山西長治市區(qū)第四系巖性及剪切波速與深度關(guān)系初探

耿 偉

（山西省地震局長治中心地震臺，山西 長治 046000）

0 引言

在工程場地地震安全性評價中，土層剪切波速等動力學(xué)參數(shù)，通常采用實測來獲取。由于測試環(huán)境、測試方法的差異，以及測試技術(shù)、儀器精度等原因，有時獲取的土層剪切波速不太理想。該文運(yùn)用長治市區(qū)實測剪切波速鉆孔資料，經(jīng)統(tǒng)計分析，對長治市區(qū)剪切波速與深度關(guān)系進(jìn)行初步探討。

1 長治市區(qū)域地震地質(zhì)概況

1.1 長治市區(qū)域地震地質(zhì)概況

長治市城區(qū)位于長治盆地東南部，晉—獲斷裂帶長治段從長治市區(qū)東緣通過，由于斷裂兩側(cè)運(yùn)動的差異，長治市形成了東部的五龍惱強(qiáng)烈隆起區(qū)和西部的長治斷陷盆地區(qū)（見圖1）。五龍惱強(qiáng)烈隆起區(qū)屬喀斯特侵蝕小起伏中山區(qū)，海拔高度一般介于1 000～1 400m，主要出露奧陶系灰?guī)r，區(qū)內(nèi)山體陡峻、峰巒疊嶂、峽谷幽深。長治斷陷盆地位于長治大斷裂西部，盆地區(qū)呈NNE向，地勢較為平坦，海拔高度900～1 000m，總面積約2 000km2。城區(qū)大部分地區(qū)位于濁漳河，二級階地，市區(qū)0～80m地層為新代界第四紀(jì)和新近紀(jì)松散沉積物，成因類型為沖、洪積和湖積。長治斷陷盆地在上新世時期開始斷陷，在早更新世時期斷陷活動強(qiáng)烈，中、晚更新世時活動逐漸減弱，斷裂活動性較弱，市區(qū)地層分布比較穩(wěn)定。長治斷陷盆地地震活動也相對較弱，1947年在屯留南發(fā)生過1次5級地震。1970年有地震臺網(wǎng)記錄以來，盆地內(nèi)發(fā)生過2次ML≥3.0地震，分別為1981年ML3.0和1982年ML3.3地震。

1.2 長治市城區(qū)第四系巖性

長治盆地為新生代早期形成的斷陷盆地，新生界比較全，該盆地形成后至今仍在接受現(xiàn)代堆積。

圖1 長治市區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Regional structural map of urban of Changzhi

長治市城區(qū)自下而上沉積有新近系上新統(tǒng)、第四系下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。從鉆孔資料來看，區(qū)內(nèi)以下更新統(tǒng)沉積為主，構(gòu)成地層主體。下更新統(tǒng)（Q1）區(qū)內(nèi)廣泛堆積，該統(tǒng)厚度為150～230m，其巖性為灰綠、紫紅、棕紅、黃褐色黏土夾亞砂土，底部偶爾出現(xiàn)含礫的砂層或砂層，與下伏上新統(tǒng)為連續(xù)沉積；中更新統(tǒng)（Q2）巖性為紅、褐紅色黏土、亞黏土，為沖積—洪積成因，區(qū)內(nèi)有廣泛堆積，最大厚度達(dá)15～30m；上更新統(tǒng)（Q3）廣布區(qū)內(nèi)，巖性為灰褐色亞砂土、黃褐色黏土，一般厚度為20～25m；全新統(tǒng)（Q4）為地表的雜填土、耕植土等，一般厚度為1～5m左右，巖性為粉紅、黃色土。

2 長治市區(qū)土層剪切波速與深度的統(tǒng)計

2.1 資料收集整理

該次研究的范圍為長治市城區(qū)（北緯36°09′至36°14′，東經(jīng)113°04′至113°09′），采用區(qū)內(nèi)工程項目地震安全性評價報告中的41個鉆孔柱狀和剪切波速資料（見圖2、表1）。經(jīng)整理分析，區(qū)域內(nèi)地層連續(xù)穩(wěn)定，巖性一般為黏土、粉土、粉質(zhì)黏土等；隨孔深增加，塑性為可塑—硬塑—堅硬，密度為中密—密實—切面光亮；剪切波速基本呈指數(shù)關(guān)系增加（見圖3、第34頁圖4、圖5）。

圖2 長治市城區(qū)鉆孔位置示意圖Fig.2 Borehole locations within the downtown area in urban of Changzhi

表1 項目鉆孔位置與編號Table.1 Borehole positions and number used in this paper

續(xù)表

圖3 頤龍灣住宅區(qū)鉆孔（k36）柱狀與剪切波速曲線Fig.3 Borehole（k36）column and shear wave velocity in Yilongwan residential district

圖4 清華機(jī)械廠鉆孔（k12）柱狀與剪切波速曲線Fig.4 Borehole（k12）column and shear wave velocity in Qinghua machinery factory

2.2 統(tǒng)計方法

長治市區(qū)地層的展布相對穩(wěn)定，同層位土層較一致，密度相近，同深度土層的剪切波速相差不大，具有一定的規(guī)律［1］。對長治市區(qū)土層剪切波速進(jìn)行統(tǒng)計分析，并研究其與深度的關(guān)系。統(tǒng)計方法運(yùn)用國內(nèi)常采用的指數(shù)關(guān)系式［2］：

式中：Vs為土層剪切波速；H為鉆孔深度；a、b為統(tǒng)計系數(shù)。

圖5 盛德世家商住鉆孔（k2）柱狀與剪切波速曲線Fig.5 Borehole（k2）column and shear wave velocity in Shengdeshijia commercial district

2.3 統(tǒng)計結(jié)果分析

據(jù)長治市區(qū)工程場地地震安全性評價工作中獲得的土層剪切波速資料，利用上述統(tǒng)計方法，對41個鉆孔的土層剪切波資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到剪切波速與深度關(guān)系的擬合結(jié)果（見圖6）。

經(jīng)分析得：

相關(guān)系數(shù)（R）為0.989 39。

3 檢驗統(tǒng)計結(jié)果

在長治市區(qū)的西部、南部、北部選取3個鉆孔的剪切波速值進(jìn)行預(yù)測，與土層剪切波速實測數(shù)據(jù)的比較結(jié)果如圖7所示。可以看出，在鉆孔土層中，土層剪切波速與預(yù)測結(jié)果基本吻合。

圖6 統(tǒng)計回歸曲線Fig.6 Statistical regression curve

圖7 預(yù)測與實測的Vs－H關(guān)系圖Fig.7 Predicted and measured Vs－H

4 結(jié)論

通過對長治市區(qū)土層剪切波速與土層深度統(tǒng)計特征的研究，得出以下結(jié)論：

（1）經(jīng)過對比驗證，土層剪切波速實測數(shù)據(jù)與回歸曲線一致性比較好。

（2）長治市區(qū)土層剪切波速與土層深度統(tǒng)計關(guān)系符合該區(qū)巖性特征，可信度高。

［1］薄景山.場地分類和設(shè)計反應(yīng)譜調(diào)整方法研究［R］.哈爾濱：中國地震局地球物理研究所，1998.

［2］劉艷春.山西大同市區(qū)剪切波速與土層巖性及深度關(guān)系的研究［J］.山西地震，2011（2）：39－41.