摘要
地震监测预报研究领域中,流体是识别构造带展布和活动的敏感组分,已有大量观测表明地震前出现土壤气或地下水溶解气体异常,但异常特征与构造和地震活动的关系尚不清楚。本文利用地质统计方法,从时间和空间尺度分析了断裂带土壤气及地下水溶解气与区域构造分布及构造活动的关系。选取沉积盖层较厚、井泉分布较少,适合进行断裂带土壤气观测的唐山地区为分析断裂带土壤气受区域构造分布作用的研究区;同时以井泉分布较多,适宜开展地下水溶解气观测的川滇块体东边界及其邻区为分析地下水溶解气变化受构造事件影响的研究区。综合揭示流体地球化学与构造活动的关系。空间尺度上,对唐山断裂带高空间分辨率气体地球化学测量数据进行了变异函数计算,分析了断裂带活动性与断裂带气体浓度的定量关系。结果表明:(1)唐山地区断裂带土壤气Rn、Hg、He、H_2和CO_2浓度变化范围分别为411~38470Bq/m~3,2~61 ng/m~3,3.32~47.19 ppm,2.37~60.31 ppm,498.98~19760.29 ppm;(2)在物源、气候水文条件、载气等众多影响因素当中,断裂带本身结构特性为控制断裂带气体空间分布的主要因素;(3)利用变异函数计算,确定各气体组分在测量区域内气体浓度与构造相关的空间范围,据此确定了唐山断裂各段构造敏感气体组分,在断裂带周边圈定出断裂带活动性重点监测区域。此外,断裂带气体浓度克里金插值分析结果表明,唐山地区滦县-乐亭断裂带活动性较强,唐山断裂带次之,蓟运河断裂带活动性最弱,同时,断裂带交汇处,浓度高值异常分布更加明显。时间尺度上,在川滇块体东边界及其邻区分析了2009~2018年6个流体监测站地下水溶解氡的波动情况。利用统计方法(残差法和赫斯特指数估计),揭示了地震事件引起的地下水溶解氡的变化特征。研究结果表明:(1)川滇块体东边界及其邻区地下水溶解氡存在明显差异,流体监测站GZ、XC、QJ、YS、YL和WX地下水溶解氡浓度变化范围分别为6.65~9.64 Bq/L,22.30~27.50 Bq/L,11.50~16.70 Bq/L,6.60~15.70 Bq/L,25.80~57.80 Bq/L,9.29~41.51 Bq/L;(2)地下水溶解氡的前兆异常主要分为三类:正异常、负异常和双重异常;(3)鲜水河断裂带、安宁河断裂带和则木河断裂带下伏岩体受应力作用和断裂带闭锁作用,导致地下水溶解氡含量偏低。此外,利用诱发地下水溶解氡前兆异常的历史地震事件确定了各流体监测站的地震响应区。