青藏高原东北缘弧形构造带位于鄂尔多斯地块、阿拉善地块和青藏高原的交汇处（图1）。作为青藏高原扩张的前沿区域，青藏高原东北缘一直在强烈隆升。前人研究表明青藏高原东北缘是一个气体强烈释放的区域，然而，以往的研究受限于测量的空间分辨率，难以对整个弧形构造带进行分析，也难以准确判断释放的水平和空间特征。本研究结合土壤气体测量和地震层析成像（裂隙密度、流体饱和率和泊松比；图2），研究了弧形构造带活动断裂带的土壤气体释放特征和机制，以及对弧形构造带的CO₂释放量进行了初步估算。这项研究对于了解在青藏高原东北缘地壳缩短背景下的气体释放过程具有重要意义。

图1 （a）研究区的构造位置；（b）区域构造背景、测点分布和历史上5级以上地震分布

图2 （a）2008-2022年区域3级以上地震分布和莫霍面深度；（b-e）裂缝密度（ε）、饱和率（ξ）和泊松比扰动（dσ）垂向截面，以及Rn和CO₂浓度曲线变化

本研究通过活动断裂的土壤气体Rn浓度、CO₂浓度和CO₂通量，并结合地震成像进行了多学科综合分析。结果表明，南部地区Rn和CO2的浓度和通量高于北部地区。岩石类型、气象条件和地震活动等因素对土壤气体释放的影响有限。相反，青藏高原东北缘上地壳的隆升在决定土壤气体的空间分布方面起着至关重要的作用。上地壳中裂隙密度（ε）、流体饱和率（ξ）和泊松比（σ）较高的区域表现出较强的气体释放，如海原8.5级地震的震中（图3）。弧形构造带的汇聚区是一个气体强烈的释放区，CO₂的年释放量约为1.10 Mt·yr^-1，是汶川8.0级地震破裂带CO₂年释放量的2倍，也是意大利阿米亚特火山CO₂年释放量的1/5（图4）。

图3 土壤气体Rn和CO₂的释放模型

图4 弧形构造带与世界其他地区CO₂年释放量的对比

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”为题发表在国际地学期刊《Chemical Geology》。该期刊是《Elsevier》出版社1966年推出的半月刊，致力于发表有关同位素和元素地球化学、地质年代学和宇宙化学的原创研究论文，以及具有重大研究进展的创新论文。该期刊被列为中国科学院SCI期刊分区中的2区，属于TOP期刊，年发文量为300-500篇，2021-2022年影响因子为4.685。中国地震局地震预测研究所刘兆飞博士为本文第一作者，李营研究员为通讯作者。合作者包括中国地质大学（北京）的赵志丹教授，中国地震局地震预测研究所的陈志研究员、孙安辉研究员、李静超助理研究员、董金元助理研究员、胡乐助理研究员、路畅助理研究员和高梓涵博士，江西省地震局的赵影高级工程师，山东省地震局和中国矿业大学的苏淑娟高级工程师，中国地震局地震预测研究所和中国石油大学（北京）联合培养的何鸿毅博士，以及中国科学院地球化学研究所的赵元鑫博士。该研究获得国家重点研发计划（2023YFC3012005）、国家自然科学基金（42073063）、科技基础资源调查专项资助（2023FY101500）、中国地震局地震预测研究所基本科研业务基金（CEAIEF20230301）和国际地球科学计划（IGCP-724）的联合资助。

论文信息：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. 

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280. 

撰稿人：刘兆飞

审稿人：周晓成