氡氣測量與CSAMT 測量在圍場縣御道口斷裂勘查中的應用

羅霄漢，李利排

（北京市中色杰泰（北京）礦產(chǎn)勘查股份有限公司，北京 100012）

1 區(qū)域綜合地質環(huán)境背景

承德地區(qū)大地構造隸屬于華北陸塊，其次一級構造由南至北依次劃分為華北陸塊北緣活動帶、華北北緣隆起帶、燕遼中元古裂谷帶；位于中朝準地臺、燕山臺褶帶、承德拱斷束、平泉凹褶束西南部，與馬蘭峪復式背斜之寬城凹褶束相鄰，處于燕山臺褶帶與內(nèi)蒙地軸的過渡帶，具有居中過渡性質。受尚義-平泉近東西向深斷裂和平坊-桑園北東向大斷裂控制，區(qū)內(nèi)巖漿巖、火山巖廣泛分布[1]。

2 基底構造

中生代以來，早期主要受西伯利亞板塊與塔里木—華北板塊及華南板塊之間擠壓焊接作用影響，形成東西向展布的大規(guī)模的斷裂及褶皺，之后受環(huán)太平洋構造域控制，形成北東—北北東向展布的斷裂及褶皺體系，并與東西向斷裂相疊加，構成區(qū)內(nèi)現(xiàn)有構造格局。

康?！獓鷪錾畲髷嗔眩盒纬捎诤Ｎ鳌≈?，三疊紀早期，受南北向擠壓應力作用控制，斷裂活動表現(xiàn)為由南向北逆沖。早白堊世早期，區(qū)內(nèi)受北西—南東向拉張應力場控制，該斷裂主要繼承了早期構造活動面，斷裂表現(xiàn)為正斷層性質。早白堊世末期，區(qū)域應力場反轉，表現(xiàn)為北西—南東向擠壓，從而導致斷裂發(fā)生右行走滑活動，與此同時晚侏羅世—早白堊世地層內(nèi)形成北東向寬緩褶皺。

3 物探工作任務目標

依據(jù)物性差異，開展多種物探方法組合，以形成物探方法的“深淺互補”“線面結合”“以老驗新”為項目提供可靠物探依據(jù)。土壤氡氣測量是這幾年正在推廣中的勘探新方法，具有價格低施工速度快不易受地下電磁干擾，測量后效果直觀等優(yōu)點；在工作區(qū)開展100×40m網(wǎng)度常規(guī)土壤氡氣測量通過氡氣濃度異常值推斷淺部地下斷層的分布以及規(guī)模并提交基礎圖件?？煽卦创蟮匾纛l電磁測量是一種久經(jīng)考驗的成熟物探方法，開展可控源音頻大地電磁法測量進行物探方法間的相互印證，并推斷1000米以上的地質情況，為尋找深部地下熱水和斷裂提供理論依據(jù)。

4 土壤氡氣測量

在御道口圖幅區(qū)域主要斷裂帶周圍，開展地熱資源調查，按100×40m網(wǎng)度布設常規(guī)測氡、RaA法測氡21km2，通過對區(qū)域構造氡析出和運移規(guī)律的測試分析，探測區(qū)域賦存的潛在地熱資源[2,3]。

4.1 實際工作

御道口測區(qū)已完成21km2的土壤氡氣測量，到目前為止該測區(qū)的氡氣濃度場值為1935.5Bq/m3，根據(jù)氡氣濃度等直線平面圖所示的氡氣濃度異常分布推斷了斷層a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；（該測區(qū)因廣泛的沙及沙土的覆蓋，土壤孔隙率較大對氡氣的吸附較差所以場值較低。）通過整理數(shù)據(jù)后成圖可以發(fā)現(xiàn)，氡氣濃度高值從工區(qū)西北部向東南方延伸。北中部的氡氣濃度異常高值是應為該地區(qū)靠近河流及周邊的泥沼，地下含水量豐富，使地表形成了一層不厚的阻擋層，利于氡氣的積累且該區(qū)域土壤層厚富含黏土和腐植質對氡氣有較強的吸附作用；相對于測區(qū)其它區(qū)域覆蓋的沙及沙土而言對于氡氣的吸儲能力不同，因此該區(qū)域地下斷層的推斷應進行單獨分析。圖中部的氡氣濃度低異常帶據(jù)分析是由地表的沙層引起。由中南部到北東部的氡氣濃度高值帶是由于地下斷裂帶引起，吻合該區(qū)域已知的的斷層走向。

4.2 數(shù)據(jù)處理

氡氣曲線上高于背景值的單峰或多峰異常特征，往往與地下地質構造密切相關。另外它不受場地限制和環(huán)境電磁、震動的影響，因此與電法、地震方法可以形成很好的優(yōu)勢互補。土壤的厚薄和含水性是影響氡氣測量得主要因素。

根據(jù)中國地震局斷層探測標準，地球化學探測在對觀測數(shù)據(jù)進行干擾排除的基礎上，各測項異常下限值應為該測項場值得2-4倍，超出此下限值推測為可能存在活動斷層的地球物理異常。此次在承德開展的土壤氡氣測量工作為面積性工作，且測量較多，測量面積較大，測區(qū)的土質結構對測量結果又一定的抑制作用；根據(jù)此次的實際工作情況，取異常下限值為2倍的場值,且高于場值濃度的區(qū)域作為疑似異常區(qū)域整體分析。

5 可控源大地音頻電磁測量

5.1 實際工作

本次施工了120個可控源大地音頻電磁法測點，合計御道口幅2條，通過反演圖件可以了解1000米深度的地層分布情況。在御道口施工的2條測線總體表現(xiàn)為高低高的地電情況，但是電阻都比較小深部反演出來的最高電阻率也就100Ω.m左右差別比較小，就是地表覆蓋著一層電阻率相對高的干燥的風積砂，最大電阻率可達1000Ω.m以上。御道口工區(qū)地形平坦，覆蓋較厚，淺部覆蓋著幾米到幾十米不等的砂土層。其下一層低阻層為蓄水層，其電阻與含水量關系較大。深部的高阻可能指示巖體風化程度相對較低，含水量較少。

5.2 數(shù)據(jù)處理

在御道口施工了土壤氡氣測量，網(wǎng)度100×40米，覆蓋了2條可控源測線。利用Surfer軟件將土壤氡氣測量成果進行網(wǎng)格化（三角剖分法）得到網(wǎng)格文件，再將網(wǎng)格進行插值得到CSAMT剖面上的土壤氡氣測量成果曲線數(shù)據(jù)。

依據(jù)前面介紹的氡氣濃度數(shù)據(jù)處理原理求取了1線氡氣濃度背景值1235Bq/m3，氡氣濃度閥值2023Bq/m3；2線氡氣濃度背景值1495Bq/m3，氡氣濃度閥值閥值2398Bq/m3。

御道口1線：

圖1 御道口1線CSAMT測深視電阻率反演斷面圖

1線土壤氡氣異常超過閥值的有2處（圖1），一處位于0-100米，此處異常未封閉，所以沒有推測斷層；另一處異常極大值在1400米附近，極大值達2859Bq/m3，推測了一條斷層F3（e）；在400米位置見有氡氣異常但是幅值略小于閥值，由于數(shù)據(jù)是網(wǎng)格文件插值的此異常可靠，推測了一條斷層F1（c），F(xiàn)1切斷高阻體。結合可控源反演的斷面圖推斷了2條斷裂F2（d）和F4（f），這2條斷裂氡氣濃度沒有特別明顯的異常。F2（d）斷層上部覆蓋著一層高阻層阻礙了氡氣的運移，推測此高阻覆蓋為完整的玄武巖。F4（f）斷層地表出現(xiàn)低阻，指示了地表潮濕，植被茂盛，含水量大，不利于氡氣的運移和聚集，氡氣曲線整體上數(shù)值較小。電性特征為：0-800米地表為高阻，厚度達400米以上，由于其附近出露了大面積玄武巖，推測此異常為玄武巖引起，且玄武巖風化程度較低。此高阻下部隱伏著低阻層，厚度300米，視電阻率幅值在50Ω.m以下，推測由含水較多的砂、礫巖層引起，是找水（熱水）的有利部位。1000米-2600米地表覆蓋著高阻體，高阻厚度可達300米，推測為玄武巖引起。高阻夾著一層厚度較小的低阻，指示了玄武巖多期噴發(fā)之間夾著低阻的全風化玄武巖和砂、礫巖層。下部的低阻層厚度較大，范圍較廣，低阻值可達10Ω.m，推測是孔隙度較大的砂、礫層和全風化的巖體引起，其含水量應該近飽和。此低阻層是尋找地下水的有利部位，局部的深大斷裂可能將深部的熱水運移上來，可能存在地下熱水。

御道口2線：

2線出現(xiàn)了2個超過閥值的氡氣異常（圖2），分別位于2400米和2850米處，其他地方未見明顯的氡氣異常。在2400米處推測了F7（b）斷層，極大值達6693Bq/m3，氡氣異常曲線往大號點較為寬緩，推測斷層深部往大號點傾；在2850米處出現(xiàn)氡氣異常，極大值達4063Bq/m3，推測了F8（l）斷層，這2條斷層與CSAMT反演斷面對應較好。依據(jù)CSAMT反演得到的電性斷面推測了F5（g）斷層，這個斷層上氡氣濃度沒有特別明顯的異常，可能是與淺部覆蓋的高阻體有關，高阻體應該是完整的玄武巖蓋層阻礙了氡氣往淺部的運移。推測F5（g）斷層往深部延伸較大，為深部深大斷裂，深部的熱水可通過斷裂運移，其附近的低阻層是尋找熱水的有力部位。

圖2 御道口2線CSAMT測深視電阻率反演斷面圖

CSAMT反演視電阻率斷面同1線類似，2900附近電阻率特別低，地表見一條4米左右寬的河，河水水流量較大，為地下水補給區(qū)，其深部視電阻率出現(xiàn)大面積的低阻，極小值在10Ω.m以下。其深部大范圍的高阻推測與較為完整的基巖有關，高阻層往大號點傾，對應地質圖可見剖面小號點附近見大面積的玄武巖，推測深部玄武巖往大號點傾。

6 結論

根據(jù)土壤氡氣濃度測量得到的氡氣濃度異常分布推斷了斷層a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；結合CSAMT的測量結果以及原始數(shù)據(jù)采集時記錄的地表覆蓋情況，基本可以確定推斷斷層b、c、d、e、f、g、l存在的準確性，其中推斷斷層g往深部延伸較大，為深部深大斷裂，深部的熱水可通過斷裂運移，其附近的低阻層是尋找熱水的有力部位。推斷的斷層a和b又符合測區(qū)已知的主要斷裂帶。

綜上所述，使用測氡法在御道口區(qū)內(nèi)進行活動斷裂探測是一種切實可行的技術手段，該方法的探測結果驗證了前人對御道口牧場測區(qū)內(nèi)幾條斷裂存在于走向的判斷，判斷出斷裂位于測區(qū)的西南部與東部，也為判定在該研究區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)的隱伏斷裂的存在與走向提供了技術引導。但對于探測斷裂的存在性，僅僅使用一種方法是不夠的，仍需要其余技術手段來相互佐證。