土壤氡在海口活斷層的試驗測量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測量1

沈繁鑾 陳星宇 鄭在壯 袁錫文 鄭 萍

（海南省地震局，海口 570203）

使用德國脈沖電離室測氡儀，在海口已知全新世活斷層上進行了一條剖面土壤氡試驗測量，測量點距為10m，異常點附近加密為5m，測量結果顯示高值異常點位與斷層位置相吻合，說明儀器測量質量和效果較高，測量裝置合理，為今后工作積累了經驗。

土壤氡測量 活斷層試驗 海口市

引言

海南島火山活動頻繁、地熱溫泉發育廣泛，可以獲取深部物質活動的豐富信息。同時地下流體化學對于斷層運動的反映也比較靈敏（劉耀偉，2004），地球化學探測尤其是土壤氡氣測量在以往活斷層調查中被大量使用。廣東省在斷層氣測量方面取得了很多成果（魏柏林等，2000），證明了斷層氣測量對東南沿海地區斷層調查具有一定的有效性。廣東省重點科研項目“粵桂瓊交界地區近期地震危險性研究”在瓊北一些地區開展了斷層氣（土氣氡）的測量（任明甫，2000），對斷裂活動性給出了有參考意義的調查結果。

在“我國地震重點監視防御區活動斷層地震危險性評價”項目“海南鋪前-清瀾斷裂地質調查與活動性鑒定”分項目中，開展了442個觀測點、剖面總長度5550m的土壤氡氣測量工作，所使用的測量儀器是德國ALPHA Guard P2000F型脈沖電離室法測氡儀，而土壤取氣裝置仍使用中國核工業總公司上海電子儀器廠生產的FD-3017 RaA智能化測氡儀的取氣筒，測量點距一般為20m或10m。為檢驗儀器觀測、測量裝置、布設參數、異常提取等有效性，在“十五”“海口市活斷層探測與地震危險性評價”項目中確定并探槽揭露的馬裊—鋪前全新世地震活斷層上，開展了一條土壤氡氣剖面的試驗測量，本文就此次試驗測量的結果和經驗予以介紹。

1 剖面布設

在海口市海榆中線“海口市活斷層探測與地震危險性評價”項目中，在儒益探槽附近布設了土壤氡氣測量剖面。馬裊-鋪前斷層的走向為近東西方向、傾向北，儒益探槽的方向為北北東，探槽長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。土壤氡氣測量剖面與探槽長度方向近乎平行（圖1），沿探槽西側的小路布設，起點在探槽南端的南面約50m，測量點距為10m（異常點附近加密為5m），測量長度根據觀測結果而定，實際為170m，取得了21個測量點的觀測數據。

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

根據探槽和其附近的鉆孔揭露，最下部的標志層是灰黑色粘土亞粘土，該層未見底，最大厚度為31m；第二層標志層是中部的 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，達到19m；第三層標志層為近地表的紫紅色亞粘土，厚度5—9m不等。上述3層標志層均出現斷錯，層位越淺斷距越小，在探槽34m的范圍內，出露6個斷面，這些斷面斷錯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，垂直落差達到2.6m，該礫石層底界的最小落差達到4.0m，上斷點埋深為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斷層，斷層性質為正斷層兼右旋走滑，斷層上盤（北面）呈下降運動，樣品年代測試表明該斷層的全新世活動與1605年海口瓊山7?地震有關1海南省地震局，2007. 海口市活斷層探測與地震危險性評價工程技術報告.。

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

2 測量過程與數據處理

使用德國脈沖電離室法泵吸式測氡儀測量土壤氡氣含量（圖3），儀器測定的是絕對值，觀測參數選擇每分鐘給出一個數值，吸氣流量為每分鐘0.5升，一個測量點一般觀測5—8分鐘，即產生5—8個數據（單位：Bq/m3），同時儀器可記錄并顯示方差、溫度、濕度、氣壓。在每分鐘氡含量數據讀取過程中，前1、2個數據是不可靠的，當后續數值不再升高，即數據升高后開始回落或者增幅在方差（±3000Bq/m3）范圍內時，就可停測。由于測量中土壤取氣裝置沒有使用德國原裝置，而使用的是中國核工業總公司上海電子儀器廠生產的FD-3017 RaA智能化測氡儀的取氣筒，取氣筒內會有滯殘留氡，因此每完成一個點的觀測后，需要依靠泵吸最大流量（每分鐘1升）的空氣，使儀器讀數降至方差范圍時，才開始下一個觀測點的測量，清除滯殘留氡的過程一般需要幾分鐘，測值越高，抽空氣清除滯殘留氡的時間就越長。

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

測量土壤氡氣標準取氣裝置的長度為1.0—1.2m，由于FD-3017 RaA智能化測氡儀取氣筒的長度約為50cm，打洞的鋼釬長度也只有60cm，因此，根據國外統計經驗，測量所測得的土壤氡氣含量只大約相當于土壤實際含量的一半。因測量和試驗的目的是斷層調查，主要需要了解測線剖面上土壤氡氣含量的相對變化，所以取氣筒長度不夠的問題將影響到數據的穩定性，但對測線剖面上數據的變化趨勢影響不大。

由于在每個測量點上一般觀測5—8分鐘，即產生5—8個數據，因此按照以下原則確定每個觀測點的土壤氡氣含量：若最后1個數據最大，則取該數據值，否則取最大和次大2個數據的平均值，再將數據單位換算成Bq/L（每升貝克），四舍五入保留整數數值。

3 測量結果

探槽南端的緯度坐標為北緯19.97030°，從跨馬裊-鋪前斷層土壤氡氣剖面試驗性測量結果看（表1），測點由南向北接近探槽和斷層時，土壤氡氣含量明顯增高，離開探槽和斷層時測值明顯降低，并逐漸恢復到正常背景狀態。

表1 土壤氡氣剖面試驗性測量結果Table 1 Measuring record from the field survey

續表

由于現場觀測到5號點異常很高，因此在其前后進行了補充加密點測量，從全部試驗測量數據上看，距離南起點45m處的土壤氡氣含量最高，表明與斷層對應的情況較好（圖4）。

圖4 土壤氡氣剖面試驗性測量結果曲線Fig. 4 Curve showing variation of measured soil Rn from the field survey

4 討論與結論

以往土壤氡氣測量儀器都采用靜電采集法，儀器穩定性不高，數據重復性差，特別是容易受濕度干擾。而本次測量采用的德國脈沖電離室法測氡儀，儀器穩定性高，野外數據采集具有可重復性，儀器對濕度變化不敏感。

測量過程需要依靠泵不斷地從地下抽氣，在實地測量中發現，當遇到致密粘土層或淤泥層時，取氣困難，抽氣連續性差，使得數據觀測與采集值很低。因此在選取測量剖面時，要調查并考慮到土質、土壤環境和條件，盡可能保持一致性和正常取氣。

從本次試驗測量并結合海南鋪前-清瀾斷裂地質調查與活動性鑒定分項目土壤氡氣測量結果上看，本區域土壤氡氣含量背景值為 10—20Bq/L左右（考慮取氣筒長度影響，實際值應加倍），觀測中出現大于35000Bq/m3數值時可視為高異常點，應在測點前后附近進行加密測量。而從本次土壤氡氣試驗測量結果上看，剖面布設中觀測點距為20m或10m是可行的，不會錯過斷層附近的土壤氡氣含量高異常區，而有些測量采取50m或更大的點距，則可能錯過斷層高異常區。

本次試驗測量使用了新的測氡儀，在已知斷層上開展了試驗性土壤氡氣測量，其觀測結果與地表斷層位置吻合較好，但工作經驗還需要不斷積累。野外斷層調查土壤氡氣觀測表明，測量點越多，找出的異常點也可能越多，如何進行綜合分析判斷，既需要經驗，也存在客觀條件要好，還需要不斷摸索、提高認識。

劉耀偉，2004. 地震流體最新科學進展與發展方向. 國際地震動態，（10）：315、62.

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

魏柏林，陳仁法等，2000. 廣東省地震構造概論. 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測量. 震災防御技術，7（1）：64—69.

財政部經常性業務專項“我國地震重點監視防御區活動斷層地震危險性評價”項目（1521102200025）資助

2011-05-06

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