基于高密度電法及工程勘察對蘇碼頭斷裂綜合探測

匡 野 魏柯佳 肖瑞卿 楊程成

1 四川省地質工程勘察院集團有限公司,成都市西青路119號,610072

隨著城市化進程的加速發展,城市地震災害對社會安全的沖擊日益嚴重[1-3]。在城市建設中,活斷層探測的現實意義是將成果有效應用于城市規劃和建設中,為抗御地震災害、保障城市安全提供服務。研究表明,成都天府新區蘇碼頭斷裂走向以NE為主,傾向以SE為主,部分斷層傾向NW[4],但無相關資料明確成都市龍泉驛區蘇碼頭斷裂的實際展布位置。

本文采用高密度電法對成都龍泉驛區蘇碼頭隱伏斷裂開展形跡調查,結合工程勘察成果及地質調查資料,對斷裂活動性進行分析,以期為城市地震危險性評估及城鎮工程選址等提供指導。

1 區域地質概況

研究區地質構造屬新華夏系第三沉降帶四川盆地西部,位于成都凹陷中東部地區,東側距龍泉山褶斷帶約10 km,西側距NE向龍門山斷裂帶約70 km[5]。其中,成都凹陷發育多條次生隱伏斷裂,主要有大邑斷裂、蒲江-新津斷裂、新都-磨盤山斷裂以及蘇碼頭背斜西翼隱伏斷裂。研究區地處成都平原東部地臺,傾向NW,整體坡度約為10°,高程為510.0～522.5 m,地形起伏較大,表現為中部、西部及西南部低,其余方位高,局部發育陡崖、陡坎或陡坡。研究區交通位置位于成都市龍泉驛區大面街道洪柳社區,繞城高速內側,十洪大道以南,驛都大道以北(圖1)。

圖1 研究區交通位置

2 測線布設

本文所用儀器為國產N2高密度電阻率法測量系統,處理軟件為Res2dinv電阻率數據反演軟件,采用溫納裝置進行數據采集[6-7]。根據勘察推斷的斷層走向及場地條件,共布設4條測線(W1-W1′、W2-W2′、W3-W3′、W4-W4′),如圖2所示,4條測線全長分別為590 m、295 m、210 m、210 m,施測里程段分別為40～590 m、10～295 m、0～210 m、0～210 m;測線電極間距分別為10 m、5 m、5 m、5 m,供電電壓分別為450 V、300 V、300 V、300 V。同時,為與物探成果進行聯合分析,選擇場地內已完成的鉆孔制作聯孔剖面,每條剖面線上有4個鉆孔,共布置3條地質鉆孔剖面(LKPM1、LKPM2、LKPM3),剖面位置如圖2所示。

圖2 工程場地鉆孔及物探剖面工作布置

3 電阻率剖面解譯

根據異常推斷解譯模式,對4條測線剖面的二維反演結果進行對比分析,并結合實際工程地質情況進行綜合評價,直觀揭示粘土、卵石土與砂巖巖性界面。在反演得到的視電阻率剖面中,斷層破碎帶主要表現為低阻,與完整圍巖電阻率存在明顯差異[8],具體見圖3。

圖3 高密度電法反演成果

從圖3可以看出,4條測線表層均存在低阻層,電阻率值為5～15 Ωm,為粘土層,除W4-W4′測線外,W1-W1′測線、W2-W2′測線及W3-W3′測線淺表部粘土層內局部位置電阻率偏高,為20～50 Ωm,推測為卵石土層。4條測線覆蓋層下部均存在相對低阻層,電阻率值為15～25 Ωm,推測為全風化砂巖層,下部電性相對高阻區域可能為強-中風化砂巖層;W2-W2′測線中段強-中風化砂巖層下部還存在相對低阻層,電阻率為5～20 Ωm,推測為砂巖夾泥巖。測線附近區域均存在明顯向下延伸的低阻異常帶,電阻率值低于20 Ωm,推測為斷層破碎帶,其中距離W1-W1′測線190～250 m處存在低阻異常帶,物探成果推測其視傾向偏NE,視傾角較陡,約為40°,破碎帶寬度約為20 m,上斷點埋深3～7 m;距離W2-W2′測線180～197 m處存在低阻異常帶,物探成果推測其視傾向偏SE,視傾角較陡,約為70°,破碎帶寬度約為17 m,上斷點埋深3～5 m;距離W3-W3′測線107～128 m處存在低阻異常帶,物探成果推測其視傾向偏SE,視傾角較陡,約為70°,破碎帶寬度約為20 m,上斷點埋深約5 m;距離W4-W4′測線80～97 m處存在低阻異常帶,物探成果推測其視傾向偏SE,視傾角較陡,約為70°,此處破碎帶寬度約為17 m,上斷點埋深2～4 m。

4 斷裂活動性-聯孔剖面分析

圖4 聯孔剖面

LKPM1剖面ZK77鉆孔處下伏基巖極為破碎,孔內0.8～14.8 m深處揭露斷裂破碎帶,破碎深度未揭穿;ZK76、ZK78、ZK79鉆孔處下伏基巖裂隙較發育,破碎程度較ZK77鉆孔處弱,推測斷裂破碎帶位于ZK77鉆孔處,對應斷裂為W3-W3′剖面中SE傾向斷裂,根據斷裂破碎帶計算斷裂傾角約為65°,與高密度剖面解譯結果大致相同。

LKPM2剖面ZK90、ZK96、ZK98鉆孔處下伏基巖破碎程度較ZK94鉆孔處弱,位于斷裂構造影響帶。ZK94鉆孔3～14 m深處基巖極為破碎,14～18 m深處基巖呈較破碎狀態,破碎帶厚度約9～10 m;ZK94及ZK96鉆孔位置地貌上存在高約3 m的斷坎,結合下伏基巖風化界面,可以勾勒出背斜構造形態。因此大致推測,由于下部存在背斜構造,導致上部基巖出現差異風化現象,ZK94鉆孔位于背斜核部位置,風化程度較弱,綜合判斷該位置為斷裂通過處。破碎帶對應斷裂為W2-W2′剖面中SE傾向斷裂,根據斷裂破碎帶計算斷裂傾角約為65°,與高密度剖面解譯結果大致相同。

LKPM3剖面ZK19、ZK15、ZK87鉆孔處下伏基巖破碎程度較ZK17鉆孔處弱,位于斷裂構造影響帶。從聯孔剖面可以看出,除去上覆填土,ZK17鉆孔下部也存在斷坎特征,基巖風化界面同樣為背斜構造形態。綜合判斷ZK17鉆孔位置為斷裂通過處,對應斷裂為W4-W4′剖面中SE傾向斷裂,根據斷裂破碎帶計算斷裂傾角約為65°,與高密度剖面解譯結果大致相同。

綜合電性和鉆孔剖面結果,建立蘇碼頭斷裂地質模型剖面(圖5)?？梢钥闯?蘇碼頭斷裂頂部主要為Q4人工填土層或Q3沖洪積層,下部為Q1-2冰水堆積層,最下部基巖為白堊系上統夾關組K2j砂泥巖,產狀為315°∠15°;在地貌上,斷層形跡展布區內可以觀測到明顯的斷坎跡象;破碎帶在基巖中傾向SE,傾角約為65°。

圖5 蘇碼頭斷裂地質模型剖面

綜合工程地質資料與野外實際調查分析發現,斷層通過處第四系地層未發生變形,蘇碼頭斷裂通過的溪流Ⅰ級、Ⅱ級階地平整且平直,均未發生變形。通過在Ⅱ級階地內取樣進行14C測年分析(圖5),結果為13 436±210～40 724±6 332 a,說明其年代屬晚更新世晚期。由此推測,蘇碼頭斷裂晚更新世以來未活動。

5 結 論

1)采用溫納排列方式測量獲得高密度電法反演成果,通過4條高密度電法剖面并結合工程地質勘探與野外調查,查明蘇碼頭斷裂的形跡展布及構造形態等,可為成都龍泉驛區城市活動斷層探測、避震規劃和重大工程項目選址等抗震設防工作提供重要依據。

2)工程場地揭露斷裂為蘇碼頭斷裂北段,從場地地質調查和物探結果分析可知,蘇碼頭斷裂走向NNE,傾向SE,傾角約為65°,破碎帶寬度約為20 m,不具備晚第四紀活動性,最新活動時代為中更新世。