1 研究背景

地球内部发生的各种物理、化学场变化以及构造体之间的相互作用，都会使地下深部气体沿着活动断裂带、板内块体边界、火山等地壳薄弱带处向上逸散。断层土壤气指沿着断裂破碎带逸出地表的地下气体，其浓度以及逸出速率值大小能灵敏、客观地反映地下应力、应变状态以及构造活动状态，因此常被用来鉴识断裂带活动状态、探寻隐伏断层以及地震危险性研究等。

2 断层气流动观测

新疆天山地震带是主要的陆内地震带之一，也是大陆内部变形和强震活动频繁的地区之一。新疆维吾尔自治区地震局在2013—2014年编制《未来10年新疆潜在地震危险区—地震灾害损失盲估白皮书》，书中在新疆北天山地区划定1个7级地震危险区、1个6级地震危险区。笔者2017—2021年在上述2个危险区的博罗科努—阿其克库杜克断裂、库松木契克山前断裂、独山子—安集海断裂、霍尔果斯—吐谷鲁断裂、喀什河断裂、那拉提断裂等6个断裂带上布设8个剖面，每个剖面15个测点，开展了8期断层土壤气Rn、CO₂、Hg浓度流动测量工作。新疆柯坪断裂位于南天山地区，是新疆地震活动断裂中最为活跃的断层之一。新疆维吾尔自治区地震局自2016年开始在柯坪断裂及其分支断裂上布设7条剖面，开展跨断层土壤气Rn、CO₂、H₂浓度测量，目前已完成10期流动观测工作。

西秦岭北缘断裂带地处青藏高原东北边缘，是青藏高原北部几条近于平行的大型活动断裂带之一。笔者联合甘肃省地震局在西秦岭北缘断裂带武山—宝鸡段选择背景稳定、构造位置确定等区段，布设10条剖面开展跨断层土壤气Rn、Hg、CO₂、H₂浓度测量，2020—2021年完成2期合计160个测点的断层气流动观测。

3 观测仪器

断层气观测仪器如下：断层土壤气CO₂浓度采用北京华云GXH-3010E1E二氧化碳测量仪测量，测量误差＜6%；断层土壤气Rn浓度采用Alpha GUARD p2000测氡仪测量，仪器灵敏度50 cpm/(kBq·m-³)，测量误差＜3%；断层土壤气Hg浓度采用Lumex RA915M测汞仪测量，测量误差＜5%；断层土壤气H₂利用杭州超钜ATG-300H测氢仪野外现场测量H₂浓度，测量误差＜1%。

4 观测结果

经过对天山地区15个剖面、西秦岭北缘10个剖面多期观测数据的对比分析，初步得到如下结论：①天山地区断层气H₂平均浓度明显高于西秦岭北缘地区，而Rn和CO₂平均浓度则低于西秦岭北缘地区，两地区Hg浓度基本相近；②同一区域若干剖面断层气浓度具有显著空间分布特征。如西秦岭北缘断裂带断层气浓度自东向西整体呈下降趋势；③同一断裂带上不同剖面之间，断层气浓度差别较大，具有明显分段特征；④同一测项不同期次观测数据基本稳定，同一场地不同测项的数据在曲线形态上具有较高的准同步性特征；⑤多数断层呈现上盘断层气体浓度高于下盘断层气浓度的特征；⑥通过对2017年8月9日精河县M_S6.6、2020年1月19日伽师M_S6.4地震前后断层气定期流动观测及阿克苏断层气定点H₂连续观测统计与分析，发现震前断层气浓度呈显著上升—转折下降变化趋势，地震则发生在断层气浓度下降过程或已经恢复到背景值浓度阶段。

分析认为，断层气浓度主要影响因素可能与断层受力状态、破碎情况、覆盖层厚度、覆盖层土壤粒级及土壤湿度、气压和气温等有关。