新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析

测量断裂带土壤气浓度变化, 是监测断裂活动性和地震危险性的重要途径之一。 2014年5月, 我们在怀来地区新保安-沙城断裂测量了断层土壤气H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度以及CO₂、 Rn、 Hg的通量。 测量结果显示: H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度变化范围分别为, H₂: (0.4～34.2)×10^-6、 He: (2.8～7)×10^-6、 CO₂: (0.051～1.19)%、 Rn: (0.31～18.22) kBq/m³、 Hg: (2～54) ng/m³。 土壤气H₂和Rn是揭示断层位置的有效参数之一, 在断层附近以及有陡坎的地区有明显高值异常。 通过对怀来地区新保安-沙城断裂土壤气浓度及通量地球化学研究初步确定断裂带有较高的脱气强度, 与此区域地震活动性有一定的关系。     

首都圈地区土壤气Rn， Hg， CO2地球化学特征及其成因

对首都圈地区跨18条活动断裂的35条剖面进行了土壤气浓度和通量测量, 结果显示: 各测量剖面土壤气Rn, Hg和CO₂的浓度平均值分别为3.2—45.0 kBq/m3, 3.9—24.9 ng/m3和0.154%—2.175%; 其通量平均值分别为3.8—152.1 mBq/(m2·s), 0.1-42.6 ng/(m2·h)和8.5—89.4 g/(m2·d)． 研究区土壤气Rn, Hg和CO₂的浓度和通量均呈东高西低的变化趋势, 与首都圈地区由西至东应力水平增高、 地壳厚度逐渐减薄、 沉积层厚度增大、 地震活动逐渐增强等趋势相对应, 这表明首都圈地区土壤气的区域地球化学特征主要受控于上地壳物质结构、 深部气体补给和地震活动, 同时也受到自然环境及土壤类型的影响．      

北京黄庄—高丽营断裂土壤气体地球化学特征及其对地震活动的指示

通过对2017年5月土壤气CO₂,Rn和Hg的野外流动测量以及2020年9月1日至2021年6月30日期间土壤气监测站Rn的连续监测,利用残差法和地震指数K_S方法对黄庄—高丽营断裂南北段的活动差异和区域地震活动进行了分析。结果表明,与首都圈地区其它断裂相比,黄庄—高丽营断裂是首都圈地区活动性相对较强的活动断裂,断裂北段的土壤气体浓度和通量较南段更高,且北段上盘的CO₂和Rn浓度明显高于下盘,指示断裂北段具有更强的活动性。对土壤气连续监测站数据进行分析,结果显示监测站的Rn浓度与气温、土壤温度和气压之间无明显相关性。2021年3月25日北京顺义M_L3.0地震前6天,监测站记录到Rn浓度出现异常升高,增加了一倍,且震后异常持续了一个月。顺义M_L3.0地震前后Rn浓度的异常变化表明监测站的土壤气Rn浓度对K_S>0.1的地震有很好的响应。     

郯庐断裂带江苏段土壤气体地球化学特征研究

为讨论郯庐断裂带江苏段土壤气体CO_2、Rn以及Hg的地球化学特征,在重岗、晓店、桥北和何庄4个地点跨断层测量了土壤气中CO_2、Rn以及Hg的浓度。测量结果表明:郯庐断裂带江苏段上土壤气CO_2、Rn和Hg的浓度异常衬度分别为2.74~3.75,2.05~5.73和1.84~3.96。土壤气中CO_2、Rn和Hg的浓度异常主要集中分布在断裂带内及附近,且与活动断裂带地震活动性有很好的一致性。     

郯庐断裂带新沂——泗洪段土壤气Rn体积活度和CO_2浓度特征研究

郯庐断裂带江苏段地区4个剖面进行了土壤气Rn体积活度和CO_2浓度测量结果显示,自北向南土壤气Rn体积活度均值分别为22.9kBq/m^3、35.5kBq/m^3、40.2kBq/m^3、26.6kBq/m^3;自北向南土壤气CO_2浓度均值分别为0.669%、0.400%、0.503%、1.109%。土壤气Rn体积活度和CO_2的浓度在空间分布上具有较好的一致性,这可能与CO_2是Rn的载气有关。综合分析土壤气Rn和CO_2测量结果以及水准资料可得,2017年土壤气Rn高值出现在晓店段可能与区域应力应变调整有关。本研究不仅为研究区以后的土壤气研究提供了参考,同时也可为研究区的构造活动研究提供地球化学资料参考。     

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.     

综合运用地球物理和土壤气剖面识别活动断层:以西班牙东北部比利牛斯山脉的阿梅尔(Amer)断层为例(Ⅰ)

地球物理和土壤气组成探查相结合的方法可以快速低成本地获得有关地震活动情况的信息。本研究中,对西班牙的比利牛斯山脉(Pyrenees)的阿梅尔(Amer)镇附近明显存在新断裂的两个区域进行了地球化学土壤气采样(~(222)Rn,220 Rn和CO_2)、电阻率层析成像和地震折射数据分析。数据分析清楚地揭示了沿电成像剖面每个特定位置的气体异常值。地貌与水文地质资料、综合地球物理数据和土壤气测量结果表明:1在高渗透率的主断裂区域,变质沉积基底岩会释放出内生气体氡(~(222)Rn)和二氧化碳(CO_2),而下新生代碎屑沉积地层则表现为一个不透水的边界;2氡浓度最高(52kBq/m~3)的区域对应于Amer断层内近期在地貌上有较多活动证据的地区,更准确地说,是被较薄地表物质覆盖的地区;3最低的~(222)Rn值(0.2~0.4kBq/m~3)只在主要活动断层面记录到。这可以用高土壤CO_2射流(每日267g/m~2)的稀释作用来解释;4高地表破裂区域的土壤钍射气(~(220)Rn)活动性最大(143kBq/m~3);5地下水开采可能引起重要的自然流体动力和测量的气体浓度畸变。不同数据结果(地球化学、地球物理和水文地质)与实地观测结果(地质和地貌)的一致性为我们提供了一个初步的研究区构造-重力模型。     

唐山地区土壤气Rn通量及其与地震活动的关系

使用2021年唐山地区196个测点的土壤气Rn通量数据,结合2010年测量得到的土壤气浓度数据,研究了唐山地区土壤气体Rn通量的地球化学特征及其控制因素。结果表明：（1）土壤气Rn通量范围为0.01～409.31 mBq/（m²·s）,平均值为40.58 mBq/（m²·s）,高值分布在断裂带或断裂带交汇位置;（2）唐山地区土壤气Rn浓度与通量高值空间分布有较好的一致性,在研究区北部,较低的b值与土壤气Rn通量的高值空间对应关系较好;（3） Rn通量测量受环境（地温、气温与海拔）影响较小,并与近期小震活动相关不明显;（4）土壤气Rn通量和浓度与b值的空间分布特征一致,Rn高通量与高浓度对应低b值,表明土壤气Rn脱气强度可能与活动断裂带的高渗透性以及高应力有关。     

对东日本大地震序列潜热通量异常现象的讨论

用美国国家环境预报中心的表面潜热通量数据,对2011年东日本大地震序列前后所出现的潜热通量异常展开讨论,结合主震震中周边区域在1991~2011年的中强地震序列数据,分析了潜热通量异常与地震之间的关系。结果表明:(1)东日本大地震前的潜热通量剧烈变化不一定是异常,且不一定由此次地震活动引起;(2)该研究区域内20年间出现过多次有疑似"热异常"却无明显震例与之相对应的情况;(3)该研究区域内20年间有超过60%的中强地震震前并无"热异常"出现;(4)在研究潜热通量变化是否属于异常时,应尽量多地考虑各个方面的影响因素,科学合理地设定判断参数;(5)在研究潜热通量异常与地震的关系时,应对特定区域作长时间序列分析,而不是单纯针对短期内的个别震例进行判别。     

海原断裂带东南段土壤气体地球化学特征

在海原断裂带东南段4个地点跨断层测量了土壤气中He、H2、N2、O2、CH4、C2 H6、Rn和Hg 的浓度及He、H2、CH4、Rn和Hg的通量.测量结果表明,N2/O2、Hg和Rn的背景值分别是4.2、50.4ng/m3和5.8k Bq/m3;土壤气中He和CH4在海原断裂带东南段端部有强烈异常,并且脱气强烈,通量...     

汤东活动断裂带气体地球化学特征

本文采用野外多期跨断层流动观测测定了汤东活动断裂带H₂,Rn和CO₂的分布特征,以此分析了该断裂带的气体地球化学特征及其活动背景,从而揭示了气体地球化学特征与构造之间的联系。分析结果显示:不同测量期次的H₂,Rn和CO₂浓度存在显著差异,其中张河村测线的各期次测量结果中6月份各组分气体浓度均显著高于其它期次,而邢李庄测线的测量结果中1月份各组分气体浓度均显著高于其它期次;各测量期次的各气体组分分布曲线特征相似,高值异常点的重现性较好。张河村测线多期测量的H₂和Rn浓度背景值分别为（8.93±3.92）×10?6和（17.38±4.28） kBq/m3,在测线西部距汤东主断裂135 m和230 m处H₂与Rn同步出现高值异常;邢李庄测线H₂和Rn的背景值分别为（41.20±16.64）×10?6和（29.00±8.28） kBq/m3,H₂与Rn在测线西部距汤东主断裂60 m处同步出现异常。两测线的气体浓度高值异常部位与地球物理、跨断层联合钻孔详勘结果之间存在较好的对应关系,由此可推断观测气体浓度能够敏感地指示断裂带位置,而且H₂和Rn浓度是汤东断裂带气体地球化学观测的关键指标。      

唐山断裂带南西段和北东段土壤气Rn和CO2浓度特征

本文通过测量唐山断裂带南西段王兰庄和北东段巍峰山的土壤气Rn和CO₂浓度, 探讨了Rn和CO₂浓度的空间分布特征及其与断裂活动的关系。 测量结果显示, 王兰庄剖面和巍峰山剖面土壤气Rn浓度范围分别为691~57 671 Bq/m³和471~32 739 Bq/m³, CO₂浓度范围分别为0.17%~7.21%和0.08%~1.71%。 两个剖面Rn和CO₂浓度均高于区域背景值, 这与唐山断裂带断层的开放状态有关。 Rn和CO₂释放强度(K_Q)在王兰庄剖面分别为2.90和4.04, 在巍峰山剖面释放强度分别为0.90和0.99。 王兰庄剖面测线中部土壤气浓度明显高于两端, 而巍峰山剖面测线中部与两端浓度平均值相近, 这种浓度空间分布特征的差异主要是断层破碎程度不同所致。 巍峰山剖面土壤气Rn浓度水平较高, 地球物理学研究发现此区域应力值高, 断层活动性较强, 表明土壤气Rn浓度与断层活动性有着密切的关系。     

河南新郑—太康断裂东段土壤气体地球化学特征

土壤气浓度测量能够揭示断裂位置和活动特征。 由于河南新郑—太康断裂北西向隐伏断裂带空间定位精度有待提高, 以及2016年5月该区出现地下逸出气异常的宏观现象, 在太康县西近垂直于断裂走向布设了一条长约13 km的NE—NNE走向的地球化学观测剖面, 用于分析隐伏断层浅层位置及其与地下逸出气宏观异常的关系。 观测结果表明: 该剖面的异常段与该区浅层地震勘探显示的断裂带地表出露位置相吻合, 其中Rn体积活度和H₂、 CO₂浓度异常揭示出南段有4条断层, 北段有2条断层, 且均具有高角度特征, 南段的CO₂浓度异常区与地下逸出气宏观异常位置相符, 但代表构造特征的Rn体积活度和H₂浓度没有出现异常, 认为与构造关系不密切。     

GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF TECTONIC GAS IN HUTUBI UNDERGROUND GAS STORAGE

The migrating and enriching of fault gas during dynamic load-unload process are important indexes to evaluate the stress state and tectonic activity of underground medium. The Hutubi underground gas storage provides a natural experiment site for the analysis of the relationship between the gas geochemistry and the stress-strain status. In this paper, the soil gas concentrations of Rn, CO₂, Hg and H₂ during the gas injection in the Hutubi underground gas storage were analyzed. The results show that the soil gas contents and changing trend are close to the background value in the non-reservoir area and fault zone, which may reveal the weak activity of the fault. Significantly higher concentrations of soil gas H₂ and Hg are observed in the gas storage area, where H₂ maximum reaches 5.551×10^-4 and Hg maximum reaches 53ng/m³. Moreover, the abnormal soil gas H₂ and Hg measurement locations are more consistent. The variation trends of soil gas Hg, H₂, Rn, and CO₂may be related to the different gas generation and response mechanisms. The concentrations of soil gas H₂ and Hg are sensitive to the variation of pressure and the development of cracks in the underground gas storage, and they can reveal gas injection's effect on fault activity. This study provides a new basis for analyzing the influence of gas injection and withdrawal in Hutubi underground gas storage on fault activity.     

地震折射和反射方法研究郯庐断裂带宿迁段的浅部构造特征

郯庐断裂带是中国东部最大的一个活动构造带,其内部结构非常复杂,不同区段表现出不同特征的构造样式.本文采用浅层地震反射波成像技术对郯庐断裂带宿迁段的近地表结构进行了高分辨率成像,利用该区已有的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法获得了郯庐断裂带的浅层P波速度结构.结果表明,郯庐断裂带宿迁段是一个由多条断裂以及凹陷和隆起构成的复杂构造带,且新生代地层厚度和地震波速分布明显受到断裂的影响与控制.郯庐断裂带的东、西两侧为基底隆起区,近地表速度结构呈现为明显的高速特征,新生代地层厚度小于200m.郯庐断裂带总体显示为低速凹陷结构,新生代地层厚度在300～600m之间变化,最厚处位于宿迁市的陵城镇附近.郯庐断裂带宿迁段主要由5条断裂构成,从这些断裂的上断点埋深和第四纪活动特征来看,郯庐断裂带的东边界断裂F_1和西边界断裂F_4的活动性相对较弱,为第四纪早期活动断裂.断裂F_2和F_3控制了郯庐断裂带内部的新生代凹陷,两者的活动时代分别为中更新世和晚更新世.安丘—莒县断裂F_5位于断裂F_1和F_2之间,由2条相向而倾的分支断层F_5和F_(5-1)构成,其活动时代分别为全新世和晚更新世.研究结果为进一步认识郯庐断裂带宿迁段的近地表特征及其活动性提供了新证据.     

怀安盆地北缘断裂东段土壤气体地球化学特征

活动断裂带的土壤气体地球化学测量在活动断裂危险性评价方面起着重要作用。 本文讨论了怀安盆地北缘断裂东段的土壤气体地球化学特征及其构造意义。 我们于2012年7月和2013年6月在怀安盆地北缘断裂东段的羊窖沟以及张家窑两地现场测量了土壤气体组分的浓度和通量。 测量结果表明: ① 断裂带土壤气H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度空间分布曲线呈现双峰模式, 且断裂下盘土壤气的Rn、 CO₂和Hg浓度较上盘的高; H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度平均值分别是4.61 ppm、 4.81 k Bqm^-3、 0.38%和9 ngm^-3; 土壤气Rn和CO₂的通量平均值分别是6718 Bqm^-2d^-1和49.83 gm^-2d^-1; ② 土壤气Rn和CO₂在两个测区脱气强烈, 羊窖沟地区土壤气CO₂、 Rn和Hg浓度平均值以及土壤气Rn和CO₂通量值较张家窑地区高。 这些结果可能是两个测区断裂活动性差异引起的。     

吉兰泰断陷盆地周缘断裂带气体释放及其对断层活动性的指示意义

为了研究吉兰泰断陷盆地周缘断裂带气体排放及其对断层活动性的指示意义,在盆地周缘4条活动断裂上布设了5条土壤气测量剖面和1条电磁测量剖面,观测了土壤气中Rn,Hg和CO₂的浓度、释放通量和地电阻率,对各测量剖面进行了土壤化学组分分析,计算得到了断层活动性相对指数K_Q。研究结果显示:土壤气体CO₂和Rn受渗透性较低的粉砂土阻挡,主要沿结构破碎的断层上盘逃逸,并形成浓度高峰;吉兰泰盆地南缘土壤气Rn,Hg和CO₂的浓度和释放通量最高,可能与盆地西南缘花岗岩中U和Ra的运移以及盆地南缘碳酸盐岩的分解有一定的关系。各测量剖面的断层活动性相对指数K_Q值的变化特征表明,正断层和逆断层的K_Q值大于走滑断层,且巴彦乌拉山山前断裂上的K_Q值最高,揭示其活动性最强,有可能是地震发生的潜在危险区。