断裂带土壤气高精度氢异常分析.pdf

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1、第38卷第2期地震地质Vo1．38．NO．22016年6月SEISMOLOGYANDGE0LOGYJun．，2016doi：10．3969／j．issn．0253—4967．2016．02．006断裂带土壤气高精度氢异常分析范雪芳’张磊’李自红’陶京岑。1)山西省地震局，太原0300212)中国地震局地壳应力研究所，地壳动力学重点实验室，北京1000853)中国地震局地质研究所，北京100029摘要氢气作为1种灵敏的指标能够指示断裂活动过程。文中基于长期全时段的断裂带土壤气高精度氢观测资料，根据测量值的分布范围对资料的可靠性

2、进行了评价，通过氢浓度映震评估，认为氢浓度与地震活动有一定的对应关系，给出了异常判定指标。并结合氢浓度异常特征对测点周围350km范围内的有感地震进行了分析，重点分析了2010年10月24日和2011年3月8日在河南太康分别发生4．6和4．1地震前1周左右震中距330kin的山西夏县土壤高精度氢浓度观测到的相似异常变化，其变化特征表现为“突升一转折下降一地震一恢复背景值”，变化幅度达正常背景值的2O多倍。认为断层氢浓度异常变化与地震所处的构造位置有关，在同一地点发生的2次相似地震，断层氢浓度出现相似变化，异常重现性好。高精度

3、断层氢浓度观测是短临预报的1种有效手段，可为地震重点危险区开展短临跟踪研究提供参考。关键词断层氢气地震前兆异常特征映震效能重现性中图分类号：P315．724文献标识码：A文章编号：0253—4967(2016)02—303一l30引言断层气是地球内部气体及挥发组分不断沿着活动板块和活动块体边界以及其它活动性断裂等地壳薄弱地带向地表迁移和释放的气体。断裂带上的微量气体组分(Rn，Hg，H：，CO等)的变化，主要受断层和断层活动性的影响。活动断层是地表与地下深部联系的通道，断层气从通道中溢出地表并携带大量的构造活动信息，是很好的

4、构造指示剂(汪成民等，1991；Wa-liaeta1．，2009；Lombardieta1．，2010)。在地震孕育过程中，岩石受到的应力改变，导致地壳中发生某些瞬时运动，如裂缝扩张、断层蠕动等，压力驱动下深部的流体沿着断裂及薄弱地带在岩石圈内迁移、聚集或分散，形成地球化学异常(杜建国等，2000)。大量跨断层气体地球化学研究表明，土壤气(co、He、H、Hg和Rn)异常的空间分布与断裂相关，活动断裂是地壳的不连续处，其垂直方向的渗透率要高于被断岩石的渗透率，成为地壳及更深部气体向上逸出的有利通道(Irwineta1．，19

5、80；Kingeta1．，1996，2006)。[收稿日期]2015-07—21收稿，2016—04一l8改回。[基金项目]中国地震局地震科技星火计划(XH15006)与2016年度震情跟踪定向工作任务(2016020302)共同资助。通讯作者：李自红，男，正研级高级工程师，电话：0351—5610548，E—mail：sxsdzjgcy@163．corn。304地震地质38卷地球内部氢气来源与演化的研究，已成为国际地球化学前沿领域研究的热点之一(Whitic-ar，1999；Herntindezeta1．，2000)。粟启

6、初(1992)通过实验指出氢气逸出对断层的运动、地震的发生有直接的诱发作用。邵济安等(2010)研究认为，氢主要来源于地幔，少量地壳来源是由于活动断层产生的局部高温高压趋使中、浅层地热储库中的甲烷转化为氢。Wakita等(1980)指出氢气是一种新的手段指示断层活动性。氢气具有较强的映震灵敏性，特别在短临阶段的映震能力明显优于其他测项，是地震短临预测的重要手段之一(张炜等，1988；刘耀炜等，2006；车用太等，2015)。汪成民等(1991)的研究结果表明，在中国唐山、宁河、海城、大同等地震前后北京附近水井中溶解氢气浓度均

7、急剧增加，其异常特征表现为多次高值突跳，突发性强且变化幅度大，背景稳定，异常时间短(1个月至几个月)。氢也是断层气的主要成分，中国在利用氢气研究隐伏断层和地震前兆异常监测方面取得了重要进展，同时也获得了氢前兆异常实例(汪成民等，1991)。由于断裂带岩层中氢浓度背景值较低，长期以来，国内外观测氢浓度主要采用热导检测器气相色谱仪，灵敏度较低，检出限一般为lOx10一，由于人为因素(如取样地点、步骤和操作等)引起误差增加，资料的可靠性降低。而土壤中氢气的背景值约为0．5×10～，因此氢浓度观测受到观测技术的限制而未能在地震预测中

8、得到充分应用。近年来，随着氢气分析技术的发展，新研制出的ATG一6118H型痕量氢自动分析仪能够满足地震系统观测技术的要求(范雪芳等，2014a，b；2015)。笔者利用痕量氢气观测仪器在2010年10月24日和2011年3月8Et河南太康4．6和4．1地震前，观测到断层氢浓度比较显著的异