高桥断裂位于巴东-兴山地区秭归盆地西北缘，自兴山县古夫镇开始向南西方向延伸，经南阳河、高桥、溪丘湾、鸡公岭，止于西瀼口，长度超过50 km(图 1)。断裂带的形成及发展受到华北板块、扬子板块、神农架穹窿和黄陵穹窿的联合作用，经历多期次的构造活动，不同区段表现出不同的运动学特征^[1]。对2013年东瀼口M_S5.1地震形成机制的研究表明，NNE-NE向展布的高桥断裂是发震必要条件之一^[3-5]；断层泥分形研究也表明，断裂现今仍具有一定活动性^[2]。然而该断裂带地表行迹多被第四系覆盖，一般的研究手段很难获取断裂相关信息。有学者利用地震断层带内气体的一些特性进行地震前兆信息、断层活动性、隐伏断裂探测等研究^[6-9]。氡作为一种惰性的稀有气体，易溶于水和有机质并随之迁移，是研究断裂构造的常用气体。

本文利用AlphaGUARD型测氡仪探测土氡浓度，揭示覆盖层下断裂的规模、产状等信息，同时与野外露头及前人资料对比，探索土氡探测方法研究断裂构造在三峡地区应用的可靠性。所选测线位于龚家桥及中阳坡(图 1)，2条测线相距1.6 km，测线大致垂直于断裂带总体走向。测线区域均为第四系及现代沉积物覆盖区，基岩为中-上三叠统灰岩、泥灰岩、砂岩、泥质砂岩等，正常岩层产状较为低缓，局部受断裂带影响而较陡。

1 方法原理与实施方案 1.1 土氡性质

覆盖层下地质体中的核素铀经由镭衰变为氡，一部分固结于岩石的晶格中，成为束缚氡；一部分不受晶格约束，可以在土壤、岩石、水体和空气中迁移，称为自由氡^[10]，即“土氡”(²²²Rn)。

地球圈层中时刻产生并赋存着氡，除火山、地震等壳幔活动会直接将其排入大气外，地震断裂带是氡由深部向上运移的重要通道^[11]。断层带内岩石破碎、裂隙发育，显著增大了地质体与外界接触的表面积，可以使衰变形成的氡更多地从岩石表面脱析而出，而裂隙的发育又有利于氡气及其载气向上运移。在不考虑上覆土壤性质、下伏基岩类型及人为因素干扰等的理想情况下，浅表层中土氡含量曲线与断层性质之间会表现出特定的组合类型^[8]。因此，在识别断裂构造的同时，根据峰值形态的不同可以定性分析覆盖层之下断层的几何特征，给出断裂的规模、倾向等信息。

1.2 实施方案

本次测试采用AlphaGUARD P2000便携测氡仪(图 2(a))，该仪器操作简单、易于维护，受环境影响程度低。AlphaPUMP(图 2(b))是一个内置电池的便携式气泵。

野外实地测量中用直径30 mm的钢钎打孔，孔深控制在80 cm左右。为防止气体大量逸散，在抽出钢钎后立即用中空的麻花钻钻入孔洞，随后将软管对接到取样器上(图 2(c))，气体流经干燥管-叠状过滤器-AlphaPUMP-AlphaGUARD后排出。为了取得更为稳定可靠的测量结果，将AlphaPUMP抽气速率设置为1 L/min，将AlphaGUARD流气模式设置为10 min。测试中每个测孔取2个值，每天测试结束后将全部测试数据拷贝出来，用仪器配套的DataVIEW软件将数据导出为Excel格式。数据处理过程中，每个测点取均值作为最终结果。结合实际场地条件和区域地质特征，采用邵永新等^[12]的方案取标准差系数n为1.5进行异常判定。

2 测线布置与测量结果 2.1 龚家桥测线

龚家桥测线位于龚家桥一带(见图 1中aa′)，宜昌高桥加油站南约200 m处的209国道西侧，剖面线呈165°方向设置于河道与209国道之间平坦农田里，总长度200 m(图 3(a))。

测线位于西侧山体的坡脚处，据两侧地层产状及河床位置推测，土壤层厚度为1~2 m，测试时间在3月份，农田有长达4~5个月的闲置时间，能够很好地保存从覆盖层下地质体中逸散出来的气体。该剖面线的北东方向及南西方向上均发现有断层破碎带出露的痕迹，在剖面北东方向100 m的209国道旁可见有一条断层破碎带，内部存在大量土黄色泥质灰岩形成的棱角状断层角砾，大小不一，部分位置还保留有些许层理构造。剖面南西方向1 km的高桥乡林业局同样可见一条断层破碎带(图 3(b))，宽度为10~20 m，破碎带内部由大量棱角状-次棱角状断层角砾及大块围岩透镜体构成(图 3(c))，岩性主要为土黄色-灰黄色泥质灰岩及紫红色泥质砂岩，破碎带内部有一系列平行滑动面，面上带有明显擦痕，量取滑动面产状为344°∠69°，可知断层呈中高角度向北西方向倾斜。

龚家桥测线共设置有16个测点，先按照20 m间隔设置200 m的测线剖面，之后在异常测点之间逐渐加密到5 m。测试当天天气晴好，测试在1 d内完成。每个测点读取2个值，然后取平均作为测点的最终测试结果。

所有数据结果见表 1。所有测点的²²²Rn浓度取均值为34 138 Bq/m³(即背景值)，最低值为4 248 Bq/m³，最高值为57 088 Bq/m³。从浓度曲线(图 4)可见，剖面前半部分出现异常的低值，从80 m开始出现异常高值41 728 Bq/m³；此后Rn浓度逐渐升高，并在125 m处达到57 088 Bq/m³；125~140 m距离内浓度急剧下降至23 232 Bq/m³；140 m之后浓度稳定在30 000 Bq/m³上下。温度、湿度及气压值3个环境参数随着每天的测试进行规律变化，与氡浓度异常不存在明显的相关性，说明在测试中环境参数对土氡浓度的异常影响较小。剖面线中存在极个别较为突兀的异常低值点及高值点，经过反复测试对比分析发现，低值点处是由于覆盖层疏松或测孔过浅导致氡气过度逸散，高值点处则可能存在氡含量较高的人造异物等。测量过程中，在这些异常值测孔附近采取平移补测的方法来确定并排除以上干扰。

2.2 中阳坡测线

中阳坡测线位于中阳坡一带(见图 1中bb′)，209国道南侧约250 m的山体坡脚农田中，土壤层厚度为1~2 m，剖面线走向160°~170°，总长度119 m(图 5(a))。

测线东侧可见一明显的断层破碎带(图 5(b)、5(c))，露头为人工剖面，是乡村小路铺筑时开挖形成的，在小路边可见明显的断层破碎带，断层角砾发育，宽度约为10 m。断层破碎带为北东东走向，与小路呈小角度斜交。断层破碎带岩性为嘉陵江组土黄色泥质灰岩及巴东组紫红色砂岩，其中破碎带西侧可见灰岩显示出层理产状不稳定特征，东侧巴东组砂岩层理不明显，断层破碎带内可见紫红色砂岩和土黄色灰岩砾岩及大块围岩碎块不规则胶结在一起(图 5(b))，说明断裂经历过强烈的活动。

中阳坡处共设置13个测点，测线总体垂直于断裂带延伸方向，测试方案及数据处理原则与上一个剖面一致。测试结果见表 2。数据结果显示，中阳坡测线两侧Rn值较低，高值集中在测线40~70 m范围内。背景值为26 960 Bq/m³，异常下限值为53 322 Bq/m³。在浓度-距离曲线(图(6))中，测线峰值分别为66 432 Bq/m³、54 528 Bq/m³，两侧低值平均在10 000~20 000 Bq/m³之间。

3 结语

从测试结果可以看出，龚家桥土氡浓度背景值为34 138 Bq/m³，相较于中阳坡的26 960 Bq/m³略高，而二者的异常下限值则较为一致，分别为53 580 Bq/m³、53 322 Bq/m³。从土氡浓度异常特征来看，龚家桥测线中显示出两侧不对称的多峰异常形态，各峰值较为集中，整体形态有向单峰特征过渡的趋势，高值与低值连线方向指示断裂向北西方向倾斜，异常区域指示断裂宽度不超过60 m；中阳坡测线剖面特征与龚家桥类似，高-低值连线指示断裂向南东方向倾斜，异常区域指示断裂宽度不超过40 m，两处异常位置连线呈北东方向，与断裂整体走向一致。由前人研究结果可知，高桥断裂普遍呈中-高角度向南东或北西倾斜^{[2, 13-14]}，破碎带宽度一般在几十米左右，除了倾向信息与前人认识有出入，测线揭示的断裂位置及规模与附近露头、前人剖面信息都较为一致。

结合本文结果与前人资料，露头剖面验证了土氡探测方法在覆盖较为严重的高桥断裂带区域具有良好的适应性，土氡高异常峰与野外断裂位置一致，曲线特征还能在一定程度上指示断裂的规模等信息，测试方法方便快捷，为覆盖区断裂构造的相关研究提供了一个可行的方案。