平原M5.5地震土壤气地球化学特征及成因

2023年8月6日2时33分,山东省德州市平原县发生M5.5地震。文中跨震中布设4条长30km的勘测线,现场测量了土壤气Rn、CO_(2)和Hg浓度。结果表明:1)土壤气浓度表现出明显的空间差异,震中区与4条测线的东、西两端气体浓度相对较高。2)土壤气浓度的空间分布特征在震中及其东部地区相似,但在震中西部差异较大,在西部旧城断裂(F_(3))附近,Rn和CO_(2)的浓度高于震中区,推测应与地震活动和F_(3)控制的鼻状构造有关。3)Rn、CO_(2)和Hg的浓度在陵县-冠县断裂(F_(1))和F_(3)附近出现高值异常,余震自F_(1)向F_(3)发展,结合地质与地球物理研究资料推断,平原M5.5地震应与F_(1)和F_(3)共同作用有关。以上结果表明,气体地球化学方法能较好地指示隐伏断层的位置与展布方向。

基于土壤气快速筛查的地下水苯系物(BTEX)污染反演试验研究

以苯系物(BTEX)为代表的挥发性有机物(VOCs)是工业遗留场地中普遍存在的污染物之一,其迁移范围广,环境风险高。为现场快速识别地下水中的BTEX污染程度与范围,提高地下水监测井布点科学性和准确性,降低调查时间与经济成本,本研究基于BTEX相分配和稳态扩散模型,构建了理想状态的地下水-土壤气BTEX污染扩散三维模型,提出了通过土壤气现场快速筛查反演地下水BTEX污染的方法,并利用6.0 m×1.1 m×2.5 m的大型砂箱开展模拟试验。试验结果表明通过土壤气分层采样与现场快速检测,能够较为精准地反演地下水中BTEX的污染状况,地下水中苯、甲苯、乙苯、二甲苯的反演浓度分别为32.18~21 715.09μg/L、16.10~13 173.69μg/L、30.28~4 212.24μg/L、19.25~4 583.23μg/L,相较于实测浓度9.65~21 716.81μg/L、14.95~13 171.93μg/L、3.17~4 233.04μg/L、21.39~4 498.93μg/L,拟合度高达0.988 7~0.999 2。研究成果能够为污染场地调查监测与防控预警等提供参考,但对于实际复杂场地应用还需不断深入探索,进一步完善模型参数,提高反演精度。

土壤气相抽提技术在有机物污染场地中的研究及应用进展

本文对土壤气相抽提技术的原理进行了概述,并分析总结了其主要影响因素,介绍了该技术与其他技术联合应用的原理及应用实例,旨在为气相抽提技术在挥发性及半挥发性有机污染场地的修复应用提供参考。

不同集气装置对断层土壤气观测数据质量的影响分析

针对我国中西部干旱少雨地区普遍使用的断层土壤气观测集气坑设计施工方案,不能有效排除东南部地区地下水埋深浅、储量丰富、季节性强降雨频发等环境因素影响,对于地势较洼或地下水补充迅速的台址,夏季强降雨容易导致潜水面快速抬升,造成测氡仪闪烁室出现进水故障,从而导致测得的氡浓度急速下降,对地震前兆数据的分析研究造成干扰。充分考虑仪器参数和运行环境,因地制宜对集气设施和观测井装置进行改进,提出堆土式集气室和钻孔套管式集气装置设计方案,宿迁市断层土壤气观测实践表明该方案可以满足在我国东南部地区开展断层土壤气观测研究的技术要求。

基于导则模型计算的污染地块挥发性有机物空气、土壤气限值研究

我国主要采用风险评估导则模型模拟VOCs在污染地块土壤中的扩散迁移和进入室内外暴露点,系统分析模型预测扩散后的气体浓度鲜有研究。文章基于导则模型,研究了31种VOCs的空气允许浓度及对应的土壤气限值。模型计算结果表明,呼吸暴露产生的人体健康风险达到可接受阈值时,VOCs室内空气允许浓度为1.6×10^(−5)~25(居住用地)和2.9×10^(−5)~60 mg/m3(工业用地),部分VOCs室内空气允许浓度远低于室内空气质量标准。VOCs的土壤气-室内空气衰减因子为1.9×10^(−6)~5.6×10^(−5)(居住用地)和8.4×10−7~2.4×10^(−5)(工业用地),低于美国国家环境保护局(US Environmental Protection Agency,EPA)推荐值3~4个数量级;31种VOCs基于蒸气入侵的土壤气筛选值分别为1.3~5.7×10^(5)(居住用地)和5.8~3.0×10^(6) mg/m3(工业用地),较EPA土壤气筛选值高约3~4个数量级,大多数土壤气筛选值高于嗅阈值。研究结果可为VOCs污染地块土壤气筛选值的制定和使用提供参考。

辽南地区断裂带的断层土壤气地球化学特征及其对区域应力调整的指示

辽南地区历史中强地震活动频繁,尤其是金州断裂与海城河断裂,近代曾发生多次中强地震。对辽南地区金州断裂不同区段与海城河断裂开展多期次构造地球化学土壤气浓度观测,可为查明断层活动状态、区域应力调整与分析地震活动规律及特征起到至关重要的作用。文中对辽南地区2条活动断裂的6条剖面进行了多期跨断层土壤气Rn、CO_(2)与H_(2)浓度观测。测量结果表明,同一剖面、不同期次断层土壤气的浓度变化趋势基本一致,但断层不同区段的土壤气浓度变化存在一定差异,分析认为不同区段的断层性质及地质地貌等特征是造成这种差异性的主要原因之一。各剖面土壤气浓度的时空变化特征显示,金州断裂与海城河断裂土壤气浓度空间变化特征在一定范围内主要受地质构造、地下介质结构与地壳垂直速率变化等因素控制,土壤气浓度的时间变化特征主要与断裂活动性质、地震活动及区域应力调整作用有关。研究结果表明,多期次构造地球化学观测方法可有效反映断层活动状态,对区域应力调整具有良好的指示意义,是进行监视断层活动与地震监测预测的一种有效手段。

北京黄庄-高丽营断裂土壤气体地球化学特征及其对地震活动的指示

通过对2017年5月土壤气CO_(2),Rn和Hg的野外流动测量以及2020年9月1日至2021年6月30日期间土壤气监测站Rn的连续监测,利用残差法和地震指数KS方法对黄庄—高丽营断裂南北段的活动差异和区域地震活动进行了分析。结果表明,与首都圈地区其它断裂相比,黄庄—高丽营断裂是首都圈地区活动性相对较强的活动断裂,断裂北段的土壤气体浓度和通量较南段更高,且北段上盘的CO_(2)和Rn浓度明显高于下盘,指示断裂北段具有更强的活动性。对土壤气连续监测站数据进行分析,结果显示监测站的Rn浓度与气温、土壤温度和气压之间无明显相关性。2021年3月25日北京顺义ML3.0地震前6天,监测站记录到Rn浓度出现异常升高,增加了一倍,且震后异常持续了一个月。顺义ML3.0地震前后Rn浓度的异常变化表明监测站的土壤气Rn浓度对KS>0.1的地震有很好的响应。

鲜水河—小江断裂带土壤气地球化学特征

在鲜水河—小江断裂带上布设10个测区,每个测区布设4条土壤气测量剖面,共640个测点,跨断层测量了土壤气CO_(2)、CH_(4)、H_(2)、Rn和Hg的浓度,分析了土壤气的空间分布特征及其成因,讨论了土壤气地球化学特征与断层活动的关系。结果表明,(1)鲜水河—小江断裂带土壤气CO_(2)、CH_(4)、H_(2)、Rn和Hg的平均浓度分别为0.4%、12.0 ppm、5.3 ppm、13.53 kBq/m^(3)、11.29 ng/m^(3);(2)鲜水河断裂炉霍段、安宁河断裂冕宁—西昌段和则木河断裂上高土壤气浓度值表明,历史大地震离逝时间越短、近期小震活动性越强、滑动速率越高的断层,其裂隙发育程度越高,从而导致土壤气浓度也越高;(3)鲜水河断裂雪门坎段和小江断裂北段低土壤气浓度值表明,历史强震离逝越久、现今地震活动性越弱、滑动速率低的断层,其裂隙发育程度越低,从而导致土壤气体浓度也越低。

江西南昌新建-樵舍断裂土壤气Rn、CO_(2)地球化学特征

为研究南昌新建-樵舍断裂土壤气体地球化学特征及构造地球化学背景,采用野外断层土壤气测量方法,于2021年4月和9月开展2期土壤气Rn、CO_(2)的重复观测,结果发现:(1)土壤气浓度范围:第1期Rn、CO_(2)的浓度范围分别为2 280-81 408 Bq/m^(3)和0.09%-1.49%,背景值分别为21984Bq/m^(3)和0.53%;第2期Rn、CO_(2)的浓度范围分别为5 560-97 000 Bq/m^(3)和0.33%-7.05%,背景值分别为30 500 Bq/m~3和1.44%。(2)断裂带位置判定:测线上测点2附近土壤气浓度出现高值异常,由于气体在断裂带附近较为富集,判断此处可能为新建-樵舍断裂浅层位置所在。基于2期实测土壤气Rn浓度的断裂活动性评价结果,认为新建-樵舍断裂带现今活动较弱或活动不明显。本研究结果可为研究区土壤气的进一步研究和地质构造活动分析提供地球化学基础资料。

郯庐断裂带安徽段土壤气体的地球化学特征

在郯庐断裂带安徽段由北向南分别于泗县、明光、肥东、桐城布设了4个测区,每个测区各布设了4条跨断层土壤气测量剖面,测量土壤气Rn、Hg和CO_2的浓度。根据16条跨断层土壤气剖面的测量结果,对郯庐断裂带安徽段的3种土壤气体的释放特征及其与断层空间位置间的关系进行了初步分析。结果表明,气体在断裂带附近较为富集,对断层位置有一定指示作用;气体的富集程度与断裂的活动性、该区段断层岩性及地质环境有一定关系。该结果对于认识测量区域气体的积累特征及构造地球化学研究有一定意义。

怀涿盆地北缘断裂带土壤气体地球化学特征

在河北怀涿盆地的郝家坡和小水峪布设两条测线开展了四期土壤气Rn,CO_(2)和Hg的浓度测量,并基于此研究该盆地北缘断裂带南西段和北东段土壤气地球化学特征的空间分布差异及其与断裂活动的关系。结果显示:郝家坡剖面土壤气Rn, CO_(2)和Hg的浓度平均值分别为8 371.16 Bq/m^(3),0.85%和14.82 ng/m^(3);小水峪剖面土壤气Rn,CO_(2)和Hg的浓度平均值分别为2 813.18 Bq/m^(3),0.42%和13.08 ng/m^(3),可见郝家坡地区土壤气Rn,CO_(2)和Hg的浓度平均值均高于小水峪地区,这种浓度空间分布的差异性可能是断裂活动性和断裂破碎程度不同所致。对区域土壤Hg浓度(total mercury,简称为THg)与土壤气测量浓度的对比分析可知,深层THg浓度与土壤气Rn,CO_(2)和Hg浓度在空间分布上具有一定的一致性,且高值异常点分布于断裂带附近。结合区域定点前兆观测数据及地震活动性分析认为,该断裂目前活动水平相对较弱。结果表明,利用土壤气浓度的分布情况探测该区域隐伏断裂的浅层位置具有一定可行性,同时土壤气浓度连续观测对判定该区域断裂的活动性具有一定指示意义。

玛多M_(S)7.4地震断层土壤气特征与地表破裂的相关性

2021年5月22日2时4分,青海省果洛藏族自治州玛多县发生M_(S)7.4地震。震后一个月,在对地震地表破裂带的展布和同震位移进行详细勘察后,有针对性地沿地表破裂带不同部位(西段、中西段、中东段、东段)布设了7条800~3000m的跨断裂测线,对土壤气Rn、H_(2)、Hg和CO_(2)进行浓度测量和气体采集,并对采集样品进行了碳同位素和氦同位素分析。测量结果表明,地表各破裂段土壤气浓度的最大值差别较大,破裂带东、西两端的气体浓度较高而中段气体浓度较低,可能与断层不同分段的破裂方式和应力分量不一致有关。土壤气中H_(2)和Hg的浓度特征具有较好的一致性,在地表破裂带内或紧邻处浓度较高。玛多M_(S)7.4地震的发震断层东端出现多条分支,破裂具有复杂性。从土壤气浓度测量结果来看,南支和北支断层的活动都较强,但北支断裂土壤气逸出浓度的曲线形态特征和断层产状不一致,可能与北支断裂地表破裂范围大且存在多条次级断裂有关。^(3)He/^(4)He测定结果表明,研究区土壤气中的稀有气体主要为大气来源,但δ^(13)C测值和CO_(2)/^(3)He计算结果显示玛多地震断层土壤气具有大气组分与地壳组分的混合特征。

基于土壤气的场地VOCs污染刻画及风险评估

在某场地苯重点污染区布置10个钻孔,按规范采集检测了63对土壤-土壤气样品,基于土壤和土壤气VOCs浓度分别刻画了场地污染并评估了风险.结果显示,土壤采样和土壤气采样两种方法揭露的污染垂向分布特征基本一致,10个钻孔中采集的土壤气样品均存在一定程度超标,超过土壤气筛选值1.242mg/m^(3)的样品比例为35%,最大超标1000倍,但仅3个钻孔中采集的土壤样品存在超标,超过土壤筛选值1mg/kg的样品比例为5%,最大超标30倍.可见,仅检测土壤样品可能低估场地中VOCs的污染范围和程度,在以砂土为主的场地尤为明显.采用线性分配模型基于土壤中苯检出浓度预测的健康风险较基于实测土壤气中苯浓度预测的风险总体高约1个数量级,因为“老化”、“锁定”等环境行为导致实际污染场地中VOCs在土壤固-液-气间的分配并不完全遵循瞬间平衡分配原理,线性平衡分配模型预测的土壤气浓度显著高于实测值.此外,不考虑苯系物这类易生物降解的VOCs在传输过程中的生物降解过程可导致场地实际健康风险被高估至少2个数量级,评估结论会发生本质的变化.因此,我国应尽快启动基于土壤气的VOCs场地调查与风险评估技术方法的系统研究及相关标准规范的制定,为场地环境管理提供科学支撑.

祁连山断裂带中东段断层土壤气氡浓度强度时空分布特征及其地震危险性分析

基于祁连山断裂带中东段9个观测点2016—2021年的土壤气体氡浓度观测数据,深入分析其浓度强度时空分布特征。同时结合历史大震背景、现今地震活动与断裂带滑动速率的对比分析,从地球化学的角度对祁连山断裂带中东段进行地震危险区段判定。研究表明:祁连山断裂中东段土壤气体氡浓度强度的空间分布特征为东强西弱,其时间序列变化特征总体呈下降趋势;断层土壤气氡浓度强度的空间分布特征、历史及现今地震活动和断裂滑动速率具有较好的耦合性。研究结论可以提供研究区深部地下流体活动的证据,对进一步研究追踪未来可能发生地震的断层和活动段具有重要意义。

六盘山东麓断裂带土壤气体He浓度的空间分布特征及其与构造活动之间的关系

断裂带土壤气体地球化学特征与区域构造演化密切相关。文中为探讨六盘山东麓断裂带土壤气He浓度的空间分布特征及其与构造活动之间的关系,在六盘山东麓断裂跨断层布设了8条土壤气测量剖面,沿测线开展土壤气He浓度的测量;同时,为进行对比分析,选择位于六盘山东麓断裂以东14km的小关山断裂布设3条跨断层土壤气测量剖面,沿测线开展土壤气He浓度的测量。测量结果显示,六盘山东麓断裂各测量剖面的He浓度平均值为4.983~6.335ppm;小关山断裂各测量剖面的He浓度平均值为4.784~5.235ppm。2条断裂的He浓度在空间分布上均呈现出断裂北部高于断裂中南段的特征,这与断裂的区域活动性差异密切相关。结合前人对六盘山东麓断裂活动时代、闭锁程度、滑移速率、构造应力的研究成果,分析表明六盘山东麓断裂北段的活动性强于断裂中南段。经对比分析认为,六盘山东麓断裂和小关山断裂的构造演化过程相似,且断裂性质均为逆冲型,因此2条断裂土壤气He浓度的空间分布特征一致。

怀3井土壤气氡集气装置改进及数据分析

为解决怀3井土壤气氡集气装置因周边环境影响造成的观测数据质量问题,用AlphaGUARD系列P2000测氡仪对新土壤气氡观测钻孔深度、位置及集气装置进行了选点并设计改造。数据结果显示:新土壤气氡集气装置保障了地下气体有效的收集,观测数据日变化规则,同时动态稳定性及内在质量明显提高,观测数据可靠可信,能较为真实地反映怀3井土壤气氡浓度变化,保证了土壤气氡观测资料的延续性。

江西瑞昌盆地土壤气体Rn、CO_(2)地球化学特征研究

通过野外流动观测,获取了2005年江西九江—瑞昌M S5.7地震震中所处的瑞昌盆地139个测点的土壤气体Rn和CO_(2)浓度数据。地质统计分析显示,瑞昌盆地Rn、CO_(2)背景浓度分别为7.33 kBq/m^(3)和0.50%,异常界浓度分别为27.50 kBq/m^(3)和6.00%。Rn和CO_(2)浓度空间分布结果表明:Rn浓度异常呈NE向优势分布特征,可能反应了当前赣北区域的构造应力场状态;Rn和CO_(2)浓度的同步异常带与刘家—范家铺—城门山断裂带、瑞昌盆地东南缘断裂重合较好;Rn、CO_(2)浓度异常分布对比分析显示瑞昌盆地东南方向的断裂活动性较西北方向的断裂活动性强,推测瑞昌盆地内相关地震活动与盆地东南方向断裂构造关联性较大。

西秦岭北缘断裂带断层土壤气观测分析

对西秦岭北缘断裂带定点台站(马窑、毛集、原家庄)断层土壤气氡、二氧化碳、痕量氢、甲烷观测资料使用正常动态分析方法,从潮汐、气温、气压、降雨方面进行对比分析。分析结果表明:断层土壤气体背景值稳定,与气温呈正相关,与气压呈负相关;断层土壤气能够反应固体潮潮汐变化;气氡、痕量氢和甲烷在地震前表现出明显的临震特点。

土壤气中挥发性有机物被动采样技术研究进展

土壤气样品的采集是污染场地调查中挥发性有机物(VOCs)检测和场地风险评估的关键,常用的土壤气采集分为主动式、被动式采样。文章主要介绍了被动式采样的基本原理和被动采样器吸附速率计算公式、采样器结构和常用的吸附剂类型,总结了土壤气中VOCs被动采样技术在国内外的应用研究进展及现场应用中存在的问题,对被动采样技术未来研究方向进行了展望。

海河隐伏活断层探测中土壤气氡和气汞测量及其结果

在海河隐伏断裂的探测中,利用FD-3017RaA测氡仪和XG-4型测汞仪开展了土壤气氡和土壤气汞的测量工作。根据12条断层气测线的测量结果,结合人工地震探测资料,对断层气异常位置与断层位置的关系进行了分析;运用断层气异常强度与断层活动性的关系对海河断裂的活动性进行了研究,给出了海河断裂天津段的位置和活动性分段。研究结果表明,断层气方法不仅能给出断层的初步位置,而且能够用于断层的活动性初步分段,但断层气方法所给出的断层位置应是一个条带。经与人工地震探测结果对比分析,断裂位于这个条带内;根据土壤气氡测量结果,可将海河断裂分为东、西两段,且东段的活动性要强于西段。这种强、弱之分仅是一种相对结果,在判定断层是否为活断层方面还存在一定困难。