氡氣測量與CSAMT 測量在圍場縣御道口斷裂勘查中的應用

羅霄漢，李利排

（北京市中色杰泰（北京）礦產勘查股份有限公司，北京 100012）

1 區域綜合地質環境背景

承德地區大地構造隸屬于華北陸塊，其次一級構造由南至北依次劃分為華北陸塊北緣活動帶、華北北緣隆起帶、燕遼中元古裂谷帶；位于中朝準地臺、燕山臺褶帶、承德拱斷束、平泉凹褶束西南部，與馬蘭峪復式背斜之寬城凹褶束相鄰，處于燕山臺褶帶與內蒙地軸的過渡帶，具有居中過渡性質。受尚義-平泉近東西向深斷裂和平坊-桑園北東向大斷裂控制，區內巖漿巖、火山巖廣泛分布[1]。

2 基底構造

中生代以來，早期主要受西伯利亞板塊與塔里木—華北板塊及華南板塊之間擠壓焊接作用影響，形成東西向展布的大規模的斷裂及褶皺，之后受環太平洋構造域控制，形成北東—北北東向展布的斷裂及褶皺體系，并與東西向斷裂相疊加，構成區內現有構造格局。

康保—圍場深大斷裂：形成于海西—印支期，三疊紀早期，受南北向擠壓應力作用控制，斷裂活動表現為由南向北逆沖。早白堊世早期，區內受北西—南東向拉張應力場控制，該斷裂主要繼承了早期構造活動面，斷裂表現為正斷層性質。早白堊世末期，區域應力場反轉，表現為北西—南東向擠壓，從而導致斷裂發生右行走滑活動，與此同時晚侏羅世—早白堊世地層內形成北東向寬緩褶皺。

3 物探工作任務目標

依據物性差異，開展多種物探方法組合，以形成物探方法的“深淺互補”“線面結合”“以老驗新”為項目提供可靠物探依據。土壤氡氣測量是這幾年正在推廣中的勘探新方法，具有價格低施工速度快不易受地下電磁干擾，測量后效果直觀等優點；在工作區開展100×40m網度常規土壤氡氣測量通過氡氣濃度異常值推斷淺部地下斷層的分布以及規模并提交基礎圖件。可控源大地音頻電磁測量是一種久經考驗的成熟物探方法，開展可控源音頻大地電磁法測量進行物探方法間的相互印證，并推斷1000米以上的地質情況，為尋找深部地下熱水和斷裂提供理論依據。

4 土壤氡氣測量

在御道口圖幅區域主要斷裂帶周圍，開展地熱資源調查，按100×40m網度布設常規測氡、RaA法測氡21km2，通過對區域構造氡析出和運移規律的測試分析，探測區域賦存的潛在地熱資源[2,3]。

4.1 實際工作

御道口測區已完成21km2的土壤氡氣測量，到目前為止該測區的氡氣濃度場值為1935.5Bq/m3，根據氡氣濃度等直線平面圖所示的氡氣濃度異常分布推斷了斷層a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；（該測區因廣泛的沙及沙土的覆蓋，土壤孔隙率較大對氡氣的吸附較差所以場值較低。）通過整理數據后成圖可以發現，氡氣濃度高值從工區西北部向東南方延伸。北中部的氡氣濃度異常高值是應為該地區靠近河流及周邊的泥沼，地下含水量豐富，使地表形成了一層不厚的阻擋層，利于氡氣的積累且該區域土壤層厚富含黏土和腐植質對氡氣有較強的吸附作用；相對于測區其它區域覆蓋的沙及沙土而言對于氡氣的吸儲能力不同，因此該區域地下斷層的推斷應進行單獨分析。圖中部的氡氣濃度低異常帶據分析是由地表的沙層引起。由中南部到北東部的氡氣濃度高值帶是由于地下斷裂帶引起，吻合該區域已知的的斷層走向。

4.2 數據處理

氡氣曲線上高于背景值的單峰或多峰異常特征，往往與地下地質構造密切相關。另外它不受場地限制和環境電磁、震動的影響，因此與電法、地震方法可以形成很好的優勢互補。土壤的厚薄和含水性是影響氡氣測量得主要因素。

根據中國地震局斷層探測標準，地球化學探測在對觀測數據進行干擾排除的基礎上，各測項異常下限值應為該測項場值得2-4倍，超出此下限值推測為可能存在活動斷層的地球物理異常。此次在承德開展的土壤氡氣測量工作為面積性工作，且測量較多，測量面積較大，測區的土質結構對測量結果又一定的抑制作用；根據此次的實際工作情況，取異常下限值為2倍的場值,且高于場值濃度的區域作為疑似異常區域整體分析。

5 可控源大地音頻電磁測量

5.1 實際工作

本次施工了120個可控源大地音頻電磁法測點，合計御道口幅2條，通過反演圖件可以了解1000米深度的地層分布情況。在御道口施工的2條測線總體表現為高低高的地電情況，但是電阻都比較小深部反演出來的最高電阻率也就100Ω.m左右差別比較小，就是地表覆蓋著一層電阻率相對高的干燥的風積砂，最大電阻率可達1000Ω.m以上。御道口工區地形平坦，覆蓋較厚，淺部覆蓋著幾米到幾十米不等的砂土層。其下一層低阻層為蓄水層，其電阻與含水量關系較大。深部的高阻可能指示巖體風化程度相對較低，含水量較少。

5.2 數據處理

在御道口施工了土壤氡氣測量，網度100×40米，覆蓋了2條可控源測線。利用Surfer軟件將土壤氡氣測量成果進行網格化（三角剖分法）得到網格文件，再將網格進行插值得到CSAMT剖面上的土壤氡氣測量成果曲線數據。

依據前面介紹的氡氣濃度數據處理原理求取了1線氡氣濃度背景值1235Bq/m3，氡氣濃度閥值2023Bq/m3；2線氡氣濃度背景值1495Bq/m3，氡氣濃度閥值閥值2398Bq/m3。

御道口1線：

圖1 御道口1線CSAMT測深視電阻率反演斷面圖

1線土壤氡氣異常超過閥值的有2處（圖1），一處位于0-100米，此處異常未封閉，所以沒有推測斷層；另一處異常極大值在1400米附近，極大值達2859Bq/m3，推測了一條斷層F3（e）；在400米位置見有氡氣異常但是幅值略小于閥值，由于數據是網格文件插值的此異常可靠，推測了一條斷層F1（c），F1切斷高阻體。結合可控源反演的斷面圖推斷了2條斷裂F2（d）和F4（f），這2條斷裂氡氣濃度沒有特別明顯的異常。F2（d）斷層上部覆蓋著一層高阻層阻礙了氡氣的運移，推測此高阻覆蓋為完整的玄武巖。F4（f）斷層地表出現低阻，指示了地表潮濕，植被茂盛，含水量大，不利于氡氣的運移和聚集，氡氣曲線整體上數值較小。電性特征為：0-800米地表為高阻，厚度達400米以上，由于其附近出露了大面積玄武巖，推測此異常為玄武巖引起，且玄武巖風化程度較低。此高阻下部隱伏著低阻層，厚度300米，視電阻率幅值在50Ω.m以下，推測由含水較多的砂、礫巖層引起，是找水（熱水）的有利部位。1000米-2600米地表覆蓋著高阻體，高阻厚度可達300米，推測為玄武巖引起。高阻夾著一層厚度較小的低阻，指示了玄武巖多期噴發之間夾著低阻的全風化玄武巖和砂、礫巖層。下部的低阻層厚度較大，范圍較廣，低阻值可達10Ω.m，推測是孔隙度較大的砂、礫層和全風化的巖體引起，其含水量應該近飽和。此低阻層是尋找地下水的有利部位，局部的深大斷裂可能將深部的熱水運移上來，可能存在地下熱水。

御道口2線：

2線出現了2個超過閥值的氡氣異常（圖2），分別位于2400米和2850米處，其他地方未見明顯的氡氣異常。在2400米處推測了F7（b）斷層，極大值達6693Bq/m3，氡氣異常曲線往大號點較為寬緩，推測斷層深部往大號點傾；在2850米處出現氡氣異常，極大值達4063Bq/m3，推測了F8（l）斷層，這2條斷層與CSAMT反演斷面對應較好。依據CSAMT反演得到的電性斷面推測了F5（g）斷層，這個斷層上氡氣濃度沒有特別明顯的異常，可能是與淺部覆蓋的高阻體有關，高阻體應該是完整的玄武巖蓋層阻礙了氡氣往淺部的運移。推測F5（g）斷層往深部延伸較大，為深部深大斷裂，深部的熱水可通過斷裂運移，其附近的低阻層是尋找熱水的有力部位。

圖2 御道口2線CSAMT測深視電阻率反演斷面圖

CSAMT反演視電阻率斷面同1線類似，2900附近電阻率特別低，地表見一條4米左右寬的河，河水水流量較大，為地下水補給區，其深部視電阻率出現大面積的低阻，極小值在10Ω.m以下。其深部大范圍的高阻推測與較為完整的基巖有關，高阻層往大號點傾，對應地質圖可見剖面小號點附近見大面積的玄武巖，推測深部玄武巖往大號點傾。

6 結論

根據土壤氡氣濃度測量得到的氡氣濃度異常分布推斷了斷層a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；結合CSAMT的測量結果以及原始數據采集時記錄的地表覆蓋情況，基本可以確定推斷斷層b、c、d、e、f、g、l存在的準確性，其中推斷斷層g往深部延伸較大，為深部深大斷裂，深部的熱水可通過斷裂運移，其附近的低阻層是尋找熱水的有力部位。推斷的斷層a和b又符合測區已知的主要斷裂帶。

綜上所述，使用測氡法在御道口區內進行活動斷裂探測是一種切實可行的技術手段，該方法的探測結果驗證了前人對御道口牧場測區內幾條斷裂存在于走向的判斷，判斷出斷裂位于測區的西南部與東部，也為判定在該研究區內未發現的隱伏斷裂的存在與走向提供了技術引導。但對于探測斷裂的存在性，僅僅使用一種方法是不夠的，仍需要其余技術手段來相互佐證。