城市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫在蘇州地區(qū)斷層精確定位中的應(yīng)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(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫在蘇州地區(qū)斷層精確定位中的應(yīng)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(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫建立斷點(diǎn)與斷層的拓?fù)潢P(guān)系，結(jié)合遙感解譯、物探、鉆探、地質(zhì)地貌等多項(xiàng)專題數(shù)據(jù)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(dá)到1 km；F2向西南延伸了11.2 km，與目標(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)初定斷層最大直線距離約1.6 km。斷層精確定位對(duì)城市規(guī)劃、工程場地的選址、提高城市土地利用率、城市的抗震設(shè)計(jì)都有一定的指導(dǎo)意義。

活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫；斷層空間定位；拓?fù)潢P(guān)系；江蘇蘇州

0 引 言

目前，城市活斷層空間定位及活動(dòng)性評(píng)價(jià)采用的方法主要有遙感解譯、地球物理、地質(zhì)等。劉保金等(2008)采用高分辨率地震勘探和鉆孔地質(zhì)剖面相結(jié)合的探測方法，確定隱伏斷層位置、判定斷層活動(dòng)性；李懷良等(2012)利用磁性變化規(guī)律，推斷探測區(qū)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(yàn)結(jié)果，與地質(zhì)剖面對(duì)比分析，說明氡氣測量法與高密度電法2種物探方法對(duì)斷層定位的可行性；劉影等(2012)認(rèn)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(shù)缺陷和地表環(huán)境、地質(zhì)條件影響所造成的斷層定位不準(zhǔn)的問題，論證了利用三維地震探測在城市進(jìn)行活斷層精確定位中的可行性及意義。

城市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫是地震活動(dòng)斷層探測研究和應(yīng)用所需要的信息管理系統(tǒng)，是城市活動(dòng)斷層探測工作的重要組成部分?；顒?dòng)斷層數(shù)據(jù)庫是一個(gè)能夠反映活動(dòng)斷層幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征、記載活動(dòng)斷層定位、定年和定性等各類原始探測記錄及綜合分析結(jié)果信息的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的空間分析功能可以對(duì)探測與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理和分析，從而在城市抗震設(shè)計(jì)中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。此外，通過活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及數(shù)據(jù)庫質(zhì)量的檢測可以發(fā)現(xiàn)問題，并分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)問題的根源，進(jìn)而從根本上解決數(shù)據(jù)錯(cuò)誤問題(于貴華等，2012)。

從城市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫的角度建立斷點(diǎn)與斷層的拓?fù)潢P(guān)系，結(jié)合遙感解譯、物探、鉆探、地質(zhì)地貌等多項(xiàng)專題數(shù)據(jù)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(dòng)斷層探測與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中取得了理想的成果。

1 活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫簡介

中國地震活斷層探測技術(shù)系統(tǒng)是中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)工程的重要組成部分，也是建立地震監(jiān)測預(yù)報(bào)、震災(zāi)預(yù)防和緊急救援三大工作體系之震災(zāi)預(yù)防工作體系的重要基礎(chǔ)?！笆濉逼陂g，北京、上海、天津、南京等20個(gè)城市進(jìn)行了活動(dòng)斷層探測，查明了城市活斷層準(zhǔn)確的空間位置、規(guī)模、活動(dòng)性和地震危險(xiǎn)性，并提出了針對(duì)性的防范對(duì)策和工程措施，為城市發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。

城市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫是地震活動(dòng)斷層探測研究和應(yīng)用需要的信息管理系統(tǒng)，是城市活動(dòng)斷層探測工作的重要組成部分。數(shù)據(jù)庫是集地理信息、探測數(shù)據(jù)信息、圖像信息、文本信息為一體的空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將活動(dòng)斷層探測過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)按照相關(guān)專業(yè)、相關(guān)規(guī)范分類到相對(duì)應(yīng)的專業(yè)要素集中(圖1)。

數(shù)據(jù)庫包含專題庫和專業(yè)庫2種存儲(chǔ)方式：(1) 專題庫根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施方案，依據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展將數(shù)據(jù)庫分為不同專題，內(nèi)容包含該專題所涉及的各專業(yè)數(shù)據(jù)；(2) 專業(yè)數(shù)據(jù)庫按照不同專業(yè)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，包括基礎(chǔ)地理信息、遙感數(shù)據(jù)、地質(zhì)類數(shù)據(jù)、地球化學(xué)探測數(shù)據(jù)、地球物理探測數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查填圖數(shù)據(jù)、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、地震危害性評(píng)價(jià)等專業(yè)。

蘇州市城市活動(dòng)斷層探測數(shù)據(jù)庫是活斷層探測信息高度集中的平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫的成果主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地震地質(zhì)、地球物理等專題數(shù)據(jù)庫、危險(xiǎn)性及危害性評(píng)價(jià)成果庫。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫主要由1∶25萬地形圖、1∶5萬地形圖等構(gòu)成；地震地質(zhì)數(shù)據(jù)庫包括地層、鉆孔、斷層、年代、歷史地震等幾部分內(nèi)容；地球物理數(shù)據(jù)庫包括淺層地震探測；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)成果庫包括蘇州市目標(biāo)斷層的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及相關(guān)圖形、圖像和說明文件；危害性評(píng)價(jià)成果庫包括目標(biāo)斷裂的斷層模型、地脈動(dòng)數(shù)據(jù)、反應(yīng)譜峰值和周期分布、時(shí)程峰值點(diǎn)圖、三維地下結(jié)構(gòu)木星層面格架點(diǎn)、3D地下結(jié)構(gòu)離散化模型點(diǎn)、強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測試驗(yàn)性結(jié)果等圖形、圖像和說明文件。綜上所述，蘇州市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了多種不同探測手段的數(shù)據(jù)成果，將各數(shù)據(jù)成果以點(diǎn)、線、面等矢量要素及文檔圖形等屬性要素存貯在數(shù)據(jù)庫中。

2 活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫在斷層定位中的應(yīng)用

以蘇州市活動(dòng)斷層探測與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)1∶5萬目標(biāo)區(qū)主要斷層分布為例，說明活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫在目標(biāo)區(qū)斷層定位中的應(yīng)用。

蘇州市城市活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(1∶5萬、1∶25萬)、地質(zhì)、地球物理、野外地質(zhì)調(diào)查、遙感、地球物理勘探、地震等各專業(yè)的數(shù)據(jù)。隨著實(shí)際工作的進(jìn)展，可以隨時(shí)在數(shù)據(jù)庫中查看分析各種專業(yè)數(shù)據(jù)，從而綜合分析斷層的位置和展布形態(tài)。

前期工作中，收集了目標(biāo)區(qū)的1∶5萬地質(zhì)圖，通過遙感解譯、野外地質(zhì)調(diào)查、目標(biāo)區(qū)地球物理場、第四紀(jì)地質(zhì)地貌、地震分布、局部地球物理探測和有限數(shù)量的鉆孔資料分析確定了5條目標(biāo)斷層(圖2)。

為進(jìn)一步確定目標(biāo)區(qū)是否存在隱伏活動(dòng)斷層及其準(zhǔn)確位置，鑒定其晚第四紀(jì)活動(dòng)性，野外考察了40余個(gè)地質(zhì)地貌觀測點(diǎn)，共布設(shè)了22條地球物理測線，得到23個(gè)斷點(diǎn)及其埋深。在對(duì)淺層地震勘探剖面及斷點(diǎn)詳細(xì)解釋和野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析后，對(duì)鉆孔場地進(jìn)行了踏勘，在4個(gè)場地開展了跨斷層聯(lián)合鉆孔探測工作，共布設(shè)了21個(gè)跨斷層聯(lián)合剖面鉆孔(圖3)。

將收集的數(shù)據(jù)按照活斷層技術(shù)規(guī)范錄入數(shù)據(jù)庫后，在ArcMap中顯示數(shù)據(jù)庫中的1∶5萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、地球物探數(shù)據(jù)、地質(zhì)地貌觀測點(diǎn)等，按照物探解釋的斷點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫將斷點(diǎn)分為優(yōu)良斷點(diǎn)、較好斷點(diǎn)、一般斷點(diǎn)、差的斷點(diǎn)4類。同一測線測出的多個(gè)斷點(diǎn)要結(jié)合鉆孔資料的分析，一般情況下優(yōu)先考慮優(yōu)良斷點(diǎn)，依次是可靠斷點(diǎn)、一般斷點(diǎn)，最后確定需要重新定位的目標(biāo)斷層的位置(圖3)。

圖3 目標(biāo)區(qū)地球物理測線、斷點(diǎn)及鉆孔示意圖1-前第四紀(jì)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(biāo)準(zhǔn)孔；6-排鉆鉆孔；7-地質(zhì)調(diào)查觀測點(diǎn)；測線斷點(diǎn)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(diǎn)局部疊加剖面(a)和地質(zhì)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(diǎn)和跨斷層的聯(lián)合鉆孔剖面后，在數(shù)據(jù)庫中將經(jīng)過物探解釋的與斷層相關(guān)的斷點(diǎn)及鉆孔上斷點(diǎn)與目標(biāo)斷層建立拓?fù)潢P(guān)系，拓?fù)潢P(guān)系點(diǎn)完全在線上，根據(jù)斷點(diǎn)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(fā)現(xiàn)8個(gè)斷點(diǎn)控制了F1斷層(圖3)。同時(shí)在斷點(diǎn)f1-5(圖4)布置了聯(lián)合鉆孔剖面，在102 m左右發(fā)現(xiàn)了上斷點(diǎn)的位置(圖5)，測線斷點(diǎn)與鉆孔上斷點(diǎn)互相驗(yàn)證了F1斷層在此處的準(zhǔn)確位置。對(duì)相關(guān)的8個(gè)斷點(diǎn)及鉆孔聯(lián)合剖面分析比較可以看出：東南部6條測線的斷點(diǎn)都是1個(gè)；而西北角L1-6測線有2個(gè)斷點(diǎn)，并且都是A級(jí)斷點(diǎn)，這與區(qū)域上F1斷層?xùn)|南部以單支出現(xiàn)、西北部以2支出現(xiàn)相吻合。通過以上分析，認(rèn)為F1在目標(biāo)區(qū)西北側(cè)應(yīng)通過斷點(diǎn)f1-5。

下列問題值得討論。

(1) 從更新統(tǒng)下部—上新統(tǒng)—基巖(認(rèn)為基巖為同一套地層的基礎(chǔ)上)中錯(cuò)距均較小(2.9～3.7 m)。

(2) 自上而下的錯(cuò)距差小于1 m(3.7-2.9=0.8 m)。

圖5 F1斷層聯(lián)合鉆孔剖面對(duì)比與構(gòu)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(yīng)為向東陡傾為主，據(jù)淺層人工地震剖面和前人成果顯示，基巖的斷錯(cuò)特征應(yīng)為正斷層特征。

本次鉆探成果所揭示的上新統(tǒng)和更新統(tǒng)下部的斷錯(cuò)則為逆斷層特征。分析如下。

(1) 蘇錫常斷裂為活動(dòng)時(shí)代較長、活動(dòng)期次多的區(qū)域性斷層，性質(zhì)較復(fù)雜，造成斷裂南西側(cè)和北東側(cè)不同的構(gòu)造格局。

(2) 新生代以來，構(gòu)造應(yīng)力場轉(zhuǎn)變?yōu)榕c斷裂走向相垂直的北東—南西向擠壓作用，使蘇錫常斷裂轉(zhuǎn)為左旋逆走滑的狀態(tài)，調(diào)節(jié)、平衡了基巖內(nèi)的正斷層錯(cuò)量(留下了正斷錯(cuò)量的3.7 m)，上新統(tǒng)和更新統(tǒng)下部逆斷錯(cuò)的表現(xiàn)造成了從基巖到覆蓋層的斷錯(cuò)量較小和較均勻的特征。

因此認(rèn)為，蘇錫常斷裂早期以正斷層為主，后期表現(xiàn)出逆沖走滑性質(zhì)。

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(shí)存在1個(gè)斷點(diǎn)，但其斷層特征與原推測的F5不一致，且斷點(diǎn)顯示的斷層規(guī)模也遠(yuǎn)非該斷層能比。經(jīng)仔細(xì)對(duì)比分析疊加剖面并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，綜合評(píng)定此斷點(diǎn)屬F2斷層的斷點(diǎn)。L5-2測線基巖面連續(xù)且較平坦，不存在斷層構(gòu)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(jié)果，判斷原推測的F5斷層延伸至目標(biāo)區(qū)的西北段不存在。

其他2條斷層上斷點(diǎn)清楚，依據(jù)斷點(diǎn)和斷層的拓?fù)潢P(guān)系，修改斷層位置和走向便可。

圖6是經(jīng)過數(shù)據(jù)庫拓?fù)潢P(guān)系修改后的斷層的精確位置及走向。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，原定的5條目標(biāo)斷層經(jīng)核實(shí)為4條早、中更新世斷層。

圖6 目標(biāo)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(tǒng)上段；6-全新統(tǒng)中段；7-全新統(tǒng)；8-上更新統(tǒng)；9-更新統(tǒng)；10-第四系；11-中性巖類；12-酸性巖類；13-精確定位的目標(biāo)斷層(早、中更新世)；14-推測的目標(biāo)斷層；15-蘇州詳勘測線；16-控制性人工地震測線物探斷點(diǎn)可靠程度：17-良好；18-較好；19-一般Fig.6 Accurate location of target faults

3 結(jié) 論

(1) 通過活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及數(shù)據(jù)庫質(zhì)量的檢測可以及早發(fā)現(xiàn)問題，并分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)問題的根源，進(jìn)而可以從根本上解決數(shù)據(jù)錯(cuò)誤問題。

(2) 通過建立物探斷點(diǎn)、鉆孔斷點(diǎn)與斷層的拓?fù)潢P(guān)系，結(jié)合遙感解譯、物探、鉆探、地質(zhì)地貌等多項(xiàng)專題數(shù)據(jù)的成果，綜合判定斷層的空間位置與展布特征。經(jīng)物探、鉆孔剖面及測年結(jié)果分析，目標(biāo)區(qū)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(dá)1 km；F2向西南延伸了11.2 km，與目標(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)初定斷層最大直線距離約為1.6 km。

(4) 斷層精確定位對(duì)城市規(guī)劃、工程場地的選址、提高城市土地利用率、城市的抗震設(shè)計(jì)都有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)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(xué)基金項(xiàng)目“早期航片的數(shù)字?jǐn)z影測量方法處理及活動(dòng)斷層定量參數(shù)提?。痕皬]斷層帶(江蘇段)構(gòu)造地貌典型地段為例”(201505QY)，蘇州市地震局項(xiàng)目“蘇州市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(JSE2010H011)

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

P631.4+43

A

1674-3636(2016)04-0662-07