基于高密度电法及工程勘察对苏码头断裂综合探测

匡 野 魏柯佳 肖瑞卿 杨程成

1 四川省地质工程勘察院集团有限公司,成都市西青路119号,610072

随着城市化进程的加速发展,城市地震灾害对社会安全的冲击日益严重[1-3]。在城市建设中,活断层探测的现实意义是将成果有效应用于城市规划和建设中,为抗御地震灾害、保障城市安全提供服务。研究表明,成都天府新区苏码头断裂走向以NE为主,倾向以SE为主,部分断层倾向NW[4],但无相关资料明确成都市龙泉驿区苏码头断裂的实际展布位置。

本文采用高密度电法对成都龙泉驿区苏码头隐伏断裂开展形迹调查,结合工程勘察成果及地质调查资料,对断裂活动性进行分析,以期为城市地震危险性评估及城镇工程选址等提供指导。

1 区域地质概况

研究区地质构造属新华夏系第三沉降带四川盆地西部,位于成都凹陷中东部地区,东侧距龙泉山褶断带约10 km,西侧距NE向龙门山断裂带约70 km[5]。其中,成都凹陷发育多条次生隐伏断裂,主要有大邑断裂、蒲江-新津断裂、新都-磨盘山断裂以及苏码头背斜西翼隐伏断裂。研究区地处成都平原东部地台,倾向NW,整体坡度约为10°,高程为510.0～522.5 m,地形起伏较大,表现为中部、西部及西南部低,其余方位高,局部发育陡崖、陡坎或陡坡。研究区交通位置位于成都市龙泉驿区大面街道洪柳社区,绕城高速内侧,十洪大道以南,驿都大道以北(图1)。

图1 研究区交通位置

2 测线布设

本文所用仪器为国产N2高密度电阻率法测量系统,处理软件为Res2dinv电阻率数据反演软件,采用温纳装置进行数据采集[6-7]。根据勘察推断的断层走向及场地条件,共布设4条测线(W1-W1′、W2-W2′、W3-W3′、W4-W4′),如图2所示,4条测线全长分别为590 m、295 m、210 m、210 m,施测里程段分别为40～590 m、10～295 m、0～210 m、0～210 m;测线电极间距分别为10 m、5 m、5 m、5 m,供电电压分别为450 V、300 V、300 V、300 V。同时,为与物探成果进行联合分析,选择场地内已完成的钻孔制作联孔剖面,每条剖面线上有4个钻孔,共布置3条地质钻孔剖面(LKPM1、LKPM2、LKPM3),剖面位置如图2所示。

图2 工程场地钻孔及物探剖面工作布置

3 电阻率剖面解译

根据异常推断解译模式,对4条测线剖面的二维反演结果进行对比分析,并结合实际工程地质情况进行综合评价,直观揭示粘土、卵石土与砂岩岩性界面。在反演得到的视电阻率剖面中,断层破碎带主要表现为低阻,与完整围岩电阻率存在明显差异[8],具体见图3。

图3 高密度电法反演成果

从图3可以看出,4条测线表层均存在低阻层,电阻率值为5～15 Ωm,为粘土层,除W4-W4′测线外,W1-W1′测线、W2-W2′测线及W3-W3′测线浅表部粘土层内局部位置电阻率偏高,为20～50 Ωm,推测为卵石土层。4条测线覆盖层下部均存在相对低阻层,电阻率值为15～25 Ωm,推测为全风化砂岩层,下部电性相对高阻区域可能为强-中风化砂岩层;W2-W2′测线中段强-中风化砂岩层下部还存在相对低阻层,电阻率为5～20 Ωm,推测为砂岩夹泥岩。测线附近区域均存在明显向下延伸的低阻异常带,电阻率值低于20 Ωm,推测为断层破碎带,其中距离W1-W1′测线190～250 m处存在低阻异常带,物探成果推测其视倾向偏NE,视倾角较陡,约为40°,破碎带宽度约为20 m,上断点埋深3～7 m;距离W2-W2′测线180～197 m处存在低阻异常带,物探成果推测其视倾向偏SE,视倾角较陡,约为70°,破碎带宽度约为17 m,上断点埋深3～5 m;距离W3-W3′测线107～128 m处存在低阻异常带,物探成果推测其视倾向偏SE,视倾角较陡,约为70°,破碎带宽度约为20 m,上断点埋深约5 m;距离W4-W4′测线80～97 m处存在低阻异常带,物探成果推测其视倾向偏SE,视倾角较陡,约为70°,此处破碎带宽度约为17 m,上断点埋深2～4 m。

4 断裂活动性-联孔剖面分析

图4 联孔剖面

LKPM1剖面ZK77钻孔处下伏基岩极为破碎,孔内0.8～14.8 m深处揭露断裂破碎带,破碎深度未揭穿;ZK76、ZK78、ZK79钻孔处下伏基岩裂隙较发育,破碎程度较ZK77钻孔处弱,推测断裂破碎带位于ZK77钻孔处,对应断裂为W3-W3′剖面中SE倾向断裂,根据断裂破碎带计算断裂倾角约为65°,与高密度剖面解译结果大致相同。

LKPM2剖面ZK90、ZK96、ZK98钻孔处下伏基岩破碎程度较ZK94钻孔处弱,位于断裂构造影响带。ZK94钻孔3～14 m深处基岩极为破碎,14～18 m深处基岩呈较破碎状态,破碎带厚度约9～10 m;ZK94及ZK96钻孔位置地貌上存在高约3 m的断坎,结合下伏基岩风化界面,可以勾勒出背斜构造形态。因此大致推测,由于下部存在背斜构造,导致上部基岩出现差异风化现象,ZK94钻孔位于背斜核部位置,风化程度较弱,综合判断该位置为断裂通过处。破碎带对应断裂为W2-W2′剖面中SE倾向断裂,根据断裂破碎带计算断裂倾角约为65°,与高密度剖面解译结果大致相同。

LKPM3剖面ZK19、ZK15、ZK87钻孔处下伏基岩破碎程度较ZK17钻孔处弱,位于断裂构造影响带。从联孔剖面可以看出,除去上覆填土,ZK17钻孔下部也存在断坎特征,基岩风化界面同样为背斜构造形态。综合判断ZK17钻孔位置为断裂通过处,对应断裂为W4-W4′剖面中SE倾向断裂,根据断裂破碎带计算断裂倾角约为65°,与高密度剖面解译结果大致相同。

综合电性和钻孔剖面结果,建立苏码头断裂地质模型剖面(图5)。可以看出,苏码头断裂顶部主要为Q4人工填土层或Q3冲洪积层,下部为Q1-2冰水堆积层,最下部基岩为白垩系上统夹关组K2j砂泥岩,产状为315°∠15°;在地貌上,断层形迹展布区内可以观测到明显的断坎迹象;破碎带在基岩中倾向SE,倾角约为65°。

图5 苏码头断裂地质模型剖面

综合工程地质资料与野外实际调查分析发现,断层通过处第四系地层未发生变形,苏码头断裂通过的溪流Ⅰ级、Ⅱ级阶地平整且平直,均未发生变形。通过在Ⅱ级阶地内取样进行14C测年分析(图5),结果为13 436±210～40 724±6 332 a,说明其年代属晚更新世晚期。由此推测,苏码头断裂晚更新世以来未活动。

5 结 论

1)采用温纳排列方式测量获得高密度电法反演成果,通过4条高密度电法剖面并结合工程地质勘探与野外调查,查明苏码头断裂的形迹展布及构造形态等,可为成都龙泉驿区城市活动断层探测、避震规划和重大工程项目选址等抗震设防工作提供重要依据。

2)工程场地揭露断裂为苏码头断裂北段,从场地地质调查和物探结果分析可知,苏码头断裂走向NNE,倾向SE,倾角约为65°,破碎带宽度约为20 m,不具备晚第四纪活动性,最新活动时代为中更新世。