沂沭高烈度地震區選線綜合物探

郝 明 杜彥軍

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

膠州至新沂鐵路是我國東北至長江三角洲陸海鐵路大通道的組成部分，正線長302.6 km。該方案莒縣至新沂長約180 km的線路位于我國東部最大的發震斷裂帶——郯廬斷裂帶的中段沂沭斷裂帶中，工程地質情況十分復雜，對該方案鐵路工程穩定性評價即成為決定方案取舍的關鍵。在藍村至新沂線地質加深勘測階段，充分發揮物探輕便易行，成本較低，以及大面積、長距離勘探的優勢，開展了綜合物探工作。

物探采用了可控源音頻大地電磁法、地震縱波反射、高密度地震等方法和技術，配合電測深、電剖面、地震折射、磁法等傳統的物探方法開展工作，查明了隱伏主要斷裂分布、破碎帶寬度和產狀，以及控制線路方案且地質條件復雜特大橋的工程地質情況。

1 地形及地質情況

1.1 地形地貌

測區大部位于我國東部最大的活動斷裂帶郯廬斷裂帶中段——沂沭河斷裂帶中，地形較為平緩。臨沂以北屬低山丘陵，由于剝蝕，地面坡度一般小于30°，基巖埋深一般不超過20 m;臨沂以南屬沂沭河沖積平原，地形平坦，地勢開闊，村莊稠密，下伏基巖埋深大，露頭少。

測區內主要河流有沂河、沐河及其支流，如:太古河、濰河、柳青河等。

1.2 地質構造

測區位于中朝準地臺山東臺背斜的東南緣，由北東向的沂沭斷裂帶及其伴生的近東西和北西向斷裂為主，切割形成了本區典型的斷塊構造特征。

沂沭斷裂帶由四條主干斷裂組成，呈北北東向10°～25°延伸，自東向西依次為F1昌邑—大店斷裂;F2白芬子—浮萊山斷裂;F3沂水—湯頭斷裂;F4唐吾—葛溝斷裂，在F1與F2之間另有一條F5安丘—莒縣斷裂，形成“兩塹夾一壘”的構造格局。

2 地球物理特征及物探方法選擇

2.1 地球物理特征

本次工作，從既有的物探資料及參數測定結果綜合分析統計，取得了測區內主要地層巖性的物性參數，測區內各地層、巖性之間，斷裂破碎帶和兩盤巖性之間，在物性上均有一定的差異，在本區開展物探工作具備一定的地球物理前提。但是，在個別地段(如莒縣盆地)，砂巖與上覆松散層電性差異往往很小，郯城以南基巖埋深上百米，且基巖為低阻，破碎帶窄等，為物探工作的不利因素。因此，應有針對性地開展綜合物探，加強物探、地質的綜合分析。

2.2 物探方法的選擇

本次物探工作選擇了地震折射波法、地震縱波反射波法、高密度地震法、高分辨率電測深、電剖面法(聯合剖面和對稱四極剖面法)、可控源音頻大地電磁法(GDP-16)和磁法等8種物探方法，各種方法合理組合，互相彌補及驗證，提高識別能力和擴大適用范圍。

3 典型斷面物探效果分析

3.1 基巖埋深淺和地形平坦地區

在基巖埋深淺、地形平坦的地區，采用以電測深、電剖面為主，地震折射為輔開展綜合物探，解決構造分布和地層情況。

太古河特大橋:

采用電測深和聯合剖面法開展工作，電測深曲線類型呈Q型，反映下伏基巖較上覆土層呈低阻;在DP-Ⅰ、DP-Ⅱ聯合剖面曲線上均出現電性分界的反映(見圖1)。

圖1 太古河特大橋DP－Ⅰ、DP－Ⅱ聯合剖面曲線

結合區域地質資料分析，此界面為白堊系上統王氏群辛格莊組泥巖與紅土崖組磚紅色泥質砂巖分界。

3.2 基巖埋深較大和電性差異明顯的地區

莒縣盆地(北方案):

以電測深、聯合剖面、地震折射和地震反射以及可控源音頻大地電磁法開展工作。

D-D′測線，從地震反射剖面ZF-Ⅰ中可以看出，CDP點50～90間反射波同相軸不連續，出現反射波波形紊亂，波形不規則，隨深度增加不連續點東移的特征(見圖2)。

圖2 ZF－Ⅰ測線地震反射剖面

3.3 基巖埋深淺和電性差異小的地區

在基巖埋深淺，電性差異不明顯地區，選擇高密度地震開展工作，分析其動力學特征，根據振幅，相位，同相軸的變化來判釋斷裂帶。

Ⅳc-Ⅳc斷面(王家埠東):

為查明F3斷層，在臨沂市河東區梅埠鄉王家埠村北，采用高密度地震開展工作。

在高密度地震剖面上第10道到14道之間，彈性波能量衰減快(見圖3)。

圖3 王家埠東高密度地震剖面

在高密度地震異常對應的位置，電測深曲線和聯合剖面曲線及旁側線連剖曲線均有呈高低阻接觸帶異常反映，判釋為F3斷層，斷層走向N35°E，傾角較陡，傾向西，破碎帶寬度約15 m。根據異常位置，布置兩驗證孔，均打到了斷層，斷層兩盤為砂巖和粉砂巖。

3.4 一盤為沉積巖和一盤為火成巖的斷層探查

對于斷裂帶兩盤巖性不同，其中一盤為沉積巖，一盤為火成巖的勘探方法，采用磁法勘探，輔以電測深，聯合剖面開展綜合物探。

為探查F2斷層，在臨沂市臨沭縣南古鎮東，采用磁法、電測深、聯合剖面和高密度地震法開展工作。

在彭白河磁探曲線15號點至20號點之間反映為低磁異常(見圖4)，與之對應的DP-Ⅰ聯合剖面曲線5號點，10號點之間有一不明顯低阻正交點(見圖5)，高密度地震及電測深也有異常反映，推斷為斷層，斷層走向N18°E，破碎帶寬度約20 m，傾向西，傾角陡。斷層一盤為花崗巖，一盤為砂巖。

3.5 對活動性斷裂的探查

為查明安丘—莒縣斷裂的位置以及是否具有活動性，在莒縣北方案布置了一條地震縱波反射測線，以期通過斷層兩盤地層的變化判斷其活動性。

地震反射測線ZF-Ⅰ反射時間剖面上100 ms附近有幾條明顯的反射同相軸，推斷為基巖面及以下地層的反映，經時深轉換后，深度為35～40 m。90～118CDP點之間有四處反射同相軸被錯斷位置向下東移，說明斷層傾向東，在50 ms左右，深度約25 m處也有一組反射波同相軸發生錯斷，推斷為Q3地層，結合區域地質資料，推斷此異常即為安丘—莒縣斷裂之F5-2的反映，其走向為N25°E，傾向東，破碎帶寬約100 m，該斷層是由四條斷層組成的斷層簇，傾角約50°～70°，Q3地層也發生了錯動，證明該斷層第四系有活動跡象(見圖6)。

圖4 彭白河磁探曲線

圖5 彭白河連剖曲線

圖6 ZF－Ⅰ地震縱波反射剖面

3.6 人工源大地電磁(GDP-16)的應用及效果

對于基巖埋深淺，但表層由于風化，斷層兩盤地層電性差異不大，或者巖埋深達到數十米至上百米的地區選擇，以可控源音頻大地電磁法(CASMT)為主要方法。

IIIh-IIIh斷面(大店子):

斷面位于臨沂市東約12 km的大店子村附近，為查明東西向的臨沂一白鹿斷裂而布設，共施測可控源音頻大地電磁剖面測線1 200 m。

在反演的電阻率斷面圖(圖7)可見，表層電阻率較低(電阻率小于30Ωm)，對應第四系覆蓋層，下部的電阻率較高，在第33點處深部等值線不連續，表現為兩種電阻率大小不同的分界，南側地層電阻率為30～50Ωm，北側地層電阻率為50～100Ωm，表明此處地層不連續，有斷層存在。結合地質資料分析推斷此斷層即為臨沂-白鹿斷層。

圖7 大店子斷面可控源音頻大地電磁反演電阻率斷面

4 評價

本次物探工作，是在地質人員經遙感判釋，地質測繪等分析結果的指導下，有選擇地布設物探斷面，使物探工作做到有的放失，達到了事半功倍的效果。

本次工作基本查明了測區內主干斷裂和主要斷層的分布、規模、產狀以及基巖埋深等情況，滿足了地質對物探的要求，充分體現和發揮了綜合勘探的優勢。

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