王賢能 王運生 李志波 王小湖 畢楊楊 向 超

1 深圳市工勘巖土集團有限公司，深圳市科技南八路8號，518000 2 成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都市二仙橋東三路1號，610059

城市環(huán)境復雜、污染源多、干擾強等特點導致城市活動斷層探測是一項極具復雜性的科研工作，人類活動和城市環(huán)境的綜合特點給研究帶來諸多挑戰(zhàn)[1]。20世紀70年代末我國城市隱伏活動斷層研究得到重視并有序展開[2]；20世紀80～90年代，國家對活動斷裂進行逐步深入的定量研究工作，使探測手段趨于完善；21世紀以來，部分學者認為，物探-化探等方面的綜合利用具有重要作用，并在部分城市隱伏斷層研究中取得良好進展[3-5]。胡海濤等[6]對深圳大亞灣核電站選址工程以及原地礦部對深圳市主要區(qū)域進行“穩(wěn)定性評價”工作，已初步厘定深圳市斷裂的空間展布，為后期的斷裂研究提供了重要的依據(jù)和參考。張景壽[7]通過地應力測量、實驗、應力場分析等測試研究工作表明，深圳市現(xiàn)今主要應力狀態(tài)為水平應力場，較優(yōu)勢方向為北西向，且北東向斷裂以壓扭性為主，北西向斷裂以張扭性為主。

近年來隨著深圳市南山區(qū)填海、地鐵線路等重大項目的實施，已積累大量隱伏斷裂的相關資料，可為隱伏斷裂的深入研究提供基礎，但填海區(qū)隱伏斷裂的研究還存在空白且對各斷裂的關聯(lián)性研究甚少。為確定填海區(qū)斷裂的精確展布和相對活動性，為區(qū)域穩(wěn)定性研究提供重要依據(jù)，為地區(qū)經(jīng)濟建設和地震預測及危險性評價提供支撐，本文通過鉆探、斷層氣氡探測、淺層地震探測和智能微動探測等多種手段，揭示后海隱伏斷層的幾何學特征與活動性，其結果對斷層特征的研究與該地區(qū)工程建設活動的開展具有一定參考價值。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

深圳市位于珠江三角洲東南側，屬于紫金-惠陽凹褶斷束的組成部分(圖1(a))，東西向為高要-惠來斷裂帶南側，北西向為珠江口斷裂帶東側，北東向為蓮花山斷裂帶西北支的五華-深圳斷裂束南西段(圖1(b))。區(qū)域構造條件復雜，以多期次的斷裂和巖漿活動為主。北東向和東西向斷裂規(guī)模較大，均具有長期發(fā)展和多次繼承性活動的顯著特征。該地區(qū)地震分布主要受這些斷裂約束，其中東西向深大斷裂為控震構造，北東向斷裂為發(fā)震構造，兩組斷裂交會處通常為地震易發(fā)區(qū)[9]；北西向斷裂多出現(xiàn)在珠江口兩側，南頭半島為主要影響區(qū)域，沿斷裂有多次大面積的燕山四期巖漿侵入與噴發(fā)，動力變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用較為普遍。

研究區(qū)周邊斷裂以北東向安托山-赤灣斷裂束和北西向蛇口斷裂束為主[10]，存在極少數(shù)東西向斷裂。安托山-赤灣斷裂束包括沙河站斷裂組(F1311、F1312)、安托山斷裂組(F1313、F1314、F1315、F1316)、赤灣斷裂組(F1317、F1318)。蛇口斷裂束由6條大致平行、大小不一的斷裂組成，分別為則遠斷裂(F3111)、小南山斷裂(F3121)、太子山斷裂(F3131、F3122)和蛇口山斷裂(F3133、F3134)，具體分布見圖1(c)。北西向斷裂對南頭半島的微地貌具有較為明顯的控制作用。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構造Fig.1 Geological structure of the studied area

2 研究方法

鉆探工作可以鑒別研究區(qū)第四紀地質(zhì)演化和環(huán)境變遷，確定覆蓋層和巖層的厚度、組成、結構以及斷層發(fā)育部位、斷層帶組成等，在城市隱伏斷層研究中具有重要作用。

斷層氣氡探測使用KJD-2000R測氡儀，該儀器是一種標準的新型斷層氣氡測量設備，其利用靜電收集Rn衰變子體進行累積測量，儀器測量范圍為(10～1.0×105)Bq/m3，取樣深度均為60 cm。結合前人研究資料和填海區(qū)場地條件，分別計算每條測氡線所有測試點Rn濃度的平均值和標準方差，用計算的平均值加減3倍標準方差作為分界線，將該范圍內(nèi)數(shù)據(jù)點的平均值作為該測線的背景值(RnB)；以背景值加1.5倍標準方差作為測線的異常閾值(RnF)，超過異常閾值則稱為地球化學異常[11]。

智能微動勘探是從自然界存在的各種微弱震動中提取瑞利面波的頻散特性，然后通過對頻散曲線進行反演來推測地下橫波速度分布。使用WD-1智能微動勘探儀、2 Hz拾震計以及直線型觀測臺陣進行探測，探測點距為25 m；拾震計按照5 m間距布置，并且確定其與地面耦合情況良好，然后采用電纜連接分線器與拾震計開始野外數(shù)據(jù)采集。

淺層地震勘探采用人工夯源作為激發(fā)震源，使用美國勞雷公司生產(chǎn)的NZXP 24位地震儀和重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的主頻100 Hz檢波器?？紤]到研究區(qū)地表巖土性質(zhì)和地震噪聲實際情況，采用12道接收，2 m道間距，6次覆蓋，偏移距8～12 m；24磅重錘激發(fā)，采樣間隔0.25 ms，采樣長度0.512 s；檢波使用固有頻率為100 Hz的垂直檢波器。

3 北西向隱伏斷層探測

3.1 鉆探分析

研究區(qū)面積約11.00 km2，地面較為平坦，海拔在1～7 m之間，地勢北高南低、西高東低。收集鉆孔數(shù)量5 100余個，均來自研究區(qū)內(nèi)各地塊的項目勘察資料，較均勻地分布于整個區(qū)域。對收集的鉆孔數(shù)據(jù)進行篩選和濾波，采用Surfer軟件中最近鄰點插值法生成殘積土和微風化頂板高程等值線圖(圖2)。

圖2 研究區(qū)殘積土及微風化頂板高程等值線Fig.2 Elevation contour of residual soil and slightly weathered roof in the studied area

當巖體中存在規(guī)模較大或延展較深的斷層破碎帶、地下水循環(huán)交替較強的局部裂隙發(fā)育帶以及斷層與巖脈交叉帶時，常會形成風化槽。從微風化頂板高程等值線圖可以看出，研究區(qū)南北兩側微風化標高平均為-40 m，中上部區(qū)域標高平均為-80 m，相對高差達40 m，具有明顯的風化差異性，形成一條北西向展布、寬1 km的風化槽。綜合區(qū)域地質(zhì)構造、前期勘察資料可知，研究區(qū)內(nèi)存在2條北西向隱伏斷層F1、F2，其控制著區(qū)內(nèi)風化槽的南北邊界。

3.2 斷層氣氡探測

斷層氣氡是地殼深處的放射性元素鐳、鈾衰變過程中產(chǎn)生的一種具有放射性的氣體，具有極好的遷移能力，因此具有異常探測的天然有利條件。

3.2.1AA′測線

AA′測線沿中心河東岸綠化帶展布，起點鄰近東濱路，終點位于創(chuàng)業(yè)路，長810 m，共布置60個測點。從圖3可以看出，Rn濃度曲線形態(tài)為多峰型，次級峰均位于主峰北側。次級峰所指方位為斷層傾斜方向，異常峰衰減較緩一側常為斷層上盤[12]，主要原因為，斷層上盤裂隙和次級斷層較為發(fā)育，導致巖體相對破碎，導氣性好，推測主峰位置為F1主斷層經(jīng)過的位置，且斷層傾向北東。在距離測線起始點185 m和220 m處存在超過異常閾值(RnF)的斷層氣Rn濃度，破碎帶寬度約為35 m。該測線最高峰峰值濃度(RnEmax)為28 443.00 Bq/m3, 背景值為6 309.58 Bq/m3，異常閾值為15 242.14 Bq/m3，RnF與RnB比值為2.71，RnEmax與RnB比值為4.50。

圖3 AA′測線實測氡濃度剖面及鉆孔地質(zhì)剖面Fig.3 The measured radon profile of AA′and geological cross section

3.2.2BB′測線

BB′測線布置于濱海大道與科苑南路交叉口北西側科技公園內(nèi)，長400 m，共布置33個測點。從圖4可以看出，Rn濃度曲線形態(tài)為多峰型，次級峰位于主峰兩側，推測主峰的異常區(qū)間位置為F2斷層經(jīng)過的位置，且曲線從最高峰值濃度衰減至背景值，南西側衰減明顯較北東側緩和，即F2斷層傾向南西。在距離測線起始點180 m和220 m處存在超過異常閾值(RnF)的斷層氣Rn濃度，破碎帶寬度約為40 m。該測線最高峰峰值濃度為25 520.00 Bq/m3, 背景值為7 972.03 Bq/m3，異常閾值為16 279.33 Bq/m3，RnF與RnB比值為2.04，RnEmax與RnB比值為3.20。

圖4 BB′測線實測氡濃度剖面Fig.4 The measured radon profile of BB′

3.3 智能微動探測

CC′測線沿望海路從北向南展布，用以確定F1隱伏斷層在研究區(qū)東邊界的空間位置，探測結果(引自《望海路快速化改造工程巖土工程勘察報告》)見圖5。對比分析地層、巖面劃分及斷層構造位置劃分結果可知，智能物探結果與鉆探結果基本吻合。根據(jù)物探剖面推測，200 m位置存在斷層構造，位于深圳灣公園停車場最南端，斷層上盤風化、微風化頂板埋深均大于下盤，兩者高差約為10 m。對該處鉆孔進行分析發(fā)現(xiàn)，存在寬約30 m的碎裂巖帶，受區(qū)域構造影響，部分礦物綠泥石化，節(jié)理面可見擦痕；部分礦物受構造擠壓呈定向排列或條帶狀發(fā)育。物探及鉆孔資料解譯該處F1隱伏斷層產(chǎn)狀為N38°W、NE、63°。

圖5 CC′測線智能微動探測面波剖面Fig.5 Intelligent micro-motion detection surface wave profile of CC′

3.4 淺層地震探測

DD′剖面(引自《深圳市城市軌道交通11號線工程勘察報告》)位于沙河西路與海德三道交匯口附近，沿地鐵11號線由南西向北東展布，全長255 m，通過地震數(shù)據(jù)處理，得到地震反射波疊加時間和深度剖面(圖6)?？梢钥闯?，剖面140 m處波形起伏較大，存在明顯的散射現(xiàn)象，推斷該處為斷層構造，走向為北西50°，傾向南西，傾角約為70°。隱伏斷層上部覆蓋層厚度約為30 m，且并未存在錯動痕跡。鉆探揭示，F(xiàn)2隱伏斷層發(fā)育于燕山期粗?；◢弾r，構造巖為全-強風化碎裂巖，具明顯碎裂結構，節(jié)理裂隙極發(fā)育，斷層力學性質(zhì)以張扭性為主，并有多次活動特征；斷層上盤花崗巖的風化程度明顯強于下盤，上盤中風化花崗巖頂板埋深大于60 m，下盤中風化頂板埋深僅為45 m左右。

圖6 DD′測線地震反射波疊加時間剖面及地質(zhì)剖面Fig.6 Time-stack section of seismic reflection of DD′ and geological cross section

4 討論與分析

4.1 北西向斷層厘定

F1斷層：研究區(qū)內(nèi)斷層由望海路東邊界深圳灣公園停車場最南端延伸至深圳灣一號南地塊后繼續(xù)向北西側展布，并在西側濱海南海立交橋附近被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)深圳、香港區(qū)域地質(zhì)圖推測，該斷層為流浮山-東博寮斷層的展布區(qū)段。F1斷層走向北西38°～40°，傾向北東，傾角約59°～63°，斷層破碎帶寬度為30～35 m，斷層帶為全-中風化碎裂巖，具明顯碎裂結構，節(jié)理裂隙發(fā)育，綠泥石化現(xiàn)象顯著，斷層力學性質(zhì)為張性兼反扭，第四系全新世以來未見活動。取香港馬灣長咀、東灣仔附近斷層物質(zhì)和斷層角礫巖進行熱釋光(TL)測年表明，在93.9±0.79 ka BP、126.2±1.03 ka BP均發(fā)生過明顯的錯斷活動[13]；在深圳灣大橋元朗山附近對斷裂破碎帶內(nèi)構造巖物質(zhì)進行TL測年表明，該斷裂在25.1±0.18 ka左右存在最新活動[8]。

F2斷層：該斷層從深圳灣體育中心南東角附近進入研究區(qū)，沿北西50°方向延伸，經(jīng)過科技公園進入寶安區(qū)。斷層走向北西50°，傾向南西，傾角約70°，斷層破碎帶寬度為40 m，兩盤均為燕山期粗?；◢弾r，淺表層構造巖為全風化碎裂巖，具明顯碎斑結構，上盤節(jié)理裂隙發(fā)育，斷層力學性質(zhì)為張性兼反扭。

計算斷層帶氡濃度最大峰值(RnEmax)與背景值(RnB)的比值，比值大小與斷層活動性呈正相關，因此可以用來大致確定斷層的相對活動性。F1隱伏斷層比值為4.50，F(xiàn)2隱伏斷層比值為3.20，表明F1斷層的相對活動性較強。

對深圳及周邊海域1567年以來的地震記錄進行分析(圖7)，文字記錄共95次，最大震級約為MS4.3，震級在2～3的占總數(shù)的50.53%，表明深圳地區(qū)現(xiàn)代地震活動多以微震和弱震為主，具有頻率高、烈度小等特征。從區(qū)域地質(zhì)及地震角度來看，研究區(qū)地震活動水平較低，斷裂活動性較微弱。

圖7 深圳地震震級分布Fig.7 Magnitude distribution of earthquake in Shenzhen

4.2 風化槽成因初步探討

風化槽物質(zhì)組成成分主要為全風化和強風化花崗巖，風化物顏色灰白，原巖結構基本破壞，具微弱的殘余結構。F1為傾向北東的張性兼反扭隱伏斷層，控制風化槽的南西邊界；F2為傾向南西的張性兼反扭隱伏斷層，控制風化槽的北東邊界(圖8)，形成地塹斷層組合。中間盤均為斷層上盤，對于張性斷層而言，斷層上盤巖體較下盤破碎，裂隙、孔隙和次級小斷層較下盤發(fā)育，從而導致斷層上盤形成有利于巖體風化的初始條件。

圖8 風化槽成因解譯Fig.8 Interpretation of the cause of weathered trough

研究區(qū)為填海區(qū)，原始地貌被海水覆蓋，海水深度為0.5～5 m，海水對構造破碎的花崗巖巖體具有進一步的風化作用。海水與風化槽中巖土體相互作用，巖土體中可溶物質(zhì)隨著海水滲流、搬運，使水體成為一種復雜的液體，對風化槽巖土體產(chǎn)生微妙的影響。當海水通過滲流等作用進入風化槽，使其中巖土體物理性質(zhì)發(fā)生變化，巖土體隨著含水量變化會發(fā)生從固態(tài)到塑態(tài)甚至到液態(tài)的弱化現(xiàn)象，發(fā)生明顯的軟化作用，使風化槽顆粒間的接觸性質(zhì)發(fā)生改變，從而降低巖土體強度?；鶐r以花崗巖為主，巖體中鉀長石等長石礦物與海水發(fā)生水解或溶解作用，使其高嶺土化，降低巖體強度，會增強風化槽的孔隙度和滲透性，從而進一步加深巖體的風化程度。

深圳屬南亞熱帶季風氣候，雨量充沛，日照充足，年平均氣溫約 23.0℃。研究區(qū)原地貌海水深度較淺，易受光照、氣溫影響而使水體溫度升高，從而使軟化、水解、溶解等作用的反應速度加快。

綜上分析認為，風化槽主要成因為構造破碎、海水、溫度等多因素耦合導致花崗巖中長石快速風化。

5 結 語

1)F1、F2隱伏斷層產(chǎn)狀(走向、傾向、傾角)分別為N38°～40°W、NE、59°～63°和N50°W、NW、70°，發(fā)育于燕山期花崗巖中，斷層帶寬分別為30～35 m、40 m，破碎帶由碎裂巖、碎斑巖組成，裂面上發(fā)育薄層碎粉巖，綠泥石化現(xiàn)象顯著，力學性質(zhì)均為張性兼反扭，未擾動全新統(tǒng)，為晚更新世活動斷層。

2)斷層氣Rn濃度強度表明，F(xiàn)1隱伏斷層的相對活動性強于F2斷層，但總體活動性較微弱。

3)北西走向風化槽主要成因為張性斷層上盤較下盤破碎，裂隙、孔隙和次級小斷層較下盤發(fā)育，構造破碎、海水、溫度等多因素耦合導致花崗巖中長石快速風化。