城市活动断层数据库在苏州地区断层精确定位中的应用

王金艳, 许汉刚, 李丽梅

(江苏省地震工程研究院，江苏南京210014)

城市活动断层数据库在苏州地区断层精确定位中的应用

王金艳, 许汉刚, 李丽梅

(江苏省地震工程研究院，江苏南京210014)

通过城市活动断层数据库建立断点与断层的拓扑关系，结合遥感解译、物探、钻探、地质地貌等多项专题数据的成果，综合判定断层的空间位置与展布特征。精确定位后的断层F1与资料收集确定的断层最大直线距离达到1 km；F2向西南延伸了11.2 km，与目标区初定断层最大直线距离为2.4 km；F3向北东延伸约6.7 km，与目标区初定断层最大直线距离为0.8 km；F4向东延伸约5.7 km，与目标区初定断层最大直线距离约1.6 km。断层精确定位对城市规划、工程场地的选址、提高城市土地利用率、城市的抗震设计都有一定的指导意义。

活动断层数据库；断层空间定位；拓扑关系；江苏苏州

0 引 言

目前，城市活断层空间定位及活动性评价采用的方法主要有遥感解译、地球物理、地质等。刘保金等(2008)采用高分辨率地震勘探和钻孔地质剖面相结合的探测方法，确定隐伏断层位置、判定断层活动性；李怀良等(2012)利用磁性变化规律，推断探测区域所存在的浅层疑似断层；王诗东等(2011)通过已知断层在同一岩性、不同岩性的试验结果，与地质剖面对比分析，说明氡气测量法与高密度电法2种物探方法对断层定位的可行性；刘影等(2012)认为三维地震勘探可以较好地解决由于二维地震勘探的技术缺陷和地表环境、地质条件影响所造成的断层定位不准的问题，论证了利用三维地震探测在城市进行活断层精确定位中的可行性及意义。

城市活动断层数据库是地震活动断层探测研究和应用所需要的信息管理系统，是城市活动断层探测工作的重要组成部分。活动断层数据库是一个能够反映活动断层几何学、运动学及动力学特征、记载活动断层定位、定年和定性等各类原始探测记录及综合分析结果信息的数据库。数据库的空间分析功能可以对探测与评价数据进行深入处理和分析，从而在城市抗震设计中得到进一步的应用。此外，通过活动断层数据库的建设及数据库质量的检测可以发现问题，并分析产生数据问题的根源，进而从根本上解决数据错误问题(于贵华等，2012)。

从城市活动断层数据库的角度建立断点与断层的拓扑关系，结合遥感解译、物探、钻探、地质地貌等多项专题数据的成果，综合判定断层的空间位置与展布特征，该方法在苏州市城市活动断层探测与地震危险性评价中取得了理想的成果。

1 活动断层数据库简介

中国地震活断层探测技术系统是中国数字地震观测网络工程的重要组成部分，也是建立地震监测预报、震灾预防和紧急救援三大工作体系之震灾预防工作体系的重要基础。“十五”期间，北京、上海、天津、南京等20个城市进行了活动断层探测，查明了城市活断层准确的空间位置、规模、活动性和地震危险性，并提出了针对性的防范对策和工程措施，为城市发展提供了科学依据。

城市活动断层数据库是地震活动断层探测研究和应用需要的信息管理系统，是城市活动断层探测工作的重要组成部分。数据库是集地理信息、探测数据信息、图像信息、文本信息为一体的空间数据管理平台，将活动断层探测过程中产生的大量数据按照相关专业、相关规范分类到相对应的专业要素集中(图1)。

数据库包含专题库和专业库2种存储方式：(1) 专题库根据项目实施方案，依据项目进展将数据库分为不同专题，内容包含该专题所涉及的各专业数据；(2) 专业数据库按照不同专业进行分类存储，包括基础地理信息、遥感数据、地质类数据、地球化学探测数据、地球物理探测数据、地震数据、地质调查填图数据、地震危险性评价、地震危害性评价等专业。

苏州市城市活动断层探测数据库是活断层探测信息高度集中的平台，数据库的成果主要包括基础地理信息数据库、地震地质、地球物理等专题数据库、危险性及危害性评价成果库。基础地理信息数据库主要由1∶25万地形图、1∶5万地形图等构成；地震地质数据库包括地层、钻孔、断层、年代、历史地震等几部分内容；地球物理数据库包括浅层地震探测；危险性评价成果库包括苏州市目标断层的地震危险性评价及相关图形、图像和说明文件；危害性评价成果库包括目标断裂的断层模型、地脉动数据、反应谱峰值和周期分布、时程峰值点图、三维地下结构木星层面格架点、3D地下结构离散化模型点、强地面运动预测试验性结果等图形、图像和说明文件。综上所述，苏州市活动断层数据库中存储了多种不同探测手段的数据成果，将各数据成果以点、线、面等矢量要素及文档图形等属性要素存贮在数据库中。

2 活动断层数据库在断层定位中的应用

以苏州市活动断层探测与地震危险性评价1∶5万目标区主要断层分布为例，说明活动断层数据库在目标区断层定位中的应用。

苏州市城市活动断层数据库包括基础地理数据(1∶5万、1∶25万)、地质、地球物理、野外地质调查、遥感、地球物理勘探、地震等各专业的数据。随着实际工作的进展，可以随时在数据库中查看分析各种专业数据，从而综合分析断层的位置和展布形态。

前期工作中，收集了目标区的1∶5万地质图，通过遥感解译、野外地质调查、目标区地球物理场、第四纪地质地貌、地震分布、局部地球物理探测和有限数量的钻孔资料分析确定了5条目标断层(图2)。

为进一步确定目标区是否存在隐伏活动断层及其准确位置，鉴定其晚第四纪活动性，野外考察了40余个地质地貌观测点，共布设了22条地球物理测线，得到23个断点及其埋深。在对浅层地震勘探剖面及断点详细解释和野外地质调查结果进行分析后，对钻孔场地进行了踏勘，在4个场地开展了跨断层联合钻孔探测工作，共布设了21个跨断层联合剖面钻孔(图3)。

将收集的数据按照活断层技术规范录入数据库后，在ArcMap中显示数据库中的1∶5万基础地理数据、钻孔数据、地球物探数据、地质地貌观测点等，按照物探解释的断点，数据库将断点分为优良断点、较好断点、一般断点、差的断点4类。同一测线测出的多个断点要结合钻孔资料的分析，一般情况下优先考虑优良断点，依次是可靠断点、一般断点，最后确定需要重新定位的目标断层的位置(图3)。

图3 目标区地球物理测线、断点及钻孔示意图1-前第四纪断裂；2-早、中更新世断裂；3-苏州详勘测线；4-控制性人工地震测线；5-标准孔；6-排钻钻孔；7-地质调查观测点；测线断点可靠程度：8-良好；9-较好；10-一般Fig.3 Geological sketch showing geophysical lines, fault points and drill holes in the target area

图4 f1-5断点局部叠加剖面(a)和地质解释图(b)Fig.4 Local supersition profile of fault point f1-5 (a) and geological interpretation map (b)

分析所有的物探断点和跨断层的联合钻孔剖面后，在数据库中将经过物探解释的与断层相关的断点及钻孔上断点与目标断层建立拓扑关系，拓扑关系点完全在线上，根据断点位置逐步修改断层的位置及走向。

为确定F1断层的位置及走向，隐伏断层的控制性人工地震探测自南西向北东布置了7条测线，发现8个断点控制了F1断层(图3)。同时在断点f1-5(图4)布置了联合钻孔剖面，在102 m左右发现了上断点的位置(图5)，测线断点与钻孔上断点互相验证了F1断层在此处的准确位置。对相关的8个断点及钻孔联合剖面分析比较可以看出：东南部6条测线的断点都是1个；而西北角L1-6测线有2个断点，并且都是A级断点，这与区域上F1断层东南部以单支出现、西北部以2支出现相吻合。通过以上分析，认为F1在目标区西北侧应通过断点f1-5。

下列问题值得讨论。

(1) 从更新统下部—上新统—基岩(认为基岩为同一套地层的基础上)中错距均较小(2.9～3.7 m)。

(2) 自上而下的错距差小于1 m(3.7-2.9=0.8 m)。

图5 F1断层联合钻孔剖面对比与构造综合解释图Fig.5 Correlation of composite drillhole profile of F1 and comprehensive structural interpretation

(3) 断层面总体应为向东陡倾为主，据浅层人工地震剖面和前人成果显示，基岩的断错特征应为正断层特征。

本次钻探成果所揭示的上新统和更新统下部的断错则为逆断层特征。分析如下。

(1) 苏锡常断裂为活动时代较长、活动期次多的区域性断层，性质较复杂，造成断裂南西侧和北东侧不同的构造格局。

(2) 新生代以来，构造应力场转变为与断裂走向相垂直的北东—南西向挤压作用，使苏锡常断裂转为左旋逆走滑的状态，调节、平衡了基岩内的正断层错量(留下了正断错量的3.7 m)，上新统和更新统下部逆断错的表现造成了从基岩到覆盖层的断错量较小和较均匀的特征。

因此认为，苏锡常断裂早期以正断层为主，后期表现出逆冲走滑性质。

F5断层上布置了3条测线，分别是L5-1、L5-2和L5-3。L5-1测线证实存在1个断点，但其断层特征与原推测的F5不一致，且断点显示的断层规模也远非该断层能比。经仔细对比分析叠加剖面并结合区域地质资料，综合评定此断点属F2断层的断点。L5-2测线基岩面连续且较平坦，不存在断层构造。L5-3测线基岩埋深在115 m左右，较为平坦，无断层迹象显示。综合上述3条测线的解释结果，判断原推测的F5断层延伸至目标区的西北段不存在。

其他2条断层上断点清楚，依据断点和断层的拓扑关系，修改断层位置和走向便可。

图6是经过数据库拓扑关系修改后的断层的精确位置及走向。对比发现，原定的5条目标断层经核实为4条早、中更新世断层。

图6 目标断层的精确定位1-侏罗系；2-二叠系；3-泥盆系；4-志留系；5-全新统上段；6-全新统中段；7-全新统；8-上更新统；9-更新统；10-第四系；11-中性岩类；12-酸性岩类；13-精确定位的目标断层(早、中更新世)；14-推测的目标断层；15-苏州详勘测线；16-控制性人工地震测线物探断点可靠程度：17-良好；18-较好；19-一般Fig.6 Accurate location of target faults

3 结 论

(1) 通过活动断层数据库的建设及数据库质量的检测可以及早发现问题，并分析产生数据问题的根源，进而可以从根本上解决数据错误问题。

(2) 通过建立物探断点、钻孔断点与断层的拓扑关系，结合遥感解译、物探、钻探、地质地貌等多项专题数据的成果，综合判定断层的空间位置与展布特征。经物探、钻孔剖面及测年结果分析，目标区存在4条早、中更新世断层，否定了F5断层的存在。

(3) 精确定位后的断层F1与资料收集确定的断层最大直线距离达1 km；F2向西南延伸了11.2 km，与目标区初定断层最大直线距离为2.4 km；F3向北东延伸约6.7 km，与目标区初定断层最大直线距离为0.8 km；F4向东延伸约5.7 km，与目标区初定断层最大直线距离约为1.6 km。

(4) 断层精确定位对城市规划、工程场地的选址、提高城市土地利用率、城市的抗震设计都有一定的现实指导意义。

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Application of urban active fault database in the accurate location of faults in the Suzhou area

WANG Jinyan, XU Hangang, LI Limei

(Earthquake Administration of Jiangsu Province, Nanjing 210014, Jiangsu, China)

At present, the methods for the spatial positioning and activity evaluation of urban active faults include remote sensing interpretation，geophysical and geological methods. Combined with comprehensive thematic data of remote sensing interpretation, geophysical prospecting, drilling, geological landform data, this work established the topological relationship between breakpoints and faults by using urban active fault database, in order to determine the spatial location and distribution characteristics of faults in the Suzhou area. It is inferred that the maximum straight-line distance of the accurately positioned fault F1to that of the collected data reaches up to 1 km. The fault F2extends 11.2 km to the southwest, which has a maximum line distance of 2.4 km to the previous traget location. The fault F3extends about 6.7 km to the northeast, which has a maximum line distance of 0.8 km. The fault F4extends about 5.7 km to the east, which has a maximum line distance of 1.6 km to the initial location. The accurate location of faults is of significant guidance to urban planning, site selection of engineering projects, improvement of urban land use efficiency and urban aseismic design.

active fault database; fault spacial location; topological relationship; Suzhou in Jiangsu Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.662

2015-11-23；

2016-02-03；编辑：蒋艳

江苏省地震局青年科学基金项目“早期航片的数字摄影测量方法处理及活动断层定量参数提取：郯庐断层带(江苏段)构造地貌典型地段为例”(201505QY)，苏州市地震局项目“苏州市活断层探测与地震危险性评价(JSE2010H011)

王金艳(1982— ),女,工程师，硕士,固体地球物理专业,主要从事GIS在活动构造中的研究、城市活断层探测、场地地震安全性评价工作，E-mail： 117001305@qq.com

P631.4+43

A

1674-3636(2016)04-0662-07