地质地球所估算北京平原区新生界地层厚度获进展

2014-2-13 11:30 来源: 中国科学院
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  随着城市建设的快速发展和城市规模的不断扩大,城市地质环境问题日益突出。城市地质调查提供沉积厚度、水位、基岩结构、岩石强度、断裂等与资源开发和城市建设相关的详细信息,是保障大型建筑结构稳定和运行安全的关键。然而,在北京这类世界级特大城市,如何在各种电磁、机械振动干扰和交通、地面建筑物等各种障碍物环境下,采用地球物理勘察手段有效开展城市地质调查并获得可靠探测成果,仍然面临着严峻挑战。

  中国科学院地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室副研究员徐佩芬等人,采用空间自相关法微动台阵技术,从天然场源微动数据中提取Rayleigh波相速度频散曲线,并通过分歧型遗传算法反演,获得地层介质的S波速度结构,以估算新生代地层厚度(基岩面深度)。该方法是大城市及近郊区开展地层结构划分、研究的有效方法,具有得天独厚的技术优势。她们首次将该方法用于北京市城市地质调查,在北京平原区的八个测点开展研究(图1),估算了新生代沉积层厚度。这些测点分别位于丰台凹陷、来广营凸起和后沙峪凹陷三个构造单元,地表为居民区或交通要道,传统物探和钻探方法均无法开展工作。该研究成果弥补了现有资料不足,为新生代地层结构划分、确定基岩面深度、绘制北京市基岩地质图提供了基础资料,也为理解区域地质规律、指导城市地质工程提供了地球物理依据。

  研究结果表明(图2),在北京平原区新生代沉积最厚的丰台凹陷内,C04-1和D04-1点测得最深的基岩面,埋深分别达到1510和1575m。来广营凸起构造单元中的E12-1,E12-3点,基岩面埋深最浅,分别为193和236m。后沙峪凹陷中E16-1和F16-1点,基岩面深度介于上述二者之间,分别为691和875m。丰台凹陷与来广营凸起二个构造单元的基岩面深度有1300余米落差,与其间发育太阳宫断裂有关。来广营凸起和后沙峪凹陷之间基岩面深度差500多米,与南口—孙河断裂相对应。研究结果勾画出北京平原区不同构造单元的基岩面深度及差异,与现有各构造单元的地层结构、构造规律相符。该研究还揭示出基岩S波速度在北京平原区低于京西隆起区,并分析了水文、地质原因。

  该研究成果近期发表在国际地震学期刊Seismological Research Letters上(Xu et al. Estimating Cenozoic thickness in the Beijing plain area using array microtremor data. Seismological Research Letters, 2013, 84(6): 1039-1047. doi: 10.1785/0220130090)。

  

图1 北京地区构造特征简图。倒三角示意微动台阵(测点)位置;粗实线为主要断裂;SPAC法三重圆形观测台阵示于左上角。

  

图2 理论与实测Rayleigh波相速度频散曲线(上图)及反演获得的S波速度结构(下图)