[文章编号]1001-4683(2005)01-001-16[收稿日期]2004-11-02;[修定日期]2004-12-30。
[项目类别]福建省政府及中国地震局“十五”重点项目。
[作者简介]朱金芳,男,1959年出生,硕士,高级工程师,1985年毕业于中国地震局地质研究所,主要从事地震地质和活动构造研究。
E -mail :zjf 7166@sina .com 福州市活断层探测与地震危险性评价朱金芳1) 黄宗林1) 徐锡伟2) 郑荣章2) 方盛明3)白登海2) 王广才2) 闵伟2) 闻学泽4) 韩竹军2)1)福建省地震局,福州市华鸿路7号 3500032)中国地震局地质研究所,北京 1000293)中国地震局地球物理勘探中心,郑州 4500024)四川省地震局,成都 610041摘要 大量震例研究表明,活动断层产生的直下型地震对城市的破坏非常严重,应用先进有效的地质与地球物理探测技术,准确地探明城市之下及附近活动断层分布,确定直下型地震的震源和危害性是我国城市减灾工作面临的一个非常急迫的实际问题。
《福州市活断层探测与地震危险性评价》项目作为中国地震局全国城市活动断层探测的试点与示范项目于2001年初开始实施,2004年8月通过中国地震局的验收。
项目围绕解决城市范围内的断裂定位、定年、定性、深部背景、地震危险性和危害性及防震减灾对策等一系列科学问题,通过“初查与目标区主要活断层鉴定”、“深部地震构造环境探测”、“地震活断层鉴定与危险性评价”、“地震活断层的详细探测”、“地震活断层危害性评价”和“活断层地理信息系统建设”等阶段的探测和评价工作,同时在福州市城、郊区全面开展壤中气汞、土壤汞、气氡、地质雷达、多道直流电法、瞬变电磁法、浅层地震折射法、浅层地震反射法、勘探震源效果对比、用于建立福州盆地埋藏第四系(标准)剖面的钻探等多种手段的试验探测,总结各种试验探测的技术指标和实践经验,在活断层的综合试验探测、定位定年、地震危险性和危害性评价等方面取得了下列成果与结论:(1)福州市活断层综合试验探测成果表明,在充分收集、整理与分析相关地质、地球物理、钻孔等资料的基础上,以地球化学探测为先导“侦察机”,确定了活断层的可能位置;以浅层地震勘探为主要探测方法,辅以电磁勘探作为补充,并利用钻探建立的第四系(标准)剖面或地层层序及测井获得的各种地球物理参数进行必要的校正和验证,结合裸露地表断层或埋深较浅断层的槽探及古地震调查或隐伏断层两侧钻孔岩芯岩性、层序、绝对年龄或孢粉等相对年龄的测定与对比等,是进行城市活断层探测(定位)与地震危险性、危害性评价(定年、定性)的最佳组合方法。
(2)福州盆地位于具有发生中等强度地震的区域地震构造环境中,“台湾动力触角”对其影响相对较弱。
(3)福州盆地主要断裂的活动性较弱,经鉴定的6条目标断裂都不是全新世断裂。
其中,八一水库-尚干断裂和闽侯-南屿断裂至少为晚更新世中期以来的不活动断裂,其它为晚更新世以来不活动断裂。
(4)福州盆地深部不存在发生直下型强烈破坏性地震的构造环境,其邻近的长乐-诏安断裂带是未来可能会发生对福州市有影响的地震震源区。
(5)福州盆地主要断裂存在发生中等-第21卷 第1期(1～16)2005年3月中国地震EARTHQUAKE RESEARCH IN CHINA Vol .21 No .1Mar .20052中 国 地 震21卷中强地震的危险性,但发震概率较小。
(6)福州盆地地震危害性较弱,地面发生地震地表破裂带的可能性不大。
(7)开发建立了全国第一个活断层地理信息系统,具备信息查询显示、数据管理、数据的分析处理和咨询服务等功能。
关键词:福州市 活断层探测 地震危险性评价 地震构造[中图分类号]P315 [文献标识码]A0 引言福州市是具有2200多年历史的文化古城,也是较早对外开放的沿海港口城市,是中国东南沿海经济发达、人口稠密的一个大都市。
全市总面积12000(km)2,人口600万。
其中城区面积约150(km)2,人口160万。
福州盆地地处我国东南沿海地震带东北端的长乐-诏安断裂带与闽江断裂交汇部位,具有发生中强地震的地质构造背景(丁祥焕等,1999)。
福州盆地及周边地区断裂构造发育,特别是盆地内发育有数条隐伏断裂,穿越城区,盆地边缘地带现今小震亦时常发生(如1999年)。
1604年泉州海外71⒊级大地震和1574年连江53⒌级中强地震,曾导致福州城区遭受破坏,影响烈度达Ⅵ～Ⅶ度;经常发生于台湾地震带的强烈地震,不但波及福州等沿海城市,而且潜存诱发本区域活断层活动发生地震的可能;第四代地震动参数区划的潜在震源区综合方案(张培震等,1999)确定福州盆地为具有发生6级地震的潜在震源区,表明未来仍具有发生破坏性地震的可能性。
福州市活断层探测与地震危险性评价项目围绕解决城市范围内的断裂定位、定年、定性、深部背景、地震危险性和危害性及防震减灾对策等一系列科学问题,主要目的是查明福州市城区及其邻近地区可能会发生直下型地震的主要活断层的空间位置、产状、规模和活动性,评定其地震危险性和地震危害性,为城市建设、土地利用、发展规划的制定和抗震设防等工作提供科学依据。
同时考虑到该试点项目的目标任务,在福州市城、郊区全面开展壤中气汞、土壤汞、气氡、地质雷达、多道直流电法、瞬变电磁法、浅层地震折射法、浅层地震反射法、勘探震源效果对比、用于建立福州盆地埋藏第四系(标准)剖面的钻探等多种手段的试验探测,总结各种试验探测的技术指标和实践经验,为全国20个城市活断层探测与地震危险性评价工作提供高效、可靠的技术保障。
1 工作区、目标区和目标断层的确定福州市活断层探测与地震危险性评价项目工作区的确定以包括或涉及探测城市的区域地震构造单元为原则,范围为东经118°30′～120°00′,北纬25°20′～26°40′,面积22792(km)2 (154km×148km)。
目标区是根据福州市的地震地质特征、经济发展与建设规划、防震减灾需要等实际情况(徐锡伟,2002),确定为包括整个福州盆地及周围地区,制图范围为东经119°05′～119°30′,北纬25°50′～26°15′,面积1978(km)2(43km×46km)。
目标断层的选择以经过城区或开发区、具一定规模、有一定工作基础、已知第四纪有活动的主要断层为原则,在此基础上,根据经费和技术力量等条件,确定重点探测或兼顾探测的目标断层。
福州市需重点探测的主要断层为经过市区的八一水库-尚干断裂(F1),其次为桐口-洪山桥断裂(F3);兼顾探测盆地周边的鼓山山前断裂(F2)、湖头-苗圃断裂(F4),五虎山北麓断裂(F5)、闽侯-南屿断裂(F 6)等(图1)。
图1 福州盆地(目标区)主要断层分布图Fig .1 Distribution of major faults in the Fuzhou basin (target region )1.全新统;2.更新统;3.下白垩统;4.上侏罗统;5.燕山期花岗岩;6.目标断裂及编号;7.断裂;8.浅层人工地震勘探测线;9.探槽;10.钻探点;11.M L 3.0～3.9,M L 2.0～2.9地震震中;F 1.八一水库-尚干断裂;F 2.鼓山山前断裂;F 3.桐口-洪山桥断裂;F 4.湖头-苗圃断裂;F 5.五虎山北麓断裂;F 6.闽侯-南屿断裂;矩形框范围为目标区;虚线为深地震探测剖面线31期朱金芳等:福州市活断层探测与地震危险性评价2 综合试验探测2.1 地球化学探测试验城市环境中最大的特点是存在地面和地下建筑物、道路、桥梁、回填土、垃圾(场)、废物、废水排放管道等,它们不仅给地球化学探查工作的实施造成困难,而且也是重要的干扰因素。
通过试验探测,检验和选择适合于城市环境中的地球化学探测测项、方法和技术指标,以期为其它城市相应的探测工程提供参考。
初步确定福州市八一水库-尚干隐伏断裂和桐口-洪山桥隐伏断裂的平面位置为地球物理探测提供“目标靶”。
试验以断层土壤气汞测量为主测项,土壤吸附汞、土壤气氡测量为辅助测项,另外尝试稀有气体测量。
在所有的18条测线上实施气汞测量,合计测线长30.8km ;在八一水库-尚干断裂的一条测线上实施土汞测量,测线长1.1km ;分别在八一水库-尚干断裂的5条测线和桐口-洪山桥断裂的3条测线上实施气氡测量,合计测线长9.3km ;在八一水库-尚干断裂的1条测线上应用不同型号测氡仪进行了对比复测,测线长1.1km 。
测线尽可能垂直并横跨推测的隐伏断层,测点间距初测为20m ,发现异常段后测点加密复测,间距为5～10m 。
试验探测结果与浅层地震勘探结果对比(图2)表明:(1)在福州城区环境中气汞测量是一种快捷、有效的探测方法。
(2)土汞与气汞异常在位置、形态和异常幅度等方面基本“匹配”,两者可相互验证,并能通过它们的相对位置对隐伏断层倾向及倾角的相对大小作出判断,但由于土汞探测过程比较复杂,花费时间较长,在城市隐伏断层探测中只适宜在少数关键部位实施。
(3)气氡异常和气汞异常在不少地段重合或相近,可进行相互验证,提高异常信度。
(4)使用FD -3017RaA 和FD -125室内氡钍分析器两种测氡仪的对比探测表明,测量结果基本一致,也就是说FD -3017Ra A 测氡仪作为一种快速、便捷的仪器可以用于进行隐伏断层探测。
但值得指出的是,气氡测量受地下水的影响比较明显,且存在多解性。
因此,在地下水位较浅的地方,应用气氡探测隐伏断层位置时需要慎重(王广才等,2002)。
图2 古城小区八一水库-尚干隐伏断裂的地球化学与浅层地震联合剖面图Fig .2 Unite section of geochemistry and s hallow seis m of the Bayishuiku -Shan gganconcealed fault in the ancient town district4中 国 地 震21卷2.2 浅层人工地震探测试验在分析处理前人资料、处理并解译遥感信息以及地球化学试验探测等基础上,在福州市城区和郊区共布设了4条浅层人工地震试验探测剖面,总长15km 。
试验探测以纵波反射勘探方法为主,对第四纪覆盖层厚度小于10～20m 和潜水面较浅的地段,进行浅层折射波和SH 波反射勘探试验。
通过试验,确定福州盆地近地表或浅层的人工地震探测方案,选择出覆盖层厚度小于30m 和30～100m 的、城区和郊区等多种复杂环境下的浅层人工地震勘探方法和具体技术指标(如震源类型、观测系统参数、仪器采集参数等)。
试验探测结果表明:地震反射波法对划分具有一定厚度的沉积地层层序、探测隐伏断层以及利用多次覆盖技术压制干扰、提高地震资料的信噪比等方面效果较好,可作为城市活动断层探测的主要方法。