【编者按】为庆祝地科百年，重拾难忘回忆，再现经典瞬间，反映中大地科在近百年发展历程中难忘的人、景、事、物，进一步弘扬传统、凝聚人心，激励地科人在新的百年再创辉煌，我院已推出“地科故事”专栏。

本期让我们一起来听听梁致荣、刘彝筠、黎烈均三位老师笔下的地科故事，看看他们如何运用传统地质地貌学与断层活动年代学及地气勘探学等方式，承担地震安全勘察任务。这是一段他们对往事的回忆，更是对在地科开展科研工作的总结和分享。在从事基础研究与技术攻关的岁月里，他们始终把地质安全放于心间，承担上百个地震勘探任务，在业界打造了一张“亮丽名片”。从年轻到年迈，青丝到白发，不变的是一颗坚持科研与生产相结合，服务社会经济建设与发展的真心！

图：梁致荣（后排右三）与黎烈均（中排右二）与地科离退休老师合影

 

谨以此文敬献中山大学地球科学（地质学）学科创建100周年

广东改革开放，经济建设形成万马奔腾之势，许多大型经济基础项目纷纷上马，遇到了从未遇到的新问题、新困难。上世纪八十年代初期，广东省政府首抓核电站能源建设时，省核电领导小组视察中大地质系新建同位素年代实验室与核技术应用实验室，考核是否有能力承担阳江核电站选址的地质勘察任务，同时，向中大提出协助解决我省核电站及其他重大工程的地震安全等问题。这是地质科学的难题，对此，我们是不能回避的。于是，我们(黄玉崑教授为首的科研团队)勇敢地承担起这一任务。1990年，我们首次争取到承担阳江核电站选址的地震地质勘察项目。从而，我们开始了以工程防震为中心的教、研、产结合的长期发展道路。我们的目的是要发展一门核地学的新兴学科，形成这一领域的传统地质学加高科技的模式。

众所周知，地震预测预报是世界性难题。核电站及其他重大工程建设的地震安全问题，实质是工程防震问题，而工程防震的核心是选址问题，以避开地震危险区。

地震主要发生在活动断层带上，这样归根结底就是要查清我省可能发生地震的断层在哪里?包括城市的直下型颠覆性地震，以确保城市的安全。这又是一个难题，当下，世界上还未有现成的勘测技术。二十世纪八十年代，我们就开始了这一领域的研究，主要抓了两个空白点，一是测定断层过往历史最近曾发生强烈地震的时间(或称年代)；二是利用地气勘测地下隐伏断裂及其活动性质，并进行地震预报。这两个空白点，是地震部门缺少的，是判断地震安全极其重要的信息。长期以来，我们以这两方面的科研成果与地震部门合作，形成传统地质地貌学与断层活动年代学及地气勘探学结合模式，同时，发挥我们拥有的地球物理学等优势，承担了许多重大工程选址的地震安全勘察任务，在广东经济建设中发挥了重要的作用。

 

我省核电站及其他重大工程建设选址遇到的困难

核电站的选址，要求非常严格，不能建在地震区内，也不能建在具有潜在发生地震的区域内。联合国国际原子能机构(IAEA)对此有明文规定：要求查明核电站选址地区50公里范围内地壳的断裂空间分布；查明每条断裂的活动性质，是活动断裂或是不活动断裂；测出每条断裂历史上最新一次发生地震强烈活动的年代，如果其中有一条断裂在3.5万年内发生过强烈活动，则该地区不能兴建核电站。

我国对兴建大桥、水库、地铁、高层建筑等都有类似的严格规定。由此可见，测定断裂最新活动年代的重要性，对重大工程能否兴建，是一项重要指标，具有决定性的意义。然而，在上世纪八十年代，国内外能测定这一指标的，只有碳十四测年法，但是，该测年法要求在断层内找到与地震活动有关的含碳物质，这是十分困难的。同时，这一方法的测年范围只有五万年左右，而地震学界和土程界对活断层的界别是十万年之内。实际上这一技术的使用受到很大的限制，因而，对测定断裂最新活动年代仍是一个难题，人们需要寻找新的理论和技术方法。

 

图：梁致荣、刘彝筠（前排左二左一）与同事在同位素小楼前

 

 

打造精、准、可靠的热释光测年技术

热释光测年技术的优点在于它较容易在野外获得具有年代学信息的矿物物质，它的测年范围广，可以测定几十年到百万年以内的年代。然而，要使这一技术真正成为地质年代学的精、准、可靠的技术方法，需要克服以下一些难点：

（一）要重新创造新的热释光测年的理论和技术方法

热释光测年技术是从考古学开始建立的，把它直接移植应用到地质年代测定，经过上世经80、90年代的实践，都遇到困难，效果都不好，测年误差太大，数据可靠性差，很多单位应用多年都宣告以失败而告终，甚至有的专家、学者给予否定的态度。

我们很早就关注这个问题，从原理上作了较深入的研究，发现现有的热释光测年技术只适合于文物年代测定，它的测年原理很简单，即认为所测到的年代只与文物所处的放射性环境的吸收剂量成线性关系，其年代计算公式是一元一次线性方程式。

我们发现把上述测年原理和技术方法应用于地质年代的测定是严重的错误。由于地质年代的测定范围跨度很大，从几百年至百万年，地质样品的地质结构、矿物特性复杂，研究还发现其矿物中的缺陷存贮热释光能量特性因子不是一个常量，而是随地质年代的久远而不断衰减变化的，因而，所测年代就不是一元一次线性方程式的关系。我们提出了新的热释光测年原理和技术方法，并改进成二元一次非线性方程式作为年代计算公式，以此建立起新的技术方法。

（二）对矿物热释光谱进行能谱分析，確定最佳的测年技术方法。实践表明，这种创新的技术达到了很高的精度、准确度和可靠程度。

（三）野外构造地质研究，正确取样是关键。

（四）发展微量测年技术。

图：梁致荣在实验室

 

 

数字的威力

我们有了创新的精、准、可靠的热释光测年技术和同位素碳十四测年技术及铀系不平衡法测年技术，之后又研发了矿物裂变径迹测年技术等，形成了一个测定地质年代的较完整的体系。因而，在我省重大工程建设选址中发挥了重大作用，几乎覆盖了我省的重大工程建设，包括阳江核电站、澳岭核电站、海丰核电站和大埔核电站的预选址，我们负责测定50公里范围内所有断裂过往历史发生过强烈活动的年代，并以此作为核电站选址的依据。

图：梁致荣在释光实验室

自1995—2012年间，我们承担了许多华南地区这方面的业务，从琼州海峡跨海大桥(或海底隧道)到港珠澳大桥，从西江大桥到韩江大桥等二十多座大桥，从广州地铁到广佛地铁、广珠轻轨铁路，从博罗水库到广东第四蓄能水库，从湖南省江华水库到浙江省杭州湾大桥等等，以及广州、东莞、中山、珠海城市规划等，都有我们的足迹。测定地壳断层过往历史的发生地震活动的时间(年代)，这些数据，往往具有决定性的威力，这里举二个例子：

第一，2002年广东高明地区兴建西江大桥，武汉大桥局负责设计、 施工，在江中构建桥磁时，钻机下陷江中，遂发现江底基岩有一条较宽的断裂带通过，大桥是否安全?大桥局领导考虑放弃现有设计和施工，另选桥址。于是，请了广东省地震局专家到现场作地震安全评估，专家对现场两岸地质情况及江底钻孔岩芯作了观察，认为关键是要证明该断裂是否为活动断裂。广东省地震局专家提议：请中山大学作断层活动性质鉴定。我们经过多日紧张的工作，把江中所有的岩芯进行岩石、矿物成分、结构、微构造作了显微镜分析，对断层物质的空间分布作了构造筛分，提取了十多个有地震地质意义的样品，进行了断裂活动年代测定，测出了历史上几组活动期次的年代，获得了断裂带最新一次的活动年代为(124700±8700年),自此以后，断裂未发生过活动，数据显示，该断裂是一条不活动断裂。武汉大桥局专家会议，宣布了中山大学的鉴定结果，决定不放弃桥址，继续施工。该桥于2004年建成，正式通车。大桥局对我们的工作表示衷心的感谢。

第二，2008年港、珠、澳大桥立项兴建。这是目前世界上最长的跨海大桥，总长29.6公里。在选址中，交通部及广东省地震局请中山大学负责陆上和海底基岩的断裂最新活动年代和海底沉积层的沉积年代测定。根据海上地球物质勘探资料，发现了多条海底基岩断裂带，据此进行海上钻探，我们在现场对断层物质进行了细致的取样，测定了每条断裂最新一次的活动年代。与此同时，我们对海底断层两侧的纵向沉积层的沉积年代亦进行了精确的测定，沉积数据表明，8万年以来层位没有发生错动现象，结合50多个断层活动年代的整体数据分析表明，该地区没有发现地震断层或活动断层，大桥线路横跨的陆上及海底地壳是稳定的，为大桥的选址提供了重要依据。

 

应用地气解决城市地铁建设选线的难题 

（一）城市地铁建设遇到的新问题

城市地铁建设穿越地下平面空间很大，需要搞清楚地下的地质情况，特别要查明地下的断层空间分布及其活动性质。一般情况下，不管断层活动与否，断层对地铁施工都有很大影响。

由于城市到处为楼房，水泥路面所覆盖，加之供电系统、电台的电磁干扰，及地面的振动影响，几乎所有的地质、地球物理勘探手段都派不上用场，即使用数以万计的钻探，把城市地下打烂，也不一定能搞清地下断层的空间分布，更谈不上探明断层的活动性质了，因为到目前为止，还未有一种有效技术可直接测出断层的活动性质。要解决上述问题，是很困难的，由此，需要寻找新的手段。

（二）地气勘探的创新性技术

“地气勘探”一词是作者提出的学术概念。上世纪五十年代中期，我跟随苏联专家及导师学习应用氡气在华南地区寻找铀矿。1959年在内蒙古参加寻找铀矿床会战等，有着很长的研究历史。

上世纪八十年代，我们开始应用氡(222Rn)地气解决工程地质问题，例如，勘测地下水资源，以及为我省兴建火力发电厂选址勘测地下隐伏溶洞等，这都是非常成功的例子。八十年代后期成功地应用高灵敏度测氡技术勘测地下基岩的隐伏断裂空间分布，用以解决重大工程选址的地震安全问题。

（三）发明地气静电α卡测氡及地气探测器

静电α卡测氡及其他地气探测器是上世纪八十年代初期由刘彝筠副教授等人发明的，这种技术比国外同类仪器设备其灵敏度高3-5倍。初始成功应用探测地下隐伏铀矿床。上世纪八十年代，我们把该技术应用于工程地质领域，在实践中不断创新完善这一技术。该技术的特点：

1. 可以快速测出地下深部的隐伏断裂的存在，测出断裂的宽度、走向、倾向和倾角。

2. 测出隐伏断裂的活动性质，是活动断裂还是不活动断裂，以及发生地震的危险性。

3. 测出重大工程地质基礎的完整性，稳定性等。

4. 探测地下隐伏溶洞、地下水等。

近十年来，我们继续研究发展地气勘探技术，到广东河源、阳江、饶平、海南岛北部地震区对地震断层，活动断层进行较深入的研究，得到大量的氡异常特征数据和相关的异常形态，确立了计算断层向地表空间释放氡量的经验公式，取得了地震断层、活动断层和不活动断层的鉴别标志，从而可以区别出是活动断层与不活动断层，或是发震的断层。这是迄今为止，唯一可以直接测定断层的活动性质的勘测手段，为进行临震地震预报提供了广阔的前景。此外，我们还研究了应用地气进行地震预报的方法，并取得了一定的进展(从略)。

图：梁致荣（右一）向时任校领导介绍设备使用情况

 

神奇的地气力量

地气勘探像一把利剑，在城市地铁建设及许多重大工程建设中发挥了重要的作用，解决了一个又一个的难题。限于篇幅，这里简述几个故事，从中可以看到它的神奇的力量。

（一）神奇地气在广州地铁选线显神威

根据我们二十多年的大量工程现场勘测实践，发现氡地气在地下近百米深的各种复杂的地层中具有很强的穿透能力，直达地表。我们的研究还发现它是以量子的形式向地表直线传播的。这是客观存在的自然现象，这是氡地气神奇之处。

我们利用这种自然现象创造了静电α卡高灵敏度氡地气勘测技术以及绝对测氡法的地气勘测技术，可以在地表直接测出地下深部隐伏的基岩断裂带的存在并测定它的活动性质。长期的生产实践表明，这是一种十分有效的快、准、可靠的地气勘探手段。

在城市地铁建设选线中，由于到处为楼房、水泥路面所覆盖，城市供电系统及电台的电磁干扰，几乎所有的勘探手段都派不上用场的情况下，地气勘探却独树一帜，它不受上述所有因素的影响，能快、准、可靠地完成地铁选线的地震安全性的勘测，为地震地质专家所青睐。

近十年来，我们承担了广州二、三、六、七、八地铁工程场地选线以及广佛地铁，广珠轻轨铁路工程场地的地震安全勘测中，都发挥了它的神奇的作用。

例如：地铁二线勘测，从旧白云机场到番禺沿线利用马路或住宅的花坛，树木空地，快速进行测量，只花了二十多天的时间就勘查清楚地下隐伏的断层的空间分布及其活动性质。地铁二线要在海珠广场建立出口站并要通过珠江，十分关注一条北西向断裂是否在此通过，曾打了很多钻探都未搞清楚。我们采用地气勘探，对该地段作了细致的扫描测量，很快查明该断裂是在旧五仙门发电厂下通过并穿过珠江转向到中大北门的。而海珠广场地下基岩节理发育很少，完整性很好，是一优质的地质基础。后来的开挖完全验证了此一结论。

又如地铁三线选线中，我们只用了一个月左右的时间从石碑五山到番禺广大地区快速勘探清楚地下的断层空间分布及其活动性。特别是在番禺里仁洞地区，查明了该地区错综复杂的各个方向的断层分布，圈出了基岩严重破碎地段和地下水分布，勘探细致的程度像绣花一样，被专家赞誉为勘探的典范。在广州地铁的勘探中，对广州的地震形势亦有了较深入的了解，圈出了地震断裂较活动的地段，为地震部门提供依据。

（二）琼州海峡跨海大桥(或海底隧道)选址显奇功

1998年广东和海南两省拟共建琼州海峡跨海大桥。雷琼地区是强震区，能否找到一个相对安全的地区建桥?当时，我们被邀请承担对雷琼地区作地震安全性勘测。

这一任务看似容易，实则比较困难。由于雷琼地区是近代火山喷发之地，地表为火山灰，玄武岩所覆盖，含铁量高，像一个铁锅覆盖 住地下基岩。前人曾多次作地球物理勘探，成效甚少。地震地质资料基本是空白点。我们经过一个多月的工作，地气勘探显奇功，取得了意想不到的成效：通过地气勘探，在雷琼广大地区查出了断裂的具体位置；对每条断裂带的活动性质作出较准确的评价；查出了几条发震断裂的具体位置，并作出评价；最后，找出了建桥的最佳位置，为决策提供了重要依据。

（三）奔赴韩江，为韩江大桥扶贫项目出力

潮州韩江大桥兴建是省政府特批的扶贫项目，2004年1月立项。我们义务为大桥选址出力，整个地质勘探除了在江中水道采用钻探取得地质资料外，陆上主要靠地气勘探和测年手段，查明地下隐伏断层的存在及其活动性质；测定桥址的地壳基岩的稳定性和完整性。最后，不但选出了最好的建桥地址，还节省了大量的地质勘探费用，为扶贫项目出了力。该桥于2006年建成通车。

（四）地气勘探在高层建築工程中的应用

地气勘探在城市高层建筑建设中也显威力。2005年东莞市兴建七十二层广盈大厦及附属建筑群。是年，某地质队附属钻探队在场地打了80多个钻孔，均未搞清楚场地的断层分布情况，当在距七十二层高楼预选位置约30米处，钻探发现岩石破碎时，认为有断层通过大楼的岩石基底，从而对大楼基础稳定性造成严重影响。甲方老板对此极为忧虑，请了权威部门鉴定，无奈。遂请了我们勘明。我们采用地气勘探对100×120米的场地进行了快速扫描勘测，搞清了断裂带分布，准确测出断层的走向，发现在场地西南区有三条较大的北西向断层，准确测出了断层的宽度，倾角和倾向，同时，通过钻探，取得断层物质，作了断裂最新活动年代的测定，结合氡异常特征，对断裂的活动性质作了鉴定，确认为不活动断层。这三条断层距七十二层主楼距离80米，对主楼不构成影响。而在主楼东侧约32米处，勘测出一条北东向小断裂，断层宽度只有0.7米，平行主楼向北东方向延伸，并不通过主楼基础岩石，岩石为花岗岩。为了测量主楼基础岩体的承载质量，用地气勘探进行了加密测点扫描，数据表明，基岩节理、空隙发育都很少，整个岩体完整性非常好，是一优质的主楼基础，甲方见此，由忧变喜。

图：梁致荣在香港大学参加会议

 

 

一张亮丽的成绩单

这里列举了共一百玖拾项重大工程项目，记录了我们在广东改革开放，发展经济的伟大事业中，为解决广东许多重大工程建设遇到的地震安全性、建筑工程基础的稳定性、地下水、溶洞等地质灾害问题，作出的贡献。这些项目就其内容来说，大致包括以下十五个方面：

• 重大桥梁的预选址地震安全性评价
• 广东省核电站预选厂址地震安全性勘测
• 广州地铁二线、三线、四线、五线、六线、七线和八线的地震安全性勘测共七项。
• 广州——佛山地铁地震安全性勘测。
• 广州——珠海城际轻轨铁路沿线地震安全性勘测。
• 大型水库蓄能电站及水利枢纽工程地震安全性勘测共十九项。
• 火力发电厂地震安全性地质溶洞、滑坡等地质灾害勘测共七项。
• 城市高层建筑、房地产开发的地震安全性、基岩稳定性、完整性勘测共四十项。
• 高速公路工程地区地震地质勘测共十三项。
• 丹霞地貌河流阶地沉积物年代测定。
• 香港、广东及长江流域考古文物，古人类活动遗址年代的测定。
• 南沙群岛沉积年代测定及沉积环境的研究。
• 地下水及地下溶洞的勘测。
• 岩石矿物、建筑材料的放射性测量。
• 房屋室内放射性气体绝对浓度的测定及对人体健康影响的研究，等等。

图：梁致荣介绍项目与工作情况

 

衷心感谢中大地科，为我们开展工作提供的科研与教学平台，以及历任领导和同事对我们工作长期以来的关心和支持！回顾在地科大家庭的岁月里，大家团结一致、共同奋斗，时至今日我们依然感慨万千。从昔日小系到如今的大学院，我们伴随它度过了最艰难的一段时光，更看到了它的成长和壮大。我们系统梳理了以往所做过的工作，希望能与大家分享我们所做出的一点贡献，更希望以此文庆祝中山大学地球科学（地质学）学科的百年华诞！祝福中大地科越来越好，再造百年新辉煌！

图：梁致荣与刘彝筠近照

图：黎烈均近照

 

初审：黄荣

审核：徐永怡

审核发布：孔晓慧