涉縣斷裂活動(dòng)特征及對(duì)寨上公路特大橋影響評(píng)價(jià)

冉志杰，彭遠(yuǎn)黔，溫 超，孟立朋，王 燕

(河北省地震局，石家莊 050021)

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涉縣斷裂活動(dòng)特征及對(duì)寨上公路特大橋影響評(píng)價(jià)

冉志杰，彭遠(yuǎn)黔*，溫 超，孟立朋，王 燕

(河北省地震局，石家莊 050021)

擬建長(zhǎng)995 m橫跨清漳河的寨上公路特大橋，位于涉縣斷裂附近，應(yīng)用淺層地震勘探技術(shù)對(duì)涉縣斷裂進(jìn)行探測(cè)，確定斷裂與橋梁位置關(guān)系及其活動(dòng)特征，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評(píng)價(jià)斷裂對(duì)橋梁的影響，為橋梁的抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

涉縣斷裂；淺層地震勘探；斷裂活動(dòng)特征

0 引言

隨著河北省公路建設(shè)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的公路在太行山山區(qū)修建。太行山受斷裂構(gòu)造的影響，地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜。斷裂構(gòu)造在工程應(yīng)用中對(duì)公路橋梁的選址尤為重要，對(duì)斷裂構(gòu)造的研究是公路工程勘察、設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。擬建995 m長(zhǎng)橫跨清漳河的寨上公路特大橋，位于涉縣斷裂附近，該斷裂附近發(fā)生過(guò)1314年6級(jí)地震，并且斷裂附近現(xiàn)今小震活動(dòng)頻繁。因此，為了確定該斷裂的展布位置及其活動(dòng)特征，采用淺層地震勘探技術(shù)對(duì)該斷裂進(jìn)行探測(cè)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評(píng)價(jià)斷裂對(duì)橋梁的影響，為橋梁抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)[1-3]。

1 工程概況、涉縣斷裂構(gòu)造特征

擬建的長(zhǎng)995 m橫跨清漳河的寨上公路特大橋，位于河北省涉縣縣城東南，為234國(guó)道涉縣段(含繞城)經(jīng)營(yíng)性收費(fèi)公路項(xiàng)目控制性工程。橋址附近發(fā)育有涉縣斷裂。

涉縣斷裂位于涉縣盆地東側(cè)，涉縣盆地的形成受其控制。斷裂北起井店以北，向南經(jīng)茨村至神頭以南，長(zhǎng)52 km(圖1)，走向NE30°～50°，傾向NW，傾角60°；斷裂在茨村一帶落差較大，達(dá)50～60 m，震旦系與奧陶系灰?guī)r接觸，破碎帶寬達(dá)50 m，在衛(wèi)星影像上斷裂有清晰的顯示，斷裂沿線發(fā)育斷層三角面、陡坎、斷層溝谷等地貌特征(圖2)。

臺(tái)村—神山鉆孔資料揭示，靠近涉縣斷裂一側(cè)，中、晚更新世時(shí)期普遍堆積的礫石、棕紅色黃土一般厚60 m以上。在位于涉縣縣城東南化肥廠公路旁的斷裂露頭顯示，斷裂發(fā)育于震旦系矽質(zhì)灰?guī)r地層中，其他地段未見出露，被較發(fā)育的山前沖坡積群覆蓋，沿垂直山體走向的沖溝發(fā)育(圖3)。在斷裂附近曾發(fā)生過(guò)1314年涉縣6級(jí)地震，現(xiàn)今小震活動(dòng)較頻繁。

2 涉縣斷裂淺層地震勘探

2.1 剖面位置、勘探場(chǎng)地第四系地層

涉縣斷裂主要展布于基巖區(qū)，為確定涉縣斷裂在橋址附近的展布位置，分別在山坡腳覆蓋層堆積較厚的涉縣寨上村東南和清漳河河岸沖積覆蓋層達(dá)50 m左右的茨村東布設(shè)了淺層地震勘探剖面。SX01剖面位于寨上村東南，走向NW60°，剖面長(zhǎng)400 m，沿兩山之間山谷坡腳布設(shè)；SX02剖面位于茨村東，走向NW30°，剖面長(zhǎng)686 m，位于清漳河河南岸(圖4)。

圖1 涉縣斷裂展布圖

圖2 涉縣東南方向沿山前發(fā)育斷層陡坎及三角面呈線狀展布(據(jù)google地圖)

圖3 涉縣斷裂素描圖(化肥廠公路旁)

圖4 淺層地震勘探剖面位置圖

據(jù)SX01剖面場(chǎng)地附近出露地層剖面對(duì)比追蹤，SX01剖面勘探場(chǎng)地上覆黃土層，其下為奧陶系灰?guī)r。

據(jù)SX02剖面場(chǎng)地附近茨村 NO2鉆孔資料，SX02剖面勘探場(chǎng)地上覆蓋層為中更新統(tǒng)礫石層，其下為震旦系石英巖(圖5)。

圖5 涉縣—茨村鉆孔地質(zhì)剖面

2.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法

數(shù)據(jù)采集采用美國(guó)Geometrics公司Strtavisornzxp96高分辨率數(shù)字地震儀，采用70 kg沖擊夯源單點(diǎn)18次疊加激發(fā)地震波，并在夯源底部墊金屬墊板，以便提高地震波能量的傳播。

合理選擇觀測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集參數(shù)是確保獲得良好勘探結(jié)果的關(guān)鍵。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和綜合分析，并考慮斷裂埋深、勘探場(chǎng)地近地表地層等因素，最終確定4 m道間距、8 m偏移距、9次覆蓋，0.7 s記錄長(zhǎng)度，0.25 ms采樣間隔，濾波器帶寬15～250 Hz。

為提高地震勘探的精度，采用前方接收排列、后方激發(fā)、上傾接收、下傾激發(fā)，連續(xù)向前追蹤的反射波觀測(cè)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)處理采用水平多次疊加的方法，主要處理方法有：振幅恢復(fù)、地表一致性振幅補(bǔ)償、數(shù)字濾波、初至靜校正、反褶積、速度分析、動(dòng)校正、剩余靜校正、疊加、偏移、時(shí)深轉(zhuǎn)換等[4-5]。

2.3 地震反射剖面特征

SX01測(cè)線位于寨上村東南，剖面長(zhǎng)400 m，由淺層地震勘探反射剖面可見(圖6)，在剖面250 ms以上呈現(xiàn)出反射波能量較強(qiáng)、震相豐富的反射波組。

根據(jù)勘探場(chǎng)地地層資料和剖面上反射波組特征對(duì)比分析，在剖面上解釋一組反射波組，以To表示，為奧陶系灰?guī)r頂界反射。由剖面上波組反射特征可以看出，To反射界面的形態(tài)變化較大，在剖面西北段起伏變化，在剖面東南段呈現(xiàn)水平狀，在反射時(shí)間150～250 ms之間存在一向東南傾斜的反射波組。

在剖面樁號(hào)0～280 m之間，To反射同相軸能量較強(qiáng)，連續(xù)性好；但在樁號(hào)280 m附近，To及其以下反射同相軸出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)。由此可見，在樁號(hào)280 m附近應(yīng)存在斷裂，地表投影坐標(biāo)113°40′46.29″，36°32′44.68″，為一視傾向西北、上陡下緩的正斷層，上斷點(diǎn)深度35 m，錯(cuò)斷To界面，錯(cuò)斷到上覆蓋黃土層中。從斷裂在剖面上出現(xiàn)的位置來(lái)看，它們應(yīng)該是涉縣斷裂在地震反射剖面上的反映。

SX02測(cè)線位于茨村東，剖面長(zhǎng)686 m，由淺層地震勘探反射剖面可見(圖7)，在剖面150 ms以上呈現(xiàn)出反射波能量強(qiáng)、震相豐富的反射波組。

根據(jù)勘探場(chǎng)地地層資料和剖面上反射波組特征對(duì)比分析，在剖面上解釋一組反射波組，以Tz表示，為震旦系石英巖頂界反射。由剖面上波組反射特征可以看出，Tz反射界面的形態(tài)變化不大，略有起伏變化。

在剖面樁號(hào)370 m附近Tz及其以下反射波同相軸出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)，由此可推斷，在樁號(hào)370 m附近應(yīng)存在斷裂，地表投影坐標(biāo)113°40′25.54″，36°32′20.02″，為一視傾向WN、上陡下緩的正斷層，上斷點(diǎn)深度25 m，錯(cuò)斷Tz界面，錯(cuò)斷到上中更新統(tǒng)礫石層中，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世。從斷裂在剖面上出現(xiàn)的位置來(lái)看，它們應(yīng)該是涉縣斷裂在地震反射剖面上的反映。

圖6 SX01測(cè)線淺層地震勘探反射剖面圖

圖7 SX02測(cè)線淺層地震勘探反射剖面圖

3 結(jié)論

根據(jù)淺層地震勘探結(jié)果(剖面SX01、SX02)以及前人的研究成果，基本探明涉縣斷裂的位置，斷裂呈NE走向，展布于橋址東南(圖4)，距橋址最近距離420 m；斷裂展布與橋梁近似平行，斷裂上斷點(diǎn)最淺埋深為25 m，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世，屬非全新世活動(dòng)斷裂。依據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02-2013)、《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008)有關(guān)條款的規(guī)定，施工時(shí)可不考慮該斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)橋梁的影響。

[1] 王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M].北京: 地質(zhì)出版社,1988.

[2] 俞壽朋.高分辨率地震勘探[M].北京: 石油工業(yè)出版社,1993.

[3] 劉保金,張先康,方盛明,等.城市活斷層探測(cè)的高分辨率淺層地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)[J].地震地質(zhì),2002,24(4): 524-532.

[4] 楊歧焱,彭遠(yuǎn)黔,尼瑪,等.日喀則城市活斷層地球物理勘探方法和成果[J].地球物理學(xué)報(bào),2015,58(6): 2137-2147.

[5] 蔡玲玲,楊歧焱,郭秋娜,等.綜合地球物理方法在地震安全性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用和成果[J].華北地震科學(xué),2016,34(1): 21-29.

The Active Characteristics of the Shexian Fault and the Evaluation of Its Impact on Zhaishang Super-large Bridge

RAN Zhi-jie,PENG Yuan-qian*,WEN Chao,MENG Li-peng,WANG Yan

(Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China)

The Zhaishang super-large bridge is a 995 m long bridge proposed to build across the Qingzhang River,near the Shexian fracture.The relationship between the fracture and bridge location,the characteristics and activities of the fault is determined with the application of shallow seismic exploration technique,and it will provide the basis for seismic design of the bridge.

Shexian fault; shallow seismic detection; activity characteristic of fault

冉志杰，彭遠(yuǎn)黔，溫超，等．涉縣斷裂活動(dòng)特征及對(duì)寨上公路特大橋影響評(píng)價(jià)[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(4):49-53.

2016-01-06

河北省地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“河北省1∶25萬(wàn)構(gòu)造圖編制”(DZ20150504104)

冉志杰(1979—)，男，河北辛集人，高級(jí)工程師，主要從事地震活動(dòng)性研究．E-mail：ranzhijie0927@126.com

*通訊作者：彭遠(yuǎn)黔(1965—)男，高級(jí)工程師，主要從事工程地震研究．E-mail：pengyq84531@126.com

P315.925

A

1003-1375(2016)04-0049-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.008