AMT和RaÅ法测氡在垭都—紫云断裂带活断层探测中的应用

邱 鹏，王家海，郑 宇，罗丹芩

（贵州省工程防震研究院，贵阳 550001）

0 引言

活断层是指现今正在活动，或近期曾活动过，不久的将来可能重新活动的断层。一般活断层是深大断裂复活的产物，往往是地质历史时期产生的深大断裂，在近晚期或者现代构造应力条件下重新活动而产生的[1-2]。活断层的活动方式，一般为两种，一种是间歇性地突然错动，称为黏滑型断层；一种是沿断层面两侧连续缓慢地滑动，称糯滑型断层。前者断裂带锁固能力强，能不断积累应变能，能将应变能积累到相当大的量级，危害性较大[3]。

本文以断层垭都—紫云断裂带中的晚更新世断层垭都断层为例，结合地质情况选择音频大地电磁测深法（AMT）及RaÅ 法测氡两种方法在垭都—紫云断裂带活断层探测进行应用，其中RaÅ 法测氡是首次对该断裂带进行应用。

1 方法介绍

1.1 音频大地电磁测深法（AMT）

AMT 以交变电磁场为基础，主要通过接收天然电磁场信号，来探测地下不同电性地质体的分布结构，其原理和大地电磁测深法相同，频率的测量范围为1～20000 Hz。该方法在第四系覆盖较厚的地区具有独特的优势，在探测基底的埋深和起伏方面效果突出，且在探测隐伏构造形态及规模方面也有较好的应用[4]。

1.2 RaÅ法测氡

氡通常称射气，是一种放射性惰性气体，半衰期为3.82 d，一个月内与其母体达到铀镭放射平衡，属于天然铀放射系列。氡为气态，在岩石、土壤中易于通过。氡的子体多呈现为固态，在氡气到达路径上多存在沉淀的固态氡子体。裂隙在氡气的运移过程中作为良好的通道，当受外力以及扩散、对流等多种条件相互作用时，氡气顺通道运移至地表，氡气的固态子体沉淀或附着在氡气的运移通道，通过地面的氡及其子体测量，可推断裂隙在地表的位置[4]。

2 垭都—紫云断裂带活断层探测的应用实例

2.1 地质情况

垭都—紫云断裂带是扬子陆块西南缘的一条重要的NW-SE 向控制性边界断裂带，它控制着周围地区的盆地沉积及构造变形样式，展布范围分布于滇、黔、桂三省[5]。

垭都—紫云断裂带可分为三段，分别是威宁段、关岭断、紫云段（如图1）[6]。威宁段主要由垭都断层（F1）、小矿山断层（F2）、掉水岩断层（F3）、么站断层（F7）组成。威宁段断裂活动性较强，地震频发。关岭段主要由六盘水北断层（F4）、威宁断层（F5）和六盘水断层（F6）三条断层组成，该段地震频次和强度较威宁段弱。紫云段由紫云断层（F8）、戛戛寨断层（F9）构成，该段地震频次为三段中最低。

图1 垭都—紫云断裂带区域地质简图Fig.1 Regional geological map of Yadu-Ziyun fault zone

2.2 音频大地电磁测深法、RaÅ法测氡

本文在垭都—紫云断裂带赫章县兴发乡附近，结合地质情况采用音频大地电磁测深法（AMT）及RaÅ法测氡两种方法进行勘探，通过对两种勘探方法对该地区进行综合物探解释。下图为两种测线布置示意图（图2），RaÅ 法测氡测线为1X，音频大地电磁测深法（AMT）测线为1X和2X两条。

图2 音频大地电磁法、RaÅ法测氡测线布置示意图Fig.2 Schematic diagram of radon measurement line arrangement by audio magnetotelluric method and RaÅ method

2.2.1 音频大地电磁测深推测解译

（1）图3 为1X 音频大地电磁测深剖面成果图，截取探测深度约为850 m，从图中可以看出，该剖面中部存在明显电阻率等值线密集梯度变化带，且向深部延伸趋势较明显，即剖面南西侧除浅部显示为中低阻外，深部电阻率值整体表现为高阻特征[7-8]，等值线较宽缓；剖面北东侧总体表现为低阻、中低阻特征，局部为中高阻。根据收集的地质资料，结合实地工作记录及岩石地球物理特征综合分析：剖面南西侧高阻应为栖霞—茅口组灰岩所引起，剖面北东侧低阻、中低阻应为龙潭—长兴组地层砂岩、粉砂岩引起，局部中高阻应为夹燧石灰岩导致。剖面中部7～8 号测点间等值线密集梯度变化特征符合断裂构造解译一般规律[9-12]。故根据电阻率值及等值线形态特征，该剖面位置应存在一条倾向为南西向的深大断裂构造F1，构造倾角约为70°。这与地质资料显示垭都深大断裂构造吻合较好，即推测解译断裂构造F1 应为垭都断裂。

图3 1X音频大地电磁测深断面异常推测解释图Fig.3 Speculated interpretation diagram of section anomaly by 1X Audio Magnetotelluric sounding

（2）图4 为2X 音频大地电磁测深剖面成果图，截取探测深度约为850 m 左右，从图中可以看出，该剖面除浅表表现为低阻、中低阻异常外，总体表现为电阻率中高阻、高阻异常区。

图4 2X音频大地电磁测深断面异常推测解释图Fig.4 Speculated interpretation diagram of section anomaly by 2X Audio Magnetotelluric sounding

在该剖面中部7～8 号测点位置深部存在有串珠状为中低阻弱异常或弱条带状异常特征。等值线呈梯度变化趋势且向深部延伸趋势明显。根据收集的地质资料，结合实地工作记录及岩石地球物理特征综合分析：剖面浅部低阻、中低阻应为第四系覆土所引起；南西侧高阻应为栖霞—茅口组灰岩所引起，剖面北东侧低阻、中低阻应为龙潭—长兴组地层砂岩、粉砂岩引起，中高阻应为夹燧石灰岩导致。剖面中部7～8 号测点间等值线密集梯度变化特征符合断裂构造解译一般规律。故根据电阻率值及等值线形态特征，该剖面位置应存在一条倾向为南西向的深大断裂构造F1，构造倾角约为70°。这与1X 剖面音频大地电磁测深成果相对应，且与地质资料显示垭都断裂构造吻合较好，即推测解译断裂构造F1应为垭都断裂。

2.2.2 RaÅ法测氡推测解译

RaÅ 法测氡测线，测线长度600 m，测点间距20 m，测点总数30 个。依照相关规范，计算本次氡浓度背景值为2.5 Bq/L，标准偏差为1.5 Bq/l。根据异常划分标准，用背景值乘以三倍标准偏差得到异常下限为11.25 Bq/l；用背景值乘以五倍标准偏差得到异常晕下限为18.75 Bq/l。通过发现的异常和异常晕来推断岩体接触带和断裂在近地表的位置[4]。测线氡气统计数据如表1所示。

表1 氡气浓度测量数据统计表Table 1 Statistical table of measurement data of radon concentration

在氡浓度异常分布图上（如图5），剖面中部280 m 处为片岩和岩体接触带地表位置，氡及其子体浓度在剖面图上反映为醒目的异常[4]，峰值达68.6 Bq/l。根据氡浓度在断裂处出现高值或异常值的特点，结合实地工作记录及岩石地球物理特征综合分析，剖面中部280 m 处氡浓度异常值符合断裂构造解译一般规律。

图5 氡浓度异常分布与1X剖面物探剖面对比图Fig.5 Comparison between the abnormal distribution of radon concentration and the geophysical prospecting profile of 1X profile

3 结语

（1）在该音频大地电磁测深剖面中部7～8 号测点位置深部存在有串珠状中低阻弱异常或弱条带状异常特征；在氡浓度异常分布图上，剖面中部280 m 处为片岩和岩体接触带地表位置，氡及其子体浓度在剖面图上反映为醒目的异常。这两种物探方法指示的断层位置一致，确定垭都断裂由此处经过，且基本可以判定垭都断层为晚更新世断层。

（2）分析已知地质资料，认为AMT 与RaÅ 法测氡在对垭都—紫云断裂带活断层探测有较好的效果，今后将采用该探测手段进一步对垭都—紫云断裂带的其他断裂的活动性进行调查。RaÅ法测氡首次在垭都—紫云断裂带进行试验，调查结果与音频大地电磁测深法调查结果一致，说明RaÅ法测氡对垭都—紫云断裂带断裂的勘探结果较为可靠。

（3）贵州省的近几年发生的地震多半与垭都—紫云断裂带有关，但到目前为止对该断裂带的地球物理探测手段还略显不足，本次采用AMT 与RaÅ法测氡两种物探手段对其进行探测，补足其物探手段，对今后结合物探资料对其该条断裂带进行综合分析提供了资料支撑。