四平地震臺地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及區(qū)域巖層電性結(jié)構(gòu)特征

1、四平地震臺地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及區(qū)域巖層電性結(jié)構(gòu)特征岳慶祥 張碧吾(吉林省地震局 長春 130022)趙桂林(四平地震臺四平 136501)摘要 本文在前人工作成果的基礎(chǔ)上, 結(jié)合 1975 年、1994 年兩次選測臺址以及四平地震臺多年工作, 扼要闡述了四平地震臺地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和區(qū)域巖層電性結(jié)構(gòu)特征。主題詞 區(qū)域構(gòu)造; 電性結(jié)構(gòu); 地電阻率引言1由于煤田、 石油普查及城市供水的需要, 吉林省地質(zhì)局等單位在四平地區(qū)進(jìn)行過大量地質(zhì)、 物探及鉆探工作, 取得許多寶貴資料。1975 年, 吉林省地震局在四平市梨樹縣三家子鄉(xiāng)建立了四平地震臺, 常年進(jìn)行地震、地 下水位及地電阻率觀測, 由于修建四平2長春高速公路

2、, 經(jīng)國家地震局批準(zhǔn), 四平地震臺實(shí)施 搬遷方案, 于 1994 年選定梨樹縣十家堡鎮(zhèn)廣玉號屯為四平地震臺新址。本文在收集前人工作成果的基礎(chǔ)上, 根據(jù)兩次臺址選測結(jié)果和四平地震臺多年地電觀測 資料, 扼要闡述了四平地震臺地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境以及區(qū)域地下巖層電性結(jié)構(gòu)特征。 所論述的內(nèi)容 對深入研究吉林省松遼盆地東緣地質(zhì)構(gòu)造特征及松遼平原巨厚白堊系沉積巖層電性結(jié)構(gòu), 進(jìn) 而對合理布設(shè)地震前兆臺 (站) , 用以監(jiān)測吉林省中部地區(qū)地震活動等具有十分重要的意義。研 究區(qū)系吉林省四平市楊木林、 三家子、 十家堡一帶, 地理座標(biāo)為東經(jīng) 124o 15124o 45, 北緯 43o 00 43o 20。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

3、環(huán)境2四平地震臺地處中朝準(zhǔn)地臺北緣, 吉黑褶皺系南部松遼中斷陷與吉林優(yōu)地槽褶皺帶的交界部位, 以大頂子山 下二臺子一線為界, 地質(zhì)、 構(gòu)造、 地貌等方面可分東西兩個性質(zhì)、 類 型、特征都不相同的塊體, 東部為吉林優(yōu)地槽褶皺帶, 屬長白山山系; 西部是松遼中斷陷, 為松遼平原。 1997209 收到本文初稿211地層區(qū)域分布的地層有新生界第三系、 第四系地層,(圖 1)。中生界下白堊系地層,古生界石炭系地層圖 1 四平地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖f ig11 geo log ica l struc ture m ap of reg iona l s ip in g四平地震臺原臺址地處山區(qū)與平原區(qū)接合部,

4、 分兩處:在山前平原區(qū)鮑家屯, 建立了電阻率及地下水水位觀測站, 據(jù)鉆孔揭露, 地表為第四系黃褐色亞粘土, 含砂礫石層,厚 11100m ;以下是下白堊系泉頭組地層一段(k 1 q1 ) ,上部為粉砂質(zhì)泥巖與泥巖互層, 厚 14160m ; 中部粉細(xì)、粗砂巖互層, 膠結(jié)差, 厚 45113m ; 下部為礫巖, 礫徑 1cm 2cm , 大者 4cm , 厚 26103m ; 基底為花崗巖。在后三家子屯東南 113km 處山坡上, 建立測震臺, 臺基巖性為燕山期花崗巖。 新建臺址選在平原區(qū)十家堡鎮(zhèn)廣玉號屯, 為地震遙測中心, 建設(shè)地電阻率觀測系統(tǒng)及深井水位觀測項(xiàng)目。地震遙測子臺定于后營城屯東 3

5、00m 山坡下, 自松遼盆地東緣向東延伸 1km處, 與遙測中心相距 817km , 臺基巖性為燕山期花崗巖。中心臺附近發(fā)育下白堊系泉頭組地 層一至四段。巖層走向n e 40o , 傾向nw ,傾角 10o 20o , 為單斜層, 部分地區(qū)泉頭組地層之下有侏羅系煤系地層分布, 基底為花崗巖, 隱伏埋深鐵路以東由山前原臺址附近幾十米向西至鐵路一帶逐漸加深至 400m ,至新臺址附近約 500m ,至梨樹縣城以西可達(dá) 1000m 以上(圖 2)。圖 2 第l 線地質(zhì)剖面圖f ig12 “l(fā) ”l in e geo log ica l prof ile212巖漿巖東部山區(qū)分布加里東晚期花崗巖、 燕山

6、期花崗巖, 部分地區(qū)出露海西晚期花崗巖、 花崗閃長巖、 閃長巖。 平原區(qū)新臺址附近至范家屯之間, 作為侏羅系或白堊系地層的基底, 花崗 巖也有大面積分布。在四平山門等地中侏羅系中酸性火山巖及基性火山巖、 火山碎屑巖發(fā)育。 新臺址以北, 團(tuán)山子等地零星分布第三系玄武巖, 詳見圖 1。213斷裂構(gòu)造臺址以東山區(qū)構(gòu)造復(fù)雜, 發(fā)育古老的 ew 向、n e 向以及n nw 向斷裂構(gòu)造; 西部平原區(qū)構(gòu)造較簡單。21311東西向斷裂位于四平地震臺以南約 60km 處,沿北緯 42o 50一線是赤峰2開源深大斷裂, 它是中朝準(zhǔn)地臺與吉黑褶皺系的分界。 斷裂活動在震旦紀(jì)及古生代比較強(qiáng)烈, 侏羅紀(jì)之后仍有活動。2

7、1312北東向斷裂(1) 四平2德惠斷裂總體走向n e 25o 30o , 它是松遼凹陷與東部隆起帶的分界, 通常稱松遼盆地東緣斷裂, 經(jīng) 四平地區(qū)有 4 條斷裂, 自西而東為懷德斷裂、 半拉山門斷裂、 哈福斷裂、 孟家?guī)X斷裂。(2) 依蘭2伊通斷裂位于二龍山水庫 伊通 雙陽 舒蘭一帶, 在省內(nèi)由東西兩支相互平行的斷裂構(gòu)成, 兩 支斷裂之間是一個狹長槽地, 接受了新生代巨厚的陸相碎屑堆積。各主要斷裂構(gòu)造的地理分布參見圖 1。區(qū)域巖層電性結(jié)構(gòu)特征3( 1) 本區(qū)域巖層垂向電性結(jié)構(gòu), 上部第四系亞粘土層, 厚 10m 20m , 地電阻率 208 ·m 308 ·m , 亞砂土

8、及砂、 礫石成分增多, 地電阻率可增至 358 ·m 808 ·m 。中部為白堊系泉頭組砂巖、粉細(xì)砂巖與泥巖互層,地電阻率 108 ·m 208 ·m ,當(dāng)巖層以砂巖為主, 泥巖、砂巖互層時, 地電阻率 108 ·m 158 ·m , 當(dāng)巖層以泥巖為主, 泥巖與砂巖互層時, 地電阻率108 ·m 。下部為白堊系地層基底, 為前白堊系地層或花崗巖, 當(dāng)基底巖石為侏羅系地層時, 地電阻率 408 ·m 8008 ·m ,面位置見附圖 6)。當(dāng)基底巖石為古生代花崗巖時,地電阻率> 5008 ·m

9、(附圖 3, 剖(2) 四平地區(qū)前白堊系地層電測深均為高阻層反映, 與上覆巖層 具明顯的電性差異, 是本區(qū)良好的高阻電性標(biāo)志層, 第四系地層與白 堊系地層電性差異亦很明顯, 由于 白堊系地層電測深曲線均為穩(wěn)定的 低阻層, 可作為劃分第四系地層厚 度時良好的低阻標(biāo)志層。(3) 實(shí)測與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 四圖 3 四平地區(qū)巖層電性結(jié)構(gòu)示意圖f ig13 re s ist iv ity prof ile of reg iona l s ip in g平地震臺所在區(qū)域白堊系地層電性結(jié)構(gòu)橫向分布比較均勻, 不同時代不同巖性的地層具有較為明顯的電性差異, 但地電阻率對應(yīng)地層之真電阻率在數(shù)值上基本吻合。 各類巖

10、石實(shí)測電阻率值列表 1(4) 各地層由于時代和巖性的差異, 地電阻率也隨之有相應(yīng)的變化, 因而不同地區(qū)形成 了不同的電測深曲線類型。h 型在新臺址所在平原區(qū)或遠(yuǎn)離山前的白堊系地層分布區(qū), 電測深曲線首支地電阻率多在208 ·m 308 ·m ,反映第四系亞粘土;中間段為 108 ·m 158 ·m ,是白堊系地層的反映,當(dāng)其沉積厚度較大時, 電測深曲線中間段將形成平緩開闊的中支漸近線, 尾端一般上升較快,呈 45o 漸近線、地電阻率大于 508 ·m ,為白堊系地層基底的反映, 主要巖性為安山巖、大理巖、 花崗巖、 花崗片麻巖及混合巖等, 部分

11、地段為侏羅系煤系地層 (圖 4)。g 型在老臺址所處山前部位, 由于第四系較薄或消失, 電測深曲線前支相當(dāng) h 型曲線對應(yīng)的白堊系地層,尾支仍與 h 型曲線尾支一致,都是白堊系地層基底的反映 (圖 5)。但當(dāng)?shù)谒南祦喺惩僚c白堊系泥巖直接接觸時, 若兩者視電阻率相差很小時, 它們之間的電性界面很不清楚, 故, 電測深曲線前支則反映為一平緩的直線。表 1 巖石電阻率測量結(jié)果table 1 the re sult of survey in g of re s ist iv ity rock年代巖性電阻率 (8 ·m )備注新生 代第四 系亞亞 砂粘砂 礫土土 土20 3030 3540 8

12、0泥砂巖巖< 10115 2510 15< 10白堊 系中頁以砂巖為主泥巖砂巖互層以泥巖為主泥巖砂巖互層生砂礫 安頁巖巖 巖40 8070 80250 800侏 羅 系代山古生代太古代花崗巖500 900100 300花崗片麻巖圖 4廣玉號電測深曲線圖f ig14f igure of curve of m ea sur in g dep th curren t of the ear th of guan g y uhaokh 型第四系地層較厚或地勢低洼的河谷地段, 因?yàn)橄虏坑猩啊⒌[石層存在, 地電阻率值升高,使 h 型曲線的前支隆起。 電測深方法清楚解釋了四平地震臺所在區(qū)域白堊系地

13、層基底的埋藏深度 (圖 6)。圖 5 三家子電測深圖f igure of curve of m ea sur in g dep th curren t of the ear th of shan iiaz if ig15圖 6 四平地區(qū)基底電法等深線圖據(jù)九一九部隊(duì) k - 51- x 1 ( 四平幅) 區(qū)域水文地質(zhì)普查物探成果報告f ig16 te llur ic curren t pro spec t in g isoba thye l in e of ba sem en t of reg iona l s ip in g討論4(1) 四平地震臺所在區(qū)域地處中朝準(zhǔn)地臺北緣, 吉黑褶皺系南部吉

14、林優(yōu)地槽褶皺帶與松遼中斷陷交界部位附近, 區(qū)域地層巖性復(fù)雜, 各時代巖漿活動強(qiáng)烈, 褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育。 區(qū)域主要構(gòu)造線方向?yàn)閚 e 走向。ew 向、nw 向構(gòu)造形跡明顯。歷史上小震活動頻繁,1966 年 10 月 2 日曾在四平地震臺北東 70km 處范家屯發(fā)生m s 512 地震。這種特殊的大地構(gòu)造條件以及復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境, 必將為四平地震臺各種地震前兆觀測提供優(yōu)越的前提條件, 因此, 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化該臺地震前兆監(jiān)測手段, 為吉林省的地震預(yù)測預(yù)報 和防震減災(zāi)做出積極的貢獻(xiàn)。( 2) 本區(qū)域白堊系地層基底埋深是一個自東部老臺址一帶幾十米, 向西經(jīng)新臺址附近500m , 到梨樹縣城以西逐漸加深至

15、1000m 的斜坡構(gòu)造,基底巖性主要為花崗巖、大理巖、安山巖等,上復(fù)地層為走向n e、傾向nw 、傾角 10o 20o 的單斜構(gòu)造,主要巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、 粗砂巖 (含礫) 等與泥巖、 泥質(zhì)粉砂巖互層, 層位穩(wěn)定、 延伸長遠(yuǎn), 既有理想的含水層, 又具良好的隔水層, 巖層利于富水并承壓, 特定條件下形成自流井, 這種水文地質(zhì)條件有宜建立深井水位動態(tài)觀測項(xiàng)目,尤其是新臺址地下約 500m深處在花崗巖體中發(fā)育一組n n e 向隱伏斷裂, 它必將為四平地震臺提供許多寶貴信息。(3) 新建臺址所在區(qū)域發(fā)育巨厚白堊系下統(tǒng)泉頭組地層, 實(shí)測及試驗(yàn)結(jié)果表明, 該地層垂直向電性參數(shù)穩(wěn)定,當(dāng)巖性以砂巖、粉細(xì)

16、砂巖為主與泥巖互層時地電阻率 108 ·m 208 ·當(dāng)巖性以泥巖為主與粉、細(xì)砂巖互層時,地電阻率108 ·m ,并且大區(qū)域橫向變化較小,m ,應(yīng)屬穩(wěn)定低阻層, 白堊系地層基底是反應(yīng)堅(jiān)硬巖層 (石) 的高阻層, 因此, 該區(qū)域適合建立大網(wǎng)距的大地電場和大極距以白堊系地層基底為目的層的地電阻率觀測系統(tǒng)。(4) 由于本區(qū)域各時代地層之間存在較為明顯的電性差異, 并且在電測深曲線類型上又 有著密切的對應(yīng)關(guān)系。第四系亞粘土層地電阻率 208 ·m 308 ·m , 白堊系地層一般為 108·m 208 ·m , 白堊系地層基底均為高

17、阻層, 因此, 在本區(qū)采用電測深方法劃分各時代地層,確定厚度、 研究白堊系地層巖性特征及基底埋深和起伏以及含水層分布等均具備良好的地球 物理前提條件。參考文獻(xiàn)1 吉林省地礦局. 吉林省區(qū)域地質(zhì)志. 北京: 地質(zhì)出版社, 1988reg io nal geolo g ical tecto n ic backgro und a ndel ectr ic pro perty structure o f stra ta fo r s ip ing se ism ic sta t io ny u e q in gx ian gzh an g b iw u(s e ism olog ica l b u reau of j il in p rov ince, c h ang ch u n , 130022 )zh ao gu ilin(s ip ing s e ism ic s ta t ion , s ip ing , 136501)a bstract b a sed o n p r io r p ro du c t s an d com b in in g w ith th e da ta o f tw ice se lec t in g sa t io nin 1975 an d in 1994 an d o b se rva t io n s o f geo e lec t r