麻城-團風斷裂帶土氡特征及活動性研究

何超楓　陳州豐　齊　信　王秋良　林亞洲

1　中國地震局地震研究所(地震大地測量重點實驗室), 武漢市洪山側路40號，430071 2　中國地質調查局武漢地質調查中心, 武漢市光谷大道69號，430205

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麻城-團風斷裂帶土氡特征及活動性研究

何超楓1陳州豐2齊信2王秋良1林亞洲1

1中國地震局地震研究所(地震大地測量重點實驗室), 武漢市洪山側路40號，430071 2中國地質調查局武漢地質調查中心, 武漢市光谷大道69號，430205

摘要：對麻城-團風斷裂帶的土氡(Rn)濃度進行測量，并與該區域地質剖面進行對比，探討麻城-團風斷裂帶的位置、規模和產狀等基本特征。結果表明，斷裂帶整體走向北北東，穿過閻家河鎮和夫子河鎮，大致傾向西，傾角較陡，破碎帶寬度達數十m至100 m。基于實測土氡數據和現有的土氡斷裂活動性評價方法認為，麻城-團風斷裂帶現今具有較強的活動性。斷裂帶土氡異常呈現出北強南弱的特征，推測其原因為：1)麻城-團風斷裂帶活動性自北向南有減弱的趨勢；2)麻城6.0級地震增大了近震區氡氣的逸散速率。

關鍵詞：土氡測量；麻城-團風斷裂帶；氡異常；背景值；斷裂活動性

氡作為一種惰性氣體，很難與其他物質發生化學反應，但易被巖土物質所吸附。斷層的破碎帶或裂隙系統為氡氣運移提供了通道，增強了巖石的射氣能力，促使氡氣由高濃度區向地表等低濃度區遷移，從而形成土氡異常區[1]。

1932-04-06麻城市附近發生6.0級地震，多位學者認為，此次地震與麻城-團風斷裂帶有關[2]。然而，由于震區受植被、第四系土層以及人類活動的影響，活動斷裂出露并不明顯。鑒于土氡技術在探測隱伏斷層中便捷、可靠的優點，本研究利用該方法對麻城-團風斷裂帶兩條測線進行探測，為深入研究該斷裂的規模、產狀及活動性提供參考。

1研究區地質背景

研究區位于湖北省麻城市，地處揚子地臺北部、華北地臺南緣，屬桐柏-大別隆起區，區域內主要有北東東向的麻城-團風斷裂帶、萬義-龍井斷裂、鷹山尖-古洞寺斷裂，北西向的襄樊-廣濟斷裂、大田鋪斷裂等。麻城-團風斷裂帶總體走向20°～40°，傾向NWW，傾角30°～60°，錯斷太古界、元古界和燕山期花崗巖體，并控制中-新生代麻城-新洲槽地的發育，為一條控巖、控盆且具多期活動的強烈變形帶(圖1)。

兩條土氡測線分別為閻家河鎮測線(MC-1)和夫子河鎮測線(MC-2)。其中MC-1測線橫跨桃林河，區域內地貌以低山、丘陵為主。胡家山南麓發育二級沖洪積扇，其中較老一級相對高度約10 m，較新一級發育在被沖溝切蝕的凹槽內，高1 m左右。MC-2測線位于210縣道東側，測區西側以麻城-新洲盆地的河流階地和崗狀平原為主，地形起伏較小；東側為大別山脈中段，主要為剝蝕丘陵和殘丘地貌。測區被全新統亞砂及粘土覆蓋。

2 測量方法與數據處理

2.1測量儀器

采用FD-3017RaA測氡儀，其利用靜電收集氡衰變第一代子體RaA 作為測量對象，定量測量土壤氡濃度。

2.2測量步驟

測線布設盡量垂直于斷層，點距一般為10 m。在異常范圍進行加密觀測，加密點點距為2 m。根據選取的剖面測線，在測量點處打入鋼釬。參照文獻[1，3]，并考慮測區地表為密實老粘土，打入、拔取鋼釬較為困難，因此確定探測深度約為50 cm。測試前凈化儀器內的氣體，然后在測試點上抽取1.5 L土壤氣，高壓富集氡氣2 min，取出收集片放入測量盒進行2 min氡氣測量，最后讀取脈沖計數[3]。

對部分關鍵異常點取多樣測量。取多樣的原則是以第1個取樣點為圓心，在半徑1 m的范圍內取樣。取雙樣的點位，以其平均值作為測量值；取3個測量值的點位，以剔除偏差較大值后的平均值作為測量值。

2.3背景值與異常下限值的確定

考慮到斷層處的地層性質和采樣環境，并參照當地地球化學資料，本次測線分別取其全部數據的平均值作為背景值(B)。根據中國地震局活斷層探測標準[4]，地球化學探測各測項異常下限值應為該測項的均值與 2～4 倍均方差之和，超出此下限值推測為可能存在活動斷層的地球化學異常。根據實際探測情況，本文以均值與2倍均方差之和作為異常下限值(F)。

為減少人為和環境等因素的影響，將有兩個或兩個以上連續測點測量值高于異常下限值的區域認定為異常區[5]。

3活動性評價方法

目前利用土氡濃度來進行斷裂活動性判別還

沒有統一的標準。一些學者結合理論研究和實踐經驗，制定出幾種僅適用于局部地區的相對活動性評價原則[6-8]。由于單個峰值是直接測量數據，存在較大的不確定性，而且斷裂的活動性是斷裂本身結合場地的射氣條件反映到異常區域內，即每個異常區域內的測量值都包含了斷裂活動性的信息。因此，相比于峰背比(峰值與背景值之比)，異常襯度能更合理地反映出異常相對于區域背景的起伏變化程度。

結合張平安[7]和邵永新[8]的評價方法，本文對麻城-團風斷裂帶的活動性進行探討，具體方法見表1。表1中，C為異常襯度，C=/N，為異常平均值，即異常區內異常測值的平均值，N為非異常均值，即正常區域內測量值的平均值[8]。

4測量結果及分析

4.1閻家河鎮剖面測線(MC-1)土氡測量結果

測線MC-1位于麻城市閻家河鎮葉家灣至胡家山一帶，長1 880 m，測量間距10 m，共測量212個點(包括22個加密點)。其中桃林河西測區為耕植地，測線長度990 m，測點100個；桃林河東測區為胡家山西麓，天然植被較發育，測線長度890 m，測點112個(包括22個加密點)。地質資料顯示，主斷裂(F)在地表由胡家山西麓穿過，切割東湖群砂礫巖(K2-E)和大別山群變質巖(Ar3-Pt1)，呈西盤東湖群下降的正斷性質，構造巖以硅化角礫巖、碎裂巖為主(圖2)。

桃林河東岸為緩坡耕地，西岸為平整耕地，測線土氡背景值為6脈沖/2 min，異常下限值為25脈沖/2 min。氡異常曲線呈多峰型，異常值出現在東測線330～450 m，主峰位于380 m處，峰值達52脈沖/2 min，為背景值的8.67倍，桃林河西側未發現異常。探測結果見圖3。

4.2夫子河鎮剖面測線(MC-2)土氡測量結果

測線MC-2位于麻城市夫子河鎮西南王家大塘至何家塘一帶，測線東側為菜地，西側為田地，長1 390 m，測量間距10 m，測點140個。場地上覆全新統亞砂土和耕植層，其下為東湖群砂礫巖(K2-E)和大別群(Ar3-Pt1)變質巖，變質巖主要為灰綠色云母石英片巖、角閃片巖和斜長云母片麻巖等。主斷裂帶(F)切割東湖群砂礫巖和大別山群變質巖，碎裂巖發育，東側有次級斷裂f(圖4)。

MC-2測線土氡背景值為16脈沖/2 min，異常下限值為56脈沖/2 min。氡異常曲線呈雙峰型，異常值出現在測線980～1 000 m、1 160～1 170 m區域，主峰位于990 m處，峰值達108脈沖/2 min；次峰位于1 170 m處，峰值達85脈沖/2 min，探測結果見圖5。

4.3土氡探測結果及分析

MC-1和MC-2土氡測量數據統計結果見表2。李洪藝等[9]研究認為，在其他條件一致的情況下，若斷層傾角較陡，則Rn濃度變化曲線易表現出對稱性。對單個斷裂而言，連續高異常點圈定的范圍大小可推測為主斷裂破碎帶的寬度，主斷裂位于該范圍之內。劉菁華等[10]認為氡氣異常區的連線可以大致確定斷層的走向，一般從峰值點向兩端衰減較慢一側為斷層的上盤，再結合斷層走向就可以推測出斷層面的傾向。

由圖3看出，MC-1脈沖曲線呈多峰型，異常區位于東測線330～450 m處，范圍達120 m，推測此處斷層破碎巖規模可達數十m至100 m，峰型的對稱性反映出斷層傾角較陡。根據異常區兩端突跳點判斷，主斷裂位于東測線330～450 m范圍內。而主斷裂逸出的氡氣和動植物產生在土壤中的腐殖質使得東測線背景值大于西測線背景值，并且測量值表現出較大的離散性。

如圖5所示，MC-2脈沖曲線呈雙峰型，主峰西側曲線梯度逐漸變緩，因此推斷主峰對應主斷裂，緩坡對應斷層的上盤，即該處斷層大致傾向西，傾角中等，主斷裂位于測線980～1000 m范圍內。結合地質剖面分析認為，次峰異常為主斷裂東側的次級斷裂所致，該斷裂傾向與主斷裂相反，規模較小。

5結語

土氡探測數據顯示，麻城-團風斷裂帶在閻家河鎮和夫子河鎮穿過，整體走向北北東，大致傾向西，傾角較陡，破碎帶寬度達數十m至100 m，測量結果與實測地質剖面具有較好的一致性。MC-1和MC-2測線異常襯度計算結果分別為7.3和6.5，根據前述土氡活動性評價原則認為，麻城-團風斷裂帶在近地質年代以來曾發生過較強活動，現今仍具有較大的活動強度。該結論與麻城-團風斷裂帶斷層泥ESR測年結果[6](麻城市桃林河斷層泥(324±30) Ka、明山水庫斷層泥(404±45) Ka)及地殼形變數據[11](東盤年上升速率1.02～1.22 mm/a、西盤年下降速率0.62～4.29 mm/a)一致，為麻城-團風斷裂帶是麻城6.0級地震的發震構造這一觀點提供了證據。

對比兩條測線探測結果可以得出，MC-1峰背比和異常襯度值均大于MC-2測線，即靠近震中位置的斷層土氡異常表現得更加明顯。其原因可能為：麻城-團風斷裂帶整體上自北向南活動性有減弱的趨勢[12]，而土氡異常強度與斷裂的活動性有關；由于受到6.0級地震作用，原本平靜的斷層面和裂隙發生錯動或產生新的破裂面，促進射氣系統進一步開放，增大了近震區氡氣的逸散速率。

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Foundation support:Special Basic Fund of China Geological Survey No.1212011120097.

About the first author:HE Chaofeng, postgraduate, majors in geological engineering,E-mail:hcf_1213@126.com.

Study on Soid Radon Features and Activity Analysis of the Macheng-Tuanfeng Fault

HEChaofeng1CHENZhoufeng2QIXin2WANGQiuliang1LINYazhou1

1Key Laboratory of Earthquake Geodesy,Institute of Seismology,CEA,40 Hongshance Road,Wuhan 430071,China 2Wuhan Center of China Geological Survey, 69 Guanggu Road,Wuhan 430205,China

Abstract:The soil radon (Rn) concentration of the Macheng-Tuanfeng fault has been measured through radon measurement. A comparison of the measuring results and regional geological section leads to discussions of the geographical location, scale and occurrence of the Macheng-Tuanfeng fault. The result reveals that the major fault generally strikes NNE across the Fuzihe town and Yanjiahe town, dipping north and with a high dip angle, and the width of fracture zone ranges from tens of meters up to one hundred meters. Combined with the measured data and the available soil radon appraisal methods of fault activity, we consider that the Macheng-Tuanfeng fault still has a high level of activity. The data also indicates a soil radon anomaly with an imbalance between south and north; we supposed this for two reasons: 1) the activity of the Macheng-Tuanfeng fault presents a weakening tendency from north to south; 2) due to the Macheng magnitude 6.0 earthquake, the release rate of radon gas has increased near the earthquake area.

Key words:soil radon measurement；Macheng-Tuanfeng fault； radon anomaly；background value；fault activity

收稿日期：2015-07-01

第一作者簡介：何超楓，碩士生，主要從事地質工程研究，E-mail:hcf_1213@126.com。 通訊作者：王秋良，博士，副研究員，主要從事地震地質、活動構造等研究，E-mail:wql0703@sohu.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.008

文章編號：1671-5942(2016)06-0504-04

中圖分類號：P315

文獻標識碼：A

Corresponding author:WANG Qiuliang, PhD,associate researcher, majors in seismo-geology and active tectonics,E-mail:wql0703@sohu.com.

項目來源：中國地質調查局基礎研究專項(1212011120097)。