沂沭高烈度地震区选线综合物探

2014-05-07杜彦军

铁道勘察 2014年2期

郝明杜彦军

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

胶州至新沂铁路是我国东北至长江三角洲陆海铁路大通道的组成部分，正线长302.6 km。该方案莒县至新沂长约180 km的线路位于我国东部最大的发震断裂带——郯庐断裂带的中段沂沭断裂带中，工程地质情况十分复杂，对该方案铁路工程稳定性评价即成为决定方案取舍的关键。在蓝村至新沂线地质加深勘测阶段，充分发挥物探轻便易行，成本较低，以及大面积、长距离勘探的优势，开展了综合物探工作。

物探采用了可控源音频大地电磁法、地震纵波反射、高密度地震等方法和技术，配合电测深、电剖面、地震折射、磁法等传统的物探方法开展工作，查明了隐伏主要断裂分布、破碎带宽度和产状，以及控制线路方案且地质条件复杂特大桥的工程地质情况。

1 地形及地质情况

1.1 地形地貌

测区大部位于我国东部最大的活动断裂带郯庐断裂带中段——沂沭河断裂带中，地形较为平缓。临沂以北属低山丘陵，由于剥蚀，地面坡度一般小于30°，基岩埋深一般不超过20 m;临沂以南属沂沭河冲积平原，地形平坦，地势开阔，村庄稠密，下伏基岩埋深大，露头少。

测区内主要河流有沂河、沐河及其支流，如:太古河、潍河、柳青河等。

1.2 地质构造

测区位于中朝准地台山东台背斜的东南缘，由北东向的沂沭断裂带及其伴生的近东西和北西向断裂为主，切割形成了本区典型的断块构造特征。

沂沭断裂带由四条主干断裂组成，呈北北东向10°～25°延伸，自东向西依次为F1昌邑—大店断裂;F2白芬子—浮莱山断裂;F3沂水—汤头断裂;F4唐吾—葛沟断裂，在F1与F2之间另有一条F5安丘—莒县断裂，形成“两堑夹一垒”的构造格局。

2 地球物理特征及物探方法选择

2.1 地球物理特征

本次工作，从既有的物探资料及参数测定结果综合分析统计，取得了测区内主要地层岩性的物性参数，测区内各地层、岩性之间，断裂破碎带和两盘岩性之间，在物性上均有一定的差异，在本区开展物探工作具备一定的地球物理前提。但是，在个别地段(如莒县盆地)，砂岩与上覆松散层电性差异往往很小，郯城以南基岩埋深上百米，且基岩为低阻，破碎带窄等，为物探工作的不利因素。因此，应有针对性地开展综合物探，加强物探、地质的综合分析。

2.2 物探方法的选择

本次物探工作选择了地震折射波法、地震纵波反射波法、高密度地震法、高分辨率电测深、电剖面法(联合剖面和对称四极剖面法)、可控源音频大地电磁法(GDP-16)和磁法等8种物探方法，各种方法合理组合，互相弥补及验证，提高识别能力和扩大适用范围。

3 典型断面物探效果分析

3.1 基岩埋深浅和地形平坦地区

在基岩埋深浅、地形平坦的地区，采用以电测深、电剖面为主，地震折射为辅开展综合物探，解决构造分布和地层情况。

太古河特大桥:

采用电测深和联合剖面法开展工作，电测深曲线类型呈Q型，反映下伏基岩较上覆土层呈低阻;在DP-Ⅰ、DP-Ⅱ联合剖面曲线上均出现电性分界的反映(见图1)。

图1 太古河特大桥DP－Ⅰ、DP－Ⅱ联合剖面曲线

结合区域地质资料分析，此界面为白垩系上统王氏群辛格庄组泥岩与红土崖组砖红色泥质砂岩分界。

3.2 基岩埋深较大和电性差异明显的地区

莒县盆地(北方案):

以电测深、联合剖面、地震折射和地震反射以及可控源音频大地电磁法开展工作。

D-D′测线，从地震反射剖面ZF-Ⅰ中可以看出，CDP点50～90间反射波同相轴不连续，出现反射波波形紊乱，波形不规则，随深度增加不连续点东移的特征(见图2)。

图2 ZF－Ⅰ测线地震反射剖面

3.3 基岩埋深浅和电性差异小的地区

在基岩埋深浅，电性差异不明显地区，选择高密度地震开展工作，分析其动力学特征，根据振幅，相位，同相轴的变化来判释断裂带。

Ⅳc-Ⅳc断面(王家埠东):

为查明F3断层，在临沂市河东区梅埠乡王家埠村北，采用高密度地震开展工作。

在高密度地震剖面上第10道到14道之间，弹性波能量衰减快(见图3)。

图3 王家埠东高密度地震剖面

在高密度地震异常对应的位置，电测深曲线和联合剖面曲线及旁侧线连剖曲线均有呈高低阻接触带异常反映，判释为F3断层，断层走向N35°E，倾角较陡，倾向西，破碎带宽度约15 m。根据异常位置，布置两验证孔，均打到了断层，断层两盘为砂岩和粉砂岩。

3.4 一盘为沉积岩和一盘为火成岩的断层探查

对于断裂带两盘岩性不同，其中一盘为沉积岩，一盘为火成岩的勘探方法，采用磁法勘探，辅以电测深，联合剖面开展综合物探。

为探查F2断层，在临沂市临沭县南古镇东，采用磁法、电测深、联合剖面和高密度地震法开展工作。

在彭白河磁探曲线15号点至20号点之间反映为低磁异常(见图4)，与之对应的DP-Ⅰ联合剖面曲线5号点，10号点之间有一不明显低阻正交点(见图5)，高密度地震及电测深也有异常反映，推断为断层，断层走向N18°E，破碎带宽度约20 m，倾向西，倾角陡。断层一盘为花岗岩，一盘为砂岩。

3.5 对活动性断裂的探查

为查明安丘—莒县断裂的位置以及是否具有活动性，在莒县北方案布置了一条地震纵波反射测线，以期通过断层两盘地层的变化判断其活动性。

地震反射测线ZF-Ⅰ反射时间剖面上100 ms附近有几条明显的反射同相轴，推断为基岩面及以下地层的反映，经时深转换后，深度为35～40 m。90～118CDP点之间有四处反射同相轴被错断位置向下东移，说明断层倾向东，在50 ms左右，深度约25 m处也有一组反射波同相轴发生错断，推断为Q3地层，结合区域地质资料，推断此异常即为安丘—莒县断裂之F5-2的反映，其走向为N25°E，倾向东，破碎带宽约100 m，该断层是由四条断层组成的断层簇，倾角约50°～70°，Q3地层也发生了错动，证明该断层第四系有活动迹象(见图6)。

图4 彭白河磁探曲线

图5 彭白河连剖曲线

图6 ZF－Ⅰ地震纵波反射剖面

3.6 人工源大地电磁(GDP-16)的应用及效果

对于基岩埋深浅，但表层由于风化，断层两盘地层电性差异不大，或者岩埋深达到数十米至上百米的地区选择，以可控源音频大地电磁法(CASMT)为主要方法。

IIIh-IIIh断面(大店子):

断面位于临沂市东约12 km的大店子村附近，为查明东西向的临沂一白鹿断裂而布设，共施测可控源音频大地电磁剖面测线1 200 m。

在反演的电阻率断面图(图7)可见，表层电阻率较低(电阻率小于30Ωm)，对应第四系覆盖层，下部的电阻率较高，在第33点处深部等值线不连续，表现为两种电阻率大小不同的分界，南侧地层电阻率为30～50Ωm，北侧地层电阻率为50～100Ωm，表明此处地层不连续，有断层存在。结合地质资料分析推断此断层即为临沂-白鹿断层。