河南省湯陰地塹南部土壤H2濃度及其與構(gòu)造關(guān)系

胡 寧,婁露玲,馬志敏,王明亮,張寶山,王 宇,陳 蒙,郭德科

(1.河南省新鄉(xiāng)市防震減災(zāi)中心,河南 新鄉(xiāng) 453000;2.河南省新鄉(xiāng)市第一中學(xué),河南 新鄉(xiāng) 453000;3.河南省地震局,河南 鄭州 450000)

0 引言

H2廣泛存在于包括超基性巖蛇紋石化、海底熱液作用、火山與地震活動(dòng)、斷裂活動(dòng)等在內(nèi)的各類地質(zhì)環(huán)境中[1-6]。其作為質(zhì)量最輕的氣體,擴(kuò)散速度快、移動(dòng)能力強(qiáng),能對(duì)地殼中較小的擾動(dòng)作出快速反映[7],通常被當(dāng)作地震活動(dòng)的有效指標(biāo)而用于構(gòu)造活動(dòng)監(jiān)測(cè)。在地震活動(dòng)中,H2濃度往往出現(xiàn)同步異常或者作為前兆異常指示地震活動(dòng),Ito等[8]在日本中部Yoro-ise斷裂帶觀測(cè)到當(dāng)?shù)匚⒄鸷桶霃?5 km的中強(qiáng)度地震前H2濃度顯著增加。Voitov等[9]在地震發(fā)生前幾個(gè)月內(nèi)觀測(cè)到土壤H2濃度以每天0.2～0.5 ppm的速率連續(xù)增加,而在地震發(fā)生時(shí)H2濃度劇烈增加。堪察加半島南部的土壤H2濃度連續(xù)觀測(cè)結(jié)果也顯示,土壤H2濃度脈動(dòng)和地震活動(dòng)之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)大于0.99,H2濃度脈動(dòng)后的2～4周內(nèi)有相應(yīng)的地震活動(dòng)發(fā)生[10]。土壤H2濃度對(duì)地震活動(dòng)的反映被認(rèn)為是構(gòu)造應(yīng)力導(dǎo)致巖層對(duì)吸收和吸附H2的釋放作用[11]或者是構(gòu)造應(yīng)力導(dǎo)致巖層產(chǎn)生新生破裂面,水與新鮮礦物之間的水巖作用生成H2并釋放[12-13]。此外,生物化學(xué)作用也是土壤中H2來(lái)源的重要方面,土壤中有機(jī)質(zhì)厭氧分解、發(fā)酵,以及氧化環(huán)境中的微生物固氮作用等均能產(chǎn)生部分H2[1]。斷裂帶由于其高滲透性是不同來(lái)源H2釋放的天然通道,活動(dòng)斷裂中的H2濃度常常高于非地震活動(dòng)斷裂。Wakita等[14]和Sugisaki等[12]在日本開(kāi)展的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)H2濃度和斷裂帶及其活動(dòng)性關(guān)系密切,一些斷裂帶H2濃度高達(dá)9.36%。在相關(guān)斷裂帶開(kāi)展的H2、He的聯(lián)合觀測(cè)表明,部分H2來(lái)源于地球深部,地表土壤高濃度的H2與深部斷裂密切相關(guān),斷裂帶是深部H2向地表運(yùn)移的重要通道[15]。鑒于H2的性質(zhì)以及其濃度與構(gòu)造間的淵源關(guān)系,H2也被認(rèn)為是構(gòu)造探測(cè)的有力工具,能指示斷裂的位置、規(guī)模、構(gòu)造變形性質(zhì)以及活動(dòng)程度等特征[16-19]。

雖然H2在構(gòu)造探測(cè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),但其在活動(dòng)斷層探測(cè)方面的應(yīng)用更多的受制于地殼地球物理?xiàng)l件、地質(zhì)構(gòu)造特征以及覆蓋層介質(zhì)的物性狀況等方面；同時(shí)土壤氣監(jiān)測(cè)結(jié)果還受到溫度、氣壓、降水量以及土壤濕度等因素的影響。在缺乏翔實(shí)的地球物理探測(cè)資料的前提條件下,氣體地球化學(xué)探測(cè)結(jié)果與地質(zhì)構(gòu)造間的關(guān)系往往較模糊。湯陰地塹處于隆起與沉降過(guò)渡區(qū)域,地理環(huán)境特殊,構(gòu)造復(fù)雜。湯陰地塹南部依托廣泛開(kāi)展的城市活動(dòng)斷層探測(cè)項(xiàng)目,已積累了大量而豐富的地球物理探測(cè)資料。在氣體地球化學(xué)方面,目前在該地塹邊界斷裂——湯東、湯西以及安陽(yáng)南斷裂已開(kāi)展了土壤H2濃度相關(guān)研究,土壤H2濃度能夠敏感指示斷裂位置,且三條斷裂帶之間H2活動(dòng)背景差異明顯[19-20]。為進(jìn)一步了解不同斷裂帶之間氣體活動(dòng)背景之間的差異,需要對(duì)湯陰地塹土壤H2的空間分布特征及其與構(gòu)造之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究。本文擬通過(guò)在湯陰地塹南部網(wǎng)格化布點(diǎn)并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量H2濃度的方法,分析土壤H2濃度的空間分布特征,闡明不同斷裂斷裂帶以及不同區(qū)域氣體活動(dòng)情況,揭示其與構(gòu)造、巖性、覆蓋層厚度等之間的聯(lián)系,進(jìn)一步充實(shí)氣體構(gòu)造地球化學(xué)觀測(cè)的基礎(chǔ),為本區(qū)域的氣體地球化學(xué)監(jiān)測(cè)以及防震減災(zāi)相關(guān)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

湯陰地塹位于太行山隆起區(qū)和華北平原沉降區(qū)的交接部位。湯陰地塹是太行山隆起和內(nèi)黃隆起間的一個(gè)北東向凹陷,其東西邊界分別受湯東和湯西斷裂控制,南北分別以新鄉(xiāng)—商丘斷裂和安陽(yáng)斷裂為界限。受北北東—北東向斷裂控制,新構(gòu)造時(shí)期形成北東向地塹,基底為三疊系,主要發(fā)育于古近紀(jì),最大沉積厚度達(dá)2 500 m;新近紀(jì)以后,在整體下沉的基礎(chǔ)上,具繼承性下降的趨勢(shì),最大沉積厚度約800 m,其中第四系沉積厚度較薄[21]。湯陰地塹及其兩側(cè)的地層巖性和沉積層厚度差別巨大,西部太行山區(qū),地表主要出露太古界、元古界震旦系、古生界寒武系、奧陶系、石炭系和二疊系,局部為中生界地層;東部丘陵及平原區(qū)主要出露新近系和第四系[22]。

新鄉(xiāng)市活斷層探測(cè)資料表明(圖1)[21],研究區(qū)內(nèi)主要斷裂帶為湯西斷裂帶(F1)、湯中斷裂帶(F2)、湯東斷裂帶(F3)以及新—商斷裂帶(F4),除湯西斷裂有局部露頭之外,其余均為隱伏型斷裂。其中,湯西斷裂是一條走向NEE、傾向SE的高角度正斷層。在研究區(qū)衛(wèi)輝市代村十里河橋下有出露,該處槽探結(jié)果表明其最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世,在隱伏區(qū)的淺層人工地震顯示其可分辨的上斷點(diǎn)埋深65～200 m。湯中斷裂為湯陰地塹內(nèi)部一條走向NEE、傾向SE的正斷層。淺層人工地震探測(cè)結(jié)果表明其可分辨的上斷點(diǎn)埋深135～180 m,其最新活動(dòng)時(shí)代為早、中更新世。湯東斷裂為湯陰地塹東邊界,是一條走向NNE、傾向NW的鏟型正斷裂?？鐢鄬勇?lián)合鉆孔結(jié)果表明其上斷點(diǎn)埋深77～114 m,最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期。此外,深地震反射剖面表明,湯東斷裂下方存在一條高角度斷裂帶,其切割了巖石圈底界,屬于巖石圈尺度的深大斷裂,存在大地震發(fā)生的構(gòu)造背景。344年衛(wèi)輝東M6、1737年封丘M5、1814年湯陰M5、2008年封丘ML4.8等地震活動(dòng)均與湯陰地塹邊界斷裂活動(dòng)密切相關(guān)。

(F1：湯西斷裂；F2：湯中斷裂；F3：湯東斷裂；F4：新商斷裂；F5：盤(pán)古寺斷裂；F6：鳳凰嶺斷裂；F7：朱營(yíng)斷裂；F8：薄壁斷裂；F9：九里山斷裂；F10：百泉斷裂。底圖據(jù)中國(guó)地震局地球物理勘探中心[21]1∶25萬(wàn)地震構(gòu)造圖)圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及土壤H2濃度分布Fig.1 Geological structure map and distribution of H2 concentration in soil gas in the study area

1.2 研究方法

在湯陰地塹南部,布設(shè)土壤氣觀測(cè)網(wǎng)格,測(cè)點(diǎn)間距約1.5 km,共計(jì)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)380個(gè)(圖1)。采用野外流動(dòng)觀測(cè)的方法于3月底至4月底進(jìn)行土壤H2濃度測(cè)量。野外觀測(cè)時(shí)段研究區(qū)氣象條件相對(duì)穩(wěn)定,新鄉(xiāng)市轄區(qū)平均氣溫為13.1～18.8 ℃ ,降水量為11.7～60 mm,觀測(cè)期間避開(kāi)降雨時(shí)段,以減小降水對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。全部測(cè)點(diǎn)使用同一臺(tái)便捷式測(cè)氫儀進(jìn)行野外觀測(cè),儀器型號(hào)為杭州超距ATG-300H,檢出限為5×10-9L。測(cè)量前按照儀器維護(hù)要求對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),儀器校準(zhǔn)誤差小于5%。測(cè)量時(shí)先用鋼釬在測(cè)點(diǎn)并列打兩個(gè)深度約為80 cm的鉆孔,將氣體取樣器置于孔內(nèi),封住孔口,用硅膠管連接便攜式測(cè)氫儀,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定H2濃度。由于土壤層氣體釋放不穩(wěn)定,監(jiān)測(cè)過(guò)程中觀測(cè)數(shù)據(jù)不斷變化,因此在每測(cè)點(diǎn)(15 min)獲取5個(gè)H2觀測(cè)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析處理時(shí)取最大值作為觀測(cè)值并用ArcGIS10.2、EXCEL、SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 湯陰地塹南部土壤H2分布征

累計(jì)頻率散點(diǎn)圖展示了湯陰地塹南部380個(gè)土壤H2濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果(圖2)。H2濃度分布范圍較廣,介于(0.26～175.5)×10-6,平均值與標(biāo)準(zhǔn)差分別為18.19×10-6、25.63×10-6。在累計(jì)頻率圖上,用圖形統(tǒng)計(jì)方法[23-25]將研究區(qū)380個(gè)H2濃度觀測(cè)結(jié)果劃分成若干部分,每一部分代表不同的氣體來(lái)源或者氣體濃度受不同的控制因素影響。從圖中可以看出,累計(jì)頻率曲線存在2個(gè)明顯的拐點(diǎn),分別為5.13×10-6與68.72×10-6。據(jù)此,將整個(gè)觀測(cè)結(jié)果劃分為3個(gè)部分,分別為A、B、C,占比分別為33%、63%、4%,各部分H2均值列于表1。其中A部分H2濃度值較低,在累計(jì)頻率圖上基本上不與B、C部分重疊,代表研究區(qū)H2濃度低值區(qū),占全部數(shù)據(jù)的33%。而B(niǎo)、C分別代表研究區(qū)H2濃度的正常背景和來(lái)自斷裂帶的高值異常。從累計(jì)頻率圖上可以看出B部分的高值組分與C部分的低值組分疊合,因此從C部分取累計(jì)頻率大于2%的值作為異常閾值下限,濃度為57.30×10-6,相應(yīng)地從B部分取低于98%的值作為背景值,濃度為49.76×10-6。因此,研究區(qū)H2濃度低于5.13×10-6的部分作為偏離背景的低值區(qū)域,濃度值介于(5.13～49.76)×10-6的為背景值,代表研究區(qū)H2正?；顒?dòng)背景。濃度值高于57.30×10-6的部分為異常值,H2主要來(lái)源于斷裂帶,而濃度值介于(49.76～57.30)×10-6的部分為背景值與異常值的混合。

圖2 土壤H2濃度-累計(jì)頻率散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of H2 concentration in soil gas and cumulative frequency

表1 研究區(qū)不同來(lái)源H2比例及均值統(tǒng)計(jì)Table 1 Proportion and mean value of H2 from different sources in the study area

以5.13×10-6、49.76×10-6及57.30×10-6為分界點(diǎn)將研究區(qū)380個(gè)H2濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果也展示于圖1中。H2濃度低于5.13×10-6的測(cè)點(diǎn)主要分布于研究區(qū)西部第四系等厚線小于50 m的區(qū)域,該區(qū)域位于太行山隆起與湯陰地塹的過(guò)渡區(qū),太行山前前寒武系變質(zhì)巖以及寒武系、奧陶系灰?guī)r大面積出露,第四系覆蓋層較薄,呈不連續(xù)分布狀態(tài)。H2分子量小、質(zhì)量輕、移動(dòng)速度快、滲透能力強(qiáng),不易在地質(zhì)體中存儲(chǔ),而西部地區(qū)第四系覆蓋層普遍較薄且呈不連續(xù)分布的特征造成了該區(qū)域H2濃度值整體偏低。另外一小部分低值集中分布于研究區(qū)東北部,該部分氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于古河道影響區(qū)域,礫石層廣泛分布,覆蓋條件不利于H2的積累,形成了濃度低值區(qū)。

H2濃度高于57.30×10-6的測(cè)點(diǎn)主要分布東部地區(qū)(第四系等厚線大于50 m)的湯中斷裂帶、湯東斷裂帶及其鄰近區(qū)域,此部分H2主要來(lái)源地殼深部。斷裂帶的高滲透性為深部氣體向地表運(yùn)移提供優(yōu)越條件,斷裂帶是深部氣體運(yùn)移天然通道,在此區(qū)域易形成濃度高值異常帶。研究區(qū)H2濃度高值異常點(diǎn)除沿湯中、湯東斷裂帶分布外,還在研究區(qū)中部形成了一條北東-南西向高值異常條帶,可能是隱伏斷裂的反映。而濃度介于(49.76～57.30)×10-6的測(cè)點(diǎn)主要在高值異常點(diǎn)鄰近區(qū)域分布,充分表明了此部分H2是斷裂帶來(lái)源與背景區(qū)域來(lái)源氣體的混合。

2.2 主要斷裂帶H2濃度特征

基于本文網(wǎng)格化均勻布點(diǎn)的野外測(cè)量方法,在考察斷裂帶土壤H2活動(dòng)特征時(shí),以各主要斷裂帶為中心,取東西各1.5 km范圍內(nèi)的測(cè)點(diǎn)值來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以襯度(大于異常閾值下限部分的平均值/背景平均值)表示各斷裂帶氣體活動(dòng)程度。考慮到H2濃度小于5.13×10-6的測(cè)點(diǎn)受地表沉積特征影響較大,其濃度值低于正常背景值,故在計(jì)算背景平均值時(shí)去除了濃度小于5.13×10-6的低值部分,即扣除上述分析的A部分。

各主要斷裂帶H2濃度統(tǒng)計(jì)特征列于表2,其中,湯西斷裂帶土壤H2濃度最大值、平均值以及背景均值均較低。方差分析表明,湯中斷裂、湯東斷裂H2濃度顯著高于湯西斷裂(p<0.05),而湯中、湯東斷裂帶H2濃度差異不明顯。用箱型分析圖(圖3)確定各主要斷裂的異常閾值下限,湯西、湯中、湯東斷裂的異常閾值下限分別為35.20×10-6、113.30×10-6、43.24×10-6,襯度分別為:4.68、4.86、5.66。主要斷裂帶的H2活動(dòng)程度表現(xiàn)為:湯西斷裂帶<湯中斷裂帶<湯東斷裂帶。

表2 各主要斷裂帶H2濃度特征Table 2 Characteristics of H2 concentration in main faults

2.3 土壤H2空間分布與構(gòu)造的關(guān)系

運(yùn)用ArcGIS10.2的統(tǒng)計(jì)分析模塊,采用徑向基函數(shù)規(guī)則樣條空間插值方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成土壤H2空間等值線圖(圖4)。研究區(qū)東部H2濃度等值線高值中心基本上沿湯中、湯西斷裂帶分布,其高值中心連線和斷裂帶走向基本一致,反映出斷裂構(gòu)造對(duì)土壤H2釋放具有重要意義。而西部地區(qū)受地表沉積特征的影響,H2濃度雖然整體偏低,但依然能看出,相對(duì)較高的值仍然分布在湯西斷裂帶及其附近的區(qū)域,顯示出構(gòu)造的控制作用。

斷裂帶的存在增強(qiáng)了巖層及土壤的滲透性,為地下不同來(lái)源氣體的遷移提供了良好的通道。眾多的土壤H2觀測(cè)實(shí)踐表明,H2濃度高值異常與斷裂帶關(guān)系密切,在一些斷裂中觀測(cè)到H2濃度比背景值高出10～50倍[7],斷裂帶是地殼深部H2向地表擴(kuò)散運(yùn)移的理想通道,構(gòu)造對(duì)氣體釋放具有重要的控制作用。本文的觀測(cè)結(jié)果也表明,在斷裂帶附近土壤H2均表現(xiàn)出高值異常,斷裂帶的走向與氣體高值中心點(diǎn)連線基本一致,顯示了斷裂帶對(duì)土壤氣釋放的支配作用。圖4給出了“新鄉(xiāng)市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目在本次土壤氣監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)的淺層人工地震測(cè)線[21]。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在中東部地區(qū)氣體高值中心與人工地震顯示的斷點(diǎn)之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但個(gè)別斷點(diǎn)或斷裂帶附近H2濃度值較低,這可能是由走滑斷裂的性質(zhì)決定的,走滑斷裂往往不是連續(xù)結(jié)構(gòu),而是由不同幾何復(fù)雜性分隔的連續(xù)段組成[26],段與段之間往往形成不同等級(jí)的剪裂隙,在這些部位深部氣體容易釋放,形成高值異常,造成高值中心在斷裂帶上斷續(xù)分布,而在其他部位由于走滑構(gòu)造變形使破裂面局部被斷層泥等細(xì)粒物質(zhì)膠結(jié)閉合,氣體不易逸散,導(dǎo)致部分?jǐn)帱c(diǎn)H2濃度沒(méi)有出現(xiàn)異常高值。

圖4 湯陰地塹南部土壤H2濃度等值線圖Fig.4 Contour map of H2 concentration in southern Tangyin graben

從研究區(qū)內(nèi)各主要斷裂帶土壤H2釋放強(qiáng)度來(lái)看,湯中、湯東斷裂帶土壤H2濃度顯著高于湯西斷裂。從H2濃度異常襯度來(lái)看,表現(xiàn)出湯西斷裂帶低于湯中、湯東斷裂帶。湯西斷裂帶H2濃度各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的低水平固然與地表覆蓋狀況和沉積特征有關(guān),但從根本上講還是受控于研究區(qū)各主要斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)背景?！靶锣l(xiāng)市活動(dòng)斷層探測(cè)及地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目在研究區(qū)進(jìn)行較為詳盡的地球物理勘探,主要地球物理勘探點(diǎn)如圖4所示[21]。該項(xiàng)目在湯西斷裂帶十里河橋下的斷層出露點(diǎn)進(jìn)行的探槽(圖4)探測(cè)結(jié)果揭示,該處中更新統(tǒng)地層與湯西斷裂呈斷層接觸,全新統(tǒng)覆蓋于斷裂帶之上,該斷裂帶在中更新世有過(guò)活動(dòng)。該斷裂帶南部(研究區(qū)之外)的淺層人工地震結(jié)果顯示,湯西主斷裂錯(cuò)斷第四系底界,可分辨的上斷點(diǎn)埋深75 m。湯中斷裂帶淺層人工地震表明,主斷裂斷點(diǎn)FP23、FE9(圖4、5中測(cè)線Ⅱ、Ⅲ)分別錯(cuò)斷中更新統(tǒng)底界與第四系底界,上斷點(diǎn)埋深分別為145 m、180 m,表明湯中斷裂帶活動(dòng)時(shí)代為早、中更新世。而湯東斷裂帶的淺層人工地震顯示,主斷裂斷點(diǎn)FP27、FX9、FP16(圖4、5中測(cè)線Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)均錯(cuò)斷中更新統(tǒng)底界,相應(yīng)地上斷點(diǎn)埋深分別為90 m、110 m、90 m。而斷點(diǎn)FP13(圖4中測(cè)線Ⅴ)錯(cuò)斷上更新統(tǒng)底界地層,相應(yīng)地上斷點(diǎn)埋深為50 m。該斷裂帶上的兩條跨斷層聯(lián)合鉆孔(圖4)結(jié)果表明,南部張河村剖面主斷裂錯(cuò)斷層位為中更新統(tǒng)第4段底界,上斷點(diǎn)埋深為103 m。北部邢李莊剖面(圖4)主斷裂錯(cuò)斷層位為上更新統(tǒng)第1段底界,上斷點(diǎn)埋深為77 m。表明湯東斷裂帶最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期。同時(shí),深地震反射剖面(圖4中測(cè)線Ⅵ)反映的湯陰地塹南部深部孕震環(huán)境顯示,湯東斷裂下方存在一條高角度、切割了巖石圈底界的深大斷裂,湯西斷裂與湯中斷裂分別在8～10 km和5～6 km深度處收斂歸并到湯東斷裂上,其最大下延深度為20 km。深大斷裂的存在為上地幔物質(zhì)上涌提供了通道,熱物質(zhì)上涌的底侵或熱侵蝕作用導(dǎo)致中下地殼部分物質(zhì)熔融,與湯陰地塹深部構(gòu)造相關(guān)的兩條深地震測(cè)深剖面也顯示在湯陰地塹東側(cè)的中下地殼中存在低速層[22,27-28],這些低速層可能就是熱物質(zhì)上涌的證據(jù)。因此,從淺部構(gòu)造狀態(tài)和深部孕震環(huán)境來(lái)看,湯東斷裂帶規(guī)模大、埋藏深度小、切割深度深,其活動(dòng)性最強(qiáng),公元344年衛(wèi)輝東M6震中位于該斷裂帶東部10 km處。湯東斷裂下伏深大斷裂的存在為深部來(lái)源氣體的運(yùn)移提供了良好通道。在有利的深淺構(gòu)造組合條件下,不同來(lái)源的H2沿?cái)嗔褞蛏蠑U(kuò)散遷移,在地表形成H2濃度高值異常。各主要斷裂帶H2濃度異常及異常襯度是研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)背景的反映。

圖5 淺層人工地震剖面Ⅱ、Ⅲ解釋斷點(diǎn)Fig.5 Interpretation breakpoints of shallow artificial seismic profiles Ⅱ and Ⅲ

此外,研究區(qū)土壤H2濃度空間分布等值線圖(圖4)還顯示出,在研究區(qū)出現(xiàn)了一條北東-南西走向的土壤H2濃度異常條帶。如上述論述,H2濃度高值異常與斷裂帶關(guān)系密切,由此推測(cè)該區(qū)域可能存在一條北東-南西向隱伏斷裂。從地質(zhì)構(gòu)造圖可以看出,在異常條帶所在區(qū)域第四系等厚線較密集、梯度較大,表明第四系地層厚度變化較劇烈,存在斷裂構(gòu)造活動(dòng)的可能。同時(shí),在研究區(qū)及其鄰近區(qū)域,歷史上共發(fā)生M6地震兩次,分別為公元344年12月衛(wèi)輝東M6和1587年4月修武東M6。兩次地震分別位于H2異常條帶兩端,距離本研究區(qū)邊緣分別為5 km、15 km,兩次地震震中連線與異常條帶近乎完美重合,地震活動(dòng)或許與推測(cè)隱伏斷裂有關(guān)。從1970年以來(lái)的中小地震活動(dòng)情況來(lái)看,研究區(qū)小震活動(dòng)主要集中分布在斷裂帶附近,其中東部地區(qū)的部分小震活動(dòng)呈近似條帶狀分布,該條帶與土壤H2濃度異常條帶近乎一致,這從小震活動(dòng)方面也佐證了推測(cè)斷裂的存在。此外,從研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)角度講,存在發(fā)生北東—南西向隱伏斷裂的力學(xué)基礎(chǔ)。研究區(qū)及其附近中小地震震源機(jī)制力軸張量反演結(jié)果表明[21],最大主應(yīng)力方位為77°,最小主應(yīng)力方位163°、且最大最小應(yīng)力軸接近水平。表明研究區(qū)存在NNE向近水平擠壓的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。從斷層運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)制角度來(lái)講,在NEE向近水平的主壓應(yīng)力作用下,NNE向的湯西斷裂、湯東斷裂發(fā)生右旋走滑變形,在地塹內(nèi)部必然產(chǎn)生近南北向的拉分作用,從而在新鄉(xiāng)與衛(wèi)輝之間易發(fā)生ENE向張性走滑構(gòu)造變形。

3 結(jié)論

湯陰地塹南部土壤H2濃度介于(0.26～175.5)×10-6,依據(jù)其氣體來(lái)源可以劃分為A、B、C三個(gè)部分,A部分氣體受地表沉積特征影響濃度較低,C部分受斷裂構(gòu)造的影響濃度表現(xiàn)為高值異常。研究區(qū)H2濃度分布空間上表現(xiàn)為西部低于東部,高值異常點(diǎn)主要沿湯中、湯東斷裂帶分布,湯西斷裂帶雖沒(méi)出現(xiàn)高值異常,但H2濃度相對(duì)高值仍然在斷裂帶及鄰近區(qū)域,反映了構(gòu)造對(duì)H2釋放的控制作用。研究區(qū)主要斷裂帶H2濃度表現(xiàn)為湯西斷裂帶顯著低于湯中、湯東斷裂帶,異常襯度表現(xiàn)為湯西斷裂帶、湯中斷裂帶小于湯東斷裂帶。結(jié)合研究區(qū)地球物理探測(cè)資料分析認(rèn)為H2濃度及異常襯度是構(gòu)造活動(dòng)背景的反映,深部來(lái)源的H2通過(guò)深大斷裂及有利的深淺構(gòu)造組合向地表擴(kuò)散遷移,在斷裂帶上覆土壤層形成濃度高值異常,H2能有效用于湯陰地塹南部斷裂活動(dòng)監(jiān)測(cè)。同時(shí),需要對(duì)研究區(qū)出現(xiàn)的由北東-南西向H2濃度異常條帶推測(cè)的隱伏斷裂開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。