土壤氡氣測量技術(shù)在麻團斷裂南段隱伏構(gòu)造的應(yīng)用研究
——以鄂州岱家山地區(qū)為例

但炳良，胡 諜，張金朝，張 平

（湖北省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊，湖北 鄂州）

土壤氡氣測量是指用測氡儀測量土壤中氡濃度的過程，技術(shù)成熟，在探尋隱伏構(gòu)造的應(yīng)用和研究十分廣泛。利用土壤氡氣測量方法，陳召文[1]和曾敏[2]確認(rèn)了隱伏斷層的存在；孫東等[3]以此很好地控制了緬甸恩梅開江斷裂在覆蓋層之下的延伸展布方向；沈曉明等[4]以出現(xiàn)明顯的氡氣異常推斷出兩條大型隱伏斷裂及若干條隱伏的次級斷裂；張駿等[5]判別了隱伏斷裂（帶）的空間分布位置及其相對活動強弱與活動水平的問題；張博[6]確定了三條隱伏斷裂帶的空間分布位置及其相對活動強度；李強、肖友發(fā)等[7-8]利用氡氣異常在咸寧尋找隱伏斷裂取得了地?zé)崤c地下水找礦發(fā)現(xiàn)的系列成果。本次研究基于氡氣在本區(qū)測量值的有效性，繼而在麻團斷裂南段西緣和百鐮湖—廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜周邊開展隱伏構(gòu)造探測研究。

1 研究區(qū)概況

商城—麻城—團風(fēng)斷裂（簡稱“麻團斷裂”）是鄂東北—鄂東南一條重要的斷裂，北起河南商城，往南在湖北經(jīng)麻城、團風(fēng)跨過長江至鄂州和咸寧，長約240 km。晚中生代—新生代以來，麻團斷裂處于伸展構(gòu)造環(huán)境，第四紀(jì)以來則以張剪性為主[9]。根據(jù)斷裂幾何特征及活動性質(zhì)大致可以分為三段，北段為商城—麻城黃土咀，傾向SEE，具有逆沖性質(zhì)；中段為黃土咀—團風(fēng)，南段為團風(fēng)以南段，麻城以南傾向NWW，具有正斷性質(zhì)，并兼有右旋走滑分量；斷裂總體走向NNE[10]。

岱家山地區(qū)屬下?lián)P子陸塊之鄂東南褶沖帶，地處麻團斷裂南段西緣，隸屬鄂州市華容區(qū)紅蓮湖新區(qū)管委會管轄，區(qū)內(nèi)有百鐮湖—廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜近東西向橫穿。本區(qū)地勢西北高南東低，地表除了第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)地層廣泛發(fā)育，零星出露有志留系中統(tǒng)墳頭組（S2f）、泥盆系上統(tǒng)云臺觀組（D3y）和二疊系中統(tǒng)孤峰組（P2g）地層。

本區(qū)在三疊紀(jì)以前地層發(fā)生大規(guī)模的褶斷變形，形成了一系列近東西向的構(gòu)造形跡，以褶皺為主，斷裂為輔。規(guī)模較大、出露相對完整的褶皺為百鐮湖-廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜，斷裂主要有岱家山斷裂（F2），走向近東西，與背斜軸部近乎平行，斷裂內(nèi)破碎帶發(fā)育，其間地層缺失嚴(yán)重，為逆斷層。燕山期以斷裂變形為主，形成了規(guī)模宏大的北北東向隱伏斷裂，晚期形成大面積分布的斷（凹）陷紅盆，在露頭可見新灣斷裂（F1），與背斜軸部正交，為背斜橫斷裂，東西兩側(cè)地層順時針錯斷[11]。

2 土壤氡氣測量

2.1 測量儀器

本次工作使用成都核盛科技有限公司生產(chǎn)的HS04 型測氡儀，采用土壤氡埋置法測量土壤中氡氣濃度，是一種新的累積型測量方法，氡氣測量值的記錄與導(dǎo)出采用測氡儀配套的HS04-V15 應(yīng)用軟件。

2.2 測量原理及方法

氡氣測量以222Rn 為示蹤元素，其主要來源于各種巖石中的238U 不斷衰變，廣泛分布于巖石、土壤、空氣和水中，既易溶于水又可吸附于固體表面。當(dāng)?shù)貙又写嬖趲r溶、節(jié)理裂隙、斷裂破碎帶等構(gòu)造時，使得放射性氣體更容易溢出，而構(gòu)造本身也是地下水和氣體良好的儲存場所和運移通道，較深部的氡氣亦將沿這些通道集中運移和擴散，從而其上覆土層孔隙氣體中氡含量出現(xiàn)異常，借此可推斷隱伏斷裂，了解主要斷層的基本規(guī)模、走向以及分布特征。

正式測量前對儀器進行標(biāo)定，保證儀器性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠。測點布設(shè)應(yīng)相對干燥，點距40 m。采用二沖程打孔機打孔，孔深50 cm，成孔后倒扣放置ɑ杯，塑料膠盤遮蓋密封洞口，保證靜置時間至少4 小時。之后，取出ɑ 杯，快速清除杯體上的泥土，將ɑ 杯裝到端蓋上，放入電離室，一鍵式啟動測量。

2.3 測線布置

本次氡氣測量以剖面的形式進行，測線布置盡可能垂直構(gòu)造線的走向。圖1 為本次共布設(shè)6 條氡氣剖面，測量點數(shù)為363 個點。其中1 線和2 線控制區(qū)域大斷裂—麻團斷裂，3、4、5 線控制百鐮湖—廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜及區(qū)域隱伏小斷裂，6 線用來驗證縱向上貫穿岱家山的新灣斷裂。

圖1 氡氣測線布置

2.4 數(shù)據(jù)處理

在室內(nèi)對本區(qū)測得的363 個氡氣（Rn）數(shù)據(jù)進行處理，參照野外記錄對干擾點進行處理，剔除干擾異常值后所有數(shù)據(jù)的計算平均值X0=18.925 kBq/m3，標(biāo)準(zhǔn)離差σ0=43.029 kBq/m3，舍棄（X0-3σ，X0+3σ）范圍以外的測量數(shù)據(jù)，認(rèn)定剩余測量數(shù)據(jù)在合理變化范圍，并再次計算平均值X1=14.45 kBq/m3，標(biāo)準(zhǔn)離差σ1=25.750 kBq/m3，定義X1為本區(qū)域背景值RnB，閾值RnF（53.075 kBq/m3）=X1+1.5σ1，詳見表1。在此基礎(chǔ)上繪制氡氣測量異常區(qū)，超出異常閾值部分定義為高異常區(qū)。

表1 調(diào)查區(qū)氡氣值分布統(tǒng)計

3 氡異常解釋

3.1 有效性驗證

本次選擇地表已知的新灣斷裂F1和岱家山斷裂F2來驗證氡氣值的有效性。根據(jù)圖2 氡氣測量剖面6線，異常值23.55 kBq/m3所在測點位置與F1 斷層比較吻合，屬于區(qū)域小斷層；根據(jù)圖3 氡氣測量剖面3、4、5 線，異常值較多，將4、5 線北側(cè)的系列異常區(qū)連線，與F2斷層位置和走向基本吻合。因此判斷本次土壤氡氣測量的結(jié)果有效。

圖2 氡氣6 線剖面

圖3 調(diào)查區(qū)地表氡氣異常分析

3.2 異常圈定及推斷

根據(jù)前期的數(shù)據(jù)處理可知，調(diào)查區(qū)元素氡（Rn）的背景值為14.45 kBq/m3，閾值為53.075 kBq/m3，相較于周邊咸寧嘉魚地區(qū)[7-8]的氡氣測量，本區(qū)氡氣背景值異常偏高且變化相對更大。一方面，可能與嘉魚采用的瞬時測量法，而本區(qū)采用的是累積測量法有關(guān)；另一方面，可能與本區(qū)地處麻團斷裂與百鐮湖-廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜交匯地區(qū)，受多期構(gòu)造運動影響，在背斜軸部及周邊產(chǎn)生眾多張性小斷層及裂隙，形成分布不均的構(gòu)造破碎帶，才使得本區(qū)氡氣背景值偏高，具體到各點值差異較大。

從圖3 分析氡氣測量剖面3、4、5 線中部和南側(cè)，將綠色異常區(qū)連線，連成了多條平行的近東西向推斷斷層，與F2斷層和推斷的背斜核部走向近乎一致，初步推斷此處極有可能發(fā)育多條區(qū)域小斷層或形成背斜核部構(gòu)造破碎帶，其形成可能受倒轉(zhuǎn)背斜核部張性應(yīng)力的影響，形成局部構(gòu)造破碎帶。

綜合圖3 和圖4，在5 線中部紅圈區(qū)域880 米測線范圍內(nèi)高異常值出現(xiàn)了16 次（總共23 個點），且平均值高達87.91 kBq/m3，說明此處斷裂構(gòu)造異常發(fā)育，推斷是因為多條斷裂在此處交匯，巖石破碎程度大，孔隙增多，氡氣逸出量大。根據(jù)高異常點氡氣值變化趨勢分析，主要斷層走向為近東西向。

圖4 氡氣5 線剖面

根據(jù)圖3 氡氣測量剖面1、2 線，異常區(qū)域在麻團斷裂兩側(cè)廣泛分布，可以圈定多條斷層，基本平行于麻團斷裂走向，說明麻團斷裂可能存在極寬的斷裂破碎帶。其中1 線西側(cè)氡氣異常值普遍偏高，可能極大地受麻團斷裂和百鐮湖-廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜核部共同作用，導(dǎo)致該區(qū)域斷裂異常發(fā)育，異常值比較集中。

4 結(jié)論

本區(qū)氡異常區(qū)位置與斷裂位置具有較好的一致性。調(diào)查區(qū)土壤氡背景值和閾值普遍偏大，受麻團斷裂和百鐮湖-廟嶺倒轉(zhuǎn)背斜核部共同作用影響，本區(qū)斷裂異常發(fā)育，背斜軸部及周邊產(chǎn)生眾多張性小斷層及裂隙，形成分布不均的構(gòu)造破碎帶。5 線中段可能存在多條斷裂交匯，巖石破碎程度大，主要斷層走向近東西。麻團斷裂存在極寬的斷裂破碎帶，而1 線西側(cè)集中存在的氡氣異常區(qū)極有可能受背斜和麻團斷裂交匯作用影響。