引言

海南岛火山活动频繁、地热温泉发育广泛,可以获取深部物质活动的丰富信息。同时地下流体化学对于断层运动的反映也比较灵敏(刘耀伟,2004),地球化学探测尤其是土壤氡气测量在以往活断层调查中被大量使用。广东省在断层气测量方面取得了很多成果(魏柏林等,2000),证明了断层气测量对东南沿海地区断层调查具有一定的有效性。广东省重点科研项目“粤桂琼交界地区近期地震危险性研究”在琼北一些地区开展了断层气(土气氡)的测量(任明甫,2000),对断裂活动性给出了有参考意义的调查结果。

在“我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价”项目“海南铺前-清澜断裂地质调查与活动性鉴定”分项目中,开展了442个观测点、剖面总长度5550m的土壤氡气测量工作,所使用的测量仪器是德国ALPHA Guard P2000F型脉冲电离室法测氡仪,而土壤取气装置仍使用中国核工业总公司上海电子仪器厂生产的FD-3017 RaA智能化测氡仪的取气筒,测量点距一般为20m或10m。为检验仪器观测、测量装置、布设参数、异常提取等有效性,在“十五”“海口市活断层探测与地震危险性评价”项目中确定并探槽揭露的马袅—铺前全新世地震活断层上,开展了一条土壤氡气剖面的试验测量,本文就此次试验测量的结果和经验予以介绍。

1 剖面布设

在海口市海榆中线“海口市活断层探测与地震危险性评价”项目中,在儒益探槽附近布设了土壤氡气测量剖面。马袅-铺前断层的走向为近东西方向、倾向北,儒益探槽的方向为北北东,探槽长45m、宽7m、最大深度9.8m,探槽范围揭露并有效地控制了马袅-铺前断层。土壤氡气测量剖面与探槽长度方向近乎平行(图1),沿探槽西侧的小路布设,起点在探槽南端的南面约50m,测量点距为10m(异常点附近加密为5m),测量长度根据观测结果而定,实际为170m,取得了21个测量点的观测数据。

图 1 测氡剖面、儒益探槽和马袅-铺前断层位置 Fig. 1Location of Maniao-Puqian fault and survey line

根据探槽和其附近的钻孔揭露,最下部的标志层是灰黑色粘土亚粘土,该层未见底,最大厚度为31m;第二层标志层是中部的2—3层杂色、杏黄色为主的杂色粘土与砂层互层,其中粘土又可大体分为3层,下面2层厚度较薄,厚度1.5—9.0m不等,上部的粘土层厚度较大,达到19m;第三层标志层为近地表的紫红色亚粘土,厚度5—9m不等。上述3层标志层均出现断错,层位越浅断距越小,在探槽34m的范围内,出露6个断面,这些断面断错了探槽下部的粘土和中部的砂砾石层,并影响了探槽上部棕红色粘土底部地层,砂砾石层顶面总体向南降落,垂直落差达到2.6m,该砾石层底界的最小落差达到4.0m,上断点埋深为3.4m(图2)。儒益探槽清楚地揭示了马袅-铺前断层为一全新世活动断层,断层性质为正断层兼右旋走滑,断层上盘(北面)呈下降运动,样品年代测试表明该断层的全新世活动与1605年海口琼山7½地震有关1。

1. 耕植土;2. 亚粘土;3. 砂砾;4. 粘土;5. 断层;6. 层号

图 2 儒益探槽西壁剖面 Fig. 2Cross-section of the west wall of Ruyi exploratory trench
2 测量过程与数据处理

使用德国脉冲电离室法泵吸式测氡仪测量土壤氡气含量(图3),仪器测定的是绝对值,观测参数选择每分钟给出一个数值,吸气流量为每分钟0.5升,一个测量点一般观测5—8分钟,即产生5—8个数据(单位:Bq/m3),同时仪器可记录并显示方差、温度、湿度、气压。在每分钟氡含量数据读取过程中,前1、2个数据是不可靠的,当后续数值不再升高,即数据升高后开始回落或者增幅在方差(±3000Bq/m3)范围内时,就可停测。由于测量中土壤取气装置没有使用德国原装置,而使用的是中国核工业总公司上海电子仪器厂生产的FD-3017 RaA智能化测氡仪的取气筒,取气筒内会有滞残留氡,因此每完成一个点的观测后,需要依靠泵吸最大流量(每分钟1升)的空气,使仪器读数降至方差范围时,才开始下一个观测点的测量,清除滞残留氡的过程一般需要几分钟,测值越高,抽空气清除滞残留氡的时间就越长。

图 3 土壤氡气测量装置 Fig. 3Setup of the measuring devices in the field

测量土壤氡气标准取气装置的长度为1.0—1.2m,由于FD-3017 RaA智能化测氡仪取气筒的长度约为50cm,打洞的钢钎长度也只有60cm,因此,根据国外统计经验,测量所测得的土壤氡气含量只大约相当于土壤实际含量的一半。因测量和试验的目的是断层调查,主要需要了解测线剖面上土壤氡气含量的相对变化,所以取气筒长度不够的问题将影响到数据的稳定性,但对测线剖面上数据的变化趋势影响不大。

由于在每个测量点上一般观测5—8分钟,即产生5—8个数据,因此按照以下原则确定每个观测点的土壤氡气含量:若最后1个数据最大,则取该数据值,否则取最大和次大2个数据的平均值,再将数据单位换算成Bq/L(每升贝克),四舍五入保留整数数值。

3 测量结果

探槽南端的纬度坐标为北纬19.97030°,从跨马袅-铺前断层土壤氡气剖面试验性测量结果看(表1),测点由南向北接近探槽和断层时,土壤氡气含量明显增高,离开探槽和断层时测值明显降低,并逐渐恢复到正常背景状态。

表1 土壤氡气剖面试验性测量结果 Table 1 Measuring record from the field survey

由于现场观测到5号点异常很高,因此在其前后进行了补充加密点测量,从全部试验测量数据上看,距离南起点45m处的土壤氡气含量最高,表明与断层对应的情况较好(图4)。

图 4 土壤氡气剖面试验性测量结果曲线 Fig. 4Curve showing variation of measured soil Rn from the field survey
4 讨论与结论

以往土壤氡气测量仪器都采用静电采集法,仪器稳定性不高,数据重复性差,特别是容易受湿度干扰。而本次测量采用的德国脉冲电离室法测氡仪,仪器稳定性高,野外数据采集具有可重复性,仪器对湿度变化不敏感。

测量过程需要依靠泵不断地从地下抽气,在实地测量中发现,当遇到致密粘土层或淤泥层时,取气困难,抽气连续性差,使得数据观测与采集值很低。因此在选取测量剖面时,要调查并考虑到土质、土壤环境和条件,尽可能保持一致性和正常取气。

从本次试验测量并结合海南铺前-清澜断裂地质调查与活动性鉴定分项目土壤氡气测量结果上看,本区域土壤氡气含量背景值为10—20Bq/L左右(考虑取气筒长度影响,实际值应加倍),观测中出现大于35000Bq/m3数值时可视为高异常点,应在测点前后附近进行加密测量。而从本次土壤氡气试验测量结果上看,剖面布设中观测点距为20m或10m是可行的,不会错过断层附近的土壤氡气含量高异常区,而有些测量采取50m或更大的点距,则可能错过断层高异常区。

本次试验测量使用了新的测氡仪,在已知断层上开展了试验性土壤氡气测量,其观测结果与地表断层位置吻合较好,但工作经验还需要不断积累。野外断层调查土壤氡气观测表明,测量点越多,找出的异常点也可能越多,如何进行综合分析判断,既需要经验,也存在客观条件要好,还需要不断摸索、提高认识。

参考文献
[1]刘耀伟,2004.地震流体最新科学进展与发展方向. 国际地震动态,(10):315、62[本文引用:1次]
[2]任明甫,2000.利用断层气(土气氡)探测琼北地区的断裂活动性. 华南地震,20(1):67—70[本文引用:1次]
[3]魏柏林,陈仁法等,2000.广东省地震构造概论. 北京:地震出版社,77—116[本文引用:1次]