引用本文
周晓成, 石宏宇, 陈超, 曾令华, 孙凤霞, 李静, 陈志, 吕超甲, 黄丹, 杜建国. 汶川 MS8.0地震破裂带土壤气中H2浓度时空变化 . 地球科学进展, 2017, 32(8): 818-827
Zhou Xiaocheng, Shi Hongyu, Chen Chao, Zeng Linghua, Sun Fengxia, Li Jing, Chen Zhi, Lü Chaojia, Huang Dan, Du Jianguo. Spatial-temporal Variations of H2 Concentration in Soil Gas in the Seismic Fault Zone Produced by the Wenchuan MS 8.0 Earthquake . Advances in Earth Science, 2017, 32(8): 818-827  
Doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2017.08.0818
Permissions
Copyright©2017, 地球科学进展 编辑部
汶川 MS8.0地震破裂带土壤气中H2浓度时空变化
周晓成1, 石宏宇1, 陈超2, 曾令华2, 孙凤霞1, 李静3, 陈志1, 吕超甲1, 黄丹1, 杜建国1
1.中国地震局地震预测重点实验室,中国地震局地震预测研究所,北京 100036
2.四川省地震局康定地震台,四川 康定 626000
3.防灾科技学院,河北 廊坊 065201

作者简介:周晓成(1978-),男,新疆玛纳斯人,副研究员,主要从事构造地球化学,流体地球化学研究.E-mail:zhouxiaocheng188@163.com

基金:中国地震局地震预测研究所基本科研业务费“红河断裂带与小江断裂带交汇区温泉流体地球化学特征研究”(编号:2017IES010205); 国家自然科学基金项目“鲜水河—小江活动断裂带CO2脱气研究”(编号:41673106)资助
摘要

断裂带H2浓度变化能很好地反映断裂的活动性。通过对汶川 MS 8.0地震破裂带23个测区的土壤气H2浓度测量,探讨破裂带土壤气H2浓度时空变化与破裂带垂直位移与余震的关系。测量结果表明:①破裂带土壤气H2主要来源与浅部气藏泄露直接相关;②破裂带土壤气H2浓度平均值从映秀到南坝逐渐降低;③破裂带土壤气H2浓度随着时间推移逐渐衰减。地震断裂带内H2脱气进一步研究对大气环境研究具有重要意义。

关键词: 氢气; 土壤气; 破裂带; 汶川地震
中图分类号:P315.72+8 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2017)08-0818-10
Spatial-temporal Variations of H2 Concentration in Soil Gas in the Seismic Fault Zone Produced by the Wenchuan MS 8.0 Earthquake
Zhou Xiaocheng1, Shi Hongyu1, Chen Chao2, Zeng Linghua2, Sun Fengxia1, Li Jing3, Chen Zhi1, Lü Chaojia1, Huang Dan1, Du Jianguo1
1.Key Laboratory of Earthquake Prediction, Institute of Earthquake Science, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China
2.Kangding Seismic Station, Sichuan Earthquake Administration,Sichuan Kangding 626000, China
3.Institute of Disaster Prevention, Hebei Langfang 065201, China

First author:Zhou Xiaocheng(1978-),male,Manasi County,Xinjiang Province,Associate professor. Research areas include fluid geochemistry, tectonic geochemistry.E-mail:zhouxiaocheng188@163.com

Fund:Project supported by the Basic Research Project of Institute of Earthquake Science,China Earthquake Administration “Fluid geochemical characteristics of hot springs at the junction of Honghe fault and Xiaojiang fault”(No.2017IES010205); The National Natural Science Foundation of China “Degassing of CO2 along the Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe-Xiaojiang active faults”(No.41673106)
Abstract

Degassing of Hydrogen (H2) from fault may be a good indicator of fault activity. The concentration of H2 in soil gas in the seismic surface rupture zone produced by the Wenchuan MS 8.0 earthquake was investigated in twenty three measuring regions in order to explore the relationship between the spatio-temporal variations of H2 concentration in soil gas along the seismic rupture zone and the vertical displacements and aftershocks activities. The results indicated: ① the sources of H2 were directly related to from the release of natural gas reservoirs; ②the average concentration of H2 in soil gas spatially decreased from Yingxiu to Nanba; ③the magnitudes of the H2 concentration anomalies declined significantly with time. It is very significant to study the variation tendency of atmospheric environment with further research of degassing of H2 from faults.

Keyword: Hydrogen; Soil gas; Rupture zone; Wenchuan MS 8.0 earthquake.
1 引言

地球上大部分地区, 地球的脱气是以小规模、低速度的形式进行的, 而在地壳的某些薄弱部位, 如洋中脊、火山、温泉, 活动断裂带等, 脱气都是非常强烈的[1~3]。地球上每天都发生大量的地震, 都伴有排气, 并且地震震级越大, 脱气越强烈[4~6]。地震断裂带裂隙发育, 为地热流体垂向运移和气体排放提供了良好的通道[7, 8]。断裂带土壤气中氢气(H2)时常有明显异常高值[1, 9, 10], 断裂带内H2浓度与断裂的活动性呈正相关关系[10], 并且与地震活动性有明显的正相关关系[11~15]。

2008年5月12日发生在青藏高原东缘龙门山推覆构造带中段的汶川MS 8.0 地震, 是一次罕见的逆冲斜滑型特大地震[16]。同震地表破裂带长度达到240 km, 最大垂直位移为(6.5± 0.5) m, 最大右旋走滑位移4.9 m[17~19]。汶川MS 8.0地震断裂带脱气强烈、范围广, 并且持续向外脱气[15]。大量的地震现场考察发现, 汶川MS 8.0地震震中地下有异常高压气体在地震时高速膨胀, 经由地下裂隙和断层等面状通道快速涌出, 导致岩石飞移和流动[20, 21]。在汶川MS 8.0地震断裂带脱气初步调查测量中发现, 土壤气中H2浓度的时空变化在地震断裂带南部和北部存在明显差异, 但是, 土壤气中的H2浓度测区只有8个, 采样率低(约300个采样点); 而且, 汶川MS 8.0地震破裂带中部清平、高川、北川缺少测点, 因此, 很有必要对汶川MS 8.0地震破裂带H2脱气进行全面系统测量[15, 22]。

本文通过测量汶川MS 8.0地震破裂带土壤气H2浓度, 更进一步探讨破裂带土壤气H2浓度时空变化与破裂带垂直位移与余震的关系。

2 地质概况

龙门山构造带介于华北陆块、扬子陆块和羌塘陆块之间, 是松潘— 甘孜褶皱带的东缘, 同时也是青藏高原的东缘[23]。龙门山构造带由一系列走向NE、倾向NW的逆冲断裂及其所夹持的逆冲岩片组成, 这些逆冲片岩主要由前震旦纪基底杂岩和震旦系— 三叠系海相地层组成, 杂岩自北向南为有轿子顶杂岩、彭灌杂岩和宝兴杂岩[24]。在晚三叠世, 扬子西缘发生陆内汇聚作用, 在川西形成龙门山构造带, 并导致四川前陆盆地的形成, 龙门山与四川前陆盆地表现出典型的盆山耦合关系。龙门山断裂是由一系列大致平行的叠瓦状逆冲断裂带构成, 自西向东分别为:汶川— 茂县断裂(后龙门山断裂)、映秀— 北川断裂(中央断裂)、灌县— 安县断裂(前山断裂)和广元— 大邑(隐伏)断裂, 全长约500 km, 东西宽30~50 km[17, 23]。汶川MS 8.0地震使龙门山推覆构造带中段北川— 映秀断裂和灌县— 江油断裂等2条叠瓦状逆断层和NW向小鱼洞断裂同时发生破裂, 形成了北川— 映秀和汉旺— 白鹿等2条近于平行的NE向地表破裂带和一条NW向小鱼洞地表破裂带(破裂III段)[17~19, 25]。

3 样品与测量方法
3.1 破裂带土壤气H2采样和测量

在汶川MS 8.0地震地表破裂带土壤气H2测量时, 先进行野外实地调查, 测区的选择过程中参考已有大量学者的工作[17~19, 25], 根据破裂带的几何特征、余震分布和脱气特征的研究, 综合以上结果把破裂带分成5段(表1)。通过收集陡坎垂直位移、探槽剖面和测区的土壤类型等资料, 最终, 在汶川MS 8.0地震地表断裂带23个测区进行现场H2浓度测量(图1, 表1)。每一个测区布置3~4条测线, 每条测线垂直陡坎走向, 测线中央位于陡坎之上, 每条测线10个测点, 测线间距5~30 m不等; 每条测线的测点间距5~50 m不等, 在陡坎附近测点间距一般为5 m, 离开陡坎测点间距逐渐增加[22]。测线长度使用米尺准确测量。

在每一个测区完成近40个测点的土壤气H2浓度测量。野外现场测量断裂带土壤气中的H2浓度。野外采样是在测点处打孔, 深度约80 cm, 将取样器置于孔内, 封住孔口, 然后, 用抽气泵抽气, 用250 mL取样针管扎进硅胶管路, 现场取样, 取样针孔是侧针孔。现场使用便携式Agilent Mrco 3000气相色谱测量H2的浓度。H2的检测限是1× 10-6, 误差小于5%[15, 22]。2010年6月, 在汶川MS 8.0地震地表断裂带10个测区测量, 有8个测区是重复第4次测量(表1)。2014年7月, 在地表断裂带23个测区测量, 有8个测区是重复第5次测量(表1)。

表1 汶川MS 8.0地震破裂带土壤气测区采样时间和位置 Table 1 Surveyed sites of soil gas and sampling time along rupture zones produced by the and MS 8.0 earthquake

图1 汶川MS 8.0地震破裂带土壤气H2采样区位置分布图(破裂带分布图数据来自参考文献[17])Fig.1 Map of samplingregions H2 in soil gas in the co-seismic surface ruptures produced by Wenchuan MS 8.0 earthquake(Fault lines were adopted from reference[17])

3.2 破裂带土壤气体组分和氦同位素测量

为了分析汶川MS 8.0地震地表破裂带土壤气H2来源中是否有大量深部气体加入, 2010年6月, 在汶川MS 8.0地震地表破裂带土壤气H2浓度高的测点采集了20个气体样品(表1), 气体采样样品容器为500 mL的玻璃瓶, 气样利用排水取气法采集。在水桶中盛满饱和盐水, 灌满玻璃瓶, 在水下倒置玻璃瓶, 然后, 使用气泵从土壤气采样器抽气, 排空管路中空气后, 把管子末端插进玻璃瓶, 玻璃瓶中气体达到多半瓶时, 用实心橡胶塞封住瓶口。土壤气体中的组分和同位素是在中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心分析测量, 气体中的N2, CO2, O2, CH4和Ar使用Finnigan MAT-271质谱测量, 测量精度为± 0.1%[26] 。气体中He和Ne的浓度以及同位素是使用MM5400质谱仪检测[26]。

4 测量结果
4.1 破裂带气体测量结果

在2010年6月和2014年7月, 2次测量总共获得1 105个土壤气中H2浓度数据(表2), 土壤气中H2浓度值范围为1.0× 10-6~68.4× 10-6, 平均值为4.4× 10-6 (图2, 表2)。空气中H2浓度一般在0.5× 10-6左右[15], 土壤气中大部分H2浓度高于空气的浓度。破裂带土壤气中H2的异常界采用第1~3次测量数据确定的异常界[15], 因此, H2浓度异常界定为12× 10-6 (图2) 。

表2 汶川MS 8.0地震破裂带土壤气H2浓度数据统计结果 Table 2 Statistics of H2 concentrations in soil gas along co-seismic rupture zones produced by the MS 8.0 earthquake

图2 破裂带土壤气中H2浓度异常分布图
(a)2010年第4次测量; (b)2014年第5次测量Fig.2 Distribution of anomalies of H2 concentrations in soil gas
(a) Fourth measurement in 2010; (b)Fifth measurement in 2014

4.2 破裂带气体同位素和气体组分测量结果

20个破裂带土壤气体全组分测量表明土壤气样品中主要以N2和O2为主, 其浓度范围分别为76.2%~80.16%, 11.62%~21.52%, CO2的浓度较高, 为0.6%~9.83%。气体中氦同位素比值(R=3He/4He)范围为0.34~1.76 Ra(Ra为大气的3He/4He 值1.39× 10-6)[27]。

5 讨 论
5.1 破裂带气体H2的主要来源

汶川地震破裂带的氢气可能有以下几个来源:

①H2作为深源气体, 地球在形成时, 地球内部就储存有大量的H2, 这些H2会沿着地球的薄弱地带逸散到大气中[28, 29]; ②断裂破裂硅酸岩新鲜岩石面发生水岩反应产生H2[30.31], 活动断裂带活动性越强, 断裂带内硅酸岩新鲜破裂面越发育, 产生的H2越多[32]; ③在岩石中U和Th元素在放射性衰减过程中与水产生高浓度H2[33]; ④橄榄石蛇纹石化过程中产生大量H2[34]; ⑤土壤有机质在厌氧细菌发酵过程中产生H2[35]。

通过对2008年6月汶川MS 8.0地震破裂带土壤气体中He, H2, CO2, O2, N2, Rn和Hg浓度数据进行因子分析, 发现所有气体组分受2个因子控制, He和H2受一个因子控制, 推测与深部气体释放有关; CO2, O2, N2, Rn和Hg受另一个因子控制, 推测主要是浅部气体释放控制[15]。为了探寻破裂带土壤气体中H2的来源深度, 使用汶川MS 8.0地震破裂带土壤气样品的氦同位素分析探讨。汶川MS 8.0地震破裂带土壤气样品的氦同位素(R/Ra)比值范围是0.8~1.8 Ra, 汶川MS 8.0地震破裂带土壤气样品的氦同位素(R/Ra)比值范围是0.8~1.8 Ra, 4He/20Ne值范围是0.319~0.345, 接近空气值(4He/20Ne=0.318)[28]。氦同位素(R/Ra)比值大于1的剖面, 如白鹿、蓥华和南坝剖面, 土壤气体He和H2有很少量深部气体加入。破裂带土壤气中CO2的浓度最高达到9.83%, 大部分土壤气中δ 13 CCO2值一般在-20‰ 左右[22], 主要是有机成因。因此, 以上结果都指出汶川MS 8.0地震破裂带土壤气体He和H2主要是来自地壳浅层气体(图3, 表3)。

汶川地震破裂带H2的脱气与龙门山断裂带的浅层富含氢气的天然气藏有密切的关系。龙门山后山断裂、中央断裂和前山断裂将青藏高原东部龙门山地区由西向东划分为古生代变质地体(以彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为代表的前寒武纪变质杂岩)、三叠系含煤系地层和侏罗系前陆盆地沉积[38]。灌县— 江油断裂(中央断裂带)上盘区域隆升剥蚀作用强烈, 大面积出露下古生界地层, 断层通天, 地表油气苗、沥青普遍分布, 显示油气保存条件遭到破坏; 其下盘深部海相层系则存在膏泥岩的保护, 龙门山前缘地层发育完全, 油气保存条件好[39, 40]。在龙门山冲断带前缘发现了中坝、大邑、邛西、平落坝气田以及鸭子河、金马、高家场、莲花山等含油气构造, 龙门山冲断带前缘地区具有良好的烃源条件[39]。在中坝气田的天然气样品中H2的浓度一般在100× 10-6~900× 10-6[41]。汶川MS 8.0地震后, 沿破裂带发现大量由于气体突出、爆炸而引起的地表景观现象[42], 而且在震后高光谱卫星观测数据处理中发现震中区域的CH4浓度在汶川MS 8.0地震发生时有明显异常[43], 在汶川地震深钻过程中泥浆气体CO2, CH4和H2浓度在汶川MS 8.0地震断裂位置有明显异常, H2最高达到240× 10-6[44]。这些都表明汶川MS 8.0地震对地下天然气藏有大的破坏性, 使得浅部天然气藏的天然气释放出来[45]。

图3 破裂带气体中3He/4He与4He/20Ne值的关系图[28, 37]
各不同端元的比值分别是:空气, 3He/4He=1.4× 10-6, 4He/20Ne =0.318; 地幔, 3He/4He=12× 10-6, 4He/20Ne=10 000; 地壳, 3He/4He=0.02× 10-6, 4He/20Ne=10 000Fig.3 Plot of 3He/4He versus 4He/20Ne in soil gas[28, 37]
Mixing lines between the atmosphere and upper mantle and crust were calculated using the end members:Air (3He/4He=1.4× 10-6, 4He/20Ne=0.318), upper mantle (3He/4He=12× 10-6, 4He/20Ne=10 000), old continental crust (3He/4He =0.02× 10-6, 4He/20Ne=10 000)

表3 汶川地震破裂带土壤气体样品的组分和He和Ne同位素比值 Table 3 Gas composition and He and Ne isotopic ratios of the samples from soil gases in the rupture zones produced by the and MS 8.0 earthquake
5.2 破裂带土壤气中H2浓度时空变化与垂直位移的关系

破裂带的23个测区土壤气H2的异常浓度空间上集中在断裂附近50 m范围内, 在此范围内, 大部分土壤气H2剖面浓度呈双峰特征(图2)。破裂带土壤气H2浓度的异常特征与活动断裂内部构造和裂隙发育程度有密切关系。一般情况下, 活动断裂带内孔隙度发育, 离活动断裂带越远, 孔隙度越低[46]。汶川MS 8.0地震地表破裂不同段内高渗透率的破碎带为地下深部流体到达地表提供了良好的运移通道[47]。汶川地震断层带跨断层的渗透率测量显示汶川地震断层由低渗的核部(2.4× 10-19 ~ 3.8× 10-16 m2)、高渗的破碎带(3.7× 10-16~3.0× 10-15 m2) 以及含裂隙原岩(6.0× 10-18 ~4.3× 10-13 m2) 组成 (有效压力 40 MPa), 其中新鲜断层泥具有最低的渗透率。断层泥和两侧原岩由于渗透率低, 阻碍流体跨断层带流通, 断层带内的流体活动局限在高渗的破碎带中[47]。

当地下H2在温度和压力梯度的作用下, 沿着断裂破碎带这个通道向上迁移, 大震后较长时间内, 这种作用并不立即终止而仍在继续, 断层土壤气的空间异常分布就是这一作用的反映[4]。通常这种作用可能比孕震过程中或地震发生时要微弱, 并且是缓慢的、时强时弱又持续不断的, 但与其他构造部位明显不同, 而形成鲜明的异常断裂的不同区段; 随断裂上不同的应力状态及地貌上的隆升与沉降, 脱气作用有较大差异; 这些差异为研究排气作用的机制、作用深度与物质来源提供了有力的证据[12]。

破裂带土壤气H2的浓度测点最大值自南而北可以分为3段:南部是映秀段(破裂一段), 中部是小鱼洞段、汉旺— 白鹿段和清平— 高川段(破裂二段、破裂三段和破裂四段), 北部是北川段(破裂五段)(图4)。破裂带土壤气H2浓度在震中附近深溪沟达到最大。破裂带土壤气H2浓度的平均值总体从南部震中向北有明显的降低的趋势。汶川MS 8.0地震破裂带映秀段(破裂一段)长约112 km, 最大垂直位移在深溪沟测区, 达到(6.2± 0.5)m, 平均垂直位移为3~4 m; 北川— 石坝段长约118 km, 最大垂直位移在北川测区, 达到(6.5± 0.5)m[17, 18]。龙门山断裂带浅部气藏为地震破裂带脱气提供了物质来源, 垂直位移越大, 裂隙发育程度越高, 更有利于气体的逃逸[42, 48]。破裂带土壤气H2浓度的最大值和平均值与破裂带垂直位移的大小不完全一致, 这指出破裂带土壤气H2的浓度不仅与破裂带本身的垂直位移大小有关, 还与破裂带的内部形态以及岩石类型有紧密的联系。汶川MS 8.0 地震地表破裂带几何结构非常复杂, 主要由逆断层陡坎、挤压推覆陡坎、后冲逆断层陡坎、褶皱陡坎和鳄鱼嘴状陡坎等基本破裂单元组合而成。此外, 在挤压推覆陡坎、后冲逆断层陡坎和褶皱陡坎等顶部常发育着大量走向与陡坎走向一致的张裂缝, 它们大都垂直地表面向下延伸; 野外考察还发现在逆断层陡坎上盘发育走向N(70° ~90° E)的张裂缝, 它们与陡坎大角度相交, 指示地表破裂带具有右旋走滑分量。汶川MS 8.0 地震地表破裂带宽度较窄, 一般为21~45 m, 个别地段, 如白鹿中学校园内仅13 m[17, 18]。破裂带映秀— 北川断裂带由5个次级单元组成, 分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀— 北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀— 北川断裂带在地表出露的宽度约为 240 m, 岩心中厚度约为105 m, 碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育, 而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现[38]。

图4 2014年破裂带土壤气中H2浓度最大值(a)、平均值(b)与破裂带垂直位移(c)的空间变化Fig.4 Maximum (a ) and average (b) concentration of H2 in soil gas in the rupture zones in 2014 and vertical displacement of rupture zones (c)

5.3 破裂带土壤气中H2浓度时空变化与余震的关系

从2008年6月至2014年8月, 在5次测量中, 汶川MS 8.0地震破裂带10个测区土壤气H2浓度的高值主要位于震中附近的映秀和深溪沟测区, 时间上土壤气H2浓度的最大值和平均值都呈下降趋势(图5), 这主要由于一方面汶川MS 8.0地震破裂带内岩石和土壤的孔隙度和渗透率逐渐减小, 另一方面来自浅部气藏的H2量越来越少。汶川主震发生后, 余震活动随时间逐渐衰减(图5c), 根据中国地震信息网提供的信息, 截至2008年6月8日, 四川汶川MS 8.0地震共记录到MS≥ 5.0的余震53次, MS 5.0~5.9地震45次, MS 6.0~6.9地震8次[49](图5)。汶川MS 8.0地震余震分布在某种程度上反映破裂带向下延伸可达 20 km[50], 远远超过了沉积地层的厚度; 这意味着龙门山沉积地层中的气藏, 无论深浅都会受到地震的破坏性影响。强余震分布区气藏可能也受到了破坏性影响[51]。

图5 破裂带土壤气中H2浓度最大值和平均值的时空变化与汶川MS 8.0地震余震时间变化
(a)H2浓度最大值; (b)H2浓度平均值; (c)汶川地震余震 (MS≥ 3.0), 红色箭头代表测量次数Fig.5 Spatial-temporal variation of the maximum and average concentrations of H2 in soil gas in the rupture zones and temporal variations of aftershocks of Wenchuan MS 8.0 earthquake
(a) Maximum concentration of H2; (b) Average concentration of H2; (3) Aftershocks of Wenchuan MS 8.0 earthquake(MS≥ 3.0), red arrow represent the measuring number

5.4 断裂带土壤气中H2 释放的环境效应

H2虽然不是温室气体, 但是, H2能破坏大气臭氧层, 因此, 被认为是间接温室气体[52~55]。大地震后, 活动断裂短时间内会以很高的强度释放H2, 在汶川MS 8.0地震后, 地震破裂带内, 土壤气浓度最高达到279.4× 10-6 [15]。断裂带土壤气中H2释放后能在较大空间范围内扩散, 大量消耗大气电离层的电子, 形成一定尺度的电离层“ 空洞” ; 释放化学物质的量越多, 电子密度的扰动幅度越大; 相同量的H2在电离层峰值高度处释放后, 白天电子密度的扰动幅度要大于夜间的扰动幅度。H2在不同高度处释放对电子数密度的影响是不同的, 一般释放中心处的电子密度相对变化率最大, 而最大的相对变化率并不是在峰值处释放时出现的, 但电离层临界频率的最大相对变化率是在电子密度峰值高度处释放时出现的[56]。在许多大地震发生前都发现震中大区域范围内电磁场和大气电离层异常变化, 这些现象与氢气的产生的机理和释放过程有密切的联系[57, 58]。

6 结 论

(1) 破裂带土壤气H2主要是来自浅部气藏。

(2) 破裂带土壤气H2浓度平均值从映秀到南坝逐渐降低。

(3) 破裂带土壤气H2浓度随着时间推移逐渐降低。

地震断裂带内H2脱气进一步研究对大气环境研究具有重要的意义。

致 谢:感谢四川省地震局杜方主任为野外测量提供大力的支持; 非常感谢审稿专家给予的宝贵修改建议。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Sato M, Sutton A J, McGee K A, et al. Monitoring of hydrogen along the San Andreas and Calaveras faults in central California in 1980-1984[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1986, 91(B12): 12 315-12 326. [本文引用:2]
[2] Chiodini G, Granieri D, Avino R, et al. Non-volcanic CO2 Earth degassing: Case of Mefite d'Ansanto (southern Apennines), Italy[J]. Geophysical Research Letters, 2010, 37(11): L11303. [本文引用:1]
[3] Chavrit D, Humler E, Grasset O. Mapping modern CO2 fluxes and mantle carbon content all along the mid-ocean ridge system[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2014, 387: 229-239. [本文引用:1]
[4] Voltattorni N, Quattrocchi F, Gasparini A, et al. Soil gas degassing during the 2009 L’Aquila earthquake: Study of the seismotectonic and fluid geochemistry relation[J]. Italian Journal of Geosciences, 2012, 131(3): 440-447. [本文引用:2]
[5] Chiodini G, Cardellini C, Amato A, et al. Carbon dioxide Earth degassing and seismogenesis in central and southern Italy[J]. Geophysical Research Letters, 2004, 31: L07615. [本文引用:1]
[6] Chiodini G, Caliro S, Cardellini C, et al. Geochemical evidence for and characterization of CO2 rich gas sources in the epicentral area of the Abruzzo 2009 earthquakes[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2011, 304: 389-398. [本文引用:1]
[7] Lewicki J, Brantley S L. CO2 degassing along the San Andreas fault, Parkfield, California[J]. Geophysical Research Letters, 2000, 27: 5-8. [本文引用:1]
[8] Tao M, Xu Y, Shi B, et al. Characteristics of mantle degassing and deep-seated geological structures in different typical fault zones of China[J]. Science in China (Series D), 2005, 48(7): 1 074-1 088. [本文引用:1]
[9] Wakita H, Nakamura Y, Kita I, et al. Hydrogen release: New indicator of fault activity[J]. Science, 1980, 210: 188-190. [本文引用:1]
[10] Sugisaki R, Ido M, Takeda H, et al. Origin of hydrogen and carbon dioxide in fault gases and its relation to fault activity[J]. Journal of Geology, 1983, 91: 239-258. [本文引用:2]
[11] Takehana Y, Kobayashi Y, Wakita H, et al. Emission of hydrogen along the Negoro fault, Median Tectonic Line[J]. Journal of the Seismological Society of Japan, 1982, 35: 103-115. [本文引用:1]
[12] Satake H, Ohashi M, Hayashi Y. Discharge of H2 from the Atotsugawa and Ushikubi Faults, Japan, and its relatioin to earthquakes[J]. Pure and Applied Geophysics, 1984, 122(2/4): 185-193. [本文引用:1]
[13] Ito T, Nagamine K, Yamamoto K, et al. Preseismic hydrogen gas anomalies caused by stress-corrosion process preceding earthquakes[J]. Geophysical Research Letters, 1999, 26(13): 2 009-2 012. [本文引用:1]
[14] Hirose T, Kawagucci S, Suzuki K. Mechanoradical H2 generation during simulated faulting: Implications for an earthquake-driven subsurface biosphere[J]. Geophysical Research Letters, 2011, 38: L17303. [本文引用:1]
[15] Zhou X, Du J, Chen Z, et al. Geochemistry of soil gas in the seismic fault zone produced by the Wenchuan MS 8. 0 earthquake, southwestern China[J]. Geochemical Transactions, 2010, 11: 5. [本文引用:8]
[16] Zhang Peizhen, Deng Qidong, Zhang Zhuqi, et al. Active faults, earthquake hazards and associated geodynamic processes in continental China[J]. Science in China (Series D), 2013, 43(10): 1 607-1 620.
[张培震, 邓起东, 张竹琪, 等. 中国大陆的活动断裂、地震灾害及其动力过程[J]. 中国科学: D辑, 2013, 43(10): 1 607-1 620. ] [本文引用:1]
[17] Xu Xiwei, Chen Guihua, Yu Guihua, et al. Reevaluation of surface rupture parameters of the 5·12 Wenchuan earthquake and its tectonic implication for Tibetan uplift[J]. Chinese Journal Geophysics, 2010, 53(10): 2 321-2 336.
[徐锡伟, 陈桂华, 于贵华, 等. 5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析[J]. 地球物理学报, 2010, 53(10): 2 321-2 336. ] [本文引用:6]
[18] Yu G, Xu X, Klinger Y, et al. Fault-scarp Features and cascading-rupture model for the Mw 7. 9 Wenchuan Earthquake, Eastern Tibetan Plateau, China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2010, 100(5B): 2 590-2 614. [本文引用:2]
[19] Fu B, Shi P, Guo H, et al. Surface deformation related to the 2008 Wenchuan earthquake, and mountain building of the Longmen Shan, eastern Tibetan Plateau[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2011, 40(4): 805-824. [本文引用:3]
[20] Zhao Jingtie, Tang Qian, Lan Xiaowen, et al. Analysis of underground high-pressure gas to Wenchuan Earthquake disaster impact[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2009, 4(4): 40-416.
[赵京轶, 汤倩, 兰晓雯, 等. 地下高压气体对汶川地震灾害的作用分析[J]. 震灾防御技术, 2009, 4(4): 40-416. ] [本文引用:1]
[21] Zheng G, Xu S, Liang S, et al. Gas emission from the Qingzhu River after the 2008 Wenchuan Earthquake, Southwest China[J]. Chemical Geology, 2013, 339: 187-193. [本文引用:1]
[22] Zhou X, Chen Z, Cui Y. Environmental impact of CO2, Rn, Hg degassing from the rupture zones produced by Wenchuan MS 8. 0 earthquake in western Sichuan, China[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2016, 38: 1 067-1 082. [本文引用:4]
[23] Tang Rongchang, Han Weibin. Earthquake and Active Fault in Sichuan[M]. Beijing: Seismological Press, 1993.
[唐荣昌, 韩渭宾. 四川活动断裂与地震[M]. 北京: 地震出版社, 1993. ] [本文引用:2]
[24] Burchfiel B C, Chen Z, Liu Y, et al. Tectonics of the Longmen Shan and adjacent regions central China[J]. International Geology Review, 1995, 37: 661-735. [本文引用:1]
[25] Lin A, Ren Z, Jia D, et al. Co-seismic thrusting rupture and slip distribution produced by the 2008 Mw 7. 9 Wenchuan earthquake, China[J]. Tectonophysics, 2009, 471(3/4): 203-215. [本文引用:2]
[26] Zhou X, Wang W, Chen Z, et al. Hot spring gas geochemistry in Western Sichuan Province, China after the Wenchuan MS 8. 0 Earthquake[J]. Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, 2015, 26(4): 361-373. [本文引用:2]
[27] Mamyrin B A, Anufrier G S, Kamensky I L, et al. Determination of the isotopic composition of helium in the atmosphere[J]. Geochemistry International, 1970, 7: 498-505. [本文引用:1]
[28] Neal C, Stanger G. Hydrogen generation from mantle source rocks in Oman[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1983, 66: 315-320. [本文引用:2]
[29] Hernndez P, Pérez N, Salazar J, et al. Soil gas CO2, CH4 and H2 distribution in and around Las Cañadas caldera, Tenerife, Canary Island s, Spain[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2000, 103(1): 425-438. [本文引用:1]
[30] Kameda J, Saruwatari K, Tanaka H. H2 generation in wet grinding of granite and single-crystal powders and implications for H2 concentration on active faults[J]. Geophysical Research Letters, 2003, 30(20): 2 063. [本文引用:1]
[31] Kameda J, Saruwatari K, Tanaka H. H2 generation by dry grinding of kaolinite[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 275: 225-228. [本文引用:1]
[32] Kita I, Matsuo S, Wakita H. H2 generation by reaction between H2O and crushed rock: An experimental study on H2 degassing from the active fault zone[J]. Journal of Geophysical Research, 1982, 87(B13): 10 789-10 795. [本文引用:1]
[33] Lin L H, Hall J, Johanna L P, et al. Radiolytic H2 in continental crust: Nuclear power for deep subsurface microbial communities[J]. Geochemistry Geophysics Geosystems, 2005, 6: Q07003. [本文引用:1]
[34] Katayama I, Kurosaki I, Hirauchi K. Low silica activity for hydrogen generation during serpentinization: An example of natural serpentinites in the Mineoka ophiolite complex, central Japan[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2010, 298: 199-204. [本文引用:1]
[35] Libert M, Bildstein O, Esnault L, et al. Molecular hydrogen: An abundant energy source for bacterial activity in nuclear waste repositories[J]. Physics and Chemistry of the Earth, 2011, 36: 1 616-1 623. [本文引用:1]
[36] Ozima M, Podosek F A. Noble Gas Geochemistry[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1983. [本文引用:1]
[37] Ballentine C J, Marty B, Sherwood L B, et al. Neon isotopes constrain convection and volatile origin in the Earth’s mantle[J]. Nature, 2005, 433: 33-38. [本文引用:1]
[38] Wang Huan, Li Haibing, Pei Junling, et al. Structural and Lithologic characteristics of the Wenchuan earthquake fault zone and its relationship with the seismic activity[J]. Quaternary Sciences, 2010, 30(4): 768-778.
[王焕, 李海兵, 裴军令, 等. 汶川地震断裂带结构、岩性特征及其与地震活动的关系[J]. 第四纪研究, 2010, 30(4): 768-778. ] [本文引用:2]
[39] Liu Shugen, Deng Bin, Li Zhiwu, et al. The texture of sedimentary basin-orogenic belt system and its influence on oil/gas distribution: A case study from Sichuan basin[J]. Acta Petrologica Sinica, 2011, 27(3): 621-635.
[刘树根, 邓宾, 李智武, 等. 盆山结构与油气分布——以四川盆地为例[J]. 岩石学报, 2011, 27(3): 621-635. ] [本文引用:2]
[40] Zhao Jiancheng, Liu Shugen, Sun Wei, et al. Analysis on petroleum preservation condition in the coupling area between Longmen Mountain and Sichuan Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2011, 23(1): 79-89.
[赵建成, 刘树根, 孙玮, 等. 龙门山与四川盆地结合部的油气保存条件分析[J]. 岩性油气藏, 2011, 23(1): 79-89. ] [本文引用:1]
[41] Zhu G, Zhang S, Huang H, et al. Gas genetic type and origin of hydrogen sulfide in the Zhongba gas field of the western Sichuan Basin, China[J]. Applied Geochemistry, 2011, 26: 1 261-1 273. [本文引用:1]
[42] Shang Y J, Liu J Q, Liu D A, et al. Observation of explosion pits and test results of ejecta above a rock avalanche triggered by the Wenchuan earthquake[J]. China Geomorphology, 2015, 231: 162-168. [本文引用:2]
[43] Cui Yueju, Li Jing, Wang Yanyan, et al. Application of gas remote sensing technique to earthquake monitoring[J]. Advances in Earth Science, 2015, 30(2): 284-294.
[崔月菊, 李静, 王燕艳, 等. 遥感气体探测技术在地震监测中的应用[J]. 地球科学进展, 2015, 30(2): 284-294. ] [本文引用:1]
[44] Gong Z, Li H, Lao C, et al. Real-time drilling mud gas monitoring records seismic damage zone from the 2008 Mw 7. 9 Wenchuan earthquake[J]. Tectonophysics, 2015, 639: 109-117. [本文引用:1]
[45] Zhou Xiaocheng, Sun Fengxia, Chen Zhi, et al. Degassing of CO2, Rn and Hg in the rupture zones produced by Wenchuan MS 8. 0 earthquake[J]. Acta Petrologica Sinica, 2017, 33(1): 291-303.
[周晓成, 孙凤霞, 陈志, 等. 汶川MS 8. 0地震破裂带CO2、CH4、Rn和Hg脱气强度[J]. 岩石学报, 2017, 33(1): 291-303. ] [本文引用:1]
[46] Evans J P, Forster C B, Goddard J V. Permeability of fault-related rocks, and implication for hydraulic structure of fault zones[J]. Journal of Structural Geology, 1997, 19(11): 1 393-1 404. [本文引用:1]
[47] Chen Jianye, Yang Xiaosong, Dang Jiaxiang, et al. Internal structure and permeability of Wenchuan earthquake fault[J]. Chinese Journal Geophysics, 2011, 54(7): 1 805-1 816.
[陈建业, 杨晓松, 党嘉祥, 等. 汶川地震断层带结构及渗透率[J]. 地球物理学报, 2011, 54(7): 1 805-1 816. ] [本文引用:2]
[48] Tan X, Yuan R, Xu X, et al. Complex surface rupturing and related formation mechanisms in the Xiaoyudong area for the 2008 Mw 7. 9 Wenchuan Earthquake, China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2012, 58: 132-142. [本文引用:1]
[49] Hua Wei, Chen Zhangli, Zheng Sihua. A study on segmentation characteristics of aftershock source parameters of Wenchuan M8. 0 earthquake in 2008[J]. Chinese Journal Geophysics, 2009, 52(2): 365-371.
[华卫, 陈章立, 郑斯华. 2008年汶川8. 0级地震序列震源参数分段特征的研究[J]. 地球物理学报, 2009, 52(2): 365-371. ] [本文引用:1]
[50] Yi Guixi, Long Feng, Zhang Zhiwei. Spatial and temporal variation of focal mechanisms for aftershocks of the 2008 MS 8. 0 Wenchuan earthquake[J]. Chinese Journal Geophysics, 2012, 55(4): 1 213-1 227.
[易桂喜, 龙锋, 张致伟. 汶川MS 8. 0地震余震震源机制时空分布特征[J]. 地球物理学报, 2012, 55(4): 1 213-1 227. ] [本文引用:1]
[51] Cao Junxing, Liu Shugen, He Xiaoyan, et al. Dynamic coupling mechanism between Longmenshan and Sichuan Basin and its impact on the hydrocarbon migration in West Sichuan based on the analysis of the characteristics of Wenchuan earthquake[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2009, 36(6): 605-616.
[曹俊兴, 刘树根, 何晓燕, 等. 从汶川地震分析龙门山与四川盆地的动力耦合机制及其对川西深层油气运移聚散的影响[J]. 成都理工大学学报: 自然科学版, 2009, 36(6): 605-616. ] [本文引用:1]
[52] Ehhalt D H. Gas phase chemistry of the troposphere[M]∥Sellner R, ed. Global Aspects of Atmospheric Chemistry. New York: Springer, 1999: 21-109. [本文引用:1]
[53] Hauglustaine D A, Ehhalt D H. A three-dimensional model of molecular hydrogen in the troposphere[J]. Journal of Geophysical Research, 2002, 107(D17): 4 330. [本文引用:1]
[54] Warwick N J, Bekki S, Nisbet E G, et al. Impact of a hydrogen economy on the stratosphere and troposphere studied in a 2-D model[J]. Geophysical Research Letters, 2004, 31(5), doi: 10.1029/2003GL019224. [本文引用:1]
[55] Ramirez R M, Kopparapu R, Zugger M E, et al. Warming early Mars with CO2 and H2[J]. Natural Geoscience, 2014, 7: 59-63. [本文引用:1]
[56] Wang Sicheng, Fang Hanxian, Yang Shenggao, et al. Numerical simulation of ionoshperic modification by release[J]. Transactions of Atmospheric Sciences, 2013, 36(4): 499-503.
[汪四成, 方涵先, 杨升高, 等. H2释放扰动电离层的数值模拟[J]. 大气科学学报, 2013, 36(4): 499-503. ] [本文引用:1]
[57] Freund F. Pre-earthquake signals: Underlying physical processes[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2011, 41(4): 383-400. [本文引用:1]
[58] Cui Yueju, Du Jianguo, Li Ying, et al. Gas geochemical characteristics of the Zhang-Bo seismic zone extracted from hyper-spectral data[J]. Advances in Earth Science, 2016, 31(1): 59-65.
[崔月菊, 杜建国, 李营, 等. 张渤地震带高光谱气体地球化学特征[J]. 地球科学进展, 2016, 31(1): 59-65. ] [本文引用:1]