斷層氣氡測(cè)量技術(shù)對(duì)石棉斷裂的初步探測(cè)研究

畢楊楊,王運(yùn)生,馮倩倩,劉江偉,羅 越,金 剛,蘇 毅

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),四川 成都 610059;2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)鄭州設(shè)計(jì)院,河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著斷層氣氡測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善,利用斷層破碎帶Rn濃度及其范圍、襯度等的變化來(lái)確定隱伏斷層的空間展布和分析相對(duì)活動(dòng)性強(qiáng)弱,已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用,并獲得了一系列的科研成果。Wang等[1]對(duì)唐山地區(qū)進(jìn)行氡測(cè)量,發(fā)現(xiàn)東北部Rn濃度明顯高于西南地區(qū),說(shuō)明唐山斷裂東北部活動(dòng)性顯著強(qiáng)于西南部,且自2005年以來(lái)該地區(qū)發(fā)生了17次MS3.0地震,Rn濃度表明與該地區(qū)的淺層斷層痕跡和地震活動(dòng)有著密切的關(guān)系。李源等[2]通過(guò)對(duì)新鄭—太康斷裂東支開(kāi)展斷層氣觀測(cè)分析,確定了該地區(qū)土壤中Rn濃度和H2、CO2濃度的背景值與構(gòu)造特征的異常邊界。地球化學(xué)異常值揭示的異常區(qū)間與淺層地震勘探推測(cè)的隱伏斷裂面基本吻合,認(rèn)為地球化學(xué)測(cè)量是一種經(jīng)濟(jì)、快捷的隱伏斷層探測(cè)方法。Ciotoli等[3]對(duì)意大利 Fucino 盆地氣體運(yùn)移機(jī)制研究時(shí)發(fā)現(xiàn)Rn與CO2的濃度成正相關(guān),認(rèn)為Rn是通過(guò)CO2運(yùn)移至地表的。因此當(dāng)用于監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)的Rn濃度出現(xiàn)高值異常變化時(shí),可以首先利用斷層氣濃度的變化特征判斷氡的來(lái)源深度,進(jìn)而對(duì)斷層活動(dòng)的性質(zhì)及空間位置做出較為準(zhǔn)確的判斷。羅霄漢等[4]通過(guò)對(duì)承德地區(qū)街道口隱伏斷裂以氡測(cè)量做為主要探測(cè)方法,對(duì)斷裂的空間位置進(jìn)行了精確定位,并使用CSAMT測(cè)量驗(yàn)證了斷裂存在的準(zhǔn)確性,確定氡測(cè)量是對(duì)隱伏斷裂探測(cè)的一種切實(shí)可行的手段。劉學(xué)領(lǐng)等[5]為了確定天津北淮淀—山嶺子一帶滄東隱伏斷裂的空間位置,使用FD-3017RaA測(cè)氡儀對(duì)沿線進(jìn)行斷層氣氡測(cè)量,解譯出隱伏斷層的展布區(qū)域,并采用淺層人工地震探測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,斷層氣測(cè)量解譯的隱伏斷層位置與人工地震探測(cè)結(jié)果基本相符。Yang等[6]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶的活動(dòng)性與斷層氣體的濃度密切相關(guān),表明斷層氣的脫氣強(qiáng)度在空間上與斷層的封閉程度一致,斷層帶的高鎖定度制約了氣體的遷移,而低鎖定度的蠕變斷層更有利于氣體從更深層向地表排放。

歷史上由于石棉斷裂帶缺少破壞性的地震記錄,且被第四紀(jì)覆蓋,前人對(duì)該隱伏斷裂的位置展布、性質(zhì)、活動(dòng)性認(rèn)知存等在較大差異。研究區(qū)位于四川省雅安市石棉縣,隱伏斷裂始于安順場(chǎng),終于黑林子,延伸約13 km,主要沿大渡河和南椏河河谷分布,河谷兩側(cè)階地村莊極為密集,人口眾多。筆者結(jié)合野外地質(zhì)勘察、探槽、淺層人工地震等多種資料數(shù)據(jù),針對(duì)斷裂斷層氣氡開(kāi)展系統(tǒng)調(diào)查和綜合分析,討論研究區(qū)內(nèi)Rn濃度異常與斷裂空間位置、Rn濃度曲線異常形態(tài)與斷裂特性、Rn濃度變化特征對(duì)相對(duì)活動(dòng)性的判定,為區(qū)域穩(wěn)定性研究提供重要依據(jù),為石棉地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、地震預(yù)測(cè)及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供支撐,其結(jié)果對(duì)石棉斷裂特征的研究與這一地區(qū)的工程建設(shè)活動(dòng)有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)位于川滇活動(dòng)地塊東邊界[圖1(a)],塊體以水平剪切運(yùn)動(dòng)為主,并具有較為強(qiáng)烈的隆升運(yùn)動(dòng)。石棉斷裂為大涼山斷裂帶北段東支斷裂,大涼山斷裂帶北起始于安順場(chǎng)北側(cè),與公益海斷裂相交,向南經(jīng)過(guò)石棉、海棠、普雄、布拖,與安寧河—?jiǎng)t木河斷裂在云南巧家一同匯入小江斷裂。大涼山斷裂帶分為3個(gè)主要區(qū)段:北段石棉—越西,由東支的石棉斷裂和西支的公益海斷裂組成;中段越西—布拖,由4條近乎平行的斷裂組成,由東到西分別為洪溪—美姑斷裂、甘洛—漢源斷裂、普雄河斷裂和越西河斷裂組成;南段布拖—巧家,由交際河斷裂和布拖斷裂組成[7][圖1(b)]。研究區(qū)周邊主要的斷裂構(gòu)造有公益海斷裂和大發(fā)斷層[圖1(c)]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境圖Fig.1 Map of the regional geological environment

研究區(qū)地勢(shì)西高東低、北高南低,大渡河自北而南流經(jīng)石棉縣城折轉(zhuǎn)向東流出本區(qū)。安順場(chǎng)—石棉段,河面相對(duì)寬緩,為寬谷段,兩岸可見(jiàn)多級(jí)河谷階地,支流發(fā)育,支溝有磨坊溝、戴家溝、銅廠溝等。區(qū)內(nèi)水系格局以大渡河為界兩岸有明顯差異,左岸受黃草山花崗巖體的控制,主要發(fā)育為樹(shù)枝狀水系。右岸松林河、小水河、南椏河等受斷裂構(gòu)造和地層巖性的控制,發(fā)育為格狀水系。石棉斷裂經(jīng)石棉縣城進(jìn)入南椏河河道。南椏河為大渡河右岸的一級(jí)支流,石棉—黑林子段河谷相對(duì)較窄,水流湍急,兩岸河谷階地較為發(fā)育,河段內(nèi)有老熊溝、后溝、白馬溝等支溝。

區(qū)內(nèi)巖性主要為元古界花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、下震旦統(tǒng)碎屑巖及碳酸鹽巖,安順場(chǎng)—新場(chǎng)西側(cè)出露泥盆系灰?guī)r,第四系沿河谷及斷裂帶分布。區(qū)內(nèi)第四系松散堆積層成因類型主要有沖積、崩積、洪積、殘坡積等,其中沖積層主要沿大渡河干流和一級(jí)支流呈帶狀分布;洪積層主要分布于二級(jí)支流出路溝、小水等出口處;崩積層則廣泛分布在河谷兩岸的緩坡和坡腳地帶。

2 研究方法及其原理

氡(Rn)是地底深處放射性元素鐳、鈾衰變過(guò)程中產(chǎn)生的一種具有放射性的氣體。Rn有一定的運(yùn)移能力且對(duì)應(yīng)力或應(yīng)變的改變較為敏感,是了解覆蓋層下構(gòu)造破碎帶、接觸帶的理想示蹤劑[8]。氡能以游離原子的狀態(tài)通過(guò)晶粒邊界或晶體缺陷,沿著巖石構(gòu)造破碎帶系統(tǒng)遷移,由于斷裂附近應(yīng)力變化明顯,有利于氡的聚集,因此斷層破碎帶的上部常存在明顯的地球化學(xué)異常[9-10]。

本次研究使用的是KJD-2000R測(cè)氡儀,是一種新型的斷層氣氡測(cè)量?jī)x器,屬于標(biāo)準(zhǔn)型測(cè)量設(shè)備,它利用靜電收集Rn衰變子進(jìn)行累積測(cè)量,測(cè)量范圍為10～1.0×105Bq/m3。在野外測(cè)量中,根據(jù)設(shè)計(jì)要求各測(cè)量點(diǎn)間隔應(yīng)控制在20 m左右,在出現(xiàn)Rn值異常點(diǎn)附近可適當(dāng)加密至5～10 m。在測(cè)量前,先用膠管連接取樣器、干燥儀和測(cè)氡儀,用特制的鋼釬在測(cè)點(diǎn)位置打深度為60 cm的孔洞,迅速將取樣器放入孔內(nèi)并進(jìn)行密閉處理,進(jìn)行自動(dòng)抽氣測(cè)量。測(cè)量過(guò)程設(shè)為3次循環(huán)過(guò)程,單次循環(huán)定為5 min,每個(gè)測(cè)點(diǎn)能獲得3個(gè)數(shù)據(jù)。根據(jù)儀器設(shè)計(jì)要求指標(biāo),儀器10 min濃度數(shù)值基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),10 min與15 min的數(shù)值差別小,可以用來(lái)表明該點(diǎn)的數(shù)值較為精確;若兩者差值較大,則表明存在誤差,需要重新定點(diǎn)測(cè)量,最終取10 min和15 min所測(cè)得的Rn濃度的平均值作為此測(cè)點(diǎn)的數(shù)值大小。

能否合理并準(zhǔn)確地計(jì)算出異常值,直接影響對(duì)土壤氣氡濃度曲線異常形態(tài)與隱伏斷層位置的推斷及斷層特性分析。結(jié)合前人資料和場(chǎng)地條件,采用先計(jì)算每條測(cè)氡線所有測(cè)量點(diǎn)的Rn濃度的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)方差,用平均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)方差所得的數(shù)據(jù)作為上限與下限,剔除數(shù)據(jù)中大于或小于此范圍的值后所計(jì)算的平均值作為此條測(cè)線的背景值(RnB)。經(jīng)川西南地區(qū)的測(cè)氡經(jīng)驗(yàn)[9]和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以背景值加其1.5倍標(biāo)準(zhǔn)方差所得值作為測(cè)線的異常閥值(RnF)較為合理,超過(guò)異常閥值被稱為地球化學(xué)異常[11-13]。此計(jì)算方法在西南地區(qū)大涼山斷裂帶中部斷層和小江斷裂帶的斷層氣氡研究中廣泛應(yīng)用,并取得理想效果[7,9]。

野外斷層氣氡探測(cè)工作在6月進(jìn)行,研究區(qū)氣溫在20～30 ℃,地表溫度滿足儀器的使用條件,測(cè)試場(chǎng)地均位于Ⅰ級(jí)階地,階地為沖積成因類型,拔河高度一般3～10 m,各剖面所切的第四系覆蓋物厚度相差不大。

3 氡濃度剖面解譯

研究區(qū)第四系極為發(fā)育,河谷內(nèi)石棉斷裂隱伏于河流階地之下,野外布置了5條橫跨整個(gè)河谷的氡測(cè)線,測(cè)線延伸至可測(cè)量的最大長(zhǎng)度,用來(lái)確定石棉斷裂北段(大渡河流域)和南段(南椏河流域)的空間位置、斷層特性及其相對(duì)活動(dòng)性強(qiáng)弱。

3.1 CX1剖面

CX1剖面布置在大渡河右岸Ⅰ級(jí)階地安順場(chǎng)附近,起點(diǎn)坐標(biāo)為29°16′46.72″N,102°16′22.24″E,終點(diǎn)坐標(biāo)為29°17′2.96″N,102°16′43.56″E,長(zhǎng)520 m,布置測(cè)點(diǎn)31個(gè)。由圖2可以看出,在距離測(cè)線起始點(diǎn)170 m和330 m的位置存在兩處超過(guò)異常閥值的斷層氣Rn濃度,此測(cè)線最高峰峰值濃度(RnEmax)為26 100.00 Bq/m3,背景值(RnB)為8 892.81 Bq/m3,異常閥值(RnF)為18 407.81 Bq/m3,RnF與RnB比值為2.06,且RnEmax是RnB的2.93倍。

圖2 CX1實(shí)測(cè)Rn濃度曲線及淺層人工地震物探剖面Fig.2 Measured Rn concentration curve of CX1 and shallow artificial seismic exploration section

3.2 CX2剖面

CX2剖面布置在大渡河左岸的安靖村,起點(diǎn)坐標(biāo)為29°15′33.10″N,102°18′13.81″E,終點(diǎn)坐標(biāo)為29°15′48.42″N,102°18′23.94″E,長(zhǎng)500 m,布置測(cè)點(diǎn)30個(gè)。由圖3可以看出,實(shí)測(cè)曲線在190～230 m處超過(guò)異常閥值,異常區(qū)間寬40 m左右。剖面起點(diǎn)緊鄰大渡河,無(wú)法進(jìn)行測(cè)量工作。此測(cè)線RnEmax為25 102.30 Bq/m3,RnB為8 404.97 Bq/m3,RnF為18 295.67 Bq/m3,RnF與RnB比值為2.17,且RnEmax是RnB的2.98倍。

圖3 CX2實(shí)測(cè)Rn濃度曲線Fig.3 Measured Rn concentration curve of CX2

3.3 CX3剖面

CX3剖面布置于大渡河右岸Ⅰ級(jí)階地的小水村附近,起點(diǎn)坐標(biāo)為29°15′9.21″N,102°19′0.87″E,終點(diǎn)坐標(biāo)為29°15′14.90″N,102°19′6.42″E,長(zhǎng)510 m,布置測(cè)點(diǎn)31個(gè)。由圖4可知,在距離起始點(diǎn)385～425 m位置處存在高出異常閥值的Rn濃度,異常區(qū)間寬40 m左右。此測(cè)線RnEmax為28 963.00 Bq/m3,RnB為9 553.12 Bq/m3,RnF為19 237.30 Bq/m3,RnF與RnB比值為2.01,且RnEmax是RnB的3.03倍。

圖4 CX3實(shí)測(cè)Rn濃度曲線Fig.4 Measured Rn concentration curve of CX3

3.4 CX4剖面

CX4剖面位于石棉縣城與廣元堡之間京昆高速跨河大橋附近,屬于南椏河沖洪積物之上,起點(diǎn)坐標(biāo)為29°12′50.08″N,102°22′16.55″E,終點(diǎn)坐標(biāo)為29°13′5.16″N,102°22′27.16″E,長(zhǎng)570 m,布置測(cè)點(diǎn)37個(gè)。由圖5可以看出,所有測(cè)點(diǎn)Rn濃度在距起始測(cè)點(diǎn)375～425 m之間在異常閥值之上,異常寬度約為50 m。剖面橫跨南椏河,河面寬度約為70 m,位于剖面240～310 m處。此測(cè)線平均值為10 598.00 Bq/m3,RnEmax為46 821.50 Bq/m3,RnB為10 598.00 Bq/m3,RnF為27 996.9 Bq/m3,RnF與RnB比值為2.64,且RnEmax是RnB的4.42倍。

圖5 CX4實(shí)測(cè)Rn濃度曲線Fig.5 Measured Rn concentration curve of CX4

3.5 CX5剖面

CX5剖面位于黑林子,剖面位于探槽西側(cè)約20 m的位置,長(zhǎng)300 m,布置測(cè)點(diǎn)30個(gè)。由圖6可以看出,剖面形態(tài)為單峰型,Rn濃度在距起始測(cè)點(diǎn)155～200 m之間在異常閥值之上,異常寬度約為45 m。此測(cè)線平均值為9 984.00 Bq/m3,RnEmax為40 321.50 Bq/m3,RnB為9 984.00 Bq/m3,RnF為26 030.30 Bq/m3,RnF與RnB比值為2.60,且RnEmax是RnB的4.04倍。

圖6 CX5實(shí)測(cè)Rn濃度曲線及探槽剖面(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.6 Measured Rn concentration curve of CX5 and the trench profile(modified after reference [16])

4 分析與討論

4.1 Rn濃度異常與斷層空間位置

斷層是地球內(nèi)部氣體向地表運(yùn)移的良好通道,氣體遷移至地表吸附在土壤顆粒表面,覆蓋層又是氣體的巨大附存空間,所以構(gòu)成了斷層氣氡異常的天然有利條件[14]。

由CX1位置的Rn濃度曲線可知,在剖面170～205 m和320～330 m兩處存在異常區(qū)間(圖2),在170～205 m主峰區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)該剖面的最高峰峰值濃度,主峰位置為主斷裂經(jīng)過(guò)的部位,推測(cè)主峰的異常區(qū)間為石棉斷裂經(jīng)過(guò)的位置,320～330 m異常區(qū)間為上盤(pán)次級(jí)斷裂存在的區(qū)域。為驗(yàn)證其推測(cè)的準(zhǔn)確性,進(jìn)行了人工地震探測(cè)。結(jié)合石棉地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),研究區(qū)基巖是晉寧期花崗巖,為無(wú)層理面的火成巖,且目標(biāo)斷裂的傾角較陡,采用反射凌亂、出現(xiàn)巖面陡坎、凹槽等特征進(jìn)行斷層判斷分析。地震反射剖面解譯出在180 m和330 m的部位存在巖面陡坎及凹槽,推測(cè)均存在斷層展布。物探與化探確定的斷層位置相隔約10 m,原因是斷層正上方為農(nóng)田,耕植土為黑色淤泥為主,淤泥孔隙度較小,不易于氣體的附存,導(dǎo)致其氣體向四周土壤擴(kuò)散,使斷點(diǎn)東側(cè)約10 m處出現(xiàn)高濃度異常帶。物探、化探均發(fā)現(xiàn)該剖面位置存在兩條隱伏斷裂,且兩者位置較為吻合。

CX5實(shí)測(cè)Rn濃度剖面在155～200 m處存在異常區(qū)間,并在186 m附近測(cè)得最高峰峰值濃度,表明石棉斷裂從此處通過(guò)。在異常區(qū)間附近開(kāi)挖了一條長(zhǎng)約60 m的探槽,揭示了3條斷裂,其分布形態(tài)為典型的平移斷層花狀結(jié)構(gòu)[15][圖6(b)]。探槽位于CX5剖面的150～210 m,該區(qū)域也是斷層槽谷的展布區(qū)段。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,在最高峰峰值濃度的下方為探槽揭示的斷層F1位置,即目標(biāo)斷裂通過(guò)的位置。

CX1氡濃度實(shí)測(cè)曲線與淺層人工地震探測(cè)剖面和CX5氡濃度實(shí)測(cè)曲線與探槽相互對(duì)比分析研究,發(fā)現(xiàn)石棉地區(qū)隱伏斷裂覆蓋層厚度較薄,斷層氣氡測(cè)量揭示的斷層空間位置較為合理,該方法可行性與準(zhǔn)確性較高。

CX1～CX5 剖面均存在異常區(qū)間,寬度在40～50 m之間,且經(jīng)過(guò)物探及探槽等驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)斷裂均分布在異常區(qū)內(nèi)。分析認(rèn)為,氡測(cè)量確定的異常區(qū)間與隱伏斷裂的空間展位置布吻合度較高,可用于石棉地區(qū)的斷裂研究。依次將5條剖面的異常區(qū)間用平滑曲線相連接來(lái)確定石棉隱伏斷裂的空間展布,如圖7所示。斷層氣氡測(cè)量確定的空間展布具有良好的線型關(guān)系,在野外調(diào)查過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)斷層槽谷、埡口等地貌均較好的分布在沿線附近。

圖7 石棉斷裂空間展布圖Fig.7 Spatial distribution of Shimian fault

4.2 Rn濃度曲線形態(tài)與斷層特性

學(xué)者研究表明,土壤氣氡實(shí)測(cè)剖面形成的曲線形態(tài)有尖窄單峰異常、圓寬單峰異常、雙峰異常及多峰異常[16]。一般而言,直立斷層異常曲線較為對(duì)稱,多為單峰形態(tài);傾斜斷層異常曲線多為雙峰和多峰形態(tài),主要原因?yàn)樯媳P(pán)次級(jí)裂隙和斷層較為發(fā)育,導(dǎo)致巖體較為破碎,導(dǎo)氣性比下盤(pán)好,次級(jí)峰所指方位為斷層的傾斜方向,異常峰衰減較緩一側(cè)通常為斷層上盤(pán)[16-17],且峰間距一般較大[18]。本文根據(jù)5條斷層氣氡濃度曲線分析發(fā)現(xiàn),CX1和CX3曲線形態(tài)為雙峰型,CX2和CX4曲線形態(tài)為多峰型,CX5曲線形態(tài)為單峰型。研究發(fā)現(xiàn),斷裂雙峰型及多峰型的曲線形態(tài)其次級(jí)峰均位于主峰的南西測(cè),次級(jí)峰與主峰之間的距離在150～300 m之間,次級(jí)峰形成原因大多為次級(jí)小斷裂,在CX3剖面的次級(jí)峰位置找到對(duì)應(yīng)的次級(jí)斷裂露頭(圖8)。次級(jí)峰所指的方位為斷層的傾斜方向,斷層氣氡探測(cè)結(jié)果推測(cè)石棉斷裂傾向南西。對(duì)于5條氡濃度曲線的主峰而言,其峰值點(diǎn)南西側(cè)的濃度衰減至背景值均慢于北東側(cè),其中以CX5剖面最為明顯,即石棉斷裂南西側(cè)一盤(pán)為上盤(pán)。

圖8 CX3剖面次級(jí)斷裂及素描圖Fig.8 Secondary fracture of the profile CX3 and the sketch

在CX4剖面氡濃度的異常區(qū)附近的后溝溝口位置發(fā)現(xiàn)南椏河沖洪積堆積層的錯(cuò)動(dòng),其剖面如圖9所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,該處石棉斷裂產(chǎn)狀為N38°W/SW∠78°,且為逆斷層。

圖9 后溝階地位錯(cuò)剖面圖Fig.9 Profile of the offset in Hougou terrace

斷層氣氡探測(cè)確定的石棉隱伏斷裂的傾向與物探及探槽揭示結(jié)果具有一致性。綜合前人資料,確定斷裂的產(chǎn)狀為N38°～45°W/SW∠70°～80°,力學(xué)特性為壓性兼反扭。

4.3 Rn濃度變化特征與相對(duì)活動(dòng)性

5條測(cè)線Rn濃度最小值在2 000～2 600 Bq/m3之間,表明本區(qū)域即使遠(yuǎn)離斷層破碎帶斷層氣氡濃度也偏高,其主要原因?yàn)槭蘅h周圍基巖為花崗巖。研究表明放射性元素鐳、鈾在花崗巖中含量最高[19-20],理論認(rèn)為存在鐳、鈾衰變的地方就會(huì)有土壤氣氡,且鐳、鈾含量與濃度之間為正比關(guān)系。

斷層帶氡濃度受地質(zhì)背景、場(chǎng)地條件、斷層活動(dòng)性等多種因素控制,用Rn濃度的襯度值大小對(duì)斷層活動(dòng)性進(jìn)行分級(jí),到目前尚未形成系統(tǒng)的判別標(biāo)準(zhǔn),僅僅適應(yīng)于局部地區(qū)應(yīng)用的活動(dòng)性判別[21]。從斷層氣氡的相關(guān)數(shù)值模擬方面分析,探測(cè)出的Rn濃度異常形態(tài)是受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造限制的,異常值是斷面濃度和覆蓋層巖組特性共同作用決定[22]。采用Rn濃度襯度值初步判定隱伏斷裂的活動(dòng)性可以在一定程度上消減覆蓋層巖組特征對(duì)斷層相關(guān)活動(dòng)性的影響。Rn濃度強(qiáng)度包含了斷面濃度信息,也包括斷層兩盤(pán)膠結(jié)開(kāi)啟程度和區(qū)域應(yīng)力大小兩種信息[17]。分析認(rèn)為,區(qū)域應(yīng)力大小不同,導(dǎo)致斷層氣氡測(cè)量的濃度存在一定差異,為斷裂分段提供了最為有利的證據(jù),且在較小的研究區(qū)域內(nèi)兩盤(pán)膠結(jié)開(kāi)啟程度相差較小的情況下,采用襯度值大小的方法來(lái)判定斷裂相對(duì)活動(dòng)性較為精確。

根據(jù)數(shù)據(jù)可以精確計(jì)算出斷裂帶Rn濃度的最大襯度值和平均襯度值。計(jì)算公式分別為:最大襯度值=最高峰峰值濃度(RnEmax)/背景值(RnB);平均襯度值=異常平均值/背景值,比值大小與斷裂活動(dòng)性呈正相關(guān),因此可以用來(lái)大致確定斷層不同段的相對(duì)活動(dòng)性強(qiáng)弱[9,17]。對(duì)于石棉斷裂而言(表1),北段(大渡河流域)最大襯度值為2.93～3.03,平均襯度值為2.58～2.75,異常破碎帶寬度在30～40 m;南段(南椏河流域)最大襯度值為4.04～4.42,平均襯度值為3.43～3.30,異常破碎帶寬度在45～50 m。石棉隱伏斷裂南段最大平均襯度值均大于北段,且斷裂破碎帶寬度也較寬,說(shuō)明斷裂南段的相對(duì)活動(dòng)性大于北段。

表1 斷裂剖面測(cè)量數(shù)據(jù)處理結(jié)果Table 1 Processing results of measurement data from fracture profile

根據(jù)斷層氣氡探測(cè)結(jié)果,石棉隱伏斷裂往東南方向延伸活動(dòng)性有所增強(qiáng)。安順場(chǎng)附近測(cè)得石棉斷裂的左旋滑動(dòng)速率為1.7 mm/a[23],陡坎子附近其左旋滑動(dòng)速率為3.1 mm/a[15]。根據(jù)滑動(dòng)速率的活斷層分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[24],1～10 mm/a的滑動(dòng)速率的斷層活動(dòng)性為中等-強(qiáng),說(shuō)明往東南延伸活動(dòng)性增強(qiáng)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大涼山斷裂帶北段東支的石棉斷裂進(jìn)行斷層氣氡精密探測(cè),并結(jié)合淺層人工地震、探槽資料及前人的研究成果,對(duì)石棉地區(qū)的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行了初步探討,獲得主要認(rèn)識(shí)如下:

(1) 斷層氣氡探測(cè)在石棉地區(qū)對(duì)隱伏斷層的空間位置、幾何特性、相對(duì)活動(dòng)性均有較好的反映。

(2) 該區(qū)域第四紀(jì)覆蓋層較薄,斷層氣氡探測(cè)揭示的斷層空間位置與淺層人工地震、探槽、位錯(cuò)點(diǎn)解譯的空間位置吻合度較高,位于最高峰峰值濃度附近且都在主峰的異常區(qū)間內(nèi),該方法可大致確定研究區(qū)覆蓋層下斷層的空間展布。

(3) 斷層氣氡探測(cè)確定的石棉隱伏斷裂的傾向與物探、探槽揭示結(jié)果具有一致性,并結(jié)合各剖面的數(shù)據(jù),確定隱伏斷裂的產(chǎn)狀為N38°～45°W/SW∠70°～80°。

(4) 利用斷層氣Rn濃度襯度值大小對(duì)石棉斷裂的相對(duì)活動(dòng)性進(jìn)行判定,斷裂南段(南椏河流域)的活動(dòng)性要強(qiáng)于北段(大渡河流域),石棉隱伏斷裂往東南方向延伸活動(dòng)性有所增強(qiáng)。