地球深部的濃度很低，只有10-10ppm，半衰期僅有3.8天，具有低的本征遷移率，氡的短距離運移擴散很容易被觀測到[28]。如Ciotoli G等[29]在研究富齊諾盆地氣體運移機制時認為，氣體Rn以CO2為載體，以對流作用的形式從深部運移至地表。Yang T F等[30]在研究臺灣西南部活動斷層時，認為該區(qū)域內(nèi)載氣CO2、CH4對Rn氣向地表運移、分布起主導作用。接力傳遞作用是基于兩個因素提出的：(1)氡半衰期短，本身不可能做長距離的運移；(2)氡的母體鐳核素的半衰期很長，它可以做長距離的運動。接力傳遞類似于接力賽跑，借助于其他的氡，或是其他物質(zhì)一棒接著一棒由起點跑到終點，一般用于解釋半衰期短，不能做長距離運移的氣體，認為氡法找礦、氡法監(jiān)測地震、氡在地質(zhì)構造中的作用等均是依據(jù)氡的接力傳遞作用實現(xiàn)的。應變能以縱波的形式傳播，引起巖石疏密變化，造成氡的遷移[31-33]。賈文懿等[34-35]在實驗室內(nèi)較理想的條件下，利用α杯法觀測，研究氡及其子體的運移規(guī)律。氡及其子體和母體多為α衰變體，會輻射出α粒子，α粒子減速后將成為帶兩個正電的4He核，借助強電場作用和Vander Waals力，能使4He與氡及其子體或母體形成團簇。4He的比重遠小于空氣，情況合適時，可在地殼中向上遷移數(shù)十米甚至數(shù)百米，其他地氣也會因團簇現(xiàn)象運移，這是內(nèi)因。氡的遷移是一個復雜的物理化學過程，有其外在因素，也有其內(nèi)在因素,既有物理作用，又有化學因素，可能是以上這些內(nèi)外因素綜合作用的結果。

3 斷層土壤氣氡濃度變化的影響因素

無論是實驗室數(shù)值模擬還是野外實際測量結果，均表明土壤氣氡濃度受到構造和非構造因素(包括氣象、水文、人為等因素)的影響，其中主要有地質(zhì)構造特征，覆蓋層土壤類型及特征(如厚度、濕度、粒度、孔隙度、密度、圍巖及下伏母巖巖性特征等)，氣象因素和其他影響因素等幾個方面。

3.1 地質(zhì)構造

地質(zhì)體、構造上的不均勻性均會造成氡濃度異常，如斷層存在形式、面寬度、活動性、開啟性及裂隙發(fā)育情況等。King等[21]在對美國加州圣安德烈斯主要活動斷層上方土壤氣氡進行觀測時，獲取了不同活動類型斷層的開啟段、閉鎖段、蠕滑段上方土壤氣氡空間分布特征，發(fā)現(xiàn)不論是近期有地震活動的斷層開啟段、近期無地震活動的歷史上發(fā)生過大震的斷層閉鎖段、有蠕滑而無地震活動的蠕滑段，均在斷裂帶上方觀測到氡的高值異常。一般正斷層的上盤裂隙發(fā)育，提供了斷層氣氡溢出的通道，使得斷層面附近和上盤一側出現(xiàn)氡濃度峰值和次級峰，斷層傾角越小，次級峰越多，在剖面上常常表現(xiàn)為單峰、雙峰或多峰異常，峰間距小(參見圖2a)。逆斷層中心部位往往被斷層泥等填充，而上盤因出現(xiàn)橫向張應力，使張性小裂隙發(fā)育，為斷層氣氡溢出提供了通道，因而在斷裂面附近和上盤一側可觀察到氡濃度值的主峰和次級峰，同樣地，斷層傾角越小，次級峰越多，剖面上也可以表現(xiàn)為雙峰或多峰異常，由于逆斷層傾角一般較大，峰間距較大(參見圖2b)。近乎直立斷層上方氣氡異常值相對較低，異常寬度也小，一般為10～30 m，在剖面上表現(xiàn)為單峰(參見圖2c)?？偟膩碚f，除了在主斷面上出現(xiàn)主峰外，在斷裂上盤會出現(xiàn)次級峰值，只是次級峰值幅度較主峰小，而且多寬緩，可根據(jù)次級峰值異常指示斷層的傾向。

圖2 不同存在形式斷層上氡異常剖面曲線特征

3.2 覆蓋層土壤性質(zhì)

土壤氣氡變化形態(tài)及變化值大小不僅與斷層規(guī)模、大小、產(chǎn)狀有關系，也與覆蓋層性質(zhì)有關。土壤中氡濃度取決于兩個因素，即獲取量和逸散量，其中逸散量與覆蓋層的厚度、密實度、孔隙度等有關[36]。在一個坡度較大或者土壤可滲透性低的場地，如果覆蓋層相對較薄，則測得覆蓋層下面的氡濃度值升高；對應地，在一個平坦的高滲透性場地，如果覆蓋層比探測深度大，深部富集的氡氣難以到達探測點位，測得的氡含量下降[2，37]。候彥珍[38]認為覆蓋層厚度達到200 m時，其覆蓋土層中已經(jīng)不能觀測到明顯的土氡。伍劍波[26]等通過對非均勻覆蓋層中氡遷移的數(shù)值模擬實驗，認為覆蓋層對土壤氣氡有削弱作用，當厚度超過一個上限時，斷層帶上方氡氣含量不會出現(xiàn)。王新等[11]在研究唐山地區(qū)氡濃度分布特征時，發(fā)現(xiàn)覆蓋層厚度從西南向北東方向逐漸變薄，相應的氡濃度值從北東向西南方向降低，跟數(shù)值實驗模擬結果一致。覆蓋層厚度不大時變化明顯，當厚度增大時則變化變得低緩；同時發(fā)現(xiàn)控制氡背景值和濃度值的因素還與覆蓋層下伏母巖類型有關，如延懷盆地發(fā)育富含放射性元素的花崗巖，而唐山地區(qū)則不發(fā)育花崗巖，其氡濃度背景值(8 105.8 Bq/m3)比唐山地區(qū)高(4 730.4 Bq/m3)。在相同的采樣深度，氡濃度值還與射氣系數(shù)、擴散系數(shù)、土壤密度和孔隙度、顆粒大小等有關。覆蓋層顆粒越小，像黃土、粘土等，本身含鈾鐳較高，對氣體(包括氡)的封閉性和吸附性強，另外可供氡氣體逸出的通道少，氡濃度值升高，相反在如砂質(zhì)等粗粒沉積物中則氡濃度低。松散土層的覆蓋厚度對土壤氣氡含量及異常形態(tài)有較大的影響，如覆蓋層是松散的回填土等物質(zhì)時，氡氣易擴散入大氣，使得氡氣含量降低。吳華平等[39]在分析廣東西淋岡斷層氣氡濃度時發(fā)現(xiàn)，在受斷層影響范圍內(nèi)的氣氡含量可能與載體地層年代有關，受覆蓋層載體凝固程度及其厚度影響較大，載體狀態(tài)為松散—稍密或稍密—密實時，有利于富集氡氣，凝固狀態(tài)載體越厚，漂移到地表載體里的氡濃度越低。

3.3 氣象因素

大多數(shù)定點觀測結果發(fā)現(xiàn)，斷層氣氡有明顯的年變規(guī)律，這主要與氣象因素有關。常秋君等[40]對嘉峪關等5個干旱地區(qū)土壤氣氡定點觀測結果進行分析，認為氣溫是斷層氣氡濃度變化最主要的影響因素，形成斷層氣夏低冬高的年變規(guī)律。王博等[15]系統(tǒng)地分析了嘉峪關斷層帶土壤氣氡與氣溫、地溫和降水等因素的關系，結果表明氡的年變規(guī)律主要受氣溫影響。杜建國等[13]在研究八寶山斷裂帶逸出氡氣測量結果時發(fā)現(xiàn)大氣降水可使土壤濕度增大，土壤空隙被雨水填充，引起粘土礦物膨脹，導致土壤氣脫氣受阻，斷層氣中氡濃度相應增高。候彥珍等[38]利用真空法取氣測氡時發(fā)現(xiàn)在土壤中含水量不大的情況下，隨土壤含水量增加，氣氡濃度有增高的趨勢，但當土壤含水量增加到飽和或接近飽和時，土壤氣濃度則明顯降低，通過實驗室觀測數(shù)據(jù)證實，氣氡濃度隨含水量增加呈現(xiàn)低-高-低的現(xiàn)象。曹玲玲等[41]認為氣溫和氣壓對嘉峪關氣氡濃度日值變化均有顯著的影響，且均有滯后效應，氣壓對氣氡濃度的短期影響明顯強于氣溫對氣氡濃度的短期影響，這與以往以年為單位尺度時，氣溫對氣氡濃度的影響大于氣壓對氣氡濃度的影響結果正好相反。King等[2]在研究加州兩條逆沖斷層夏季(干燥)和冬季(多雨)斷層氣氡濃度時發(fā)現(xiàn)，夏季氣氡濃度值在斷裂帶兩側表現(xiàn)為明顯的雙峰特征，而在冬季多雨季節(jié)氡濃度值則明顯降低，因為在雨季，氣氡被限制在飽含水的覆蓋層土壤下，從而降低了氣體的滲透率和有效孔隙度。

3.4 其它影響因素

關于地下水活動的影響，由于氡氣易溶于水，地下水的運動往往使氡氣隨之遷移，從而造成對測量結果的變化；人為因素的影響，如在野外對斷層氣測線的勘選，要盡可能的在土質(zhì)老且均勻、地形較平坦，地下水埋深較一致的地段布設測線；此外，還可能有儀器靈敏度等的影響。

4 斷層土壤氣氡在實際觀測過程中的注意事項

在隱伏斷層探測過程中，斷層氣對斷層大致位置的判定，以及斷層的分段和活動性判定有不可忽略的作用。但實際測量時發(fā)現(xiàn)，有時氡濃度異常位置和斷層的實際位置相吻合，有時會發(fā)生偏差，這與氡濃度異常曲線受斷層條件及土層巖性、斷層活動性和干擾因素等多方面的影響有關，所以不能僅僅通過氣氡測值高低判斷斷層位置、活動性等，還需要結合地球物理、地質(zhì)、樣品定年等地震地質(zhì)學手段及同位素組成與示蹤等方法綜合分析和評價，有效地識別斷層氣來源。如孫小龍等[7]以海原斷裂帶為研究對象，結合不同構造部位的土壤氣氡濃度、同位素組成、水化學組分，分析了海原斷裂帶活動性分段特征。

盡管利用氣氡濃度研究斷層活動性操作方便，簡單易行，具有一定的推廣應用價值，但是目前利用氡濃度進行活動斷裂活動性分級仍無統(tǒng)一標準。根據(jù)中國地震局活斷層探測標準，地球化學探測各項測值下限值應為該測項的均值與2-4倍均方差之和，超出此下限值推測為可能存在活斷層的地球化學異常，何朝楓等[8]用該方法判斷了麻城—團風斷裂現(xiàn)今活動性。仍有許多學者結合理論和實踐經(jīng)驗提出了利用斷層氣的相對強度判斷斷層活動強度的辦法，認為異常峰值與背景值的比值可作為依據(jù)。如劉菁華等[42]在進行城市活動斷裂勘探時，利用該評價指標來判別長春市活動斷裂位置及規(guī)模、產(chǎn)狀。邵永新等[43]運用斷層氣測量結果的高低或按一定換算關系計算結果的高低來表示斷層的活動性強弱，分析了海河隱伏斷裂氣氡測量結果，發(fā)現(xiàn)利用測量結果對斷層活動性的討論與斷層活動性分段是有區(qū)別的，并且不同斷裂間的測量結果不能通過相互比較來判斷其活動性強弱。葛良全等[44]發(fā)現(xiàn)地氣測值形態(tài)主要呈現(xiàn)“群”的分布特征，因此，在地震監(jiān)測預報研究中，應配套觀測研究多組分(如H2、He、CH4、H2S、N2、O2等)的濃度變化特征，在跨斷層測量逸出氣過程中，結合多種氣體測值分析研究，將比單獨觀測某一組分的意義要大。氣象因素對觀測結果的影響，野外測量盡可能使各觀測期間的氣象條件相似，特別是一條斷層上布設的幾條測線的施工和觀測條件相近，才能取得比較理想的結果。

5 結論

氡具有較強的擴散能力和遷移能力，在一定的壓力差、溫度差、梯度差下，能從下往上運移，通常能夠反映出地殼內(nèi)部氡運移情況。研究斷層土壤氣氡的濃度，有助于揭示出在地震頻發(fā)區(qū)域內(nèi)由于斷塊運動而引發(fā)的地震前兆。此外，通過分析對比斷裂帶土氡濃度特征，利用現(xiàn)有的土氡活動性評價方法，還可以開展城市活動斷層探測，并判斷活動斷裂的活動性強弱。土壤氣氡濃度容易受到研究區(qū)域地質(zhì)構造、水文地質(zhì)、覆蓋層土壤以及氣象因素等的影響。這使得單一氣體測量結果難以判定出與地震有關的異常，也不能準確地反映整個研究區(qū)域的地球化學特征。多組分監(jiān)測和高密度布點可以減小外部因素對測量結果的影響。因此，通過研究土壤氣氡的地球化學特征來判斷斷層活動性的強弱還需要結合地球物理、地質(zhì)、樣品定年等地震地質(zhì)學手段及同位素組成與示蹤等方法綜合進行分析和評價。此外，野外測量應盡可能使各觀測期間的氣象條件相似，特別是一條斷層上布設的幾條測線的施工和觀測條件相近，才能取得比較理想的結果。進行土壤氣氡流動觀測時，在條件允許時，測線盡可能長(完全跨越斷層破碎帶)且要垂直于斷層的走向布設測線。一條剖面可由多條平行的測線組成，測點的布設要盡可能的密集。每個點位的打孔深度要保持一致，且深度要在松散沉積物中的氣體與大氣發(fā)生強烈交換的覆蓋層或凍土層以下，盡可能減少氣象因素的影響。在測量過程中，如采樣、儀器測試等，要嚴格按照規(guī)程操作，使影響因素降到最低限度。在后期數(shù)據(jù)處理過程中，可選擇一個點的多次測量結果的平均結果作為實際測量值，結合研究區(qū)域的構造背景，以及采樣點的數(shù)目來選擇確定異常下限的最優(yōu)方法，以識別土壤氣氡的異常。

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Geochemistry Characteristics and Application Research on Radon from the Fault Zone

SHI Yang1,3, GUAN Zhijun2, YANG Yao2

(1. Geochemistry Department，Chengdu University of Technology, Sichuan Chengdu 610059；2. Earthquake Administration of Sichuan Province，Sichuan Chengdu 610041；3. Earthquake Prevention and Disaster Reduction Administration of Lushan County，Sichuan Lushan 625600，China)

As an important chemical tracer, radon content change can reveal tectonic activities. Researching on the geochemistry characteristics of soil radon and its isotopes from fault can determine the role of fluid in tectonic activities. In this paper, we summarize the geochemical characteristics of soil radon in fault as well as the related research results about soil radon observation on fault zones. We introduce the progress of formation and migration mechanism, and analyze the effect factors of radon in the crust. The spatial distribution of radon concentrations in the fault zone will help us to further understand the relationship between the deep fluids and the earthquakes in the crust. Otherwise, it may have important scientific significance to improve the works of impending earthquake prediction.

fault; soil radon; effect factors; impending earthquake prediction

2017-03-20

史楊(1988-)，女，陜西省洛南縣人，助理工程師，成都理工大學研究生，研究方向為地質(zhì)學、地球化學.

P315.31

B

1001-8115(2017)02-0038-07

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.010