城市活斷層探測地球物理方法與危險性評價

■黃威

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院 湖北 武漢430034)

城市活斷層探測地球物理方法與危險性評價

■黃威

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院 湖北 武漢430034)

城市活斷層探測的主要目的是為了對城市區(qū)域地表附近活動斷層的空間分布進(jìn)行準(zhǔn)確查明，并對其深部延伸情況進(jìn)行確定，從而探測出可能存在的隱伏活動斷層，對城市地下介質(zhì)特征以及深部地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了解，以便于在將來地質(zhì)運(yùn)動過程中能準(zhǔn)確判定出城市活斷層的危險性。本文基于上述背景，對地球物理方法探測城市活斷層的具體措施進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了危險性評價，希望能為地質(zhì)工作人員提供借鑒。

活斷層地球物理方法危險性評價

在地球科學(xué)研究中，活動斷裂一直是重要研究領(lǐng)域，其不僅與地震活動帶的分布和地震強(qiáng)度有直接關(guān)聯(lián)，而且是劃分地震危險區(qū)、潛在震源區(qū)、確定地震活動參數(shù)的重要資料。此外，城市活動斷裂會對區(qū)域范圍內(nèi)的很多工程施工造成影響，無論是斷裂蠕動或者地質(zhì)突發(fā)異動均會導(dǎo)致建筑物或者地下工程損壞，因此對城市活斷層進(jìn)行探測，并評價其危險性是目前城市地質(zhì)工作的熱點(diǎn)。

1 城市活斷層地球物理探測方法

1.1 淺層地震探測法

淺層地震勘探通常以24或48道探測儀進(jìn)行觀測，震源可選用炸藥、錘擊、震源槍、可控源等，適合在城市周圍的郊野地帶進(jìn)行探測，目前最高質(zhì)量的淺層探測儀水平分辨率可到2~3m，垂直分辨率則可控制在探測深度的10%以內(nèi)。以某市化工企業(yè)建筑場地的活斷層探測為例，其采用的是單點(diǎn)高密度地震法，在探測范圍內(nèi)設(shè)置多個樁號進(jìn)行觀察，從結(jié)果中了解到，異常信號主要存在于100m和355m的兩個樁號處，且空間位置與剖面結(jié)果相符。結(jié)合巖石彈性特征可證實(shí)該區(qū)域存在兩條斷層破碎帶，埋深約在8~13m，斷層帶Ⅰ的寬度約為8.4m，斷層帶Ⅱ的寬度則為38.9m。兩條斷層帶形態(tài)均似梯形，產(chǎn)狀接近直立。

1.2 深部構(gòu)造探測

淺層地震活斷層探測只能獲取地表活斷層的數(shù)據(jù)，可作為評價活斷層地震危險性的基礎(chǔ)，但考慮到地震發(fā)聲在地殼5~20km的深度范圍中，且淺層構(gòu)造主要受深部構(gòu)造的控制和影響，關(guān)系復(fù)雜，因此要對城市和鄰近地區(qū)地質(zhì)變化的危險性進(jìn)行評價，必須對深部構(gòu)造有所了解，結(jié)合淺層探測結(jié)果做出科學(xué)評價。通常采用的方法包括：①深層地震發(fā)射法：在城市和鄰近區(qū)域提供一種高分辨率方法，實(shí)現(xiàn)由淺層到地殼深部的地震活斷層分布探測。若已知城市存在規(guī)模和埋深較大的地震活斷層，則需另在城區(qū)外圍的橫跨斷層走向上設(shè)置1~2條剖面探測帶進(jìn)行深層地震反射探測，每條至少長40km以上。通過深層地震反射可測出地表下3km到莫霍界面的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和活動斷層的延伸狀態(tài)，從而論證出淺深構(gòu)造之間的復(fù)雜聯(lián)系；②廣角反射/折射法。該工法以震波傳播過程中的動力學(xué)特征為依據(jù)，從而獲取城市地表下方和鄰近區(qū)域地殼上部和底界面深度范圍內(nèi)孕震斷層的深部結(jié)構(gòu)，例如地殼結(jié)構(gòu)特性；深度斷裂構(gòu)造的斷距、空間展布等幾何參數(shù)。通常以剖面探測和三維地震層析成像法進(jìn)行探測；③MT法。按照地殼——上地幔范圍內(nèi)縱橫向的電導(dǎo)率分布規(guī)律，圈定處構(gòu)造塊體邊界、斷層展布和延伸、地殼——地幔高導(dǎo)層等分布狀態(tài)，從而揭示出城市活斷層性質(zhì)、深淺構(gòu)造聯(lián)系、斷層展布以及斷層所處地帶深部構(gòu)造背景等。目前考慮到干擾因素，MT法較少用于單點(diǎn)觀測，多以陣列式進(jìn)行探測。

2 城市活斷層探測應(yīng)用案例分析與危險性評價

工程實(shí)例：

某市郊區(qū)為水泥廠建筑施工用地，已知在目標(biāo)區(qū)域有3條斷裂帶分布在城市和鄰近區(qū)域，但均處于隱伏狀態(tài)，后期可能對施工乃至整個城市地表建筑物造成影響，因此在探測工作中主要采用淺層地震勘測法聯(lián)合鉆孔探測結(jié)果，參考探測影響和野外地貌等參數(shù)對斷裂帶的活動性進(jìn)行分析。選取6個觀測點(diǎn)，對地震側(cè)線解譯剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其結(jié)果反應(yīng)的共同特征為：該城市斷裂均斷錯了白堊紀(jì)和第四紀(jì)之間的界面上，向上切割了第四紀(jì)地層下部，上斷點(diǎn)深度約在35m以下，最淺為25m，在多個鉆孔組成的聯(lián)合剖面中顯示，白堊紀(jì)灰綠色砂質(zhì)泥巖頂面埋深平均為35.8m，覆蓋其上的第四紀(jì)地層無明顯斷錯跡象。表明斷裂最新活動期為早、中更新世，但活動較為微弱。

地球物探結(jié)果顯示：該市目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的3條斷裂帶活動時代為早、中更新世，且活動幅度不明顯，斷裂帶Ⅰ在地貌上無顯示，地震剖面斷點(diǎn)多處于35m以下，鉆探剖面未發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)斷層；斷裂帶Ⅱ在地貌上不存在，地震剖面斷點(diǎn)多處于38m以下，埋深距地表約42m。距今96萬年的早更新世礫石層被錯斷，垂直位移僅為1.3m，其上有距今87萬年的早更新世地層覆蓋；斷裂帶Ⅲ在地表地貌上均無反映，上斷點(diǎn)多處于34m以下，鉆孔聯(lián)合剖面顯示其埋深約為45m，斷距約1m。

3 結(jié)束語

近年來在全國開展的城市活斷層探測工作經(jīng)驗表明，在采用地球物理方法確定斷層時需要滿足兩個條件，一是考慮到斷層通常隱伏在橫向較大的范圍內(nèi)，因此需要有橫向結(jié)構(gòu)支持，20~30m的范圍與人類活動最為密切，因此淺層探測不適合選取一定面積進(jìn)行密集探測，需根據(jù)少數(shù)幾條準(zhǔn)確性高的側(cè)線來確定隱伏斷層結(jié)構(gòu)；二是考慮到斷層的縱向延伸，還需有縱向結(jié)構(gòu)支持，在具備發(fā)生淺部斷層的深部環(huán)境下，探測深度以超出目標(biāo)深度1.5倍為宜。

[1]張慧利,張琳,夏媛媛，等.淺層地震勘探在城市活斷層探測與危險性評價中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報,2014,11(1):85-88.

[2]郭玉貴,冉勇康,鄧志輝，等.青島市活斷層探測與地震危險性評價項目 [J].中國科技成果,2015,(2):80-80.

[3]高妍.地球物理勘探在活斷層探測中的應(yīng)用評價 [J].地球,2014,(7):143-143.

[4]劉桂梅,夏訓(xùn)銀,王身龍，等.淺層地震勘探在保定市隱伏活斷層探測中的應(yīng)用 [J].勘察科學(xué)技術(shù),2014,(3):58-61.

[5]吾守艾力·肉孜.城市活斷層探測地球物理方法與危險性評價 [J].四川地質(zhì)學(xué)報, 2010,30(2):232-236.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-203-1