CSAMT法在莆田市断裂活...区域地壳稳定性评价中的应用_陈志伟.pdf

第 卷 第期 年月 ，中文引用格式：陈志伟 法在莆田市断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中的应用工程地球物理学报，（）：英文引用格式：，（）：CSAMT 法在莆田市断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中的应用陈志伟（福建省煤田地质局 福建省 地质大队，福建 龙岩 ）收稿日期：基金项目：中国地质调查局科研项目（编号：水 ）作者简介：陈志伟（），男，工程师，主要从事地球物理与工程勘察工作。：摘要：为查明福建省莆田地区重点建设区断裂活动性与区域稳定性，进而指导城市的规划、设计和工程建设，莆田市以城市地质调查为契机，开展了主要断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价专题工作。采用可控源音频大地电磁法（，）为主，高密度电法及电阻率测深为辅的地球物理勘查方法，通过对莆田重点建设区内沙县南日岛、东郊涵江及陂头西天尾三条断裂的 探测成果对比分析。查明了探测区域内地层厚度规律和构造的规模形态、充填情况等信息，总结了莆田断裂构造的电性特征和展布规律并与钻探验证资料吻合。结果显示，能有效分辨埋深 以内断裂构造的纵向及横向电性差异情况，以电阻率等值线图推测的地质信息为基础，结合区域地震、地温差异等因素能对断裂的活动性、稳定性进行综合评价和定性分析研究。其探测成果为城市的空间利用、工程规划和地质灾害防治等工作提供了科学依据。关键词：；断裂活动性；地壳稳定性；地质灾害中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：（，）：，（），第期陈志伟：法在莆田市断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中的应用 ，：；引言区域地壳稳定性是指岩石圈内正在进行的地质、地球物理作用对地壳表层及工程建筑安全的影响程度，其研究成果可以指导人们进行自然资源开发利用、建设工程规划设计、地质灾害防治及生态环境保护等多方面建设活动。自 年我国实施 地壳探测工程 以来，全国三维大地电磁（，）和深反射地震剖面技术在地壳探测中的应用取得了长足发展，而断裂活动性调查和区域地壳稳定性评价既继承了“地壳探测工程”的宏观性，又注重区域发展的特殊性。近年来，福建省在:万地质构造图及:万中新生代火山构造岩相图等基础图件的基础上，开展了大量:万区调、矿调、水文地质、环境地质及城市地质等项目，进一步丰富细化了重点调查区的地质资料，并根据李四光教授最早提出的“安全岛理论”，采用地质力学理论为基础，结合区内历史地震资料综合研究解决在构造活动地区选择“相对稳定地块”或“安全岛”作为工程建设场址的问题。随着国民经济发展，土地资源越来越紧缺，人们不可能完全避开断裂带而进行工程建设。因此，如何从区域发展特殊性角度出发采用有效的地球物理勘查方法，进一步评价断裂活动性及区域地壳稳定性具有重要的实践意义。福建省位于建设 世纪海上丝绸之路核心区，自由贸易试验区、厦门经济特区、平潭综合实验区、福州新区处于重要建设时期，不仅需要对区域性断裂构造有宏观上的认识，还要对大型断裂构造带不同影响范围内存在的特殊性进行个性化研究。因此，如何从全局角度宏观评价重点建设区的稳定性和安全性，并提高地质灾害预警水平已经成为地质调查工作的重点内容之一。目前，国内已经有孙广忠、刘金全、田德培、孙叶等专家学者在继承和发扬“安全岛”理论的基础上，总结形成了系统的区域地壳稳定性评价学科。该学科理论在灾害地质、三峡工程建设、环渤海地区地壳稳定性评价等领域已被广泛应用。而福建省除长乐南澳断裂带有较为详细的研究外，莆田市内主要断裂构造及区域地壳的调查评价尚未取得突破性进展，利用莆田城市地质调查工作开展断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价专题是一种新的尝试，项目组提出了采用可控源音频大地电 磁 法（，）等地球物理方法对区内重点断裂进行勘查，以获得断裂构造带附近电性分布和变化规律，并根据已有地质、地震资料，按现有理论分析相关断裂的活动性和评价区域地壳的稳定性，同时为在该区域建立三维导电性结构标准模型提供原始数据。地质概况2.1区域地层莆田市位于福建省中部沿海，木兰溪下游，区域地势总体是地势由西北山地向东南部的丘陵、台地、滨海平原逐渐降低，地形特点是丘陵、山地多于平原，绝大部分面积为 以下的低丘 工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷陵。受构造运动和侵入岩活动影响，区内地层发育不全，根据前期已有资料和现场地质填图成果，勘查区内地层主要有前泥盆系亲营山组、侏罗系长林组、南园组及第四系，其中第四系主要为海陆相交互沉积地层，包括：残积砂质黏土、黏土；更新统冲洪积黏土、泥质砂砾及粉细砂；全新统洪积层黏质砂土、砂质黏土、粗砂、砂砾石；全新统冲洪积砂质黏土、黏质砂土、黏土及砂、砂砾石；全新统冲积层黏质砂土、砂砾卵石；全新统海积层淤泥及淤泥砂。勘查区内出露地层见表。表区内出露地层 地层代号分布岩性厚度第四系全新统海积层港湾及滨海平原淤泥及淤泥砂 第四系全新统冲积层 河谷两岸一级阶地及河床上部为黏质砂土，下部为砂砾卵石 第四系全新统冲洪积层 山间盆地砂质黏土，黏质砂土、黏土及砂、砂砾石 第四系全新统洪积层 山间盆地黏质砂土、砂质黏土、粗砂、砂砾石第四系更新统冲洪积层 山间盆地、山前沟谷两侧砂质黏土、黏土、泥质砾砂及粉细砂 第四系残积层 山前地带及滨海台地砂质黏土、黏土 侏罗系上统的长林组秋芦溪中下游的南岸陆相正常沉积 侏罗系上统的南园组沿海局部地区熔岩，英安岩、安山岩、凝灰熔岩、熔结凝灰岩、流纹岩、晶屑凝灰熔岩前泥盆系亲营山组南部的山亭乡灰白色矽线白云石英片岩、矽线石英片岩，二云石英片岩夹黑云石英片岩，变粒岩 2.2区域构造与地震勘查区侵入岩广泛分布于莆田南部、笏石半岛及平海湾后海附近，岩浆侵入活动受区域构造制约，具多个构造岩浆旋回活动特征。莆田市位于新华夏构造体系的长乐南澳断裂带和第二带之上，由一系列呈 走向且多期次的断裂破碎带、变质带、火山喷发带、岩体侵入带、岩脉及片麻理等构成，断裂构造为区内主要的构造形迹，褶皱较为少见，且规模均不大。受长乐南澳断裂控制，区内晚三叠世侏罗纪沉积建造和变质作用在断裂两侧存在着较大的差异，表现在其西部以陆相为主的盆地沉积，而东部转变为大陆边缘坳陷带沉积，。影响区内工程建设的主要断裂走向以 （沙县南日岛）、（东郊涵江、陂头一西天尾）等几组为主，构成本区的构造格架，控制了地貌形态和港湾的轮廓（图）。图研究区断裂构造分布特征及 测线位置 第期陈志伟：法在莆田市断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中的应用根据 建筑抗震设计规范 （年 版）、中 国 地 震 动 参 数 区 划 图（）、福建省区划一览表与 中国地震动反应谱特征周期区划图，莆田地区均划分为抗震设防烈度度区，设计地震基本加速度为 ，地震分组为第三组。2.3重要构造及其特征本次研究的重点构造为穿过莆田主城区的沙县南日岛、东郊涵江及陂头西天尾三条断裂，现对其分述如下：沙县南日岛断裂断裂起自三明市沙县，经石城一直延伸至南日岛南部 。由一组分散的北西向断裂所构成，在区内时隐时现，零星出露。埭头北部大蚶山，可见到走向为北西 、延伸约 的该断裂径迹。此外，整个兴化湾南侧海岸线成北西 展布且相当平直，南日岛长轴方向以及该岛南侧海岸线均呈北西 延伸等，这些地形地貌特征都反映了区内北西向断裂的存在及其所起到的制约作用。此外，兴化湾等深线沿北西向延伸，推测其可能还控制附近海底地貌。为查明该断裂的产状信息及其影响深度，在北高镇坑园村下郑村 布 设 一 条 长 的 勘 探 线（图）。东郊涵江断裂位于灵川、渠桥、涵江一带，发育于南园组地层中，呈北东 方向展布，断裂主要为左旋压扭压性特征。断裂西北侧为一套以火山岩为主组成的低山丘陵，东南侧为变质岩、第四纪组成的冲洪积、海积平原和红土台地。断裂的西南端没入海中，一直延伸到惠安县。通过调查发现，受该断裂影响，更新世以来断层北西盘较南东盘抬升约，局部呈阶梯状，为查明该断层发育情 况，在 涵 江 区 国 际 商 贸 城 附 近 布 设 了 勘探线（图）。陂头西天尾断裂该断裂位于莆田幅西北部，从陂头开始经西天尾镇延伸，长度大于 ，走向北东 。航片线性影象特征清楚，多数属压扭压扭性质，断层两侧第四系发育不对称且河流存在转弯现象，特别是木兰溪从陂头到荔浦村一段弯折很大。此外，断层北西侧为低山丘陵，多“”型谷且基 岩 埋 藏 浅，而 南东侧 多为 滨 海平原，水系呈“”字型，基岩埋藏较深。为查明该断层发育情况，在洋西村附近布设了 勘探线 （图）。物性特征与方法参数3.1物性特征 地层岩性莆田区域内地层发育不全，主要有早侏罗系亲营山组（）、侏罗系南园组（）、长林组（）及第四系（），其中第四系有第四系全新统海积层（）、第四系全新统冲积层（）、第四系全新统冲洪积层（）、第四系全新统洪积层（）及第四系更新统冲洪积层（）、第四系残积层（）。侵入岩主要以燕山早期侵入的中性酸性花岗岩为主，岩性有中粒黑云母花岗岩、二长花岗岩等。火山岩主要以晚侏罗系（）为酸性喷发，以凝灰岩和流纹岩为主。物理特征通过已知钻孔的现场试验成果，结合区内收集到的岩样、测井等历史资料，分析总结勘查区内主 要地 层 岩 性 结 构的 电阻 率数 据统 计 成果 见表。表测区地层电阻率 地层岩性电阻率区间值电阻率平均值备注第四系覆盖层 冲洪积、残积侏罗系南园组凝灰岩 强风化侏罗系长林组凝灰岩 强中风化侏罗系亲营山组石英片岩 强中风化侵入岩花岗岩 中微风化注：海水入侵及富水区电阻率取低值。工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷3.2方法原理及参数选择 方法原理可控源音频大地电磁（）是采用人工场源进行电磁测深的频率域物探方法，它利用平面单色波在无限均匀电介质中的传播规律，通过观测人工场源内“远区”目标地层的电、磁场变化规律来计算其卡尼亚视电阻率值。按照发射偶极和接收偶极的布设排列形式，可分为矢量和张量两种测量方式。根据断裂构造的电性特征可将其分为高阻断裂和低阻断裂两类。一般来说，张性断裂易形成碎屑填充和导水通道，使其电阻率变低；而压性断裂则电阻率较高。此外，新活动断裂电阻率较低，较老的断裂因其填充物的胶结强度变大而电阻升高。这是 法在断裂活动性调查与区域地壳稳定性评价中应用的主要地球物理前提。参数选择当发射偶极与接收点之间存在大型水体等不均匀介质时，数据成果容易出现阴影和场源效应，而莆田地形特点是丘陵、山地多于平原，以下低丘陵占了绝大部分，区内水系发达，均为外流河，各河流由山区流入平原，由于流速减少，产生分流，于平原区构成复杂的水系网，湖泊池塘星罗棋布，给物探工作带来较大的困难。为减少受地表水系影响而产生“场源效应”和“体积效应”等不利因素，通过试验对比，最终选择采用 标量共磁道测量的 模式，采用旁侧装置进行施工，为兼顾浅部和深部数据，采用的发射电流表频率范围为 ，收发距 ，测点距，发射偶极长，激发电流。资料解释与成果应用4.1资料解释 布置在北高坑园村下郑村附近，测线方位 ，与断裂走向 呈垂直交叉状，主要是探测沙县南日岛断裂带产状、发育深度、覆盖层厚度、裂隙充填情况等地质信息。通过分析 线 反演断面可知：该断裂带附近第四系覆盖层整体连续，厚 ，表现为中间薄、两侧厚，覆盖层下为强风化岩层，由强风化花岗岩及部分强风化凝灰岩组成。下伏基岩为凝灰岩和侵入花岗岩，其中凝灰岩在断层附近出现不连续现象，横坐标 左右位置被高阻侵入岩挤压形成高低电阻率等值线密集带，侵入岩左右两侧出现卡尼亚视电阻率低阻异常区，推测为地层挤压破碎后裂隙赋水所致，低阻异常区卡尼亚视电阻率值均在 左右，与周边围岩电性差异明显，低 阻 异 常 区 埋 深 较 大（深 度 在 深度范围内）。剖面底部 以下高阻异常 连 续 发 育，其 卡 尼 亚 视 电 阻 率 值 均 在 以上，推测其为完整花岗岩体，高阻异常在横坐标 之间呈“蘑菇”状凸起，推测其早期为断裂薄弱带，且为后期岩体侵入通道，因岩体在覆盖层以下发育，其围岩为侏罗系凝灰岩，可大致推测断裂形成于燕山构造前期，活动深度达 左右，倾角约为 （图）。综合分析认为：沙县南日岛断裂在此区域属于隐伏的活动断裂带，该断裂与周边岩土体形成“闭锁区”，其现状处于“黏滑”阶段，活动性较强，对区域地壳稳定性不利。根据相关抗震规范，该断裂带附近覆盖层厚度基本在