阿拉散布拉克斷裂帶氣氡分布特征研究①

盧康太，陳 鋒，賀根義，趙樂凡

(1.新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100)

氡氣是一種特殊的氣體元素，不僅存在于大氣圈、水圈中，在深部巖石圈中也分布廣泛。隱伏斷裂帶是構(gòu)造破碎帶，不僅為地下深部氡氣向地表的運(yùn)移提供了通道，而且造成地表沿隱伏斷裂呈現(xiàn)氡異常高值，因此在地表進(jìn)行土壤氡的測(cè)量，分析其空間分布特征有可能發(fā)現(xiàn)隱伏構(gòu)造[1]。

中國80年代末開始開展對(duì)活斷層氡氣的定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè),而連續(xù)自動(dòng)觀測(cè)則是在我國研制出SD-I型測(cè)氧儀后才開始的[2]。劉亮等人發(fā)現(xiàn)斷層活動(dòng)性越強(qiáng)，破碎帶連通性越好，氡氣異常特征也越顯著[3]。沈曉明等人在云南木利銻礦區(qū)礦體三號(hào)背斜內(nèi)已知斷層和礦體上部均出現(xiàn)明顯的氡氣異常[4]。歐璐等人發(fā)現(xiàn)黃村斷裂帶上方土壤氡氣具有異常顯示，異常位置與斷層位置具有較好的一致性[5]。丁蘭蘭在相山鈾礦田梅峰山及堯平地區(qū)通過土壤氡測(cè)量圈定的四片氡濃度異常區(qū)均出現(xiàn)在已知構(gòu)造周圍[6]。李洪藝等人發(fā)現(xiàn)廣從斷裂帶上土壤氡具有明顯的峰值異常特征，且氡氣濃度比與斷裂活動(dòng)性有一定的聯(lián)系，濃度比越大，活動(dòng)性越強(qiáng)[7]。劉菁華等人在研究中發(fā)現(xiàn)氡濃度在斷層面上呈不均勻分布，且剖面上呈現(xiàn)峰值[8]。沈秋華等人在廣州市軌道交通十三號(hào)線一期工程勘察現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行土壤氡濃度測(cè)試探查斷裂構(gòu)造帶走向，并結(jié)合鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)基本一致[9]。姚慧敏等人在天津薊縣山前地段進(jìn)行土壤氡濃度的測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)氡濃度異常大都位于斷裂附近，均受構(gòu)造控制，異常展布的主體方向能反映區(qū)域構(gòu)造的基本輪廓，均是沿構(gòu)造帶、斷裂延伸方向展布[10]。姚德等人發(fā)現(xiàn)在青島市區(qū)的斷裂地帶有多處氡活度濃度偏高點(diǎn)出現(xiàn)[11]。張朝明等人發(fā)現(xiàn)土壤氣的異常和斷裂存在關(guān)系[12]。蔡仲瓊等人首次應(yīng)用氣體地球化學(xué)方法探測(cè)烏魯木齊地區(qū)的主要隱伏活動(dòng)斷層，并取得了較好的效果[13]。

本文中通過測(cè)量新疆托里縣鐵廠溝鎮(zhèn)阿拉散布拉克溫泉一帶的土壤氡濃度，探查該區(qū)可能存在的隱伏斷裂。調(diào)查區(qū)位于新疆托里縣鐵廠溝鎮(zhèn)東側(cè)15 km處的阿拉散布拉克一帶(即鐵廠溝溫泉一帶)的白楊河谷地，地貌為沖洪積平原區(qū)和低山丘陵區(qū)，行政區(qū)劃隸屬托里縣。該區(qū)總體海拔高程為650～900 m，相對(duì)高差小于50 m，總體地勢(shì)南高北低，出露地層主要有泥盆系、侏羅系、三疊系和第四系(圖1)。

圖1 調(diào)查區(qū)域圖

1 土壤氡測(cè)線的布設(shè)及測(cè)量方法

1.1 測(cè)線布設(shè)

土壤氡濃度測(cè)量剖面線主要布設(shè)在地面調(diào)查、井溫、地溫測(cè)量成果基礎(chǔ)上初步圈定的地溫異常區(qū)，以剖面控制為主，剖面線需橫跨衛(wèi)星影像圖顯示的線性構(gòu)造，更好的捕捉沿?cái)鄬铀莩龅耐寥离睗舛?。考慮工作量有限，點(diǎn)間距根據(jù)異常區(qū)寬度確定，一般點(diǎn)距30～50 m，線距1 500～3 000 m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整，共完成測(cè)氡剖面8條(實(shí)測(cè)剖面線位置見圖2)，長約28 km，測(cè)氡點(diǎn)841個(gè)(表1)。

圖2 測(cè)氡剖面布置圖

1.2 測(cè)量方法

本次測(cè)量使用FD216環(huán)境氡測(cè)量儀測(cè)量。該儀器具有靈敏度高、便攜、智能、操作方便等特點(diǎn)，適用于室內(nèi)外環(huán)境空氣及土壤中氡的測(cè)量。測(cè)量時(shí)需要將取樣管全部插入土壤中，減少地表因素(風(fēng)、溫度、水分等)對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，因此野外具體工作方法是在測(cè)量點(diǎn)位打一個(gè)深約70 cm的導(dǎo)向眼，隨后立即將取樣管插入其中并避免取樣管內(nèi)部氣體與外界聯(lián)系，連接測(cè)試儀即可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

2 氡濃度異常區(qū)域分析

2.1 單點(diǎn)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)的可靠性分析

為驗(yàn)證測(cè)量期間儀器是否會(huì)在使用過程中產(chǎn)生氣密性不佳現(xiàn)象，造成測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差，在D1線測(cè)量結(jié)束后，特選取D1線上氡氣濃度較高的點(diǎn)47作為驗(yàn)證點(diǎn)，在測(cè)量每條剖面前在驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，具體測(cè)量值見表2。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)據(jù)保持在誤差±10%的范圍內(nèi)波動(dòng)，由于波動(dòng)范圍較小，儀器穩(wěn)定性較好，對(duì)于本次異常區(qū)域的確定是相對(duì)可靠的。

表1 完成工作量表剖面線編號(hào)長度/m點(diǎn)數(shù)/個(gè)D14 37596D24 77098D36 645203D44 025153D57 450245D626014D732017D828015合計(jì)28 125841表2 驗(yàn)證點(diǎn)對(duì)比表剖面編號(hào)測(cè)量值誤差(%)D1867.5-D2813.6-6.2 D3892.32.9 D4788.4-9.1 D5825.9-4.8 D6926.16.8 D7804.3-7.3 D8899.23.7

本次采集數(shù)據(jù)841組，測(cè)量的最小值為255，最大值為13 500，跨度較大，擬采用以1 000為間距進(jìn)行頻數(shù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。由表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果制成頻率分布曲線圖，圖3顯示該數(shù)據(jù)為左偏正態(tài)分布，其結(jié)果可以利用，數(shù)據(jù)可靠。

圖3 頻率曲線圖

表3 測(cè)氡點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分組數(shù)據(jù)

2.2 土壤氡背景值和異常警戒值的確定

以不同測(cè)線沒有斷裂通過的測(cè)段所測(cè)氡濃度的平均值作為背景值，當(dāng)氡濃度數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時(shí)，求氡濃度的平均值，

(1)

以其超過每條線氡濃度平均值的1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差(概率為86.6%)，根據(jù)實(shí)際工作需要采用1.5倍上方標(biāo)準(zhǔn)差(概率為93.3%)作為異常警戒值，

(2)

(3)

3 土壤氡數(shù)據(jù)分析

D1測(cè)線總長度為4 375 m，近南北向展布(表1)。背景值為3 263 Bq/m3，異常警戒線為4 694 Bq/m3(圖4)。本測(cè)線土壤氡濃度的測(cè)量值分別在0、1 125、3 675 m處開始出現(xiàn)異常，測(cè)值分別為7 030 Bq/m3、5 293 Bq/m3、6 595 Bq/m3，高出異常警戒線值4 694 Bq/m3，分別到680、2 225、3 875 m處異常結(jié)束，測(cè)值分別為4 207 Bq/m3、3 792 Bq/m3、4 250 Bq/m3，低于異常警戒線值；0～650 m這組異常跨越了650 m的長度，其最大異常值為8 516 Bq/m3，是數(shù)據(jù)波動(dòng)的 3.67倍；1 125～2 175 m這組異?？缭搅? 050 m長度，其最大異常值為8 675 Bq/m3，是數(shù)據(jù)波動(dòng)的3.78倍；3 675～3 825 m這組異?？缭搅?50 m長度，其最大異常值為6 595 Bq/m3，是數(shù)據(jù)波動(dòng)的2.33倍。

圖4 D1線氡濃度曲線圖

按照概率統(tǒng)計(jì)理論，落在1.5倍標(biāo)準(zhǔn)方差以下的數(shù)據(jù)的概率為93.3%，即超出異常警戒線的數(shù)據(jù)的概率為6.7%。0～650 m這組測(cè)值共有14個(gè)，超出異常警戒線的點(diǎn)少于0.9個(gè)為正常，但該組異常卻有9個(gè)點(diǎn)，該組為異常的概率為1-(0.067)9，所以該組異常非?？尚?；1 125～2 175 m這組測(cè)值共有21個(gè)，超出異常警戒線1.4個(gè)點(diǎn)為正常，但該組異常卻有10個(gè)點(diǎn)，該組為異常的概率為1-(0.067)10，所以該組異常非?？尚?；3 675～3 825 m這組測(cè)值共有4個(gè)，超出異常警戒線0.3個(gè)點(diǎn)為正常，但該組異常卻有3個(gè)點(diǎn)，該組為異常的概率為1-(0.067)3，所以該組異常非?？尚拧Ｒ虼伺袛嘣?～650 m之間、1 125～2 175 m之間、3 675～3 825 m之間為氡濃度異常區(qū)域。

根據(jù)上述方法逐線進(jìn)行分析(圖5～10)，判斷D2測(cè)線在0～200 m之間、3 475～4 350 m之間為氡濃度異常區(qū)域(圖5)；D3測(cè)線在225～275 m之間、525～750 m之間、1 325～1 575 m、

圖5 D2線氡濃度曲線圖

4 390～6 220 之間為氡濃度異常區(qū)域(圖6)；D4測(cè)線在0～150 m之間、950～1 000 m之間、1 950～2 275 m之間、2 775～2 900 m之間、3 700～3 775 m之間為氡濃度異常區(qū)域(圖7)；D5測(cè)線在1 175～1 325 m之間、1 475～1 675 m之間、3 150～3 725 m之間為氡濃度異常區(qū)域(圖8)；D7測(cè)線在180～320 m之間為氡濃度異常區(qū)域；D8測(cè)線在0～160 m之間為氡濃度異常區(qū)域(圖9)。

圖6 D3線氡濃度曲線圖

圖7 D4線氡濃度曲線圖

圖8 D5線氡濃度曲線圖

圖9 D7線氡濃度曲線圖

4 土壤氡空間分布特征

圖10 D8線氡濃度曲線圖

通過對(duì)該區(qū)域氡濃度進(jìn)行分析，共圈定出19段氡濃度異常區(qū)域,每段異常具有明顯的峰值異常特征(表4)，每段異常峰值的連線可能為斷層線。利用高分辨率衛(wèi)星遙感影像，對(duì)地形地貌和斷裂構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)解譯，可了解環(huán)境地質(zhì)構(gòu)造格局，對(duì)斷層的空間分布進(jìn)行初步定位[14]。結(jié)合衛(wèi)星影像圖地表特征連接土壤氡濃度異常區(qū)域即可得到斷裂位置，共圈定出7條斷裂(圖11b)，與物探圈定斷裂走向大體一致(圖11c)。因?yàn)闊o論是土壤氡觀測(cè)，還是地球物理探測(cè)所探查的都是不連續(xù)面，即斷裂帶。通過物探分析的北東東向且與土壤氡測(cè)量關(guān)系密切的斷裂有4條，其中有3條分布在土壤氡所確定的斷層帶南面(斷裂對(duì)比圖見圖11a)。物探所探測(cè)的是地表以下某深度斷裂的位置，而土壤氡探測(cè)的是斷層線所在的位置，因此判斷該處斷裂面可能向南傾斜。

表4 異常段峰值表

圖11 推測(cè)斷裂圖

5 結(jié) 論

通過對(duì)該區(qū)域氡濃度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在每條測(cè)線上氡濃度呈不均勻分布，且剖面上呈現(xiàn)峰值，這些氡濃度異常在空間上呈現(xiàn)北東東向(67°±9°～256°±9°)的分布特征，與物探圈定斷裂走向大體一致。結(jié)合衛(wèi)星影像圖地表特征連接土壤氡濃度異常區(qū)域，其連線有可能反映斷層線的位置。在所測(cè)的8條線中共確定了19段氡異常區(qū)域，每段氡異常寬度不一，最長1 900 m，最短250 m，這也反映氡的逸出在斷裂橫向上是具有一定的空間分布的。通過土壤氡異常所圈定的斷裂主要有4條，以北東東向?yàn)橹?，自北向南其走向分別為58°～238°、62°～242°、59°～239°、76°～256°，與物探圈定的斷裂方向基本吻合。說明通過觀測(cè)土壤氡來探查隱伏斷層的位置效果是比較明顯的，也是行之有效的方法之一。通過土壤氡圈定的斷裂與物探探查的斷裂仍有一小部分存在不一致的現(xiàn)象，且土壤含水率、取樣深度、土壤顆粒大小均對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[15]，建議結(jié)合更多地質(zhì)、物探資料和其他方法，進(jìn)一步深入研究。