综合地质-地球物理方法在莆田东郊-涵江断裂中的应用

郭燕玲

（福建省197 地质大队 福建泉州 362000）

调查城市断裂的活动性为区域地壳稳定性分区、社会经济发展规划、重大工程建设布局、防震减灾提供科学依据，是城市地质调查中的重要基础工作［1］。地震灾害研究表明活断层是产生地震的根源［2］。莆田市地处全国地震重点监视防御区，东郊-涵江断裂与区内陂头-西天尾断裂分别穿过莆田城区东南、西北部，控制着整个莆田平原的格局。以往资料显示，东郊-涵江断裂已切穿全新统海相沉积地层，说明其活动性较强。

工作区内大部分活动断裂多被人为建筑或第四系沉积物覆盖，传统的地面地质勘查效果有限，采用综合地球物理方法可有效查明城市断裂的地质特征［3］。根据工作区的场地条件、物性差异及干扰情况等，采用浅层地震、可控源音频大地电磁测深综合地球物理方法对断裂进行探测，结合钻探资料建立的全区三维地质结构模型，查明了东郊-涵江断裂几何分布特征及第四纪活动性。

1 地质概况

莆田市位于福建省的中南部，地处东亚新华夏系巨型构造体系第二隆起带的东部沉降带和南岭纬向构造体系的交汇处，加上市域境内北西向构造带，区域地质构造复杂，新构造的活动频繁，地震活动居省内较高水平［4］。区内主干构造新华夏系长乐-南澳断裂带穿过中部，由一系列北东向多期次的断裂破碎带、变质带、火山喷发带、岩体侵入带、岩脉及片麻理等构成［5］。区内地层发育不全，主要有前泥盆系亲营山组、侏罗系长林组、南园组及第四系，其中第四系有第四系全新统海积层、第四系全新统冲积层、第四系全新统冲洪积层、第四系全新统洪积层及第四系更新统冲洪积层、第四系残积层［6］。

东郊-涵江断裂为区内的主要构造。该断裂位于灵川、渠桥、涵江一带，发育于侏罗系南园组中，呈北东30°～45°方向展布，带宽4 km～6 km，断裂主要为左旋压扭-压性特征。区域岩层断裂西北侧为一套以火山岩为主组成的低山丘陵，东南侧为变质岩、第四纪组成的冲洪积、海积平原和红土台地。断裂的西南端没入海中，一直延伸到惠安县。1596 年10 月发生在惠安西南的级地震及1937 年6 月兴化湾的级地震均位于该断层之上。近期微震监测，断裂旁仍有小于1 级的微震，且震中位置呈北东向分布，表明该区域内的断裂至今仍然存在明显活动。

2 地球物理方法对断层的探测与研究

2.1 浅层地震

浅层地震勘探是分辨地壳浅部地层界面和较薄地层的一种浅层地球物理勘探方法，该方法可在城市断裂活动性探测中确定隐伏断裂位置及其切割地层层位［7］。该方法利用多次覆盖技术压制干扰、提高资料的信噪比，分析剖面上反射波组特征、同相轴连续性、振幅强度、频率变化等信息，并结合收集的地质信息及地球物理资料，推断断层的位置、形态、埋深等有关参数［8］。

研究区垂直东郊-涵江断裂布设了浅层地震勘查剖面，采集参数为道距3 m、炮距12 m、记录长度500 ms、153 道接收，6 次覆盖。由图1 可见，能够非常清楚的分辨来自不同深度的波组。通过对比地震反射波组，在测线北侧和南侧同相轴相对连续，反射面双程反射时间20 ms 左右处，反射波较为清晰，推断解释为第四系地层内部界面，在测线中部130 m～355 m 段，同相轴较短，反射时间增大。取综合速度1 000 m/s～1 200 m/s换算基岩面埋深，北侧相比南侧略深，中部最深。推断在测线中断存在断裂导致的风化槽，在凹槽两侧解释F1和F2异常。并推断该处异常与东郊-涵江断裂有一定关联性。附近钻孔ZKG08 显示近地表2 m 左右杂填土，2 m～8 m 为粘土，有砂质黏土、粉质黏土、碎石以及残积粉质黏土，8 m 以下为凝灰岩，与地震反演结果很好吻合。然而点处并未表现出历史资料所述的基底及第四系地层的变化。

图1 东郊-涵江断裂浅层地震反演图像及综合地质解释

2.2 可控源音频大地电磁测深

可控源音频大地电磁测深法通过使用人工控制的电磁波信号在地球介质中激发的电磁波场数据来观测地球内部的导电性结构。该方法工作效率高、勘探深度大、横向和纵向分辨率均较高，以及受地形影响和高阻层的屏蔽作用小［9］。工作中我们采用的仪器是加拿大PHOENIX 公司生产的V8 多功能电法仪和RXU-3ER 辅助接收机，频率选择0.125 Hz～8 192 Hz，T30 型30 kW 发射机，最大输出功率20 kW，最大输出电压为1 000 V。

由CSAMT 断面成果图（图2）可知：该区地层相对稳定，电阻率变化较为平稳，岩层完整性较好，该区海水入侵导致表层覆盖第四系浮土电阻率较低，成果图反映了覆盖层的变化，测线西侧表层浮土较浅，约20 m 左右，从西向东表土层厚度逐渐变厚，中间约40 m，东部最大可达80 m；测线东端反演电阻率曲线陡降，存在一个较为明显的低阻条带，推测此处为东郊-涵江断裂构造显示，该断裂产状较陡，倾向南东，倾角约为75°。

图2 涵江区国际商贸城（L3 线）CSAMT 断面及成果

3 全区三维地质结构模型

钻孔是最常见的地质勘察技术手段，以钻孔数据为基础建立地质模型是最常用的三维地质建模方法之一。首先对数据进行预处理，标准化成excel 格式入库建立钻孔模型，再通过钻孔坐标及分层数据，快速建立起地层分层的基本参考信息，最终建立地层面及地质体。本方法具有自动化程度高的优点，可有效利用于大规模钻孔的快速建模［10］。

从全区三维地质结构模型（图3、图4）中可见该区历史基岩面存在起伏，总体北西高南东低，在断裂通过处呈阶梯状。黄石镇西侧到涵江镇有NE 向的沟谷，该沟谷即东郊-涵江断裂带通过位置。东郊-涵江断裂的西北侧一般是300 m～600 m的低山丘陵，水系多呈北西向的“V”型谷，河流阶地发育，一级阶地高出河床1 m～3 m，二级阶地高出河床3 m～8 m，属于上升地貌特征。在该断裂的南东侧惠安一带则发育标高为10 m～15 m 的红土台地和冲洪积平原。水系短小，发育浅而宽的“U”型谷，属于地壳相对下降的地貌特征，二者反差极为明显。

图3 莆田平原基岩面起伏变化

图4 莆田平原（兴化平原）残积层顶板标高

三维地质结构模型中可以看出东郊-涵江断裂穿过的方向及切穿的地层。更新世砂卵石层顶板标高存在四段阶梯式突变，总体呈现两头翘中间凹的现象，该层之上有一层黄褐色更新统黏土的也在突变处被剥蚀掉，这突变处正是东郊-涵江断裂通过的位置，这与物探反演结果具有很好的一致性。莆田平原普遍发育的灰黑色淤泥质土顶板是平直的，断裂带处却没有类似上述砂砾石层的跳跃式突变，因此，可以推断断裂带在第四纪以来淤泥质土形成之前有过活动。

断裂东南侧广泛分布有晚更新世中、晚期海陆交互相地层，断层西北侧晚更新世地层出露很少，表明晚更新世中晚期沉积明显受断裂制约。

4 结论与讨论

本文以浅层地震和可控源音频大地电磁测深的综合地球物理方法，结合全区钻探资料建立的三维地质结构模型，以东郊-涵江断裂为研究对象，对断裂的位置、走向、断层结构进行了勘查，确定了断层的准确位置和产状等，分析了断裂的活动性，得出以下结论：

（1）东郊-涵江断裂北东走向，倾向南东，倾角约70°，沿莆田城区东南部穿过，第四纪以来有过活动，现今仍在活动，而活动主要表现为断裂西北盘相对上升，南东盘相对下降。

（2）实践证明，采用综合地球物理方法，可利用各方法的特点，取长补短，结合钻孔资料建立三维地质结构模型，可减少多解性的影响，提高准确性。但面对复杂的城市环境、各种强干扰的影响，对不同地质条件的城市，应充分分析勘查任务及场地地球物理参数，合理采用不同地球物理方法的组合进行综合勘查。

（3）活动断裂是影响和制约城市发展的主要地质因素，该地区在今后的地质调查中，应该加强活动断裂大比例尺调查工作，详细查明活动断裂的演化及现今活动特征，系统开展区内活动构造体系研究。