山西北部某場地活動(dòng)斷裂探測研究★

扈桂讓

(山西省地震局，山西 太原 030021)

0 引言

活動(dòng)斷層是地震破壞的元兇，山西歷史地震頻發(fā)，是中國地震災(zāi)害損失最重的地區(qū)。山西北部大城市位于第四系覆蓋區(qū)，使得影響城市安全的活動(dòng)斷層隱伏于地下，根據(jù)規(guī)范場地在施工之前應(yīng)進(jìn)行活動(dòng)斷層探測，確定其第四紀(jì)活動(dòng)與位移速率，并評(píng)估其地震危險(xiǎn)性[1]，本項(xiàng)目場地位于山西北部某地。在綜合分析場地地震構(gòu)造環(huán)境的基礎(chǔ)上，旨在運(yùn)用當(dāng)前的技術(shù)方法與手段[2-3]，對(duì)場地范圍進(jìn)行斷裂探測。

1 場地雷達(dá)斷裂探測

為研究場地范圍內(nèi)是否發(fā)育斷裂或構(gòu)造地裂，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)方法對(duì)場地進(jìn)行了地球物理勘探。

在探測區(qū)，共布設(shè)了3條地質(zhì)雷達(dá)測線，編號(hào)分別為GPR1,GPR2和GPR3(見圖1)。其中測線GPR1由東往西探測，GPR2由北往南探測，GPR3由東往西探測(見表1)。

表1 測線信息表

圖2為GPR1解釋圖。在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上，根據(jù)現(xiàn)場的其他地質(zhì)資料，判斷距測線起點(diǎn)約15 m處可能存在活動(dòng)斷層異常分布點(diǎn)。

圖3為GPR2的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖，根據(jù)其他地質(zhì)資料解釋，場地在深度3 m以內(nèi)的反射信號(hào)清晰，同相軸連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷錯(cuò)跡象。

圖4為測線GPR3的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。測區(qū)的電線，是主要的異常信號(hào)源。沿著測線，深度3 m以內(nèi)的反射信號(hào)清晰，同相軸連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷錯(cuò)跡象。

2 斷層探槽驗(yàn)證

對(duì)場地進(jìn)行了探槽驗(yàn)證，場地范圍屬?zèng)_洪積平原區(qū)，地形平坦，無大規(guī)模沖溝，無高陡邊坡。地表表層覆蓋耕植土。項(xiàng)目組以地質(zhì)雷達(dá)探測為基礎(chǔ)，結(jié)合其剖面分析結(jié)果，在場地南北側(cè)分別進(jìn)行了探槽開挖驗(yàn)證。探槽開挖位置見圖1。下文分別對(duì)兩個(gè)探槽開挖的地層剖面進(jìn)行介紹。

南側(cè)探槽剖面長約45 m，深約5 m，走向SE。探槽地層剖面如圖5所示，地層描述如下：

①耕植土，多呈黑褐色，厚20 cm～30 cm，植物根系發(fā)育。

②褐黃色粉質(zhì)黏土，夾礫石層，礫石自西向東逐漸增多，大致呈水平排列，中等磨圓。

③灰白色鈣質(zhì)結(jié)核層。

④黃褐色細(xì)砂透鏡體，水平層理明顯。

⑤砂礫石層，以礫石為主，夾中細(xì)砂，礫徑大者3 cm～5 cm，中等磨圓，礫徑自西向東逐漸變細(xì)。該層最底部礫石層呈水平排列。

⑥褐黃色細(xì)砂層，呈水平層理，夾黃色砂層夾層延伸十幾米不見。

⑦褐黃色中細(xì)砂層，近水平層理排列，上部見礫石條帶呈水平排列，中下部見5 cm～10 cm厚粉質(zhì)黏土透鏡體。

⑧褐黃色粉質(zhì)黏土透鏡體，厚5 cm～10 cm。

⑨小礫石層，1 cm～3 cm礫徑，中等磨圓，雜亂排列。

⑩褐黃色粉質(zhì)黏土層，厚5 cm～7 cm。

通過以上可以看出，該探槽揭示地層，除地表為黑褐色耕植土外，下覆地層多為砂礫石層，局部分布粉質(zhì)黏土層。從剖面上可見礫石層、砂層多呈水平排列，未見斷層斷錯(cuò)或構(gòu)造地裂等現(xiàn)象。

北側(cè)探槽剖面長約45 m，深約5 m，走向SE。探槽地層剖面如圖6所示，地層描述如下：

①耕植土，多呈黑褐色，厚20 cm～30 cm，植物根系發(fā)育。

②褐色粉質(zhì)黏土層，少含小塊礫石，含鈣質(zhì)結(jié)核，呈灰白色。

③黃褐色砂礫石層，礫徑1 cm～2 cm，中等磨圓，呈水平排列。

④褐黃色細(xì)砂層，呈斜層理、交錯(cuò)層理。

⑤褐黃色粉質(zhì)黏土層，夾礫石塊，中等磨圓。

⑥褐黃色粉質(zhì)黏土層。

同一時(shí)間，使用日本SPAD502葉綠素含量測定儀采集對(duì)不同作物葉片葉綠素相對(duì)含量，打開電源后校準(zhǔn)，然后測定作物葉片的SPAD值，測作物上、中、下不同位置的葉片的SPAD值，記錄這個(gè)作物的葉綠素含量值，每塊地選擇3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)選擇3株測定后，平均后作為這個(gè)地塊的這個(gè)作物的SPAD值。

⑦礫石層，密集排列，磨圓差，分選中等。

⑧褐黃色中細(xì)砂層，呈水平層理。

⑨砂礫石層，呈水平排列，水平層理明顯。

⑩小塊礫石層條帶，礫徑1 cm～2 cm，磨圓中等。

通過以上描述可看出，該探槽揭示的地層多為礫石層、砂層及粉質(zhì)黏土層，對(duì)比于南部探槽，該探槽粉質(zhì)黏土成分增多。該探槽揭示的礫石、砂層等多呈水平分布，未見斷層斷錯(cuò)或構(gòu)造地裂等現(xiàn)象。但是見地層之間的關(guān)系并非嚴(yán)格的上下疊置關(guān)系，如砂層與粉質(zhì)黏土層、礫石層與粉質(zhì)黏土層呈傾斜接觸，形成傾斜界面。在地質(zhì)雷達(dá)探測時(shí)，這種界面就會(huì)形成信號(hào)差異，在成果解釋時(shí)會(huì)被認(rèn)為異常點(diǎn)。GPR1測線上的電性異常點(diǎn)可能就是這種情況。

3 討論及結(jié)論

1)對(duì)于山西北部諸多第四系覆蓋層發(fā)育的斷陷盆地，其活動(dòng)斷層處于隱伏狀態(tài)，導(dǎo)致其地震危險(xiǎn)性評(píng)估出現(xiàn)較大偏差。為準(zhǔn)確探測其活動(dòng)斷層的空間位置，經(jīng)實(shí)踐證明使用地質(zhì)雷達(dá)探測是最有效、最經(jīng)濟(jì)的一種探測手段。

2)目前通用第四系隱伏斷層探測的有效方法為人工淺層地震探測，該方法和地質(zhì)雷達(dá)探測對(duì)比，人工淺層地震探測的分辨率50 m，無法識(shí)別僅經(jīng)歷了最新一次地震事件的地層。此外，近地表20 m～30 m是人工淺層的盲區(qū)、在這個(gè)深度，地質(zhì)雷達(dá)探測能準(zhǔn)確探測隱伏斷層的上斷點(diǎn)埋深和最新活動(dòng)時(shí)代。

3)本次現(xiàn)場采用瑞士MALS公司生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)、由ProEx主機(jī)、100 MHz的屏蔽天線和50 MHz的非屏蔽天線組成，采取點(diǎn)測和測距輪兩種方式。對(duì)于100 MHz的屏蔽天線、采用測輪距方式、采樣頻率1 000 MHz～1 200 MHz、采樣時(shí)窗300 ns～400 ns、采樣間隔0.05 m、每道數(shù)據(jù)疊加32次。對(duì)于50 MHz非屏蔽天線，采用點(diǎn)測方式，采樣頻率550 MHz～600 MHz、采樣時(shí)窗450 ns～500 ns、采樣間隔0.5 m，每道數(shù)據(jù)疊加64次。數(shù)據(jù)使用Reflexw軟件進(jìn)行處理。

4)本工程場地用100 MHz和50 MHz兩種天線，實(shí)踐證明：100 MHz天線的探測范圍和本場地符合的較好，能更好的屏蔽外界的干擾。通過測輪距得到的數(shù)據(jù)量更大，對(duì)地下結(jié)構(gòu)的分辨率更高。此外，場地附近地下電纜、地下溝還是對(duì)最終的解釋結(jié)果有影響，實(shí)際操作中，要盡可能干擾排除。

5)本次工作在場地內(nèi)布置了3條地質(zhì)雷達(dá)測線，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷錯(cuò)跡象，僅在測線GPR1上發(fā)現(xiàn)一個(gè)電性異常點(diǎn)，經(jīng)探槽揭示，電性異常點(diǎn)可能是地層的傾斜接觸引起的。在場地南北側(cè)分別開挖了探槽進(jìn)行驗(yàn)證。探槽剖面顯示，場地5 m以內(nèi)下伏地層多為砂層、礫石層及粉質(zhì)黏土層，兩個(gè)探槽內(nèi)地層分布稍有差異，但是地層均呈水平分布，水平層理明顯，未發(fā)現(xiàn)有斷層斷錯(cuò)或構(gòu)造地裂等現(xiàn)象。地質(zhì)雷達(dá)結(jié)合探槽施工是活動(dòng)斷層探測的有效方法。