AMT和Ra?法測氡在埡都—紫云斷裂帶活斷層探測中的應用

邱 鵬，王家海，鄭 宇，羅丹芩

（貴州省工程防震研究院，貴陽 550001）

0 引言

活斷層是指現今正在活動，或近期曾活動過，不久的將來可能重新活動的斷層。一般活斷層是深大斷裂復活的產物，往往是地質歷史時期產生的深大斷裂，在近晚期或者現代構造應力條件下重新活動而產生的[1-2]?；顢鄬拥幕顒臃绞?，一般為兩種，一種是間歇性地突然錯動，稱為黏滑型斷層；一種是沿斷層面兩側連續(xù)緩慢地滑動，稱糯滑型斷層。前者斷裂帶鎖固能力強，能不斷積累應變能，能將應變能積累到相當大的量級，危害性較大[3]。

本文以斷層埡都—紫云斷裂帶中的晚更新世斷層埡都斷層為例，結合地質情況選擇音頻大地電磁測深法（AMT）及Ra? 法測氡兩種方法在埡都—紫云斷裂帶活斷層探測進行應用，其中Ra? 法測氡是首次對該斷裂帶進行應用。

1 方法介紹

1.1 音頻大地電磁測深法（AMT）

AMT 以交變電磁場為基礎，主要通過接收天然電磁場信號，來探測地下不同電性地質體的分布結構，其原理和大地電磁測深法相同，頻率的測量范圍為1～20000 Hz。該方法在第四系覆蓋較厚的地區(qū)具有獨特的優(yōu)勢，在探測基底的埋深和起伏方面效果突出，且在探測隱伏構造形態(tài)及規(guī)模方面也有較好的應用[4]。

1.2 Ra?法測氡

氡通常稱射氣，是一種放射性惰性氣體，半衰期為3.82 d，一個月內與其母體達到鈾鐳放射平衡，屬于天然鈾放射系列。氡為氣態(tài)，在巖石、土壤中易于通過。氡的子體多呈現為固態(tài)，在氡氣到達路徑上多存在沉淀的固態(tài)氡子體。裂隙在氡氣的運移過程中作為良好的通道，當受外力以及擴散、對流等多種條件相互作用時，氡氣順通道運移至地表，氡氣的固態(tài)子體沉淀或附著在氡氣的運移通道，通過地面的氡及其子體測量，可推斷裂隙在地表的位置[4]。

2 埡都—紫云斷裂帶活斷層探測的應用實例

2.1 地質情況

埡都—紫云斷裂帶是揚子陸塊西南緣的一條重要的NW-SE 向控制性邊界斷裂帶，它控制著周圍地區(qū)的盆地沉積及構造變形樣式，展布范圍分布于滇、黔、桂三省[5]。

埡都—紫云斷裂帶可分為三段，分別是威寧段、關嶺斷、紫云段（如圖1）[6]。威寧段主要由埡都斷層（F1）、小礦山斷層（F2）、掉水巖斷層（F3）、么站斷層（F7）組成。威寧段斷裂活動性較強，地震頻發(fā)。關嶺段主要由六盤水北斷層（F4）、威寧斷層（F5）和六盤水斷層（F6）三條斷層組成，該段地震頻次和強度較威寧段弱。紫云段由紫云斷層（F8）、戛戛寨斷層（F9）構成，該段地震頻次為三段中最低。

圖1 埡都—紫云斷裂帶區(qū)域地質簡圖Fig.1 Regional geological map of Yadu-Ziyun fault zone

2.2 音頻大地電磁測深法、Ra?法測氡

本文在埡都—紫云斷裂帶赫章縣興發(fā)鄉(xiāng)附近，結合地質情況采用音頻大地電磁測深法（AMT）及Ra?法測氡兩種方法進行勘探，通過對兩種勘探方法對該地區(qū)進行綜合物探解釋。下圖為兩種測線布置示意圖（圖2），Ra? 法測氡測線為1X，音頻大地電磁測深法（AMT）測線為1X和2X兩條。

圖2 音頻大地電磁法、Ra?法測氡測線布置示意圖Fig.2 Schematic diagram of radon measurement line arrangement by audio magnetotelluric method and Ra? method

2.2.1 音頻大地電磁測深推測解譯

（1）圖3 為1X 音頻大地電磁測深剖面成果圖，截取探測深度約為850 m，從圖中可以看出，該剖面中部存在明顯電阻率等值線密集梯度變化帶，且向深部延伸趨勢較明顯，即剖面南西側除淺部顯示為中低阻外，深部電阻率值整體表現為高阻特征[7-8]，等值線較寬緩；剖面北東側總體表現為低阻、中低阻特征，局部為中高阻。根據收集的地質資料，結合實地工作記錄及巖石地球物理特征綜合分析：剖面南西側高阻應為棲霞—茅口組灰?guī)r所引起，剖面北東側低阻、中低阻應為龍?zhí)丁L興組地層砂巖、粉砂巖引起，局部中高阻應為夾燧石灰?guī)r導致。剖面中部7～8 號測點間等值線密集梯度變化特征符合斷裂構造解譯一般規(guī)律[9-12]。故根據電阻率值及等值線形態(tài)特征，該剖面位置應存在一條傾向為南西向的深大斷裂構造F1，構造傾角約為70°。這與地質資料顯示埡都深大斷裂構造吻合較好，即推測解譯斷裂構造F1 應為埡都斷裂。

圖3 1X音頻大地電磁測深斷面異常推測解釋圖Fig.3 Speculated interpretation diagram of section anomaly by 1X Audio Magnetotelluric sounding

（2）圖4 為2X 音頻大地電磁測深剖面成果圖，截取探測深度約為850 m 左右，從圖中可以看出，該剖面除淺表表現為低阻、中低阻異常外，總體表現為電阻率中高阻、高阻異常區(qū)。

圖4 2X音頻大地電磁測深斷面異常推測解釋圖Fig.4 Speculated interpretation diagram of section anomaly by 2X Audio Magnetotelluric sounding

在該剖面中部7～8 號測點位置深部存在有串珠狀為中低阻弱異?；蛉鯒l帶狀異常特征。等值線呈梯度變化趨勢且向深部延伸趨勢明顯。根據收集的地質資料，結合實地工作記錄及巖石地球物理特征綜合分析：剖面淺部低阻、中低阻應為第四系覆土所引起；南西側高阻應為棲霞—茅口組灰?guī)r所引起，剖面北東側低阻、中低阻應為龍?zhí)丁L興組地層砂巖、粉砂巖引起，中高阻應為夾燧石灰?guī)r導致。剖面中部7～8 號測點間等值線密集梯度變化特征符合斷裂構造解譯一般規(guī)律。故根據電阻率值及等值線形態(tài)特征，該剖面位置應存在一條傾向為南西向的深大斷裂構造F1，構造傾角約為70°。這與1X 剖面音頻大地電磁測深成果相對應，且與地質資料顯示埡都斷裂構造吻合較好，即推測解譯斷裂構造F1應為埡都斷裂。

2.2.2 Ra?法測氡推測解譯

Ra? 法測氡測線，測線長度600 m，測點間距20 m，測點總數30 個。依照相關規(guī)范，計算本次氡濃度背景值為2.5 Bq/L，標準偏差為1.5 Bq/l。根據異常劃分標準，用背景值乘以三倍標準偏差得到異常下限為11.25 Bq/l；用背景值乘以五倍標準偏差得到異常暈下限為18.75 Bq/l。通過發(fā)現的異常和異常暈來推斷巖體接觸帶和斷裂在近地表的位置[4]。測線氡氣統(tǒng)計數據如表1所示。

表1 氡氣濃度測量數據統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of measurement data of radon concentration

在氡濃度異常分布圖上（如圖5），剖面中部280 m 處為片巖和巖體接觸帶地表位置，氡及其子體濃度在剖面圖上反映為醒目的異常[4]，峰值達68.6 Bq/l。根據氡濃度在斷裂處出現高值或異常值的特點，結合實地工作記錄及巖石地球物理特征綜合分析，剖面中部280 m 處氡濃度異常值符合斷裂構造解譯一般規(guī)律。

圖5 氡濃度異常分布與1X剖面物探剖面對比圖Fig.5 Comparison between the abnormal distribution of radon concentration and the geophysical prospecting profile of 1X profile

3 結語

（1）在該音頻大地電磁測深剖面中部7～8 號測點位置深部存在有串珠狀中低阻弱異?；蛉鯒l帶狀異常特征；在氡濃度異常分布圖上，剖面中部280 m 處為片巖和巖體接觸帶地表位置，氡及其子體濃度在剖面圖上反映為醒目的異常。這兩種物探方法指示的斷層位置一致，確定埡都斷裂由此處經過，且基本可以判定埡都斷層為晚更新世斷層。

（2）分析已知地質資料，認為AMT 與Ra? 法測氡在對埡都—紫云斷裂帶活斷層探測有較好的效果，今后將采用該探測手段進一步對埡都—紫云斷裂帶的其他斷裂的活動性進行調查。Ra?法測氡首次在埡都—紫云斷裂帶進行試驗，調查結果與音頻大地電磁測深法調查結果一致，說明Ra?法測氡對埡都—紫云斷裂帶斷裂的勘探結果較為可靠。

（3）貴州省的近幾年發(fā)生的地震多半與埡都—紫云斷裂帶有關，但到目前為止對該斷裂帶的地球物理探測手段還略顯不足，本次采用AMT 與Ra?法測氡兩種物探手段對其進行探測，補足其物探手段，對今后結合物探資料對其該條斷裂帶進行綜合分析提供了資料支撐。