断层(层)及其活动性调查

活断层的定义因国家和地区不同,学者不同而不同。目前学术界没有统一的标准。断层的活动有时代的潮起潮落。我国地质学家和工程地震学家普遍认为,活断层是指晚第四纪以来一直处于活动状态的断层。但由于不同地区地质环境不同,不同学科研究程度不同,研究目的和方法不同,国内外学者对活断层的含义和时限的理解也不尽相同(徐锡伟等,2006;景等,2009)。

断层构造可能成为CO2泄漏的通道,因此有必要研究断层构造的特征。如果存在活动断层,可能会导致地层破裂,诱发地震的危险,这对CO2的地下储存是有害的。因此,有必要调查断层及其活动性。

(1)断裂调查

1.调查方法

通过大、中、小构造相结合,遥感解译和野外观测,先确定断层的存在,再进一步收集相关资料。当已知或怀疑有断裂时,所需的调查应包括地层和地形分析、大地测量和地球物理调查、沟渠勘探、钻探、沉积物或断层岩的年代测定、当地地震调查和任何其他适用技术,以查明运动的最近发生时间。应该对照片中遥感成像显示的所有线性地形特征进行足够详细的调查,以解释其原因。

故障证据主要包括:

1)地貌标志(断崖、断三角、错列山脊、水系、泉的带状分布等。);

2)构造迹象(线性或面状地质体的突然中断和交错、构造线的不连续、岩石产状的突然变化、节理和劈裂岩石的窄带突然出现、小褶皱的急剧增加、挤压和擦痕等)。);

3)地层标志(地层缺失或不对称重复);

4)岩浆活动和成矿作用(岩石、矿物或硅化等热液蚀变带呈线状断续分布);

5)岩相厚度指标(岩相与厚度差异显著)。

2.调查内容

1)断层两侧的地层及其产状变化;

2)断层面产状(直接测量,根据断层V形法确定,借助伴生构造确定);

3)断层两侧的相对运动方向(主要依据两侧地层的新旧关系、牵引褶皱、擦痕、台阶、羽状节理、两侧小褶皱、断层角砾岩等。);

4)断层破碎带的宽度;

5)断层岩石类型;

6)断层组合形式(如正断层的地堑、地垒、阶梯状断层、箕状构造、逆断层的单冲型、逆冲型、逆冲型、楔型、双逆冲构造)。

(2)识别断层活动

1.断层活动的识别对象

断层活动性识别的对象是“主要断层”,一般指:

1)区域断裂标注在区域地震构造图上;

2)长度大于10km或大于15km的断层;

3)对其活动时间认识不同的断层,可能影响场地地震危险性分析的结果;

4)晚更新世以来有活动迹象的断层;

5)穿过场区并与工程场区安全评价相关的断层;

6)与破坏性地震有关的断层,特别是空间上M≥6的地震;

7)与现代小地震的强烈活动或带状分布有关的断层;

8)可能延伸到近场区的活动断层;

9)指向工程场地并可能影响工程场地区域安全评价的断层。

2.活动标识内容

1)断层的活动年龄。断层活动年龄的识别是判断该断层是否为发震构造、对场区拟建工程是否有重要影响、不能改线的管道工程是否采取相应防断裂措施的主要依据。

2)断层的活动性。对于活动断层,其活动性质是划分相关潜在震源区和确定其震级上限的重要依据。潜在震源区范围和边界的确定与活动断层的性质(包括产状)密切相关。在近场发震构造评价中,应通过野外调查或成熟技术手段的探测,查明活动断层的活动性质,识别正断层、逆断层、走滑断层、正走滑断层、走滑-正断层、逆走滑断层、走滑-逆断层等。

3)断层的运动特征。断层的运动包括“蠕动”和“粘滑”特征。地震释放的能量通常只占活动断层应变积累的一部分。

4)故障分段。断层的分段是确定相应潜在震源区边界及其震级上限的主要依据。断层分段的研究包括两个方面:活动分段和破裂分段。

活动细分主要包括活动年龄和活动性质细分。断层活动时间的差异是断层分段活动最明显的标志。在考察中,首先要识别和判断“活跃段”和“不活跃段”。对于活动段落,要根据项目的需要和可能,进一步细分最新的活动时间和活动性质的差异。

破裂面分割是一项非常困难且更加专业的研究工作。由于其具有很大的不确定性,只有在项目有必要的情况下才能进行专题研究。

3.活动断层的调查与识别技术

对目标区内的活动断层进行详细探测和定期观测,调查其规模、性质、方向、活动强度、特征、地貌和地质证据及其活动规律,初步评价各活动断层的地震危险性。调查期间应安排探槽和浅井工作,必要时进行物探等手段,并采集样品进行地质年代测试。

我国活动断裂的调查研究方法比较成熟,包括地球化学异常和地球物理异常,并尝试给出最佳组合方法。邓启东等(2007)指出,短距离钻探和探槽是研究新断裂活动的有力手段,可以揭示活动断裂的最新活动和古地震错动历史。此外,中国地震局《活断层探测》(DB/T15—2009)和《工程场地地震安全性评价》(GB 65439)给出了探槽和钻探探测精度的适用范围和技术要求。

1),主要断裂活动性识别应以地质地貌学的调查分析方法为基础。在地质地貌调查和分析中,要注意:

①宏观人力。如断层所在地区的新构造活动背景、断层与第四纪新地层的关系、断层与地貌面的关系、断层的构造地貌特征等。

②微观取证。仅仅根据宏观现象来解释断层活动是不可信的。我们应该选择典型剖面和典型部位,通过野外调查获得准确的断层活动的地质和地貌证据。

③精细分析。对于活动断层,应采用断层地貌分析、确定断层活动参数、古地震勘探槽、活动分段、活动断层填图、新年代学测定等多种技术方法进行现场调查取证,必要时绘制活动断层图,详细查明其活动性;

④综合判断。要综合地震活动、现代构造应力场等不同学科的资料,以及断层活动的宏观和微观资料,对断层活动进行综合判断。

2)断层最新活动年龄的确定在很大程度上依赖于新的年代学技术。断代方法的选择要因地而异,各有侧重,同时尽可能采用多种方法进行综合断代。一般来说,在第四纪地层出露的地区,可采用放射性碳(14C)法、发光法和孢粉分析法。基岩区断层泥的测年方法有发光法、电子自旋振动法、K-Ar法和扫描电镜法。

3)在覆盖区,当现有资料无法确定已知主要断裂的活动年龄时,应选择物探、化探、地质钻探和测年等方法进行勘探。一般来说,隐伏断层活动性评价应遵循以下步骤:

①隐伏断层位置的初步探测。根据航空、卫星照片的解译和现有的地质、地貌、地球化学、地球物理和钻井资料,初步推断断层的位置、延伸和分布,进而选择合适的探测手段,布置探测路线。

②隐伏断层的综合探测。在初步推断出断层的大致位置后,按照先粗后细的原则选择合适的物探或化探方法,初步确定断层位置。然后进行浅层地球物理勘探,如浅层地震勘探、地质雷达等。,以查明隐伏断层的确切位置和断层距离。

(3)根据具体情况,进行钻探和探槽,进一步帮助确定断层距离、断面、断层地层和上覆地层,采集适当的样品,综合分析其活动性。