郯廬斷裂帶宿遷段土壤氡分析

馮 武，張榮杉，彭 澎

(宿遷地震臺，江蘇 宿遷 223809)

郯廬斷裂帶宿遷段土壤氡分析

馮 武，張榮杉，彭 澎

(宿遷地震臺，江蘇 宿遷 223809)

為了對宿遷境內(nèi)的郯廬斷裂帶上土壤氡氣體逸出情況有一個初步了解，為以后的斷層氣觀測點(diǎn)選址和建設(shè)提供依據(jù)，2016年8月至10月，在宿遷地震臺所在的三臺山森林公園內(nèi)設(shè)置了四條跨越F5斷裂的測線，在泗洪地震臺設(shè)置一條跨越F5斷裂的測線，觀測土壤氡的情況。經(jīng)過兩個多月的觀測，分析觀測的數(shù)據(jù)后，我們發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂帶上土壤氡氣體在F5斷裂附近濃度明顯高于其它地方，并且在F5斷裂的不同地段，土壤氡的背景值及異常分布也有所不同。

郯廬斷裂帶；F5斷裂；斷層氣；氡

在地震孕育過程中，隨著地下應(yīng)力的變化，由斷裂層巖石中富含的鈾、鐳、釷等放射性元素衰變產(chǎn)生的氡氣，經(jīng)過結(jié)構(gòu)疏松和孔隙度較高的土壤時(shí)逃逸到大氣中，因此，土壤中氡等氣體的濃度變化與活動斷裂帶附近地震的發(fā)生具有非常明顯的響應(yīng)性[1]。所以監(jiān)測地下逸出的氡氣，特別是斷層處的氡氣，是目前監(jiān)測和預(yù)報(bào)地震的有效手段之一。江蘇省宿遷地震臺、泗洪地震臺都處在郯廬斷裂帶上，對監(jiān)測郯廬斷裂帶在江蘇北部的震情有很大作用。目前該區(qū)域缺少斷層氣觀測手段，“十三五”期間，宿遷市地震局計(jì)劃在宿遷地震臺或泗洪地震臺增設(shè)以觀測土壤氡為主的斷層氣觀測項(xiàng)目。為此筆者對這兩個臺站附近的斷層，主要是F5斷裂附近的土壤氡進(jìn)行一次較詳細(xì)的觀測，以便對這一地區(qū)的氡氣逸出情況有一個初步的了解,為以后建設(shè)觀測點(diǎn)提供參考。

1 宿遷和泗洪地震臺附近的地質(zhì)地貌及水準(zhǔn)觀測情況

宿遷地震臺始建于1972年，位于宿遷市北部國家級三臺山森林公園內(nèi)。宿遷地震臺處在構(gòu)造地貌發(fā)育，斷層滑動速率較大的郯廬斷裂帶的中段[2]，此段郯廬斷裂帶活動最強(qiáng)烈，是第四紀(jì)以來仍在活動的斷裂帶。經(jīng)過宿遷地震臺附近的五條大斷裂都為北北東走向，分別處于臺站的東西兩側(cè)：東邊有F1、F5大斷裂，西邊有F2、F3、F4大斷裂，其中F5離臺站最近，在江蘇境內(nèi)叫新沂—泗洪斷裂，或者叫馬陵山—重崗山斷裂，離宿遷地震臺只有700 m的距離，斷層附近有白堊紀(jì)王氏組紅色砂巖出露。臺站和F5之間還有一條小斷裂F6，距離臺站約300 m，臺站的西側(cè)也有一條小斷裂F7，距離臺站約200 m，F(xiàn)6、F7也是北北東走向，這7條斷裂接近平行地排列(參見圖1，F(xiàn)6、F7小斷裂太小，未在圖中標(biāo)出)。泗洪地震臺位于泗洪縣城以西的重崗山，F(xiàn)5(也有人認(rèn)為F5斷裂僅在南馬陵山東側(cè)至宿遷城這一段，未向南延伸，將宿遷以南的過重崗山西側(cè)的斷裂稱做F2斷裂[3])斷裂東約15米的臺站附近有大面積的紅色砂巖出露，覆蓋層很淺，但F5附近沒有類似宿遷地震臺的F6、F7小斷裂。

宿遷境內(nèi)圍繞宿遷地震臺附近的斷層，建立了兩個水準(zhǔn)測量場地，一個是江蘇省地震局測量隊(duì)的跨斷層水準(zhǔn)測量場地，觀測F5兩盤高差變化；一個是宿遷地震臺的短水準(zhǔn)觀測，觀測F7的兩盤高差變化。這兩個場地又通過一個共同的端點(diǎn)O銜接在一起，數(shù)據(jù)可以合并使用。在泗洪地震臺南約50 m，江蘇省地震局測量隊(duì)圍繞F5(他們也認(rèn)為此斷裂是F2)也建立了跨斷層水準(zhǔn)測量場地，觀測斷層F5兩盤高差變化(參見圖2)。

圖1 宿遷、泗洪地震臺附近的地質(zhì)構(gòu)造

圖2 宿遷、泗洪地震臺附近的水準(zhǔn)觀測場地

2 測量線路的布設(shè)及土壤氡的測量方法

2.1 土壤氡測量線路的布設(shè)

對斷層氣測量結(jié)果的影響因素很多，但主要有人為因素、地質(zhì)因素和氣象因素[4]。為了保證測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，測量時(shí)一定要注意周圍環(huán)境，減少人為因素的影響，避開不良天氣，重點(diǎn)觀測巖土性質(zhì)對測量結(jié)果的影響。線路布局遵循以下原則：(1)盡量避開新填土層，盡量選擇歷史較長的土路或者原始土層；(2)盡量避開潛水位埋深淺的地方。依據(jù)這些原則，依托水準(zhǔn)場地(因?yàn)樗疁?zhǔn)場地的斷層，都是確定的，產(chǎn)狀明晰)，在宿遷地震臺附近設(shè)置四條測線，包括一條主測線和三條輔助測線，主測線從宿遷臺短水準(zhǔn)測線的最西端A點(diǎn)開始，到測量隊(duì)的跨斷層水準(zhǔn)測線的最東端點(diǎn)M-3結(jié)束，全部測線長度約1.5 km，跨越斷層F5、F6、F7，測點(diǎn)間距30～50 m。三條輔助測線長度均為400，跨越斷層F5，等距離設(shè)13個測點(diǎn)，分別位于三臺山森林公園的北邊緣、主測線南100 m、南邊緣。在泗洪地震臺附近，設(shè)置一條測線，長度500 m，跨越斷層F5，也等距離設(shè)置13個測點(diǎn)，測點(diǎn)設(shè)置在跨斷層水準(zhǔn)場地，和水準(zhǔn)觀測的也是同一處斷裂。以上測線方向都與斷層走向垂直(參見圖3)。

圖3 測線布設(shè)圖

2.2 土壤氡的測量儀器和測量方法

土壤氡測量儀器為北京核地科技發(fā)展中心生產(chǎn)的FD216型環(huán)境氡測量儀，土壤氡的測量范圍為300～300 000 Bq/m3。測量原理為以閃爍室法為基礎(chǔ)，用氣泵將含氡的氣體吸入閃爍室，放射性氡及其子體發(fā)射的阿爾法粒子使閃爍室內(nèi)的硫化鋅涂層發(fā)光，把光訊號變成電脈沖，電脈沖整形后進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，由于單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)與氡的濃度成正比，從而確定吸取的氣體中氡的濃度。土壤氡的觀測方法是使用鋼釬在土壤中打一個約70 cm深的孔，然后將取樣器插入孔中，取樣前先排除取樣器、取樣器與抽氣筒連接的皮管內(nèi)的空氣，然后吸取孔中土壤中逸出的氣體，加壓富集后測量氡的濃度。

3 觀測結(jié)果分析和結(jié)論

不同地區(qū)由于斷層規(guī)模、巖性、覆蓋層的厚度、成分、地貌、植被、地下水位埋深等諸多因素影響，使得背景值和異常值不盡相同。本文對異常的判定借鑒別人以前的判斷方法，以每條測線土壤氡觀測值的平均值作為測線的背景值，以超過背景值的1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差作為斷層異常值的判定依據(jù)[5]。

3.1 宿遷地震臺附近測線的觀測結(jié)果

測量時(shí)當(dāng)?shù)匾岩粋€多月無降雨，氣溫日變幅不大，基本排除氣溫、土壤含水量、地溫的影響，數(shù)據(jù)可信度高。宿遷地震臺附近布置的四條測線，測量結(jié)果見圖4。主測線：主要圍繞F5斷裂展開，重點(diǎn)是觀測F5斷裂附近氡溢出的情況，同時(shí)也觀測斷裂F6、F7的情況。通過計(jì)算得到主測線上氣氡的背景值為 7 700 Bq，異常下限 13 620 Bq。從圖上看，主測線在F5斷裂的西側(cè)數(shù)值普遍較大，尤其是主測線在靠近F5斷裂西側(cè)，觀測到此次觀測數(shù)據(jù)的最大值46276 Bq。位于F5斷裂西約350 m位置也出現(xiàn)高值異常區(qū)，達(dá)到 22 694 Bq，在F6斷裂東側(cè)。在F7斷裂附近，觀測的數(shù)據(jù)也比較大，出現(xiàn)高值異常，最大值達(dá) 18 581 Bq。在F5斷裂東側(cè)100 m內(nèi)，數(shù)據(jù)和西側(cè)接近，但過了100 m向東，數(shù)值急劇減小，雖有幾個測點(diǎn)的測量值有所上升，但很快衰減，從200 m處向東，數(shù)值只有幾百貝可甚至更小，基本處于低值區(qū)，遠(yuǎn)小于斷層西側(cè)的數(shù)據(jù)?？傮w看主測線在F5斷裂以西數(shù)據(jù)較大，以東數(shù)據(jù)較小，二者差值較大。主測線的測量結(jié)果基本確認(rèn)了土壤氡在F5斷裂的溢出效應(yīng)明顯，同時(shí)在F6和F7附近也有高值出現(xiàn)，斷層附近土壤氡的濃度高于遠(yuǎn)離斷層的地方。輔助測線1：輔助測線1的背景值為 2 968 Bq，異常值下限為 4 018 Bq。從圖上看到該測線的測量值與F5斷裂有非常緊密的聯(lián)系，在F5斷裂的破碎帶上測到該測線的最大值，F(xiàn)5斷裂附近的5個測點(diǎn)均超過異常值，然后往F5斷裂的兩側(cè)遞減。輔助測線2：輔助測線2的數(shù)據(jù)與主測線、輔助測線1的數(shù)據(jù)擬合不是特別好，在F5斷裂附近土壤氡的濃度不是很高，F(xiàn)5斷裂兩側(cè)的數(shù)值低于遠(yuǎn)離F5斷裂的兩個端點(diǎn)值，最大值出現(xiàn)在F5斷裂西約200 m位置，不過仍在F5斷裂附近，屬正常情況。輔助測線3：該測線的背景值為 1 945 Bq，異常值下限為 7 923 Bq。該測線情況基本和輔助側(cè)線1相同，高值都出現(xiàn)在斷層上。但二者又有區(qū)別，即這條測線只在F5斷層上測到一個高于異常值下限的數(shù)據(jù)，但該異常值上升非常迅速、明顯，數(shù)值比較大，達(dá) 20 184 Bq，接近異常值下限的3倍，這也證明F5斷裂與氣氡溢出的緊密關(guān)系。

3.2 泗洪地震臺觀測結(jié)果

泗洪地震臺附近的土壤氡圍繞著江蘇省地震局測量隊(duì)的跨斷層水準(zhǔn)測線進(jìn)行測量，測量結(jié)果見圖5。該測線氣氡的背景值為 6 893 Bq，異常值下限為 15 230 Bq。測量結(jié)果從150 m處出現(xiàn)異常，共三個點(diǎn)的值遠(yuǎn)高于異常值下限，分別為 27 946 Bq，21 835 Bq，24 030 Bq，三個點(diǎn)都在F5斷裂附近，跨越F5斷裂。距離F5斷裂兩側(cè)150 m后，氣氡的濃度迅速下降，異常消失。泗洪測線的結(jié)果說明F5斷裂與此處土壤氡溢出有明顯的聯(lián)系。

圖4 宿遷臺附近各測線氡濃度變化曲線

圖5 泗洪臺附近測線氡濃度變化曲線

3.3 結(jié)論

通過對江蘇省宿遷地震臺所在的三臺山森林公園、泗洪地震臺所在的重崗山附近的郯廬斷裂帶的土壤氡測量結(jié)果分析，基本可以得到以下結(jié)論：(1)F5斷裂附近土壤氡的濃度明顯高于其它地方。從五條測線來看，除輔助側(cè)線2有所不同外，其余測線高于異常值下限的測量值都集中在F5斷裂上或附近，然后向斷層的兩側(cè)逐漸減小，雖然減小的速度有快慢，但這一趨勢是相同的。(2)F5斷裂附近土壤氡的溢出情況是不一樣的。在宿遷三臺山森林公園，主測線在F5斷裂以西氡溢出多，濃度高，F(xiàn)5斷裂以東明顯減少，濃度低。在三臺山森林公園的輔助側(cè)線1、輔助側(cè)線3和泗洪重崗山，氡的逸出主要在F5斷層的破碎帶上，斷層兩側(cè)基本沒有逸出。輔助側(cè)線2的最高值雖然也在斷裂附近，但數(shù)值之間的差距不大，數(shù)值比較接近，變化不明顯。不同測線氡濃度的絕對值相差很大，每個地方的背景值也不相同。(3)F6、F7小斷裂附近氡的濃度也高于當(dāng)?shù)氐谋尘爸?。一般而言，斷裂及其附近土壤，氣體濃度測值較高，隨著到斷裂距離的增加，其濃度測值逐漸降低，趨于背景值或在背景值上下浮動[6]。郯廬斷裂帶宿遷段的土壤氡濃度分布總體上符合這一規(guī)律，這為以后的斷層氣觀測點(diǎn)建設(shè)提供了可靠的依據(jù)，也為斷層的探測提供了方法。

[1] 張揚(yáng)，戴波，周曉成.郯廬斷裂帶江蘇段土壤氣體地球化學(xué)特征研究[J].地震研究，2016，39(3)：444-449.

[2] 王鑫，張景發(fā)，姜文亮，等.郯廬斷裂帶南段重力異常及不同深度的橫向構(gòu)造特征[J].地震地質(zhì)，2016，38(2)：370-381.

[3] 江蘇省地震工程研究院.《宿遷市活動斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)》實(shí)施方案[R].7-14

[4] 丁政，謝瑞征，張大其，等.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，1991(4)：32-37.

[5] 任峰，邵永新，姚新強(qiáng)，等.天津斷裂土壤氡探測結(jié)果及分析[J].地震研究，2016，39(3)：450-457.

[6] 周曉成，杜建國，陳志，等.地震地球化學(xué)研究進(jìn)展[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2012，31(4)：340-346.

AnalysisoftheSoilRadoninSuqianSectionoftheTanluFaultZone

FENG Wu, ZHANG Rongshan, PENG Peng

(Suqian Seismic Station. Jiangsu Suqian 223809, China)

In order to understand about radon gas in the Tanlu fault zone in Suqian areas, we provide the basis for the sitting and construction of fault gas observation points. From August 2016 to October we set up four lines across the F5fault in the Santaishan Forest Park where Suqian Seismic Station is located. At the same time we set up a line across the F5fault in Sihong seismic station to observe the soil radon. After two months of observation and the analysis of the observation data, we think that the soil radon gas near F5fault in Tanlu fault zone is significantly higher than that in other places. In different parts of F5fault, the soil radon background value and abnormal distribution are also different.

Tanlu fault; F5fault; gas from fault ; radon

2017-06-07；

2017-07-25

宿遷市防震減災(zāi)“十三五”發(fā)展規(guī)劃重大課題研究(編號：S201509)資助.

馮武(1968-)，男，江蘇省宿遷市人，高級工程師，主要從事地震監(jiān)測與分析研究工作.

P315.724

B

1001-8115(2017)04-0030-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.04.008