銀川隱伏斷層活動(dòng)習(xí)性參數(shù)研究及其地震危險(xiǎn)性半定量評(píng)估

摘 要：斷層活動(dòng)習(xí)性參數(shù)研究大多是在野外地質(zhì)地貌調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過跨斷層探槽開挖、探槽剖面圖古地震事件分析，進(jìn)而獲得其古地震活動(dòng)期次，最后一次地震的離逝時(shí)間等參數(shù)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算確定其特征地震平均復(fù)發(fā)間隔等活動(dòng)習(xí)性參數(shù)。銀川隱伏斷層由于隱伏于地表以下，通過野外地質(zhì)地貌調(diào)查無法確定斷層具體位置，為了鑒定銀川隱伏斷層第四紀(jì)最新活動(dòng)時(shí)代，給出斷層活動(dòng)的主要參數(shù)，采取了多層次地震探測(cè)→聯(lián)合地質(zhì)剖面鉆探→槽探逐層次進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上逐步獲得其古地震平均復(fù)發(fā)間隔、滑動(dòng)速率、同震位移及最后一次地震的離逝時(shí)間等活動(dòng)習(xí)性參數(shù)，利用消逝率半定量評(píng)估其地震危險(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：隱伏斷層；平均復(fù)發(fā)間隔；同震位移；離逝時(shí)間；消逝率

中圖分類號(hào)：P315.2

隱伏斷層活動(dòng)性研究與裸露斷層相比難度要大得多，隱伏斷層大部分由20世紀(jì)80年代石油地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，但其具體的斷層走向，傾角以及其在地下的埋深都需要借助淺層地震勘探、鉆探等手段一步步去實(shí)現(xiàn)，銀川隱伏斷層活動(dòng)性研究充分運(yùn)用了活動(dòng)斷層探測(cè)的各種研究方法和手段，運(yùn)用已知的古地震揭露年代數(shù)據(jù)和最后一次地震的確定對(duì)其活動(dòng)習(xí)性參數(shù)進(jìn)行研究[1-3]，為其地震危險(xiǎn)性評(píng)估提供基礎(chǔ)資料。

1 銀川隱伏斷層晚第四紀(jì)活動(dòng)習(xí)性參數(shù)研究

為了研究銀川隱伏斷層第四紀(jì)最新活動(dòng)時(shí)代，給出斷層活動(dòng)的主要參數(shù)，采取了多層次地震探測(cè)→聯(lián)合地質(zhì)剖面鉆探→槽探的探測(cè)順序，逐層次開展工作[4]。

1.1 斷層活動(dòng)性研究

（1）多層次地震探測(cè)。以石油地震勘探提供的第四系底界標(biāo)志性地震反射界面為線索，采用多層次地震勘探法，通過道間距10 m、5 m、3 m和1 m的地震勘探，捕獲主斷層面，并將其由深部“引”向淺部，為聯(lián)合地質(zhì)剖面鉆探布設(shè)提供基礎(chǔ)。

（2）鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)[5]。在新渠稍、滿春和板橋3個(gè)場(chǎng)點(diǎn)，利用地震勘探的初步定位，在斷層兩側(cè)90～100 m間距內(nèi)，布置6～9個(gè)鉆孔，進(jìn)行鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)。鉆探采用中分法布孔和柱狀巖芯實(shí)時(shí)綜合剖面制圖方法，逐步逼近并確定斷層上延地表的位置、產(chǎn)狀、不同深度標(biāo)志層斷距以及上斷點(diǎn)埋深等參數(shù)，結(jié)合巖芯樣品的測(cè)年結(jié)果，確定銀川隱伏斷層的最新活動(dòng)時(shí)代、晚第四紀(jì)或全新世垂直位移量和滑動(dòng)速率，以滿春聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)為例展示其鉆探成果。

滿春聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)：鉆探剖面位于興慶區(qū)滿春五隊(duì)，圖1為聯(lián)合地質(zhì)剖面簡(jiǎn)略圖，它由8個(gè)鉆孔組成，最大控制深度80 m。剖面上地層相變復(fù)雜，自下而上歸納為4層。作為計(jì)算所需的輔助型標(biāo)志層，在剖面上將①層中的粉砂夾層（B2）、③層中的黏性土夾層（B1）也納入其中。鉆孔剖面中可識(shí)別的斷層最新斷錯(cuò)標(biāo)志層B1下盤頂界面埋深在9.49 m處，斷距為0.7 m，再向上的信息無法分辨，似被④層壓蓋。因此，斷層向上延伸的最近地表位置應(yīng)位于③層（B1夾層）和④層的界面之間或者位于④層的頂?shù)捉缑嬷g。

1.2 斷層新渠稍場(chǎng)點(diǎn)槽探研究及其活動(dòng)習(xí)性參數(shù)的獲取

圖2是探槽北壁中段的局部素描。從中可以分辨出5次地震事件：第Ⅰ次事件發(fā)生在層{11}沉積之后，層⑩沉積之前。第Ⅱ次事件發(fā)生在層⑩沉積之后，層⑨沉積之前。表現(xiàn)為斷層將層⑩錯(cuò)斷0.31 m；第Ⅲ次事件發(fā)生在層⑥沉積之后，層⑤沉積之前，表現(xiàn)為斷層將層⑥～⑨錯(cuò)斷0.24 m，同時(shí)將層⑩的斷距加大到0.55 m。這次事件除了斷層的錯(cuò)動(dòng)，還遺留了地表的噴砂遺跡（C）；第Ⅳ次事件發(fā)生在層⑤沉積之后，層④沉積之前。表現(xiàn)為地表開裂和泥砂充填，在斷層上方附近形成上寬下窄的 “泥砂楔（B）”；第Ⅴ次事件表現(xiàn)為液化砂脈（A）橫向切過斷層和第Ⅳ次事件的“泥砂楔”。

由于新渠稍探槽測(cè)年結(jié)果不理想，直接求取其內(nèi)發(fā)生的5次事件的重復(fù)周期比較困難，在這里將按沉積環(huán)境推算。

在對(duì)銀川隱伏斷層晚第四紀(jì)活動(dòng)習(xí)性參數(shù)研究過程中，目前可用的數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺少，所以在進(jìn)行平均滑動(dòng)速率計(jì)算時(shí)，針對(duì)全新世期間古地震的年齡數(shù)據(jù)缺乏問題，考慮到年代接近全新世，在計(jì)算滑動(dòng)速率時(shí)所用的年齡數(shù)據(jù)為鉆探所得的晚更新世末期的數(shù)據(jù)即距今16.39±0.24 ka。

其相應(yīng)的斷距為2.25±0.23 m（在這里斷距的誤差（10%）是根據(jù)以下2種情況給的：①鉆探采芯率、回次進(jìn)尺以及測(cè)量本身也會(huì)帶有誤差的實(shí)際情況；②進(jìn)行危險(xiǎn)性概率預(yù)測(cè)時(shí)需要給出一定范圍之內(nèi)的誤差）。

1.3 全新世古地震平均復(fù)發(fā)間隔計(jì)算

由于新渠稍探槽測(cè)年結(jié)果不理想，直接求取其內(nèi)發(fā)生的5次事件的重復(fù)周期比較難，在這里將按沉積環(huán)境推算。通過對(duì)沉積環(huán)境的分析得出，新渠稍探槽最早一次事件發(fā)生在黃河退去不久，也就是湖相沉積之前，又滿春探槽與新渠稍探槽相距僅3.6 km，局部沉積環(huán)境具有相似性，且滿春探槽內(nèi)的湖相沉積地層底部有一個(gè)釋光測(cè)年數(shù)據(jù)為T±ST=7.80±0.70 ka，因而滿春探槽內(nèi)湖相地層最底部的年數(shù)據(jù)為T±ST=7.80±0.70 ka，該年數(shù)據(jù)也就是黃河退去的年齡。

從新渠梢探槽（圖2）中得知，中～晚全新世以來，在銀川隱伏斷層上先后發(fā)生了5次強(qiáng)（大）地震事件，其中最后一次事件（Ⅴ）是歷史地震，發(fā)生于1739年，距今時(shí)間為0.267 ka（以公元2006年為準(zhǔn)，以下同），其他4次均為古地震事件。根據(jù)相鄰場(chǎng)點(diǎn)地層年齡的對(duì)比，探槽底部年齡距今7.80±0.70 ka，所以最早一次事件（Ⅰ）發(fā)生在距今7.80±0.70 ka之后不久，近似認(rèn)為發(fā)生時(shí)間距今7.80±0.70 ka 。5次事件之間的平均復(fù)發(fā)間隔Tav計(jì)算方法如下：

2 利用消逝率半定量評(píng)估地震危險(xiǎn)程度

消逝率又稱經(jīng)過時(shí)間率，是半定量描述地震發(fā)生危險(xiǎn)程度的參數(shù)[6-7]，依公式R=（Te+△t）/T計(jì)算。式中，Te是最晚特征地震的離逝時(shí)間；△t是預(yù)測(cè)時(shí)段； T是特征地震的平均復(fù)發(fā)間隔。

據(jù)古地震資料，表1中給出的地震平均復(fù)發(fā)間隔 T、離逝時(shí)間Te，取預(yù)測(cè)時(shí)段△t=200年，算得各段斷層的消逝率R。

日本學(xué)者松田時(shí)彥認(rèn)為，只要在預(yù)測(cè)的或所關(guān)心的未來時(shí)段內(nèi)，在Te≥0.5的“警戒斷層（段）”上，即存在復(fù)發(fā)特征地震的可能性。這是對(duì)斷層上特定段落復(fù)發(fā)地震危險(xiǎn)性的一種半定量化的分析模式。在此按0≤R＜0.5、0.5≤R＜1.0以及R≥1.0表示低、中等、高3個(gè)等級(jí)的危險(xiǎn)程度。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，銀川隱伏斷層北段0＜R＜0.5，未來200年內(nèi)再次發(fā)生特征地震的危險(xiǎn)程度很低。

3 結(jié)論

銀川隱伏斷層以銀古路為界分為南北兩段，銀古路向北至姚伏，長(zhǎng)36 km，為全新世斷層，其晚更新世末期以來的平均滑動(dòng)速率為0.14±0.01 mm/a，最大同震位移為0.31 m，平均重復(fù)周期為1.88±0.18 ka（據(jù)古地震資料），最后一次地震離逝時(shí)間為0.267 ka。由于其最后一次地震的離逝時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于特征地震的平均重復(fù)周期。

利用消逝率半定量評(píng)估所研究斷層未來200年內(nèi)的特征地震發(fā)震危險(xiǎn)程度，按0≤R＜0.5、0.5≤R＜1.0以及R≥1.0表示低、中等、高3個(gè)等級(jí)的危險(xiǎn)程度，銀川隱伏斷層未來200年內(nèi)再次發(fā)生特征地震的可能性很小。

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