氡气测量与CSAMT 测量在围场县御道口断裂勘查中的应用

罗霄汉，李利排

（北京市中色杰泰（北京）矿产勘查股份有限公司，北京 100012）

1 区域综合地质环境背景

承德地区大地构造隶属于华北陆块，其次一级构造由南至北依次划分为华北陆块北缘活动带、华北北缘隆起带、燕辽中元古裂谷带；位于中朝准地台、燕山台褶带、承德拱断束、平泉凹褶束西南部，与马兰峪复式背斜之宽城凹褶束相邻，处于燕山台褶带与内蒙地轴的过渡带，具有居中过渡性质。受尚义-平泉近东西向深断裂和平坊-桑园北东向大断裂控制，区内岩浆岩、火山岩广泛分布[1]。

2 基底构造

中生代以来，早期主要受西伯利亚板块与塔里木—华北板块及华南板块之间挤压焊接作用影响，形成东西向展布的大规模的断裂及褶皱，之后受环太平洋构造域控制，形成北东—北北东向展布的断裂及褶皱体系，并与东西向断裂相叠加，构成区内现有构造格局。

康保—围场深大断裂：形成于海西—印支期，三叠纪早期，受南北向挤压应力作用控制，断裂活动表现为由南向北逆冲。早白垩世早期，区内受北西—南东向拉张应力场控制，该断裂主要继承了早期构造活动面，断裂表现为正断层性质。早白垩世末期，区域应力场反转，表现为北西—南东向挤压，从而导致断裂发生右行走滑活动，与此同时晚侏罗世—早白垩世地层内形成北东向宽缓褶皱。

3 物探工作任务目标

依据物性差异，开展多种物探方法组合，以形成物探方法的“深浅互补”“线面结合”“以老验新”为项目提供可靠物探依据。土壤氡气测量是这几年正在推广中的勘探新方法，具有价格低施工速度快不易受地下电磁干扰，测量后效果直观等优点；在工作区开展100×40m网度常规土壤氡气测量通过氡气浓度异常值推断浅部地下断层的分布以及规模并提交基础图件。可控源大地音频电磁测量是一种久经考验的成熟物探方法，开展可控源音频大地电磁法测量进行物探方法间的相互印证，并推断1000米以上的地质情况，为寻找深部地下热水和断裂提供理论依据。

4 土壤氡气测量

在御道口图幅区域主要断裂带周围，开展地热资源调查，按100×40m网度布设常规测氡、RaA法测氡21km2，通过对区域构造氡析出和运移规律的测试分析，探测区域赋存的潜在地热资源[2,3]。

4.1 实际工作

御道口测区已完成21km2的土壤氡气测量，到目前为止该测区的氡气浓度场值为1935.5Bq/m3，根据氡气浓度等直线平面图所示的氡气浓度异常分布推断了断层a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；（该测区因广泛的沙及沙土的覆盖，土壤孔隙率较大对氡气的吸附较差所以场值较低。）通过整理数据后成图可以发现，氡气浓度高值从工区西北部向东南方延伸。北中部的氡气浓度异常高值是应为该地区靠近河流及周边的泥沼，地下含水量丰富，使地表形成了一层不厚的阻挡层，利于氡气的积累且该区域土壤层厚富含黏土和腐植质对氡气有较强的吸附作用；相对于测区其它区域覆盖的沙及沙土而言对于氡气的吸储能力不同，因此该区域地下断层的推断应进行单独分析。图中部的氡气浓度低异常带据分析是由地表的沙层引起。由中南部到北东部的氡气浓度高值带是由于地下断裂带引起，吻合该区域已知的的断层走向。

4.2 数据处理

氡气曲线上高于背景值的单峰或多峰异常特征，往往与地下地质构造密切相关。另外它不受场地限制和环境电磁、震动的影响，因此与电法、地震方法可以形成很好的优势互补。土壤的厚薄和含水性是影响氡气测量得主要因素。

根据中国地震局断层探测标准，地球化学探测在对观测数据进行干扰排除的基础上，各测项异常下限值应为该测项场值得2-4倍，超出此下限值推测为可能存在活动断层的地球物理异常。此次在承德开展的土壤氡气测量工作为面积性工作，且测量较多，测量面积较大，测区的土质结构对测量结果又一定的抑制作用；根据此次的实际工作情况，取异常下限值为2倍的场值,且高于场值浓度的区域作为疑似异常区域整体分析。

5 可控源大地音频电磁测量

5.1 实际工作

本次施工了120个可控源大地音频电磁法测点，合计御道口幅2条，通过反演图件可以了解1000米深度的地层分布情况。在御道口施工的2条测线总体表现为高低高的地电情况，但是电阻都比较小深部反演出来的最高电阻率也就100Ω.m左右差别比较小，就是地表覆盖着一层电阻率相对高的干燥的风积砂，最大电阻率可达1000Ω.m以上。御道口工区地形平坦，覆盖较厚，浅部覆盖着几米到几十米不等的砂土层。其下一层低阻层为蓄水层，其电阻与含水量关系较大。深部的高阻可能指示岩体风化程度相对较低，含水量较少。

5.2 数据处理

在御道口施工了土壤氡气测量，网度100×40米，覆盖了2条可控源测线。利用Surfer软件将土壤氡气测量成果进行网格化（三角剖分法）得到网格文件，再将网格进行插值得到CSAMT剖面上的土壤氡气测量成果曲线数据。

依据前面介绍的氡气浓度数据处理原理求取了1线氡气浓度背景值1235Bq/m3，氡气浓度阀值2023Bq/m3；2线氡气浓度背景值1495Bq/m3，氡气浓度阀值阀值2398Bq/m3。

御道口1线：

图1 御道口1线CSAMT测深视电阻率反演断面图

1线土壤氡气异常超过阀值的有2处（图1），一处位于0-100米，此处异常未封闭，所以没有推测断层；另一处异常极大值在1400米附近，极大值达2859Bq/m3，推测了一条断层F3（e）；在400米位置见有氡气异常但是幅值略小于阀值，由于数据是网格文件插值的此异常可靠，推测了一条断层F1（c），F1切断高阻体。结合可控源反演的断面图推断了2条断裂F2（d）和F4（f），这2条断裂氡气浓度没有特别明显的异常。F2（d）断层上部覆盖着一层高阻层阻碍了氡气的运移，推测此高阻覆盖为完整的玄武岩。F4（f）断层地表出现低阻，指示了地表潮湿，植被茂盛，含水量大，不利于氡气的运移和聚集，氡气曲线整体上数值较小。电性特征为：0-800米地表为高阻，厚度达400米以上，由于其附近出露了大面积玄武岩，推测此异常为玄武岩引起，且玄武岩风化程度较低。此高阻下部隐伏着低阻层，厚度300米，视电阻率幅值在50Ω.m以下，推测由含水较多的砂、砾岩层引起，是找水（热水）的有利部位。1000米-2600米地表覆盖着高阻体，高阻厚度可达300米，推测为玄武岩引起。高阻夹着一层厚度较小的低阻，指示了玄武岩多期喷发之间夹着低阻的全风化玄武岩和砂、砾岩层。下部的低阻层厚度较大，范围较广，低阻值可达10Ω.m，推测是孔隙度较大的砂、砾层和全风化的岩体引起，其含水量应该近饱和。此低阻层是寻找地下水的有利部位，局部的深大断裂可能将深部的热水运移上来，可能存在地下热水。

御道口2线：

2线出现了2个超过阀值的氡气异常（图2），分别位于2400米和2850米处，其他地方未见明显的氡气异常。在2400米处推测了F7（b）断层，极大值达6693Bq/m3，氡气异常曲线往大号点较为宽缓，推测断层深部往大号点倾；在2850米处出现氡气异常，极大值达4063Bq/m3，推测了F8（l）断层，这2条断层与CSAMT反演断面对应较好。依据CSAMT反演得到的电性断面推测了F5（g）断层，这个断层上氡气浓度没有特别明显的异常，可能是与浅部覆盖的高阻体有关，高阻体应该是完整的玄武岩盖层阻碍了氡气往浅部的运移。推测F5（g）断层往深部延伸较大，为深部深大断裂，深部的热水可通过断裂运移，其附近的低阻层是寻找热水的有力部位。

图2 御道口2线CSAMT测深视电阻率反演断面图

CSAMT反演视电阻率断面同1线类似，2900附近电阻率特别低，地表见一条4米左右宽的河，河水水流量较大，为地下水补给区，其深部视电阻率出现大面积的低阻，极小值在10Ω.m以下。其深部大范围的高阻推测与较为完整的基岩有关，高阻层往大号点倾，对应地质图可见剖面小号点附近见大面积的玄武岩，推测深部玄武岩往大号点倾。

6 结论

根据土壤氡气浓度测量得到的氡气浓度异常分布推断了断层a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l；结合CSAMT的测量结果以及原始数据采集时记录的地表覆盖情况，基本可以确定推断断层b、c、d、e、f、g、l存在的准确性，其中推断断层g往深部延伸较大，为深部深大断裂，深部的热水可通过断裂运移，其附近的低阻层是寻找热水的有力部位。推断的断层a和b又符合测区已知的主要断裂带。

综上所述，使用测氡法在御道口区内进行活动断裂探测是一种切实可行的技术手段，该方法的探测结果验证了前人对御道口牧场测区内几条断裂存在于走向的判断，判断出断裂位于测区的西南部与东部，也为判定在该研究区内未发现的隐伏断裂的存在与走向提供了技术引导。但对于探测断裂的存在性，仅仅使用一种方法是不够的，仍需要其余技术手段来相互佐证。