阿拉散布拉克断裂带气氡分布特征研究①

卢康太，陈 锋，贺根义，赵乐凡

(1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第二水文工程地质大队，新疆 昌吉 831100)

氡气是一种特殊的气体元素，不仅存在于大气圈、水圈中，在深部岩石圈中也分布广泛。隐伏断裂带是构造破碎带，不仅为地下深部氡气向地表的运移提供了通道，而且造成地表沿隐伏断裂呈现氡异常高值，因此在地表进行土壤氡的测量，分析其空间分布特征有可能发现隐伏构造[1]。

中国80年代末开始开展对活断层氡气的定点定时观测,而连续自动观测则是在我国研制出SD-I型测氧仪后才开始的[2]。刘亮等人发现断层活动性越强，破碎带连通性越好，氡气异常特征也越显著[3]。沈晓明等人在云南木利锑矿区矿体三号背斜内已知断层和矿体上部均出现明显的氡气异常[4]。欧璐等人发现黄村断裂带上方土壤氡气具有异常显示，异常位置与断层位置具有较好的一致性[5]。丁兰兰在相山铀矿田梅峰山及尧平地区通过土壤氡测量圈定的四片氡浓度异常区均出现在已知构造周围[6]。李洪艺等人发现广从断裂带上土壤氡具有明显的峰值异常特征，且氡气浓度比与断裂活动性有一定的联系，浓度比越大，活动性越强[7]。刘菁华等人在研究中发现氡浓度在断层面上呈不均匀分布，且剖面上呈现峰值[8]。沈秋华等人在广州市轨道交通十三号线一期工程勘察现场进行土壤氡浓度测试探查断裂构造带走向，并结合钻孔进行验证，发现基本一致[9]。姚慧敏等人在天津蓟县山前地段进行土壤氡浓度的测量时，发现氡浓度异常大都位于断裂附近，均受构造控制，异常展布的主体方向能反映区域构造的基本轮廓，均是沿构造带、断裂延伸方向展布[10]。姚德等人发现在青岛市区的断裂地带有多处氡活度浓度偏高点出现[11]。张朝明等人发现土壤气的异常和断裂存在关系[12]。蔡仲琼等人首次应用气体地球化学方法探测乌鲁木齐地区的主要隐伏活动断层，并取得了较好的效果[13]。

本文中通过测量新疆托里县铁厂沟镇阿拉散布拉克温泉一带的土壤氡浓度，探查该区可能存在的隐伏断裂。调查区位于新疆托里县铁厂沟镇东侧15 km处的阿拉散布拉克一带(即铁厂沟温泉一带)的白杨河谷地，地貌为冲洪积平原区和低山丘陵区，行政区划隶属托里县。该区总体海拔高程为650～900 m，相对高差小于50 m，总体地势南高北低，出露地层主要有泥盆系、侏罗系、三叠系和第四系(图1)。

图1 调查区域图

1 土壤氡测线的布设及测量方法

1.1 测线布设

土壤氡浓度测量剖面线主要布设在地面调查、井温、地温测量成果基础上初步圈定的地温异常区，以剖面控制为主，剖面线需横跨卫星影像图显示的线性构造，更好的捕捉沿断层所逸出的土壤氡浓度。考虑工作量有限，点间距根据异常区宽度确定，一般点距30～50 m，线距1 500～3 000 m。经现场实际情况调整，共完成测氡剖面8条(实测剖面线位置见图2)，长约28 km，测氡点841个(表1)。

图2 测氡剖面布置图

1.2 测量方法

本次测量使用FD216环境氡测量仪测量。该仪器具有灵敏度高、便携、智能、操作方便等特点，适用于室内外环境空气及土壤中氡的测量。测量时需要将取样管全部插入土壤中，减少地表因素(风、温度、水分等)对测量结果的干扰，因此野外具体工作方法是在测量点位打一个深约70 cm的导向眼，随后立即将取样管插入其中并避免取样管内部气体与外界联系，连接测试仪即可现场测量。

2 氡浓度异常区域分析

2.1 单点验证及数据的可靠性分析

为验证测量期间仪器是否会在使用过程中产生气密性不佳现象，造成测量数据产生较大误差，在D1线测量结束后，特选取D1线上氡气浓度较高的点47作为验证点，在测量每条剖面前在验证点进行重复测量，具体测量值见表2。经对比发现，验证点数据保持在误差±10%的范围内波动，由于波动范围较小，仪器稳定性较好，对于本次异常区域的确定是相对可靠的。

表1 完成工作量表剖面线编号长度/m点数/个D14 37596D24 77098D36 645203D44 025153D57 450245D626014D732017D828015合计28 125841表2 验证点对比表剖面编号测量值误差(%)D1867.5-D2813.6-6.2 D3892.32.9 D4788.4-9.1 D5825.9-4.8 D6926.16.8 D7804.3-7.3 D8899.23.7

本次采集数据841组，测量的最小值为255，最大值为13 500，跨度较大，拟采用以1 000为间距进行频数统计，统计结果见表3。由表3统计结果制成频率分布曲线图，图3显示该数据为左偏正态分布，其结果可以利用，数据可靠。

图3 频率曲线图

表3 测氡点统计分组数据

2.2 土壤氡背景值和异常警戒值的确定

以不同测线没有断裂通过的测段所测氡浓度的平均值作为背景值，当氡浓度数据服从正态分布时，求氡浓度的平均值，

(1)

以其超过每条线氡浓度平均值的1.5倍标准差(概率为86.6%)，根据实际工作需要采用1.5倍上方标准差(概率为93.3%)作为异常警戒值，

(2)

(3)

3 土壤氡数据分析

D1测线总长度为4 375 m，近南北向展布(表1)。背景值为3 263 Bq/m3，异常警戒线为4 694 Bq/m3(图4)。本测线土壤氡浓度的测量值分别在0、1 125、3 675 m处开始出现异常，测值分别为7 030 Bq/m3、5 293 Bq/m3、6 595 Bq/m3，高出异常警戒线值4 694 Bq/m3，分别到680、2 225、3 875 m处异常结束，测值分别为4 207 Bq/m3、3 792 Bq/m3、4 250 Bq/m3，低于异常警戒线值；0～650 m这组异常跨越了650 m的长度，其最大异常值为8 516 Bq/m3，是数据波动的 3.67倍；1 125～2 175 m这组异常跨越了1 050 m长度，其最大异常值为8 675 Bq/m3，是数据波动的3.78倍；3 675～3 825 m这组异常跨越了150 m长度，其最大异常值为6 595 Bq/m3，是数据波动的2.33倍。

图4 D1线氡浓度曲线图

按照概率统计理论，落在1.5倍标准方差以下的数据的概率为93.3%，即超出异常警戒线的数据的概率为6.7%。0～650 m这组测值共有14个，超出异常警戒线的点少于0.9个为正常，但该组异常却有9个点，该组为异常的概率为1-(0.067)9，所以该组异常非常可信；1 125～2 175 m这组测值共有21个，超出异常警戒线1.4个点为正常，但该组异常却有10个点，该组为异常的概率为1-(0.067)10，所以该组异常非常可信；3 675～3 825 m这组测值共有4个，超出异常警戒线0.3个点为正常，但该组异常却有3个点，该组为异常的概率为1-(0.067)3，所以该组异常非常可信。因此判断在0～650 m之间、1 125～2 175 m之间、3 675～3 825 m之间为氡浓度异常区域。

根据上述方法逐线进行分析(图5～10)，判断D2测线在0～200 m之间、3 475～4 350 m之间为氡浓度异常区域(图5)；D3测线在225～275 m之间、525～750 m之间、1 325～1 575 m、

图5 D2线氡浓度曲线图

4 390～6 220 之间为氡浓度异常区域(图6)；D4测线在0～150 m之间、950～1 000 m之间、1 950～2 275 m之间、2 775～2 900 m之间、3 700～3 775 m之间为氡浓度异常区域(图7)；D5测线在1 175～1 325 m之间、1 475～1 675 m之间、3 150～3 725 m之间为氡浓度异常区域(图8)；D7测线在180～320 m之间为氡浓度异常区域；D8测线在0～160 m之间为氡浓度异常区域(图9)。

图6 D3线氡浓度曲线图

图7 D4线氡浓度曲线图

图8 D5线氡浓度曲线图

图9 D7线氡浓度曲线图

4 土壤氡空间分布特征

图10 D8线氡浓度曲线图

通过对该区域氡浓度进行分析，共圈定出19段氡浓度异常区域,每段异常具有明显的峰值异常特征(表4)，每段异常峰值的连线可能为断层线。利用高分辨率卫星遥感影像，对地形地貌和断裂构造进行详细解译，可了解环境地质构造格局，对断层的空间分布进行初步定位[14]。结合卫星影像图地表特征连接土壤氡浓度异常区域即可得到断裂位置，共圈定出7条断裂(图11b)，与物探圈定断裂走向大体一致(图11c)。因为无论是土壤氡观测，还是地球物理探测所探查的都是不连续面，即断裂带。通过物探分析的北东东向且与土壤氡测量关系密切的断裂有4条，其中有3条分布在土壤氡所确定的断层带南面(断裂对比图见图11a)。物探所探测的是地表以下某深度断裂的位置，而土壤氡探测的是断层线所在的位置，因此判断该处断裂面可能向南倾斜。

表4 异常段峰值表

图11 推测断裂图

5 结 论

通过对该区域氡浓度进行分析，发现在每条测线上氡浓度呈不均匀分布，且剖面上呈现峰值，这些氡浓度异常在空间上呈现北东东向(67°±9°～256°±9°)的分布特征，与物探圈定断裂走向大体一致。结合卫星影像图地表特征连接土壤氡浓度异常区域，其连线有可能反映断层线的位置。在所测的8条线中共确定了19段氡异常区域，每段氡异常宽度不一，最长1 900 m，最短250 m，这也反映氡的逸出在断裂横向上是具有一定的空间分布的。通过土壤氡异常所圈定的断裂主要有4条，以北东东向为主，自北向南其走向分别为58°～238°、62°～242°、59°～239°、76°～256°，与物探圈定的断裂方向基本吻合。说明通过观测土壤氡来探查隐伏断层的位置效果是比较明显的，也是行之有效的方法之一。通过土壤氡圈定的断裂与物探探查的断裂仍有一小部分存在不一致的现象，且土壤含水率、取样深度、土壤颗粒大小均对测量结果产生一定的影响[15]，建议结合更多地质、物探资料和其他方法，进一步深入研究。