新疆北天山地區(qū)斷裂帶斷層土壤氣的地球化學(xué)特征

蔣雨函 高小其 楊朋濤 劉冬英 孫小龍 向 陽(yáng) 朱成英 汪成國(guó)

1)應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院，地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085 2)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

0 引言

地球內(nèi)部發(fā)生的各種物理、 化學(xué)場(chǎng)變化以及構(gòu)造體之間的相互作用，都會(huì)使地下深部氣體沿著活動(dòng)斷裂帶、 板內(nèi)塊體邊界、 火山等地殼薄弱帶向上逸散。斷層土壤氣濃度及逸出速率能靈敏、 客觀地反映地下應(yīng)力、 應(yīng)變狀態(tài)及構(gòu)造活動(dòng)狀態(tài)，因此常被用來(lái)鑒識(shí)斷裂帶的活動(dòng)狀態(tài)、 探尋隱伏斷層及開(kāi)展地震危險(xiǎn)性研究等(Chiodinietal.，2011； 張冠亞等，2015； 孫小龍等，2016； 張磊等，2018； 蔣雨函等，2021)。中國(guó)多年的地震監(jiān)測(cè)實(shí)踐表明，地震前后常會(huì)出現(xiàn)斷層土壤氣異?，F(xiàn)象，且地下斷層土壤氣體的映震效能較高(杜樂(lè)天，2005； 劉耀煒等，2006)。

天山山脈是大陸內(nèi)部規(guī)模最大的典型構(gòu)造復(fù)活型造山帶(張培震等，1996； 鄧起東等，2000； 呂紅華等，2010)，其山前或盆地邊緣俯沖及逆掩斷層較為發(fā)育(朱爽等，2021)。近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)新疆北天山地區(qū)的斷裂帶、 斷層滑動(dòng)、 構(gòu)造活動(dòng)、 地震活動(dòng)等進(jìn)行了大量研究工作(劉建明等，2017； 楊文等，2018； 李艷永等，2019； 陳建波等，2021)。本研究于2017—2020年在北天山溫泉—精河7級(jí)地震危險(xiǎn)區(qū)和烏蘇—和靜6級(jí)地震危險(xiǎn)區(qū)中的6條主要活動(dòng)斷裂進(jìn)行多次土壤氣Rn、 CO2、 Hg濃度測(cè)量，這6條活動(dòng)斷裂分別為博羅科努-阿其克庫(kù)都克斷裂(下文簡(jiǎn)稱博阿斷裂)、 庫(kù)松木契克山前斷裂、 喀什河斷裂、 那拉提斷裂、 霍爾果斯-吐谷魯斷裂及獨(dú)山子-安集海斷裂。在獲取北天山地區(qū)氣體地球化學(xué)背景場(chǎng)的同時(shí)，探究了該區(qū)域主要活動(dòng)斷裂上的土壤氣地球化學(xué)特征與地震、 斷層活動(dòng)性的關(guān)系。

1 區(qū)域地震地質(zhì)概況

博阿斷裂是北天山與中天山的分界線，是板塊聚合的邊界(沈軍等，2003； 楊曉平等，2008； 李杰等，2016； 高朝軍等，2017)。中新生代以來(lái)，天山的強(qiáng)烈隆起使其重新活動(dòng)(楊曉平等，2000)，從而導(dǎo)致強(qiáng)震、 大地震的發(fā)生(沈軍等，2003； 高朝軍等，2017)，如1765年2月9日精河縣約6級(jí)地震、 1944年3月10日烏蘇南M7強(qiáng)震及1971年8月烏蘇南M4.8地震等。庫(kù)松木契克山前斷裂發(fā)育在天山推覆體前緣的褶皺-逆斷裂帶上(陳建波等，2007)，位于北天山西段北緣，是區(qū)域性活動(dòng)斷裂(劉兆才，2019)，2011年新疆精河MS5.0 地震及2017年8月9日精河MS6.6 地震就發(fā)生在此斷裂附近(白蘭淑等，2017)?？κ埠訑嗔褞且粭l復(fù)雜斷裂帶，曾發(fā)生過(guò)1812年新疆尼勒克8級(jí)大地震和1993年喀什河河源東北5.8級(jí)地震。吳國(guó)棟等(2010)發(fā)現(xiàn)尼勒克8級(jí)大地震已使喀什河斷裂帶東段徹底破裂，目前處于相對(duì)平靜期，而此斷裂帶西段可能是大地震活動(dòng)的主要區(qū)段。那拉提斷裂是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的大型構(gòu)造帶(錢青等，2007)，曾發(fā)生過(guò)多次斷錯(cuò)地表的強(qiáng)震活動(dòng)(吳傳勇等，2014)?；魻柟?吐谷魯斷裂于早更新世晚期活動(dòng)非常強(qiáng)烈，在中更新世晚期—晚更新世早期再次發(fā)生大規(guī)模斷層逆沖活動(dòng)，斷錯(cuò)地表，在晚更新世末期斷層第3次發(fā)生強(qiáng)烈活動(dòng)(鄧起東等，1999； 王兆明等，2006)。獨(dú)山子-安集海斷裂帶由多條斷裂及上盤反沖斷層構(gòu)成(荊燕等，2005； 劉冠中等，2009)，是北天山地震帶上一條重要的活動(dòng)斷裂，歷史上曾發(fā)生過(guò)4次6級(jí)左右的強(qiáng)震(朱海之等，1990)。

2 觀測(cè)方法

2.1 觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

我們?cè)诓┌嗔褞鞫蔚木痈浇荚O(shè)了JHA、 JHB 2條測(cè)線，并分別設(shè)置了15個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)間距為100m； 在庫(kù)松木契克山前斷裂帶東段精河附近布設(shè)了JHC測(cè)線，共包括28個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)間距為500m； 在獨(dú)山子-安集海斷裂帶獨(dú)山子附近布設(shè)了DS測(cè)線，在霍爾果斯-吐谷魯斷裂帶大豐鎮(zhèn)附近布設(shè)了DF測(cè)線，在喀什河斷裂帶尼勒克附近布設(shè)了NL測(cè)線，在那拉提斷裂分別布設(shè)了NE、 NW 2條測(cè)線，并分別設(shè)置了15個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)間距為150m(圖 1)。

2.2 測(cè)量方法

用鋼釬在測(cè)點(diǎn)處打孔，孔徑約30mm，深80cm，之后將麻花鉆取樣器插入孔中并旋緊(密封)，將測(cè)量?jī)x器鏈接在取氣口處進(jìn)行測(cè)量。CO2濃度采用北京華云GXH-3010E1E二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量，測(cè)量誤差<6% ； Rn濃度采用Alpha GUARD p2000測(cè)氡儀測(cè)量，儀器靈敏度為50cpm/kBq·m-3，測(cè)量誤差<3% ； Hg濃度采用Lumex RA915M測(cè)汞儀測(cè)量，測(cè)量誤差<5% 。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

對(duì)土壤氣Rn、 CO2、 Hg濃度均采用平均值與均方差方法進(jìn)行分析，用R和δ1、Q和δ2、K和δ3表示，以平均值為背景值，并分別取R+δ1、Q+δ2及K+δ3作為Rn、 CO2、 Hg的異常下限，異常下限和最大值(峰值)作為Rn、 CO2、 Hg濃度曲線異常形態(tài)的判定依據(jù)(張慧等，2010)，以2017年8月測(cè)量數(shù)據(jù)為例，如表1 所示。

表 1 2017年8月北天山斷裂帶土壤氣Rn、 CO2、 Hg的濃度Table1 Soil gas Rn，CO2 and Hg concentrations in the north Tianshan fault zone in August 2017

圖 2 博阿斷裂帶測(cè)線的Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 2 Variations of Rn，CO2 and Hg concentrations on the measuring line of the Bo-A fault zone.

在JHA測(cè)線上，Rn濃度的最高值為37065Bq/m3, 是背景值20149Bq/m3的1.8倍； CO2濃度的最高值為0.14%，是背景值0.1%的1.4倍； Hg濃度的最高值為331ng/m3，是背景值52ng/m3的6.3倍，氣氡、 氣汞濃度曲線多為單點(diǎn)異常，而單點(diǎn)異常大多是干擾因素導(dǎo)致的； 在JHB測(cè)線上，Rn濃度的最高值為40074Bq/m3，是背景值25353Bq/m3的1.6倍，在JHB02—04處多次顯示峰值異常； CO2濃度在JHB04處出現(xiàn)峰值，最高值為0.82%，是背景值0.24%的3.4倍； Hg濃度的最高值為213ng/m3，是背景值36ng/m3的5.9倍。在測(cè)線JHA上，3種氣體的濃度始終在背景值附近波動(dòng)(圖 2)； 在JHB測(cè)線上，Rn的濃度值在JHB02—04處偏高； CO2濃度明顯在JHB04處重復(fù)出現(xiàn)單峰高值現(xiàn)象，而Hg濃度在JHB14處多次出現(xiàn)高值現(xiàn)象，2種氣體在JHB測(cè)線的不同測(cè)點(diǎn)上存在單個(gè)高峰，可能與該氣體的運(yùn)移路徑或氣體來(lái)源不同有關(guān)。

在JHC測(cè)線上，Rn濃度在JHC16處多次出現(xiàn)峰值現(xiàn)象，最高值為99802Bq/m3，是背景值32859Bq/m3的3倍； CO2濃度的最高值為0.55%，是背景值0.18%的3倍； Hg濃度在JHC02—09處多次出現(xiàn)峰值且分布范圍較大，最高值為277ng/m3，是背景值46ng/m3的6倍。如圖 3 所示，Rn在JHC14—17處濃度值較高，尤其在JHC16達(dá)到峰值，且明顯高于另外幾條測(cè)線，CO2始終在背景值附近波動(dòng)，但明顯在JHC18測(cè)點(diǎn)處存在峰值現(xiàn)象； Hg在多個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)高值情況，分布趨勢(shì)不一致，可能與Hg濃度易受到土壤、 氣象等條件影響有關(guān)。Rn、 CO2濃度的分布曲線趨勢(shì)相對(duì)一致，而JHC16—18測(cè)點(diǎn)可能位于斷裂破碎帶的位置。

圖 3 庫(kù)松木契克山前斷裂帶測(cè)線的Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 3 Variations of Rn，CO2，Hg concentrations on the measuring line of Kusongmuqike mountain piedmont fault zone.

在NL測(cè)線上，Rn濃度在NL02、 11出現(xiàn)峰值，最高值為50356Bq/m3，是背景值20338Bq/m3的2.4倍； CO2濃度在NL01、 09出現(xiàn)峰值，最高值為2.14%，是背景值0.8%的2.6倍； Hg濃度在NL11、 12出現(xiàn)峰值，但為單點(diǎn)異常值，最高值為142ng/m3，是背景值16ng/m3的8.8倍。如圖 4 所示，3種氣體的分布趨勢(shì)基本保持一致，3種氣體均在NL01—02、 NL09—10附近出現(xiàn)單峰、 多峰高值現(xiàn)象，可能與NL09測(cè)點(diǎn)位于斷層出露位置有關(guān)。

圖 4 喀什河斷裂帶測(cè)線的Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 4 Variations of Rn，CO2，Hg concentrations on the measuring line of the Kashi River fault zone.

圖 5 那拉提斷裂帶測(cè)線的Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 5 Variations of Rn，CO2，Hg concentrations on the measuring line of Nalati fault zone.

在NW測(cè)線上，Rn濃度的最高值為80549Bq/m3，是背景值55394Bq/m3的1.4倍； CO2濃度分布基本保持一致，最高值為2.65%，是背景值0.28%的9.5倍，為單點(diǎn)異常； Hg濃度的最高值為56ng/m3，是背景值13ng/m3的4.3倍； 在NE測(cè)線上，Rn濃度的最高值為47435Bq/m3，是背景值32228Bq/m3的1.5倍，為單點(diǎn)異常； CO2濃度在NE08、 11、 12出現(xiàn)峰值現(xiàn)象，最高值為1.05%，是背景值0.39%的2.7倍； Hg濃度的最高值為62ng/m3，是背景值17ng/m3的3.6倍，為單點(diǎn)異常。如圖 5 所示，在NW測(cè)線上，Rn濃度的分布趨勢(shì)始終不穩(wěn)定，但均遠(yuǎn)高于NE測(cè)線，可能與斷層的構(gòu)造形態(tài)或其他外界干擾有關(guān)； 而CO2、 Hg的濃度分布相對(duì)穩(wěn)定，趨勢(shì)一致，始終在背景值附近波動(dòng)，并在NW09出現(xiàn)高值單峰，這可能與該點(diǎn)位于斷層出露位置有關(guān)。

圖 6 獨(dú)山子-安集海斷裂帶測(cè)線Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 6 Variations of Rn，CO2，Hg concentrations on the measuring line of Dushanzi-Anjihai fault zone.

在DS測(cè)線上，Rn濃度的最高值為49232Bq/m3，是背景值29173Bq/m3的1.7倍； CO2濃度的最高值為0.38%，是背景值0.23%的1.7倍； Hg濃度的最高值為134ng/m3，是背景值22ng/m3的6.1倍，為單點(diǎn)異常。如圖 6 所示，氣體各組分的變化趨勢(shì)一致，Rn、 CO2在該測(cè)線上始終保持穩(wěn)定，且3種組分的變化趨勢(shì)基本重合； Hg偶爾存在單點(diǎn)高值現(xiàn)象，可能與其他干擾因素有關(guān)。

圖 7 霍爾果斯-吐谷魯斷裂帶測(cè)線的Rn、 CO2、 Hg濃度變化曲線Fig. 7 Variations of Rn，CO2 and Hg concentrations on the measuring line in the Horgos-Tugulu fault zone.

在DF測(cè)線上，Rn濃度的最高值為78834Bq/m3，是背景值29680Bq/m3的2.7倍； CO2濃度在DF03、 06、 11出現(xiàn)多峰高值，最高值為3.85%，是背景值0.88%的2倍； Hg濃度的最高值為287ng/m3，是背景值57ng/m3的5倍。如圖 7 所示，Rn濃度在DF測(cè)線上的整體分布趨勢(shì)一致，在DF04存在單峰高值現(xiàn)象，CO2濃度在DF03、 06、 11處均出現(xiàn)高值，Hg濃度在DF03、 08、 12出現(xiàn)高值，說(shuō)明除斷層出露處DF08外還存在其他斷裂破碎位置； 除此之外，Hg濃度較其他測(cè)線上的測(cè)值偏高，可能與外部干擾因素有關(guān)。

斷裂帶土壤氣的地球化學(xué)異常特征與斷層的活動(dòng)性關(guān)系密切。土壤氣組分Rn在測(cè)線JHC、 NW及DF上的濃度相對(duì)較高，說(shuō)明這些測(cè)線所在的斷裂具有較強(qiáng)的活動(dòng)性； 測(cè)線上的氣體濃度曲線存在多峰，說(shuō)明除斷層出露位置外斷裂帶上還存在其他斷裂破碎位置。

4 討論

4.1 斷層土壤氣觀測(cè)的空間分布特征

斷層土壤氣的濃度分布主要與斷裂帶的內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)。地?；虻貧ど畈繗怏w濃度高，斷裂活動(dòng)導(dǎo)致斷裂帶巖石較為破碎，滲透性好，氣體便由此向外擴(kuò)散運(yùn)移(Toutainetal.，1999； Etiopeetal.，2002)。氣體沿著斷裂帶中不連續(xù)分布的高滲透性通道運(yùn)移，并從有限空間中分布的氣孔中排放，氣孔的大小與分布均受到斷裂變形及其演化的影響(Annunziatellisetal.，2008)。土壤氣Rn、 CO2、 Hg的濃度異常可以很好地反映出地震斷裂帶的活動(dòng)情況，與斷裂的位置也存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(周曉成等，2007； Waliaetal.，2008)。土壤氣的時(shí)空變化可以反映出該地區(qū)與地震構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)的地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)特征(Fuetal.，2008)。

Rn、 CO2、 Hg濃度曲線的空間分布差異大，基本在斷層出露處有明顯峰值現(xiàn)象，若有其他部位出現(xiàn)明顯的高值現(xiàn)象，說(shuō)明還存在其他破碎位置。此外，Rn在多條測(cè)線上的濃度分布趨勢(shì)較為穩(wěn)定，僅NW測(cè)線的氣氡濃度出現(xiàn)不規(guī)則分布，可能與那拉提斷裂具備花狀構(gòu)造特征有關(guān)(吳傳勇等，2014)。

4.2 活動(dòng)斷裂帶的活動(dòng)性對(duì)比討論

Rn的來(lái)源包括空氣、 地表巖石、 土壤中天然放射性核素鈾、 鐳、 釷經(jīng)過(guò)衰變形成以及壓力作用下地殼深部沿?cái)嗔选?裂隙等通道逸出地表的氣體(Etiopeetal.，2002)。Rn存在于土壤或巖石的裂隙中時(shí)，遷移速率低，但當(dāng)Rn被作為載體運(yùn)移時(shí)，可迅速?gòu)牡叵律钐庍\(yùn)移至地表，載體氣體一般有CO2、 CH4或N2(Toutainetal.，1999； Etiopeetal.，2002； Yangetal.，2003)。CO2的化學(xué)性質(zhì)活潑，易與熱液體系組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(Toutainetal.，1999)，主要來(lái)源包括空氣、 有機(jī)物分解、 生物活動(dòng)、 地球深部脫氣及碳酸鹽巖變質(zhì)作用等(Ciotolietal.，2007)。Hg在常溫下即可蒸發(fā)，擴(kuò)散與穿透能力很強(qiáng)，當(dāng)?shù)叵聣毫εc溫度發(fā)生改變時(shí)，汞蒸汽便會(huì)沿著地下裂隙等氣體通道上升至地表(Zhouetal.，2010)。Li等(2013)研究了唐山地區(qū)的斷層土壤氣，結(jié)果表明土壤氣濃度異常帶與斷裂帶具有空間一致性，強(qiáng)調(diào)了CO2在該區(qū)域充當(dāng)Rn的載體。而本文的Pearson相關(guān)系數(shù)顯示，研究區(qū)內(nèi)的測(cè)線上，Rn與CO2的濃度均無(wú)明顯相關(guān)性，證明在研究區(qū)內(nèi)CO2并非Rn的運(yùn)移載體。由于Hg的性質(zhì)活躍、 來(lái)源豐富，在研究區(qū)內(nèi)多條斷裂的測(cè)線上呈現(xiàn)出氣體濃度值偏高的復(fù)雜形態(tài)，如庫(kù)松木契克山前斷裂、 獨(dú)山子-安集海斷裂等，這可能與斷裂所處位置的特殊性有關(guān)。

周曉成等(2017)證實(shí)了土壤氣濃度的空間分布位置與斷裂帶的分布具有一致性，并指出Rn、 H2是指示破裂位置的有效氣體，Hg具有一定參考性。本文同樣以Rn作為判斷斷裂帶破碎位置和斷層活動(dòng)性的有效氣體，而由于CO2、 Hg存在諸多干擾因素，故將其作為輔助判斷手段。在研究區(qū)內(nèi)的8條測(cè)線中，JHC、 NW及DF測(cè)線上的Rn濃度高值均高于另外幾條測(cè)線，也高于作者在呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)同期測(cè)量的結(jié)果，據(jù)此初步判斷庫(kù)松木契克山前斷裂、 那拉提斷裂以及霍爾果斯-吐谷魯斷裂的斷層活動(dòng)性較強(qiáng)。而NW測(cè)線和NE測(cè)線均在同一條斷裂帶上，前者的Rn濃度遠(yuǎn)高于后者，這種現(xiàn)象可能是西北端的地下斷層構(gòu)造形態(tài)更為復(fù)雜或破碎程度更高所致。

4.3 地震活動(dòng)

在地震多發(fā)地區(qū)對(duì)斷層土壤氣的濃度及化學(xué)特征的研究結(jié)果表明，斷層土壤氣中Rn、 Hg、 CO2等組分能夠客觀、 靈敏地反映地殼應(yīng)力狀態(tài)和地震活動(dòng)(Yangetal.，2005； Lietal.，2013； Sunetal.，2017)。地震等構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致地下應(yīng)力發(fā)生改變，從而導(dǎo)致地下氣體組分或其濃度產(chǎn)生異常變化，同時(shí)區(qū)域地殼應(yīng)力狀態(tài)的變化也是導(dǎo)致斷裂、 褶皺乃至地震發(fā)生的重要原因(張杰等，2018)，地震的孕育及發(fā)生與區(qū)域內(nèi)應(yīng)力的長(zhǎng)期積累及釋放有直接聯(lián)系，大地震的發(fā)生也會(huì)導(dǎo)致地殼應(yīng)力的變化(張志斌等，2020)。張杰等(2018)將近年來(lái)在工程建設(shè)與地震監(jiān)測(cè)中獲得的天山地區(qū)地應(yīng)力資料相結(jié)合并開(kāi)展分析，表明研究區(qū)域的應(yīng)力積累程度較高，區(qū)域內(nèi)整體較穩(wěn)定，但局部斷層滑動(dòng)趨勢(shì)風(fēng)險(xiǎn)較大。

本文選取中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的2016年12月—2021年11月119次MS≥2地震的數(shù)據(jù)，包括2016年12月8日呼圖壁縣MS6.2 地震與2017年8月9日精河縣MS6.6 地震，其中精河地震發(fā)生在天山北脈博羅科努山北沿、 準(zhǔn)噶爾盆地西南端的庫(kù)松木契克山前斷裂東段附近。此外，歸納了其中5級(jí)以上地震到測(cè)線的震中距(表2)。

表 2 5級(jí)以上地震與測(cè)線的震中距Table2 Epicentral distance of earthquakes with magnitude 5 and above to the measuring lines

近年來(lái)，研究區(qū)西部與東部小地震頻發(fā)(圖 1)，其內(nèi)部應(yīng)力易得到釋放，而小地震頻率較低的區(qū)域應(yīng)力積累程度高，更易發(fā)生強(qiáng)震(張杰等，2018)。據(jù)表2 結(jié)果可知，精河縣發(fā)生的2次較大地震與JHA、 JHB、 JHC及NL測(cè)線的距離均在50km以內(nèi)，尤其是JHC測(cè)線，距精河MS6.6 地震震中僅8km； DF測(cè)線距離呼圖壁MS6.2 地震震中較近，約31km，但此后該測(cè)線區(qū)域附近小地震頻發(fā)，并未發(fā)生震級(jí)較大地震。另外，其土壤氣濃度組分值也相對(duì)較高，所在的斷裂帶活動(dòng)性較強(qiáng)，由于DF測(cè)線附近小地震頻發(fā)，應(yīng)力易得到釋放，因此另外幾條測(cè)線所在的精河區(qū)域斷層活動(dòng)性高，該區(qū)域的地震危險(xiǎn)性也相對(duì)較高。

本文在2017年8月精河地震發(fā)生后開(kāi)展測(cè)量工作，在庫(kù)松木契克山前斷裂上布設(shè)的JHC測(cè)線上出現(xiàn)明顯的Rn高值現(xiàn)象，且其最大值逐年升高。由于是在地震發(fā)生后進(jìn)行的測(cè)量，因此判斷濃度最大值逐年升高的原因可能是地震發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)斷裂帶并未發(fā)生明顯變化，而在隨后的地下應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中，斷裂帶的破碎情況發(fā)生變化，導(dǎo)致氣體濃度值明顯升高。綜上，依據(jù)斷層土壤氣濃度測(cè)量結(jié)果、 斷層活動(dòng)性分析及地震分布情況判斷，北天山溫泉—精河地震危險(xiǎn)區(qū)更易發(fā)生較強(qiáng)地震，具有更高的地震危險(xiǎn)性。

據(jù)蔣雨函等(2021)給出的呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)氣體濃度與儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)部壓力的關(guān)系，反觀北天山地區(qū)，由于該區(qū)域地下應(yīng)力積累程度較高，其地下應(yīng)力變化或許可以反映于斷層土壤氣濃度變化上，并推斷當(dāng)應(yīng)力變化高于一定數(shù)值時(shí)，可能會(huì)發(fā)生斷裂、 褶皺，甚至是地震活動(dòng)。

5 結(jié)論

2017年8月9日精河MS6.6 地震后，我們?cè)谛陆碧焐?個(gè)地震危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的6條斷裂帶附近布設(shè)了8條斷層土壤氣測(cè)線，于2017—2020年進(jìn)行了6、 7期流動(dòng)測(cè)量，對(duì)其土壤氣體地球化學(xué)特征進(jìn)行了討論，結(jié)合同期地震分布推斷出相對(duì)具有地震危險(xiǎn)性的區(qū)域，并得到了以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)內(nèi)的庫(kù)松木契克山前斷裂和霍爾果斯-吐谷魯斷裂的跨斷層土壤氣地球化學(xué)特征表現(xiàn)為： 在斷層出露位置或其他斷裂破碎位置上的斷層土壤氣濃度更高，具有單峰或雙峰形態(tài)。

(2)Rn是研究斷裂帶分布、 指示斷裂破碎位置和判斷斷層活動(dòng)性的有效研究手段； 研究區(qū)內(nèi)的庫(kù)松木契克山前斷裂、 那拉提斷裂以及霍爾果斯-吐谷魯斷裂具有較強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)性。

(3)烏蘇—和靜地震危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)小地震頻發(fā)，應(yīng)力易得到釋放； 而北天山溫泉—精河地震危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)小地震發(fā)生頻率相對(duì)較低，區(qū)域應(yīng)力積累程度相對(duì)較高，斷層活動(dòng)性強(qiáng)，更易發(fā)生中強(qiáng)震，存在地震危險(xiǎn)性。

總之，開(kāi)展新疆北天山地區(qū)主要活動(dòng)斷裂的活動(dòng)性探測(cè)及地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作具有十分重要的科技和現(xiàn)實(shí)意義。未來(lái)可選擇活動(dòng)性強(qiáng)的斷裂帶進(jìn)一步加強(qiáng)斷層氣定點(diǎn)連續(xù)和定期流動(dòng)觀測(cè)，可以適當(dāng)彌補(bǔ)北天山地區(qū)定點(diǎn)前兆臺(tái)站監(jiān)測(cè)能力較低的問(wèn)題。通過(guò)多年連續(xù)觀測(cè)，既可以分析斷裂帶不同區(qū)段的地球化學(xué)特征，又可以研究斷裂帶不同孕震階段的分類特征，從而為未來(lái)地震危險(xiǎn)區(qū)段劃分和震情跟蹤分析提供地球化學(xué)資料與技術(shù)支撐。

致謝北天山地區(qū)地球化學(xué)觀測(cè)項(xiàng)目立項(xiàng)和執(zhí)行期間，應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院劉耀煒研究員給予了方向性指導(dǎo)； 觀測(cè)剖面勘選期間，新疆維吾爾自治區(qū)地震局向志勇高級(jí)工程師給予了現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)； 4年的定期觀測(cè)期間，新疆維吾爾自治區(qū)地震局、 山東省地震局、 寧夏回族自治區(qū)地震局、 甘肅省地震局、 吉林省地震局、 山西省地震局和云南省地震局的多位同事參與了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作。在此一并表示感謝！