吳儒杰，孫國強(qiáng)，萬漢平，謝迎春，趙丹，王宗滿，李玲，李斌

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中核集團(tuán)地?zé)峥辈榧夹g(shù)研究中心，北京 100029；3.中核坤華能源發(fā)展有限公司，浙江 杭州 311101）

長期以來土壤氡氣測量技術(shù)在鈾礦勘查、隱伏斷層探測及地?zé)豳Y源勘查中得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好的效果［1-3］。前人研究表明，地殼中廣泛存在的氡氣主要是由巖石（地層）中的鈾、釷元素衰變產(chǎn)生的，由于斷裂構(gòu)造對巖層的破壞，一方面使巖石（地層）的射氣性增強(qiáng)，局部地段由原來所處的封閉狀態(tài)變成非封閉狀態(tài)；另一方面斷裂帶內(nèi)地層破碎、滲透性強(qiáng)的特性能夠使其成為氡氣聚集和運(yùn)移的良好通道，氡經(jīng)過擴(kuò)散、對流、抽吸、氣體壓力、泵吸、接力傳遞和地?zé)釡夭畹茸饔眠w移到地表，在相應(yīng)斷裂帶上方常表現(xiàn)為土壤氡濃度正異常；土壤氡異常位置能大致反映出隱伏斷裂帶在地表的出露位置，土壤氡氣異常與背景值之間的差值反映了斷裂活動(dòng)強(qiáng)度，異常值高于背景值越多，斷裂活動(dòng)性越強(qiáng)［4-6］。

谷露地?zé)崽镂挥诠嚷杜璧刂胁?，盆地?nèi)地?zé)豳Y源豐富，分布有董翁、谷露和敏曲果3個(gè)地?zé)崽?。?985 年以來，西藏地質(zhì)礦產(chǎn)局地?zé)岬刭|(zhì)大隊(duì)等先后多次對谷露地?zé)崽镞M(jìn)行了地?zé)豳Y源調(diào)查，初步查明了地球物理特征和水熱蝕變特征，圈定了熱儲(chǔ)范圍。調(diào)查結(jié)果表明，谷露地?zé)崽镏饕軘嗔褬?gòu)造控制，淺部屬第四系熱儲(chǔ)，深部為基巖裂隙型熱儲(chǔ)［7］。由于斷裂構(gòu)造在研究區(qū)內(nèi)隱伏于第四系地層之下，本文通過對研究區(qū)土壤氡異常特征的分析來判定隱伏斷裂的位置和走向，評(píng)價(jià)其活動(dòng)性，為谷露地?zé)崽锏拈_發(fā)利用提供基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

谷露盆地呈NE10°走向，寬6～8 km，長50～60 km，是近SN 或NNE 向九子拉—桑雄斷裂構(gòu)造在上新世至早更新世強(qiáng)烈活動(dòng)形成的地塹型裂谷盆地［8］，研究區(qū)位于谷露盆地中部，處于近SN 或NNE 向九子拉—桑雄斷裂構(gòu)造帶內(nèi)（圖1）。主要出露地層有中侏羅統(tǒng)馬里組（J2m）和第四系（Q）。馬里組（J2m）以砂巖、灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖與灰?guī)r互層產(chǎn)出于研究區(qū)西南部；第四系（Q）出露范圍較廣，以砂礫石堆積為主，依據(jù)其成因特征可分為沖洪積物、冰水堆積物、殘坡積物、沼澤堆積物和泉華。巖漿巖主要分布在研究區(qū)西側(cè)，主要為花崗斑巖和花崗閃長巖，其中花崗閃長巖沿NW、NE 向侵入中侏羅統(tǒng)馬里組地層；花崗斑巖呈脈狀或巖株?duì)钛豐N、EW 向侵入花崗閃長巖之中［9］。

圖1 谷露盆地地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Geological structure sketch of Gulu basin

研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，谷露地?zé)崽飿?gòu)造格架主要由近SN向、NE向、EW向和NW向斷裂組成。其中近SN 向的盆地西緣斷裂屬九子拉—桑雄斷裂帶的主要組成部分，由多條平行斷裂組成，自谷露盆地西南端年波開始向北經(jīng)甲赤崗、嘎果窮果、過龍孔瑪，向北一直延伸至帕里馬西側(cè)，全長約50 km，是典型的右旋走滑斷裂和正斷層組合而成的復(fù)合型張扭性斷裂帶，其形成時(shí)間早，規(guī)模大、切割深，具有多期活動(dòng)的特性，伴隨了整個(gè)谷露盆地的形成與演化，直接控制了谷露地?zé)崽锏男纬珊蜔崛雎叮?0-13］。EW 向和NE 向斷裂野外地質(zhì)特征不明顯，是根據(jù)地貌特征及前人物探綜合資料分析推測的隱伏斷裂。NW 向斷裂僅出露于西南部花崗閃長巖中。

2 土壤氡氣測量方法

測量儀器使用核工業(yè)北京地質(zhì)研究院生產(chǎn)的FD-216 環(huán)境氡測量儀，該儀器是一種瞬時(shí)測氡儀器，具有探測精度高、穩(wěn)定性好、輕便快捷、可現(xiàn)場獲得測量結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)。野外測量具體操作是在距離測量點(diǎn)±10%點(diǎn)距范圍內(nèi)的適宜位置使用鋼釬打一個(gè)深度70 cm 的抽氣孔，將鋼釬快速拔出后迅速將土壤取氣探桿插入孔中，并及時(shí)將取氣探桿上部錐體周圍土壤踏實(shí)，防止空氣竄入稀釋土壤氡濃度，連接好測氡儀后進(jìn)行測量；測量時(shí)確保儀器密封系統(tǒng)良好，抽、排氣通道暢通。

測線基本垂直，推測主斷裂構(gòu)造沿東西方向布設(shè)，采用100 m×50 m 測網(wǎng)共布設(shè)29 條測線，自南向北依次為L1～L29，測線長度均為3.4 km（圖2），共采集1 980 組數(shù)據(jù)；為避免隨機(jī)誤差影響測量結(jié)果，實(shí)際測量過程中對于突變高值異常點(diǎn)依據(jù)“三不同”原則均進(jìn)行了重復(fù)測量，確保了原始數(shù)據(jù)的可靠性。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)及測線部署圖Fig.2 Geological sketch and measurement line layout in the study area

3 數(shù)據(jù)處理

土壤氡濃度不僅受巖性、斷裂構(gòu)造和地層結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)還與表層堆積物的物質(zhì)來源和覆蓋層的滲透性有密切關(guān)系，是上述因素的綜合反映［14］。土壤氡氣測量數(shù)據(jù)處理是基于實(shí)測土壤氡濃度數(shù)據(jù)的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，當(dāng)研究區(qū)不同巖性地層土壤氡背景值差異較大時(shí)，整體分析評(píng)價(jià)易造成部分異常信息的減弱甚至掩蓋尖滅，因此劃分不同地質(zhì)子區(qū)分別提取異常信息后綜合分析是十分必要的。

采用“迭代剔除法”進(jìn)行異常點(diǎn)剔除，剔除限設(shè)定為“平均值±3×均方差”，經(jīng)迭代剔除后剩余土壤氡濃度數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布；各子區(qū)剩余測量值的平均值作為該子區(qū)土壤氡背景值，氡異常下限為背景值與均方差二者之和。由表1 可見，各子區(qū)具有不同的土壤氡背景值，與全區(qū)土壤氡背景值也存在較大差異。全區(qū)土壤氡背景值為27 735.6 Bq·m-3，沖洪積物區(qū)土壤氡背景值最大為55 033.7 Bq·m-3，是全區(qū)土壤氡背景值的1.98 倍；沼澤堆積物區(qū)土壤氡背景值最小為13 331.2 Bq·m-3，不足全區(qū)土壤氡背景值的1/2。各子區(qū)土壤氡背景值的最大值是最小值的4.13 倍。因此，在綜合分析研究區(qū)取氣條件差異的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)劃分為沼澤堆積物區(qū)、殘坡積物區(qū)、沖洪積物區(qū)和巖體地層出露區(qū)共4 個(gè)地質(zhì)子區(qū)。

表1 研究區(qū)不同子區(qū)土壤氡濃度測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of soil radon concentration measurement results in different sub-areas of the study area

剖面異常信息提取是以原始數(shù)據(jù)為樣本，測點(diǎn)對應(yīng)地質(zhì)子區(qū)的異常下限為氡異常點(diǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)，高于異常下限的點(diǎn)可視為異常點(diǎn)，忽略突變單點(diǎn)異常，截取連續(xù)高值異常點(diǎn)，進(jìn)行趨勢分析和異常區(qū)段劃分；如果一條剖面跨越不同子區(qū)，則以跨越不同子區(qū)分界位置分段設(shè)定異常下限。為避免提取到高背景值引起的假異常，而忽略低背景中的真異常，采用襯度異常法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即測點(diǎn)的測量值與對應(yīng)子區(qū)背景值的比值作為該測點(diǎn)的氡襯度值，以氡襯度值為基準(zhǔn)，對研究區(qū)進(jìn)行異常分析。

4 土壤氡異常特征分析

4.1 典型成果剖面分析

為直觀地反映剖面上不同測點(diǎn)之間土壤氡濃度的變化特征及氡異常強(qiáng)度，選取具有代表性的L9、L13、L18 和L22 線進(jìn)行分析（圖3）。把連續(xù)3 個(gè)異常點(diǎn)以上（包含3 個(gè)）的區(qū)段劃分為異常區(qū)段，利用異常寬度、峰背比、平均異常襯度進(jìn)行異常強(qiáng)度評(píng)價(jià)進(jìn)而判別斷裂構(gòu)造的活動(dòng)性，即峰背比和異常寬度越大，平均異常襯度越高，斷裂活動(dòng)性越強(qiáng)。計(jì)算異常寬度時(shí)，異常點(diǎn)與非異常點(diǎn)之間的距離按1/2 點(diǎn)距外推，平均異常襯度為異常區(qū)段內(nèi)土壤氡襯度值的加權(quán)平均值。

圖3 研究區(qū)4 條測線土壤氡濃度剖面圖Fig.3 Four profiles showing soil radon concentration in the study area

在測線L9 上，距離550～700 m（區(qū)段Ⅰ）有4個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約200 m，峰背比2.1，平均異常襯度1.21；距離1 250～1 550 m（區(qū)段Ⅱ）有連續(xù)6個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約300 m，峰背比3.43，平均異常襯度1.72；距離1 800～2 200 m（區(qū)段Ⅲ）有連續(xù)6 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約300 m，峰背比3.91，平均異常襯度1.56。

在測線L13上，距離200～350 m（區(qū)段Ⅰ）有連續(xù)4 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約200 m，峰背比2.29，平均異常襯度1.23；距離1 750～1 850 m（區(qū)段Ⅱ）有連續(xù)3 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約150 m，峰背比9.18，平均異常襯度2.50；距離2 150～2 250 m（區(qū)段Ⅲ）有連續(xù)3 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約150 m，峰背比6.99，平均異常襯度達(dá)2.72。

在測線L18上，距離500～800 m（區(qū)段Ⅰ）有連續(xù)7 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約350 m，峰背比4.84，平均異常襯度2.47；距離1 400～1 650 m（區(qū)段Ⅱ）有連續(xù)6 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約300 m，峰背比6.01，平均異常襯度1.95；距離2 200～2 350 m（區(qū)段Ⅲ）有連續(xù)4 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約200 m，峰背比5.07，平均異常襯度1.88；距離2 700～2 850 m（區(qū)段Ⅳ）有連續(xù)4 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約200 m，峰背比2.73，平均異常襯度1.61；距離2 950～3 350 m（區(qū)段Ⅴ）有連續(xù)9 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約450 m，峰背比2.67，平均異常襯度1.27。

在測線L22 上，距離250～500 m（區(qū)段Ⅰ）有連續(xù)6 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約300 m，峰背比2.75，平均異常襯度1.35；距離1 000～1 200 m（區(qū)段Ⅱ）有連續(xù)5 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約250 m，峰背比4.55，平均異常襯度1.58；距離1 800～2 050 m（區(qū)段Ⅲ）有連續(xù)6 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約300 m，峰背比7.58，平均異常襯度2.82；距離2 300～2 450 m（區(qū)段Ⅳ）有連續(xù)4 個(gè)氡異常點(diǎn)，異常寬度約200 m，峰背比達(dá)7.74，平均異常襯度達(dá)2.73。

依照上述識(shí)別及統(tǒng)計(jì)方法，對研究區(qū)29 條測線進(jìn)行了異常提取，共識(shí)別異常區(qū)段68 處，土壤氡異常點(diǎn)348 個(gè)，單區(qū)段異常寬度150～450 m，峰背比1.78～10.26，平均異常襯度1.11～2.88。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，距離1 500～2 550 m 存在兩條近SN 向氡異常帶，異常寬度200～450m，峰 背 比 3.49～10.26，平 均 異 常 襯 度 為1.36～2.88。

4.2 土壤氡異常與斷裂構(gòu)造展布關(guān)系

對研究區(qū)土壤氡濃度數(shù)據(jù)采用襯度異常法進(jìn)行處理，繪制了土壤氡濃度襯度等值圖（圖4）?？梢钥闯?，氡異常主要集中在研究區(qū)中、西部，具有明顯的條帶狀、串珠狀展布特征，圍繞現(xiàn)代地?zé)犸@示區(qū)泉華邊緣氡異常呈環(huán)狀分布且具有顯著的濃集中心。

圖4 研究區(qū)土壤氡襯度等值圖及解譯斷裂Fig.4 Soil radon contrast contour map and interpreted faults in the study area

實(shí)測NW 向正斷層F1和F2活動(dòng)性較弱，氡異常呈條帶狀展布，氡異常寬度150～200 m，峰背比1.92～3.51，平均異常襯度1.11～1.84；實(shí)測SN 向正斷層F4南段構(gòu)造行跡明顯，活動(dòng)性強(qiáng)，氡異常呈條帶狀，異常寬度200～450 m，峰背比3.49～9.03，平均異常襯度1.36～2.85。由此可見，條帶狀、串珠狀氡異常主要受斷裂構(gòu)造控制，氡異常寬度、峰背比和平均異常襯度能很好地反映斷裂構(gòu)造的活動(dòng)性。由于地下熱水中含有大量的氡氣，泉華內(nèi)裂隙構(gòu)造發(fā)育且覆蓋層薄，泉華周圍覆蓋層發(fā)育，具有良好的儲(chǔ)氣條件，在裂隙構(gòu)造和地?zé)釡夭钭饔孟拢瑹犸@示中心處的氡氣向邊緣發(fā)生遷移擴(kuò)散，導(dǎo)致中心處土壤氡濃度較低，泉華邊緣土壤氡濃度較高，從而在泉華邊緣形成具有顯著濃集中心的環(huán)狀土壤氡異常。

根據(jù)土壤氡濃度襯度平面展布特征及區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育特征，推測研究區(qū)內(nèi)可能發(fā)育8 條 隱伏 斷裂（F3～F10）。其中近SN 向斷裂F4和F5位于剖面距離1 500～2 400 m，走向約2°～15°，氡異常呈條帶狀、串珠狀展布，沿?cái)嗔炎呦虺雎抖嗵師崛?、沸泉，最高出水溫度達(dá)88.2℃，氡異常寬度200～400 m，峰背比3.49～10.26，平均異常襯度1.36～2.88，斷裂活動(dòng)性強(qiáng)；通過鉆孔驗(yàn)證于433～437 m 揭露F4斷裂破碎帶，孔內(nèi)最高溫度達(dá)185.8℃，綜合分析認(rèn)為F4為近SN 向主斷裂構(gòu)造，是谷露地?zé)崽锏闹骺責(zé)針?gòu)造。NW 向斷裂F6走向約305°，土壤氡異常呈條帶狀分布，氡異常寬度約200～300 m，峰背比2.73～9.75，平均異常襯度1.39～2.55，其斷裂活動(dòng)性中等。NE 向斷 裂F7～F9走 向 大 致 為50°～70°，土 壤 氡 異常呈條帶狀展布，異常寬度約150～200 m，峰背比1.78～4.48，平均異常襯度1.11～2.03，斷裂活動(dòng)性較弱。近EW 向斷裂F3和F10走向約90°和100°，土壤氡異常呈條帶狀、串珠狀展布，土壤氡異常寬度約150～250 m，峰背比2.67～3.51，平均異常襯度1.27～1.55，斷裂活動(dòng)性較弱。

5 結(jié)論

1）在綜合分析研究區(qū)內(nèi)影響土壤氡濃度的取氣條件差異的基礎(chǔ)上，劃分不同地質(zhì)子區(qū)提取土壤氡背景值和異常下限，剖面異常信息提取以原始數(shù)據(jù)為樣本，各子區(qū)異常下限為氡異常點(diǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)；整體分析采用襯度異常法消除背景值差異的影響，以氡襯度值為基準(zhǔn)；利用該方法對研究區(qū)進(jìn)行土壤氡異常判定，取得了良好的應(yīng)用效果。

2）氡異常主要集中在研究區(qū)中、西部。條帶狀、串珠狀氡異常主要受斷裂構(gòu)造控制，氡異常寬度、峰背比和平均異常襯度能很好地反映斷裂構(gòu)造的活動(dòng)性；現(xiàn)代地?zé)犸@示區(qū)泉華邊緣環(huán)狀氡異常是熱顯示中心處的氡氣向邊緣發(fā)生遷移擴(kuò)散的結(jié)果。

3）通過對土壤氡異常寬度、峰背比和平均異常襯度的分析，結(jié)合谷露地?zé)崽飿?gòu)造格架特征；推測F4為近SN 向主斷裂構(gòu)造，屬強(qiáng)活動(dòng)性斷裂，是谷露地?zé)崽锏闹骺責(zé)針?gòu)造。