山西长治市区第四系岩性及剪切波速与深度关系初探

耿 伟

（山西省地震局长治中心地震台，山西 长治 046000）

0 引言

在工程场地地震安全性评价中，土层剪切波速等动力学参数，通常采用实测来获取。由于测试环境、测试方法的差异，以及测试技术、仪器精度等原因，有时获取的土层剪切波速不太理想。该文运用长治市区实测剪切波速钻孔资料，经统计分析，对长治市区剪切波速与深度关系进行初步探讨。

1 长治市区域地震地质概况

1.1 长治市区域地震地质概况

长治市城区位于长治盆地东南部，晋—获断裂带长治段从长治市区东缘通过，由于断裂两侧运动的差异，长治市形成了东部的五龙恼强烈隆起区和西部的长治断陷盆地区（见图1）。五龙恼强烈隆起区属喀斯特侵蚀小起伏中山区，海拔高度一般介于1 000～1 400m，主要出露奥陶系灰岩，区内山体陡峻、峰峦叠嶂、峡谷幽深。长治断陷盆地位于长治大断裂西部，盆地区呈NNE向，地势较为平坦，海拔高度900～1 000m，总面积约2 000km2。城区大部分地区位于浊漳河，二级阶地，市区0～80m地层为新代界第四纪和新近纪松散沉积物，成因类型为冲、洪积和湖积。长治断陷盆地在上新世时期开始断陷，在早更新世时期断陷活动强烈，中、晚更新世时活动逐渐减弱，断裂活动性较弱，市区地层分布比较稳定。长治断陷盆地地震活动也相对较弱，1947年在屯留南发生过1次5级地震。1970年有地震台网记录以来，盆地内发生过2次ML≥3.0地震，分别为1981年ML3.0和1982年ML3.3地震。

1.2 长治市城区第四系岩性

长治盆地为新生代早期形成的断陷盆地，新生界比较全，该盆地形成后至今仍在接受现代堆积。

图1 长治市区域构造图Fig.1 Regional structural map of urban of Changzhi

长治市城区自下而上沉积有新近系上新统、第四系下更新统、中更新统、上更新统和全新统。从钻孔资料来看，区内以下更新统沉积为主，构成地层主体。下更新统（Q1）区内广泛堆积，该统厚度为150～230m，其岩性为灰绿、紫红、棕红、黄褐色黏土夹亚砂土，底部偶尔出现含砾的砂层或砂层，与下伏上新统为连续沉积；中更新统（Q2）岩性为红、褐红色黏土、亚黏土，为冲积—洪积成因，区内有广泛堆积，最大厚度达15～30m；上更新统（Q3）广布区内，岩性为灰褐色亚砂土、黄褐色黏土，一般厚度为20～25m；全新统（Q4）为地表的杂填土、耕植土等，一般厚度为1～5m左右，岩性为粉红、黄色土。

2 长治市区土层剪切波速与深度的统计

2.1 资料收集整理

该次研究的范围为长治市城区（北纬36°09′至36°14′，东经113°04′至113°09′），采用区内工程项目地震安全性评价报告中的41个钻孔柱状和剪切波速资料（见图2、表1）。经整理分析，区域内地层连续稳定，岩性一般为黏土、粉土、粉质黏土等；随孔深增加，塑性为可塑—硬塑—坚硬，密度为中密—密实—切面光亮；剪切波速基本呈指数关系增加（见图3、第34页图4、图5）。

图2 长治市城区钻孔位置示意图Fig.2 Borehole locations within the downtown area in urban of Changzhi

表1 项目钻孔位置与编号Table.1 Borehole positions and number used in this paper

续表

图3 頤龙湾住宅区钻孔（k36）柱状与剪切波速曲线Fig.3 Borehole（k36）column and shear wave velocity in Yilongwan residential district

图4 清华机械厂钻孔（k12）柱状与剪切波速曲线Fig.4 Borehole（k12）column and shear wave velocity in Qinghua machinery factory

2.2 统计方法

长治市区地层的展布相对稳定，同层位土层较一致，密度相近，同深度土层的剪切波速相差不大，具有一定的规律［1］。对长治市区土层剪切波速进行统计分析，并研究其与深度的关系。统计方法运用国内常采用的指数关系式［2］：

式中：Vs为土层剪切波速；H为钻孔深度；a、b为统计系数。

图5 盛德世家商住钻孔（k2）柱状与剪切波速曲线Fig.5 Borehole（k2）column and shear wave velocity in Shengdeshijia commercial district

2.3 统计结果分析

据长治市区工程场地地震安全性评价工作中获得的土层剪切波速资料，利用上述统计方法，对41个钻孔的土层剪切波资料进行统计分析，得到剪切波速与深度关系的拟合结果（见图6）。

经分析得：

相关系数（R）为0.989 39。

3 检验统计结果

在长治市区的西部、南部、北部选取3个钻孔的剪切波速值进行预测，与土层剪切波速实测数据的比较结果如图7所示。可以看出，在钻孔土层中，土层剪切波速与预测结果基本吻合。

图6 统计回归曲线Fig.6 Statistical regression curve

图7 预测与实测的Vs－H关系图Fig.7 Predicted and measured Vs－H

4 结论

通过对长治市区土层剪切波速与土层深度统计特征的研究，得出以下结论：

（1）经过对比验证，土层剪切波速实测数据与回归曲线一致性比较好。

（2）长治市区土层剪切波速与土层深度统计关系符合该区岩性特征，可信度高。

［1］薄景山.场地分类和设计反应谱调整方法研究［R］.哈尔滨：中国地震局地球物理研究所，1998.

［2］刘艳春.山西大同市区剪切波速与土层岩性及深度关系的研究［J］.山西地震，2011（2）：39－41.