城市活動斷層數據庫在蘇州地區斷層精確定位中的應用

王金艷, 許漢剛, 李麗梅

(江蘇省地震工程研究院，江蘇南京210014)

城市活動斷層數據庫在蘇州地區斷層精確定位中的應用

王金艷, 許漢剛, 李麗梅

(江蘇省地震工程研究院，江蘇南京210014)

通過城市活動斷層數據庫建立斷點與斷層的拓撲關系，結合遙感解譯、物探、鉆探、地質地貌等多項專題數據的成果，綜合判定斷層的空間位置與展布特征。精確定位后的斷層F1與資料收集確定的斷層最大直線距離達到1 km；F2向西南延伸了11.2 km，與目標區初定斷層最大直線距離為2.4 km；F3向北東延伸約6.7 km，與目標區初定斷層最大直線距離為0.8 km；F4向東延伸約5.7 km，與目標區初定斷層最大直線距離約1.6 km。斷層精確定位對城市規劃、工程場地的選址、提高城市土地利用率、城市的抗震設計都有一定的指導意義。

活動斷層數據庫；斷層空間定位；拓撲關系；江蘇蘇州

0 引 言

目前，城市活斷層空間定位及活動性評價采用的方法主要有遙感解譯、地球物理、地質等。劉保金等(2008)采用高分辨率地震勘探和鉆孔地質剖面相結合的探測方法，確定隱伏斷層位置、判定斷層活動性；李懷良等(2012)利用磁性變化規律，推斷探測區域所存在的淺層疑似斷層；王詩東等(2011)通過已知斷層在同一巖性、不同巖性的試驗結果，與地質剖面對比分析，說明氡氣測量法與高密度電法2種物探方法對斷層定位的可行性；劉影等(2012)認為三維地震勘探可以較好地解決由于二維地震勘探的技術缺陷和地表環境、地質條件影響所造成的斷層定位不準的問題，論證了利用三維地震探測在城市進行活斷層精確定位中的可行性及意義。

城市活動斷層數據庫是地震活動斷層探測研究和應用所需要的信息管理系統，是城市活動斷層探測工作的重要組成部分。活動斷層數據庫是一個能夠反映活動斷層幾何學、運動學及動力學特征、記載活動斷層定位、定年和定性等各類原始探測記錄及綜合分析結果信息的數據庫。數據庫的空間分析功能可以對探測與評價數據進行深入處理和分析，從而在城市抗震設計中得到進一步的應用。此外，通過活動斷層數據庫的建設及數據庫質量的檢測可以發現問題，并分析產生數據問題的根源，進而從根本上解決數據錯誤問題(于貴華等，2012)。

從城市活動斷層數據庫的角度建立斷點與斷層的拓撲關系，結合遙感解譯、物探、鉆探、地質地貌等多項專題數據的成果，綜合判定斷層的空間位置與展布特征，該方法在蘇州市城市活動斷層探測與地震危險性評價中取得了理想的成果。

1 活動斷層數據庫簡介

中國地震活斷層探測技術系統是中國數字地震觀測網絡工程的重要組成部分，也是建立地震監測預報、震災預防和緊急救援三大工作體系之震災預防工作體系的重要基礎。“十五”期間，北京、上海、天津、南京等20個城市進行了活動斷層探測，查明了城市活斷層準確的空間位置、規模、活動性和地震危險性，并提出了針對性的防范對策和工程措施，為城市發展提供了科學依據。

城市活動斷層數據庫是地震活動斷層探測研究和應用需要的信息管理系統，是城市活動斷層探測工作的重要組成部分。數據庫是集地理信息、探測數據信息、圖像信息、文本信息為一體的空間數據管理平臺，將活動斷層探測過程中產生的大量數據按照相關專業、相關規范分類到相對應的專業要素集中(圖1)。

數據庫包含專題庫和專業庫2種存儲方式：(1) 專題庫根據項目實施方案，依據項目進展將數據庫分為不同專題，內容包含該專題所涉及的各專業數據；(2) 專業數據庫按照不同專業進行分類存儲，包括基礎地理信息、遙感數據、地質類數據、地球化學探測數據、地球物理探測數據、地震數據、地質調查填圖數據、地震危險性評價、地震危害性評價等專業。

蘇州市城市活動斷層探測數據庫是活斷層探測信息高度集中的平臺，數據庫的成果主要包括基礎地理信息數據庫、地震地質、地球物理等專題數據庫、危險性及危害性評價成果庫。基礎地理信息數據庫主要由1∶25萬地形圖、1∶5萬地形圖等構成；地震地質數據庫包括地層、鉆孔、斷層、年代、歷史地震等幾部分內容；地球物理數據庫包括淺層地震探測；危險性評價成果庫包括蘇州市目標斷層的地震危險性評價及相關圖形、圖像和說明文件；危害性評價成果庫包括目標斷裂的斷層模型、地脈動數據、反應譜峰值和周期分布、時程峰值點圖、三維地下結構木星層面格架點、3D地下結構離散化模型點、強地面運動預測試驗性結果等圖形、圖像和說明文件。綜上所述，蘇州市活動斷層數據庫中存儲了多種不同探測手段的數據成果，將各數據成果以點、線、面等矢量要素及文檔圖形等屬性要素存貯在數據庫中。

2 活動斷層數據庫在斷層定位中的應用

以蘇州市活動斷層探測與地震危險性評價1∶5萬目標區主要斷層分布為例，說明活動斷層數據庫在目標區斷層定位中的應用。

蘇州市城市活動斷層數據庫包括基礎地理數據(1∶5萬、1∶25萬)、地質、地球物理、野外地質調查、遙感、地球物理勘探、地震等各專業的數據。隨著實際工作的進展，可以隨時在數據庫中查看分析各種專業數據，從而綜合分析斷層的位置和展布形態。

前期工作中，收集了目標區的1∶5萬地質圖，通過遙感解譯、野外地質調查、目標區地球物理場、第四紀地質地貌、地震分布、局部地球物理探測和有限數量的鉆孔資料分析確定了5條目標斷層(圖2)。

為進一步確定目標區是否存在隱伏活動斷層及其準確位置，鑒定其晚第四紀活動性，野外考察了40余個地質地貌觀測點，共布設了22條地球物理測線，得到23個斷點及其埋深。在對淺層地震勘探剖面及斷點詳細解釋和野外地質調查結果進行分析后，對鉆孔場地進行了踏勘，在4個場地開展了跨斷層聯合鉆孔探測工作，共布設了21個跨斷層聯合剖面鉆孔(圖3)。

將收集的數據按照活斷層技術規范錄入數據庫后，在ArcMap中顯示數據庫中的1∶5萬基礎地理數據、鉆孔數據、地球物探數據、地質地貌觀測點等，按照物探解釋的斷點，數據庫將斷點分為優良斷點、較好斷點、一般斷點、差的斷點4類。同一測線測出的多個斷點要結合鉆孔資料的分析，一般情況下優先考慮優良斷點，依次是可靠斷點、一般斷點，最后確定需要重新定位的目標斷層的位置(圖3)。

圖3 目標區地球物理測線、斷點及鉆孔示意圖1-前第四紀斷裂；2-早、中更新世斷裂；3-蘇州詳勘測線；4-控制性人工地震測線；5-標準孔；6-排鉆鉆孔；7-地質調查觀測點；測線斷點可靠程度：8-良好；9-較好；10-一般Fig.3 Geological sketch showing geophysical lines, fault points and drill holes in the target area

圖4 f1-5斷點局部疊加剖面(a)和地質解釋圖(b)Fig.4 Local supersition profile of fault point f1-5 (a) and geological interpretation map (b)

分析所有的物探斷點和跨斷層的聯合鉆孔剖面后，在數據庫中將經過物探解釋的與斷層相關的斷點及鉆孔上斷點與目標斷層建立拓撲關系，拓撲關系點完全在線上，根據斷點位置逐步修改斷層的位置及走向。

為確定F1斷層的位置及走向，隱伏斷層的控制性人工地震探測自南西向北東布置了7條測線，發現8個斷點控制了F1斷層(圖3)。同時在斷點f1-5(圖4)布置了聯合鉆孔剖面，在102 m左右發現了上斷點的位置(圖5)，測線斷點與鉆孔上斷點互相驗證了F1斷層在此處的準確位置。對相關的8個斷點及鉆孔聯合剖面分析比較可以看出：東南部6條測線的斷點都是1個；而西北角L1-6測線有2個斷點，并且都是A級斷點，這與區域上F1斷層東南部以單支出現、西北部以2支出現相吻合。通過以上分析，認為F1在目標區西北側應通過斷點f1-5。

下列問題值得討論。

(1) 從更新統下部—上新統—基巖(認為基巖為同一套地層的基礎上)中錯距均較小(2.9～3.7 m)。

(2) 自上而下的錯距差小于1 m(3.7-2.9=0.8 m)。

圖5 F1斷層聯合鉆孔剖面對比與構造綜合解釋圖Fig.5 Correlation of composite drillhole profile of F1 and comprehensive structural interpretation

(3) 斷層面總體應為向東陡傾為主，據淺層人工地震剖面和前人成果顯示，基巖的斷錯特征應為正斷層特征。

本次鉆探成果所揭示的上新統和更新統下部的斷錯則為逆斷層特征。分析如下。

(1) 蘇錫常斷裂為活動時代較長、活動期次多的區域性斷層，性質較復雜，造成斷裂南西側和北東側不同的構造格局。

(2) 新生代以來，構造應力場轉變為與斷裂走向相垂直的北東—南西向擠壓作用，使蘇錫常斷裂轉為左旋逆走滑的狀態，調節、平衡了基巖內的正斷層錯量(留下了正斷錯量的3.7 m)，上新統和更新統下部逆斷錯的表現造成了從基巖到覆蓋層的斷錯量較小和較均勻的特征。

因此認為，蘇錫常斷裂早期以正斷層為主，后期表現出逆沖走滑性質。

F5斷層上布置了3條測線，分別是L5-1、L5-2和L5-3。L5-1測線證實存在1個斷點，但其斷層特征與原推測的F5不一致，且斷點顯示的斷層規模也遠非該斷層能比。經仔細對比分析疊加剖面并結合區域地質資料，綜合評定此斷點屬F2斷層的斷點。L5-2測線基巖面連續且較平坦，不存在斷層構造。L5-3測線基巖埋深在115 m左右，較為平坦，無斷層跡象顯示。綜合上述3條測線的解釋結果，判斷原推測的F5斷層延伸至目標區的西北段不存在。

其他2條斷層上斷點清楚，依據斷點和斷層的拓撲關系，修改斷層位置和走向便可。

圖6是經過數據庫拓撲關系修改后的斷層的精確位置及走向。對比發現，原定的5條目標斷層經核實為4條早、中更新世斷層。

圖6 目標斷層的精確定位1-侏羅系；2-二疊系；3-泥盆系；4-志留系；5-全新統上段；6-全新統中段；7-全新統；8-上更新統；9-更新統；10-第四系；11-中性巖類；12-酸性巖類；13-精確定位的目標斷層(早、中更新世)；14-推測的目標斷層；15-蘇州詳勘測線；16-控制性人工地震測線物探斷點可靠程度：17-良好；18-較好；19-一般Fig.6 Accurate location of target faults

3 結 論

(1) 通過活動斷層數據庫的建設及數據庫質量的檢測可以及早發現問題，并分析產生數據問題的根源，進而可以從根本上解決數據錯誤問題。

(2) 通過建立物探斷點、鉆孔斷點與斷層的拓撲關系，結合遙感解譯、物探、鉆探、地質地貌等多項專題數據的成果，綜合判定斷層的空間位置與展布特征。經物探、鉆孔剖面及測年結果分析，目標區存在4條早、中更新世斷層，否定了F5斷層的存在。

(3) 精確定位后的斷層F1與資料收集確定的斷層最大直線距離達1 km；F2向西南延伸了11.2 km，與目標區初定斷層最大直線距離為2.4 km；F3向北東延伸約6.7 km，與目標區初定斷層最大直線距離為0.8 km；F4向東延伸約5.7 km，與目標區初定斷層最大直線距離約為1.6 km。

(4) 斷層精確定位對城市規劃、工程場地的選址、提高城市土地利用率、城市的抗震設計都有一定的現實指導意義。

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Application of urban active fault database in the accurate location of faults in the Suzhou area

WANG Jinyan, XU Hangang, LI Limei

(Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, Jiangsu, China)

At present, the methods for the spatial positioning and activity evaluation of urban active faults include remote sensing interpretation，geophysical and geological methods. Combined with comprehensive thematic data of remote sensing interpretation, geophysical prospecting, drilling, geological landform data, this work established the topological relationship between breakpoints and faults by using urban active fault database, in order to determine the spatial location and distribution characteristics of faults in the Suzhou area. It is inferred that the maximum straight-line distance of the accurately positioned fault F1to that of the collected data reaches up to 1 km. The fault F2extends 11.2 km to the southwest, which has a maximum line distance of 2.4 km to the previous traget location. The fault F3extends about 6.7 km to the northeast, which has a maximum line distance of 0.8 km. The fault F4extends about 5.7 km to the east, which has a maximum line distance of 1.6 km to the initial location. The accurate location of faults is of significant guidance to urban planning, site selection of engineering projects, improvement of urban land use efficiency and urban aseismic design.

active fault database; fault spacial location; topological relationship; Suzhou in Jiangsu Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.662

2015-11-23；

2016-02-03；編輯：蔣艷

江蘇省地震局青年科學基金項目“早期航片的數字攝影測量方法處理及活動斷層定量參數提取：郯廬斷層帶(江蘇段)構造地貌典型地段為例”(201505QY)，蘇州市地震局項目“蘇州市活斷層探測與地震危險性評價(JSE2010H011)

王金艷(1982— ),女,工程師，碩士,固體地球物理專業,主要從事GIS在活動構造中的研究、城市活斷層探測、場地地震安全性評價工作，E-mail： 117001305@qq.com

P631.4+43

A

1674-3636(2016)04-0662-07