山西北部某场地活动断裂探测研究★

扈桂让

(山西省地震局，山西 太原 030021)

0 引言

活动断层是地震破坏的元凶，山西历史地震频发，是中国地震灾害损失最重的地区。山西北部大城市位于第四系覆盖区，使得影响城市安全的活动断层隐伏于地下，根据规范场地在施工之前应进行活动断层探测，确定其第四纪活动与位移速率，并评估其地震危险性[1]，本项目场地位于山西北部某地。在综合分析场地地震构造环境的基础上，旨在运用当前的技术方法与手段[2-3]，对场地范围进行断裂探测。

1 场地雷达断裂探测

为研究场地范围内是否发育断裂或构造地裂，运用地质雷达方法对场地进行了地球物理勘探。

在探测区，共布设了3条地质雷达测线，编号分别为GPR1,GPR2和GPR3(见图1)。其中测线GPR1由东往西探测，GPR2由北往南探测，GPR3由东往西探测(见表1)。

表1 测线信息表

图2为GPR1解释图。在地质雷达反射剖面上，根据现场的其他地质资料，判断距测线起点约15 m处可能存在活动断层异常分布点。

图3为GPR2的地质雷达反射叠加剖面及解释图，根据其他地质资料解释，场地在深度3 m以内的反射信号清晰，同相轴连续，未发现明显的断错迹象。

图4为测线GPR3的地质雷达反射叠加剖面及解释图。测区的电线，是主要的异常信号源。沿着测线，深度3 m以内的反射信号清晰，同相轴连续，未发现明显的断错迹象。

2 断层探槽验证

对场地进行了探槽验证，场地范围属冲洪积平原区，地形平坦，无大规模冲沟，无高陡边坡。地表表层覆盖耕植土。项目组以地质雷达探测为基础，结合其剖面分析结果，在场地南北侧分别进行了探槽开挖验证。探槽开挖位置见图1。下文分别对两个探槽开挖的地层剖面进行介绍。

南侧探槽剖面长约45 m，深约5 m，走向SE。探槽地层剖面如图5所示，地层描述如下：

①耕植土，多呈黑褐色，厚20 cm～30 cm，植物根系发育。

②褐黄色粉质黏土，夹砾石层，砾石自西向东逐渐增多，大致呈水平排列，中等磨圆。

③灰白色钙质结核层。

④黄褐色细砂透镜体，水平层理明显。

⑤砂砾石层，以砾石为主，夹中细砂，砾径大者3 cm～5 cm，中等磨圆，砾径自西向东逐渐变细。该层最底部砾石层呈水平排列。

⑥褐黄色细砂层，呈水平层理，夹黄色砂层夹层延伸十几米不见。

⑦褐黄色中细砂层，近水平层理排列，上部见砾石条带呈水平排列，中下部见5 cm～10 cm厚粉质黏土透镜体。

⑧褐黄色粉质黏土透镜体，厚5 cm～10 cm。

⑨小砾石层，1 cm～3 cm砾径，中等磨圆，杂乱排列。

⑩褐黄色粉质黏土层，厚5 cm～7 cm。

通过以上可以看出，该探槽揭示地层，除地表为黑褐色耕植土外，下覆地层多为砂砾石层，局部分布粉质黏土层。从剖面上可见砾石层、砂层多呈水平排列，未见断层断错或构造地裂等现象。

北侧探槽剖面长约45 m，深约5 m，走向SE。探槽地层剖面如图6所示，地层描述如下：

①耕植土，多呈黑褐色，厚20 cm～30 cm，植物根系发育。

②褐色粉质黏土层，少含小块砾石，含钙质结核，呈灰白色。

③黄褐色砂砾石层，砾径1 cm～2 cm，中等磨圆，呈水平排列。

④褐黄色细砂层，呈斜层理、交错层理。

⑤褐黄色粉质黏土层，夹砾石块，中等磨圆。

⑥褐黄色粉质黏土层。

同一时间，使用日本SPAD502叶绿素含量测定仪采集对不同作物叶片叶绿素相对含量，打开电源后校准，然后测定作物叶片的SPAD值，测作物上、中、下不同位置的叶片的SPAD值，记录这个作物的叶绿素含量值，每块地选择3个样点，每个样点选择3株测定后，平均后作为这个地块的这个作物的SPAD值。

⑦砾石层，密集排列，磨圆差，分选中等。

⑧褐黄色中细砂层，呈水平层理。

⑨砂砾石层，呈水平排列，水平层理明显。

⑩小块砾石层条带，砾径1 cm～2 cm，磨圆中等。

通过以上描述可看出，该探槽揭示的地层多为砾石层、砂层及粉质黏土层，对比于南部探槽，该探槽粉质黏土成分增多。该探槽揭示的砾石、砂层等多呈水平分布，未见断层断错或构造地裂等现象。但是见地层之间的关系并非严格的上下叠置关系，如砂层与粉质黏土层、砾石层与粉质黏土层呈倾斜接触，形成倾斜界面。在地质雷达探测时，这种界面就会形成信号差异，在成果解释时会被认为异常点。GPR1测线上的电性异常点可能就是这种情况。

3 讨论及结论

1)对于山西北部诸多第四系覆盖层发育的断陷盆地，其活动断层处于隐伏状态，导致其地震危险性评估出现较大偏差。为准确探测其活动断层的空间位置，经实践证明使用地质雷达探测是最有效、最经济的一种探测手段。

2)目前通用第四系隐伏断层探测的有效方法为人工浅层地震探测，该方法和地质雷达探测对比，人工浅层地震探测的分辨率50 m，无法识别仅经历了最新一次地震事件的地层。此外，近地表20 m～30 m是人工浅层的盲区、在这个深度，地质雷达探测能准确探测隐伏断层的上断点埋深和最新活动时代。

3)本次现场采用瑞士MALS公司生产的地质雷达探测系统、由ProEx主机、100 MHz的屏蔽天线和50 MHz的非屏蔽天线组成，采取点测和测距轮两种方式。对于100 MHz的屏蔽天线、采用测轮距方式、采样频率1 000 MHz～1 200 MHz、采样时窗300 ns～400 ns、采样间隔0.05 m、每道数据叠加32次。对于50 MHz非屏蔽天线，采用点测方式，采样频率550 MHz～600 MHz、采样时窗450 ns～500 ns、采样间隔0.5 m，每道数据叠加64次。数据使用Reflexw软件进行处理。

4)本工程场地用100 MHz和50 MHz两种天线，实践证明：100 MHz天线的探测范围和本场地符合的较好，能更好的屏蔽外界的干扰。通过测轮距得到的数据量更大，对地下结构的分辨率更高。此外，场地附近地下电缆、地下沟还是对最终的解释结果有影响，实际操作中，要尽可能干扰排除。

5)本次工作在场地内布置了3条地质雷达测线，未发现明显的断错迹象，仅在测线GPR1上发现一个电性异常点，经探槽揭示，电性异常点可能是地层的倾斜接触引起的。在场地南北侧分别开挖了探槽进行验证。探槽剖面显示，场地5 m以内下伏地层多为砂层、砾石层及粉质黏土层，两个探槽内地层分布稍有差异，但是地层均呈水平分布，水平层理明显，未发现有断层断错或构造地裂等现象。地质雷达结合探槽施工是活动断层探测的有效方法。