郯庐断裂带宿迁段土壤氡分析

冯 武，张荣杉，彭 澎

(宿迁地震台，江苏 宿迁 223809)

郯庐断裂带宿迁段土壤氡分析

冯 武，张荣杉，彭 澎

(宿迁地震台，江苏 宿迁 223809)

为了对宿迁境内的郯庐断裂带上土壤氡气体逸出情况有一个初步了解，为以后的断层气观测点选址和建设提供依据，2016年8月至10月，在宿迁地震台所在的三台山森林公园内设置了四条跨越F5断裂的测线，在泗洪地震台设置一条跨越F5断裂的测线，观测土壤氡的情况。经过两个多月的观测，分析观测的数据后，我们发现郯庐断裂带上土壤氡气体在F5断裂附近浓度明显高于其它地方，并且在F5断裂的不同地段，土壤氡的背景值及异常分布也有所不同。

郯庐断裂带；F5断裂；断层气；氡

在地震孕育过程中，随着地下应力的变化，由断裂层岩石中富含的铀、镭、钍等放射性元素衰变产生的氡气，经过结构疏松和孔隙度较高的土壤时逃逸到大气中，因此，土壤中氡等气体的浓度变化与活动断裂带附近地震的发生具有非常明显的响应性[1]。所以监测地下逸出的氡气，特别是断层处的氡气，是目前监测和预报地震的有效手段之一。江苏省宿迁地震台、泗洪地震台都处在郯庐断裂带上，对监测郯庐断裂带在江苏北部的震情有很大作用。目前该区域缺少断层气观测手段，“十三五”期间，宿迁市地震局计划在宿迁地震台或泗洪地震台增设以观测土壤氡为主的断层气观测项目。为此笔者对这两个台站附近的断层，主要是F5断裂附近的土壤氡进行一次较详细的观测，以便对这一地区的氡气逸出情况有一个初步的了解,为以后建设观测点提供参考。

1 宿迁和泗洪地震台附近的地质地貌及水准观测情况

宿迁地震台始建于1972年，位于宿迁市北部国家级三台山森林公园内。宿迁地震台处在构造地貌发育，断层滑动速率较大的郯庐断裂带的中段[2]，此段郯庐断裂带活动最强烈，是第四纪以来仍在活动的断裂带。经过宿迁地震台附近的五条大断裂都为北北东走向，分别处于台站的东西两侧：东边有F1、F5大断裂，西边有F2、F3、F4大断裂，其中F5离台站最近，在江苏境内叫新沂—泗洪断裂，或者叫马陵山—重岗山断裂，离宿迁地震台只有700 m的距离，断层附近有白垩纪王氏组红色砂岩出露。台站和F5之间还有一条小断裂F6，距离台站约300 m，台站的西侧也有一条小断裂F7，距离台站约200 m，F6、F7也是北北东走向，这7条断裂接近平行地排列(参见图1，F6、F7小断裂太小，未在图中标出)。泗洪地震台位于泗洪县城以西的重岗山，F5(也有人认为F5断裂仅在南马陵山东侧至宿迁城这一段，未向南延伸，将宿迁以南的过重岗山西侧的断裂称做F2断裂[3])断裂东约15米的台站附近有大面积的红色砂岩出露，覆盖层很浅，但F5附近没有类似宿迁地震台的F6、F7小断裂。

宿迁境内围绕宿迁地震台附近的断层，建立了两个水准测量场地，一个是江苏省地震局测量队的跨断层水准测量场地，观测F5两盘高差变化；一个是宿迁地震台的短水准观测，观测F7的两盘高差变化。这两个场地又通过一个共同的端点O衔接在一起，数据可以合并使用。在泗洪地震台南约50 m，江苏省地震局测量队围绕F5(他们也认为此断裂是F2)也建立了跨断层水准测量场地，观测断层F5两盘高差变化(参见图2)。

图1 宿迁、泗洪地震台附近的地质构造

图2 宿迁、泗洪地震台附近的水准观测场地

2 测量线路的布设及土壤氡的测量方法

2.1 土壤氡测量线路的布设

对断层气测量结果的影响因素很多，但主要有人为因素、地质因素和气象因素[4]。为了保证测量数据的质量，测量时一定要注意周围环境，减少人为因素的影响，避开不良天气，重点观测岩土性质对测量结果的影响。线路布局遵循以下原则：(1)尽量避开新填土层，尽量选择历史较长的土路或者原始土层；(2)尽量避开潜水位埋深浅的地方。依据这些原则，依托水准场地(因为水准场地的断层，都是确定的，产状明晰)，在宿迁地震台附近设置四条测线，包括一条主测线和三条辅助测线，主测线从宿迁台短水准测线的最西端A点开始，到测量队的跨断层水准测线的最东端点M-3结束，全部测线长度约1.5 km，跨越断层F5、F6、F7，测点间距30～50 m。三条辅助测线长度均为400，跨越断层F5，等距离设13个测点，分别位于三台山森林公园的北边缘、主测线南100 m、南边缘。在泗洪地震台附近，设置一条测线，长度500 m，跨越断层F5，也等距离设置13个测点，测点设置在跨断层水准场地，和水准观测的也是同一处断裂。以上测线方向都与断层走向垂直(参见图3)。

图3 测线布设图

2.2 土壤氡的测量仪器和测量方法

土壤氡测量仪器为北京核地科技发展中心生产的FD216型环境氡测量仪，土壤氡的测量范围为300～300 000 Bq/m3。测量原理为以闪烁室法为基础，用气泵将含氡的气体吸入闪烁室，放射性氡及其子体发射的阿尔法粒子使闪烁室内的硫化锌涂层发光，把光讯号变成电脉冲，电脉冲整形后进行定时计数，由于单位时间内的脉冲数与氡的浓度成正比，从而确定吸取的气体中氡的浓度。土壤氡的观测方法是使用钢钎在土壤中打一个约70 cm深的孔，然后将取样器插入孔中，取样前先排除取样器、取样器与抽气筒连接的皮管内的空气，然后吸取孔中土壤中逸出的气体，加压富集后测量氡的浓度。

3 观测结果分析和结论

不同地区由于断层规模、岩性、覆盖层的厚度、成分、地貌、植被、地下水位埋深等诸多因素影响，使得背景值和异常值不尽相同。本文对异常的判定借鉴别人以前的判断方法，以每条测线土壤氡观测值的平均值作为测线的背景值，以超过背景值的1.5倍标准差作为断层异常值的判定依据[5]。

3.1 宿迁地震台附近测线的观测结果

测量时当地已一个多月无降雨，气温日变幅不大，基本排除气温、土壤含水量、地温的影响，数据可信度高。宿迁地震台附近布置的四条测线，测量结果见图4。主测线：主要围绕F5断裂展开，重点是观测F5断裂附近氡溢出的情况，同时也观测断裂F6、F7的情况。通过计算得到主测线上气氡的背景值为 7 700 Bq，异常下限 13 620 Bq。从图上看，主测线在F5断裂的西侧数值普遍较大，尤其是主测线在靠近F5断裂西侧，观测到此次观测数据的最大值46276 Bq。位于F5断裂西约350 m位置也出现高值异常区，达到 22 694 Bq，在F6断裂东侧。在F7断裂附近，观测的数据也比较大，出现高值异常，最大值达 18 581 Bq。在F5断裂东侧100 m内，数据和西侧接近，但过了100 m向东，数值急剧减小，虽有几个测点的测量值有所上升，但很快衰减，从200 m处向东，数值只有几百贝可甚至更小，基本处于低值区，远小于断层西侧的数据。总体看主测线在F5断裂以西数据较大，以东数据较小，二者差值较大。主测线的测量结果基本确认了土壤氡在F5断裂的溢出效应明显，同时在F6和F7附近也有高值出现，断层附近土壤氡的浓度高于远离断层的地方。辅助测线1：辅助测线1的背景值为 2 968 Bq，异常值下限为 4 018 Bq。从图上看到该测线的测量值与F5断裂有非常紧密的联系，在F5断裂的破碎带上测到该测线的最大值，F5断裂附近的5个测点均超过异常值，然后往F5断裂的两侧递减。辅助测线2：辅助测线2的数据与主测线、辅助测线1的数据拟合不是特别好，在F5断裂附近土壤氡的浓度不是很高，F5断裂两侧的数值低于远离F5断裂的两个端点值，最大值出现在F5断裂西约200 m位置，不过仍在F5断裂附近，属正常情况。辅助测线3：该测线的背景值为 1 945 Bq，异常值下限为 7 923 Bq。该测线情况基本和辅助侧线1相同，高值都出现在断层上。但二者又有区别，即这条测线只在F5断层上测到一个高于异常值下限的数据，但该异常值上升非常迅速、明显，数值比较大，达 20 184 Bq，接近异常值下限的3倍，这也证明F5断裂与气氡溢出的紧密关系。

3.2 泗洪地震台观测结果

泗洪地震台附近的土壤氡围绕着江苏省地震局测量队的跨断层水准测线进行测量，测量结果见图5。该测线气氡的背景值为 6 893 Bq，异常值下限为 15 230 Bq。测量结果从150 m处出现异常，共三个点的值远高于异常值下限，分别为 27 946 Bq，21 835 Bq，24 030 Bq，三个点都在F5断裂附近，跨越F5断裂。距离F5断裂两侧150 m后，气氡的浓度迅速下降，异常消失。泗洪测线的结果说明F5断裂与此处土壤氡溢出有明显的联系。

图4 宿迁台附近各测线氡浓度变化曲线

图5 泗洪台附近测线氡浓度变化曲线

3.3 结论

通过对江苏省宿迁地震台所在的三台山森林公园、泗洪地震台所在的重岗山附近的郯庐断裂带的土壤氡测量结果分析，基本可以得到以下结论：(1)F5断裂附近土壤氡的浓度明显高于其它地方。从五条测线来看，除辅助侧线2有所不同外，其余测线高于异常值下限的测量值都集中在F5断裂上或附近，然后向断层的两侧逐渐减小，虽然减小的速度有快慢，但这一趋势是相同的。(2)F5断裂附近土壤氡的溢出情况是不一样的。在宿迁三台山森林公园，主测线在F5断裂以西氡溢出多，浓度高，F5断裂以东明显减少，浓度低。在三台山森林公园的辅助侧线1、辅助侧线3和泗洪重岗山，氡的逸出主要在F5断层的破碎带上，断层两侧基本没有逸出。辅助侧线2的最高值虽然也在断裂附近，但数值之间的差距不大，数值比较接近，变化不明显。不同测线氡浓度的绝对值相差很大，每个地方的背景值也不相同。(3)F6、F7小断裂附近氡的浓度也高于当地的背景值。一般而言，断裂及其附近土壤，气体浓度测值较高，随着到断裂距离的增加，其浓度测值逐渐降低，趋于背景值或在背景值上下浮动[6]。郯庐断裂带宿迁段的土壤氡浓度分布总体上符合这一规律，这为以后的断层气观测点建设提供了可靠的依据，也为断层的探测提供了方法。

[1] 张扬，戴波，周晓成.郯庐断裂带江苏段土壤气体地球化学特征研究[J].地震研究，2016，39(3)：444-449.

[2] 王鑫，张景发，姜文亮，等.郯庐断裂带南段重力异常及不同深度的横向构造特征[J].地震地质，2016，38(2)：370-381.

[3] 江苏省地震工程研究院.《宿迁市活动断层探测与地震危险性评价》实施方案[R].7-14

[4] 丁政，谢瑞征，张大其，等.用地球化学方法对郯庐断裂带江苏段隐伏断裂的测量研究[J].地震学刊，1991(4)：32-37.

[5] 任峰，邵永新，姚新强，等.天津断裂土壤氡探测结果及分析[J].地震研究，2016，39(3)：450-457.

[6] 周晓成，杜建国，陈志，等.地震地球化学研究进展[J].矿物岩石地球化学通报，2012，31(4)：340-346.

AnalysisoftheSoilRadoninSuqianSectionoftheTanluFaultZone

FENG Wu, ZHANG Rongshan, PENG Peng

(Suqian Seismic Station. Jiangsu Suqian 223809, China)

In order to understand about radon gas in the Tanlu fault zone in Suqian areas, we provide the basis for the sitting and construction of fault gas observation points. From August 2016 to October we set up four lines across the F5fault in the Santaishan Forest Park where Suqian Seismic Station is located. At the same time we set up a line across the F5fault in Sihong seismic station to observe the soil radon. After two months of observation and the analysis of the observation data, we think that the soil radon gas near F5fault in Tanlu fault zone is significantly higher than that in other places. In different parts of F5fault, the soil radon background value and abnormal distribution are also different.

Tanlu fault; F5fault; gas from fault ; radon

2017-06-07；

2017-07-25

宿迁市防震减灾“十三五”发展规划重大课题研究(编号：S201509)资助.

冯武(1968-)，男，江苏省宿迁市人，高级工程师，主要从事地震监测与分析研究工作.

P315.724

B

1001-8115(2017)04-0030-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.04.008