文 龍，梁 斌，王全偉，朱 兵，付小方，應(yīng)立朝，王 鑫，徐永勝

（1 西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010；2 四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

1 引言

隱伏斷層是指在地表無(wú)出露，潛伏于地表以下的斷層[1]。由于隱伏活動(dòng)斷裂的突發(fā)錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生大地震和地表錯(cuò)位，形成巨大災(zāi)害，并可能使作為當(dāng)代政治、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中心的城市毀于一旦，因而城市區(qū)隱伏斷層的空間位置、活動(dòng)性及發(fā)震性受到人們的高度關(guān)注[2-6]。成都平原位于四川盆地西部，西鄰青藏高原東緣的龍門(mén)山造山帶，是四川省最重要的工農(nóng)業(yè)基地，同時(shí)是西南地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)文化中心，成都平原在汶川“5.12”地震中受到重大波及，是有歷史記載以來(lái)破壞性最為嚴(yán)重的一次地震[7]。成都平原隱伏斷層的空間分布及其地震活動(dòng)性一直是人們關(guān)注的重要地質(zhì)問(wèn)題，前人根據(jù)對(duì)成都平原地質(zhì)、物探、鉆探、遙感解譯等，推測(cè)成都平原存在十?dāng)?shù)條隱伏斷層，其中以北東向隱伏斷層為主，控制了成都平原的基本構(gòu)造格架。因此，對(duì)這些隱伏斷層的空間規(guī)模及其活動(dòng)性研究，對(duì)于成都市經(jīng)濟(jì)建設(shè)、安全評(píng)價(jià)具有重要的意義。

近年來(lái)，由于氡氣測(cè)試方法在研究隱伏斷裂方面具有快速、可靠、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)已得到國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界的重視。本文在綜合分析前人資料的基礎(chǔ)上，對(duì)成都平原8條具有代表性的隱伏斷層進(jìn)行氡氣測(cè)量，以進(jìn)一步確定隱伏斷層的空間位置，研究其氡氣特征和相對(duì)活動(dòng)性強(qiáng)弱，并探討成都平原隱伏發(fā)震斷層氡氣特征。

2 研究區(qū)概況及研究方法

2.1 研究區(qū)概況

圖1 成都平原隱伏斷層氡氣測(cè)線剖面圖

成都平原位于四川盆地與青藏高原東南緣接合部位，東至龍泉山西麓，西緣龍門(mén)山前山之邊，為軸向呈NE30～40 展布盆地，面積達(dá)8 400km2。構(gòu)造位置處于四川盆地西北緣，夾持于龍門(mén)山造山帶與四川盆地中的龍泉山褶斷隆起帶之間。成都平原晚新生代，主要是第四紀(jì)以來(lái)伴隨著青藏高原東南緣龍門(mén)山脈大幅度抬升，盆地邊緣急劇下降，形成了一套厚度較大（最大厚達(dá)541m）、成因類(lèi)型多樣的第四系堆積物。成都平原構(gòu)造復(fù)雜，存在十?dāng)?shù)條斷裂，形成了如西部邊緣構(gòu)造中的竹瓦鋪、聚源斷層，中部凹陷的懷遠(yuǎn)斷層以及東部邊緣構(gòu)造的新津—成都—德陽(yáng)斷裂帶、金堂-德陽(yáng)斷裂帶，這些隱伏斷裂在第四紀(jì)表現(xiàn)出不同強(qiáng)度的活動(dòng)，控制了成都平原的構(gòu)造格架和第四系沉積物的厚度。

2.2 研究方法

本次研究采用美國(guó)產(chǎn)DURRIDGE RAD-7型氡氣分析測(cè)試儀器對(duì)成都平原隱伏斷層進(jìn)行土壤氡氣濃度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。在氡氣測(cè)量過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)間距一般布置為30～50m，在出現(xiàn)異常地段加密至10m 左右，在斷裂構(gòu)造不發(fā)育或氡氣濃度較低的部位，測(cè)距可適當(dāng)增大。在地形圖上確定剖面起點(diǎn)及測(cè)線的總體方位。野外用羅盤(pán)并配合GPS，保持測(cè)線總體方位不變。每一個(gè)測(cè)點(diǎn)用GPS 確定點(diǎn)位、點(diǎn)距。在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)上，先將儀器抽取空氣凈化4分鐘，然后將探桿插入土層中60～70cm，測(cè)量過(guò)程設(shè)定為3 次循環(huán)過(guò)程，每個(gè)循環(huán)4分鐘，共獲得3個(gè)數(shù)據(jù)。按照儀器使用要求，取第3 次數(shù)據(jù)為該點(diǎn)土壤氡氣濃度數(shù)據(jù)，單位為Bq/m3。

計(jì)算背景值時(shí)其能否恰當(dāng)?shù)卮_定，直接影響對(duì)氡氣特征曲線異常形態(tài)與規(guī)模的判定，并直接影響對(duì)隱伏斷層的推斷解釋和分析結(jié)果[8]。由于成都平原隱伏斷層的地質(zhì)背景基本相同，為了消除測(cè)線本身長(zhǎng)短對(duì)異常值的影響，因此，這8 條測(cè)線（圖1）的背景值分別取其全部數(shù)據(jù)的平均值，然后經(jīng)平均值加其2倍均方差反復(fù)剔除異常值和零值后的平均值作為它的背景值。根據(jù)中國(guó)地震局活斷層探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，地球化學(xué)探測(cè)異常下限值應(yīng)為該測(cè)項(xiàng)的均值與2～4 倍均方差之和，超過(guò)此下限被認(rèn)為異常。根據(jù)我們此次的工作情況，我們?nèi)〗?jīng)過(guò)反復(fù)剔除后的均值與其2 倍均方差之和作為其異常下限值。

在對(duì)成都平原隱伏斷層的活動(dòng)性進(jìn)行判斷時(shí)由于國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到用氡氣測(cè)試方法來(lái)研究斷裂活動(dòng)性分級(jí)(活動(dòng)強(qiáng)度級(jí)別)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文通過(guò)氡氣平均峰倍比值、異常平均值與異常下限值的比值大小對(duì)研究區(qū)的8 條隱伏斷層進(jìn)行相對(duì)活動(dòng)性判別。同時(shí)分析了研究區(qū)的其它測(cè)試成果資料后，以中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)地震目錄及南北帶子網(wǎng)-四川臺(tái)網(wǎng)地震數(shù)據(jù)，結(jié)合本次系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)，建立成都平原發(fā)震隱伏斷層氡氣特征。

圖2 竹瓦鋪斷層氡氣測(cè)量剖面圖

圖3 聚源斷層氡氣測(cè)量剖面圖

圖4 懷遠(yuǎn)斷層氡氣測(cè)量剖面圖

圖5 新津斷層氡氣測(cè)量剖面圖

圖6 黃水?dāng)鄬与睔鉁y(cè)量剖面圖

3 成都平原隱伏斷層氡氣特征

對(duì)成都平原所有隱伏斷層氡氣值進(jìn)行處理，求得氡氣背景值為696 Bq/m3，異常下限值為2 089 Bq/m3。

3.1 竹瓦鋪斷層氡氣特征

圖1 中測(cè)線A（都江堰竹瓦鋪剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:378719；Y:3416736，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:381772；Y:3412974，剖面全長(zhǎng)5 000m，測(cè)點(diǎn)130個(gè)。其氡氣特征曲線如圖2，異常寬度4 000m，最高峰峰值濃度為63 300Bq/m3，平均異常峰值濃度為11 367.8Bq/m3，最大峰背比為90.9，異常平均值與背景值比為16.3，異常平均值與異常下限值比為5.4。分析可以看出，竹瓦鋪斷層氡氣特征曲線表現(xiàn)為多峰異常，表明該斷層為規(guī)模較大的斷裂帶，斷裂帶可能有多個(gè)分支斷層。

前人在對(duì)成都平原進(jìn)行水文，石油，鹽鹵地質(zhì)鉆孔勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)，成都平原第四系最大厚度出現(xiàn)在郫縣竹瓦鋪，其厚度達(dá)到541m。李永昭等[9]研究認(rèn)為竹瓦鋪東南面的安德鋪為第四系沉積洼地，可能是受竹瓦鋪斷裂控制。并且在郫縣走石山一帶，該斷裂表現(xiàn)為斷續(xù)延伸的斷層殘山，斷層上盤(pán)直接出露白堊系灌口組基巖，上覆厚約10 m 的黃褐色亞粘土夾礫石層。第四系與下伏白堊系灌口組的不整合面,被該斷裂錯(cuò)斷15～20m。該斷裂向東北可延伸至彭州北面。

3.2 聚源斷層氡氣特征

圖1 中測(cè)線B（聚源剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:373688；Y:3427129，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:375687；Y:3425957，剖面全長(zhǎng)2 929m，測(cè)點(diǎn)59個(gè)。其氡氣特征曲線如圖3，異常寬度2 300m，最高峰峰值濃度為47 200Bq/m3，平均異常峰值濃度為11 614.7 Bq/m3，最大峰背比為67.8，異常平均值與背景值比為16.7，異常平均值與異常下限值比為5.6。通過(guò)分析可以看出，聚源斷層氡氣剖面異常形態(tài)表現(xiàn)為多峰異常，表明該斷層為深大斷裂帶，斷裂帶可能有多個(gè)分支斷層。

根據(jù)何銀武[10]在論成都平原的成生時(shí)代及早期沉積物特征表明，在聚源NW 到灌縣的沉積洼地，其厚度達(dá)到400m 左右，而在聚源SE 卻迅速變薄，筆者結(jié)合該剖面斷層氡氣特征曲線認(rèn)為其可能受該斷裂控制。

圖7 廣漢向陽(yáng)斷層氡氣測(cè)量剖面圖

3.3 懷遠(yuǎn)斷層氡氣特征

圖1 中測(cè)線C（懷遠(yuǎn)剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:378719；Y:3416736，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:381772；Y:3412974，剖面全長(zhǎng)1 333m，測(cè)點(diǎn)31個(gè)。其氡氣特征曲線如圖4，異常寬度1 200m，最高峰峰值濃度為37 000Bq/m3，平均異常峰值濃度為13 873.3 Bq/m3。最大峰背比為53.2，異常平均值與背景值比為19.9，異常平均值與異常下限值比為6.6。通過(guò)分析，該斷層氡氣剖面異常形態(tài)表現(xiàn)為多峰異常，表明該斷層為較大斷裂，斷裂帶可能有多個(gè)分支斷層。

圖8 金堂官倉(cāng)斷層氡氣測(cè)量剖面圖

3.4 新津—成都—德陽(yáng)斷裂帶氡氣特征

該斷裂帶縱貫成都平原中部，穿過(guò)成都市城區(qū)，是成都斷陷區(qū)內(nèi)部的一條主要活動(dòng)性斷裂，該斷裂在成都平原西南有良好的出露，稱(chēng)蒲江一新津斷裂。種種跡象表明，該斷裂帶具有一定的晚第四紀(jì)活動(dòng)性。本文對(duì)該隱伏斷裂選擇了新津，黃水，向陽(yáng)三條剖面進(jìn)行氡氣測(cè)量。

圖1中測(cè)線D（新津剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:387128；Y:3369545，終點(diǎn)坐標(biāo)為X：388408；Y：3367948，該剖面全長(zhǎng)2 375m，測(cè)點(diǎn)62個(gè)。氡氣特征曲線如圖5，異常寬度200m，最高峰峰值濃度為2 590Bq/m3，平均異常峰值濃度為2 530Bq/m3，最大峰背比為3.7，異常平均值與背景值比為3.6，異常平均值與異常下限值比為1.2。通過(guò)分析，新津氡氣剖面表現(xiàn)為很窄的單峰異常，表明新津斷層傾角較陡、覆蓋層不厚。這是因?yàn)樵谠擃?lèi)斷裂帶中，氡氣有較好的天然通道產(chǎn)生對(duì)流擴(kuò)散從而形成較明顯的單峰異常。破碎帶寬度很窄，表明該隱伏斷裂在新津規(guī)模很小。

圖1 中測(cè)線E（黃水剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X：392792；Y:3380817，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:394221；Y:3379363。該剖面全長(zhǎng)2 123m，測(cè)點(diǎn)97個(gè)。氡氣特征曲線如圖6，異常寬度1 900m，最高峰值濃度為36 700Bq/m3，平均異常峰值濃度為7 792.4Bq/m3，最大峰背比為52.7，異常平均值與背景值比為11.2，異常平均值與異常下限值比為3.7。

圖9 德陽(yáng)八角斷層氡氣測(cè)量剖面圖

圖1 中測(cè)線F（廣漢向陽(yáng)剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:424960；Y:3419877，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:423409；Y:3421387,該剖面全長(zhǎng)2 215m，測(cè)點(diǎn)92個(gè)。氡氣特征曲線如圖7，異常寬度900m，該斷層氡氣剖面異常形態(tài)表現(xiàn)為多峰異常，最高峰峰值濃度為6 460Bq/m3，平均異常峰值濃度為3 453.3 Bq/m3，最大峰背比為9.3，異常平均值與背景值比為5.0，異常平均值與異常下限值比為1.7。

通過(guò)對(duì)新津—成都—德陽(yáng)斷裂帶三個(gè)氡氣剖面進(jìn)行分析，其氡氣剖面異常形態(tài)、規(guī)模和活動(dòng)性都表現(xiàn)不同，筆者認(rèn)為該斷裂帶具有分段性。前人對(duì)蒲江-新津-成都-德陽(yáng)斷裂進(jìn)行了大量的研究認(rèn)為[11,12]蒲江一新津斷裂往北延入成都平原后以左階羽列形式經(jīng)雙流、成都、廣漢直達(dá)德陽(yáng)附近。根據(jù)衛(wèi)星影象上羽列間隔的距離，可大致將該隱伏斷裂分為3 段，即新津-雙流段，成都-新都段，廣漢-德陽(yáng)段。通過(guò)氡氣所表現(xiàn)的曲線特征，也進(jìn)一步表明該斷裂帶確實(shí)表現(xiàn)為分段性，并且各段的活動(dòng)性強(qiáng)弱也不同。

3.5 金堂-德陽(yáng)斷裂帶氡氣特征

金堂-德陽(yáng)斷裂位于成都平原的東部邊緣，本文選擇在金堂官倉(cāng)和德陽(yáng)八角兩條剖面進(jìn)行氡氣測(cè)量。

圖1 中G（金堂官倉(cāng)剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:446668；Y:3421837，終點(diǎn)坐標(biāo)為X：441003；Y：3421441，該剖面全長(zhǎng)6 231m，測(cè)點(diǎn)113個(gè)。氡氣特征曲線如圖8，異常寬度1 900m。該斷層氡氣剖面異常形態(tài)表現(xiàn)為多峰異常，最高峰峰值濃度為7 270Bq/m3，平均異常峰值濃度為4 072.9Bq/m3，最大峰背比為10.4，異常平均值與背景值比為5.9，異常平均值與異常下限值比為1.9。

圖1 中測(cè)線H（德陽(yáng)八角剖面）的起點(diǎn)坐標(biāo)為X:444784；Y:3438403，終點(diǎn)坐標(biāo)為X:444033；Y:3438387，該剖面全長(zhǎng)762m，測(cè)點(diǎn)44個(gè)。氡氣特征曲線表現(xiàn)為圖9，異常寬度600，該斷層氡氣剖面異常形態(tài)表現(xiàn)為多峰異常，最高峰峰值濃度為16 800Bq/m3，平均異常峰值濃度為6 546.9Bq/m3，最大峰背比為24.1，異常平均值與背景值比為9.4，異常平均值與異常下限值比為3.1。

4 成都平原隱伏斷層活動(dòng)性判別

表1 成都平原隱伏斷層相對(duì)活動(dòng)性

4.1 相對(duì)活動(dòng)性判別

斷層氡氣濃度受地質(zhì)背景、斷層活動(dòng)性等多種因素影響，用氡氣濃度來(lái)進(jìn)行斷裂活動(dòng)性分級(jí)(活動(dòng)強(qiáng)度級(jí)別)沒(méi)有統(tǒng)一的判別標(biāo)準(zhǔn)，僅有個(gè)別研究者，根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)，提出了少數(shù)僅適應(yīng)于局部地區(qū)性應(yīng)用的相對(duì)活動(dòng)性判別[13,14]。本文對(duì)成都平原8 條具有代表性的隱伏斷層的氡氣值進(jìn)行了分析，以氡氣異常平均值與背景值比值、異常平均值與異常下限值的比值大小來(lái)劃分隱伏斷層的相對(duì)活動(dòng)性強(qiáng)弱（表1）。其活動(dòng)性由強(qiáng)到弱為：懷遠(yuǎn)斷層、聚源斷層、竹瓦鋪斷層、黃水?dāng)鄬印⒌玛?yáng)八角斷層、金堂斷層、向陽(yáng)斷層、新津斷層。表明位于成都平原中西部邊緣的隱伏斷層活動(dòng)性強(qiáng)于東部的隱伏斷層，成都平原隱伏斷層活動(dòng)性受龍門(mén)山構(gòu)造的控制。

4.2 發(fā)震斷層氡氣特征

斷層氡氣異常特征與斷層發(fā)震之間的關(guān)系是研究斷層活動(dòng)性以及應(yīng)用氡氣測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。成都平原部分隱伏斷層在汶川“5.12”地震以后發(fā)生了數(shù)量較多、不同震級(jí)的地震，本文以中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)和南北帶子網(wǎng)—四川臺(tái)網(wǎng)地震數(shù)據(jù)為依據(jù)，統(tǒng)計(jì)從1970年至今竹瓦鋪斷層、聚源斷層、懷遠(yuǎn)斷層三條具有代表性發(fā)震斷層的地震數(shù)據(jù)，結(jié)合氡氣測(cè)量數(shù)據(jù)，以期建立發(fā)震斷層氡氣判別標(biāo)志，為成都平原隱伏斷層地震監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。發(fā)震斷層地震次數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)（表2）。

表2 發(fā)震斷層地震次數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)分析研究，這三條發(fā)震斷層在汶川“5.12”地震之后活動(dòng)性都有所加強(qiáng)。這三條發(fā)震斷層都發(fā)生過(guò)4～4.9 級(jí)地震，并在聚源發(fā)生過(guò)5～5.9 級(jí)地震，而這三條發(fā)震斷層的氡氣異常平均值與背景值比在16.3～19.9，異常平均值與異常下限值比為5.4～6.6。因此，本文結(jié)合這三條發(fā)震斷層的地震數(shù)據(jù)和氡氣特征進(jìn)行對(duì)比研究認(rèn)為當(dāng)成都平原隱伏斷層氡氣異常平均值與背景值比在16.3～19.9，異常平均值與異常下限值比在5.4～6.6 范圍內(nèi)，其具有發(fā)生4.0·6.0 級(jí)中強(qiáng)震的能力；同時(shí)發(fā)生3.0～4.0 級(jí)有感地震的次數(shù)最多。

5 結(jié)論

對(duì)成都平原隱伏斷層氡氣的研究表明，成都平原隱伏斷層表現(xiàn)為多峰異常，并具有異常強(qiáng)度高，異常寬度大的特點(diǎn)，表明這些隱伏斷層規(guī)模較大，次級(jí)斷層多，活動(dòng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)成都平原隱伏斷層的相對(duì)活動(dòng)性進(jìn)行研究，位于成都平原西部邊緣的隱伏斷層活動(dòng)性強(qiáng)于東部的隱伏斷層，表明成都平原隱伏斷層活動(dòng)性受龍門(mén)山構(gòu)造的控制。同時(shí)，當(dāng)隱伏斷層氡氣異常平均峰背比在16.3～19.9，氡氣異常平均值與異常下限值比為5.4～6.6 范圍內(nèi)，其具有發(fā)生4.0～6.0 級(jí)中強(qiáng)震的能力；同時(shí)發(fā)生3.0～4.0 級(jí)有感地震的次數(shù)最多。

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