单友磊　朱红　张加家

摘要：通过跨断层土壤气氡逸出浓度测量，获得数据资料，氡浓度呈明显的正态分布特征，峰值出现在断裂中心区域或断裂带附近，随着远离断裂轴线，测值沿断层两侧呈阶梯式降低。结合郯庐断裂带宿迁段5条主干断裂分段特征以及土壤气氡M值、B值、A值、N值、相对活动度、异常下限、异常衬度等指标参数变化，得出土壤气氡逸出浓度高低与断裂活动性强弱有较好的对应关系，土壤气氡逸出浓度越高，断裂活动性越强。

关键词：  郯庐断裂；  宿迁段；  土壤气氡；  断裂活动性

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2023.02.011

氡是铀的中间衰变产物镭经过α衰变产生的，其半衰期较短，限制了氡在土壤中扩散，但当氡被流动的气体（如二氧化碳、甲烷、氮气等）或水运移时，可以反映地下深部的信息，因此常用于勘探隐伏断裂［1-2］。氡是一种放射性气体，是镭衰变的中间产物，它在岩石的孔隙和裂隙中以自由氡、吸附氡和封闭氡的形式存在，当地壳介质受到力的作用而发生变形破坏时，赋存于介质中的流体在动力作用、热力作用时，氡容易从其赋存的介质中逃逸出来［3］。氡射气的成因是岩石中所含镭的衰变，可以通过断层和破碎带从地下深处向地表迁移，在同一条断裂带上，近期活动的地段含量较大，据此可以推断断层的活动段和稳定段［4］。水氡以溶解氡为主，逸出氡为辅，而气氡以观测断层逸出氡为主，气氡观测的钻孔设在中条山山前大断裂与NW向隐伏断裂交汇处，主要受温度和气压的影响［5］。在活动断裂带等岩石疏松或孔隙相对较多的地段，由于其有效孔隙度和渗透率高，并且破碎带胶结程度较差，能够成为氡气聚集和对流的良好通道［6］。新10泉位于杨柳沟—红雁池断裂带上，可以对该测点及其周围附近进行断层气体的测量，探究断层气浓度空间分布、变化与断层活动的关系，对断层活动性进行评价［7］。在风化花岗岩地区，高渗透率和中渗透率占优势，而第四纪沉积物地区大部分土壤氡渗透率较低，人工回填土情况较为复杂，土壤氡渗透率差别较大［8］。土层中氡含量取决于获取量和逸散量，当土层厚度较大、结构密实时，氡气逸散不畅，对氡的富集有利，当测区表土为透气性差的密闭盖层时，向上运移的氡气屏蔽于该盖层之下，使得近地表土层气体中氡含量降低［9］。氡异常点与断裂位置吻合程度高，在基岩凹陷地区的氡浓度平均值要小于隆起地区，基岩埋深较浅的断裂对应的氡浓度值明显高于其他地区断裂带的氡浓度，推断氡浓度分布特征不但与基岩的埋深有关，而且主要受断裂影响［10］。郯城—庐江断裂带是中国东部一条规模巨大的斷裂带，简称郯庐断裂带。总体走向NNE，由数条相互平行的主干断裂所组成，构成堑垒格架，并被一系列北西向断裂所切割。该断裂带在重、磁场上均有明显的条带状、串珠状异常反映。在长期的发展演化过程中，在空间上表现为分段差异活动，在时间上则具多期活动的特点。因此，通过测量土壤氡逸出浓度和峰值位置，对判断区域内断裂分布及其活动性具有重要意义。

1郯庐断裂带宿迁段地质特征

强震的发生有着深刻的地震构造背景，邢台7.2级地震的发生不单是一条活动断裂的问题，也包括这条活动断裂所处的区域地震构造环境［11］。根据活动断层探测最新成果，郯庐断裂带宿迁段存在5条近NEE向主干断裂，分别为王庄—苏圩断裂（F₁）、大官庄—双庄断裂（F₂）、城岗—耿车断裂（F₃）、窑湾—高作断裂（F₄）、桥北镇—宿迁断裂（F₅），其中F5断裂可分为东支（F_5-1）和西支（F_5-2），公元前70年安丘7.0级地震、1668年山东郯城8.5级地震都曾发生在这条断裂带上（表1）。王庄—苏圩断裂为郯庐断裂带东边界断裂，目标区内该断裂均为第四系覆盖，未见断裂出露，仅在宿迁北部、新沂市可见地表露头，多为王氏组红色砂岩与花岗岩接触。大官庄—双庄断裂由新沂经祁园、新店、骆马湖，至双庄—龙河一带，总体走向平行于F1断裂，主要出露于祁园、大官庄一带，该处可见宿迁组地层与第四系接触，其余都为第四系覆盖。城岗—耿车断裂是郯庐断裂带的主干断裂之一，宿迁段由北向南经城岗、骆马湖、蔡集镇、耿车镇至安徽境内，大部分被第四系覆盖。窑湾—高作断裂为郯庐断裂带西边界断裂，东侧为郯庐带白垩纪断陷盆地，西侧是古老地层断块隆起，均为第四系覆盖，未见断裂出露。桥北镇—宿迁断裂又称马陵山—重岗山断裂，位于F1和F2断裂之间，由苏鲁交界的沭河向南到马陵山、晓店、宿迁主城区、重岗山，终止于淮河北岸，断错地貌现象比较明显。

在野外对断层气测线的勘选，要尽可能的在土质老且均匀、地形较平坦、地下水埋深较一致的地段布设测线［12］。影响氡析出率的主要因素除气象因素外，还与岩层孔隙、裂隙发育程度及其连通性及含水饱和度等有关［13］。经过多次实地勘察，采取垂直断层走向布设测线，测量不同位置断层气氡的浓度，判定不同活动年代断层气氡异常表现差异。由于F1、F2和F4断层最新活动时间在晚更新世以前，活动性较弱，在3条断层上各选择1处剖面进行测量。F3和F5-1断层均为晚更新世活动断层，仍具有一定的发震能力，按照10 km间距分别布设5条和7条测线。F5-2断层为全新世断层，具有较强的发震能力，按照8 km间距由北向南布设14条测线。根据场地条件，布的测线长300～400 m，测点间距50 m左右，出现高值异常时，测点间距缩小到10 m。本次测量共布设29条测线、488个测点，测线总长达9.6 km，覆盖了郯庐断裂带宿迁段每一条断层。把进气口用管子延伸至采样器底部，出气口保持不变，可形成气体快速循环，使氡气不发生积累和被平均，观测到的是瞬时值，这样观测效果会更好［14］。本次测量使用的仪器为北京核地科技公司生产的便携式FD216环境氡测量仪，丁政等在探测隐伏断裂可信度研究中发现，分别在30 cm、60 cm断层深度进行氡气测量时，发现60 cm深度存在氡气异常，而30 cm深度未见异常［15］。因此为保证取气质量，每次测量前，先将仪器放置测点预热，将钢钎垂直打入地下100 cm，用橡胶管从钢钎孔抽气，抽气速度控制在约1.2 L/min，抽气结束后，每间隔5 min连续读取3个数，待读数平衡后取第3个数作为该测点断层气氡浓度。

2结果与分析

断层内部靠近断点的破碎带孔隙度较大，是氡迁移的主要通道，在测量判断土壤氡峰值位置时，应对断裂破碎带进行识别［16］。断点附近构造应力和断层活动性强度达到最大时，派生裂缝的宽度随着距断点的距离的缩短而增大，氡在此通道中迁移越快，土壤氡異常峰是断裂相对破碎区间在地面的直接反映。① 王庄—苏圩断裂布设的测线1峰值为14.08 KBq/m³，在测线99 m处，位于湖滨新区晓店镇北，为背景值的2.5倍，为最低值（1.259 KBq/m³）的11.2倍，异常点数占该测线的13.3%。② 大官庄—双庄断裂布设的测线2峰值为5.218 KBq/m³，在测线152 m处，位于宿城区双庄镇南，为背景值的2.3倍，为最低值（0.896 KBq/m³）的5.8倍，异常点数占该测线的17.6%。③ 城岗—耿车断裂布设5条测线，测线3-7 峰值为6.007～11.7 KBq/m³，位于断裂附近，均值为2.461～4.916 KBq/m³。各条测线最高峰值为11.7 KBq/m³，在测线3的150 m处，位于宿城区蔡集镇北，靠近骆马湖大堤，F₃断裂异常点数占测点总数的11.8%。④ 窑湾—高作断裂布设的测线8峰值为8.477 KBq/m³，在测线150 m处，位于湖滨新区皂河镇北，靠近骆马湖大堤南岸，峰值为背景值的4.1倍，为最低值（1.258 KBq/m³）的6.7倍，异常点数占该测线的5%。⑤ 桥北镇—宿迁断裂存在地震潜在风险，进行加密测量。F_5-1断裂布设的测线9～15峰值为4.895～13.762 KBq/m³，均值为2.375～6.976 KBq/m³，最高峰值在测线10的149 m处，位于湖滨新区三台山森林公园内，该处基岩出露明显，异常点数占测点总数的10.8%。F_5-2断裂布设的测线16～29峰值为4.516～36.737 KBq/m³，均值为1.963～14.203 KBq/m³，最高峰值出现在测线28的181 m处，位于泗洪县峰山乡境内，属于丘陵地带，异常点数占测点总数的9.1%。各条测线氡逸出浓度统计情况见表2，最高峰值曲线见图1。

2期 单友磊等：郯庐断裂带宿迁段土壤气氡与断裂活动性关系研究  孟广魁等研究海原断裂构造，提出峰背比是评价断层有无、活动性强弱的参数［17］。刘菁华等研究指出，断层的位置基本与异常的峰值相对应，主峰在断层处［18］。丁政等提出地球化学背景值、异常下限、异常衬度等异常参数，为判别断裂位置及两侧活动强度差异提供了参考［15］。借鉴前人的断层活动性判定方法，引入异常最大值M、异常背景值B、相对活动度S、异常平均值A、正常平均值N、异常衬度An等指标。以测线测量值的平均值作为背景值B，以超过背景值加1.5倍标准差作为土壤气氡的异常值［19］，这里异常值为D，作为断层气氡异常下限，超过D值的数据均为异常值，

断层气氡浓度测值分布特征与断层位置联系密切，距离断层越近，氡逸出浓度高值点越集中，随着距离断层越来越远，氡浓度逐渐降低。以F₁、F₂、F₄断裂为例，除 F₁出现个别测点高值异常外，其余测点氡浓度均为个位数，相对活动程度和异常衬度均不高。F₃断裂和F_5-1断裂各类指标总体情况相似，测得F3断裂峰值和最高背景值分别为11.7 KBq/m³和4.916 KBq/m³，最大相对活动程度和异常衬度数值分别大约为2.8、3.2，测得F_5-1断裂峰值和最高背景值分别为13.762 KBq/m³和6.976 KBq/m³，最大相对活动程度和异常衬度数值分别大约为3.5、4.2，可以看出F_5-1断裂比F₃断裂活动程度要强一些。F_5-2断裂各类指标高值区段在所有主干断裂中占比均最大，氡浓度高值异常主要集中在该断裂，测得峰值和最高背景值分别为36.737 KBq/m³和14.203 KBq/m³，最大相对活动程度和异常衬度数值分别为7.1、11.3，明显高于其他断裂，且异常背景值下限多数高于其它断裂，F5-2断裂活动性高于其余断裂，与宿迁市城市活动断层探测项目对断层的活动性鉴定成果一致。利用氡浓度强度初步判断断层的相对活动性可以在一定程度消除覆盖层岩组特征对断层活动性的影响，那么氡浓度强度主要包含了断面浓度信息，即区域应力大小和两盘胶结开启程度2种信息［20］。

4结束语

跨断层测量发现，断层气氡浓度峰值主要集中在断层带内，呈明显的正态分布，随着远离断裂中心位置，浓度逐渐降低。这主要是由于断层两侧错动或挤压破裂形成破碎带，为断层气向上逸出打开了通道，当地下断层活动由压性变为张性时，断层气逸出浓度会明显增加。通过换算关系和计算结果，得出各条剖面断层气氡浓度相对活动程度和异常衬度等指标，再根据不同位置断层气氡各类指标对比分析，判断F_5-2断层活动性明显高于F_5-1、F₃、F₂、F₁，能够为区分断层分段特征提供科学依据。当然，如果要精确定位隐伏断裂位置和判断活动程度，还需借鉴其它方法。郯庐断裂带沿北北东向纵贯宿迁，辖区内断裂分布特征为开展断层气氡观测提供了天然场地条件，断层气氡逸出浓度变化与地震构造活动密切相关，通过加密断层气氡观测，对开展区域地震活动监测、及时捕捉地震前兆异常具有指示意义。

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STUDY ON RELATIONSHIP BETWEEN SOIL RADON

AND FAULT ACTIVITY IN SUQIAN SEGMENT

OF TANLU FAULT ZONE

SHAN You-lei，  ZHU Hong， ZHANG Jia-jia

（Suqian Seismological Service Center， Suqian 223800， Jiangsu， China）

Abstract： Through the measurement of the radon escaping concentration of soil gas across the fault， the data obtained show that the radon concentration presents an obvious normal distribution feature， and the peak value appears in the central area of the fault or near the fault zone. With the distance from the fault axis， the measured value decreases step by step along both sides of the fault. Based on the segmentation characteristics of five main faults in Suqian segment of Tanlu fault zone and the variation of soil radon parameters， such as M value， B value， A value， N value， relative activity， abnormal lower limit and abnormal contrast， it is concluded that there is a good relationship between the concentration of radon in soil and the activity of faults. The higher the concentration of radon in soil， the stronger the activity of faults.

Key words： Tanlu fault; Suqian section; Soil gas radon; Fault activity