唐山断裂带逸出气体Rn、He、CO2地球化学特征及其成因的实验研究

Soil gas concentrations of Rn, He and CO2 are good indicators for tectonic and seismic activity due to their special properties, which have been widely used in the detection of fault extension, activity and the observation of earthquake precursor. However, to account for the anomalously values of Rn, He and CO2 requires a mechanism of generation and migration of the terrestrial gases as a whole. It still remains unclear in the mechanism of geochemical signatures of Rn, He and CO2 in fault active area. In addition, few researches have been carried out on the generation and migration of Rn, He and CO2 correlated to the fault stress, active intensity and rock composition. In order to research the spatio-temporal variations of soil gas and their congruence with the fault activity and rock composition, we present this proposal, both field survey and high pressure experiment are proposed to be employed in the study of Rn, He and CO2 emission mechanism in the Tangshan fault, which is seismically-active and has been widely researched by geophysics, geochemistry and tectonic geology methods. Accurate and repeatable results will be attained for the explanation of migration mechanism and emission flux of Rn, He and CO2 gases in active fault area, formation of geochemical characteristics of soil gases caused by the fault activity, rock composition and seismic activity. Furthermore, reliable data will be provided for the identifying earthquake soil gas precursory signals and fault delineation.

断裂带逸出气体Rn、He和CO2由于其特殊的物理化学性质，对构造活动和地震活动性具有良好指示性，已被广泛应用到构造位置探测、构造活动趋势判定和地震前兆观测研究。然而，Rn、He和CO2地表浓度地球化学特征形成机理，与构造应力大小、活动强度和构造深部岩石组成的关系研究尚较薄弱。本项目拟将野外精细测量和室内高温高压实验手段相结合，选择基础研究最为成熟的唐山断裂为研究区域，开展以对活动断裂活动性具有高灵敏性的地下气体Rn、He和CO2为研究对象的野外精细测量和高温高压模拟实验研究工作，揭示断裂带逸出气体释放的时空规律及其地球化学特征与构造活动性和地下物质组成的关系。研究结果将为确定断裂带Rn、He和CO2运移机制、逸出速率、地表浓度特征与构造活动强度和岩石组成的关系等问题提供最为直接的证据，为解释地震前后地下气体异常形成机制和地震前兆机理提供研究依据。

断裂带逸出气体Rn、He和CO2由于其特殊的物理化学性质，对构造活动和地震活动性具有良好指示性，已被广泛应用到构造位置探测、构造活动趋势判定和地震前兆观测研究。然而，Rn、He和CO2地表浓度地球化学特征形成机理，其与构造活动强度和构造深部流体组成的关系研究尚较薄弱。项目组全体成员围绕《项目申请书》和《项目任务书》中的项目研究内容，按照“年度研究计划”针对唐山断裂带气体空间特征、气体排放强度、流体类型、构造结构和破碎程度、气体来源组成端元等研究内容，按时并顺利开展了各项研究工作，获取了相关研究成果。针对唐山断裂带，开展了野外土壤气精细测量、温泉水离子和同位素组成分析、气体同位素组成分析、构造带地下结构的地球物理勘探。并在区域内建设了7个气体观测井，进行了气体浓度和通量连续测量。结果表明，在唐山断裂的西段即唐山—丰南断裂带上气体浓度低于唐山断裂东段（唐山-古冶断裂），东部的气体排放强度也要高于西部。结合区域内地震分布和地震参数研究，这种气体排放特征与区域内地震分布和震源深度有关，区域内构造破裂深度和破碎强度也是气体空间特征差异的重要因素。唐山断裂带及周边区域内水化学类型多样，与含水层的岩性有关。He、Ne气体同位素组分表明，区域内地热水中气体具有幔源、壳源、大气来源的混合特征。H、O同位素组成指示地下水的补给来源为大气降水。土壤气体的同位素组成分析结果表明，区域内Rn、He和CO2气体主要来源包括空气、地下基岩和沉积物，石灰岩和沉积物是主要气体贡献端元，在唐山断裂不同区段，气体排放强度受地震活动影响。项目研究结果为确定唐山断裂带气体运移机制、逸出速率、地表浓度特征与构造活动强度和岩石组成的关系等问题提供了最为直接的证据，为解释地震前后地下气体异常形成机制和地震前兆机理提供了研究依据。