辽宁鞍山市大石头宋三台断裂的探测与研究

辽宁鞍山市大石头宋三台断裂的探测与研究 辽宁鞍山市大石头 宋三台断裂的探测与研究 高常波 钟以章 吴明大 郑双成 ()辽宁省地震研究所 , 沈阳 110031 摘 要 大石头 - 宋三台断裂是一条穿过鞍山市区的隐伏构造 ,通过电法 、人工浅层地震和地 质雷达等综合地球物理探测和实地调查认为 ,该断裂从市区东南的腾家房身进入鞍山市 ,大体沿 310?, 320方向延?伸 ,经交通技校 、铁西九道街 、宋三台直至下辽河帄原边缘 。断裂在市区延伸长度约 1215km , 宽几十厘米至几十米 ,垂直断距几米至 10 余米 。该断裂结构复杂 ,产状多变 ,形态多样 。时而表现为单 条断裂 ,时而出现 2,4 条相互帄行的断裂组 ,其最新活动时代为中更新世 ,不是活动断裂 。 主题词 : 断裂构造 地球物理探测 辽宁 1 引言 1975 年 2 月 4 日辽宁海城发生 713 级地震 , 这次地震波及到鞍山市 , 使市区的建筑物遭 受不同程度的破坏 , 烈度达到 ?度 。震后调查发现 , 震害的分布是不均匀的 , 在同一街区或 者同一街道破坏有轻有重 , 震害有明显的差异 。尤其值得指出的是 , 从鞍山钢铁学院起 , 经 三道街 、新华街和启明街形成了一条 N W 方向延伸 、长度达 317 km 的重破坏带 , 带内的房屋 破坏比较严重 , 60 %的住宅烟囱倒塌 。由于这个带穿越市区而且与隐伏的大石头 - 宋三台断 裂在空间上大体吻合 。因此有的研究者认为 , 该破坏带可能与大石头 - 宋三台断裂的活动有 关 。于是 , 就这个重破坏带的出现提出了两个问题 , 一是大石头 - 宋三台断裂是否为活动断 裂 ? 二是该断裂在市区到底从哪里通过 ? 研究这两个问题对鞍山市的城市规划 、建设和抗震 防灾工作十分有意义 。为此 , 我们于 1997 年 5,10 月对这条断裂进行了探测与研究 。 2 鞍山市地质 、地貌概况 鞍山市位于千山山系向下辽河帄原过渡的部位 , 地势东高西低 , 自东向西由低山 、丘陵 过渡到帄原 。城东为山区 , 海拔 150 , 600 m , 城西为山前倾斜帄原和冲积帄原 , 海拔 10 , 50 m , 市区标高 20,70 m 。第四纪沉积层厚度的变化与地形相对应 。从东南向西北逐渐加厚 , 自 0 m 增至 100 m 。市区地表大部分被第四系覆盖 。 鞍山市及周围为古老变质岩基底出露区 , 构成基底的是太古孙鞍山群和下元古界辽河群 的变质岩系 。属于盖层的地层有上元古界青白口系 、震旦系石英岩 、灰岩 、页岩和板岩 , 寒 武系 、奥陶系碳酸盐岩 。主要分布在西部帄原区 。另外 , 太古宙和中生代燕山期花岗岩分布 ?较为广泛 。 () ? 辽宁省地质矿产局 , 1988 , 鞍山市城市地质系列图及说明书 1/ 5 万。 的断裂构造比较发育 , 有 EW , N N E 和 N W 向 3 组 。其中 , EW 向断裂 3 条 , N N E 向断裂 1 ?条 , N W 向断裂 4 条 。本文研究的大石头 - 宋三台断裂为区域上 N W 向李三台子 - 腾家房 ?身断裂的组成部分 。 3 综合地球物理探测 为查明大石头 - 宋三台断裂在覆盖区的展 布特征 , 采用了多种地球物理方法进行探测 , ( 包括 电 法 、人 工 地 震 和 地 质 雷 达 等 手 段 图 ) 1。其中 , 电法勘探采用了电联剖 、电测深 、 电场比值 , 高密度电阻率和甚低频电磁法等多 种方法 。整个物探工作所遵循的原则是 , 由简 单到复杂 , 由低精度到高精度 , 各手段独立解 释 , 相互印证 , 尽量减少解的非唯一性 , 努力 提高成果的可靠性 。下面将各种手段的探测结 果作简要介绍 。 311 电法勘探 电法勘探以电联剖法为主 , 用电测深 、电 场比值 、高密度电阻率和甚低频电磁等方法作 配合 。在垂直于大石头 - 宋三台断裂走向的方 位上布设了 7 条电联剖测线 , 电测深点 2 个 , 电场比值剖面 3 条 , 甚低频电磁法测线 17 条 , 高密度电阻率剖面 1 条 。观测工作执行了 《城 ( ) ( 市物探勘察规范》 GJJ 7 - 85中华人民共和 图 1 综合物探测线布置图 ) 国城市建设环境保护部 , 1985。 由于电法勘探所采用的方法较多 , 不同方 Fig. 1 Measuring line dist ributio n. 测线号下画一杠 , 表示是文中描述过的测线 法识别断层的异常标志有所不同 。电联剖法的 标志是 , A , B 两极的视电阻率曲线在有异常的部位出现正交点 ; 当比值曲线上升达到比值为 ρ1 时 , 可以认为是电场比值法的异常 ; 高密度电阻率法判别异常的标志是 , 当视电阻率 断 s 面图上的曲线突然出现低阻时 , 则判定为异常 ; 甚低频电磁法中 , 当垂直磁场与水帄磁场强 ( ) 度之比 Hz/ Hн出现双峰值和磁倾角方位改变时 , 则认为有异常显示 。 电法主要受电磁波干扰 , 尤其在城市干扰源较多 , 要取得好的勘测效果 , 应当尽量排除 ( ) 干扰 , 在鞍山市区开展电法工作时 , 采取了以下措施 : 1为了减小高压线和变压器等大型 电气设备的干扰 , 选择较干燥的场地布设测线和测点 , 电源和仪器分别放置 , 并采取绝缘措 ? 东北地质勘探公司一公司 , 1989 , 鞍山市铁西地区岩溶普查物探 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。 4 期 高常波等 : 辽宁鞍山市大石头 宋三台断裂的探测与研究 399 () 施 , 供电电源与地面之间放置绝缘物 。2在外界干扰无法避免时 , 要等待干扰瞬间消失或 ( ) 者干扰减弱时再进行观测 。当仪器不稳定时 , 采用多次重复读数的办法 。 3当观测结果超 过允许误差或者观测曲线草图出现畸变时 , 要重新测量 , 必要时加密观测 。工作中由于采取 了减小干扰的措施 , 取得了较好的观测效果 。 从电联剖观测可以看出 , D P - 1 剖面 38 m 处和 D P - 3 剖面 145 m 处各有一个正交点 , 这 ( ) 两个 正 交 点 反 映 同 一 条 断 裂 的 存 在 图 2 。 D P - 13 剖面 132 m 处 , D P - 14 剖面 271 m 处 和 D P - 15 剖 面 138 m 处 各 有 一 正 交 异 常 点 , 这 3 个正交点反映了另一条帄行的断裂 。D P - 2 剖面 95 m 处有一正交点 , 加大极距后 , 仍有 正交点 , 并移动至 85 m 处 , 据此推测 , 断裂可 能向 SE 倾斜 , 破碎带宽约 7 m 。 通过 17 条甚低频电磁法剖面观测 , 发现 在市排灌站至吴三台子 、大西街 、三道街至火 车站一带均存在 N W 向异常带 。 ρ图 2 电联剖剖面 曲线图 m 从高密度电阻率法的观测结果可以看出 , ρ) (Fig. 2 Elect rical p rospecting curve. m30 ×观测点在 12 ×观测层时正好是电联剖 B P ρa D P - 1 解放路坡上电联剖曲线 s ρb DD - 3 解放路东段电联剖曲线 s - 2 剖面中 95 m 处的深度 , 两种观测结果完全 ρ一致 , 在高密度断面图上出现向 SW 倾斜的 s () 低阻体 , 正好是断裂通过的位置 图 3。 ρ图 3 GM - 1 剖面高密度电阻率 断面图 s Fig. 3 The cross sectio n of high densit y (ρ) resistivity to GM - 1 line. s 图 4 电场比值曲线图 电场比 值 观 测 结 果 表 明 , B Z - 4 剖 面 的 Fig. 4 Curve of elect rical field ratio curve. ( 290 m 处和 B Z - 6 剖面 125 m 处均有异常 图 a BZ - 4 吴三台子南 ; b BZ - 6 吴三台子 ) 4, 其异常部位与电联剖异常位置相吻合 。总 之 , 电法勘探证明大石头 - 宋三台断裂在市区确实存在 , 走向 320, ? 倾向 SW , 破碎带宽 10 312 人工地震勘探 31211 工作方法及资料处理 为追索断裂的形迹 , 共布设探测剖面 7 条 , 总长约 4 km 。探测中采用了美国产 J ES -2401 数字地震仪和日本产 MCSE IS - 1500 数字地震仪 , 震源为人工重锤激发 , J ES - 2401 地 震仪采取定向 、定距离观测 , 点距 215 m , 偏移距 5 m , 采用 2 次覆盖追踪观测系统 , 采样间 隔 015 ms , 记录长度为1 024 ms 。M SC E IS - 1500 型地震仪的观测点距为 4 m , 采用排列中点激 发方式 , 为三次覆盖双重观测系统 , 采样间隔 015 ms , 记录长度为 500 ms , 各测线的时间剖 面上有一组清晰的 、能连续追踪的反射波组 。它来自第四纪系底部的反射界面 , 此层可作为 ( ) “标准层”, 它是确定断裂的基本依据 , 其主要标志有 : 1地震目的波组突然中断 、消失或 () ( ) 在时间上发生跃变 ; 2地震目的波组的突变部位及其附近出现特殊波 ; 3经迭加的时间 剖面上出现目的波组的消失空白区或突变区或目的波组有明显错动 , 在深度剖面上出现深度 () 突变 ; 4相邻剖面的时间剖面 、深度剖面上有可对比的相似性 。 在城市 , 人工浅层地震勘探工作最大的干扰源是由各种原因引起的环境振动 , 如电车 、 () 汽车 、工厂机械振动和建筑工地落锤等 。为排除干扰所采取的措施是 : 1在远离主要街道 、 () () 工厂和建筑施工场地的地方布设测线 ; 2选择较安静的时段 午夜 0,3 时进行观测 。通 过排除干扰 , 取得了较好的地震记录 。 31212 探测结果 根据上述标志 , 共确定了帄行分布 、规模不等 、长度不一 、走向均为 N W 向的断裂 7条 。同时 , 将组成断裂的各剖面上的断点作了 A , B , C 三级质量划分 , A 级为最可靠断点 , B 级为可靠断点 , C 级为基本可靠断点 。 通过人工浅层地震勘察 , 从宋三台到鞍山火车站一带的 5 条勘察测线上较准确地确定了 图 5 DZ - 1 测线地震时间剖面及其解释 Fig. 5 Seismic time p rofile and explanatio n of t he DZ - 1 line. 4 期 高常波等 : 辽宁鞍山市大石头 宋三台断裂的探测与研究 401 宋三台 - 大石头断裂的具体位置 。在这些剖面上 , 组成该断裂的断点都是可信的 , 其可靠性 基本上属于 A 级 。它们在地震记录的时间剖面上反映明显 , 不同剖面上反映的断裂特征相 似 , 证明断裂确实存在 。探测结果还表明 , 断裂朝 SW 方向倾斜 , 南西盘下降 , 断距几米 , () 属高角度正断层 , 破碎带宽几米至 10 余米 图 5。 313 地质雷达探测 地质雷达探测是一种精度较高的物探手段 , 尤其在探测浅部规模较大的隐伏的地质体时 ,效果更为显著 。对覆盖层小于 30 m 的地区 , 采用这种方法是比较有效的 。受市区条件限制 , ( ) 这次工作在掩盖区只布设了一条测线 。勘察过程中 , 确定断裂的标志主要有 : 1同一层位 () ( ) 电磁反射波的同相轴突然中断或错动 ; 2有异常波组出现 ; 3在正常的背景上 , 突然出 () 现异常图象 。探测过程中 , 在光荣街剖面 DL - 1 剖面10 m 处发现有反射波同相轴被错动 () 的现象 , 表明该处有断裂存在 , 破碎带的宽度约 4 m 图 6。 地质雷达抗干扰能力相对要强一些 。但是 , 也受通讯线路和高压线的干扰 。一般来说比 通讯电磁波的干扰可用滤波 较容易排除 。高压线的干扰在图象上有明显的反映 , 容易识别 , 图 6 DL - 1 测线雷达记录图 Fig. 6 The geological radar record of t he DL - 1 line. 在鞍山市区进行的以人工地震为主 、电法和地质雷达为辅的综合地球物理探测为研究断 裂积累了丰富 、可靠的资料 。在作资料解释时 , 将来自第四系底部的基岩反射层 、电性层作 为本区人工地震与电法的 “标准层”, 以便于解释异常 。不同探测手段所确定的异常部位在空 间上有相当好的一致性 。通过探测发现 , 大石头 - 宋三台断裂的确在市区穿过 , 而且发育在 基岩中 。断距不大 , 倾角陡 , 属高角度正断裂性质 。断裂未穿切上覆的第四纪沉积层 。 在勘测过程中 , 虽然采取了减少干扰的措施 , 取得了较为理想的效果 。但是 , 利用不同 方法所观测到的异常 , 不能说都是由断层引起的 。岩溶 、岩脉 , 在城市埋设的管道也能产生 异常 。因此 , 对多种方法所取得的资料要反复对比 , 认真分析 , 才能确定是否有断层存在 。 当然 , 最有效的办法是用钻孔来验证 。 314 探测结果的可靠性验证 通过探测 , 基本上查明了大石头 - 宋三台断裂在市区的延伸和展布情况 。为验证探测结果 () 的可靠性 , 在位于断裂上的工人街 118 号附近打了一个验证钻孔 DF, 同时收集了断裂附近 1 () 的 4 个工程地质钻孔资料 。验证结果表明 , 在验证孔 DF的 1012m 和 19m 处发现了断裂破 1 ( ) ( ) ( ) 碎带和 断 层 泥 , 在 市 罐 头 汽 水 厂 DF、铁 西 广 场 DF、兴 盛 广 场 DF和 市 毛 巾 厂 2 2 3 () () 图 7。上述 5 个钻孔所出现的现象 , 充分证明了探测 DF等地的钻孔中也见到断层破碎带 5 结果的可靠性 。 图 7 大石头 - 宋三台断裂钻孔柱状图 Fig. 7 The boring columnar sectio n of t he fault . 4 断裂的地质特征及活动性 在鞍山市东南的基岩出露区可见到大石头 - 宋三台断裂的构造形迹 , 在市区的大石头山 , 腾家房身和前进路电影公司采石坑均有露头 , 这些出露点为直接研究断裂的地质特征和活动 性提供了方便条件 , 下面介绍各露头点上所见到的现象 。 在市电影公司附近 , 工程队在开挖地基时 , 正好将断裂揭露 , 断裂走向 320?, 倾向 SW , 4 期 高常波等 : 辽宁鞍山市大石头 宋三台断裂的探测与研究 403 倾角大于 70。?破碎带发育在震旦系页岩与石英岩之间 , 由两条颜色明显不同的挤压片理和断 ( ) 层泥组成 , 宽 10 余米 。从紫色断层泥中取样品一个 , 其热释光年龄为 3214 ?215 万 a () 图 8。 在城建局供应站北山的采坑内可以见 到断 裂的形迹 ,破碎带发育在震旦系石英砂岩夹薄 层页岩之中 ,由挤压扁豆体和片理组成 , 破碎带 ( 宽013,110 m ,走向310,?倾向 N E ,倾角55? 图 ) 9。 大石头山因施工被全部揭露 , 观察中发现 断裂从 震 旦 系 薄 层 砂 岩 和 中 厚 层 石 英 岩 中 穿 图 8 鞍山市电影公司附近断层剖面 过 , 走向 315?, 倾向 N E , 倾角 80, ? 断层上盘 为薄层砂岩 , 下盘为中厚层石英岩 , 其产状与 Fig. 8 The cross sectio n of t he fault near t he 断裂基本一致 。破碎带由挤压扁豆体和灰绿色 film co mpany. 断层泥组成 , 宽 4,5 m 。据断裂面上的擦痕判 ?石英岩 ; ?断层角砾岩 ; ?断层挤压带 ; ?残积土 ; ?采样点 ( 断 , 断裂具有扭性 , 断层泥的热释光年龄为距今 5615 万 a , 断裂活动属中更新世早期 图 ) 10。 图 9 城建局供应站北山断层剖面 图 10 大石头山顶断层剖面 Fig. 9 The cross sectio n of t he fault Fig. 10 The cross sectio n of t he fault at t he nort h mountain. at Dashitou mountio n. ?紫色泥岩 ; ?挤压破碎带 ; ?石英岩 ?片麻岩 ; ?挤压带 ; ?石英岩 ; ? 采样点 在腾家房身车站附近的铁路路堑内见断裂从震旦系砂岩与寒武系灰岩之间穿过 , 走向 ( ) 310?, 倾向 N E 或者 SW , 倾角 60, ? 破碎带由挤压片理组成 , 宽度明显减小 012,013 m, 断裂带上有第四纪残坡积层覆盖 , 未被断裂穿切 。 以上几个露头点的观察表明 , 大石头 - 宋三台断裂的地貌标志不明显 , 断裂主要从震旦 () ( 系砂页岩 、石英岩中穿过 , 延续性较好 , 走向稳定 310,320?, 倾向 N E , 倾角较陡 55, ) 80?, 单条断裂的规模变化较大 , 破碎带宽度自 012 m 至 10 余米 , 主要由挤压片理和断层泥 组成 。断层面上擦痕明显 , 据此可以判断断裂具有扭性 , 年龄测定数据表明 , 最后一次活动 时期为中更新世 。 综合原有的地质资料 , 并结合这次地球物理探测和野外观察 , 可以对大石头 - 宋三台断 裂的地质特征和活动性作如下归纳 : 大石头 - 宋三台断裂是区域上 N W 向李三台子 - 腾家房身断裂的组成部分 , 它形成于印 市 , 沿 310,320方向延伸? , 经电机修造厂 、交通技校 、市 62 中学 、鞍山钢铁学院 、烈士山 纪念馆 、市 65 中学 、机电设备厂 、铁西九道街 、市毛巾厂 、大西街 、宋三台直至下辽河帄原 边缘 , 在市区的延伸长度达 1215 km 。该断裂的形态和结构都比较复杂 , 产状多变 , 多处出现 分支 、复合或多条次级断裂互相帄行展布的现象 。在交通技校以南表现为单条断裂 , 在小型 钢轨厂 —铁东区政府一带为 4 条帄行展布的断裂 、鞍山火车站以西表现为两条帄行展布的断 裂 。断裂产状的变化也十分明显 。在鞍山火车站以东 , 断裂向 N E 倾斜 , 火车站以西 , 断裂 向 SW 方向倾斜 。断裂性质在不同地段也有不同的表现 , 在基岩出露区显示扭性 , 在覆盖区 表现为正断层性质 。断裂的宽度和形态沿走向有明显变化 , 有的地方宽几十米甚至百米 , 而 有的地方宽度只有几十厘米 。从人工浅层地震探测结果来看 , 断距在几米至十几米之间变化 。 断裂面形态的变化也十分明显 , 断裂面有时呈波状弯曲 , 形成反 S 型 , 有时帄直呈直线状延 伸 。 该断裂不仅形态有变化 , 其内部结构也很复杂 , 破碎带主要由片理 、挤压扁豆体和断层 泥组成 , 挤压扁豆体多产生于片理带内 , 断层面上擦痕发育 。从形态 、结构 、产状等方面的 多样性可以推断 , 断裂形成以后 , 经历了多次构造运动 。每次运动都留下了变动的痕迹 , 使 ( ) 断裂变得很复杂 。它的最新活动应发生在中更新世 。其理由是 : 1从断层泥热释光的测定 ( ) 结果看 , 其年龄值为 5615,3214 万 a , 属于中更新世早 、中期 ; 2断裂在地貌上没有明显 ( ) 的显示 , 说明断裂在最新的地质时期没有活动 ; 3在第四系覆盖区 , 沉积层的厚度变化主 ( ) 要受原始基岩面起伏状态的控制 , 未见断层错切第四纪沉积层而发生厚度改变的现象 ; 4在腾家房身见断裂上覆盖有很薄的第四纪残坡积层 , 与附近的第四纪地层对比 , 该覆盖层应 属于晚更新世或全新世 , 由于断裂未穿切上覆盖层 , 说明断裂的最新活动应在晚更新世以前 。 5 结论 通过地球物理探测与野外观察可以认定 , 大石头 - 宋三台断裂是区域上 N W 向断裂在鞍 山市的延伸 , 它有着复杂的结构 , 经历了较长的演变过程 , 其最新活动年代在中更新世早 、 ( 中期 , 自晚更新世以来没有活动 。虽然 , 研究者们对如何定义活动断裂有不同看法 丁国瑜 , ) 1982 ; 邓起东 ,1982 ; 李起彤 , 1991。但是 , 强调活断层现在仍在活动这一点是共同的 , 根 ()() 据中国地震区划图 1990 概论 国家地震局 , 1996给出的定义 , 活断层是指 “晚更新世 —全新世以来活动的断层 , 并认为今后仍将活动”。根据这个定义 , 大石头 - 宋三台断裂显然 不是活动断裂 , 1975 年 , 海城地震时沿该断裂形成的重破环带不是由断裂活动引起 , 而可能 是由地震波作用而产生的烈度异常现象 。 探测工作在卢造 勋先生指导下进行 , 衷心表示感谢 。 ()1998 年 6 月收稿 , 1999 年 3 月改回 参 考 文 献 邓起东 . 1982 . 中国的活动断裂 . 见 : 中国地震学会地震地质专业委员会编 . 中国活动断裂. 北京 : 地震出版 社 . 19,27 . 4 期 高常波等 : 辽宁鞍山市大石头 宋三台断裂的探测与研究 405 丁国瑜 . 1982 . 中国内陆活动断裂基本特征的探讨 . 见 : 中国地震学会地震地质专业委员会编 . 中国活动断 裂 . 北京 : 地震出版社 . 1,9 . () 国家地震局 . 1996 . 中国地震烈度区划图 1990概论. 北京 : 地震出版社 . 李起彤编著 . 1991 . 活断层及其工程评价 . 北京 : 地震出版社 . ( ) 中华人民共和国城市建设环境保护部 . 1985 . 标准. 城市勘察物探规范 CJJ - 85. 北京 : 中国建筑工业出版 社 . STUDY A ND EXPLO RATIO N O N THE D AS HITO U2SO NGSA NTAI FA UL T I N A NS HA N CITY , L IAO NI NG P RO VI NCE Gao Changbo Zho ng Yizhang Wu Mingda Zheng Shuangcheng ( )Instit ute of Seismology , Liao ning Province , Shenyang 110031 Abstract The Dashito u - So ngsantai f ault as t he co nstit utive part of t he regio nal f ault st riking N W is a hidden st ruct ure acro ss Anshan city. Thro ugh synt hetic geological explo ratio n and field investiga2 tio n it is fo und t hat t his f ault wit h 310,320?st rike co mes into urban area f ro m Tenjiaf anshen vil2 lage and extends abo ut 12 . 5 km , via t raffic school , So ngsantai village to t he edge of Xialiao he plain . The f ault is 12 . 5 km lo ng , several tens cm to several m wide and has vertical dislocatio n of several m to several tensum. It is characterized by co mplex st ruct ure , changeable dip and varied mo rp hological change . So mew here it is a single f ault and ot herw here 2,4 seco ndary f ault s w hich are parallel each ot her . It s newest age of acitivit y is middle Pleistocene . It is not an active f ault . Key words : Fracture structure , Geophysical explorat ion , Liao ning