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高放废物(高水平放射性废物)是一种放射性强、毒性大、半衰期长并且发热的特殊废物,对其安全处置是保证核能事业安全可持续发展的关键(Wang Ju et al., 2018)。目前,深地质处置是安全处置高放废物的公认可行方式。在高放废物地质处置库中,地下水是放射性核素迁移的主要载体(Guo Yonghai et al., 2016)。作为我国高放废物地质处置库首选预选区,甘肃北山地区分布大面积的花岗岩,作为处置库的候选围岩,其中新场地段为我国首座地下实验室场址所在地(Wang Ju et al., 2019)。新场地段南北两侧均分布有大型断裂构造带,断裂间夹持典型的低渗透基岩裂隙水文地质单元。断裂构造对基岩地区地下水的储存、运移和富集有明显的控制作用(Liu Guangya, 1979;Xiao Nansen, 1986)。这些特征导致放射性核素到达人类环境最快速的通道就是断裂构造。因此,断裂构造的水文地质特征评价是处置库选址和场址性能评价研究的核心任务之一(Guo Yonghai et al., 2016; Wang Ju et al., 2018, 2019)。
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对于地表的断裂构造,往往可以通过传统的地质调查和遥感解译等方法进行识别。同时,结合地面露头测量、槽探、渗水试验等传统技术(Bense et al., 2013),可大致获得断裂的水文地质特征。在此基础上,将这些传统方法与地球物理测量技术、土壤和地下水中的气体测量相结合,可以显著提高对断裂构造发育规模和延伸范围的认识能力(Zarroca et al., 2012)。而区别于地表断裂,受地表覆盖等诸多因素的影响,隐伏断裂构造的识别往往要借助于地球物理方法(Aliyannezhadi et al., 2020),如电法、地震、重力法、磁法等。但是,这些方法也受应用前提、工作成本和野外环境影响等因素的制约(Langer et al., 2020)。
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氡是地壳中普遍存在的一种放射性惰性气体,是铀系放射性衰变链的中间产物(Ball et al., 1991)。氡极易溶于水,其在地下水中的行为和浓度受到地质条件的强烈影响(Fonollosa et al., 2016)。土壤氡浓度主要取决于物理、化学和地质因素,包括氡前体物的地球化学迁移速率、孔隙度、渗透率、温度和大气压力的季节性波动等(Barberio et al., 2018),它在土壤中的扩散率极有限,这有助于氡从表面土壤向更深处的迁移(Nazaroff, 1992)。虽然氡的半衰期短,但其测量法能够查明深埋于地下千米深度的断裂构造(Shi Yuchun et al., 1996)。研究发现,断层的性质及分布范围对土壤中氡气跨断层分布具有较大影响(Sun Xiaolong et al., 2018)。相对完整围岩,断裂带及其影响带内,岩石裂隙发育,在其上方和其周围容易富集和贮存氡气(Davidson et al., 2016)。因此,氡气是断裂带地球化学特性的一项重要指标,是识别隐伏断裂位置的有效手段(Liu Chunlai et al., 2011; Huang Chao et al., 2018)。此外,土壤氡气测量还广泛应用在活动构造、地震预报、地下水资源勘察、滑坡预报、地下工程渗透性识别、火山活动性识别等领域(Ciotoli et al., 1998; Wang Wei et al., 2003; Burton et al., 2004; Reddy et al., 2006; Neri et al., 2011; Kawabata et al., 2020)。但针对非活动构造地区,是否可以有效指示隐伏断裂尚未见报道。甘肃北山地区内发育有多条大型的非活动断裂构造,为研究基于土壤氡气测量方法识别隐伏断裂提供了一个理想的研究场所。
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为识别这些大型非活动断裂构造中的隐伏段落,并揭示其水文地质意义。本研究以北山地区新场地段南部红旗山断裂和前红泉断裂为研究对象,系统开展了土壤中氡气测量工作,并基于地质统计学方法进行了分析。这些工作一方面可为后期开展处置库选址和性能评价提供指导;另一方面,对丰富西北干旱区的水文地质研究,尤其是在拓展基岩区地下水资源勘察手段方面也具有积极的意义。
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1 研究区概况
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1.1 自然地理
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北山地区是我国典型的干旱地区,位于甘肃省河西走廊以北,黑河流域以西。研究区总体属于低山丘陵地貌,地势相对平缓,地表呈现出典型的岩漠戈壁景观,植被稀少,基岩裸露。区内降水量小,蒸发量大,干冷多风,风沙大。根据当地气象资料,区内多年平均降雨量仅70mm左右,且集中于6~8月份(Li Jiebiao, 2014)。年平均气温为8℃,6~8月气温一般在30℃以上,日温差很大。风向多为西北风、西南风。研究区无常年性河流,但由雨季洪水形成的沟系十分发育(Guo Yonghai et al., 2013)。区内基本上无长住居民,只有少数牧民分散居住。
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1.2 区域断裂构造特征
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北山地区位于塔里木板块东北缘,中亚造山带的最南缘(Li Min et al., 2020),是连接塔里木-中朝-西伯利亚板块的纽带,具有长期的地质演化历史和复杂构造样式。区内地层分布复杂,出露元古宇至第四系较齐全的地层(Yun Long et al., 2020)。在古生代经历了增生造山运动(Xiao Wenjiao,2010),在中生代经历了陆内变形(Zhang Jin et al.,2012),并在新生代变得稳定。没有历史性的＞ 4.7级地震记录(Liu Mian,2007)。区内断裂的活动时期集中在前第四纪,进入第四纪的早、中更新世,断裂的活动强度开始减弱。晚更新世以来,除个别断裂活动外,大部分断裂已停止活动(Guo Zhaojie et al., 2008; Yang Haibo et al., 2021; Yun Long et al., 2021)。区内东西向或近东西向展布的构造形迹居于主导地位,其次为北东向和北西向的断裂,它们共同构成了本区的主要构造格架(图1)。
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红旗山断裂是区内一条近东西向大型断裂构造石板墩-帐房山-红旗山断裂的一部分,为早更新世断裂,总体呈舒缓波状贯穿全区,倾向南,倾角60°~70°,断裂东端延伸方向转向东南。断层具有明显多期活动特征,断层槽谷发育,断层兼具逆冲和左旋走滑特征。断裂深部延伸较为稳定,沿大理岩与千枚岩-片岩地层边界延伸。
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前红泉断裂位于新场南部小西弓韧性剪切带与花海盆地之间的奥陶系—志留系变质岩地层中,为前第四纪断裂,断层总体呈北西西走向。该断裂构造性质在不同位置和深部具有一定差异;受早期韧性剪切作用和晚期南北方向挤压作用影响,呈塑-脆性叠加性质,且以塑形变形为主;断层兼具逆冲和左旋走滑特征,倾向30°~40°,倾角65°~80°;该断裂受控于东西向的挤压性断裂,其形成时间应在东西向构造形成之后。
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1.3 水文地质
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北山地区区域地下水的主流向是自西向东流动,排泄区为黑河下游流域,南部靠近河西走廊一侧地下水主流向为自北向南,排泄区为河西走廊地区。按地下水分布的地形、地貌、岩性结构及地质构造条件,区内地下水可划分为三类:沟谷洼地孔隙-裂隙水,盆地孔隙-裂隙水,山地基岩裂隙水(图1)。
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2 研究方法
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2.1 测线设计
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新场地段南部地下水主流向为自北向南,地下实验室场址靠近地表分水岭。查明新场南部主要断裂带的水文地质特征,评价其能否成为新场基岩地下水向南部河西走廊排泄的潜在优势流通道,对于准确预测新场地段地下水流动到南部河西走廊的时间意义重大。因此,本研究以新场地段南部红旗山和前红泉断裂为研究对象(图2)。针对红旗山断裂,测线布设在断裂南北两侧沟谷内,沟谷走向与断裂走向基本一致,钻孔南侧沟谷宽约50~60m,北侧沟谷宽约500~700m。测线布设遵循垂直于断裂走向的原则,共布设7条剖面,每条测线长约1.2km,测线间距约250m,测点间距50m,在红旗山主断裂附近加密至10m,共计完成408个测点(图2c)。针对前红泉断裂,测线布设在断裂中段切穿断裂南北向沟谷内,沟谷最宽处约1500m,地表呈现明显的南北向洪流痕迹。测线遵循垂直于断裂走向的原则,沿断裂走向共布设6条剖面,每条测线长约400m,测线间距约300m,测点间距10m,共计完成226个测点(图2d)。
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图1 北山地区水文地质简图(据1:50万北山-阿拉善地区水文地质图,1983修改)
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Fig.1 Hydrogeological map of Beishan area (after 1:500000Beishan-Alxa area hydrogeological map, 1983)
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F1—大泉断裂带;F2—石板井-小黄山断裂带;F3—红柳园断裂带;F4—白云山-月牙山-湖西新村断裂带;F5—旧井断裂系;F6—石板墩-账房山-红旗山断裂带;F7—前红泉断裂带;蓝色虚线(即重点研究区)范围对应图2(a)和2(b)
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F1—Daquan fault;F2—Shibanjing-Xiaohuangshan fault;F3—Hongliuyuan fault;F4—Baiyunshan-Yueyashan-Huxixincun fault;F5—Jiujing fault;F6—Shibandun-Zhangfangshan-Hongqishan fault;F7—Qianhonggquan fault;the blue dotted line (i.e., key research area) corresponds to Fig.2(a) and Fig.2(b)
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2.2 测量方法
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本次试验采用核工业北京地质研究院研制的FD216型环境测氡仪。仪器土壤氡气测量范围为300~300000Bq/m3,本底计数率≤0.3cpm,测量重复性误差≤5%,满足本次研究需求。土壤中氡气的扩散速率主要取决于土壤的孔隙度、透水性、湿度、结构和温度(Catalano et al., 2015)。因此,在综合考虑研究区地质条件及前人相关研究的基础上(Liu Hongfu et al., 1997),本次试验测量深度设为50cm,测量时间为11min,均选择在潮湿度较小的土壤中进行。对某些异常浓度试验点,首次测量完成后将仪器在空气中反复排气4h以上后,再复测两次。试验过程中详细记录试验点的位置、空气温湿度、仪器温度以及空气背景值。
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试验过程中,天气晴朗无降雨,试验期间温度、湿度差别不大,每条测线基本在同一天内完成,可基本排除环境因素的影响。
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2.3 数据处理与分析
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分别计算两条断裂带的土壤氡浓度背景值和异常值下限,计算时首先采用Grubbs检验法,排除部分离群的异常高值、异常低值,再将所得到的数据进行统计分析。土壤氡气浓度背景值采用累积频率曲线图确定,将累积概率密度等于95%的数据值作为背景值统计数据上限。
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图2 新场地段南部不同断裂带土壤氡气测量位置示意图
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Fig.2 Location of the soil radon measurement of different fault zones in the south of Xinchang site
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(a)—重点研究区DEM影像(来源于Google Earth);(b)—重点研究区地质简图(甘肃省地质局第二区域地质测量队,1969,1972❶❷);(c)—红旗山断裂卫星影像(来源于Google Earth);(d)—前红泉断裂卫星影像(来源于Google Earth);(e)—红旗山断层剖面(据现场测绘);(f)—前红泉断层剖面(据现场测绘)
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(a)—DEM image (from Google Earth); (b)—simplified geological map of the main study area (the Second Regional Geological Survey Team of Gansu Provincial Geology and Mineral Bureau, 1969, 1972❶❷); (c)—satellite image of the Hongqishan fault (from Google Earth); (d)—satellite image of the Qianhongquan fault (from Google Earth); (e)—Hongqishan fault section (based on field investigation); (f)—Qianhongquan fault section (based on field investigation)
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为更加合理概化土壤氡浓度分布的各向异性,本次采用普通克里金插值方法。首先,利用GMS软件计算土壤氡浓度分布的各向异性比(主要考虑沿断裂走向与垂直断裂走向相关长度之比),再利用Surfer软件绘制土壤氡浓度等值线分布图。
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2.4 氡气异常等级划分
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土壤氡浓度受断层带、破碎带和围岩裂隙发育程度的强烈影响(Roeloffs, 1999)。在排除研究区有U、Th矿床沉积的情况下,土壤氡浓度可作为地质体中地下水裂隙划分的有效工具(Reddy et al., 2006)。经查阅区内1∶20万放射性测量成果和国内外相关文献(Cai Yuqi et al., 2015),研究区未发现铀矿异常点。
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根据土壤氡浓度,可对裂隙的开启性进行分级。参照中国地震局断层活动性地球化学异常划分标准(DT/T15—2009)及其前人研究成果(Lachassagne et al., 2001; Gao Dongdong et al., 2014),将断裂开启程度及其指示的水文地质意义划分为三个等级(表1)。
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注:N为测量值,N背景为背景值,δ为标准差。
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3 结果与分析
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土壤氡浓度累积频率曲线图见图3。统计发现,两条断裂累积频率分布曲线差异较大。红旗山断裂土壤氡气浓度值总体较高,变异性较大,背景值为8285Bq/m3,标准差为4881Bq/m3,高异常值下限为22928Bq/m3;前红泉断裂土壤氡气浓度总体较低,变异性相对较小,背景值为4447Bq/m3,标准差仅为2030Bq/m3,高异常值下限为10537Bq/m3。两条断裂背景值差异较大,这可能与断裂带的规模、覆盖层的厚度等多种因素有关。前红泉断裂带规模更小,测线剖面附近第四纪覆盖层更厚,氡气更容易发生横向扩散造成的。
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因此,不同断裂带背景值差异较大,为更加准确识别土壤氡浓度异常值范围,不同断裂带背景值应分别计算确定。
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注:标准差为踢除异常值后试验点标准差,变异系数为整体试验点变异系数。
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图3 新场地段南部不同断裂带土壤氡浓度累积频率分布图
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Fig.3 Radon concentration cumulative frequency distribution of different fault zones in the south of Xinchang site
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3.1 红旗山断裂
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红旗山断裂带土壤氡浓度分布的各向异性比为1.4,具有一定的各向异性(图4a)。图中,主断裂具体出露位置主要是根据1:20万地质图(甘肃省地质局第二区域地质测量队,1969❶),结合野外地质调查和槽探综合确定。断裂带北部土壤氡浓度显著大于南部,说明断裂带北部裂隙系统更为发育,开启性更高。研究未发现垂直断裂走向的大面积连续高异常区,说明不存在潜在的垂直断裂走向的优势流通道。主断裂附近表现为中等异常且影响范围小,说明主断裂裂隙系统发育较差。
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根据土壤氡浓度中等异常等值线分布图(图4b),结合区域地质背景,认为异常区域可能为红旗山断裂的次级派生断裂所致。据此推测,红旗山主断裂南部可能发育1条隐伏断裂,北部可能发育5条隐伏断裂。
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其中,南部F6-1次级断裂规模最小。根据土壤氡浓度高异常等值线分布图(图4c),推测仅在红旗山断裂北部发育3条次级隐伏断裂,分别为F6-4、F6-5和F6-6,且规模均较小,而F6-1、F6-2、F6-3三条则未见高异常区域。由此可见,红旗山断裂带开启性较差,形成潜在导水通道的规模不大。
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图4 红旗山断裂土壤氡浓度分布特征
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Fig.4 Distribution of radon concentration in Hongqishan fault
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(a)—土壤氡浓度整体分布特征;(b)—中等异常等值线分布图;(c)—高异常等值线分布图
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(a)—Overall distribution characteristics of radon concentration in soil;(b)—contour map of medium anomaly;(c)—contour map of high anomaly
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为验证上述推断,针对红旗山断裂施工了BS46钻孔(孔深606m)。据钻孔勘察及地质编录结果,BS46钻孔揭露红旗山主断裂构造带视厚度为21.15m(真厚度为10.57m),规模较小,与氡气异常显示结果基本吻合。揭露断层的岩芯照片见图5。由图可知,断层核部构造角砾岩明显,胶结程度高。通过X射线衍射分析,BS46钻孔断层带中构造岩的矿物组分主要为石英和黏土矿物,且黏土矿物质量含量高达40%以上。钻孔双栓塞水文地质试验结果显示,断裂核部渗透系数仅为1.34×10-10 m/s,进一步证实了红旗山主断裂核部致密性较好,岩石有效孔隙度低,造成主断裂附近土壤氡浓度表现为中等异常。
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3.2 前红泉断裂
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前红泉断裂带土壤氡浓度的各向异性比为1.6,具有一定的各向异性,断裂带土壤氡浓度等值线分布示于图6。主断裂位置根据以下几点确定:① 根据1:20万地质图(甘肃省地质局第二区域地质测量队,1972❷)定大致位置;② 前段和后段具体出露位置根据野外地质调查和槽探确定;③ 被第四系覆盖部分根据断裂的延伸趋势确定;④ 结合土壤中氡气浓度等值线分布图进一步明确出露位置。
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由图6a可知,该断裂带土壤氡浓度整体较低,未发现高异常值分布区。由此可见,前红泉断裂带裂隙系统发育较差,岩石有效孔隙度较小,裂隙开启程度较低。靠近前红泉主断裂下盘,沿北西向分布一条低值带,可能是由于靠近主断层下盘附近岩石完整性较好,可形成一条相对阻水带。
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前红泉断裂附近土壤氡浓度基本为中等异常,且规模小。根据土壤氡浓度中等异常等值线分布图(图6b),结合区域地质背景,认为西南方向异常区域为前红泉断裂次级派生断裂所致。据此推测,西南方向仅存在1条隐伏断裂,且断裂规模均较小。
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图5 红旗山断裂BS46钻孔构造岩
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Fig.5 Tectonites of BS46borehole in Hongqishan fault
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图6 前红泉断裂土壤氡浓度分布特征 (卫星影像来源于Google Earth)
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Fig.6 Distribution of radon concentration in Qianhongquan fault (satellite image from Google Earth)
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(a)—土壤氡浓度整体分布特征;(b)—中等异常等值线分布图
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(a)—Overall distribution characteristics of radon concentration in soil; (b)—contour map of medium anomaly
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为验证上述推断,针对前红泉断裂施工了BS56钻孔(孔深603m)。据钻孔勘察及地质编录结果,构造带视厚度为58.22m(真厚度24.14m)。揭露断层的岩芯照片见图7。断裂核部构造角砾岩明显,硅质或钙质多以不规则脉状胶结充填,胶结程度高。根据钻孔双栓塞水文地质试验结果,断层核部渗透系数仅1.35×10-13 m/s,进一步印证了前红泉断裂核部裂隙发育差,有效孔隙度低,致密性好,断裂具有相对阻水特征,其核部可形成一层相对的“屏蔽层”,造成主断裂两侧土壤氡浓度差异较大。
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4 讨论
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4.1 氡气异常与断裂性质的关系
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前期研究结果表明,红旗山和前红泉断裂的运动性质均以左旋走滑为主,兼有逆冲运动。钻孔水文地质勘查结果显示,两条断裂带主断裂核部胶结程度均较好,渗透系数低,裂隙开启性极差。因此,深部土壤氡气难以穿过主断裂核部。对于红旗山断裂,根据现场实测地质剖面(见图2e中A—A'剖面),红旗山主断裂北部第四纪覆盖层下面以黑云母片岩、石英片岩为主,南部以大理岩、绢云母千枚岩为主,钻孔勘察结果显示大理岩厚度约400m。两侧次级断裂,由于受岩石挤压作用力相对较小,相对主断裂胶结程度差,有效孔隙度低,裂隙开启性差(Einstein et al., 1990; Kim et al., 2004)。因此,受主断裂“屏蔽层”的影响,深部土壤氡气主要沿断层北部次级断裂带向地表扩散。
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对于前红泉断裂,根据现场实测地质剖面(见图2f中B—B'剖面),断裂上盘以弹脆性花岗岩类为主,更易受断裂挤压破碎,岩石有效孔隙度较大,裂隙开启性相对较好,土壤氡气更易扩散至地表;下盘以韧性变质岩类为主,裂隙开启性差。同时,受主断裂“屏蔽层”的影响,造成土壤氡浓度在主断裂两侧呈现显著差异,且上盘土壤氡浓度相对较大。
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实际应用过程中,根据不同的研究目的,应采用不同的土壤氡异常值进行识别。对于水资源勘察领域,应重点关注高异常值土壤氡浓度范围,这可以有效提高成井率;而对于评价放射性废物处置是否安全、地下油气水封储备是否泄漏、二氧化碳地质储存潜力等问题时,中等异常的土壤氡浓度范围必须加以关注。
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4.2 主断裂与小规模次级断裂的关系
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土壤氡浓度中等异常解译结果显示,红旗山断裂F6南侧分布有1条小规模断裂F6-1;北侧分布有5条小规模断裂,分别为F6-2、F6-3、F6-4、F6-5和F6-6。这些次小规模与断裂的夹角分别为18°、11°、22°、21°、38°和22°(图8a)。这些小规模断裂的分布特征符合经典里德尔剪切模型中派生断裂的特征分布(Riedel, 1929;图8c)。因此,认为这些小规模断裂是红旗山断裂在走滑运动中派生形成,为主断裂的次级断裂。这些次级断裂中,F6-5为T剪切断裂,其余的为R剪切断裂(图8d)。类似地,前红泉断裂南侧的小规模断裂也属于主断裂的R剪切断裂(图8b、e)。以上这些次级断裂的性质是剪切或张拉性质的,这也可以解释沿这些断裂往往表现为氡气高异常。
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图7 前红泉断裂BS56钻孔构造岩特征
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Fig.7 Tectonite features of BS56borehole in Qianhongquan fault
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图8 新场地段南部不同断裂带主断裂与小规模次级断裂的关系
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Fig.8 Relationship between main faults and secondary faults of different fault zones in the south of Xinchang site
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(a)—红旗山断裂土壤氡浓度分布特征;(b)—前红泉断裂土壤氡浓度分布特征(卫星影像来源于Google Earth); (c)—里德尔剪切模式图 (据Riedel,1929);(d)—红旗山断裂解译图;(e)—前红泉断裂解译图
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(a)—Distribution of radon concentration in Hongqishan fault;(b)—distribution of radon concentration in Qianhongquan fault (satellite image from Google Earth); (c)—Riedel shear model (after Riedel,1929); (d)—interpretation for Hongqishan fault; (e)—interpretation for Qianhongquan fault
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综上所述,根据土壤中氡浓度等值线分布图可以很好地圈定隐伏断裂带的位置和规模。前期地质调查确定的主断裂位置在土壤氡浓度等值线分布图上体现较好。当然,要准确确定隐伏次级断裂的位置和数量还应开展其他地球物理方法以及钻孔地质勘察研究。但根据土壤氡浓度分布特征,推测的隐伏断裂仍然对确定深部断裂的水文地质特征具有积极的意义。在条件允许的情况下,下一阶段可开展其他方法的对比分析研究,尤其是与地震、磁法等测量结果的综合对比分析。
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5 结论
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本文基于土壤中氡气测量方法,研究了甘肃北山新场地段南部红旗山断裂和前红泉断裂两条断裂,推测了其次生隐伏断裂的位置、规模及其指示的水文地质意义,得出了以下认识:
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(1)土壤氡气测量对于识别北山南缘大型非活动断裂构造中的隐伏段落具有很好的指示意义,是传统地质调查方法的一种重要补充。整体而言,红旗山和前红泉断裂带裂隙系统不发育且开启性较差,断层核部胶结程度高、渗透性低,不具备形成较大规模储水空间的可能性。相对而言,红旗山断裂带发育的次级断裂数量更多、规模更大,但所有次级断裂均不能形成潜在的垂直断裂走向的优势流通道,这对高放废物地质处置库选址而言是极为有利的。
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(2)不同断裂带土壤氡浓度背景值差异较大,可根据土壤氡浓度累积频率分布图确定背景值,土壤氡浓度等值线分布对隐伏断裂出露位置具有一定的指示作用。
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(3)对于压剪性断裂而言,主断裂多沿氡气高异常与低异常边界分布或表现为中等异常,而两侧的次级断裂通常表现为高异常。
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致谢:衷心感谢南方科技大学张幼宽教授、梁修雨教授以及所有匿名审稿专家对本论文提出的宝贵修改意见。
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注释
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❶ 甘肃省地质局第二区域地质测量队.1969.后红泉镇幅(1:200000).
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❷ 甘肃省地质局第二区域地质测量队.1972.玉门镇幅(1:200000).
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摘要
我国高放废物地质处置库首选预选区位于甘肃北山南缘,区内分布有多条大型非活动断裂构造,这些断裂很可能成为未来放射性核素迁移的主要通道。断裂在向地表延伸过程中,受第四系覆盖等因素影响,造成关键构造部位隐伏地下而难以识别。本文以北山地区新场地段南部红旗山和前红泉断裂为研究对象,采用土壤中氡气测量方法,探讨了大型断裂构造中隐伏段落的识别及其指示的水文地质意义。结果表明:土壤中氡气测量对于识别北山南缘隐伏断裂具有很好的指示意义,是传统地质调查方法的一种重要补充;红旗山和前红泉断裂裂隙系统整体开启性均较差,裂隙系统不发育,影响范围较小,不具备形成较大规模储水空间的可能性。不同断裂带土壤氡浓度背景值差异较大,可根据土壤氡浓度累积频率分布图确定背景值;土壤氡浓度等值线分布图对判断隐伏断裂位置具有一定的指示作用。对于压剪性断裂而言,主断裂多沿氡气高异常与低异常边界分布或表现为氡气中等异常,而两侧的次级断裂表现为氡气高异常。
Abstract
The preferred area for high-level radioactive waste (HLW) geological disposal repository in China is located in the southern margin of the Beishan area, Gansu Province. There are many large-scale non-active faults in the area. These faults likely provide the dominant pathways for groundwater (GW) flow. In the process of extending to the surface,some key parts are hidden underground and difficult to identify due to Quaternary coverage and other factors. In order to identify the hidden parts in large-scale faults and its hydrogeological significance, experimental sites were selected located in the south of Xinchang site in the Beishan area, namely the Hongqishan and the Qianhongquan faults. The soil radon concentrations were obtained in both these faults. The results suggest that measuring radon concentrations in surface soil is useful for identifying the hidden faults in this region, and is an important supplement to the traditional geological survey method. The opening of the fracture networks of the two fault zones is undeveloped, and the damage zone is small. There is a high possibility of forming large-scale GW storage space. The background values of soil radon concentration in different fault zones are quite different, which could be due to the cumulative frequency distribution of soil radon concentration. The contour distribution map of soil radon concentration can indicate the location of hidden faults. For the compression shear faults, the main faults are mostly distributed along the boundary between high and low radon anomalies or show medium anomalies, while the secondary faults on both sides show high anomalies.
