摘 要：【目的】通過測量博爾塔拉河谷地地?zé)嵫芯繀^(qū)氡異常情況，探查出該區(qū)隱伏斷裂。【方法】氡氣在地表斷層部位易富集形成氡異常，測氡法正是利用該原理，來判斷隱伏斷層的位置和規(guī)模。本次研究共布設(shè)3條剖面，實際完成測點477個，實測剖面長度23 730 m?！窘Y(jié)果】根據(jù)氡氣異常數(shù)據(jù)本次共探出7條隱伏斷層，為當(dāng)?shù)氐責(zé)豳Y源勘探提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)?！窘Y(jié)論】土壤測氡法在地質(zhì)資源勘查中用于探測隱伏斷裂地面位置時經(jīng)濟有效，在判斷斷層傾向時須輔助其他勘查手段。

關(guān)鍵詞：隱伏斷裂；土壤氡氣；異常

中圖分類號：P314;P631.6" "文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2023）13-0105-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.13.021

Application of Radon Measurement in the Investigation of Geothermal Research in The Bortala Valley

LU Jianguo QI Zhilong ZHAO Fei

（1.The First Hydrological Engineering Geology Brigade of Xinjiang Geology and Mining Bureau， Urumqi 830091，China；2.Xinjiang Institute of Technology， Urumqi 830023，China）

Abstract：[Purposes] By measuring the radon anomaly in the geothermal research area of Bortala Valley， the hidden faults in this area were explored. [Methods] Radon gas is easy to accumulate in the surface fault site to form radon anomaly，whose principle is used by the random measurement to judge the location and scale of hidden faults. In this study， three sections of D1， D2 and D3 were laid out， 477 measuring points were actually completed， and the length of the measured section was 23 730 m.[Findings] Seven hidden faults were detected according to the radon anomaly data， which provided a reliable geological basis for the exploration of local geothermal resources." [Conclusions] Soil radon measurement is economical and effective in detecting the ground position of concealed faults in geological resource exploration， but other exploration methods must be added in judging the fault tendency.

Keywords： hidden faults；soil radon gas；anomalies

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，新型能源的需求不斷增加［1］，地?zé)嶙鳛橐环N潔凈、環(huán)保的新能源受到全世界的關(guān)注。地?zé)崴男纬珊脱莼c地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，地質(zhì)構(gòu)造影響著地?zé)崴馁x存、運移、出露特征及斷裂和裂隙的發(fā)育［2］。斷裂可以作為地?zé)崴仙ǖ?，也可以為地?zé)崴峁┮欢ǖ膬淇臻g［3］， 因此對地質(zhì)構(gòu)造的研究與探索尤為重要。在對斷層構(gòu)造勘查中常用方法有電法、磁法、地震等［4］。與上述方法相比，土壤氡測量由于具有受地形影響小、成本低、不易受到電磁干擾等優(yōu)點［5］，被地質(zhì)工作者廣泛采用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造概況

博爾塔拉河谷地帶位于北天山西段博爾塔拉河斷裂（F1）以南，按大地構(gòu)造單元劃分屬于天山褶皺系賽里木隆起。受南北向應(yīng)力作用及斷塊差異性升降運動的影響，區(qū)域上形成了一系列平行的褶皺和斷裂（見圖1）?？刂瓶辈閰^(qū)溫泉出露的區(qū)域構(gòu)造斷裂為博爾塔拉河斷裂，該斷裂呈85°～95°方向沿博爾塔拉河延伸，貫穿溫泉縣東西長達83 km，產(chǎn)狀210°∠75°，為壓扭性逆斷裂，向西經(jīng)浩特爾特延至邊境，向東一直延出博樂境外。該斷裂全部被第四系冰磧和沖積物所覆蓋。根據(jù)區(qū)域物探資料和重力異常顯示，該斷裂為一條隱伏斷裂，該斷裂形成于早元古代晚期，強烈活動期為中～晚元古代，其活動具有長期性和多期次性的特點。

1.2 地層概況

河谷地帶屬天山—興安嶺地層區(qū)，地跨溫泉和阿拉套地層小區(qū)，南以賽里木湖北緣斷裂與科古琴山地層小區(qū)為界。地層呈東西條帶狀延伸，其中中更新統(tǒng)冰積層主要由卵礫石、角礫、砂組成；上更新統(tǒng)沖洪積層巖性由礫石、碎石、砂、亞砂土組成；全新統(tǒng)沼澤沉積層地層呈二元結(jié)構(gòu)，上部以淤泥為主，下部為砂礫石。巖性為砂礫石、砂、亞砂土。

2 原理和工作方法

地球內(nèi)熱來源的研究指出，放射性衰變放熱是地球內(nèi)熱主要來源，在各種內(nèi)熱源中占主導(dǎo)地位［6-7］，衰變釋放的熱最初以子體的熱運動形式存在，然后形成熱對流，到達一定程度后會引發(fā)構(gòu)造運動，因此斷層附近放射性物質(zhì)遷移更為明顯［8］。鈾最終衰變產(chǎn)物為氡，其單質(zhì)形態(tài)為氡氣，是一種放射性惰性氣體［9］，廣泛分布于各種介質(zhì)中，在一定的壓力、溫度差降下，由下向上遷移［10］，地殼構(gòu)造運動中所形成的斷層，為氡氣的地表運移提供了良好通道［11］，在活動斷裂帶的出露位置及其上盤的土壤中氡氣含量較高，形成氡異常。通常異常的出露部位、大小、形態(tài)特征與斷層的位置、產(chǎn)狀、規(guī)模、活動性有關(guān)，因此可根據(jù)氡異常曲線的位置和形態(tài)，判斷活動斷裂的位置和產(chǎn)狀［12］，根據(jù)異常帶的寬度和異常峰值，判斷活動斷裂的規(guī)模及相對活動性［13］。

本研究采用的氡氣測量儀為核工北京地質(zhì)研究院生產(chǎn)的FD216環(huán)境氡氣測量儀與四川新先達測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KJD-2000R（α譜儀）氡氣測量儀。該儀器以閃爍室法為基礎(chǔ)，用氣泵將含氡的氣體吸入閃爍室，氡及其子體發(fā)射的α粒子使閃爍室內(nèi)的ZnS（Ag）涂層發(fā)光，光電倍增管再把這種光訊號變成電脈沖.單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)與氡濃度成正比，從而確定空氣中氡的濃度。剖面布設(shè)在第四系發(fā)育，斷層被覆蓋的地段。剖面沿方位0°～33°布設(shè)，垂直斷層的總體走向。測點間距50 m，測量打孔（孔深0.7 m）立即插入取樣器，并將取樣器上部椎體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氫濃度，影響測量效果。用軟橡膠皮管將儀器與取樣器連接，一端接取樣器的氣體出口處，另一端接入儀器的進氣孔進行測量。本次測量完成3條土壤氡氣剖面測量，共計23.7 km，477個測點。

3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)處理方法

將測量值剔除大于三倍平均數(shù)以上的值和小于平均數(shù)三分之一以下的值，然后對其進行統(tǒng)計，求出底數(shù)（n）和均方差（m），高場為n+m，偏高場為n+2m，異常場為n+3m。

需要說明的是所謂的平均數(shù)是指所有測量值的平均值，而底數(shù)是將高于三倍平均數(shù)之值和低于三分之一平均數(shù)之值剔除后，經(jīng)過統(tǒng)計求出的。二者一般情況下不同，但有時可能相同（即在數(shù)值分布集中時相同）。而異常場的下限值和異常值，有時相同，有時不同。當(dāng)?shù)讛?shù)加三倍均方差等于三倍底數(shù)時，則二者相同；否則不同。底數(shù)的三倍為異常值，底數(shù)加三倍的均方差稱為異常場。一般異常值大于異常場的下限值。

3.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及分析

3.2.1 D1剖面。該剖面由南向北布設(shè)，途經(jīng)地貌主要包括河流、農(nóng)田、丘陵，設(shè)計方位0°、長度6 550 m、點距50 m、工作量共132個點。因經(jīng)過濕地河流、濕地舍棄前14個測點。實際測線方位0°，點距50 m，實際完成工作量118個點，長度5 850 m。

D1剖面土壤氡氣含量剖面如圖2所示。分析壤中氡氣1～132號點，背景值為3 206.965 Bq/m³，該條剖面測點氡氣含量最大值15 813.23 Bq/m³，最小值1 167.075 Bq/m³，平均值為4 274.77 Bq/m³。從圖2氡氣含量變化情況分析，該條剖面異常峰值較為明顯，在36、37、38出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從36號點6 463.8 Bq/m³逐漸減少，在38號點減小至3 821.85 Bq/m³ ，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F4（傾向北傾）;在45、46、47出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從45號點4591.35 Bq/m³逐漸由終點向到起點方向先增加后逐漸減少到3 351.32 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F2（傾向南傾）;在63、64、65出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從63號點14 415.3 Bq/m³ 逐漸由起點方向逐漸減少至3 937.275 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F5（傾向北傾）。在73、74、75出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從73號點5 796.9 Bq/m³由起點向到終點方向先增加至9 862.425 Bq/m³后急劇減少至2 090.825 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F1（傾向南傾）;在126、127、128出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從126號點3 090.82 Bq/m³逐漸由起點向到終點方向先增加至5 335.2 Bq/m³后逐漸減少到2 270.025 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F8（傾向南傾）。

3.2.2 D2剖面。該剖面是勘查區(qū)中部的測量剖面，工作從西南南向東北方向布設(shè)，途經(jīng)地貌主要包括丘陵、農(nóng)田、河流，測線設(shè)計方位33°，設(shè)計長度9 000 m，設(shè)計點距50 m，設(shè)計工作量共181個點。因經(jīng)過濕地河流、濕地舍棄前4個測點。實際測線方位33°，點距50 m，實際完成工作量177個點，長度8 800 m。

D2剖面土壤氡氣含量剖面如圖3所示。分析壤中氡氣1～181號點，背景值為3 206.965 Bq/m³，該條剖面測點氡氣含量最大值19 835.8 Bq/m³，最小值756.67 Bq/m³，平均值為6 272.46 Bq/m³。從圖3氡氣含量變化情況分析，該條剖面異常峰值較為明顯，在24、25、26出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從24號點13 915.13 Bq/m³逐漸減少至2 885.62 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F12（傾向北傾）;在62、63、64、65出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從62號點10 683.23 Bq/m³逐漸由起點向到終點方向先逐漸減少至6 822.9 Bq/m³，后增加到12 093.98 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F4（傾向南傾）;在79、80、81出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從79號點9 452.025 Bq/m³逐漸減少至2 552.215 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F5;在90、91、92出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從90號點6 040.575 Bq/m³逐漸減少至3 129.3 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，傾向剖面起點方向，確定斷層F3（傾向南傾）;在117、118、119、120出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從117號點2 859.975 Bq/m³減少至1 513.3 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F8（傾向北傾）；在156、157、158出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從156號點10 529.33 Bq/m³逐漸減少至4 770.9 Bq/m³，且傾向剖面起點方向，該線性趨勢反映了此處存在斷層，確定斷層F2（傾向南傾）; 在173、174、175、176出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從1733號點8977.5逐漸減少至5 386.5 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F1（傾向南傾）。

3.2.3 D3剖面。該剖面是勘查區(qū)中部的測量剖面，工作從西南向東北方向布設(shè)，途經(jīng)地貌主要包括丘陵、農(nóng)田、河流，測線設(shè)計方位33°，設(shè)計長度9 400 m，設(shè)計點距50 m，設(shè)計工作量共189個點。因經(jīng)過濕地河流、濕地舍棄前7個測點。實際測線方位33°，點距50 m，實際完成工作量182個點，長度9 050 m。

D3剖面土壤氡氣含量剖面如圖4所示。分析壤中氡氣1～189號點，背景值為1 764.92 Bq/m³，該條剖面測點氡氣含量最大值9866.7 Bq/m³，最小值773.2 Bq/m³，平均值為2 165.79 Bq/m³。從圖4氡氣含量變化情況分析，該條剖面異常峰值較為明顯，在19、20、21出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從19號點1 427.3 Bq/m³逐漸減少至807 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F12（傾向南傾）;在33、34、35、36出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從33號點2 248.55 Bq/m³逐漸增大再減小至1 148.75 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，暫定斷層F4（傾向南傾）;在79、80、81出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從79號點2 364.9 Bq/m³逐漸減少至2 251.4 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面終點方向，確定斷層F3-1（傾向北傾）;在102、103、104、105出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從102號點2 212.5 Bq/m³逐漸減少至969.25 Bq/m³，該線性趨勢反映了此處存在斷層，傾向剖面終點方向，確定斷層F8（傾向北傾）；在112、113、114、115出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從112號點1 621.55 Bq/m³由起點方向到終點方向逐漸減少至1 026.65 Bq/m³，且傾向剖面終點方向，該線性趨勢反映了此處存在斷層，確定斷層F9（傾向北傾）; 在162、163、164出現(xiàn)異常點，異常值寬度為150 m，且氡氣含量從162號點1 267.9 Bq/m³由起點方向到終點方向先逐漸增大至3 000.95 Bq/m³，又突然減小到1 010.85 Bq/m³該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，確定斷層F2（傾向向南）;在186、187、188、189出現(xiàn)異常點，異常值寬度為200 m，且氡氣含量從186號點11 584.25 Bq/m³由起點方向到終點方向先逐漸增大至12 066.7 Bq/m³，又突然減小到4 756.9 Bq/m³該線性趨勢反映了此處存在斷層，且傾向剖面起點方向，暫定斷層F1（傾向向南）。

4 結(jié)論

①測氡法在探測地下隱伏斷層中有明顯的效果，為后續(xù)的地?zé)豳Y源的勘探提供了基礎(chǔ)。

②在斷層上盤氡值峰形多呈鋸齒狀緩慢上升，隨著斷層上盤上覆地層厚度的減小；在垂直方向上氡值增加到峰值，在斷層下盤，沿斷層反傾向方向，氡值明顯下降；在剖面圖上表現(xiàn)為峰形斷崖式下跌，隨著測點遠離斷層帶，氡值逐漸恢復(fù)到正常地層水平。

③通過本次氡氣測量結(jié)果可知，由于博爾塔拉河斷裂的后期活動，在博爾塔拉河谷地帶形成了一系列次級隱伏斷裂，同時也驗證了在該地區(qū)進行地?zé)豳Y源勘探的可行性。

參考文獻：

［1］ 梁雨東，任康輝，姜鑫，等.活性炭測氡法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用：以張掖—民樂盆地為例［J］.物探與化探，2022，46（6）：1419-1424.

［2］ 李洪藝，張澄博，梁森榮，等.斷裂帶土中氡濃度影響因素分析及特征曲線應(yīng)用［J］.上海國土資源，2011，32（1）：78-83.

［3］侯玉新，慕秀琴.神堂溝地?zé)崽镄纬膳c地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系［J］.中國煤田地質(zhì)，2004，16（6）：25-26.

［4］ 劉明輝，薛建，王者江，等.工程場地隱伏斷裂的探測與地震活動性評價［J］.物探與化探，2018 ，42（4）：839- 845.

［5］ 劉波，張新軍，王興.測氡法在低射氣區(qū)隱伏斷層探測的應(yīng)用［J］.煤礦安全，2015，46（5）：156-159.

［6］CHRISTOPH C.HeatTransport Processes in theEarth 'sCrust ［J］.Surveys in Geophy-sics，2009，30（3）：163.

［7］ GINGRICH J E.Radon as a geochemical exploration tool［J］.Journal of Geochemical Exploration，1984，21（1-3）：19-39.

［8］ 杜建國，宇文欣，李圣強，等.八寶山斷裂帶逸出氡的地球化學(xué)特征及其映震效能，地震，1998，18（2）：155-162.

［9］ 高清武.地震前H2、Hg等斷層氣的異常變化［J］.中國地震，1992，8（3）：53-59.

［10］ 姜大庸，閻賢臣.海原活動斷裂流體地球化學(xué)場初探［J］.地震地質(zhì)，1990，12（1）：63-68.

［11］ 張賡，庹先國，汪楷洋.高密度電法-氡氣測量在礦區(qū)隱伏斷層勘查中的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2013，446（8）：74-75.

［12］ 常志勇，史杰，李清海，等.土壤氡測量技術(shù)在新疆塔什庫爾干縣地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2014，38（4）：654-657.

［13］ 邵永新.土壤氡方法用于斷層活動性研究的討論［J］.中國地震，2012，28（1）：51-60.