成都平原隐伏断层氡气特征及断层活动性判别

2013-07-10王全伟付小方应立朝徐永胜

四川地质学报 2013年3期

文龙，梁斌，王全伟，朱兵，付小方，应立朝，王鑫，徐永胜

（1 西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010；2 四川省地质调查院，成都 610081）

1 引言

隐伏断层是指在地表无出露，潜伏于地表以下的断层[1]。由于隐伏活动断裂的突发错动产生大地震和地表错位，形成巨大灾害，并可能使作为当代政治、经济活动中心的城市毁于一旦，因而城市区隐伏断层的空间位置、活动性及发震性受到人们的高度关注[2-6]。成都平原位于四川盆地西部，西邻青藏高原东缘的龙门山造山带，是四川省最重要的工农业基地，同时是西南地区重要的经济文化中心，成都平原在汶川“5.12”地震中受到重大波及，是有历史记载以来破坏性最为严重的一次地震[7]。成都平原隐伏断层的空间分布及其地震活动性一直是人们关注的重要地质问题，前人根据对成都平原地质、物探、钻探、遥感解译等，推测成都平原存在十数条隐伏断层，其中以北东向隐伏断层为主，控制了成都平原的基本构造格架。因此，对这些隐伏断层的空间规模及其活动性研究，对于成都市经济建设、安全评价具有重要的意义。

近年来，由于氡气测试方法在研究隐伏断裂方面具有快速、可靠、经济的优势已得到国内外地质学界的重视。本文在综合分析前人资料的基础上，对成都平原8条具有代表性的隐伏断层进行氡气测量，以进一步确定隐伏断层的空间位置，研究其氡气特征和相对活动性强弱，并探讨成都平原隐伏发震断层氡气特征。

2 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

图1 成都平原隐伏断层氡气测线剖面图

成都平原位于四川盆地与青藏高原东南缘接合部位，东至龙泉山西麓，西缘龙门山前山之边，为轴向呈NE30～40 展布盆地，面积达8 400km2。构造位置处于四川盆地西北缘，夹持于龙门山造山带与四川盆地中的龙泉山褶断隆起带之间。成都平原晚新生代，主要是第四纪以来伴随着青藏高原东南缘龙门山脉大幅度抬升，盆地边缘急剧下降，形成了一套厚度较大（最大厚达541m）、成因类型多样的第四系堆积物。成都平原构造复杂，存在十数条断裂，形成了如西部边缘构造中的竹瓦铺、聚源断层，中部凹陷的怀远断层以及东部边缘构造的新津—成都—德阳断裂带、金堂-德阳断裂带，这些隐伏断裂在第四纪表现出不同强度的活动，控制了成都平原的构造格架和第四系沉积物的厚度。

2.2 研究方法

本次研究采用美国产DURRIDGE RAD-7型氡气分析测试仪器对成都平原隐伏断层进行土壤氡气浓度现场测定。在氡气测量过程中，测点间距一般布置为30～50m，在出现异常地段加密至10m 左右，在断裂构造不发育或氡气浓度较低的部位，测距可适当增大。在地形图上确定剖面起点及测线的总体方位。野外用罗盘并配合GPS，保持测线总体方位不变。每一个测点用GPS 确定点位、点距。在每一个测点上，先将仪器抽取空气净化4分钟，然后将探杆插入土层中60～70cm，测量过程设定为3 次循环过程，每个循环4分钟，共获得3个数据。按照仪器使用要求，取第3 次数据为该点土壤氡气浓度数据，单位为Bq/m3。

计算背景值时其能否恰当地确定，直接影响对氡气特征曲线异常形态与规模的判定，并直接影响对隐伏断层的推断解释和分析结果[8]。由于成都平原隐伏断层的地质背景基本相同，为了消除测线本身长短对异常值的影响，因此，这8 条测线（图1）的背景值分别取其全部数据的平均值，然后经平均值加其2倍均方差反复剔除异常值和零值后的平均值作为它的背景值。根据中国地震局活断层探测标准，地球化学探测异常下限值应为该测项的均值与2～4 倍均方差之和，超过此下限被认为异常。根据我们此次的工作情况，我们取经过反复剔除后的均值与其2 倍均方差之和作为其异常下限值。

在对成都平原隐伏断层的活动性进行判断时由于国内外尚未见到用氡气测试方法来研究断裂活动性分级(活动强度级别)统一的标准。本文通过氡气平均峰倍比值、异常平均值与异常下限值的比值大小对研究区的8 条隐伏断层进行相对活动性判别。同时分析了研究区的其它测试成果资料后，以中国地震台网地震目录及南北带子网-四川台网地震数据，结合本次系统测试数据，建立成都平原发震隐伏断层氡气特征。

图2 竹瓦铺断层氡气测量剖面图

图3 聚源断层氡气测量剖面图

图4 怀远断层氡气测量剖面图

图5 新津断层氡气测量剖面图

图6 黄水断层氡气测量剖面图

3 成都平原隐伏断层氡气特征

对成都平原所有隐伏断层氡气值进行处理，求得氡气背景值为696 Bq/m3，异常下限值为2 089 Bq/m3。

3.1 竹瓦铺断层氡气特征

图1 中测线A（都江堰竹瓦铺剖面）的起点坐标为X:378719；Y:3416736，终点坐标为X:381772；Y:3412974，剖面全长5 000m，测点130个。其氡气特征曲线如图2，异常宽度4 000m，最高峰峰值浓度为63 300Bq/m3，平均异常峰值浓度为11 367.8Bq/m3，最大峰背比为90.9，异常平均值与背景值比为16.3，异常平均值与异常下限值比为5.4。分析可以看出，竹瓦铺断层氡气特征曲线表现为多峰异常，表明该断层为规模较大的断裂带，断裂带可能有多个分支断层。

前人在对成都平原进行水文，石油，盐卤地质钻孔勘探时发现，成都平原第四系最大厚度出现在郫县竹瓦铺，其厚度达到541m。李永昭等[9]研究认为竹瓦铺东南面的安德铺为第四系沉积洼地，可能是受竹瓦铺断裂控制。并且在郫县走石山一带，该断裂表现为断续延伸的断层残山，断层上盘直接出露白垩系灌口组基岩，上覆厚约10 m 的黄褐色亚粘土夹砾石层。第四系与下伏白垩系灌口组的不整合面,被该断裂错断15～20m。该断裂向东北可延伸至彭州北面。

3.2 聚源断层氡气特征

图1 中测线B（聚源剖面）的起点坐标为X:373688；Y:3427129，终点坐标为X:375687；Y:3425957，剖面全长2 929m，测点59个。其氡气特征曲线如图3，异常宽度2 300m，最高峰峰值浓度为47 200Bq/m3，平均异常峰值浓度为11 614.7 Bq/m3，最大峰背比为67.8，异常平均值与背景值比为16.7，异常平均值与异常下限值比为5.6。通过分析可以看出，聚源断层氡气剖面异常形态表现为多峰异常，表明该断层为深大断裂带，断裂带可能有多个分支断层。

根据何银武[10]在论成都平原的成生时代及早期沉积物特征表明，在聚源NW 到灌县的沉积洼地，其厚度达到400m 左右，而在聚源SE 却迅速变薄，笔者结合该剖面断层氡气特征曲线认为其可能受该断裂控制。

图7 广汉向阳断层氡气测量剖面图

3.3 怀远断层氡气特征

图1 中测线C（怀远剖面）的起点坐标为X:378719；Y:3416736，终点坐标为X:381772；Y:3412974，剖面全长1 333m，测点31个。其氡气特征曲线如图4，异常宽度1 200m，最高峰峰值浓度为37 000Bq/m3，平均异常峰值浓度为13 873.3 Bq/m3。最大峰背比为53.2，异常平均值与背景值比为19.9，异常平均值与异常下限值比为6.6。通过分析，该断层氡气剖面异常形态表现为多峰异常，表明该断层为较大断裂，断裂带可能有多个分支断层。

图8 金堂官仓断层氡气测量剖面图

3.4 新津—成都—德阳断裂带氡气特征

该断裂带纵贯成都平原中部，穿过成都市城区，是成都断陷区内部的一条主要活动性断裂，该断裂在成都平原西南有良好的出露，称蒲江一新津断裂。种种迹象表明，该断裂带具有一定的晚第四纪活动性。本文对该隐伏断裂选择了新津，黄水，向阳三条剖面进行氡气测量。

图1中测线D（新津剖面）的起点坐标为X:387128；Y:3369545，终点坐标为X：388408；Y：3367948，该剖面全长2 375m，测点62个。氡气特征曲线如图5，异常宽度200m，最高峰峰值浓度为2 590Bq/m3，平均异常峰值浓度为2 530Bq/m3，最大峰背比为3.7，异常平均值与背景值比为3.6，异常平均值与异常下限值比为1.2。通过分析，新津氡气剖面表现为很窄的单峰异常，表明新津断层倾角较陡、覆盖层不厚。这是因为在该类断裂带中，氡气有较好的天然通道产生对流扩散从而形成较明显的单峰异常。破碎带宽度很窄，表明该隐伏断裂在新津规模很小。

图1 中测线E（黄水剖面）的起点坐标为X：392792；Y:3380817，终点坐标为X:394221；Y:3379363。该剖面全长2 123m，测点97个。氡气特征曲线如图6，异常宽度1 900m，最高峰值浓度为36 700Bq/m3，平均异常峰值浓度为7 792.4Bq/m3，最大峰背比为52.7，异常平均值与背景值比为11.2，异常平均值与异常下限值比为3.7。

图9 德阳八角断层氡气测量剖面图

图1 中测线F（广汉向阳剖面）的起点坐标为X:424960；Y:3419877，终点坐标为X:423409；Y:3421387,该剖面全长2 215m，测点92个。氡气特征曲线如图7，异常宽度900m，该断层氡气剖面异常形态表现为多峰异常，最高峰峰值浓度为6 460Bq/m3，平均异常峰值浓度为3 453.3 Bq/m3，最大峰背比为9.3，异常平均值与背景值比为5.0，异常平均值与异常下限值比为1.7。

通过对新津—成都—德阳断裂带三个氡气剖面进行分析，其氡气剖面异常形态、规模和活动性都表现不同，笔者认为该断裂带具有分段性。前人对蒲江-新津-成都-德阳断裂进行了大量的研究认为[11,12]蒲江一新津断裂往北延入成都平原后以左阶羽列形式经双流、成都、广汉直达德阳附近。根据卫星影象上羽列间隔的距离，可大致将该隐伏断裂分为3 段，即新津-双流段，成都-新都段，广汉-德阳段。通过氡气所表现的曲线特征，也进一步表明该断裂带确实表现为分段性，并且各段的活动性强弱也不同。

3.5 金堂-德阳断裂带氡气特征

金堂-德阳断裂位于成都平原的东部边缘，本文选择在金堂官仓和德阳八角两条剖面进行氡气测量。

图1 中G（金堂官仓剖面）的起点坐标为X:446668；Y:3421837，终点坐标为X：441003；Y：3421441，该剖面全长6 231m，测点113个。氡气特征曲线如图8，异常宽度1 900m。该断层氡气剖面异常形态表现为多峰异常，最高峰峰值浓度为7 270Bq/m3，平均异常峰值浓度为4 072.9Bq/m3，最大峰背比为10.4，异常平均值与背景值比为5.9，异常平均值与异常下限值比为1.9。

图1 中测线H（德阳八角剖面）的起点坐标为X:444784；Y:3438403，终点坐标为X:444033；Y:3438387，该剖面全长762m，测点44个。氡气特征曲线表现为图9，异常宽度600，该断层氡气剖面异常形态表现为多峰异常，最高峰峰值浓度为16 800Bq/m3，平均异常峰值浓度为6 546.9Bq/m3，最大峰背比为24.1，异常平均值与背景值比为9.4，异常平均值与异常下限值比为3.1。

4 成都平原隐伏断层活动性判别

表1 成都平原隐伏断层相对活动性

4.1 相对活动性判别

断层氡气浓度受地质背景、断层活动性等多种因素影响，用氡气浓度来进行断裂活动性分级(活动强度级别)没有统一的判别标准，仅有个别研究者，根据其经验，提出了少数仅适应于局部地区性应用的相对活动性判别[13,14]。本文对成都平原8 条具有代表性的隐伏断层的氡气值进行了分析，以氡气异常平均值与背景值比值、异常平均值与异常下限值的比值大小来划分隐伏断层的相对活动性强弱（表1）。其活动性由强到弱为：怀远断层、聚源断层、竹瓦铺断层、黄水断层、德阳八角断层、金堂断层、向阳断层、新津断层。表明位于成都平原中西部边缘的隐伏断层活动性强于东部的隐伏断层，成都平原隐伏断层活动性受龙门山构造的控制。

4.2 发震断层氡气特征

断层氡气异常特征与断层发震之间的关系是研究断层活动性以及应用氡气测量数据进行地震监测的重要内容。成都平原部分隐伏断层在汶川“5.12”地震以后发生了数量较多、不同震级的地震，本文以中国地震台网和南北带子网—四川台网地震数据为依据，统计从1970年至今竹瓦铺断层、聚源断层、怀远断层三条具有代表性发震断层的地震数据，结合氡气测量数据，以期建立发震断层氡气判别标志，为成都平原隐伏断层地震监测提供依据。发震断层地震次数统计见（表2）。

表2 发震断层地震次数统计

通过分析研究，这三条发震断层在汶川“5.12”地震之后活动性都有所加强。这三条发震断层都发生过4～4.9 级地震，并在聚源发生过5～5.9 级地震，而这三条发震断层的氡气异常平均值与背景值比在16.3～19.9，异常平均值与异常下限值比为5.4～6.6。因此，本文结合这三条发震断层的地震数据和氡气特征进行对比研究认为当成都平原隐伏断层氡气异常平均值与背景值比在16.3～19.9，异常平均值与异常下限值比在5.4～6.6 范围内，其具有发生4.0·6.0 级中强震的能力；同时发生3.0～4.0 级有感地震的次数最多。

5 结论

对成都平原隐伏断层氡气的研究表明，成都平原隐伏断层表现为多峰异常，并具有异常强度高，异常宽度大的特点，表明这些隐伏断层规模较大，次级断层多，活动性较强的特点。对成都平原隐伏断层的相对活动性进行研究，位于成都平原西部边缘的隐伏断层活动性强于东部的隐伏断层，表明成都平原隐伏断层活动性受龙门山构造的控制。同时，当隐伏断层氡气异常平均峰背比在16.3～19.9，氡气异常平均值与异常下限值比为5.4～6.6 范围内，其具有发生4.0～6.0 级中强震的能力；同时发生3.0～4.0 级有感地震的次数最多。

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