城市隱伏活斷層主要工作方法初探

楊 旭，白志強(qiáng)

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871

城市隱伏活斷層主要工作方法初探

楊 旭，白志強(qiáng)

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871

隨著地球進(jìn)入新的活動(dòng)周期，地震發(fā)生的頻率越來越大.據(jù)目前研究可知，城市地震災(zāi)害主要是由于位于城市之下的活斷層突然快速活動(dòng)而產(chǎn)生的.活斷層為晚第四紀(jì)有活動(dòng)的斷層.自從20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)一直在探索活斷層探測(cè)的新方法.通過前人經(jīng)驗(yàn)及作者的工作經(jīng)歷，分析了活斷層的特性，對(duì)活斷層的探測(cè)方法加以總結(jié).活斷層探測(cè)方法分為3個(gè)大類：地球物理方法、地球化學(xué)方法和鉆孔聯(lián)合鉆探法.3種方法各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，若在某地活斷層探測(cè)工作中能將3種方法較好地結(jié)合起來，便能將活斷層探測(cè)的精度大大提高，提高工作效率.

活斷層；地球物理方法；地球化學(xué)方法；傳統(tǒng)地質(zhì)方法；地震災(zāi)害

0 前言

隨著全球城市化進(jìn)程的加速，城市地震災(zāi)害所造成的生命財(cái)產(chǎn)損失及對(duì)社會(huì)公共安全的沖擊日益嚴(yán)重.大量的地震實(shí)例告訴我們，巨大的城市地震災(zāi)害，主要是由位于城市之下的活斷層，突然快速錯(cuò)動(dòng)所導(dǎo)致的直下型地震引起的；而城市附近地震也可誘發(fā)城區(qū)活斷層的活動(dòng)，加重活斷層沿線建筑物的破壞和地面災(zāi)害.現(xiàn)今一般認(rèn)為活斷層是晚第四紀(jì)以來有活動(dòng)的斷層［1］，最早是在1908年由A.C.Lawson作為一個(gè)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的術(shù)語(yǔ)提出來的.早在20世紀(jì)二三十年代，我國(guó)科學(xué)家翁文灝（1922，1929）、謝家榮（1922）和陳國(guó)達(dá)（1938）便注意到地震與斷裂的關(guān)系［1］.20世紀(jì)80年代以來，隨著國(guó)際活動(dòng)斷裂的研究，我國(guó)城市活斷層的研究工作逐漸從定性轉(zhuǎn)向定量.在近幾十年的探索中發(fā)現(xiàn)地震都發(fā)生在活動(dòng)斷裂帶上，而活動(dòng)斷層不一定都發(fā)震［2］.因此，總結(jié)出一系列的探測(cè)方法，可以提高對(duì)于活斷層探測(cè)的精確程度，為減小地震等活斷層活動(dòng)引起的損失做出貢獻(xiàn).

在城市的建設(shè)和發(fā)展過程中，城市一般被不同厚度的第四紀(jì)松散沉積物所覆蓋.因此探測(cè)的目標(biāo)斷層大多數(shù)為隱伏斷層，僅僅依靠傳統(tǒng)的地表地質(zhì)地貌工作已不可能對(duì)斷層定位和活動(dòng)性進(jìn)行全面研究［3］.對(duì)于活斷層的研究方法，現(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的主要有地球物理方法、地球化學(xué)方法和傳統(tǒng)地質(zhì)探測(cè)等方法［3］，通過地球物理、地球化學(xué)等方法提出的定量佐證結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)方法可以對(duì)隱伏斷層進(jìn)行定位和活動(dòng)性的研究.綜合目標(biāo)區(qū)深部探測(cè)，地貌和遙感資料等與幾種方法結(jié)合起來可以使得對(duì)地下活斷層的定位和定量研究達(dá)到比較高的精度.

下文將分別闡述地球物理、地球化學(xué)以及傳統(tǒng)地質(zhì)探測(cè)在城市活斷層探測(cè)中的應(yīng)用流程與優(yōu)劣.

1 地球物理方法

地球物理方法顧名思義，就是指應(yīng)用物理方法對(duì)地球的內(nèi)部進(jìn)行一些探測(cè)工作.對(duì)活動(dòng)斷層的地球物理探測(cè)，目的是準(zhǔn)確查明地表附近活動(dòng)斷層的空間分布，確定其深部延伸情況，探測(cè)可能存在的隱伏活動(dòng)斷層，揭示地下介質(zhì)的特性和深部構(gòu)造環(huán)境［2，4］.對(duì)于活斷層的探測(cè)中常用的地球物理方法有：重力測(cè)量、高精度磁測(cè)、電法勘探、淺層地震波探測(cè)和深層地震波探測(cè)等，近年來又出現(xiàn)了精度更高的三維地震波探測(cè)的方法.由于篇幅所限，本文著重介紹目前應(yīng)用較多的淺層地震波探測(cè)和深層地震波探測(cè)法.

1.1 淺層地震波探測(cè)法

淺層高分辨地震勘探是城市活斷層淺部探測(cè)中最為有效的探測(cè)方法之一.淺層地震波探測(cè)法通常指埋深50 m之內(nèi)主要為第四系地層的探測(cè)［5］，主要是利用地震波來確定斷層的位置和縱向延伸情況.利用其在地震波剖面上豐富的波組特征，判定斷層的存在并確定其產(chǎn)狀等基本參數(shù).與其他方法相比，該方法在斷層定位及其特征的判定上具有較高的精度，在地震系統(tǒng)的活斷層探測(cè)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用.在現(xiàn)今的工作過程中，一般采用反射波法和折射波法［6］.其中反射波法地震勘探以反射界面為物理前提，能夠同時(shí)反映多個(gè)地層界面的形態(tài)，精確的成像能夠較直觀地顯示斷層在各個(gè)地層中的形態(tài).反射波多次覆蓋有利于壓制干擾，提高反射波的信噪比，進(jìn)一步提高反射波法的勘探效果，使得探測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確.折射波法適用于下伏介質(zhì)的速度高于蓋層的速度的條件,此時(shí)在盲區(qū)外就能接收到該界面上產(chǎn)生的折射波，利用折射波的走時(shí)可以確定界面的埋深和沿界面的地震波傳播速度.折射波適合于界面埋深和起伏不大的情況［6］.

淺層地震波探測(cè)法的工作流程一般為野外資料的搜集以及后期資料處理.首先根據(jù)目標(biāo)區(qū)場(chǎng)地條件確定合適的震源并確定實(shí)地測(cè)線布設(shè)位置，一般來講常用的震源有炸藥震源、錘擊震源、電火花震源、空氣槍、震源槍震源和可控震源等；采用地形圖結(jié)合地物、測(cè)繩量距的方法確定炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，每條測(cè)線端點(diǎn)、拐點(diǎn)及地面易辨認(rèn)的標(biāo)志物（如溝渠、橋頭、電線桿、里程碑等）的坐標(biāo)用GPS測(cè)定；然后將搜集回來的地震波資料進(jìn)行后期處理，即將地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地質(zhì)數(shù)據(jù).考慮到淺層地震波法易受到干擾并要求分辨率較高的問題，應(yīng)消減干擾波，突出有效波，突出高頻信息，最終獲得較高的分辨率的時(shí)間剖面（圖1）.一般為經(jīng)過去噪處理后結(jié)合地質(zhì)資料的對(duì)比分析［7］，來進(jìn)行隱伏斷層的識(shí)別和解釋，確定斷層位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)、錯(cuò)動(dòng)量、上斷點(diǎn)等特征［8-9］.

從圖1可以看出，斷層右側(cè)T5波向東不斷抬升，明顯傾斜且角度變大，其上的T1波、T2波產(chǎn)狀近水平；而斷層左側(cè)一定的范圍內(nèi)，T1波、T2波則由水平突然變得傾斜、彎曲，同時(shí)找不到與右側(cè)相對(duì)應(yīng)的T5波.斷層的存在明顯，向上錯(cuò)斷了T12波.該斷層為傾向西的正斷層，視傾角超過45°，頂端埋深約為十幾米［10］.

圖1 湯東斷裂在一條測(cè)線上的時(shí)間剖面圖（據(jù)文獻(xiàn)［10］修改）Fig.1 Time section of the Tangdong fault along a survey line（Modified from Reference［10］）

城市活斷層的淺層地震波探測(cè)法與傳統(tǒng)的野外地質(zhì)工作方法相比，具有工作量小、較易獲得可信度高的數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)淺層地震勘探不僅可以用來確定斷層的位置和產(chǎn)狀，而且可以用來判定地層的變形特征和斷層的活動(dòng)時(shí)代，在現(xiàn)今的城市活斷層探測(cè)工作中有著廣泛的應(yīng)用.但是淺層地震波探測(cè)法也有著目前難以解決的工作難點(diǎn).首先，淺層地震波探測(cè)法對(duì)于走滑斷層的探測(cè)難以取得較好的效果.走滑斷層的垂直斷距較小，因此在淺層地震反射剖面中很難直接依靠反射層的錯(cuò)動(dòng)判定斷層的存在.需根據(jù)斷層附近存在的斷層帶造成反射界面不連續(xù)的現(xiàn)象，來綜合判斷斷層的存在和其位置［4］.此外，淺層地震波探測(cè)容易受到一些外界因素的影響.城市地區(qū)的淺層地震勘探主要受到交通和機(jī)械振動(dòng)的干擾，必須采取切實(shí)可行的針對(duì)性措施，通過選擇合適的震源、合理的技術(shù)方案和資料處理手段，最大限度地抑制干擾，提高信噪比［2］，才能獲得可信度較高的成果.

1.2 深層地震波探測(cè)法

深層地震波探測(cè)法要比淺層地震波探測(cè)法所探及的深度大，其探測(cè)目的是查明活動(dòng)斷裂的切割深度以及其是否具有深度背景，一般可達(dá)莫霍面（42～45 km）的深度［11］，可以探測(cè)某地區(qū)地殼幾何結(jié)構(gòu)特征，以及相關(guān)地震區(qū)的深部發(fā)震構(gòu)造特征及淺部主要活斷層向深部的延伸情況、深淺構(gòu)造藕合關(guān)系，特別是前人提出的“底腹斷層”的存在與否，及其與深部構(gòu)造、淺表斷層的關(guān)系.由于必須采用爆炸源，該方法主要適合在城區(qū)外圍對(duì)主要活動(dòng)斷層和深部隱伏斷層進(jìn)行探測(cè)［4］.

深層地震波探測(cè)法的工作流程與淺層地震波法類似，都是野外資料的收集結(jié)合后期的數(shù)據(jù)處理過程.但是深層地震波探測(cè)法要注意以下幾個(gè)方面.

首先，對(duì)于層位的選擇至關(guān)重要，一般在實(shí)驗(yàn)前會(huì)做井深試驗(yàn)，其目的是選擇一個(gè)最佳的激發(fā)層位，使在該層位激發(fā)能夠獲得高頻率、單一穩(wěn)定波形及高信噪比的目的層反射波［12］.選擇激發(fā)層位時(shí)要考慮3個(gè)方面：一要充分考慮避開聲波、面波、低頻不規(guī)則干擾波；二是要充分考慮激發(fā)層位巖性對(duì)反射波的影響，激發(fā)層位巖性不同，所形成的反射波的頻率、波形和振幅就不同；三是要考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，以能獲得最佳地質(zhì)效果而又經(jīng)濟(jì)的孔深為原則［13］.

其次，在數(shù)據(jù)解釋的過程中，應(yīng)參考工作區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征，綜合疊加資料，開展剖面對(duì)比和地層標(biāo)定，完成構(gòu)造解釋.構(gòu)造解釋主要是分析地震波場(chǎng)、識(shí)別構(gòu)造單元（特別是斷裂構(gòu)造）、分析深淺部構(gòu)造特征.

在城市地區(qū)采用深層地球物理方法探測(cè)活斷層的深部特征，詳細(xì)了解淺部構(gòu)造與深部構(gòu)造之間的關(guān)系，對(duì)于判斷活動(dòng)斷層的地震危險(xiǎn)和預(yù)測(cè)可能的地震震級(jí)與震中位置等具有重要意義.

1.3 三維地震探測(cè)方法

在上述討論的地球物理方法中，以上兩種方法都是建立在二維平面的基礎(chǔ)上對(duì)活斷層進(jìn)行淺部或深部探測(cè).近年來，三維地震探測(cè)方法逐漸成熟，其數(shù)據(jù)量大，偏移歸位準(zhǔn)確，橫向分辨率高，有利于復(fù)雜構(gòu)造和小構(gòu)造的研究［14］.三維深地震測(cè)深的觀測(cè)系統(tǒng)不是沿一條縱向測(cè)線，而是由多條邊（即多條剖面）組成的任意形狀（不規(guī)則三角形或多邊形）.爆炸觀測(cè)是在三維空間進(jìn)行，任意一個(gè)炮點(diǎn)的爆炸觀測(cè)既有縱剖面又有非縱剖面的記錄觀測(cè)［12］.三維地震探測(cè)法的一般流程為野外數(shù)據(jù)的采集以及后期對(duì)數(shù)據(jù)的處理過程.

三維地震探測(cè)是在二維地震探測(cè)的基礎(chǔ)上建立三維模型，形成立體圖像來對(duì)地下活斷層進(jìn)行解譯.三維地震采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得到的是一個(gè)數(shù)據(jù)體，可對(duì)斷層進(jìn)行立體追蹤，而且三維偏移能實(shí)現(xiàn)反射界面準(zhǔn)確歸位，在地層傾角較大、構(gòu)造較復(fù)雜地區(qū)較二維地震勘探有明顯優(yōu)勢(shì)［15］.夏訓(xùn)銀［5，14］（2010）在順義新城規(guī)劃區(qū)用三維地震勘探進(jìn)行了城市活斷層探測(cè)，對(duì)工作區(qū)內(nèi)順義-良鄉(xiāng)斷層中深部空間形態(tài)和展布進(jìn)行了高精度控制.

高分辨率三維地震探測(cè)深度范圍大、精度高，成果顯示直觀，也很容易轉(zhuǎn)換為地質(zhì)成果.三維地震探測(cè)得到的數(shù)據(jù)可以垂直斷層走向，任意切割剖面，避免了二維地震探測(cè)中障礙物限制造成的測(cè)線與斷層斜交的問題，可以較清楚地顯示斷層的展布方向和相互切割關(guān)系［15］，在淺、中、深層的構(gòu)造勘探中具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì).但城市活斷層探測(cè)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的課題，要求的目的深度范圍變化很大，通常要求從幾米、十幾米到上千米，對(duì)三維地震觀測(cè)系統(tǒng)的要求極高，這樣施工的成本非常高.在城市活斷層探測(cè)中應(yīng)根據(jù)要求，對(duì)不同的城市環(huán)境、地震地質(zhì)條件合理選取三維地震的觀測(cè)系統(tǒng)，以獲得較好的勘探效果.

城市地球物理探測(cè)與傳統(tǒng)的野外工作相比還面臨著許多困難.城市建筑和公共設(shè)施制約了探測(cè)工作的設(shè)計(jì)和施工，工業(yè)生產(chǎn)、公共交通和居民生活對(duì)探測(cè)工作產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾.在城區(qū)開展地球物理探測(cè)，需要對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)方法進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，提高探測(cè)的抗干擾能力和分辨率.同時(shí)，應(yīng)針對(duì)城市地區(qū)的特點(diǎn)，采用多種有效方法進(jìn)行綜合地球物理探測(cè)與解釋，得到更加可靠的地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)和活斷層分布圖像［4］.

2 地球化學(xué)方法

地球化學(xué)探測(cè)是通過捕捉、識(shí)別和確定地層中的異常點(diǎn)、暈或異常帶的空間位置和它們隨時(shí)間的變化特征來探查活斷層的存在，為進(jìn)一步開展活斷層探測(cè)提供依據(jù).地球化學(xué)探測(cè)的主要測(cè)項(xiàng)包括氣體和超細(xì)固體顆粒［16］，在城市活斷層探測(cè)中一般利用土壤氣含量的不同來獲得活斷層的位置特征.測(cè)定的組分一般為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易受環(huán)境影響而發(fā)生變化的物質(zhì)，如Rn、Hg、CH4及其他碳?xì)浠衔铮约耙恍怏w同位素，如3He/4He等.目前，在活動(dòng)斷層的地球化學(xué)探查中的主要測(cè)項(xiàng)為Hg和Rn.Hg量測(cè)量常采用土壤氣汞和土汞相結(jié)合的方法進(jìn)行配套探測(cè)，氡（Rn）測(cè)量主要有α粒子測(cè)量、γ射線測(cè)量和土壤氡氣測(cè)量.活動(dòng)斷裂地球化學(xué)探查的野外現(xiàn)場(chǎng)采樣主要是通過深1 m左右的淺孔進(jìn)行的，通常使用空心的鉆進(jìn)工具，并將Teflen類毛細(xì)管與鉆具的空心管相連接，應(yīng)用大氣采樣器定流量、定時(shí)間抽氣采樣，樣品測(cè)試分析可在現(xiàn)場(chǎng)就地進(jìn)行［16］.

下面以土氡氣的探測(cè)為例介紹城市活斷層的地球化學(xué)探測(cè)方法.目前利用土壤中氡氣含量的變化來探測(cè)活斷層已經(jīng)是一種比較成熟的方法.土壤中氡氣的測(cè)量具有精度高、污染小、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn).

地殼放氣的主要通道是斷層，特別是對(duì)于一些穿透能力強(qiáng)的氣體.氣體地球化學(xué)探測(cè)技術(shù)是一種尋找隱伏斷層位置的方法.地球內(nèi)部在壓力差、濃度差、溫度差等因素作用下，不同成因的氣體會(huì)通過斷層向地表遷移并逸出.可以通過活斷層上地球氣體釋放的氣體強(qiáng)度變化的異常信息來探測(cè)活動(dòng)斷層的位置.王志成［17］研究認(rèn)為，斷層氣含量的異常幅度值與斷層的活動(dòng)年代和強(qiáng)度有一定的聯(lián)系.不活動(dòng)斷裂的氡氣測(cè)值不超過異常下限值，而活動(dòng)性較強(qiáng)斷裂的異常峰值可達(dá)背景值的7倍多甚至十幾倍［18］，因此從異常的峰值可以對(duì)斷裂的活動(dòng)性做出初步判斷.

氡是鐳放射性元素的衰變產(chǎn)物，一種放射性氣體，有3個(gè)天然同位素，222Rn是最重要的同位素，半衰期為3.825 d.因?yàn)殡钡耐凰鼐鶎俣栊詺怏w，在運(yùn)移過程中不參與化學(xué)反應(yīng).氡氣由于其本身的性質(zhì)，具有較強(qiáng)的縱向運(yùn)移能力而且能夠長(zhǎng)距離運(yùn)移.有研究表明，在淺層土壤中，氡氣的含量隨著深度的增加而變化，其含量變化的原因是氡氣流動(dòng)形式的機(jī)制不同.在近地表，由于風(fēng)化作用和其他地質(zhì)作用強(qiáng)烈，土壤的疏松程度和裂隙程度加大，那么，氡氣的向上流動(dòng)速度和強(qiáng)度便會(huì)變慢.此時(shí)，氡氣的運(yùn)移主要是擴(kuò)散作用，即深部縱向運(yùn)動(dòng)的氡氣濃度會(huì)在近地表降低，因此，氡氣含量值不會(huì)出現(xiàn)明顯的突變［19］.隨著深度的加深，氡氣的運(yùn)移從擴(kuò)散作用逐漸轉(zhuǎn)化成縱向的運(yùn)動(dòng).斷層處巖石的破碎程度較大，且裂隙發(fā)育，連通好，有利于氡氣的釋放和向上運(yùn)移，在斷層上部的土壤中形成氡的富集帶.測(cè)量斷層上部氡的濃度可以查明隱伏斷層位置并從地球化學(xué)角度對(duì)其活動(dòng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)［20］.在斷層出現(xiàn)的地區(qū)，氡的含量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該地區(qū)其他位置的背景值.圖2中表示的是Ciotoli等（1998）在意大利中部Fucino盆地測(cè)線3的探查結(jié)果.1915年在該盆地區(qū)曾發(fā)生一次7級(jí)地震，產(chǎn)生地表斷錯(cuò).在這條測(cè)線上，Rn異常向斷層陡坎（OFS）偏移［16，21］.現(xiàn)今測(cè)氡采用的儀器一般為FD-3017Ra A智能化測(cè)氡儀［22-23］.它是一種新型的瞬時(shí)測(cè)氡儀器，可以定量測(cè)量土壤或水中氡濃度.其特點(diǎn)是沒有探測(cè)器污染問題，也不存在氡射氣的干擾影響，并且具有較高的靈敏度，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)可獲取結(jié)果.現(xiàn)今一般的野外工作流程為，在晴朗干燥的天氣條件下，用鋼釬在土壤中打一個(gè)深約50 cm的小孔，然后將已排空的取樣器插入其中，用抽氣筒抽出土壤氣體以便進(jìn)行氡的富集，之后進(jìn)行測(cè)量，讀取脈沖計(jì)數(shù)［20］.在重點(diǎn)點(diǎn)位采取多次取樣的原則，以提高取樣結(jié)果的準(zhǔn)確性.然后按測(cè)量剖面線路統(tǒng)計(jì)土壤氡濃度背景值，并采用算術(shù)平均法計(jì)算該剖面線路的土壤氡濃度背景值；按土壤氡濃度背景值加倍做標(biāo)準(zhǔn)差，分別作為偏高值、相對(duì)高值區(qū)域和異常區(qū)域的分界線［22］.

圖2 意大利Fucino盆地地球化學(xué)探測(cè)結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)［16，21］）Fig.2 Geochemical prospecting result in the Fucino basin,Italy（From References［16,21］）

但是，土壤氣體地球化學(xué)方法也有一定的不足，這種方法較易受到取樣點(diǎn)周圍環(huán)境的影響，如天氣、第四紀(jì)巖層厚度、地層結(jié)構(gòu)、濕度、地下水源狀況等.此外這種方法給出的斷層位置比較寬，而且不是每條測(cè)線異常都明顯，對(duì)于異常不明顯的測(cè)線，斷層位置就難以確定.此外，若地下土壤層土質(zhì)不均勻或是潛水面較淺的地層中，所得到的測(cè)量結(jié)果也會(huì)受到影響.但同時(shí)，若在各種條件適宜的情況下進(jìn)行地球化學(xué)探測(cè)，可以較快地獲得活動(dòng)斷層的相關(guān)情況，如斷層上斷點(diǎn)的位置等等，為野外地質(zhì)探測(cè)能夠提供較好的定量依據(jù).

3 傳統(tǒng)地質(zhì)方法

現(xiàn)今城市多位于平原區(qū)或盆地區(qū)，地表被第四紀(jì)松散沉積物所覆蓋，野外的活斷層鉆探仍然是活斷層探測(cè)工作的重要方法.若要高效準(zhǔn)確地完成城市活斷層探測(cè)工作，鉆探工作開展之前了解目標(biāo)區(qū)的區(qū)域地質(zhì)地貌概況就顯得十分必要.地質(zhì)地貌概況一般可以通過遙感資料分析和當(dāng)?shù)氐匦螆D、石油、水文鉆孔等資料做初步了解.根據(jù)前期資料分析，野外鉆探工作也可以分為兩類：對(duì)于上斷點(diǎn)埋深較淺（一般為小于10 m）［16］的活斷層，采用深挖探槽的方式即可對(duì)斷層特征進(jìn)行研究；對(duì)于埋藏較深的活斷層，可以采用野外鉆孔施工的方法來開展工作.

3.1 探槽探測(cè)方法

一般經(jīng)前期工作顯示目標(biāo)斷層上斷點(diǎn)埋深小于10 m時(shí)，我們可以選擇探槽法來對(duì)活斷層進(jìn)行探測(cè)和分析.探槽要具有一定的規(guī)模，不能太小，以盡可能完整地揭露斷層活動(dòng)的歷史.探槽的開挖地點(diǎn)一般選擇在斷層出露地段的一些關(guān)鍵地點(diǎn)，特別是具有關(guān)鍵作用的斷錯(cuò)微地貌分布地段，在此處探槽可以揭示活斷層最新活動(dòng)后留下的痕跡.組合探槽和多探槽對(duì)比是恢復(fù)斷層活動(dòng)過程和古地震完整性的辦法之一.探槽開挖完成后，首先應(yīng)對(duì)探槽剖面進(jìn)行仔細(xì)觀察和分析，以掌握探槽剖面所反映的活動(dòng)構(gòu)造的總體特征，確定各次事件及其標(biāo)志，必要時(shí)可以取測(cè)年和古生物樣品，然后再進(jìn)行編錄.在描述巖性的過程中要做出初步判斷，以便后期與周圍地層對(duì)比；同時(shí)，要對(duì)斷層帶的位置及寬度加以特別的注意和記錄，要注意識(shí)別探槽中斷層的多次錯(cuò)動(dòng).槽探法不適用于沉積物堆積松散的地區(qū)和地球物理探測(cè)結(jié)果顯示上斷點(diǎn)埋藏較深的地區(qū).

3.2 鉆孔鉆探方法

對(duì)于深度較大，開挖探槽不足以露出上斷點(diǎn)的斷層可以采用鉆孔鉆探識(shí)別活斷層的方法.目前，在城市活動(dòng)斷層探測(cè)和斷層活動(dòng)性評(píng)價(jià)工作中主要有2種類型的鉆孔：第1類是在目標(biāo)區(qū)內(nèi)不同的有代表性地區(qū)打標(biāo)準(zhǔn)孔，對(duì)鉆孔巖心進(jìn)行精細(xì)地層劃分及系統(tǒng)測(cè)年和測(cè)井，研究第四紀(jì)地質(zhì)演化和環(huán)境變遷；第2類是選擇地球物理探測(cè)中可靠程度較高的典型剖面，開展小間距聯(lián)合鉆探剖面工作，這是為了在地球物理探測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)孔探測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)斷層定位及斷層活動(dòng)性進(jìn)行研究.由于第四紀(jì)地層巖相變化大，而且城市活動(dòng)斷層探測(cè)要求的定位精度高，一般來說，聯(lián)合鉆探剖面中斷層兩側(cè)鉆孔的間距一般在10～20 m，很多時(shí)候可直接在鉆孔中發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷層的斷層面.在鉆探的過程中，要注意回次進(jìn)尺的深度及采心率以保證各層位沒有缺失和研究結(jié)果的準(zhǔn)確率.同時(shí)，注意采集測(cè)年和古生物樣品，同時(shí)對(duì)于特征層位進(jìn)行影響記錄或者取樣保存.采集的樣品要能滿足各時(shí)段地層劃分的需要；要注意采集有意義的測(cè)年樣品，主要地層單元和每個(gè)事件層的年代樣品控制一般年代樣品采樣間隔一般為1 m，古生物樣品根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行采樣；對(duì)于晚更新世晚期以來的地層，采樣間距可以更小，可以采集測(cè)年精度高的14C樣品，同時(shí)可以根據(jù)具體情況采用多手段（如TL、孢粉等）相互配合，進(jìn)行綜合對(duì)比分析.通過以上鉆孔施工，我們可以對(duì)比同深度不同鉆孔的巖性以及同層位不同鉆孔巖心的年齡，以確定該區(qū)域是否可能存在斷錯(cuò)，以及若存在斷錯(cuò)其上斷點(diǎn)的位置.此外，巖心的巖性描述也尤為重要，鉆孔鉆探過程中需要對(duì)巖心巖性做出初步判別，若偏差較大會(huì)造成多孔對(duì)比不具可比性，使得探測(cè)失去意義.在進(jìn)行鉆孔剖面對(duì)比時(shí)，應(yīng)遵從巖性段對(duì)比和標(biāo)志層對(duì)比相結(jié)合的原則對(duì)剖面上各鉆孔柱狀圖進(jìn)行詳細(xì)比較，對(duì)關(guān)鍵層位要慎重判別，區(qū)分構(gòu)造成因和非構(gòu)造成因.對(duì)斷層兩側(cè)同一地層厚度的差異、斷層和斷距的分布和變化、上斷點(diǎn)的位置等，均要十分仔細(xì)和特別慎重地加以研究.

傳統(tǒng)地質(zhì)方法在應(yīng)用上依然是城市活斷層探測(cè)工作的主要方法，但是這種方法具有耗時(shí)長(zhǎng)、受外界客觀因素影響大等缺點(diǎn).因此在現(xiàn)今工作中，若條件允許，一般都在獲得地球物理或者地球化學(xué)的定量數(shù)據(jù)以后，選取精準(zhǔn)地點(diǎn)開始探槽或鉆探工作.但不得不提到的是，探槽或鉆探工作得到的成果的精確度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述地球物理或地球化學(xué)方法所獲得的成果.

4 結(jié)論與討論

我國(guó)的活斷層工作開始雖然較早，但一直處于一個(gè)學(xué)習(xí)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和自我探索的過程中，經(jīng)過幾代人的努力，雖然總結(jié)出了一系列定性與定量的研究方法，但由于城市是一個(gè)人口與建筑密集，地下情況復(fù)雜的集合體，對(duì)于城市活斷層高精度的探測(cè)還會(huì)一直是一個(gè)復(fù)雜的過程.地球物理探測(cè)方法和地球化學(xué)探測(cè)法能為活斷層的探測(cè)提供定量的數(shù)據(jù)依據(jù).同時(shí)充分利用前人資料，對(duì)斷層分布及其可能的空間位置和產(chǎn)狀等做出初步分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)斷層周圍進(jìn)行傳統(tǒng)的地質(zhì)工作能夠更好地了解目標(biāo)斷層，對(duì)目標(biāo)斷層的可靠性做出適當(dāng)評(píng)價(jià).

從已開展的城市活斷層探測(cè)實(shí)踐來看，隨著精度要求的提高，單一的依靠某一種方法對(duì)活斷層進(jìn)行定位和評(píng)價(jià)一般來講是不精確的.通過上述不同方法的聯(lián)合探測(cè)與解釋，會(huì)對(duì)不同深度以及不同位置的斷層進(jìn)行較好的定位［12］.地球物理方法和地球化學(xué)方法能夠初步提供活斷層的位置和上斷點(diǎn)信息，也為標(biāo)準(zhǔn)孔布設(shè)提供了范圍.通過鉆孔或探槽鉆探的結(jié)果可以驗(yàn)證之前地球物理及地球化學(xué)方法的準(zhǔn)確性，為城市活斷層的定位和活動(dòng)性分析提供較為準(zhǔn)確的研究結(jié)果［24-25］.因此，若條件允許，在活斷層探測(cè)的工作中應(yīng)將幾種方法有機(jī)結(jié)合起來，對(duì)探測(cè)的目標(biāo)活斷層進(jìn)行全面分析才能獲得更好的效果.

對(duì)于活斷層的研究，我國(guó)的學(xué)者還處于一個(gè)探索的階段，在以后的研究中應(yīng)更注重對(duì)于斷層的活動(dòng)時(shí)代及斷層的性質(zhì)的定量研究，這樣才能更好地為城市建設(shè)服務(wù)，減少活斷層引起的地震給人類帶來的損失.

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ANALYSIS OF THE MAIN METHODS OF ACTIVE FAULT DETECTING IN URBAN AREAS

YANG Xu,BAI Zhi-qiang
School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871,China

With entering into new active period of the earth,earthquakes take place more frequently.According to recent researches,earthquake disasters in urban areas are mainly caused by the underlying active faults.Active faults are those moved since Late Quaternary.Since 1990s,new methods for active fault detecting have been explored.This paper analyzes the properties of active faults and summarizes the detecting methods for active faults on the basis of previous practices and the authors'experiences.The methods of active fault detecting can be generally classified into three aspects, i.e.,geophysical methods,geochemical methods and borehole drilling methods.The three methods all have their own advantages and disadvantages.If engineers combine the three methods in active fault detecting,they will achieve their work much more accurately and effectively.

active fault;geophysical method;geochemical method;traditional geological method;earthquake disaster

2015－06－18；

2015-11-26.編輯：張哲．

楊旭（1986—），女，博士研究生，古生物學(xué)與地層學(xué)專業(yè)，主要從事第四紀(jì)城市活斷層相關(guān)研究，通信地址北京市海淀區(qū)頤和園路5號(hào)，

E-mail//yxpku@pku.edu.cn

白志強(qiáng)（1956—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事綜合地層學(xué)研究，E-mail//zqbai@pku.edu.cn

1671-1947（2016）06-0589-04

P575.1

A