0 引言

岩层中断层可以作为连接深部与浅部的通道，地震发生前，地下深部的CO₂、H₂、Rn等多种气体不断释放，在断层比较活跃且活动性越强时，通道内气体浓度越富集，当地壳应力或应变的变化引起地壳形变和构造活动，导致区域断裂带土壤气体的地球化学组分发生变化（李营等，2009；车用太等，2015）。因此，断裂带土壤气体化学变化特征能反映该区域隐伏断裂所在地表的浅层位置，同时可为深部构造地震活动性判断提供依据。

国外诸多学者自20世纪80年代开始对跨断层土壤气进行研究，并在断层探测、断层气来源以及地震预测等研究取得突出成果，如：Wakita等（1980）对日本的Yamasaki断层、King等（1996）对美国圣安德烈斯断裂、Giammanco等（1998）对意大利的Pernicana断裂的研究。我国研究者尝试利用断层土壤气进行地震预测研究，如：张新基等（2005）、张慧等（2013）利用断层土壤气，探测海河隐伏断层、海原断裂带、玛曲断裂带、夏垫断裂、西秦岭北缘断裂带等断层位置，研究断层构造活动性；杜建国等（1998）、王博等（2010）研究跨断层土壤气Rn的浓度变化与地震活动的关系。

近年来，我国在主要大断裂带开展土壤气地球化学流动观测，并取得丰富的研究成果，如：周晓成等（2011）、张冠亚等（2015）、孙小龙等（2016）对海原断裂带进行多期土壤气测量工作，并分析了海原断裂带土壤气地球化学特征；李源等（2018）、缪阿丽等（2019）对首都圈地区18条活动断裂35个剖面进行地球化学土壤气浓度测量，得出该区断裂土壤气浓度背景值，认为研究区土壤气Rn和CO₂的浓度均呈东高西低的变化趋势，该趋势变化主要受上地壳物质结构、深部气体补给和地震活动等因素的影响。前人研究成果表明，对断裂带进行有效的地球化学野外流动观测，数据变化特征可有效反映隐伏断裂的浅层位置和构造活动引起的区域地壳应力变化。

江西南昌市新建—樵舍断裂位于赣江新区（国家级新区），基础建设投入力度大，但目前对于该断裂土壤气体地球化学流动观测的测量、研究工作相对薄弱。为更好地服务省会城市经济和工业发展，有必要对新建—樵舍断裂构造活动进行深入研究，进而研判地震趋势。为此布设一条垂直横跨断裂走向的测线，开展2期土壤气流动观测，基于Rn、CO₂气的浓度变化，分析土壤气地球化学特征，综合判定该断裂浅层的可能位置及研究区地震活动性。

1 地震地质概况

南昌地区有历史地震记录以来，无破坏性地震发生，属弱震地区。在新建—西河砖瓦厂一带发育的新建—樵舍断裂于晚新生代有活动迹象，表现为北部相对抬升，南部相对下降，为张性特征，无积蓄应力的可能性。该断裂带沿大路熊家—新建—西河一带展布，长约40 km（图 1），并向两端方向延伸。

新建—樵舍断裂总体被第四系地层覆盖，在南昌西河砖瓦厂、鱼木山一带有出露。断层产状总体走向43°—65°，倾向SE，其北西侧为梅岭隆起（出露地层为前震旦系变质岩），南东侧为中新生代沉积盆地。断层为冲断层，上盘主要为辉绿色千枚岩碎裂带，下盘主要为紫红色砂砾岩。该断层是一条发育时间相对较早、活动时间长的继承性活动断裂，主要活动期为中新世末、中更新世晚期。

2 土壤气测量

土壤气野外流动观测测量步骤如下：选择新建—樵舍断裂疑似出露处，以红色带刻度米线，布设一条跨断层垂直剖面测线，测线长度300 m，测点间距30 m，共布设11个测点，从左到右进行编号，编号为1—11，测线保持与断裂走向垂直状态（图 2），于2021年4月和2021年9月开展2期土壤气Rn、CO₂浓度测量工作。测线布设位置地处赣江下游西岸新建区樵舍镇西河砖瓦厂附近，该地形以平原为主，地势相对较低，属农田、沼泽洼地区域，大部分土壤相对松散，有利于土壤气体的排出。

测量过程如下：使用钢钎在对应测点位置土壤中打孔，孔径为30 mm，孔深为900—1 000 mm；拔出钢钎，立即将锥形气体取样器插入孔中进行测量（图 3）。

土壤气Rn浓度测量使用P-2000型便携式测氡仪，仪器参数为：抽气频率为1 L/min，采样率为1次/min，测量误差小于3%。土壤气CO₂浓度测量使用便携式CO₂分析仪，检测限为10×10^-6。为避免因天气和气候条件变化对土壤湿度的影响从而导致抽气不畅，每期土壤气测量工作需在1天内完成。

为保障数据准确性，仪器启动后计数读取前自动运行10 min，以排除橡皮管内聚集的空气。计数稳定后连续读取7个数值，取其平均值作为该测点土壤气CO₂和Rn的测值。在野外测量过程中，为避免各种突发因素的影响，对土壤气浓度较高的异常点进行多次重复测量。

3 土壤气测量结果分析

对新建—樵舍断裂土壤气Rn、CO₂进行2期现场测量，进行Rn、CO₂浓度值K-S非参数检验，结果表明，观测值通过检验，观测结果符合正态分布。

将2期土壤气Rn、CO₂测值，按照测试时间、测点、测值及平均值进行分类统计，将测线上每个测点数值按从小到大间断性取7个有效浓度值，结果见表 1—表 4。根据统计结果，按照测试时间及测试类别，分类计算最大值、最小值、平均值、背景值、均方差及异常界下限，利用箱式图，去除异常高值点，取剩余有效测点测值的算术平均值作为当期土壤气观测背景值，并将测量平均值与2倍均方差之和定为异常界（表 5）。

（1）新建—樵舍断裂土壤气Rn浓度测量结果分析。统计所有测点的Rn浓度测值，计算最大值、最小值和平均值，并取最大值为测点测值。由表 1、表 3、表 5可知：2021-04第一期土壤气Rn浓度在空间上存在一定差异，其体积活度在2 280—81 408 Bq/m³，平均体积活度在3 585—43 639 Bq/m³，最大值81 408 Bq/m³位于测线上测点2处，背景值为21 984 Bq/m³，均方差为22 698 Bq/m³，异常界下限为72 782 Bq/m³；2021-09第二期土壤气Rn浓度体积活度在5 560—97 000 Bq/m³，平均体积活度在9 656—53 643 Bq/m³，最大值97 000 Bq/m³位于测线测点2处，背景值为30 500 Bq/m³，均方差为23 872 Bq/m³，异常界下限为84 289 Bq/m³。分析认为，2期Rn浓度异常高值点位于测线测点2处。

（2）新建—樵舍断裂土壤气CO₂浓度测量结果分析。由表 2、表 4、表 5可知：2021-04第一期土壤气CO₂浓度背景值为0.53%，均方差为0.47%，异常界下限为1.56%，异常值集中在测线测点2—4之间；2021-09第二期土壤气CO₂浓度背景值为1.44%，均方差为1.74%，异常界下限为5.43%，异常值集中在测点2附近。

4 讨论 4.1 断层位置初判

对2021年4月和9月的2期土壤气Rn、CO₂浓度高值进行分析，结果见图 4。初步判断，新建—樵舍断裂浅层位置可能位于测点2附近，早前地质勘探认为该断裂可能在测点7附近有露头，然而该测点土壤气Rn、CO₂浓度值比测点2低，说明断裂浅层位置不一定在其地表出露位置，可能位于所布设测线的测点2附近（图 4）。

4.2 测量结果差异性分析

由新建—樵舍断裂2期测量结果（表 5）可知，第1期土壤气CO₂、Rn含量背景值、异常值、最大值均小于第2期所测结果，初步判断该断层土壤气观测主要受气象因素影响，且主要是降雨影响。这是因为，2021-04第一期测试时间在春季，现场测量时平均气温约22 ℃，且为多雨期，降雨周期相对较长，土壤较湿润，气体排放不够通畅；2021-09第2期测试时间在秋季，现场测量时气温平均值约31 ℃，且干燥少雨，土壤较干燥，使得气体排放相对畅通；而且测量过程中测量仪器、观测人员及场地均相同，数据来源较为可靠，不存在数据误测现象。基于此，判断研究区2期土壤气测试结果的差异可能主要由降雨因素所致。

4.3 断层活动性初步评价

目前，依据土壤气Rn浓度进行断层活动性评价尚无统一标准，本研究结合文献中的评价方法（张平安，2006；邵永新，2012；何超枫等，2016），选取新建—樵舍断裂2021年2期土壤气Rn浓度测值，对该断层活动性强弱进行评价，具体评价标准见表 6。表中，C为异常衬度，计算公式如下

$ C=A / N $

(1)

其中，A为异常区域测值的平均值，N为正常区域内测值的平均值。

由表 5、图 4可知，土壤气Rn浓度异常区域位于测点2附近，异常值即为测点2对应测值，其中：2021-04第1期测点2土壤气Rn浓度测值为81 408 Bq/m³，正常区域内Rn浓度平均值为21 984 Bq/m³，由式（1）得出当期土壤气Rn浓度异常衬度C = 3.7；2021-09第2期测点2土壤气Rn浓度测值为97 000 Bq/m³，正常区域内Rn浓度平均值为30 500 Bq/m³，由式（1）得出当期土壤气Rn浓度异常衬度为3.2。可见，2期Rn浓度异常衬度C值满足2≤C＜5的评价指标，对比表 6可知，新建—樵舍断裂带在较近的地质年代曾发生较强活动，现今活动较弱或活动不明显。

5 结论

通过对江西新建—樵舍断裂土壤气Rn、CO₂浓度野外流动测量，对研究区土壤气地球化学特征进行分析，得到如下结论：

（1）2期土壤气Rn、CO₂浓度表明，土壤气浓度异常高值测点与断层浅层所在位置对应较好，远离断层位置，土壤气浓度值减小，而靠近断裂位置，土壤气浓度值增大。通过对土壤气浓度测值进行计算，可得到各期土壤气背景值以及异常高值界。依据2期土壤气测量结果揭示的土壤气异常高值区，新建—樵舍断裂浅层出露位置可能在所布设测线的测点2附近，与早期地质勘探认为的地表浅层出露位置在测点7处不吻合。

（2）2期土壤气Rn浓度的异常衬度C为3.7、3.2，查询表 6，可知对应2≤C＜5的判定指标，表明新建—樵舍断裂带在距今较近的地质年代以来曾发生较强活动，现今活动较弱或活动不明显。该结果与赣江新区地质构造活动探测结果较吻合，说明异常衬度大小对断层活动性初步判断有一定指示作用。

（3）第1期土壤气Rn、CO₂浓度背景值小于第2期背景值，对比2期土壤气浓度差异性变化，认为受气象降雨因素影响的可能性较大，非断裂活动引起。因缺少夏季和冬季土壤气测量数据，为更客观真实地分析季节变化对测量数据的影响，后期可开展相关流动测量工作，对比分析不同季节土壤气浓度变化。