天津斷裂土壤氡探測結(jié)果及分析

任峰　邵永新　姚新強(qiáng)

摘要：根據(jù)分別布設(shè)在天津北斷裂和南斷裂上23條斷層氣測量剖面的實(shí)測結(jié)果，得到了兩條斷裂的具體位置。探測結(jié)果表明，天津北斷裂在原有位置上延伸到了靜海縣唐官屯附近，而天津南斷裂在炒米店—木廠測線向北方向的延伸中存在兩個(gè)方向，需進(jìn)一步的工作來判斷；從23條土壤氡測量結(jié)果分析，異常形態(tài)不一致，同時(shí)異常也不一定出現(xiàn)在斷裂的正上方。使用土壤氡異常的最高值、平均值以及H值對斷裂的活動性分段特征進(jìn)行了綜合分析，認(rèn)為天津北斷裂和天津南斷裂的活動性分段特征不明顯。

關(guān)鍵詞：天津斷裂；斷層氣；土壤氡；探測結(jié)果

中圖分類號：P3157文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2016）03-0450-08

0引言

地球是一個(gè)巨大的開放系統(tǒng)。地殼放氣現(xiàn)象是巖石圈與大氣圈進(jìn)行物質(zhì)、能量交換的一種重要形式（丁政等，1991）。而斷裂的存在為地下氣體的向上運(yùn)移提供了通道，從而在隱伏斷裂上方的土壤中形成明顯高于斷裂兩側(cè)的富集，為斷裂位置的判定提供依據(jù)。為此，斷層氣方法在我國活動斷層探測中得到了廣泛應(yīng)用。

天津斷裂包括天津北斷裂和天津南斷裂。天津北斷裂北起潘莊附近，向南經(jīng)市區(qū)沿伸至獨(dú)流堿河附近，走向NE30°～40°，傾向NW40°～70°，在重力場上表現(xiàn)為以梯度變化為主體，布格重力異常的最大梯度為25 mgal/km；天津南斷裂南起靜?？h沿莊鄉(xiāng)，大致經(jīng)王二莊—府君廟—良王莊—侯臺進(jìn)入市區(qū)，全長約50 km，走向NE40°，斷面傾角SE，傾角較陡，一般在70°～80°，上第三系底部斷距可達(dá)200 m，是靜海斜坡帶的東界。但這兩條斷裂的具體位置、活動性等并不十分清楚。在“十五”期間，筆者在天津地區(qū)對天津北斷裂、天津南斷裂進(jìn)行了探測，2003年4月～6月開展了對這兩條斷裂大規(guī)模的斷層氣測量。

1測線的布設(shè)及土壤氣氡的測量方法

11斷層氣測線的布設(shè)

對斷層氣測量結(jié)果的影響因素有多種，但大致可劃分為人為因素、地質(zhì)因素和氣象因素（丁政等，1991），包括儀器的密封性、巖土的性質(zhì)、土壤含水量、氣溫、氣壓、地溫等。如果注意避開上述因素就可以得到滿意的測量結(jié)果。因此為保證測量結(jié)果的質(zhì)量，測量時(shí)注意了檢查儀器、避開不良?xì)庀笠蛩?，重點(diǎn)考慮了巖土性質(zhì)對測量結(jié)果的影響，測點(diǎn)間距一般為50 m，異常段間距為25 m，測量誤差≤±1 m。所布設(shè)的測線盡量垂直于斷層走向，其布設(shè)原則如下：（1）盡量選擇歷史較長的土路作為測量剖面，避開新填土路或垃圾堆放地；（2）盡量避開潛水位埋深淺的地方。依據(jù)上述原則，在天津北斷裂布設(shè)了14條測線、天津南斷裂布設(shè)了9條測線，分別開展了斷層氣探測工作，測線長度多在2～5 km之間，個(gè)別長度約1 km或10 km，其分布如圖1所示。

12土壤氣氡測量儀器與方法

土壤氣氡測量儀器為上海審核電子儀器有限公司生產(chǎn)的FD-3017RaA測氡儀，該儀器為一種瞬時(shí)測氡儀，極限探測靈敏度為037 Bq/L，本底：≤4脈沖/h，記數(shù)容量：1～99 999，儀器能在溫度為-10 ℃～40 ℃和相對濕度95%的條件下工作，抽氣泵密封性能在700 mm汞柱時(shí)，漏氣速率<20 mmHg/min，計(jì)數(shù)誤差≤±10%。

測量方法是用鋼釬在土壤中打一個(gè)深50 cm的小孔，然后將取樣器插入其中。取樣前，先抽取一些氣體并排掉，用以排除取樣器內(nèi)、取樣器與抽氣筒連接的膠皮管內(nèi)的外來氣體，然后用抽氣

2測量結(jié)果分析及斷層位置判定

21異常的確定

利用斷層氣方法尋找斷層位置最基本、最關(guān)鍵的問題是背景值和異常值的確定。由于各個(gè)地區(qū)、各條斷層的規(guī)模、傾角、巖性以及覆蓋層的厚度、成分、地貌、植被、地下水位埋深等諸多因素的不同，使得背景值和異常值不盡相同，甚至相差很大，因此要找出某一地區(qū)統(tǒng)一的背景值是非常困難的。但從確定背景值、異常值的方法來看，對于不同研究者、不同地區(qū)、不同斷層等在總體上是相同或相近的（候彥珍等，1994；孟廣魁等，1997；張必敖等，1987）。

本文研究對異常的判定方法是以每條測線斷層氣測值的平均值作為測線的背景值，以其超過背景值的15倍標(biāo)準(zhǔn)差作為斷層異常值判定異常存在（邵永新，任峰，2008；王基華等， 1996）。

22測量結(jié)果及分析

221天津北斷裂

天津北斷裂共開展了14條斷層氣的測量，以小卞莊—陳臺子測線（NF09）和龐家莊—巨莊子（NF12）測線為例，對測量結(jié)果進(jìn)行說明和分析。

（1）小卞莊—陳臺子測線（NF09）

圖2i為橫跨天津北斷裂的小卞莊—陳臺子測線（NF09）土壤氣氡測量結(jié)果。該測線位于天津市西青區(qū)境內(nèi)（圖1），長5615 km，由NW向SE方向測量。

氣氡測量結(jié)果表明（圖2i），其背景值為10 211 Bq/m3，異常下限為19 741 Bq/m3。該測線從2 020 m處開始出現(xiàn)異常，測量值為22 477 Bq/m3，之后連續(xù)出現(xiàn)異常值，在2 320 m處異常達(dá)到最高值，為38 779 Bq/m3，到3 190 m以后異常消失，異常區(qū)間為2 020～3 190 m。因此，判斷天津北斷裂應(yīng)在2 020～3 190 m這一區(qū)間通過，地理位置上應(yīng)從陳臺子村西通過。

（2）龐家莊—巨莊子測線（NF12）

圖2l為橫跨天津北斷裂的龐家莊—巨莊子測線（NF12）土壤氣氡測量結(jié)果。該測線位于天津市靜海縣境內(nèi)（圖1），長295 km，是為探測天津北斷裂是否向南延伸而布設(shè)的，測線為近EW向，由W向E測量。

圖2l所示，氣氡背景值為3 675 Bq/m3，異常下限為9 057 Bq/m3，測量結(jié)果從810 m處開始出現(xiàn)異常，測量值為9 880 Bq/m3，之后連續(xù)出現(xiàn)異常值，在1 080 m處異常達(dá)到最高值，為15 561 Bq/m3，到1 350 m以后異常消失。由此分析該剖面在810～1 350 m出現(xiàn)了異常，判斷天津北斷裂應(yīng)延伸到了這里，地理位置上應(yīng)在巨莊子附近通過。

除上述兩條測線外，圖2還給出了其它測線的測量結(jié)果，表1為其解釋結(jié)果。

從圖2測量結(jié)果及表1解釋結(jié)果可以看出，天津北斷裂從北至南的走向及位置大致是，從潘莊鎮(zhèn)向南經(jīng)潘莊農(nóng)場—楊建西南—東安駕校北—第二鋼絲繩廠西—甘肅路—?dú)庀笈_路—蔡臺西—陳臺子西（獨(dú)流堿河邊）（圖1）。為探測該斷裂向南是否繼續(xù)延伸，對布設(shè)的NF10～NF13測線的測量結(jié)果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)天津北斷裂并未像以往資料記載的那樣終止于陳臺子西（NF09），而是經(jīng)陳臺子后，向南經(jīng)楊成莊鄉(xiāng)磚瓦廠、大豐堆東延伸到了唐官屯附近。

222天津南斷裂

天津南斷裂共開展了9條斷層氣的測量，以紅旗路測線（SF01）和大黃莊—河堤測線（SF08）兩測線為例進(jìn)行解釋和分析。

（1）紅旗路測線（SF01）

該測線是為了解天津南斷層向市內(nèi)延伸情況

而布設(shè)的。該測線自王頂?shù)塘⒔粯虮毖丶t旗路至長虹公園北，全長367 km。實(shí)測資料表明，土壤

氡背景值很穩(wěn)定，一般在2 357 Bq/m3左右（圖3a、表1），其異常下限在4 775 Bq/m3。圖3a表明，該測線在1 520 m處開始出現(xiàn)異常，測量值為5 792 Bq/m3，到1 600 m處達(dá)到最大，實(shí)測值為13 575 Bq/m3，在1 640 m以后異常消失，該測線異常很突出，表明該剖面也有斷裂通過。

（2）大黃莊—河堤測線（SF08）

該測線位于天津市靜?？h，東起自大黃莊東（大黃莊—焦莊子間），沿土路向西至子牙河堤東，全長367 km。測量結(jié)果表明土壤氡（圖3h）的背景值平穩(wěn)，在5 257 Bq/m3左右（表1），異常下限為13 365 Bq/m3。該測線在1 240 m出現(xiàn)異常，測量值為13 394 Bq/m3，在1 400 m達(dá)到最大，測量值為25 340 Bq/m3，在1 520 m后異常消失，異常位于測線的1 240～1 520 m之間，說明該剖面也有斷層通過。

其它測線測量結(jié)果及解釋結(jié)果見圖3、表1，可見天津南斷裂南至北的大致走向和位置是從大黃莊經(jīng)南柳木—孫家莊—十里鋪—大杜莊—古佛寺—南趙莊北，向天津市區(qū)逼近（圖1）。但在進(jìn)入市區(qū)的方向上斷層氣測量結(jié)果顯示出2種趨勢：（1）位于炒米店村北的自來水河堤測線測量結(jié)果表明，該測線上也有斷層通過，其延伸方向基本是天津南斷裂即有走向向北的延長；（2）SF02和SF01測線的測量結(jié)果也表明有斷層通過，其方向則向E偏轉(zhuǎn)了一定的角度，經(jīng)工農(nóng)聯(lián)盟農(nóng)場附近的第一煤制氣廠至長虹公園南（雅安道與紅旗路交口附近）。因此，天津南斷裂從南趙莊北向北是如何延伸的還進(jìn)行需進(jìn)一步的研究來判定。

23斷層氣測量結(jié)果與人工地震探測結(jié)果的比較

天津南、北斷裂共開展了23條斷層氣測線的測量工作，其中有4條測線與后續(xù)開展的人工地震

探測剖面相重合，

分別是天津北斷裂的潘莊鎮(zhèn)北測線（NF01）與L1人工地震剖面、小卞莊—陳臺子（NF09）與TJ05人工地震剖面、大豐堆東測線（NF11）與TJ07人工地震剖面以及天津南斷裂的梁頭—靜?？h城（SF06）與TJ08人工地震剖面。這樣，以測線和人工地震剖面起點(diǎn)為基點(diǎn)則可得到兩者的具體重合的位置。表2列出了斷層氣測線與人工地震剖面的距離和斷層上斷點(diǎn)在測線上的位置，圖4是人工地震剖面在斷層氣測線中的位置。由圖4可明顯看到，斷層氣異常位置與人工地震探測出的斷層位置相比較，有的在斷層的上盤（圖4a）、有的在下盤（圖4c、d）、有的在探測出

3天津（北、南）斷裂的分段討論

研究表明，斷層上土壤氡的含量明顯高于斷層外土壤中氡的含量（丁政等，1991；候彥珍等，1994；姜大庸，閻賢臣，1990；孟廣魁等，1997；邵永新等，2007，2008；汪成民等，1991，1988；王基華等，1996；王華林等，1991；閻賢臣等，1987；張必敖等，1987；張慧等，2005；張新基等，2005；朱自強(qiáng)等，1990）。張必敖等（1987）通過對阿爾金斷裂東北段斷層氣的研究認(rèn)為，斷層氣的相對濃度有可能成為斷層活動性分段的一種判據(jù)；丁政等（1991）運(yùn)用斷層氣對郯廬斷裂帶江蘇段的測量，采用與國外10條地震斷層和國

內(nèi)7條發(fā)生過強(qiáng)震的斷層進(jìn)行類比的方法對斷層進(jìn)行了分段研究；孟廣魁等（1997）在對研究較深入的海原活動斷裂進(jìn)行斷層氣測量后認(rèn)為，氣氡測量結(jié)果用于活斷層分段和活動性研究是一種行之有效的手段；張慧等（2005）運(yùn)用斷層氣的異常特征對金城關(guān)活動斷層的分段也進(jìn)行了研究。在海河斷裂的探測中，邵永新等（2007）根據(jù)土壤氣氡測量結(jié)果，運(yùn)用異常最高值、異常平均值和正常區(qū)域平均值綜合分析的方法，嘗試性地對

海河斷裂的活動性進(jìn)行了分段研究，取得了較好效果。

本文仍然采用土壤氣氡測量結(jié)果，運(yùn)用異常最高值、異常平均值和正常區(qū)域平均值，并結(jié)合H值（異常平均值/正常區(qū)域平均值），對天津北、天津南斷裂進(jìn)行了活動性分段研究，表3列出了各參數(shù)的分布情況。

表3所列資料表明，從天津北斷裂上布設(shè)的14條測線的異常最高值、異常平均值、H值未發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的變化情況，各參數(shù)變化較為離散，分段特征不明顯；而天津南斷裂9條測線的異常最高值、異常平均值、H值變化規(guī)律性也較差，分段特征不明顯。但位于天津南斷裂南部的大黃莊—河堤測線的異常最高值、異常平均值、H值明顯高于其以北測線的各相應(yīng)值，這雖不能說明天津斷裂南部活動性強(qiáng)于北部，但一般認(rèn)為，天津南斷裂是大城斷裂的北延部分，而大城斷裂于1967年3月27日曾發(fā)生過MS63地震，是一條活動性較強(qiáng)的斷裂，上述的情況很可能與此有關(guān)。

4結(jié)論

通過對天津北斷裂及天津南斷裂的測線布設(shè)、測量結(jié)果分析、位置判定、與人工地震探測的結(jié)果比較及斷裂的分段判定，基本可以得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)斷層氣實(shí)測資料，大致得到了天津北斷裂、天津南斷裂的具體位置，同時(shí)認(rèn)為天津北斷裂已跨過獨(dú)流堿河，向北延伸到了靜?？h唐官屯附近，而再向北是否有延伸還需作進(jìn)一步的研究；天津南斷裂在西青區(qū)南趙莊向市區(qū)的延伸存在兩個(gè)方向，一是沿?cái)嗔言蟹较蛳虮?，另一個(gè)方向是從北東延伸進(jìn)入市區(qū)。

（2）從上述23條斷層氣測量結(jié)果分析，土壤氡異常形態(tài)各異，作為正斷性質(zhì)的天津斷裂土壤氡異常沒有一致性的異常形態(tài)特征；與人工地震探測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，天津地區(qū)土壤氡異常區(qū)間不一定位置斷裂的正上方。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機(jī)制是以后需關(guān)注的問題，同時(shí)在使用土壤氡測量結(jié)果勾劃斷裂走向時(shí)應(yīng)考慮到這種現(xiàn)象產(chǎn)生的影響。

（3）根據(jù)斷層氣實(shí)測結(jié)果，通過對土壤氣氡異常的最高值、異常的平均值以及H值的綜合分析，發(fā)現(xiàn)天津北斷裂、天津南斷裂分段特征不明顯。

（4）從表1、圖3所列資料表明，楊建莊（NF03）測線異常區(qū)域非常大，達(dá)到了7 530 m，這在以往的土壤氣氡測量中未曾出現(xiàn)過。分析造成該測線出現(xiàn)這種情況的原因：一是由于測線中有2條斷裂通過，其異?；煸诹艘黄?；二是可能實(shí)測中未能進(jìn)行平行測量，使每個(gè)測點(diǎn)僅有一個(gè)測值，當(dāng)其出現(xiàn)偏差時(shí)無法校正。

參考文獻(xiàn)：

丁政，謝瑞征，張大其等.1991.用地球化學(xué)方法對郯廬斷裂帶江蘇段隱伏斷裂的測量研究[J].地震學(xué)刊，（4）：32-37.

候彥珍，王永才，張根深.1994.土壤氣氡測量影響因素的初步研究[J].華北地震科學(xué)，12（2）：55-59.

姜大庸，閻賢臣.1990.海原活動斷裂流體地球化學(xué)場初探[J].地震地質(zhì)，12（1）：63-68.

孟廣魁，何開明，班鐵等. 1997.氡、汞測量用于斷裂活動性和分段的研究[J].中國地震，13（1）：43-51.

邵永新，楊緒連，李一兵.2007.海河隱伏活斷層探測中土壤氣氡和氣汞測量及其結(jié)果[J].地震地質(zhì)，29（3）：627-636.

邵永新，任峰.2008.天津地區(qū)斷層氣方法應(yīng)用中的兩個(gè)問題[J].地震，28（1）：65-72.

汪成民，李宣瑚.1991.我國斷層氣測量在地震科學(xué)研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國地震， 7（2）：19-30.

汪成民，陳建民，宇文欣等.1988.沂沐斷裂帶地下流體微動態(tài)與斷層溢出氣的研究[J].中國地震，4（3）：173-181.

王基華，王亮，孫鳳鳴等. 1996.隱伏斷裂活動性分段汞的地球化學(xué)標(biāo)志初探[J].地震地質(zhì)， 18（4）：409-412.

王華林，李家靈，許坤福等. 1991.平原地區(qū)活斷層研究[J].地震研究， 14（2） ：132-140.

閻賢臣，張?jiān)觯蹰L嶺.1987.活斷層上覆土壤中氣體成份特征[J].中國地震.3（4）：52-59.

張必敖，何跟巧，廖元模等.1987.阿爾金斷裂東北段斷層氣體的初步研究[J].西北地震學(xué)報(bào)，9（2）：26-32.

張慧，張新基，蘇鶴軍等.2005.金城關(guān)活動斷裂帶土壤氣氡、汞地球化學(xué)特征[J].西北地震學(xué)報(bào)，27（2）：150-153.

張新基，張慧，蘇鶴軍等. 2005.劉家堡活動斷層土壤氣氡、汞地球化學(xué)特征[J].地震，25（4）：87-92.

朱自強(qiáng)，汪成民，宇文欣等. 1990.大同—陽高61級地震現(xiàn)場斷層氣測量結(jié)果初步分析[J].地震，10（4）：75-80.