臨潭—宕昌斷裂帶跨斷層土壤氣地球化學空間分布特征研究

摘要： 活動斷裂帶氣體地球化學空間分布特征分析是區域構造和斷裂活動性分區（分段）及其地震危險性分析的重要方法之一。通過臨潭—宕昌斷裂帶9條測線剖面的土壤氣Hg、Rn濃度觀測，結合斷裂帶分段活動特性與大地熱流背景數據，開展不同分段氣體濃度空間分布特征分析，深入探討土壤氣地球化學空間分布的特征及成因。結果表明：斷層土壤氣在臨潭—宕昌斷裂帶具有明顯的分段特征，根據其活動特性可將斷裂帶分為東、西兩段，且斷層土壤氣地球化學空間分布與大地熱流和地震活動之間存在良好的相關關系;在斷裂西段高熱流區域，中強地震頻發，但小震活動較弱，Hg、Rn濃度強度較低;東段低熱流區域，中強地震較少，但小震活動活躍，Hg、Rn濃度強度較高。研究結果作為區域地球化學背景特征，可為今后地下流體異常活動分析提供重要依據，對進一步跟蹤未來可能發生地震的斷層及其活動段具有重要意義。

關鍵詞： 斷層土壤氣; 氣體地球化學; 臨潭—宕昌斷裂帶; 地震活動

中圖分類號： P315.724 文獻標志碼：A 文章編號： 1000-0844（2024）06-1462-13

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240113001

Geochemical spatial distribution characteristics of

soil gas along the Lintan-Tanchang fault zone

LI Ruigang¹， LI Chenhua^1，2，3， SU Hejun^1，2，3， ZHOU Huiling^1，2，3， WANG Yanhong³， WAN Yue¹

（1. Lanzhou Institute of Seismology， CEA， Lanzhou 730000， Gansu， China;

2. Gansu Lanzhou Geophysics National Observation and Research Station， Lanzhou 730000， Gansu， China;

3. Gansu Earthquake Agency， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： The study on geochemical spatial distribution characteristics of gas along the fault zone is an important method for analyzing the regional structure，activity segmentation，and seismic risk of the fault.In this study，we took the Lintan—Tanchang fault zone as study area and observed the soil gas Hg and Rn concentrations in 9 survey lines.We analyzed the spatial distribution characteristics of gas concentration in different fault sections by combining the characteristics of fault activity and the heat flow density.The study show results that the Lintan—Tanchang fault zone has obvious segmentation features.Base on the fault activity characteristics，the Lintan—Tanchang fault could be divided into two segments：east and west.And the spatial distribution of soil gas geochemistry is correlated with heat flow and seismic activity;The western section of the fault is an area of high heat flow，and strong seismic occur frequently in this section，but small seismic activity is weak，with lower Hg and Rn concentration intensity.While in areas with lower heat flow in eastern segment of fault，there are fewer strong seismic but intense small seismic activity，with higher Hg and Rn concentrations intensity.This study provides evidence of subsurface fluid activity in the study area，which is vital in tracing the faults and active segments with seismic risk.

Keywords： fault soil gas;gas geochemistry;Lintan-Tanchang fault;seismic activity

0 引言

地下流體是較為活躍的地球物質之一，深大斷裂是地球深部熱能和流體釋放的主要通道之一^［1］。氣體作為一種移動性和壓縮性較強的流體，可沿活動斷裂帶逸出，導致斷裂帶附近土壤氣地球化學濃度異常^［2-4］。國內外學者研究發現Hg、H₂、Rn與CO₂等斷層土壤氣在地震發生前后常出現較為明顯的濃度異常^［5-8］。深入研究發現這些異常特征與地震強度有關，通常地震震級越大土壤氣異常幅度越大，震中距越近氣體異常濃度越高，這為斷裂活動性的空間分布特征提供了一種可行的研究方向^［9-12］。20世紀70年代，Irwin等^［13］通過對北美地區地震活動構造帶附近的泉水進行分析，發現地震活動性強的區域存在CO₂濃度異常高值區，監測該區域CO₂排放濃度變化有助于分析斷裂帶的活動性及地震風險。2017年Fu等^［14］在臺灣省北部地區的活動斷裂帶建立了多個土壤氣體自動監測站，經歷一年的監測后發現，多數地震發生前幾個小時甚至幾天都存在高Rn濃度的異常現象。近年來，隨著氣體監測技術逐漸成熟，對活動斷裂帶土壤氣體的分析研究成為分析地震危險性的有效手段之一^［15］。

臨潭—宕昌斷裂帶結構復雜，分支較多，斷裂全長約250 km，總體可分為西段與東段兩個區域。該斷裂帶經過臨潭、岷縣至宕昌，是西秦嶺NWW向斷裂系中的一個重要組成部分^［16］。因其復雜的構造地貌與強烈的活動性，斷裂帶上強震頻發，如1573年岷縣63/4級、1837年岷縣6級、2003年岷縣5.2級、2013年岷縣—漳縣6.6級、2019年夏河5.7級地震等^［17-19］。這些地震給當地人民生命財產安全造成了嚴重危害，因此，對該區域未來地震危險性的判定引起了越來越多的關注。

近年來甘東南地區地震頻發，但過去的研究主要集中在深大斷裂及塊體邊界控制性斷裂的氣體分段特征分析上，對于塊體內部臨潭—宕昌斷裂帶氣體分布特征的研究相對較少。臨潭—宕昌斷裂位于甘東南復雜的構造轉換區內，其氣體濃度是否存在與相鄰邊界斷層相同的明顯分段特性需要深入研究。因此，本文通過跨斷層測量獲取臨潭—宕昌斷裂土壤氣濃度數據，開展Hg與Rn濃度強度及其空間分布特征分析，追蹤斷裂帶不同活動段跨斷層土壤氣地球化學特征，以期為分析臨潭—宕昌斷裂帶地下流體孕震環境提供基礎科學依據。

1 研究區地質背景

臨潭—宕昌斷裂帶位于青藏高原東北緣東昆侖斷裂帶與西秦嶺北緣斷裂帶過渡地區^［20］，參與了西秦嶺的形變分配，繼承了東昆侖斷裂帶與西秦嶺北緣斷裂帶的左旋走滑特性。其受到青藏高原東北緣的擠壓以及鄂爾多斯塊體的阻擋作用，產生了明顯的逆沖變形的運動特征^［21］。斷裂帶總體呈NWW—NW向展布，傾向NE，傾角50°～70°，地貌主要呈現為U型谷，部分斷層呈陡坎形態，形成向南彎曲的弧形構造^［22］。臨潭—宕昌斷裂帶由西端的合作開始至岷縣，發展出多條構造相似但規模不同、錯落分布的次級斷裂，部分次級斷裂較為復雜，發育有一條或多條分支。根據近年的研究結果，臨潭—宕昌斷裂帶是一條晚第四紀活動斷裂，活動性質自全新世早期以來發生過改變，是西秦嶺內部活動性較強的斷裂。前人研究結果表明該斷裂帶左旋滑動速率為0.86～1.6 mm/a，垂直滑動速率為0.05～0.1 mm/a，左旋走滑分量大于傾滑分量，總體呈左旋走滑性質，個別區域表現為向南逆沖^［23-24］。斷裂西段曾錯斷地表，區域構造應力逐漸積累，為孕震提供了適宜的環境^［25］。

根據中國地震臺網地震目錄記錄分析，臨潭—宕昌斷裂帶自全新世以來一直處于高度活躍狀態，構造活動強烈，地震頻發，2003—2019年就發生過6次M_S5.0～7.0的中強震及多次不同規模的小震^［26］。中強震的震源位置與斷裂帶復雜的構造體系密切相關（圖1）。

2 采樣與分析方法

本研究共布設了9條測線，每條測線均垂直或大角度相交于臨潭—宕昌斷裂帶主斷裂。其中，斷裂帶西段布設4條測線，東段布設5條測線，由西向東分別為合作、貢恰、新城鎮、柰子溝、夭馱、莊子村、麻屆灘、巴沙溝、毛羽村（圖1）。采集不同測線上的斷層土壤氣并進行濃度測量工作，記錄氣體Hg、Rn相關數據。由于氣體在近地表會受到風速、風向等外界條件干擾，而地下1 m左右深度土壤氣濃度較為穩定，故采樣深度選取為地表下80 cm，共監測6～12組數據。采樣時間為2022年6月每日9：00—18：00，為避免實驗數據受到氣象因素影響，選擇天氣狀況穩定、良好的時間段進行野外采樣。測量地點選擇植被覆蓋少，土壤下具有原始覆蓋層的區域。測量過程中時刻監視儀器狀態，保證儀器正常使用且未受到其他因素干擾，每日對所有采樣儀器進行維護以減少誤差，確保數據真實準確。

2.1 Hg測量方法

氣體Hg測量使用加拿大LUMEX公司生產的RA-915M型號便攜式測汞儀。儀器測量范圍：0.5～200 ng/L;測量相對誤差不超過±5%。測線垂直或大角度相交于主斷裂帶，每隔10 m布置一個測點，共計6～12組測點。測量方法采用打釬測量：首先，在選定區域以錘擊鋼釬鑿出一個深度80 cm的孔洞;然后，將空心取樣器插入其中并填埋周圍土壤，避免地面空氣稀釋土壤氣體;最后，使用橡膠管連接取樣器與儀器，進行測量（圖 2）。儀器使用前需預熱2～10 min，數據無法保存，需人工選取每個測點最大值并記錄。其中，巴沙溝測線測得的Hg濃度低于儀器檢出限，無法獲得準確數據，故下文對該測線的Hg氣體不進行分析。

2.2 Rn測量方法

氣體Rn測量使用德國Genitron公司生產的AlphaGUARD PQ2000便攜式測氡儀。儀器的操作范圍為：2～200 000 Bq/L;溫度：-10～+50 ℃;氣壓：70～110 Pa;相對濕度：0%～95%。測量地點選在Hg測點附近，打孔完畢后使用橡膠管與儀器連接測量，每個測點測量得到10～15組數據，最后根據規范作數據匯總及處理工作。

3 數據處理

由于不同斷層或斷層的不同段內部破碎程度不同，氣體滲透率不同，導致土壤氣向地表的逸出強度不同，并在空間上表現出明顯的差異性。這種差異性可能會受到土壤結構、測量環境、氣象條件和人為因素的干擾。為減小場地因素對斷層氣特征的影響，采用單剖面均方差與平均值的計算方法，繪制斷層單剖面土壤氣濃度分布圖（圖3、圖4）。

經計算與評估，使用最大值法計算土壤氣濃度強度，使用異常下限確定濃度異常值的量值界限。

最大值法是選取一條測線上所有測點的最大濃度值D_max，將該測線的氣體平均濃度作為數據處理的背景值K，二者的比值即為該測點的土壤氣濃度強度S：

S = D_max/K （1）

異常下限是判斷氣體濃度曲線形態的重要依據。利用土壤氣背景值K與測線濃度的均方差δ，即可計算出各測線的異常下限X_a［式（2）］。其中異常值可以用背景值加上“n”個標準差（n= 1，2，3，…）來表示，本文中n的取值為1。

X_a=K+δ （2）

上述方法可以較大幅度地減小氣體逸出的環境因素影響，更直觀地表現各剖面濃度強度的峰值。因此，本文利用此方法，計算得出臨潭—宕昌斷裂帶9條測線土壤氣中Hg、Rn的最大值D_max、背景值K、濃度強度S和異常下限X_a（表1）。

4 分析與討論

4.1 土壤氣空間分布特征與臨潭—宕昌斷裂帶活動性的關系

臨潭—宕昌斷裂帶是東昆侖斷裂系統和西秦嶺斷裂系統之間一個重要的轉換紐帶，其后期構造變形受到西秦嶺北緣斷裂向兩側的擴展與東昆侖斷裂向東北方向的推擠，因此斷裂周邊形成了復雜的應力構造環境。根據全球定位系統速率場變化情況可知，該斷裂帶呈NWW—NW向展布，且局部區域發生構造變形，斷裂帶上中強地震的孕育也是受到這種構造特征引起的斷裂帶附近的應力集中所致。斷裂帶自第四紀以來活動性質以向南逆沖為主，局部陡立或南傾，受到應力影響發生順時針旋轉，具有左旋走滑分量。斷裂帶自岷縣向西北方向發育數條規模不同、相互平行或斜接的次級斷裂，其影響寬度范圍為5～10 km。岷縣東南斷裂帶分布較為均一，以主斷裂為主體，至宕昌以南，不同斷裂段上的活動性差異較大。西秦嶺北緣斷裂走滑及向南北兩側逆沖的“花狀構造”是臨潭—宕昌斷裂帶上中強地震頻發的重要動力因素。靠近西秦嶺北緣斷裂區域的構造應力容易集中釋放，并且斷裂帶東段頻繁發生地震可能會引起西段的應力調整，從而導致中強震的發生^［27-28］。

根據斷裂幾何形態展布特征及其所處的大地熱流分布特征，以岷縣為界將臨潭—宕昌斷裂帶分為東、西兩段：西段包括合作、貢恰、新城鎮與柰子溝，東段包括夭馱、莊子村、麻屆灘、巴沙溝與毛羽村。由表1可知，臨潭—宕昌斷裂帶Hg與Rn濃度強度范圍分別為1.327～2.878與1.542～8.880;Hg濃度強度高值位于毛羽村測線，Rn濃度強度高值位于麻屆灘測線，均分布于斷裂東段。兩種氣體濃度強度的高值點在斷裂帶上表現出一致的空間分布特征，氣體逸出較為同步，受相似的斷層活動性控制。氣體逸出通道除受斷層活動性影響外，還與各類氣體自身的密度和固有特性有關^［29-30］。

由圖3、4可知：Hg、Rn土壤氣濃度曲線整體呈現單峰異常狀態，異常峰值集中分布在斷層周圍10～30 m范圍內，推斷所測量斷裂帶區域近年來活動性較強，地下裂隙連通性穩定，為土壤氣向地表逸出提供了較通暢的環境；少部分測線形態呈現多峰聚集模式，以斷層為中心的20～50 m內Hg與Rn濃度出現多個峰值，在其余范圍內濃度變化趨于平緩并形成一個“低谷”。由臨潭—宕昌斷裂帶Hg與Rn濃度強度空間分布特征可知（圖5），東段多處測線濃度強度略高于西段，推測東段可能具有較強的活動性，應力積累周期較短且快速釋放，通常表現為小震的形式，導致此區域常年小震頻發。在多年地震的影響作用下，斷層核部裂隙閉鎖程度低，裂隙發育程度高，氣體上升通道穩定。由于Hg與Rn氣體密度相對較大，自身遷移速率低，擴散作用不明顯，往往通過載氣作用從地殼深部遷移至地表^［31］。東段長期的斷層滑移導致斷層間相互摩擦作用增強，加大了地下深部氣體擴散率，開辟出更多的裂隙通道，為土壤氣的逸出提供了合適的環境，經過長年不斷的積累，導致東段多處測線氣體濃度異常。斷裂帶西段地震活動相對較少，但M_S≥5.0地震均發生在此區域，推測此段構造應力經過長期積累后釋放，但強震離逝時間久，斷層滑動速率低，斷裂逐漸封閉，斷層核部相對閉鎖，氣體向上逸出的通道狹隘，影響土壤氣的滲透性，使得西段部分測點土壤氣濃度強度略低。

4.2 地震活動與大地熱流空間的關系

大地熱流是指地表下部在單位時間內以熱傳導方式垂直向上，流經單位面積的熱流量，也稱為熱流或大地熱流密度。大地熱流的分布與地殼運動、地球內部構造等地質條件之間有顯著的聯系，熱流既可以為人類提供多種不同用途的地熱能量資源，也為人類探索地球構造提供了重要參考依據^［32-34］。早在1997年，就有研究者曾在歐洲發現地表地熱與地震發生有顯著的關系^［35］。我國研究者也提出探討地熱對了解地震的孕育有重要意義，并通過研究發現異常地熱區域與地震活動在地質構造上有著一定的吻合^［36］。截至2016年，我國已采集并發表了1 230個大地熱流數據^［37］。

受到大地熱流影響的物質種類繁雜，相比于長時間與大氣接觸交換的地表氣體，部分地熱氣體直接來源于地球內部，不易受到陸地環境的影響，可以傳遞地球深部的地質環境信息，使研究人員得以更準確地分析地下成分^［38-39］。其中，Rn氣體通常來源于地球深部，可溶于水，隨著水流遷移至地表或從地下破碎帶、發育的裂隙等通道逸散至地表。地熱所傳遞的能量會影響Rn在水中的溶解度，地下溫度越高，Rn在水中的溶解度越低，熱水蒸氣中的Rn含量也越高。這些Rn熱氣最終會通過裂隙通道遷移至地表，在地熱溫度高、斷裂帶活躍且地下破碎程度高的區域表現出Rn氣體濃度異常。Hg氣體主要以氣態方式通過破碎通道從地殼深部逸散至地表，其自然來源有地熱活動、火山噴發、地下含Hg礦物成礦后Hg蒸氣的揮發等，故Hg氣體也受到地熱與區域地質構造影響^［40］。由此可見，在斷裂帶不同地熱區域收集Rn、Hg氣體濃度有助于分析斷裂帶的活動性質。

根據數據測量結果，中國大陸區域大地熱流平均值為60.4 mW/m²，與全球大陸平均值65 mW/m²接近^［36］。甘肅省位于中國大陸西北地區，地形呈狹長狀，地貌復雜多樣，西部以沙漠、戈壁為主要地貌，平均熱流小于60 mW/m²，東部以黃土高原為主，平均熱流大于60 mW/m²，熱流分布總體呈現西部低于東部。結合中國大陸區域大地熱流，可將高于平均熱流的區域歸為高熱流區域，將低于平均熱流的區域歸為低熱流區域。臨潭—宕昌斷裂帶處于甘東南地區，近年來地震活動頻發。如圖6所示，該斷裂帶橫跨多個不同層次的地熱區域，總體地熱范圍為58～76 mW/m²。根據袁伏全等^［41］對青海不同地熱區域地震分布的分析，強震分布與斷裂構造、大地熱流分布有密切關聯：1970—2016年間，青海共發生M_S≥6.0強震35次，其中92%的強震發生在大地熱流范圍60～80 mW/m²的地區;震中位置通常不在地熱值的中心位置，往往位于發生地熱變化的橫向梯度帶上。2013年岷縣—漳縣M_S6.6地震前臨潭—宕昌斷裂帶地震b值總體為0.53～1.65^［42］，但存在兩處明顯的低b值（b＜0.6）區域，即夏河縣與臨潭、岷縣之間的地區，震中位置位于地熱的橫向梯度變化帶上。此外，對1990—2010年地震b值進行掃描，發現岷縣附近地區b值異常顯著，2013年岷縣—漳縣6.6級地震前岷縣西北方向鄰區b值明顯降低^［42］。根據b值大小與強震發生的可能性關系來看，低b值異常范圍越大，其強震潛在危險性就越大^［43］，岷縣周圍多次強震恰好印證了此結論。本文通過臨潭—宕昌斷裂帶所處大地熱流分布范圍與b值異常區域，將斷裂帶分為東、西兩段：西段位于高地熱區域，熱流大于60 mW/m²;東段主要位于低熱流區域，熱流小于60 mW/m²。1970年以來，該斷裂帶上的M_S≥5.0地震均發生于熱流范圍61～76 mW/m²的區域，如高熱流的橫向變化梯度上分別于2003年和2013年發生了岷縣M_S5.5和岷縣—漳縣M_S6.6地震，高熱流區域2019年發生了夏河M_S5.7地震。斷裂自西向東熱流值逐漸遞減，斷裂東段1970—2023年未發生過M_S≥5.0地震，但頻繁發生小震。

前人對地熱場與地震分布進行研究，發現我國多數地震的能量釋放區域與大地熱流的高熱流區域相吻合^［44-45］。對1976年唐山M_S7.8地震的研究^［46］表明強震主要發生于地熱橫向變化較大的梯度帶上，這類區域具有最大水平剪應力與周向應力，兩種應力共同促進了地震的發生，而地震所引發的地殼活動會影響地下破碎帶的破碎程度，進而影響到土壤氣濃度分布。將圖6與表1中所測得的氣體濃度結合來看，斷裂帶西段為高熱流區域，其中接近熱流橫向梯度帶變化的區域發生過多次強震，應力積累周期長。雖然西段高熱流會促進氣體向上遷移，但強震孕育周期長，對破碎帶的影響有限，斷層核部相對閉鎖，Hg、Rn逸出通道受阻，導致地表氣體濃度強度較低。斷裂帶東段為低熱流區域，內部能量穩定，地震受熱流的影響較小，應力積累周期短，但長期以來小震活躍，導致地下破碎程度較高，氣體逸出通道暢通，所以Hg、Rn濃度強度較高。

此外，地震震中與臨潭—宕昌斷裂帶大地熱流分布有著密切的聯系。高熱流區域與熱流發生梯度變化的區域發生強震的風險較高，而強震的發生會導致較強的應力釋放，強震之后會有長期的應力積累時間，并且會略微降低小震發生頻次。與小震活躍區域相比，該區域對地下破碎帶的影響相對較小，地下氣體向上傳遞能力較弱，氣體濃度強度較低。長期小震活躍的斷裂帶區域地下裂隙發育程度高，地下氣體逸出通道穩定，并且更容易長期積累氣體，導致土壤氣濃度略高。

4.3 臨潭—宕昌斷裂帶地球化學特性與地震活動性的關系

土壤中孔隙分布面積廣，地下氣體在壓力、溫度、濃度差異的驅動下攜帶地球深部的相關信息，穿過薄弱的破碎帶，在土壤中擴散、對流，最終釋放至大氣中。在某種程度上，土壤氣濃度強度反映了斷裂帶的構造活動性質^［47］，而斷裂帶的滑動速率反映了斷層應變的積累速率，代表了斷裂長期平均活動水平^［48］。不均勻的滑動速率分布會改變斷裂的走向，影響斷層的形變，而具有一定傾斜角度的斷層有利于能量的積累，易引發不同強度的地震。結合土壤氣濃度強度分布特征與斷層滑動速率進行分析，有助于了解不同斷裂帶區域的地震危險性^［49-50］。前人的研究主要以滑動速率對斷裂造成的構造形變作為了解地震特征的主要依據，現對比大地熱流的分段特征后發現，將斷裂的形變特征與大地熱流數據結合可以更有效地判斷地震的活動特性，分析不同區域的土壤氣地球化學特征。

結合1970—2023年臨潭—宕昌斷裂帶地震活動分段時序圖（圖7）與地震分段分布表（表2）來看，該斷裂帶53年間發生過2.0級以上地震376次。其中，西段發生地震171次，包括5.0～7.0級地震7次，4.0～4.9級地震4次，3.0～3.9級地震35次，2.0～2.9級地震125次;東段發生地震205次，包括4.0～4.9級地震9次，3.0～3.9級地震30次，2.0～2.9級地震166次。總體上地震活動以中小型為主，5.0級以上地震較少。根據震源深度分布（圖8）來看，斷裂西段震源深度主要集中在-10～-5 km，小震多為強震的余震，多數發生在-10 km以上;斷裂東段震源在-30～-5 km均有分布，M_S4.0～4.9地震主要發生于-20～-10 km深度，無M_S≥5.0地震發生，由此也可以看出斷裂帶具有明顯的分段特性。結合斷裂帶在岷縣西北方向存在多條次級斷裂，在岷縣東南方向以主斷裂為主，推測斷裂帶的應力分布在岷縣區域發生改變。其中，岷縣以西的斷裂段強震頻發，7次M_S≥5.0地震主要發生在西段，同年發生過多次M_S＜5.0的余震，其余時間段內小震活動較少。如圖6所示，多次強震震源位置相近，均發生在大地熱流的橫向梯度帶，此區域斷裂形變強度較大。岷縣以東的斷裂段53年間未發生過M_S≥5.0地震，但小震活動比西段頻繁，地震發生區域更廣泛，此段大地熱流值較低，斷裂形變強度較小。

將震源位置（圖8）與測線土壤氣濃度強度（圖5）進行對比可以看出，斷裂帶東段M_S2.0～4.9地震頻繁發生，應力積累周期短，地下斷層未完全閉合，地下流體傳輸間隙繁多。在斷層活動和地下流體的相互作用下發育多條裂隙，再加上地震發育的成型裂隙通道，加強了裂隙發育程度，導致流體活動性增強。斷層處Hg與Rn經過長期的逸散后濃度較高，結合小震發生頻次、滑動速率走向與大地熱流值，推測東段斷層活動穩定，當前產生的應變速率低，容易將應力快速釋放，形成多次中小地震。強震主要發生在斷裂帶西段，包括2013年岷縣—漳縣M_S6.6地震和2019年夏河M_S5.7地震，且在主震后發生了多起余震。斷裂帶西段通過強震將能量釋放后，地下斷層處于應力重新積累狀態，小震活動的頻率降低，地下流體活動強度相對較低，土壤氣濃度強度趨于穩定。Hg、Rn受自身特性影響，向上逸出速率小，無法長時間積累，濃度強度相對較低。但西段位于高熱流值區域，地下熱能較高，又具有左旋走滑的運動分量，應力累積速率快，未來仍有發生強震的風險。李晨樺等^［51］對西秦嶺北緣斷裂帶土壤氣進行監測分析也發現：研究區中段是張性盆地區，小震頻繁，斷層的形變強度更大，表現出較高的土壤氣濃度強度;東、西兩段小震活動較弱，相對應的斷層土壤氣濃度強度也較低。這種分布特征與地下氣體活動性和斷層形變特征密切相關，說明小震活動對土壤氣濃度的分布具有一定的影響。

綜上所述，臨潭—宕昌斷裂帶斷層深部的流體活動、大地熱流的分布特征，以及斷層滑動速率特征均與地震活動有緊密聯系。高熱流分布區域與左旋走滑的形變特征有利于強震的孕育，表現為強震多數發生于斷裂帶西段，之后強震所釋放的能量需長時間的積累，對地下裂隙的形變影響不穩定，深部氣體上升受阻，表現出土壤氣濃度強度略低。斷裂帶東段一直處于較活躍狀態，熱流范圍較低，無法為強震孕育提供合適的環境，導致應力釋放周期短，小震活動頻繁。由于長期斷層滑動對裂隙通道的影響，此段深部氣體遷移通道穩定，表現出土壤氣濃度強度略高。此外，強震的孕育受到更復雜的空間分布影響，近年來發生強震區域的氣體濃度可能產生異常，還需要對臨潭—宕昌斷裂帶進行持續的觀察與研究。

5 結論

本文選取臨潭—宕昌斷裂帶西段4條測線、東段5條測線進行土壤氣Hg、Rn濃度的監測，并結合前人的研究資料與野外測量結果，對該斷裂帶的土壤氣地球化學特征與空間分布特性進行分析，得出以下結論：

（1） 臨潭—宕昌斷裂帶在岷縣西北方向存在多條次級斷裂，在岷縣東南方向以主斷裂為主，結合大地熱流分布特征可以將斷裂帶以岷縣為界分為東、西兩段，兩段的應力積累環境不同，地震活動也不同。其中，西段多發生中強震，但地震間隔時間長，斷裂逐漸閉合，影響土壤氣逸出，表現為西段多條測線Hg、Rn濃度略低;東段一直具有較強的活動性，小震活躍，長期的斷層滑動增強斷裂破裂程度，為土壤氣逸出提供穩定的通道，表現為東段Hg、Rn濃度相對于西段略高。

（2） 臨潭—宕昌斷裂帶西段位于高地熱區域，而高熱流區域與熱流存在梯度變化的區域發生強震的風險較大，1970—2023年間M_S≥5.0地震均發生在此區域，但小震發生頻次較低，多處測線的Hg、Rn濃度強度略低。斷裂帶東段熱流偏低且穩定，長年未發生過強震，但小震活動頻繁，此區域多處測線Hg、Rn濃度強度略高。

（3） 通過對臨潭—宕昌斷裂帶斷裂活動構造、斷層滑動速率與歷史地震等方面的綜合分析，發現該斷裂帶土壤氣濃度強度、大地熱流分布區域與斷層滑動速率分布特征有較高的耦合性。具有較高大地熱流分布的活動構造區域更容易將應力長時間積累，形成強震。小震長期活動頻繁的區域地下裂隙穩定，有利于地下流體活動。這為研究區深部地下流體活動提供了新證據，對追蹤未來可能發生地震的斷層和活動段具有重要意義。

致謝：中國地震局蘭州地震研究所張波副研究員在本論文工作測線布設方面給予了幫助，在此表示感謝！

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（本文編輯：趙乘程）