土壤氡在海口活斷層的試驗(yàn)測(cè)量1

沈繁鑾 陳星宇 鄭在壯 袁錫文 鄭 萍

（海南省地震局，海口 570203）

土壤氡在海口活斷層的試驗(yàn)測(cè)量1

沈繁鑾 陳星宇 鄭在壯 袁錫文 鄭 萍

（海南省地震局，海口 570203）

使用德國(guó)脈沖電離室測(cè)氡儀，在海口已知全新世活斷層上進(jìn)行了一條剖面土壤氡試驗(yàn)測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)距為10m，異常點(diǎn)附近加密為5m，測(cè)量結(jié)果顯示高值異常點(diǎn)位與斷層位置相吻合，說(shuō)明儀器測(cè)量質(zhì)量和效果較高，測(cè)量裝置合理，為今后工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

土壤氡測(cè)量 活斷層試驗(yàn) 海口市

引言

海南島火山活動(dòng)頻繁、地?zé)釡厝l(fā)育廣泛，可以獲取深部物質(zhì)活動(dòng)的豐富信息。同時(shí)地下流體化學(xué)對(duì)于斷層運(yùn)動(dòng)的反映也比較靈敏（劉耀偉，2004），地球化學(xué)探測(cè)尤其是土壤氡氣測(cè)量在以往活斷層調(diào)查中被大量使用。廣東省在斷層氣測(cè)量方面取得了很多成果（魏柏林等，2000），證明了斷層氣測(cè)量對(duì)東南沿海地區(qū)斷層調(diào)查具有一定的有效性。廣東省重點(diǎn)科研項(xiàng)目“粵桂瓊交界地區(qū)近期地震危險(xiǎn)性研究”在瓊北一些地區(qū)開(kāi)展了斷層氣（土氣氡）的測(cè)量（任明甫，2000），對(duì)斷裂活動(dòng)性給出了有參考意義的調(diào)查結(jié)果。

在“我國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)活動(dòng)斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目“海南鋪前-清瀾斷裂地質(zhì)調(diào)查與活動(dòng)性鑒定”分項(xiàng)目中，開(kāi)展了442個(gè)觀測(cè)點(diǎn)、剖面總長(zhǎng)度5550m的土壤氡氣測(cè)量工作，所使用的測(cè)量?jī)x器是德國(guó)ALPHA Guard P2000F型脈沖電離室法測(cè)氡儀，而土壤取氣裝置仍使用中國(guó)核工業(yè)總公司上海電子儀器廠生產(chǎn)的FD-3017 RaA智能化測(cè)氡儀的取氣筒，測(cè)量點(diǎn)距一般為20m或10m。為檢驗(yàn)儀器觀測(cè)、測(cè)量裝置、布設(shè)參數(shù)、異常提取等有效性，在“十五”“海口市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目中確定并探槽揭露的馬裊—鋪前全新世地震活斷層上，開(kāi)展了一條土壤氡氣剖面的試驗(yàn)測(cè)量，本文就此次試驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)予以介紹。

1 剖面布設(shè)

在海口市海榆中線“海口市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目中，在儒益探槽附近布設(shè)了土壤氡氣測(cè)量剖面。馬裊-鋪前斷層的走向?yàn)榻鼥|西方向、傾向北，儒益探槽的方向?yàn)楸北睎|，探槽長(zhǎng)45m、寬7m、最大深度9.8m，探槽范圍揭露并有效地控制了馬裊-鋪前斷層。土壤氡氣測(cè)量剖面與探槽長(zhǎng)度方向近乎平行（圖1），沿探槽西側(cè)的小路布設(shè)，起點(diǎn)在探槽南端的南面約50m，測(cè)量點(diǎn)距為10m（異常點(diǎn)附近加密為5m），測(cè)量長(zhǎng)度根據(jù)觀測(cè)結(jié)果而定，實(shí)際為170m，取得了21個(gè)測(cè)量點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

圖1 測(cè)氡剖面、儒益探槽和馬裊-鋪前斷層位置Fig. 1 Location of Maniao-Puqian fault and survey line

根據(jù)探槽和其附近的鉆孔揭露，最下部的標(biāo)志層是灰黑色粘土亞粘土，該層未見(jiàn)底，最大厚度為31m；第二層標(biāo)志層是中部的 2—3層雜色、杏黃色為主的雜色粘土與砂層互層，其中粘土又可大體分為3層，下面2層厚度較薄，厚度1.5—9.0m不等，上部的粘土層厚度較大，達(dá)到19m；第三層標(biāo)志層為近地表的紫紅色亞粘土，厚度5—9m不等。上述3層標(biāo)志層均出現(xiàn)斷錯(cuò)，層位越淺斷距越小，在探槽34m的范圍內(nèi)，出露6個(gè)斷面，這些斷面斷錯(cuò)了探槽下部的粘土和中部的砂礫石層，并影響了探槽上部棕紅色粘土底部地層，砂礫石層頂面總體向南降落，垂直落差達(dá)到2.6m，該礫石層底界的最小落差達(dá)到4.0m，上斷點(diǎn)埋深為3.4m（圖2）。儒益探槽清楚地揭示了馬裊-鋪前斷層為一全新世活動(dòng)斷層，斷層性質(zhì)為正斷層兼右旋走滑，斷層上盤（北面）呈下降運(yùn)動(dòng)，樣品年代測(cè)試表明該斷層的全新世活動(dòng)與1605年海口瓊山7?地震有關(guān)1海南省地震局，2007. 海口市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工程技術(shù)報(bào)告.。

圖2 儒益探槽西壁剖面Fig. 2 Cross-section of the west wall of Ruyi exploratory trench

2 測(cè)量過(guò)程與數(shù)據(jù)處理

使用德國(guó)脈沖電離室法泵吸式測(cè)氡儀測(cè)量土壤氡氣含量（圖3），儀器測(cè)定的是絕對(duì)值，觀測(cè)參數(shù)選擇每分鐘給出一個(gè)數(shù)值，吸氣流量為每分鐘0.5升，一個(gè)測(cè)量點(diǎn)一般觀測(cè)5—8分鐘，即產(chǎn)生5—8個(gè)數(shù)據(jù)（單位：Bq/m3），同時(shí)儀器可記錄并顯示方差、溫度、濕度、氣壓。在每分鐘氡含量數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中，前1、2個(gè)數(shù)據(jù)是不可靠的，當(dāng)后續(xù)數(shù)值不再升高，即數(shù)據(jù)升高后開(kāi)始回落或者增幅在方差（±3000Bq/m3）范圍內(nèi)時(shí)，就可停測(cè)。由于測(cè)量中土壤取氣裝置沒(méi)有使用德國(guó)原裝置，而使用的是中國(guó)核工業(yè)總公司上海電子儀器廠生產(chǎn)的FD-3017 RaA智能化測(cè)氡儀的取氣筒，取氣筒內(nèi)會(huì)有滯殘留氡，因此每完成一個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)后，需要依靠泵吸最大流量（每分鐘1升）的空氣，使儀器讀數(shù)降至方差范圍時(shí)，才開(kāi)始下一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，清除滯殘留氡的過(guò)程一般需要幾分鐘，測(cè)值越高，抽空氣清除滯殘留氡的時(shí)間就越長(zhǎng)。

圖3 土壤氡氣測(cè)量裝置Fig. 3 Setup of the measuring devices in the field

測(cè)量土壤氡氣標(biāo)準(zhǔn)取氣裝置的長(zhǎng)度為1.0—1.2m，由于FD-3017 RaA智能化測(cè)氡儀取氣筒的長(zhǎng)度約為50cm，打洞的鋼釬長(zhǎng)度也只有60cm，因此，根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)量所測(cè)得的土壤氡氣含量只大約相當(dāng)于土壤實(shí)際含量的一半。因測(cè)量和試驗(yàn)的目的是斷層調(diào)查，主要需要了解測(cè)線剖面上土壤氡氣含量的相對(duì)變化，所以取氣筒長(zhǎng)度不夠的問(wèn)題將影響到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，但對(duì)測(cè)線剖面上數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)影響不大。

由于在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上一般觀測(cè)5—8分鐘，即產(chǎn)生5—8個(gè)數(shù)據(jù)，因此按照以下原則確定每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的土壤氡氣含量：若最后1個(gè)數(shù)據(jù)最大，則取該數(shù)據(jù)值，否則取最大和次大2個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，再將數(shù)據(jù)單位換算成Bq/L（每升貝克），四舍五入保留整數(shù)數(shù)值。

3 測(cè)量結(jié)果

探槽南端的緯度坐標(biāo)為北緯19.97030°，從跨馬裊-鋪前斷層土壤氡氣剖面試驗(yàn)性測(cè)量結(jié)果看（表1），測(cè)點(diǎn)由南向北接近探槽和斷層時(shí)，土壤氡氣含量明顯增高，離開(kāi)探槽和斷層時(shí)測(cè)值明顯降低，并逐漸恢復(fù)到正常背景狀態(tài)。

表1 土壤氡氣剖面試驗(yàn)性測(cè)量結(jié)果Table 1 Measuring record from the field survey

續(xù)表

由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到5號(hào)點(diǎn)異常很高，因此在其前后進(jìn)行了補(bǔ)充加密點(diǎn)測(cè)量，從全部試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)上看，距離南起點(diǎn)45m處的土壤氡氣含量最高，表明與斷層對(duì)應(yīng)的情況較好（圖4）。

圖4 土壤氡氣剖面試驗(yàn)性測(cè)量結(jié)果曲線Fig. 4 Curve showing variation of measured soil Rn from the field survey

4 討論與結(jié)論

以往土壤氡氣測(cè)量?jī)x器都采用靜電采集法，儀器穩(wěn)定性不高，數(shù)據(jù)重復(fù)性差，特別是容易受濕度干擾。而本次測(cè)量采用的德國(guó)脈沖電離室法測(cè)氡儀，儀器穩(wěn)定性高，野外數(shù)據(jù)采集具有可重復(fù)性，儀器對(duì)濕度變化不敏感。

測(cè)量過(guò)程需要依靠泵不斷地從地下抽氣，在實(shí)地測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遇到致密粘土層或淤泥層時(shí)，取氣困難，抽氣連續(xù)性差，使得數(shù)據(jù)觀測(cè)與采集值很低。因此在選取測(cè)量剖面時(shí)，要調(diào)查并考慮到土質(zhì)、土壤環(huán)境和條件，盡可能保持一致性和正常取氣。

從本次試驗(yàn)測(cè)量并結(jié)合海南鋪前-清瀾斷裂地質(zhì)調(diào)查與活動(dòng)性鑒定分項(xiàng)目土壤氡氣測(cè)量結(jié)果上看，本區(qū)域土壤氡氣含量背景值為 10—20Bq/L左右（考慮取氣筒長(zhǎng)度影響，實(shí)際值應(yīng)加倍），觀測(cè)中出現(xiàn)大于35000Bq/m3數(shù)值時(shí)可視為高異常點(diǎn)，應(yīng)在測(cè)點(diǎn)前后附近進(jìn)行加密測(cè)量。而從本次土壤氡氣試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果上看，剖面布設(shè)中觀測(cè)點(diǎn)距為20m或10m是可行的，不會(huì)錯(cuò)過(guò)斷層附近的土壤氡氣含量高異常區(qū)，而有些測(cè)量采取50m或更大的點(diǎn)距，則可能錯(cuò)過(guò)斷層高異常區(qū)。

本次試驗(yàn)測(cè)量使用了新的測(cè)氡儀，在已知斷層上開(kāi)展了試驗(yàn)性土壤氡氣測(cè)量，其觀測(cè)結(jié)果與地表斷層位置吻合較好，但工作經(jīng)驗(yàn)還需要不斷積累。野外斷層調(diào)查土壤氡氣觀測(cè)表明，測(cè)量點(diǎn)越多，找出的異常點(diǎn)也可能越多，如何進(jìn)行綜合分析判斷，既需要經(jīng)驗(yàn)，也存在客觀條件要好，還需要不斷摸索、提高認(rèn)識(shí)。

劉耀偉，2004. 地震流體最新科學(xué)進(jìn)展與發(fā)展方向. 國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，（10）：315、62.

任明甫，2000. 利用斷層氣（土氣氡）探測(cè)瓊北地區(qū)的斷裂活動(dòng)性. 華南地震，20（1）：67—70.

魏柏林，陳仁法等，2000. 廣東省地震構(gòu)造概論. 北京：地震出版社，77—116.

Experimental Test of Soil Rn Measurement Crossing an Active Fault in Haikou City

Shen Fanluan, Chen Xingyu, Zheng Zaizhuang, Yuan Xiwen and Zheng Ping
（EarthquakeAdministrtion of Hainan Province, Haikou 570203, China）

Using the German-made instrument of measuring Rn by pulsation ionization, we conducted an experimental test to measure the content of soil Rn crossing a well-known active fault in Haikou city. The measuring point spacing is 10 meters generally along the survey line, and is reduced to 5 meters where abnormal points are detected near the fault. Our results show a good agreement between the high-abnormal points and the fault location. Therefore, it is proved that our instrument is capable of producing high quality data for blind-fault detection

Measure of soil Rn; Experiment on active fault detection; Haikou city

沈繁鑾，陳星宇，鄭在壯，袁錫文，鄭萍，2012. 土壤氡在海口活斷層的試驗(yàn)測(cè)量. 震災(zāi)防御技術(shù)，7（1）：64—69.

財(cái)政部經(jīng)常性業(yè)務(wù)專項(xiàng)“我國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)活動(dòng)斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目（1521102200025）資助

2011-05-06

沈繁鑾，男，生于1962年。碩士，研究員。主要從事地震預(yù)報(bào)、活斷層研究。E-mail：shenfanluan@sohu.com