王喜龍 賈曉東 楊夢堯

1)遼寧省地震局，沈陽 110034

2)北京紅晶石投資咨詢有限責(zé)任公司，北京 100044

0 引言

遼寧地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，著名地震帶——郯廬地震帶穿越該區(qū)，同時(shí)遼寧地區(qū)還位于環(huán)渤海地區(qū)，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境導(dǎo)致遼寧地區(qū)地震頻發(fā)。根據(jù)以往地震地質(zhì)資料研究顯示，遼寧地區(qū)歷史上曾發(fā)生過多次破壞性地震。相關(guān)地震統(tǒng)計(jì)及精定位結(jié)果顯示，自1800年以來遼寧地區(qū)發(fā)生的M≥5.0地震主要集中在遼南地區(qū)，且大多受NE向金州斷裂控制，地震沿金州斷裂呈帶狀分布(萬波等，2017)。近年來金州斷裂未有5級以上地震發(fā)生，但 2.0≤M<5.0 地震及震群活動頻繁，主要集中在遼寧蓋州和海城地區(qū)，表明地震活動性仍然較強(qiáng)，金州斷裂仍在活動(圖1)。對2013年以來遼南地區(qū)發(fā)生的8次M≥4.0地震和震群進(jìn)行精定位結(jié)果分析，結(jié)果顯示中強(qiáng)地震和震群基本均沿金州斷裂和海城河斷裂分布，其中金州斷裂控制震群及M≥4.0地震居多(曹鳳娟等，2013； 王亮等，2014； 張博等，2017)，這表明金州斷裂是遼寧地區(qū)活動性最強(qiáng)的構(gòu)造單元(萬波等，2017)。

圖1 遼南地區(qū)歷史地震和構(gòu)造簡圖

全面認(rèn)識金州斷裂斷層特征、斷層土壤氣釋放特征以及準(zhǔn)確監(jiān)視斷層活動狀態(tài)，成為把握遼南地區(qū)地震形勢關(guān)鍵問題之一?？鐢鄬油寥罋庹{(diào)查研究作為一種有效追蹤斷裂活動狀態(tài)和地震活動的地質(zhì)流體觀測手段，能夠客觀、靈敏地反映地殼應(yīng)力狀態(tài)和地震活動(Lombardi et al，2010；Walia et al，2013；Han et al，2014)，同時(shí)其對查找隱伏斷裂具體位置也有較好的指示意義(李營等，2009；Woodruff et al，2009；Li et al，2013； 李繼業(yè)等，2019)。與其他常規(guī)地球化學(xué)方法相比，跨斷層土壤氣調(diào)查研究具有采樣簡單、快速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

近年來大量監(jiān)測研究表明，跨斷層土壤氣體(Rn、CO2、Hg、H2等)對地震的響應(yīng)性十分敏感，不論是定點(diǎn)觀測還是流動觀測，均曾多次監(jiān)測到地震前出現(xiàn)的顯著異常(Fytikas et al，1999；Chyi et al，2005；Ciotoli et al，1998、2007； 周曉成，2011； 向陽等，2018； 康健等，2019)。例如，林元武等(1998)應(yīng)用CO2快速測定法，對懷來后郝窯斷層氣CO2觀測點(diǎn)近7年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在1996年內(nèi)蒙古包頭6.4級地震和1998年張北-尚義6.2級地震發(fā)生前，震中附近區(qū)域均監(jiān)測到了顯著的斷層氣CO2濃度異常。范雪芳等(2016)應(yīng)用斷層氫連續(xù)觀測方法，在山西夏縣中條山山前斷裂與南師隱伏斷裂交匯處進(jìn)行了斷層H2濃度連續(xù)觀測，結(jié)果表明在2010年、2011年河南太康發(fā)生M4.6和M4.1地震前，夏縣斷層H2濃度出現(xiàn)了明顯的高值波動異常，表明高精度斷層氫濃度觀測是地震短臨預(yù)報(bào)的一種有效手段。Kumar等(2009)采用平均值±2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以減小氣象因素對Rn濃度的影響方法，對喜馬拉雅山西北格拉山谷巴倫布爾土壤氣Rn日值濃度觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)土壤氣Rn濃度異常與周邊地震有較好的對應(yīng)關(guān)系。在流動觀測方面，鄭海剛等(2016)對郯廬斷裂帶安徽段進(jìn)行了土壤氣Rn、Hg和CO2氣體濃度觀測，結(jié)果表明土壤氣濃度在斷裂帶附近較為密集，對斷層位置有一定指示作用，且氣體富集程度與斷裂活動有一定關(guān)系； 孫小龍等(2016)基于海原斷裂帶土壤氣測量結(jié)果，對海原斷裂帶構(gòu)造活動分段性特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)海原斷裂中西段斷層閉鎖程度較弱，有利于地下流體的擴(kuò)散與運(yùn)移； Zhou等(2010)對2008年汶川8.0級地震發(fā)生后的地震斷裂進(jìn)行土壤氣He、H2、CO2和Rn等8種氣體濃度測量，發(fā)現(xiàn)土壤氣濃度異常與區(qū)域應(yīng)力和余震活動具有一定相關(guān)性； Wang等(2014)通過對唐山地區(qū)土壤氣Rn濃度進(jìn)行測量分析，發(fā)現(xiàn)土壤氣Rn對于追蹤淺層斷裂和地震活動具有較好的指示意義，由大地震產(chǎn)生的活動斷裂及與之相關(guān)的裂隙均為Rn運(yùn)移的主要途徑。

因此，本文依據(jù)金州斷裂不同段落的活動特征，在金州斷裂上布設(shè)8條跨斷層剖面進(jìn)行土壤氣Rn、CO2和H2濃度測量，通過分析測得的斷層土壤氣Rn、CO2和H2濃度數(shù)據(jù)，對遼寧金州斷裂斷層土壤氣地球化學(xué)特進(jìn)行調(diào)查研究。

1 地震地質(zhì)背景

作為遼寧地區(qū)近年地震發(fā)生危險(xiǎn)程度最高的活動斷裂之一，金州斷裂南起大連灣，經(jīng)金州、瓦房店、蓋州、海城等地延伸至鞍山南，全長約280km，是遼南地區(qū)規(guī)模最大、活動性強(qiáng)、切割最深且構(gòu)造行跡清楚的區(qū)域性大斷裂(鐘以章等，1999； 萬波等，2013)。其不僅控制了該地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動格局，還對區(qū)域巖漿活動、地層分布及其他構(gòu)造演化等產(chǎn)生重要影響。金州斷裂是一條正斷裂，走向NNE、NE，傾向NW，兩盤相對運(yùn)動速率為 0.07mm/a(高常波等，1998； 萬波等，1997、2013)，并具有多期活動特征(雷清清等，2008)。依據(jù)前人對金州斷裂的地質(zhì)研究，金州斷裂自南向北劃分為金州-普蘭店段、普蘭店-九寨段、九寨-蓋州北段以及蓋州北-鞍山南段4個(gè)段落(表1、圖1)。

表1 金州斷裂各段落特征(據(jù)萬波等(2013))

金州斷裂的金州-普蘭店段形成于晚元古代，燕山運(yùn)動時(shí)期斷裂重新復(fù)活，沿?cái)嗔延行⌒突詭r脈貫入，而后斷裂活動減弱，第四紀(jì)時(shí)期金州斷裂又表現(xiàn)出明顯的活動。普蘭店-九寨段由1～3條大致平行的斷裂組成，控制了侏羅系地層的分布，為大連地區(qū)中生代盆地的西緣斷裂。九寨-蓋州北段走向NE-NNE，總體傾向NW，傾角較陡，由2～3條主干斷裂組成，發(fā)育次生斷裂，斷裂帶總寬度1～3km，斷裂運(yùn)動性質(zhì)主要表現(xiàn)為正傾滑兼右旋走滑。蓋州北-鞍山南段走向NE-NNE，總體傾向NW，傾角較陡，由東、西2條主干分支斷裂組成，次生斷裂發(fā)育，斷裂帶總寬度一般為0.5～1km，斷裂運(yùn)動性質(zhì)主要表現(xiàn)為正傾滑兼右旋走滑。

在歷史地震活動方面，雖然金州斷裂南北4段自1800年以來均有M≥5.0地震發(fā)生，但近年中小地震及震群活動表明，中小地震與震群主要集中在蓋州及海城地區(qū)，即主要位于金州斷裂蓋州北-鞍山南段范圍內(nèi)。且前人對金州斷裂的斷層泥測年數(shù)據(jù)也表明，該段斷層泥測年距今最短，表明金州斷裂蓋州北-鞍山南段為金州斷裂目前活動最強(qiáng)的段落(萬波等，2013)。在對金州斷裂斷層土壤氣地球化學(xué)調(diào)查研究過程中，共布設(shè)8條測量剖面，由于蓋州北-鞍山南近年小震活動頻繁，斷裂活動性較強(qiáng)，布設(shè)了6條觀測剖面； 另外2條剖面分別布設(shè)于金州斷裂的九寨-蓋州北段和普蘭店-九寨段； 金州-普蘭店段由于地區(qū)發(fā)展以及地質(zhì)地貌等條件限制，未進(jìn)行觀測。

2 土壤氣測量方法

根據(jù)斷裂特征及實(shí)地情況，對金州斷裂由北至南選取8條跨斷層剖面進(jìn)行測量(表1、圖1)。8條剖面由北至南依次為于家溝(YJG)剖面、煙臺崗(YTG)剖面、后五道(HWD)剖面、興隆屯(XLT)剖面、后鄧家(HDJ)剖面、博洛鋪(BLP)剖面、虹溪谷(HXG)剖面和萬家?guī)X西(WJLX)剖面。每條剖面布設(shè)1條測線，每條測線布設(shè)16個(gè)濃度測點(diǎn)進(jìn)行土壤氣Rn、H2和CO2濃度測量，其中上、下盤各8個(gè)測點(diǎn)，共布置384個(gè)濃度測點(diǎn)。在實(shí)地測量過程中，以斷裂陡坎位置為中線，測點(diǎn)間距向兩端逐漸拉長。斷裂陡坎位置測點(diǎn)間距5m，而后依據(jù)測量點(diǎn)地勢地貌及巖土特征，向外依次10m、20m、40m間距拉長。對土壤氣體組分濃度進(jìn)行測量時(shí)，首先在測點(diǎn)處使用鋼釬進(jìn)行打孔，孔徑30mm、打孔深度80cm左右，然后拔出鋼釬，迅速將取樣器(麻花鉆)鉆入孔中，并封住孔口使取樣器與外界空氣隔絕，最后使用橡皮管將取樣器與測量儀器連通進(jìn)行取樣測量。土壤氣測量時(shí)間為2018年6月，為了排除氣象因素對測量結(jié)果造成的影響，對8條剖面一次性完成測量。

土壤氣Rn濃度測量選用Alpha GUARD PQ-2000測氡儀，儀器測量誤差 <3%，儀器量程為2～2000000Bq/m3，氣泵采用1L/min抽氣模式，采樣間隔設(shè)置為1min，每個(gè)測點(diǎn)測量15個(gè)濃度值，取平均值作為該點(diǎn)濃度值； 土壤氣CO2濃度測試采用GXH-3010E便攜式CO2檢測儀，儀器測量范圍0～10.00%，分辨率為0.001%，線性誤差±2%FS，響應(yīng)時(shí)間≤15s，重復(fù)性 <1%；H2濃度測試采用ATG-300H便攜式氫分析儀，測量范圍0～5000ppm，檢出限為0.05ppm，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差δ≤5%。

3 測量結(jié)果

現(xiàn)場測量Rn、H2和CO2三種土壤氣體的濃度，共獲得2176組有效數(shù)據(jù)，其中Rn濃度數(shù)據(jù)1920組，H2濃度數(shù)據(jù)128組，CO2濃度數(shù)據(jù)128組，各測點(diǎn)土壤氣Rn、H2和CO2濃度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2 可以看出，8條剖面土壤氣Rn、CO2和H2的濃度變化范圍分別為3.01～96.02kBq/m3、0.23%～9.55%和0.31～1527ppm；Rn、H2和CO2的平均值濃度變化范圍分別為10.65～39.50kBq/m3、0.59%～3.37%和9.74～306.28ppm；Rn、H2和CO2濃度最大值變化范圍分別為22.58～96.02kBq/m3、0.86%～9.55%和52.23～1527ppm。

表2 金州斷裂土壤氣Rn、H2和CO2的組分濃度測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4 分析討論

4.1 土壤氣濃度地球化學(xué)特征分析

野外測量結(jié)果表明，遼南地區(qū)金州斷裂8條剖面上的土壤氣組分濃度變化各具特色(圖2)。YJG測點(diǎn)土壤氣Rn、H2和CO2濃度具有明顯的上盤高、下盤低特征，且3種氣體具有較好的相關(guān)性，其中Rn和CO2氣體相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.70，表明CO2對Rn具有一定的載氣作用(王喜龍等，2017)。研究表明，土壤氣濃度與土壤濕度、土壤類型密切相關(guān)，土壤中小幅降水會導(dǎo)致地表形成不透氣層，阻礙土壤氣與大氣交換，增加了土壤氣的濃度(Hinkle et al，1987)； 在斷裂位置，砂質(zhì)土壤較泥質(zhì)土壤更易出現(xiàn)濃度高異常，但砂礫土壤由于裂隙滲透性過大及基巖覆蓋，一般其上方土壤氣濃度值相對較低(Fu et al，2005； 韓曉昆，2014)。金州斷裂北段為傾角相對較高的高角度正斷層，且上盤較為破碎(雷清清等，2008)，基于野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，YJG測點(diǎn)上盤主要以砂質(zhì)土壤為主，沉積層較厚，且富含水分較多，植被及農(nóng)作物茂盛； 下盤主要以砂礫土壤為主，沉積層較薄，最薄處1m左右可見基巖。因此，綜合以上分析認(rèn)為造成該測點(diǎn)所測氣體濃度上盤明顯高于下盤的原因，主要為該條測量剖面斷層上、下盤沉積層的明顯差異性以及斷層性質(zhì)。

圖2 金州斷裂土壤氣Rn、CO2和H2濃度變化曲線

YTG測點(diǎn)土壤氣Rn和CO2濃度具有高一致性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.94，呈現(xiàn)上盤高、下盤低的特征； 土壤氣H2濃度具雙峰式特征，在斷裂陡坎濃度相對較低，兩側(cè)濃度相對較高。HWD測點(diǎn)土壤氣Rn和CO2濃度相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92，具高度相關(guān)性，且在數(shù)據(jù)變化形態(tài)上具有上、下盤濃度高、中間低的雙峰式特征。XLT測點(diǎn)土壤氣Rn和CO2濃度具有相對較明顯的上盤較高特征，土壤氣H2濃度與土壤氣Rn和CO2濃度變化特征差異較大，具有下盤相對較高的變化特征。對于XLT測點(diǎn)土壤氣濃度變化規(guī)律不明顯這一特點(diǎn)，分析認(rèn)為可能主要與該點(diǎn)構(gòu)造特殊性有關(guān)，XLT測點(diǎn)位于金州斷裂和海城河斷裂交匯處，在測點(diǎn)位置，2條斷裂互相切割交錯(cuò)，造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。HDJ測點(diǎn)土壤氣Rn、H2和CO2濃度在斷裂陡坎位置相對較高，兩側(cè)相對較低。BLP測點(diǎn)土壤氣Rn、H2和CO2濃度在斷裂陡坎位置相對較低，上、下盤兩側(cè)相對較高。金州斷裂九寨至蓋州北段，HXG測點(diǎn)土壤氣Rn、H2和CO2濃度在斷裂上盤相對較高，斷裂下盤濃度相對較低。金州斷裂普蘭店至九寨段，WJLX測點(diǎn)土壤氣Rn和CO2濃度在斷裂位置相對較高，但不顯著，土壤氣H2濃度在斷裂偏上盤位置濃度相對較高，兩側(cè)相對較低。

4.2 背景值及異常界特征分析

對金州斷裂由南至北挑選的8條測量剖面、384個(gè)測點(diǎn)的土壤氣濃度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行背景值及異常下限計(jì)算。利用箱式圖法對測得的斷層土壤氣Rn、CO2和H2數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除離群高值異常點(diǎn)后，取剩余測點(diǎn)平均值來表征每條測線的背景值。根據(jù)實(shí)際測量情況，本文以背景值與2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差之和作為測線異常下限。經(jīng)計(jì)算，各測點(diǎn)的背景值及異常下限見表2，該背景值及異常下限計(jì)算方法被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外土壤氣地球化學(xué)研究中，能較為客觀地反映研究區(qū)斷層土壤氣逸出特征(Kumar et al，2009； 鄭海剛等，2016； 張揚(yáng)等，2017； 張磊等，2019； 王明亮等，2019)。

將計(jì)算得到的各測點(diǎn)異常下限與各觀測數(shù)據(jù)由北至南作圖并進(jìn)行對比分析，如圖3 所示。由圖可見，在金州斷裂8條觀測剖面中，位于南、北兩端的3個(gè)測點(diǎn)(YJG、YTG與WJLX)土壤氣觀測數(shù)據(jù)除個(gè)別單點(diǎn)高于異常界外，總體表現(xiàn)低于異常界，屬正常變化范圍； 而對于金州斷裂中段HWD至HDJ測段以及BLP至HXG測段，土壤氣Rn、CO2和H2濃度表現(xiàn)為較多測點(diǎn)高于異常界。結(jié)合遼南地區(qū)歷史地震活動(圖4)可見，HWD至HDJ測段位于海城老震區(qū)范圍內(nèi)，BLP至HXG測段位于蓋州震群及其附近地區(qū)。

圖3 金州斷裂各測點(diǎn)土壤氣Rn、CO2與H2濃度與異常界變化曲線

圖4 2018年遼南地區(qū)ML≥2.0地震及歷史地震分布

對于異常主要集中在海城老震區(qū)和蓋州震群地區(qū)這一特征，王喜龍等(2017)通過對首都圈地區(qū)18條活動斷裂的35條土壤氣剖面進(jìn)行測量，分析測得的土壤氣Rn、Hg和CO2濃度及通量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)土壤氣濃度變化與當(dāng)?shù)氐卣鸹顒?、?yīng)力水平、地殼結(jié)構(gòu)及沉積層厚度等存在一定關(guān)系。對比遼南地區(qū)歷史地震活動及2018年遼南地區(qū)中、小地震活動(圖4、圖5)可以發(fā)現(xiàn)，海城老震區(qū)與蓋州震群區(qū)域近年來中、小地震頻發(fā)，是遼寧地區(qū)中、小地震活動最為頻繁的地點(diǎn)之一。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，僅2015—2019年期間，海城老震區(qū)便發(fā)生3.0≤ML<4.0地震15次，ML≥4.0地震2次，最大地震為2017年12月19日海城ML4.8地震； 蓋州震群及附近地區(qū)發(fā)生3.0≤ML<4.0地震11次，ML≥4.0地震1次，最大地震為2015年8月4日蓋州青石嶺ML4.8地震。1975年遼寧海城M7.3地震的發(fā)生，以及近年來海城老震區(qū)和蓋州地區(qū)中、小地震及震群活動頻繁，導(dǎo)致2處區(qū)域地下介質(zhì)較為破碎。而地下介質(zhì)破碎易造成地下流體在斷層和裂縫中充填增多，因此當(dāng)應(yīng)力發(fā)生改變時(shí)，該區(qū)域地下流體組成、賦存狀態(tài)等易發(fā)生變化并上移至地表，從而造成土壤氣濃度和化學(xué)組分發(fā)生變化(Bernard，2001； 王喜龍等，2017)。已有研究表明，金州斷裂附近地下低速層發(fā)育明顯，而低速層在垂直方向上對中強(qiáng)地震具有明顯的控制作用(萬波等，2013)； 金州斷裂與中地殼上部的低速層之間存在密切關(guān)系，遼南地區(qū)大多數(shù)歷史中強(qiáng)地震震源均集中在低速層附近(盧造勛等，1990、1993)。王亮等(2014)利用2008—2014年蓋州和海城地區(qū)地震觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用Simulps14軟件對2個(gè)地區(qū)進(jìn)行小震精定位及三維速度結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)蓋州地區(qū)震群位置發(fā)生較淺，且蓋州地區(qū)與海城地震地下速度結(jié)構(gòu)存在一定的相似性，地震活動集中在低速體區(qū)域。Zheng等(2018)應(yīng)用雙差層析成像法對遼寧地區(qū)中上地殼進(jìn)行研究，顯示在海城地區(qū)金州斷裂在地下15～20km處存在明顯低速層，且這些速層主要由地下流體作用導(dǎo)致，認(rèn)為海城地區(qū)地震頻發(fā)主要是由斷裂活動和低速體，即地下流體共同作用引起。因此，綜合前人研究結(jié)果以及對遼南地區(qū)土壤氣異常分析和地震活動性分析，認(rèn)為海城老震區(qū)和蓋州震群附近小震活動頻繁及地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)，可能是造成2處區(qū)域部分測點(diǎn)土壤氣濃度值高于異常界的主要原因之一。

圖5 2015—2019年海城老震區(qū)及蓋州震群ML≥2.0地震M-t圖

4.3 土壤氣空間變化特征

對金州斷裂8條土壤氣測量剖面的觀測數(shù)據(jù)由北至南進(jìn)行制圖分析(圖3、圖6)，發(fā)現(xiàn)金州斷裂土壤氣Rn、CO2和H2濃度具有北高南低的變化特征，即金州斷裂蓋州北-鞍山南段土壤氣平均濃度最高(YJG、HWD、YTG、XLT、HDJ、BLP)，九寨-蓋州北段土壤氣濃度次之(HXG)，普蘭店-九寨段土壤氣平均濃度最低(WJLX)。

圖6 金州斷裂各測點(diǎn)土壤氣Rn、CO2與H2濃度平均值柱狀圖

孫啟凱等(2017)對遼寧地區(qū)地殼垂直形變特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)遼寧地區(qū)地殼垂直形變整體上呈現(xiàn)“東北升、西南降”的變化特征，就遼東南地區(qū)而言，1988—2016年表現(xiàn)為金州至蓋州一帶下降，蓋州以北上升，盤錦至海城一帶下降，海城-岫巖地區(qū)上升。結(jié)合該地區(qū)1988年以來發(fā)生的MS≥4.5地震進(jìn)行分析，認(rèn)為金州斷裂和海城河隱伏斷裂正處于較強(qiáng)活動期，對地殼垂直形變速率過度交界地帶應(yīng)當(dāng)予以關(guān)注。對比孫啟凱等(2017)的研究結(jié)果，遼南地區(qū)地殼垂直形變速率過度交界帶與蓋州震群位置、海城老震區(qū)位置吻合。且對比上述對遼南地區(qū)近年中小地震、震群活動及地下介質(zhì)的分析結(jié)果，遼南地區(qū)中小地震及震群活動主要集中在地殼垂直形變速率過度交界地帶的低速體區(qū)域。以上分析表明，蓋州地區(qū)與海城地區(qū)土壤氣濃度在空間上表現(xiàn)為北高南低變化，可能與該地區(qū)近年地殼運(yùn)動、地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)以及與中小震活動有關(guān)。

此外，對比蓋州以北地區(qū)土壤氣濃度空間變化特征，位于金州斷裂最北段的YJG和YTG測點(diǎn)土壤氣平均濃度整體偏高，甚至個(gè)別測點(diǎn)平均濃度高于海城老震區(qū)與蓋州地區(qū)。而對比遼南地區(qū)地震活動分布特征卻發(fā)現(xiàn)，中小地震均集中在海城和蓋州地區(qū)，而YJG至YTG測段地震活動卻相對較弱(圖4)。小震活動偏弱地區(qū)的土壤氣濃度反而相對較高，對于這一特征，本文從測量數(shù)據(jù)和測量場地地質(zhì)特征等方面進(jìn)行了分析。

對比YJG與YTG測點(diǎn)土壤氣濃度變化曲線、異常界變化特征以及平均濃度變化特征(圖2、圖3、圖6)，可以發(fā)現(xiàn)YJG測段土壤氣Rn、CO2和H2濃度整體均表現(xiàn)上盤明顯高于下盤特征，濃度變化特征較為明顯，土壤氣Rn、CO2和H2異常界均相對較高。而YTG測段土壤氣Rn、CO2和H2濃度變化則差異性較大，且土壤氣濃度變化規(guī)律不顯著，其中土壤氣Rn與H2異常界與平均濃度明顯偏高，而CO2則相對較低，對比該測段測線濃度變化特征，認(rèn)為可能主要與測量過程中個(gè)別點(diǎn)土壤氣Rn和H2濃度出現(xiàn)顯著增大有關(guān)。而對于這種存在孤立高值點(diǎn)的原因，目前存在2種解釋，一種觀點(diǎn)認(rèn)為在高值點(diǎn)處存在空間不連續(xù)性，導(dǎo)致監(jiān)測氣體在此處富集(Ciotoli et al，1998；Lombardi et al，1996)，另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為是由多條斷裂帶交匯于某處造成的(Ciotoli et al，1998；Fridman，1990； 李營等，2009)。通過對比YTG測線土壤氣濃度變化，本文更傾向于監(jiān)測氣體在此處富集造成濃度偏高的觀點(diǎn)。

基于上述對YJG測段場地地質(zhì)特征的分析，得出YJG測段剖面土壤氣濃度上盤高、下盤低的特征主要與該處斷裂特征、土壤類型及沉積層厚度有關(guān)。李營等(2009)通過對延懷盆地土壤氣地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)控制土壤氣體地球化學(xué)背景場的主要因素為氣體組分的來源、地殼結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造、地層和微生物作用； 王喜龍等(2017)對首都圈地區(qū)土壤氣Rn、Hg和CO2地球化學(xué)特征及其成因進(jìn)行分析，認(rèn)為首都圈地區(qū)土壤氣的區(qū)域地球化學(xué)特征主要受控于上地殼物質(zhì)結(jié)構(gòu)、深部氣體補(bǔ)給和地震活動，同時(shí)也受自然環(huán)境以及土壤類型的影響； 韓曉昆(2014)通過對首都圈地震重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)土壤氣體地球化學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)土壤氣濃度變化的影響因素除受控于構(gòu)造和地震活動外，還受到氣象條件、土壤類型、巖石類型等因素的影響。將YJG測段與其他7條測段地質(zhì)地貌進(jìn)行對比，其測量時(shí)間與測量期間氣象條件基本一致，可基本排除影響。將YJG測段上盤土壤結(jié)構(gòu)類型、濕度與微生物作用與其他7條測段進(jìn)行對比，其土壤結(jié)構(gòu)類型基本均為砂壤土或壤土，土壤結(jié)構(gòu)類型基本一致，對土壤氣濃度的空間變化影響相對較低。但YJG測段上盤土壤濕度較其他測段則明顯偏高，土壤中富集水分較大，測線邊緣附近喜水植被(蘆葦?shù)?茂盛，與其他測段相比，YJG測段上盤微生物作用與濕度明顯較強(qiáng)。因此綜合以上分析，認(rèn)為遼南地區(qū)金州斷裂土壤氣Rn、CO2和H2濃度北高南低的變化可能主要受控于該地區(qū)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)、地殼運(yùn)動及地震活動，同時(shí)受到場地地質(zhì)特征的影響。

5 結(jié)論

通過對遼南地區(qū)土壤氣Rn、CO2和H2濃度進(jìn)行測量，并結(jié)合地質(zhì)特征、地震活動性特征以及前人研究結(jié)果，對該地區(qū)土壤氣的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)對遼南地區(qū)金州斷裂8條跨斷層剖面進(jìn)行土壤氣測量，獲得Rn、CO2和H2濃度變化范圍分別為3.01～96.02kBq/m3、0.23%～9.55%和0.31～1527ppm； 濃度平均值變化范圍分別為10.65～39.50kBq/m3、0.59%～3.37%和9.74～306.28ppm；Rn、H2和CO2濃度最大值變化范圍分別為22.58～96.02kBq/m3、0.86%～9.55%和52.23～1527ppm。

(2)土壤氣Rn、CO2和H2濃度異常下限計(jì)算及分析結(jié)果顯示，金州斷裂土壤氣濃度異常主要與該地區(qū)地震活動及地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

(3)土壤氣Rn、CO2和H2地球化學(xué)特征在空間上呈現(xiàn)北高南低的變化趨勢。通過對該區(qū)域土壤類型、沉積層厚度、地殼形變特征以及地震活動等方面的綜合分析，認(rèn)為遼南地區(qū)土壤氣Rn、CO2和H2濃度北高南低的地球化學(xué)特征主要受地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)、地殼運(yùn)動與地震活動的制約，同時(shí)還受到觀測場地地質(zhì)條件的影響。

致謝：審稿專家對論文修改提出了中肯的意見與建議，在此致以衷心感謝。