方震 黃顯良 陶月潮 李伸亮 陶方宇 楊源源 朱厚林 陸棟梁

摘要：基于2018年12月4日至2020年8月15日“霍山窗”地區(qū)全時(shí)段的斷裂帶土壤氣H2的觀測(cè)資料，根據(jù)測(cè)量值的分布范圍對(duì)資料的可靠性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)其氣象影響因素也做了分析。結(jié)合“霍山窗”地區(qū)的小震集中活動(dòng)，分析了斷裂帶H2異常與小震活動(dòng)性的關(guān)系。結(jié)果表明：土地嶺—落兒嶺斷裂帶H2濃度前兆異常幅度較大，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)所在斷裂上的地震活動(dòng)反應(yīng)靈敏，映震效果較好。研究區(qū)變質(zhì)巖含有豐富的H2氣源，應(yīng)力積累加速了斷裂帶內(nèi)H2的釋放，張性斷裂為H2的運(yùn)移提供了良好的通道。

關(guān)鍵詞：斷層H2濃度；H2來源；小震活動(dòng)；“霍山窗”地區(qū)

中圖分類號(hào)：P313.32?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2023）02-0237-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0025

0 引言

地球內(nèi)部存在著力學(xué)和物理化學(xué)方面的動(dòng)態(tài)平衡。地球內(nèi)部通過固、液、氣的相互作用、能量傳遞和物質(zhì)交換，把深部信息傳遞到地球淺部區(qū)域（李民，2007；董樹文等，2008；魏樂軍等，2008；周曉成等，2012，鮑志誠等，2022）。地下流體是地球內(nèi)部最活躍的物質(zhì)，與地球內(nèi)部活動(dòng)關(guān)系密切（張澤明，1988；羅立強(qiáng)等，2004a，b；Tang et al，2014）。地球上大部分地區(qū)，地球的脫氣是以小規(guī)模、低速度的形式進(jìn)行的，而在地殼的某些薄弱部位，如洋中脊、火山、溫泉、活動(dòng)斷裂帶等，脫氣非常強(qiáng)烈（Chiodini et al，2010；Chavrit et al，2014）。隨著斷裂帶氣體觀測(cè)技術(shù)和氣體逸出理論的不斷發(fā)展，利用斷裂帶上的氣體以及溶解于水、吸附于土壤中的氣體的濃度變化開展地震預(yù)測(cè)研究已經(jīng)成為國內(nèi)外研究 的熱點(diǎn)（Lombardi，Voltattorni，2010；Zhou et al，2016；車用太等，2015；王博，周永勝，2017）。

20世紀(jì)70年代，中國、日本、美國、前蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)斷裂帶H2觀測(cè)及其與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究（林元武等，1994；粟啟初等，1992；Wakita et al，1980；Jiang，Li，1981；Sato，McGee，1981；Shirokov et al，2015；Fu et al，2017），認(rèn)為H2含量的異常變化能夠作為一種監(jiān)視斷裂活動(dòng)（李營(yíng)等，2009；孫小龍等，2016；周曉成等，2017；Kita et al，1980；Dogan et al，2007；Ignatenko et al，2016）、地震短臨預(yù)測(cè)研究（張培仁，王基華，1993；車用太等，2002；王喜龍等，2022；Sugisaki，1984；King，1986；Ito et al，1999；Mcmahon et al，2016）和隱伏斷層探測(cè)的有效手段（陳剛，嚴(yán)佳奎，1995）。王基華等（1982a，b）、車用太等（1999，2002）、杉崎隆一等（1986）、杜樂天（2005）、張培仁和王基華（1993）、范雪芳等（2012，2016）以及邵濟(jì)安等（2010）對(duì)H2的前兆異常特征與斷層活動(dòng)以及地殼應(yīng)力變化水平進(jìn)行了研究。

從2013年開始，由杭州超距科技有限公司研制的ATG-6118H型痕量氫氣在線分析儀在中國近10個(gè)省、市、自治區(qū)近20個(gè)臺(tái)站試用，產(chǎn)出的H2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可靠，觀測(cè)值異常與地震活動(dòng)關(guān)系明顯，地震預(yù)測(cè)效果良好（車用太等，2015）。本文利用該儀器在小震頻發(fā)的“霍山窗”地區(qū)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，分析H2濃度變化與小震集中活動(dòng)的關(guān)系，對(duì)H2的地震前兆機(jī)理進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)概況與觀測(cè)方法

1.1 地質(zhì)概況

“霍山窗”地區(qū)（31.0°～31.83°N，115.0°～116.5°E）地處大別山隆起地塊、華北地塊與揚(yáng)子地塊接觸帶附近的北大別山沉降帶南緣（陸鏡元等，1992），華北地塊和揚(yáng)子地塊在此處碰撞發(fā)生造山作用。郯廬斷裂帶位于大別造山帶東緣，長(zhǎng)期控制兩側(cè)的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有NWW向的肥西—韓擺渡斷裂和梅山—龍河口斷裂、NW向青山——曉天斷裂、NE向落兒嶺—土地嶺斷裂。梅山—龍河口斷裂斷層面向南西陡傾，性質(zhì)為正斷兼左旋走滑，斷裂沿線呈現(xiàn)強(qiáng)烈的動(dòng)力變質(zhì)作用，糜棱巖、碎裂巖和斷層泥發(fā)育（李浩民，2018）。落兒嶺—土地嶺斷裂地表斷面走向?yàn)?0°～60°（南東或北西），傾角為64°～84°，深部斷面產(chǎn)狀目前尚不清楚。沿該斷裂線狀溝谷極為發(fā)育，構(gòu)造變形帶也有發(fā)育，韌性變形的糜棱巖、脆性變形的角礫巖和較嶄新時(shí)代形成的斷層泥均有發(fā)育，斷裂沿線歷史上曾發(fā)生一系列中強(qiáng)地震。受特殊的構(gòu)造和動(dòng)力學(xué)環(huán)境影響，研究區(qū)地震活動(dòng)比較活躍。1336年以來共發(fā)生9次5級(jí)以上地震和2次6級(jí)以上地震，包括1652年霍山6級(jí)地震和1917年霍山61/4級(jí)地震。劉澤民等（2015）通過震源機(jī)制解、余震精定位和地震等烈度線等分析認(rèn)為，2014年4月20日霍山MS4.3地震是在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用下，在落兒嶺—土地嶺斷裂發(fā)生的1次右旋張性活動(dòng)（圖1）。

1.2 觀測(cè)點(diǎn)概況

H2觀測(cè)點(diǎn)選址與斷層的性質(zhì)、斷層是否出露以及氣源等有關(guān)。首先，觀測(cè)點(diǎn)必須選在斷層破碎帶上，如果是壓性斷裂，測(cè)點(diǎn)必須選在斷層的上盤，即斷層活動(dòng)的主動(dòng)盤，如果是隱伏斷裂帶，要選在斷裂帶正上方，選點(diǎn)誤差不應(yīng)超過10 m；巖漿巖發(fā)育區(qū)具有豐富的H2氣源，更容易產(chǎn)生H2。觀測(cè)點(diǎn)的選址還應(yīng)考慮地下水位埋深和土壤潮濕度等?？傮w上，要遵循觀測(cè)條件最佳、斷裂破碎密度大、氣量豐富的原則（車用太等，2015）。斷層土壤氣的觀測(cè)點(diǎn)孔深的選擇，應(yīng)綜合考慮地貌、斷層覆蓋層厚度、植被、淺層地表水位等多種因素（陳華靜等，1999）。根據(jù)“霍山窗”地區(qū)地震和斷層的分布情況，筆者實(shí)地踏勘了曉天—磨子潭斷裂、落兒嶺—土地嶺斷裂、梅山—龍河口斷裂與落兒嶺—土地嶺斷裂交匯部位。曉天—磨子潭斷裂與落兒嶺—土地嶺斷裂交匯部位多為完整基巖出露，山體海拔較高，施工難度較大，且很難找到有覆蓋層的斷裂破碎帶，而梅山—龍河口斷裂與落兒嶺—土地嶺斷裂交匯部位地勢(shì)較為平緩，多為山村和田地，具備施工條件。

2018年3月和9月，筆者在落兒嶺—土地嶺斷裂交匯部位開展了2 期跨斷層土壤氣Rn和H2的觀測(cè)（圖2），考慮了Rn和H2的濃度值、地勢(shì)、地下水埋深、運(yùn)輸?shù)谋憷?、用電的方便性等因素，觀測(cè)點(diǎn)選址在霍山縣但家廟鎮(zhèn)觀音巖村的7號(hào)高值點(diǎn)附近。

1.3 H2觀測(cè)方法

2018年11月，筆者在7號(hào)點(diǎn)附近開挖了1個(gè)深2.8 m，長(zhǎng)、寬各1 m的觀測(cè)孔。為防止因淺層地表水位上升致使潮濕氣體進(jìn)入取樣管，且便于氣體流動(dòng)，在集氣孔底部鋪設(shè)40 cm厚、透氣性好的礫石層，礫石層中的氣體通過擴(kuò)散很快達(dá)到新的平衡。礫石層上方放置直徑為0.60 m的集氣裝置，集氣裝置四周鋪設(shè)雙層塑料厚膜密封。集氣裝置上方與直徑110 mm、長(zhǎng)2.5 m的PVC集氣管相連，在頂部用橡皮塞密封，用導(dǎo)氣軟管連接PVC導(dǎo)氣管，并連接痕量氫自動(dòng)分析儀。觀測(cè)孔集氣裝置結(jié)構(gòu)見方震等（2020）所述。氣體富集與采樣時(shí)間可在儀器上直接設(shè)定，設(shè)定采樣時(shí)間間隔為1小時(shí)，1次連續(xù)10 s采集300 mL氣體，抽氣總氣量需0.05 L。

2 觀測(cè)資料可靠性及影響因素分析

2.1 觀測(cè)資料可靠性分析

圖3為2018年12月4日至2020年8月15日“霍山窗”地區(qū)土壤H2的觀測(cè)數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，土壤H2濃度含量較低，一般為0.5×10-6，多數(shù)情況下低于0.5×10-6。對(duì)該測(cè)點(diǎn)2018年12月—2020年3月產(chǎn)出的8 832個(gè)數(shù)據(jù)，按照不同測(cè)量值的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)H2濃度大小分為4個(gè)區(qū)間，利用Grubbs法和X±2S法計(jì)算得到背景值為0.58×10-6，將超出2倍均方差設(shè)為高值界，為1.26×10-6。測(cè)值大小分布情況見表1。理論上應(yīng)該產(chǎn)出10 866個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)際產(chǎn)出8 832個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整率為81.28%；缺數(shù)情況一般是人為因素造成的。從產(chǎn)出H2濃度測(cè)值大小的分布范圍分析，超過60%的數(shù)據(jù)位于高值界以下，超過10×10-6的值較少，基本符合正態(tài)分布。得到的H2濃度的完整率和測(cè)值分布范圍進(jìn)一步說明痕量氫觀測(cè)儀器穩(wěn)定、觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、資料可靠。

2.2 影響因素分析

相對(duì)于震源深度，地震前兆的觀測(cè)深度非常有限，所以地面因素對(duì)其造成了不可避免的干擾（曹玲玲，高安泰，2014）。一般來說，斷層氣濃度變化受諸多因素影響，例如斷層開合、采樣深度、采樣孔周圍地溫變化以及 氣象三要素變化等，均會(huì)導(dǎo)致斷層氣濃度呈現(xiàn)規(guī)律性的年變和無規(guī)律的突變。不同地點(diǎn)的氣體濃度年變規(guī)律也不相同，所以不同地區(qū)H2濃度的多年變化特征并不是唯一的（鐘駿等，2021）。觀測(cè)點(diǎn)的巖性、構(gòu)造、覆蓋層等地質(zhì)因素基本固定，在采樣、儀器測(cè)試條件不變的情況下，H2濃度的規(guī)律性變化需予以識(shí)別。從已有的觀測(cè)資料來看，H2濃度多年季節(jié)變化在有些觀測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)出“夏高冬低”季節(jié)規(guī)律性變化（Dogan et al，2007；向陽等，2018）。

本文使用的ATG6118H痕量氫自動(dòng)分析儀內(nèi)置溫度和氣壓傳感器，每產(chǎn)出1個(gè)H2濃度數(shù)據(jù)，同時(shí)產(chǎn)出氣壓、溫度數(shù)據(jù)。2019年4月H2濃度數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，主要集中在0.58×10-6～1.26×10-6，未見高值異常，因此，本文選擇該月數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象因素分析（圖4）。從圖4中可看出，高精度氫濃度與溫度相關(guān)系數(shù)為-0.4，與氣壓的相關(guān)系數(shù)為0.4，溫度與氣壓的相關(guān)系數(shù)為-0.67。表明H2濃度與溫度呈弱的負(fù)相關(guān)，與氣壓呈弱的正相關(guān)。由于觀測(cè)時(shí)間較短，2019年出現(xiàn)高出背景值幾百倍的異常，未能看出季節(jié)性變化規(guī)律。而且，從震例總結(jié)的H2異常幅度通常都達(dá)到正常背景值的幾倍、十幾倍、幾十倍甚至上百倍（車用太等，2015），因此，7號(hào)觀測(cè)點(diǎn)季節(jié)性變化或氣象因素引起的規(guī)律性變化不影響H2高值異常的識(shí)別。

3 H2濃度異常與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.1 斷層H2濃度異常的判別方法

斷層H2濃度動(dòng)態(tài)變化，無論有無年變規(guī)律，在幾天至幾十天的時(shí)間尺度上，多呈現(xiàn)出突然升高或鋸齒狀起伏的特點(diǎn)（范雪芳等，2016）。筆者根據(jù)2018年12月4日以來研究區(qū)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出，H2濃度低于背景值觀測(cè)數(shù)據(jù)的占40.84%，在背景值至高值界之間的占30.32%，大于10×10-6的占15.9%。因此，本文確定痕量氫異常識(shí)別以大于10×10-6作為判據(jù)，即觀測(cè)值大于10×10-6為異常。

3.2 震例的選擇

2018年12月4日（即H2濃度觀測(cè)起始時(shí)間）至2020年8月15日安徽地震臺(tái)網(wǎng)共記錄到在“霍山窗”地區(qū)共發(fā)生796次ML>0地震，其中ML≥3.0地震2次，2.0≤ML<2.9地震8次，1.0≤ML<2.0地震151次，本文選取ML≥1.0地震進(jìn)行分析（圖1）。

3.3 H2濃度異常與地震活動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系

觀測(cè)期間，H2濃度值出現(xiàn)4次大于10×10-6異常，其中2次較大幅度的異常出現(xiàn)在2018年12月、2019年10—11月（圖5b），另外2次較小幅度的異常分別出現(xiàn)在2019年7月（圖5a）和12月（圖5c）。2018年12月，由于儀器進(jìn)水故障導(dǎo)致高值異常，因此，本文只討論2019年全年觀測(cè)數(shù)據(jù)與“霍山窗”小震活動(dòng)的關(guān)系，小震活動(dòng)頻次以步長(zhǎng)1 d、窗長(zhǎng)7 d統(tǒng)計(jì)，10點(diǎn)滑動(dòng)計(jì)算H2濃度與地震活動(dòng)頻次的相關(guān)系數(shù)。

2019年5月24日起，小震活動(dòng)頻次增加，相關(guān)系數(shù)相繼上升（圖5a），7月10—12日，H2濃度超過10×10-6，最高達(dá)14.4×10-6。異常核實(shí)發(fā)現(xiàn)：2019年6—7月，該地區(qū)有2個(gè)工地在施工，大多小震由工地爆破引起。7月9日，金寨縣發(fā)生ML2.7天然地震，H2濃度高值異常在該地震發(fā)生后出現(xiàn)，所以推斷該時(shí)間段的高值異常與小震活動(dòng)或者M(jìn)L2.7地震無關(guān)。

2019年10月7日開始，H2濃度超過10×10-6，高值異常一直持續(xù)到11月7日，最高達(dá)234.268 0×10-6。10月16日小震活動(dòng)頻次開始增加，10月22日頻次達(dá)最高，為14次，相關(guān)系數(shù)也相應(yīng)發(fā)生快速上升（圖5b），于11月5日降為0，期間共發(fā)生ML≥0.0小震88次，其中ML≥1.0小震18次，最大震級(jí)為10月17日ML1.9。H2濃度高值異常出現(xiàn)在小震活動(dòng)前9 d。

2019年12月13日，H2濃度持續(xù)上升，至12月19日高值異常結(jié)束，期間最高值為28.4×10-6。從頻度和相關(guān)系數(shù)變化圖（圖5c）來看，本次H2濃度高值異常與小震活動(dòng)同步，相關(guān)系數(shù)增大，呈弱的正相關(guān)。

2020年2月1日至3月27日，“霍山窗”小震再次活躍，共發(fā)生ML≥0.0地震82次，其中ML≥3.0地震1次、ML≥2.0地震2次、ML≥1.0地震12次。而本時(shí)間段，H2濃度未見高值異常，從圖1可以看出，相較于2019年10月，本次小震活動(dòng)向西南青山—曉天斷裂遷移，而2019年10月的小震活動(dòng)距離梅山—龍河口斷裂較近，位于土地嶺—落兒嶺斷裂上。

4 討論

4.1 H2的來源與運(yùn)移機(jī)制討論

斷裂帶中的H2來源于地幔的原生H2、地殼深部高溫高壓下巖石的變質(zhì)作用及地殼淺層的生物和化學(xué)作用（陳豐，1996；Hirose et al，2011；Frieder et al，2013）。H2通常會(huì)在相對(duì)封閉的地質(zhì)條件下留存。在巖石形成及地殼運(yùn)動(dòng)過程中，地殼深部上涌氣體一部分被封存在與外界隔絕的巖石孔隙、裂隙和礦物晶格中（Kita et al，1982；車用太等，2015）。在許多基性—超基性巖中含有大量的H2，火山巖中H2體積含量與巖石體積比可達(dá)3.96%（劉剛等，1996）?；鸪蓭r（如玄武巖等）中含有較多的被封存的H2，標(biāo)準(zhǔn)溫度壓力下，每立方米火成巖和變質(zhì)巖中含有5 000 cm3 的H2，沉積巖（如灰?guī)r）中H2很少，同樣單位的花崗巖和安山巖釋放的H2含量約為拉長(zhǎng)石的1.5倍（Freund et al，2002）。火成巖和變質(zhì)巖中含有豐富的H2源?！盎羯酱啊钡貐^(qū)主要發(fā)育韌性變形的糜棱巖、脆性變形的角礫巖等變質(zhì)巖，為H2封存提供了良好的條件。

斷裂帶中的H2主要通過斷裂帶巖石、土壤（包括斷層泥）和深循環(huán)地?zé)崴虻乇磉w移，從斷層泥、破碎帶中逸出的H2含量高于斷層附近出露的泉水中的H2含量（Sugisaki et al，1980）。盡管破碎帶本身不能儲(chǔ)存H2，但當(dāng)破碎帶的底部或者上部處于封閉狀態(tài)時(shí)，破碎帶將既可以作為運(yùn)移通道，又可以在相對(duì)封閉的體系中儲(chǔ)存一定量的H2（羅立強(qiáng)等，2004b）。與不活動(dòng)斷層相比，活動(dòng)斷層氣體的釋放更為劇烈（王博，周永勝，2017）。正斷層往往通過斷裂張開增加了有效應(yīng)力，逆斷層由于斷裂閉合表現(xiàn)為較低的孔隙率，在這種模式下，逆斷層周圍更易表現(xiàn)為高壓流體。Ware 等（1984）在觀測(cè)不同類型的斷層H2釋放濃度時(shí)，發(fā)現(xiàn)正斷層和走滑斷層H2的釋放濃度最高達(dá)80×10-6。本文研究的H2的觀測(cè)點(diǎn)所處的梅山—龍河口斷裂性質(zhì)為質(zhì)正斷兼左旋走滑，落兒嶺—土地嶺斷裂為張性斷裂，為斷裂帶中的H2釋放提供了良好的通道，易于深部H2的釋放。

4.2 H2濃度異常機(jī)理討論

2019年10月出現(xiàn)的H2濃度高值異常幅度最大，約為背景值的460倍，且異常出現(xiàn)在小震活動(dòng)前9 d。小震集中活動(dòng)前，應(yīng)力積累，巖石形成眾多的微裂隙，斷層處的裂隙通道更加暢通，形成相對(duì)低壓區(qū)，周圍的地下氣體在應(yīng)力場(chǎng)作用下，向低壓區(qū)的斷裂氣孔匯集，氣體擴(kuò)散加快，斷裂帶深源氣體混合比例大量增加，打破了正常狀態(tài)的氣體平衡，進(jìn)而使得觀測(cè)到的斷層H2濃度出現(xiàn)了不同幅度的正異常（高清武等，1992；張培仁，王基華，1993）。震后，應(yīng)力釋放，裂隙閉合，氣體擴(kuò)散通道被關(guān)閉，運(yùn)移到地表的H2量減少，使觀測(cè)的土壤H2含量減少至背景值（范雪芳等，2016）。

2019年10月16日至11月5日，小震在張性的落兒嶺—土地嶺斷裂上集中活動(dòng)，深部變質(zhì)巖為斷裂帶H2提供了豐富的來源，張性斷裂為H2的釋放提供了發(fā)育的運(yùn)移通道，形成了小震集中活動(dòng)的H2濃度正異常。這表明，H2的前兆異常特征與構(gòu)造環(huán)境即巖性、發(fā)震構(gòu)造、斷層性質(zhì)等都有密切的聯(lián)系。在地震孕育過程中，由于地應(yīng)力增強(qiáng)，巖石產(chǎn)生超聲振動(dòng)，微破裂發(fā)育，可直接釋放一部分封閉H2和吸附H2（馮瑋等，1985），斷層的機(jī)械變化也可釋放出H2（孫小龍等，2017）。2019年7月爆破引起的高值異常和12月小震活動(dòng)的同步異常，筆者認(rèn)為是地殼淺部應(yīng)力、應(yīng)變效應(yīng)作用的結(jié)果，地殼表層受擠壓作用而使其間的氣體組分重新運(yùn)動(dòng)、再分配、再富集，異常變化幅度不大。

本文雖提出“霍山窗”地區(qū)H2的異常與小震活動(dòng)頻次及發(fā)震構(gòu)造之間有一定關(guān)系，但斷裂帶內(nèi)H2的釋放與地震的發(fā)震時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)之間的關(guān)系是極其復(fù)雜的，還需要更多的觀測(cè)和研究。

5 結(jié)論

2018年，在“霍山窗”地區(qū)土地嶺—落兒嶺斷裂與梅山—龍河口斷裂交匯部位開展1年多H2濃度連續(xù)觀測(cè)，對(duì)H2濃度異常與小震活動(dòng)的關(guān)系、H2濃度異常機(jī)理進(jìn)行討論，所得結(jié)論如下：

（1）在小震集中活動(dòng)前，H2濃度出現(xiàn)高達(dá)背景值幾百倍和正常起伏最大值幾十倍的短臨異常，異常特征顯著，該異常對(duì)應(yīng)土地嶺—落兒嶺斷裂構(gòu)造活動(dòng)，但與區(qū)域地震或其它發(fā)震構(gòu)造上的地震活動(dòng)沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明H2觀測(cè)對(duì)斷裂帶上未來發(fā)震地點(diǎn)的判斷具有一定的參考作用。

（2）“霍山窗”地區(qū)主要發(fā)育韌性變形的糜棱巖、脆性變形的角礫巖等變質(zhì)巖，為小震集中活動(dòng)前H2的正異常提供了豐富的氣源。落兒嶺—土地嶺斷裂為張性斷裂，為斷裂帶內(nèi)H2向地表運(yùn)移提供了良好的通道。

（3）小震集中活動(dòng)前，由于應(yīng)力的積累，H2向張性斷裂形成相對(duì)低壓區(qū)匯集，形成H2正異常。震后，應(yīng)力釋放，裂隙閉合，異?；謴?fù)。地殼淺部的應(yīng)力應(yīng)變作用，可以對(duì)淺層H2進(jìn)行再分配，形成較小幅度的異常變化。

參考文獻(xiàn)：

鮑志誠，趙愛平，呂堅(jiān)，等.2022.瑞昌—武寧活動(dòng)斷裂帶土壤氣地球化學(xué)特征［J］.地震研究，45（2）：249-256.

曹玲玲，高安泰.2014.氣溫氣壓與斷層氣氡濃度短期變化的相關(guān)性分析［J］.地震學(xué)報(bào)，36（4）：719-729.

車用太，劉耀煒，何瀾.2015.斷層帶土壤氣中H2觀測(cè)——探索地震短臨預(yù)測(cè)的新途徑［J］.地震，35（4）：1-10.

車用太，魚金子，劉五洲.1999.地殼放氣動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與張北—尚義6.2級(jí)地震預(yù)報(bào)［J］.地質(zhì)論評(píng)，45（1）：59-65.

車用太，魚金子，張培仁，等.2002.H2和He的映震靈敏性及其干擾初析［J］.地震，22（2）：94-103.

車用太，張大維，魚金子，等.1995.斷層帶土壤氣的映震效能與地震短期預(yù)報(bào)［J］.中國地震，11（4）：374-380.

陳豐.1996.氫——地區(qū)深部流體的重要源泉［J］.地學(xué)前緣，3（3/4）：72-19.

陳剛，嚴(yán)佳奎.1995.斷層土壤氫氣的特征［J］.西北地質(zhì)，16（3）：22-28.

陳華靜，王基華，林元武.1999.斷層土壤氣的觀測(cè)與地震短臨預(yù)報(bào)［J］.地震，18（1）：82-88.

董樹文，張?jiān)罉?，龍長(zhǎng)興，等.2008.四川汶川MS8.0地震地表破裂構(gòu)造初步調(diào)查與發(fā)震背景分析［J］.地震學(xué)報(bào)，29（3）：392-396.

杜樂天.2005.地球排氣作用的重大意義及研究進(jìn)展［J］.地質(zhì)論評(píng)，51（2）：174-180.

范雪芳，黃春玲，劉國俊，等.2012.山西夏縣痕量氫觀測(cè)資料的初步分析［J］.山西地震，（3）：7-12.

范雪芳，張磊，李自紅，等.2016.斷裂帶土壤氣高精度氫異常分析［J］.地震地質(zhì)，38（2）：303-315.

方震，張彬，李軍輝，等.2020.地?zé)釡厝c土壤逸出氣中痕量氫的特征及差異性分析［J］.地震工程學(xué)報(bào)，42（3）：705-703.

馮瑋，王真光，王劍秋，等.1985.在超聲作用下玄武巖釋放封閉氫實(shí)驗(yàn)研究［J］.地震地質(zhì)，7（4）：49-55.

李浩民.2018.安徽霍山地區(qū)主要控震構(gòu)造特征及地震活動(dòng)性分析［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），23-25.

李民.2007.地下流體對(duì)地震前兆作用的綜述［J］.華北地震科學(xué)，25（2）：24-28.

李營(yíng)，杜建國，王富寬，等.2009.延懷盆地土壤氣體地球化學(xué)特征［J］.地震學(xué)報(bào)，31（1）：82-91.

林元武，翟盛華，范樹全，等.1994.華北隱伏活動(dòng)斷裂H2異常特征及其異常機(jī)制研究［J］.地震地質(zhì)，16（3）：264-268.

劉剛，王先彬，李立武.1996.張家口大麻枰堿性玄武巖內(nèi)地幔巖包體氣體成分的初步研究［J］.科學(xué)通報(bào)，41（19）：1775-1777.

劉澤民，黃顯良，倪紅玉，等.2015.2014年4月20日霍山MS4.3地震發(fā)震構(gòu)造研究［J］.地震學(xué)報(bào)，37（3）：402-410.

陸鏡元，曹光暄，劉慶忠，等.1992.安徽省地震構(gòu)造與環(huán)境分析［M］.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，10-64.

羅立強(qiáng)，孫青，詹秀春.2004a.中國大陸科學(xué)鉆探主孔0～2000米流體剖面及流體地球化學(xué)研究［J］.巖石學(xué)報(bào)，20（1）：185-191.

羅立強(qiáng)，王健，李松，等.2004b.中國大陸科學(xué)鉆探現(xiàn)場(chǎng)分析與地下流體異常識(shí)別［J］.巖礦測(cè)試，23（2）：81-86.

杉崎隆一，鈴木和博，大井田徹，等.1986.張魁林譯.地震活動(dòng)與地下氫氣逸出的關(guān)系［J］.世界地震譯叢，（4）：39-43.

邵濟(jì)安，趙誼，張福松，等.2010.黑龍江省中西部地球排氣與地震活動(dòng)的初探［J］.巖石學(xué)報(bào)，26（12）：3651-3656.

粟啟初，Zeller E，Angino E.1992.沿?cái)鄬右莩龅臍錃鈱?duì)地震的誘發(fā)作用［J］.地震學(xué)報(bào)，14（2）：228-235.

孫小龍，邵志剛，司學(xué)蕓，等.2017.斷層帶土壤氣濃度測(cè)量及其影響因素［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，37（4）：436-440.

孫小龍，王廣才，邵志剛，等.2016.海原斷裂帶土壤氣與地下水地球化學(xué)特征研究［J］.地學(xué)前緣，23（3）：140-150.

王博，周永勝.2017.氫氣與斷層活動(dòng)及地震的研究進(jìn)展［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，32（5）：1921-1929.

王基華，張培仁，孫鳳民.1982a.地震前后地下氫氣異常變化的又一實(shí)例［J］.地震，（4）：17-34.

王基華，張培仁.1982b.寧河6.9級(jí)地震前光華井氫氣含量變化機(jī)理［J］.地震科學(xué)研究，（2）：52-54.

王喜龍，楊夢(mèng)堯，郭紅霞，等.2022.遼寧盤—口氫氣濃度異常特征及預(yù)報(bào)效能分析［J］.地震研究，45（2）：275-283.

魏樂軍，郭堅(jiān)峰，蔡慧，等.2008.衛(wèi)星熱紅外異?！拇ㄣ氪∕S8.0及大地震的短臨震兆［J］.地球?qū)W報(bào)，29（5）：583-591.

高清武.1992.地震前H2、Hg等斷層氣的異常變化［J］.中國地震，8（3）：53-59.

向陽，孫小龍，高小其，等.2018.新疆庫爾勒斷層氫氣濃度的影響因素及其地震預(yù)測(cè)的潛在效能評(píng)價(jià)［J］.中國地震，34（1）：48-59.

張培仁，王基華.1993.氫——預(yù)報(bào)地震的靈敏元素［J］.地震地質(zhì)，15（1）：69-77.

張澤明.1988.德國大陸科學(xué)鉆探的地殼流體研究［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，17（2）：7-12.

鐘駿，王博，閆瑋，等.2021.阿克蘇斷層氫氣濃度動(dòng)態(tài)特征及其映震效能［J］.地震學(xué)報(bào)，43（5）：615-627.

周曉成，杜建國，陳志，等.2012.地震地球化學(xué)研究進(jìn)展［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，31（4）：340-346.

周曉成，石宏宇，陳超，等.2017.汶川MS8.0地震破裂的土壤氣中H2濃度時(shí)空變化［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，32（8）：818-827.

Chavrit D，Humler E，Grasset O.2014.Mapping modern CO2 fluxes and mantle carbon content all along the Mid-ocean ridge system［J］.Earth and Planetary Science Letters，387：229-239.

Chiodini G，Granieri D，Avino R，et al.2010.Non-volcanic CO2 earth degassing：case of Mefite dAnsanto（southern Apennines），Italy［J］.Geophysical Research Letters，37（11）：L11303.

Dogan T，Mori T，Tsunomori F，et al.2007.Soil H2 and CO2 surveys several active faults in Japan［J］.Pure and Applied Geophysics，164（12）：2449-2463.

Freund F，Dickinson J F，Cash M.2002.Hydrogen in rocks：An energy source for deep microbial communities［J］.Astrobiology，2（1）：83-92.

Frieder K，Wolfgang B，Thomas M，et al.2013.Compositional controls on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks［J］.Lithos，178：55-69.

Fu C C，Yang T F，Chen C h，et al.2017.Spatial and temporal anomalies of soil gas in northern Taiwan and its tectonic and seismic implications［J］.Journal of Asian Earth Sciences，149：64-77.

Hirose T，Kawagucci S，Suzuki K.2011.Mechanoradical H2 generation during simulated faulting：Implications for an earthquake-driven subsurface biosphere［J］.Geophysical Research Letters，38：L17303.doi：10.1029/2011GL048850.

Ignatenko G K，Gremchenko P I，Glushkov Y M.2016.Hydrogen concentration monitoring in subsoil air on tectonic faults on the territory adjacent to NPP site［J］.Nuclear Energy and Technology，2（3）：151-155.

Ito T，Nagamine K，Yamamoto K，et al.1999.Preseismic hydrogen gas anomalies caused by stress-corrosion process preceding earthquakes［J］.Geophysial Research Letters，26（13）：2009-2012.

Jiang F L，Li G R.1981.The application of geochemical methods in earthquake prediction in China［J］.Geophysical research letters，8（5）：469-472.

King C Y.1986.Gas geochemistry applied to earthquake prediction：an overview［J］.Journal of Geophysical Research，91（B12）：12269-12281.

Kita I，Matsuo S，Wakita H，et al.1980.D/H ratios of H2 in soil gases as an indicator of fault movements［J］.Geochemical Journal，14（6）：317-320.

Lombardi S，Voltattorni N.2010.Rn，He and CO2 soil gas geochemistry for the study of active and inactive faults［J］.Applied Geochemistry，25（8）：1206-1220.

Mcmahon S，Parnell J，Blamey N.2016.Evidence for seismogenic hydrogen gas，a potential microbial energy source on earth and mars［J］，Astrobiology，16（9）：690-702.

Sato M，McGee K A.1981.Continuous monitoring of hydrogen on the south Flank of mount St.Helens［C］.U S Geological Surey Professional.Paper 1250：USGS，209-219.

Shirokov V A，F(xiàn)irstov P P，Makarov E O，et al.2015.An approach to the short-and long-term forecasting of strong earthquake：A case study of the MW=9.0 Tohoku earthquake，Japan，March 11，2011［J］.Seismic Instruments，51（3）：229-241.

Sugisaki R，Anno H，Adachi M，et al.1980.Geochemical features of gases and rocks along active faults［J］.Geochemical Journal，14（3）：101-112.

Sugisaki R.1984.Realtion between hydrogen emission and seismic activities［J］.Pure and Applied Geophysics，122：175-184.

Tang L J，Luo L Q，Lao C L，et al.2014.Real time fluid analysis during drilling of the Wenchuan earthquake fault scientific drilling project and its responding features［J］.Tectonophysics（619-620）：70-78.

Wakita H，Nakamura Y，Kita I，et al.1980.Hydrogen release：New indicator of fault activity［J］.Science，210（4466）：188-190.

Ware R H，Roecken C，Wyss M.1984.The detection and interpretation of hydrogen in fault gases［J］.Pure & Applied Geophysics，122（2-4）：392-402.

Zhou X C，Chen Z，Cui Y J.2016.Environmental impact of CO2，Rn，Hg degassing from the rupture zones produced by Wenchuan MS8.0 earthquake in western Sichuan，China［J］.Environmental Geochemistry and Health，38（5）：1067-1082.

Analysis of Soil Hydrogen Anomaly in theHuoshan Seismic Window Area

FANG Zhen1，2，HUANG Xianliang1，2，TAO Yuechao1，LI Shenliang3，TAO Fangyu4，YANG Yuanyuan1，ZHU Houlin4，LU Dongliang4

（1.Anhui Earthquake Agency，Hefei 230031，Anhui，China）

（2.Mengcheng National Geophysical Observatory，Mengcheng 233500，Anhui，China）

（3.Hefei Earthquake Monitoring Central Station，Hefei 230000，Anhui，China）

（4.Jinzhai Earthquake Monitoring Central Station，Jinzhai 237300，Anhui，China）

Abstract

This paper evaluates the reliability of the long-term，high-accuracy soil hydrogen data observed in the Huoshan Seismic Window area according to the distribution of measurements，and analysis of meteorological influencing factors.The relationship between the hydrogen anomaly and the activity of small earthquakes is preliminarily analyzed in the study area.The results show that the hydrogen concentration in the Tudiling-Luoerling fault has a large precursory anomaly extent，and is sensitive to the seismic activity around the observational sites on the fault，suggesting a better earthquake-precursory efficiency.The metamorphic rocks contain H2-gas sources in the study area.Stress accumulation accelerates the release of H2 in the fault zone，and tensile faults provide a good channel for H2 migration.

Keywords：fault hydrogen concentration；hydrogen source；small earthquake activity；the Huoshan Seismic Window area

收稿日期：2022-04-02.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（41802224）；地震預(yù)測(cè)開放基金項(xiàng)目（AH22030D）；武漢引力與固體潮國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站開放研究基金（WHYWX202110）.

第一作者簡(jiǎn)介：方 震（1984-），高級(jí)工程師，主要從事地震地下流體與地球化學(xué)研究.E-mail：fzhen215@126.com.

通訊作者簡(jiǎn)介：黃顯良（1972-），正研級(jí)高級(jí)工程師，主要從事地震活動(dòng)性研究.E-mail：hxl818@sina.com.

方震，黃顯良，陶月潮，等.2023.“霍山窗”地區(qū)H2濃度異常與小震活動(dòng)關(guān)系分析［J］.地震研究，46（2）：237-244，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0025.