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活断层(带)上覆盖层中氡迁移的数值反演拟合

刘菁华  王祝文  
【摘要】:放射性气体氡可在活断层上富集引起氡浓度的升高,形成放射性异常,这在许多的野外实测资料中均得到验证。关于氡从深部通过断层运移至地表的过程,应该说是一个复杂的过程,从地球动力学的角度,可以证实的是由于构造运动使地应力发生变化而造成氡从岩石释放到岩石裂隙的空气中,同时由于地应力的变化造成岩石微裂隙增加,加速了氡的迁移,所以在地表可形成氡浓度相对增高。当氡的迁移经过复杂地层时,由于地质环境的差异,使得氡的迁移是不均匀的,在有利于氡迁移的环境下即可形成氡浓度的增加,在不利于氡迁移的环境下,氡浓度则相对较低。至于氡迁移的机理,在前人的文献中讨论较多,至今没有一个定论,但有一点是可以肯定的,在均匀的覆盖层中氡迁移机理以对流一扩散为主要迁移方式,对于其它的迁移动力可以加速氡的迁移,可以设想这些作用增加了对流速度或扩散系数,即迁移速度,所以对于均匀覆盖层而言,对流-扩散的迁移方式是氡迁移的综合模式,其扩散系数和对流速度的相对变化是综合作用的结果,而不再是单纯意义上的扩散系数和对流速度。这些参数可以采用实测的方法得到, 也可利用公开发表的实验数据。这样对于活断层带上覆盖层中氡迁移的数据模拟,可采用稳态的对流-扩散模型进行正演氡浓度的数值计算,根据计算结果来反演拟合实测野外数据。对于未知的活断层,可根据不同的模型参数进行不同参数反演计算,通过将不同参数反演结果与实测的数据进行拟合,就可以得到有关活断层的定量信息。本文以氡气的对流-扩散模型为基础,利用数值模拟方法反演活断层上氡浓度分布,得到活断层带的埋深、宽度、断层面氡浓度大小,从而达到定量评价活断层的特征的目的。通过研究, 得到以下几点结论: 1)氡在覆盖层中迁移的二维对流-扩散模型的假设,其正确性进一步在反演中得到了较好的验证。因为采用对流-扩散模型进行反演拟合,其理论计算与实测结果具有较好的吻合性,两者曲线的拟合度高,一致性好,反演参数也具有较高准确性。 2)反演拟合中本底的确定及异常峰的确定对断层参数的拟合会有一些影响,因为它关系到拟合模型的选择,是选择双峰模型还是三峰模型,所以应仔细多角度确定出异常峰。 3)在拟合时,参数的确定具有多解的情况,如果能有其它地质和地球物理资料确定的覆盖层的参数或断层的参数,则能较唯一地确定出断层的参数。 4)数值的反演拟合可定量确定断层的参数,对于活断裂带的评价就有重要意义,使活断层的评价由定性到定量确定断层的特征,尤其可确定断层面的氡浓度,这对评价活断层的活动性的强弱具有特殊意义。 5)该方法可将地表测量值真实地反映地下断层面浓度值,从而较准确地评价断层的活动性,如南湖断层与蔡家断层地面实测的氡浓度值相差不大,南湖断层的峰值稍大于蔡家断层,但经过模型的反演拟合后,所得到的南湖断层氡浓度(31000Bq/m~3)小于蔡家断层氡浓度(60000Bq/m~3),即蔡家断层的活动性大于南湖断层。已知实际情况正是如此,南湖断层为弱活动断裂,蔡家断层为较活动的断裂带。

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