楊燦堯臺灣大學：地質科學研究所蘇春旭Su, Chun-HsuChun-HsuSu2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/54889一般而言，地殼的破碎行為是造成土壤氣量異常變化的原因之一，而常被用來做為追蹤地表斷層分佈和地震預測的有效工具。氦氣、氡氣、二氧化碳與甲烷氣等氣體是空氣中含量極低的氣體成分，而可以較敏感地偵測出土壤逸氣之異常值，所以廣為大家所採用。其中氦氣是一種具有高度遷移性、在水中低溶解度且無色無味的惰性氣體，不會與其他成分產生化學反應，最能保持原本逸氣性質；其在乾燥空氣中約5.24 ppm，因為地殼中放射性元素的自然蛻變，而富集了大量的氦氣成分，容易因為地震與斷層活動而沿著地殼裂隙逸散至地表，而被偵測出異常反應。 本研究分別在關渡地區，五股鄉二重疏洪道、泰山、新莊丹鳳、樹林山子腳等地區，沿著橫跨山腳斷層通過地表可能位置的剖面，有系統地採集在地表土壤下方約0.7-1.0 公尺深度的土壤氣樣品，沿著19條剖面共253個採樣點，進行土壤氣體成分分析（氦氣、氡氣、二氧化碳、甲烷、氬氣、氧氣），嘗試利用土壤氣中異常的氣體濃度分佈，追蹤山腳斷層在地表的可能位置。 由於氦氣、氡氣和二氧化碳濃度有較為顯著的異常變化，可以做為判斷有否斷層通過該區域的主要依據，依此將山腳斷層可能在地表通過的區域，描述如下：（1）在關渡地區：斷層可能通過關渡宮與關渡自然公園之間；（2）二重疏洪道地區：斷層在溫子川以東至蘆洲堤防以西約700 公尺之間可能為山腳斷層通過地表的位置；（3）泰山鄉地區：氦氣濃度異常集中在中港大排至明志路之間約120-700 公尺的區域，斷層可能經過泰山鄉之義學國中，及明志國小前緣，向南延伸至中山路旁山海關餐廳後面；（4）新莊市丹鳳地區：氦氣濃度異常集中在中正路以東塔坑寮溪以西約100-450 公尺寬的區域，斷層可能經過龍安路的雙鳳公園，且往南延伸切過丹鳳國中操場；（5）樹林山子腳地區：斷層可能通過樹林監理站後方與三俊街約300公尺之間。 由代表性樣品之氦氣、碳同位素分析結果顯示，本研究區異常氣體來源主要為地殼源的氣體端成份，僅有少量的岩漿源成份；本研究以山子腳地塊西緣且為採樣最南端的S剖面每星期的連續觀測數據顯示，斷層帶上的土壤逸氣成份變化與雨量、及鄰近之地殼活動可能有關，需要進一步觀測以釐清其關連。 由本研究結果顯示，土壤逸氣異常的範圍和地調所所公布的山腳斷層可能通過位置相當吻合，顯示利用土壤逸氣異常值來調查斷層之分佈，為一有效且快速的方法，若能進一步配合其他方法之調查結果，當能更精確地研判出斷層之分佈位置。Anomalous soil gas compositions are generally revealed on surface of fractures and fault zones. Therefore, the distribution and variation of soil-gas components are often used to trace the locations of faults and even as to be precursors of earthquakes. Due to low concentrations in air, He, Rn, CO2 and CH4 are sensitive to reflect soil-gas anomalies. Helium, an inert gas with high mobility and low solubility, has higher concentration in the crust due to radioactive decay. Therefore, helium can easily migrate through fractures or faults without fractionation. We attempted to trace the surface distribution of the Shan-Chiao fault by utilizing soil-gas survey. Soil gas was systematically collected at depth around 0.7-1.0 meter with metallic probes. Several sampling profiles across possible location of the Shan-Chiao fault were proceeded in Er-Chong Flood-diversion Canal (Wu-Gu area), Tai-Shan area and Xin-Zhuang area of the Taipei Basin. In Er-Chong Flood-diversion Canal, anomalously high soil He, CO2 and CH4 was distributed over the possible location of the Shan-Chiao fault. In other areas, the soil-gas anomalies (mainly He) are listed bellow: (1) Wen-Zi Canal to Lu-Zhou Riverbank (Wu-Gu area),spreading about 700 meters wide; (2) area between Zhong-Gang Escape Canal and Ming-Zhi Road (Tai-Shan area), spreading about 120-170 meters wide the. Shan-Chiao fault may pass through Yi-Xue Junior High School, the front part of Ming-Zhi Elementary School, and extend southward to Zhong-Shan Road; (3) from Zhong-Zheng Road to Ta-Liao-Keng Stream (Xin-Zhuang area),spreading about 100-450 meters wide. The Shan-Chiao fault may pass through Shuang-Feng Park in Long-An Road and extend southward to the play ground of Dan-Feng Junior High School. Further investigations are required to check if the fault stretches to identify whether the Shu-Lin area. The preliminary results show that the distribution of soil-gas anomalies, especially He abundance, correlates well with the possible surface distribution of the Shan-Chiao fault. The results also show that soil gas survey is effective to identify the locations of faults. By combining this technique with isotopic analysis, we can have more detail and precise information of the Shan-Chiao fault.目 錄 頁次 第一章 緒論------------------------------------------------------1 1-1 前言-----------------------------------------------------1 1-2 研究動機與目的-------------------------------------------2 1-3 山腳斷層鄰近區域地質背景---------------------------------3 1-4 前人研究-------------------------------------------------5 1-4-1 金山斷層------------------------------------------5 1-4-2 成子寮斷層-----------------------------------------6 1-4-3 山腳斷層-------------------------------------------7 第二章 採樣方法與實驗分析-----------------------------------------9 2-1 分析原理-------------------------------------------------9 2-1-1 氦氣的化學物理特性---------------------------------10 2-1-2 氡氣的化學物理特性---------------------------------12 2-2 採樣方法-------------------------------------------------12 2-2-1 土壤氣體採樣的條件---------------------------------12 2-2-2 土壤氣體採樣步驟-----------------------------------13 2-3 實驗儀器及方法-------------------------------------------15 2-3-1 氦氣濃度分析儀-------------------------------------15 2-3-2 氦氣純化及同位素分析-------------------------------17 2-3-3 氡氣分析儀-----------------------------------------19 2-3-4 氣相層析儀-----------------------------------------19 2-3-5 二氧化碳的純化與碳同位素分析-----------------------20 第三章 分析結果--------------------------------------------------23 3-1 氦氣分析結果---------------------------------------------23 3-1-1 關渡地區-------------------------------------------23 3-1-2 五股鄉二重疏洪道地區-------------------------------26 3-1-3 泰山地區-------------------------------------------33 3-1-4 新莊市丹鳳地區-------------------------------------36 3-1-5 樹林市山子腳地區-----------------------------------40 3-1-6 氦同位素分析結果-----------------------------------43 3-2 二氧化碳分析結果-----------------------------------------44 3-2-1 二氧化碳分析結果-----------------------------------44 3-2-2 二氧化碳同位素分析結果-----------------------------48 3-3 S 剖面連續監測結果---------------------------------------49 第四章 討論-------------------------------------------------------53 4-1 氦氣分析結果與地球物理結果比對---------------------------53 4-2 影響土壤氣體逸氣量探討-----------------------------------55 第五章 結論-------------------------------------------------------58 參考文獻----------------------------------------------------------60 圖 目 頁次 圖 1-1：五股國中與山腳斷層的相關位置------------------------------3 圖 1-2:山腳斷層鄰近區域地質背景相關位置圖-------------------------5 圖 1-3：金山、新莊、山腳斷層在關渡與五股地區剖面圖----------------8 圖 2-1：採樣方法示意圖--------------------------------------------14 圖 2-2：野外採樣實際圖（一）--------------------------------------14 圖 2-3：野外採樣實際圖（二）--------------------------------------14 圖 2-4：野外採樣實際圖（三）--------------------------------------14 圖 2-5：土壤氣體採樣點分佈圖--------------------------------------15 圖 2-6：氦氣偵測儀ASM100 HDS 原理示意圖---------------------------16 圖 2-7：氦氣偵測儀輸出電壓值與氦氣濃度轉換圖----------------------17 圖 2-8：二氧化碳純化系統示意圖------------------------------------21 圖 2-9：穩定同位素分析系統示意圖----------------------------------22 圖 3-1：關渡地區A、B剖面，氦氣濃度圖-----------------------------24 圖 3-2：五股地區C、D、E、F剖面氦氣濃度圖-------------------------27 圖 3-3：五股地區G、H、I剖面，氦氣濃度圖--------------------------28 圖 3-4：關渡及五股地區各剖面投影圖暨氦氣濃度異常圖----------------29 圖 3-5：關渡五股地區氦氣濃度異常圖--------------------------------29 圖 3-6：泰山地區T、J、K、L、M剖面氦氣濃度圖。--------------------34 圖 3-7：丹鳳地區N、P、Q、R剖面氦氣濃度圖。-----------------------38 圖 3-8：S剖面氦氣、氡氣濃度示意圖--------------------------------41 圖 3-9：泰山和丹鳳及山子腳地區各剖面投影圖暨氦氣濃度異常圖--------42 圖 3-10：泰山和新莊及山子腳地區氦氣濃度異常圖---------------------42 圖 3-11：山腳斷層氦氣三端元成分混染比例圖-------------------------43 圖 3-12a：D、G、H、L、N、P剖面二氧化碳濃度分佈圖--------------------45 圖 3-12b：D、G、H、L、N、P剖面二氧化碳濃度分佈圖--------------------46 圖 3-13：二氧化碳濃度分佈投影圖------------------------------------47 圖 3-14：二氧化碳的氣體來源圖--------------------------------------47 圖 3-15：碳同位素來源分析圖----------------------------------------48 圖 3-16a：S剖面圖氦氣濃度連續觀測圖--------------------------------50 圖 3-16b：S剖面圖氦氣濃度連續觀測圖--------------------------------51 圖 3-17：S8 採樣點－氦氣濃度、地震活動及雨量變化關係圖-------------52 圖 4-1：關渡地區氦氣濃度異常點和地球物理之山腳斷層位置比對圖-------53 圖 4-2：五股地區氦氣濃度異常點和地球物理之山腳斷層位置比對圖-------54 圖 4-3：五股地區氦氣濃度異常點和地球物理之山腳斷層位置比對圖-------55 圖 4-4：泥質土壤逸氣量示意圖---------------------------------------56 圖 4-5：砂質土壤逸氣量示意圖---------------------------------------56 圖 4-6：礫石土壤逸氣量示意圖---------------------------------------56 圖 4-7：土壤逸氣無法到達地表示意圖---------------------------------57 圖 5-1：山腳斷層在地表投影的可能位置圖-----------------------------59 表 目 頁次 表3-1 關渡地區土壤氣體成份相對百分比分析結果--------------------25 表3-2 五股地區土壤氣體成份相對百分比分析結果--------------------30 表3-3 泰山地區土壤氣體成份相對百分比分析結果--------------------35 表3-4 新莊丹鳳地區土壤氣體成份相對百分比分析結果----------------39 表3-5 樹林山子腳地區土壤氣體成份相對百分比分析結果--------------43 表3-6 氦同位素分析結果表----------------------------------------445358589 bytesapplication/pdfen-US氦氣土壤氣體山腳斷層HeSoil gasShan-Chiao faultthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/54889/1/ntu-94-P91224101-1.pdf