綜合物探法在城市斷層調(diào)查中的應(yīng)用

王囅囡

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三五隊(duì)）

城市地質(zhì)調(diào)查是城市規(guī)劃發(fā)展的重要基礎(chǔ)調(diào)查工作，而斷層探測(cè)尤為重要。斷層是地殼中的一種構(gòu)造性斷裂，是地震活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式之一，也是誘發(fā)城市地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，通過(guò)對(duì)城市斷層的探測(cè)和研究，可以有效提高城市的防災(zāi)減災(zāi)能力，保障城市的安全穩(wěn)定發(fā)展。城市斷層探測(cè)的方法主要包括地質(zhì)勘探［1-2］、遙感技術(shù)［3］、地球物理勘探［4-8］等。其中，地質(zhì)勘探是最為常用的調(diào)查方法，其通過(guò)地表地質(zhì)測(cè)繪及地表巖石、土壤、地下水等化學(xué)分析，可以初步判斷出可能存在的斷層位置和性質(zhì)。遙感技術(shù)則是利用衛(wèi)星、航空等高空平臺(tái)獲取的影像數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像處理和解譯，可以發(fā)現(xiàn)地表上一些與斷層相關(guān)的特征，如線狀構(gòu)造、地貌變化等，該方法無(wú)法獲得地下隱伏斷層的信息，適用于初期大面積區(qū)域構(gòu)造普查工作。地球物理勘探則是通過(guò)測(cè)量與分析地下電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、地震波場(chǎng)等地球物理場(chǎng)規(guī)律，間接推測(cè)地下構(gòu)造和巖性變化，進(jìn)而確定斷層位置和規(guī)模的無(wú)損探測(cè)方法。該方法探測(cè)效率高，可獲得物探測(cè)線范圍內(nèi)地下介質(zhì)電阻率、波速、密度、磁場(chǎng)強(qiáng)度的剖面成果，結(jié)合地質(zhì)資料與鉆探成果，可最大程度兼顧城市地下斷層調(diào)查的精度與成本。本文將微動(dòng)面波法、高密度電法與可控音頻大地電磁法用于惠州市區(qū)主要基底斷裂探測(cè)，分析了斷層的異常規(guī)律，物探成果與地質(zhì)資料較吻合，研究成果為惠州市國(guó)土空間規(guī)劃、重大工程規(guī)劃建設(shè)與城市管理等提供基礎(chǔ)性信息服務(wù)。

1 惠州斷裂地質(zhì)背景及空間分布形態(tài)

惠州市處于蓮花山脈西南麓，為粵東平行嶺谷的西南段，地貌類(lèi)型復(fù)雜。大部份地區(qū)屬中低山丘陵地貌，群山環(huán)抱，大多數(shù)山脈為北東走向，山脈走向與主要構(gòu)造線走向相一致。本專(zhuān)項(xiàng)工作范圍主要包括惠州斷裂調(diào)查區(qū)，惠州斷裂切穿的地層從老到新主要有泥盆系老虎頭組（D2-3l）石英砂巖，夾粉砂巖、泥巖、三疊系小坪組（T3x）濱海沼澤相含煤碎屑巖，夾砂巖泥巖，侏羅系金雞組（J1j）粉砂巖夾石英砂巖，古近系丹霞組（K2E1d）砂質(zhì)、泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖及砂礫巖，第四系地層（Qp）主要為河流沖（淤）積層粉砂、細(xì)砂、粗砂、礫石、黏土等。調(diào)查區(qū)南東側(cè)三棟鎮(zhèn)附近與中部惠城區(qū)龍豐街道附近有較大面積花崗斑巖出露，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，中粒花崗結(jié)構(gòu)，巖體與侏羅系金雞組地層呈侵入接觸，并使圍巖具有接觸變質(zhì)現(xiàn)象，與古近系丹霞組地層呈斷層接觸。

出露于調(diào)查區(qū)中部惠城區(qū)龍豐街道附近的半徑洞巖體（γδJ3）呈巖株?duì)町a(chǎn)出，面積約16.6 km2，巖性為晚侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖，巖石呈灰白色，細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由鉀長(zhǎng)石（含量約17%）、斜長(zhǎng)石（含量約43%）、石英（含量約30%）、黑云母（含量約5%）、角閃石（含量約5%）。巖體與侏羅系金雞組（J1j）地層呈侵入接觸。該區(qū)的斷裂構(gòu)造主要有惠州斷裂，出露于調(diào)查區(qū)洪田壩—下馬莊一帶，斷裂總體出露長(zhǎng)19.70 km，寬10～60 m，最寬達(dá)100 m 以上，沿走向呈舒緩波狀，總體走向135°～150°，傾向45°～60°，傾角65°～75°，為張性斷裂。破碎帶分為斷層角礫巖帶、片理化帶和構(gòu)造透鏡體帶。斷裂控制并切錯(cuò)白堊紀(jì)侵入巖體，造成侏羅系金雞組（J1j）與古近系丹霞組（K2E1d）呈斷層接觸。

據(jù)已有資料分析，斷裂主要活動(dòng)在燕山晚期—喜山期，活動(dòng)規(guī)律以張性、壓扭性、張扭性交替進(jìn)行，在早白堊世為順鐘向張、張扭性活動(dòng)，形成斷陷盆地，盆地沉積丹霞組紅色磨拉石建造。惠州斷裂控制的惠州斷陷盆地中沉積的丹霞組地層中普遍發(fā)育北西、北東及東西向3 組正斷層，組合成地壘或疊瓦狀構(gòu)造形式，并伴隨出現(xiàn)寬展型牽引褶皺。惠州斷裂帶中的紅色斷層角礫巖又被后期產(chǎn)生的片理切割，并擠壓破碎呈松散狀，少數(shù)角礫又經(jīng)圓化。據(jù)不同剖面、不同結(jié)構(gòu)面上采取的熱釋光測(cè)年結(jié)果，證實(shí)斷裂在晚更新世就有3 次以上不同力學(xué)性質(zhì)活動(dòng)。由西往東逐級(jí)形成（海拔140～200 m，50～60 m，35～45 m，15～20 m）4 級(jí)夷平面。每級(jí)夷平面均為1 條北西向斷裂分隔，其中馬房嶺斷裂西盤(pán)上升，造成Ⅱ級(jí)夷平面，其上的河流Ⅱ級(jí)階地作為基座階地出露地表并遭到剝蝕，厚度變薄，東盤(pán)下降造成Ⅰ級(jí)夷平面，該處的河流Ⅱ級(jí)階地則成為埋藏階地。說(shuō)明惠州市片區(qū)金山新城附近東部在挽近時(shí)期仍在繼續(xù)沉降，接受沉積，而且沉積中心有由西往東遷移的趨勢(shì)。

惠州斷裂主要出露于惠州市惠城區(qū)，從惠城區(qū)南部三棟鎮(zhèn)開(kāi)始，呈北西方向延伸，北至東江北側(cè)白石村附近，隱伏于第四系之下（由物探工作探測(cè)及鉆探揭露驗(yàn)證），通過(guò)衛(wèi)星遙感反應(yīng)為北西向線性構(gòu)造，其兩側(cè)地形地貌完全不同。惠州斷裂總體出露長(zhǎng)19.70 km，寬10～71.27 m，最寬達(dá)100 m 以上，走向315°～330°，傾向45°～60°，傾角40°～75°。但在其南段，其地表較窄，至江北白石村裂切穿北東向潼湖斷裂，在冷水坑村附近切穿北東向樟木頭斷裂并南延，至南麓院附近有另一分支斷裂，其為1條切割第四系斷層，為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。惠州斷裂具有明顯的分帶性，主要有斷層角礫巖帶、片理化帶、構(gòu)造透鏡體及碎裂巖化帶。力學(xué)性質(zhì)具張性、壓扭性、張扭性多期次交替轉(zhuǎn)換特征。

2 調(diào)查區(qū)物探工作方法的確定

本次工作主要在惠城區(qū)中心城區(qū)開(kāi)展，工作任務(wù)是查明惠州斷裂是否由東江南岸往北西延伸穿過(guò)東江北岸，及惠州斷裂的產(chǎn)出位置、產(chǎn)狀和深部延伸情況。

調(diào)查區(qū)的沉積巖中泥巖、砂巖、礫巖及變質(zhì)巖中的板巖電阻率值范疇均在101～103 Ω·m；而巖漿巖中花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖及變質(zhì)巖中的石英巖電阻率值范疇均在102～105 Ω·m。地層巖性之間、侵入巖、變質(zhì)巖及構(gòu)造帶，均有不同的電性差異，為區(qū)內(nèi)開(kāi)展可控源音頻大地電磁測(cè)量和高密度電法測(cè)量工作提供了地球物理?xiàng)l件。

調(diào)查區(qū)上部覆蓋層主要為第四系松散層，基巖與覆蓋層之間波速及密度差異明顯，二者之間存在明顯的波阻抗差異，故基巖頂面為良好的地震波反射界面，若斷裂、破碎、軟弱層等在地震時(shí)間剖面圖上將出現(xiàn)反射波組同相軸的錯(cuò)動(dòng)、不連續(xù)或能量減弱、繞射波出現(xiàn)等異常特征，調(diào)查區(qū)的第四系、強(qiáng)風(fēng)化巖層和中風(fēng)化巖層之間存在明顯的橫波波速差異，不同巖層之間的波速差異為開(kāi)展微動(dòng)探測(cè)法工作提供了地球物理?xiàng)l件。

根據(jù)惠州斷裂的特征，其在惠城區(qū)中心城區(qū)總體呈北西走向，因此物探工作的方向以北東方向?yàn)橹?，局部因其他受影響因素變?yōu)榻鼥|西向，但總體呈大角度相交，具體為微動(dòng)面波法測(cè)線北東方向布置，高密度電法測(cè)線北東向偏東布置，可控音頻大地電磁法測(cè)線近東西向布置（圖1）。

3 典型物探測(cè)線布置及成果分析解釋

3.1 微動(dòng)面波法測(cè)線ZW5

在調(diào)查區(qū)北西側(cè)東江北岸豐文凹水閘附近布設(shè)微動(dòng)探測(cè)線ZW5，測(cè)線整體方位約35°，臺(tái)間距為2.5 m，線長(zhǎng)為245 m。測(cè)線沿線為第四系覆蓋區(qū)，地表無(wú)斷裂出露。圖2 為微動(dòng)測(cè)線ZW5 視橫波速度剖面成果，可以看出，橫波速度剖面在點(diǎn)號(hào)1 060～1 110、1 160～1 240 及1 390～1 450 區(qū)域共出現(xiàn)4 處速度等值線向下凹陷的相對(duì)低速區(qū)域，編號(hào)W5-1、W5-2、W5-3和W5-4。其中，W5-2 和W5-3 異常分別位于點(diǎn)號(hào)1 170 和1 230 處，2 處異常視速度大體介于300～900 m/s，標(biāo)高介于-107～-7 m，2 處異常之間的低速帶推測(cè)為巖石局部破碎區(qū)，破碎區(qū)埋深約30 m，整體傾向東，視傾角約70°，推測(cè)破碎帶延伸深度約150 m。

根據(jù)面波分析成果在點(diǎn)號(hào)1 240 位置附近布置鉆孔ZK02-2，鉆孔終孔孔深185 m，于孔深94～176.3 m 揭露到了惠州斷裂，視厚度82.30 m，真厚度約71.3 m，斷裂具有明顯分帶性，主要由構(gòu)造角礫巖帶和碎裂巖帶交替組成，多見(jiàn)構(gòu)造角礫呈定向排列，局部劈理化發(fā)育，中軸角為30°～50°。斷層上盤(pán)、下盤(pán)地層均為泥盆系老虎頭組（D2l），巖性主要為砂巖、粉砂巖等。

3.2 高密度電法測(cè)線GD4

在調(diào)查區(qū)北西側(cè)東江南岸江南大道附近布設(shè)了高密度電法測(cè)線GD4，測(cè)線方向約14°，點(diǎn)距10 m，測(cè)線長(zhǎng)750 m。該測(cè)線沿線為第四系覆蓋區(qū)，地表無(wú)斷裂出露。圖3為高密度電法測(cè)線GD4剖面成果，可以看出，電阻率剖面共出現(xiàn)2 處低阻異常區(qū)，前者位于點(diǎn)號(hào)50～150、高程-20～10 m 區(qū)域，后者位于點(diǎn)號(hào)300～450、高程-40～0 m 區(qū)域，因惠州斷裂傾向東側(cè)，第二處低阻異常區(qū)左側(cè)為相對(duì)高阻區(qū)域，推測(cè)高低阻區(qū)之間等值線密集區(qū)域?yàn)閿鄬拥碾娦苑从?，編?hào)F4，傾向東，傾角約40°，推測(cè)延伸深度約80 m。

根據(jù)高密度電法成果在點(diǎn)號(hào)390 位置附近布置鉆孔ZK03-1，終孔孔深120.70 m，于孔深34.80～68.20 m 處揭露惠州斷裂，視厚度33.40 m，斷層主要由斷層泥和構(gòu)造角礫經(jīng)后期泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)而成，局部綠泥石化。下伏斷層面軸夾角65°，斷層上部為第四系，下盤(pán)為泥盆系天子嶺組灰?guī)r。

3.3 可控音頻大地電磁法測(cè)線L3

為了查明惠州斷裂在調(diào)查區(qū)中—北部上梅湖村附近第四系覆蓋區(qū)的產(chǎn)出位置、產(chǎn)狀和深部延伸情況，布設(shè)了可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）L3線，測(cè)線方位角為90°，測(cè)線長(zhǎng)900 m。圖4 為可控音頻大地電磁法測(cè)線L3 電阻率剖面成果，可以看出，730 m 以及810～1 010 m 區(qū)域存在2 處電阻率等值線向大深度延伸的條帶狀低阻異常區(qū)，視電阻率為20 ～500 Ω·m，走向呈北西向，編號(hào)為V3-1、V3-2。其中V3-2 異常呈線狀并向深部南東向延伸，異常寬度為30～90 m，傾向東，傾角44°～76°，推測(cè)延伸深度大于300 m，結(jié)合地質(zhì)資料成果，推斷V3-2 異常為惠州斷裂的反映。

此外，結(jié)合地質(zhì)資料成果，測(cè)線0～700 m 區(qū)段地表出露天子嶺組灰?guī)r，天子嶺灰?guī)r整體南傾，傾角為20°～45°，厚度為140 m。以地質(zhì)背景為依據(jù)，推測(cè)天子嶺組的深度為在-200～-300 m；結(jié)合地形特征及電阻率特征來(lái)看，推測(cè)點(diǎn)380～400 m、500～560 m 的低阻帶為溶蝕凹槽，地表與測(cè)線兩側(cè)溝谷形態(tài)對(duì)應(yīng)；在深度-100～-200 m 間的低阻段為巖溶強(qiáng)發(fā)育帶。地質(zhì)資料顯示，天子嶺組下為整合接觸的春灣組，春灣組產(chǎn)狀與天子嶺組產(chǎn)狀基本一致，前期巖石物性實(shí)驗(yàn)表明春灣組電阻率顯示高阻特征，而丹霞組砂巖及砂礫巖電阻率相對(duì)偏低，推測(cè)高程-200 m 以下高阻區(qū)為春灣組，垂向視厚度為450～500 m，春灣組東側(cè)低阻區(qū)推測(cè)為厚度較大的丹霞組地層。

4 結(jié)論與建議

微動(dòng)面波法、高密度電法及可控源音頻大地電磁法均是調(diào)查城市地下斷層分布可靠的物探手段，微動(dòng)面波法與可控源音頻大地電磁法作為單點(diǎn)測(cè)深方法對(duì)測(cè)區(qū)場(chǎng)地開(kāi)闊性要求較低，選擇由高至低的工作頻率，前者能反映測(cè)點(diǎn)位置地下百余米巖土體的速度分布，后者可體現(xiàn)數(shù)百米甚至千米范圍內(nèi)介質(zhì)的電性分布規(guī)律，向深部延伸的低速帶、低阻帶是斷層物探異常的反映；高密度電法在測(cè)線長(zhǎng)度滿足勘探深度要求的前提下，能很好地體現(xiàn)斷層產(chǎn)生的低阻異常特征，但受體積效應(yīng)影響，異常橫向規(guī)模常大于實(shí)際斷層寬度；綜合考慮區(qū)域斷裂的埋深與寬度，結(jié)合測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地形條件，合理布設(shè)本中所述的3 種物探手段，對(duì)區(qū)域斷裂勘探精度與效率的提高有促進(jìn)作用。