青藏高原東北緣弧形構造帶位于鄂爾多斯地塊、阿拉善地塊和青藏高原的交匯處（圖1）。作為青藏高原擴張的前沿區域，青藏高原東北緣一直在強烈隆升。前人研究表明青藏高原東北緣是一個氣體強烈釋放的區域，然而，以往的研究受限于測量的空間分辨率，難以對整個弧形構造帶進行分析，也難以準確判斷釋放的水平和空間特征。本研究結合土壤氣體測量和地震層析成像（裂隙密度、流體飽和率和泊松比；圖2），研究了弧形構造帶活動斷裂帶的土壤氣體釋放特征和機制，以及對弧形構造帶的CO₂釋放量進行了初步估算。這項研究對于了解在青藏高原東北緣地殼縮短背景下的氣體釋放過程具有重要意義。

圖1 （a）研究區的構造位置；（b）區域構造背景、測點分布和歷史上5級以上地震分布

圖2 （a）2008-2022年區域3級以上地震分布和莫霍面深度；（b-e）裂縫密度（ε）、飽和率（ξ）和泊松比擾動（dσ）垂向截面，以及Rn和CO₂濃度曲線變化

本研究通過活動斷裂的土壤氣體Rn濃度、CO₂濃度和CO₂通量，并結合地震成像進行了多學科綜合分析。結果表明，南部地區Rn和CO2的濃度和通量高于北部地區。巖石類型、氣象條件和地震活動等因素對土壤氣體釋放的影響有限。相反，青藏高原東北緣上地殼的隆升在決定土壤氣體的空間分布方面起著至關重要的作用。上地殼中裂隙密度（ε）、流體飽和率（ξ）和泊松比（σ）較高的區域表現出較強的氣體釋放，如海原8.5級地震的震中（圖3）?；⌒螛嬙鞄У膮R聚區是一個氣體強烈的釋放區，CO₂的年釋放量約為1.10 Mt·yr^-1，是汶川8.0級地震破裂帶CO₂年釋放量的2倍，也是意大利阿米亞特火山CO₂年釋放量的1/5（圖4）。

圖3 土壤氣體Rn和CO₂的釋放模型

圖4 弧形構造帶與世界其他地區CO₂年釋放量的對比

上述研究成果近期以“Crust uplift controls the massive emissions of ²²²Rn and CO₂ in the Northeastern Tibetan Plateau, China”為題發表在國際地學期刊《Chemical Geology》。該期刊是《Elsevier》出版社1966年推出的半月刊，致力于發表有關同位素和元素地球化學、地質年代學和宇宙化學的原創研究論文，以及具有重大研究進展的創新論文。該期刊被列為中國科學院SCI期刊分區中的2區，屬于TOP期刊，年發文量為300-500篇，2021-2022年影響因子為4.685。中國地震局地震預測研究所劉兆飛博士為本文第一作者，李營研究員為通訊作者。合作者包括中國地質大學（北京）的趙志丹教授，中國地震局地震預測研究所的陳志研究員、孫安輝研究員、李靜超助理研究員、董金元助理研究員、胡樂助理研究員、路暢助理研究員和高梓涵博士，江西省地震局的趙影高級工程師，山東省地震局和中國礦業大學的蘇淑娟高級工程師，中國地震局地震預測研究所和中國石油大學（北京）聯合培養的何鴻毅博士，以及中國科學院地球化學研究所的趙元鑫博士。該研究獲得國家重點研發計劃（2023YFC3012005）、國家自然科學基金（42073063）、科技基礎資源調查專項資助（2023FY101500）、中國地震局地震預測研究所基本科研業務基金（CEAIEF20230301）和國際地球科學計劃（IGCP-724）的聯合資助。

論文信息：Zhaofei Liu, Zhi Chen, Ying Li, Zhidan Zhao, Anhui Sun, Jingchao Li, Jinyuan Dong, Ying Zhao, Le Hu, Zihan Gao, Chang Lu, Shujuan Su, Hongyi He, Yuanxin Zhao. 2024. Crust uplift controls the massive emissions of 222Rn and CO2 in the Northeastern Tibetan Plateau, China. Chemical Geology, 663: 122280. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280. 

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280. 

撰稿人：劉兆飛

審稿人：周曉成