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汶川Ms 8.0地震后川西地区的气体地球化学

周晓成  
【摘要】:2008年5月12日汶川Ms8.0地震给人民生命财产带来巨大的损失。减轻地震灾害的关键之一是对地震作出准确的预测。准确地震预测需要对地震的孕育和发生机理有清楚的认识。深部流体对地震的孕育和发生起很重要的作用;溢到地表的流体携带了大量来自深部的信息。汶川Ms8.0地震后,开展震中及其周边地区的气体地球化学研究,获取与汶川Ms8.0地震相关的深部地球化学信息,对认识汶川Ms8.0地震及其余震具有重要的意义。 于2008年6月、2008年10月和2009年6月,在川西地区32个温泉点进行3次气体重复采样,测量了96个温泉气体样品的气体组份、氦同位素和氖同位素比值(~3He/~4He(R)和~(20)Ne/~(22)Ne)、~(21)Ne/~(22)Ne)、二氧化碳的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(CO2) PDB‰);同期,在汶川Ms8.0地震地表破裂带上8个地点,三次重复测量了土壤气体中He、H_2、CO_2、CH_4、O_2、N_2、Rn和Hg的浓度(2008年7月、2008年11月、2009年7月),共取得828个土壤气测点浓度数据。 根据三次测量的32个温泉气体的组分和氦、氖、碳同位素分析数据,对川西主要地震带进行了气体地球化学研究。为了讨论川西温泉气体地球化学演化,将所获数据与2001年测量的~3He/~4He值、δ~(13)C_(CO2)值进行了对比分析。利用~(20)Ne/~(22)Ne)-~(21)Ne/~(22)Ne、~3He/~4He-~4He/~(20)Ne、CO2/~3He-~3He/~4He、δ~(13)C_(CO2) -N_2、δ~(13)C_(CO2) -CO_2、和CH_4/~3He-~3He/~4He等指标判定了研究区温泉气体的来源;同时利用~3He/~4He值与大地热流值的关系,计算了川西地区大地热流值。研究表明:汶川Ms8.0地震时,在川西鲜水河断裂带和岷江断裂带,有含大量He和CO_2的幔源流体涌入地壳,与壳源流体混合,使温泉气体中~3He/~4He和δ~(13)C_(CO2)值大幅度上升。在康定地区R/Ra(Ra为大气的~3He/~4He)最高达到5.3Ra,幔源氦的贡献率最高达到44.1%;随着时间推移,幔源流体供给逐渐减少,壳源流体中放射成因的He和有机成因的CO_2在温泉气体中相对含量增加,~3He/~4He (Ra)值、δ~(13)C_(CO2)值逐渐减小。在第三次测量时,大部分温泉恢复到汶川Ms8.0地震前的地下流体的平衡状态;但是,在鲜水河断裂带上康定地区二道桥和灌顶温泉仍然有大量来自幔源的He和CO_2。~3He/~4He值和大地热流值的空间分布与川西下地壳的高导低速层的分布有很好的一致性。在龙门山断裂带上的汶川地震台测点,~3He/~4He值也有明显升高,幔源氦贡献率最高达到30%。根据以上结果推测,幔源流体上涌可能对汶川Ms8.0地震孕育和发生起到很重要的作用。 汶川Ms8.0地震地表破裂带土壤气体中He、H_2、CO2、O_2、N_2、Rn和Hg的浓度存在明显的时空变化。结果表明:土壤气中He、H_2、CO_2、Rn浓度和N_2/O_2值在汶川Ms8.0地震陡坎的附近有明显高值异常。土壤气中He和H_2的浓度异常幅度随着余震强度的衰减而降低。在三次测量当中,土壤气中的He和H_2的最大浓度(40和279.4 ppm)都出现在靠近震中的地段。土壤气中的CO_2、Rn和Hg浓度的时空变化在地震破裂带南部和北部存在明显差异;土壤气中的He和H_2的浓度高的区域,地震陡坎垂直位移也较大。汶川Ms8.0地震破裂带土壤气中的He、H_2、CO_2、Rn和Hg的浓度异常可能与余震活动和区域应力场的变化有关。


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