四平地震台地质构造环境及区域岩层电性结构特征

1、四平地震台地质构造环境及区域岩层电性结构特征岳庆祥 张碧吾(吉林省地震局 长春 130022)赵桂林(四平地震台四平 136501)摘要 本文在前人工作成果的基础上, 结合 1975 年、1994 年两次选测台址以及四平地震台多年工作, 扼要阐述了四平地震台地质构造环境和区域岩层电性结构特征。主题词 区域构造; 电性结构; 地电阻率引言1由于煤田、 石油普查及城市供水的需要, 吉林省地质局等单位在四平地区进行过大量地质、 物探及钻探工作, 取得许多宝贵资料。1975 年, 吉林省地震局在四平市梨树县三家子乡建立了四平地震台, 常年进行地震、地 下水位及地电阻率观测, 由于修建四平2长春高速公路

2、, 经国家地震局批准, 四平地震台实施 搬迁方案, 于 1994 年选定梨树县十家堡镇广玉号屯为四平地震台新址。本文在收集前人工作成果的基础上, 根据两次台址选测结果和四平地震台多年地电观测 资料, 扼要阐述了四平地震台地质构造环境以及区域地下岩层电性结构特征。 所论述的内容 对深入研究吉林省松辽盆地东缘地质构造特征及松辽平原巨厚白垩系沉积岩层电性结构, 进 而对合理布设地震前兆台 (站) , 用以监测吉林省中部地区地震活动等具有十分重要的意义。研 究区系吉林省四平市杨木林、 三家子、 十家堡一带, 地理座标为东经 124o 15124o 45, 北纬 43o 00 43o 20。区域地质构造

3、环境2四平地震台地处中朝准地台北缘, 吉黑褶皱系南部松辽中断陷与吉林优地槽褶皱带的交界部位, 以大顶子山 下二台子一线为界, 地质、 构造、 地貌等方面可分东西两个性质、 类 型、特征都不相同的块体, 东部为吉林优地槽褶皱带, 属长白山山系; 西部是松辽中断陷, 为松辽平原。 1997209 收到本文初稿211地层区域分布的地层有新生界第三系、 第四系地层,(图 1)。中生界下白垩系地层,古生界石炭系地层图 1 四平地区区域地质构造略图f ig11 geo log ica l struc ture m ap of reg iona l s ip in g四平地震台原台址地处山区与平原区接合部,

4、 分两处:在山前平原区鲍家屯, 建立了电阻率及地下水水位观测站, 据钻孔揭露, 地表为第四系黄褐色亚粘土, 含砂砾石层,厚 11100m ;以下是下白垩系泉头组地层一段(k 1 q1 ) ,上部为粉砂质泥岩与泥岩互层, 厚 14160m ; 中部粉细、粗砂岩互层, 胶结差, 厚 45113m ; 下部为砾岩, 砾径 1cm 2cm , 大者 4cm , 厚 26103m ; 基底为花岗岩。在后三家子屯东南 113km 处山坡上, 建立测震台, 台基岩性为燕山期花岗岩。 新建台址选在平原区十家堡镇广玉号屯, 为地震遥测中心, 建设地电阻率观测系统及深井水位观测项目。地震遥测子台定于后营城屯东 3

5、00m 山坡下, 自松辽盆地东缘向东延伸 1km处, 与遥测中心相距 817km , 台基岩性为燕山期花岗岩。中心台附近发育下白垩系泉头组地 层一至四段。岩层走向n e 40o , 倾向nw ,倾角 10o 20o , 为单斜层, 部分地区泉头组地层之下有侏罗系煤系地层分布, 基底为花岗岩, 隐伏埋深铁路以东由山前原台址附近几十米向西至铁路一带逐渐加深至 400m ,至新台址附近约 500m ,至梨树县城以西可达 1000m 以上(图 2)。图 2 第l 线地质剖面图f ig12 “l ”l in e geo log ica l prof ile212岩浆岩东部山区分布加里东晚期花岗岩、 燕山

6、期花岗岩, 部分地区出露海西晚期花岗岩、 花岗闪长岩、 闪长岩。 平原区新台址附近至范家屯之间, 作为侏罗系或白垩系地层的基底, 花岗 岩也有大面积分布。在四平山门等地中侏罗系中酸性火山岩及基性火山岩、 火山碎屑岩发育。 新台址以北, 团山子等地零星分布第三系玄武岩, 详见图 1。213断裂构造台址以东山区构造复杂, 发育古老的 ew 向、n e 向以及n nw 向断裂构造; 西部平原区构造较简单。21311东西向断裂位于四平地震台以南约 60km 处,沿北纬 42o 50一线是赤峰2开源深大断裂, 它是中朝准地台与吉黑褶皱系的分界。 断裂活动在震旦纪及古生代比较强烈, 侏罗纪之后仍有活动。2

7、1312北东向断裂(1) 四平2德惠断裂总体走向n e 25o 30o , 它是松辽凹陷与东部隆起带的分界, 通常称松辽盆地东缘断裂, 经 四平地区有 4 条断裂, 自西而东为怀德断裂、 半拉山门断裂、 哈福断裂、 孟家岭断裂。(2) 依兰2伊通断裂位于二龙山水库 伊通 双阳 舒兰一带, 在省内由东西两支相互平行的断裂构成, 两 支断裂之间是一个狭长槽地, 接受了新生代巨厚的陆相碎屑堆积。各主要断裂构造的地理分布参见图 1。区域岩层电性结构特征3( 1) 本区域岩层垂向电性结构, 上部第四系亚粘土层, 厚 10m 20m , 地电阻率 208 ·m 308 ·m , 亚砂土

8、及砂、 砾石成分增多, 地电阻率可增至 358 ·m 808 ·m 。中部为白垩系泉头组砂岩、粉细砂岩与泥岩互层,地电阻率 108 ·m 208 ·m ,当岩层以砂岩为主, 泥岩、砂岩互层时, 地电阻率 108 ·m 158 ·m , 当岩层以泥岩为主, 泥岩与砂岩互层时, 地电阻率108 ·m 。下部为白垩系地层基底, 为前白垩系地层或花岗岩, 当基底岩石为侏罗系地层时, 地电阻率 408 ·m 8008 ·m ,面位置见附图 6)。当基底岩石为古生代花岗岩时,地电阻率> 5008 ·m

9、(附图 3, 剖(2) 四平地区前白垩系地层电测深均为高阻层反映, 与上覆岩层 具明显的电性差异, 是本区良好的高阻电性标志层, 第四系地层与白 垩系地层电性差异亦很明显, 由于 白垩系地层电测深曲线均为稳定的 低阻层, 可作为划分第四系地层厚 度时良好的低阻标志层。(3) 实测与实验结果表明, 四图 3 四平地区岩层电性结构示意图f ig13 re s ist iv ity prof ile of reg iona l s ip in g平地震台所在区域白垩系地层电性结构横向分布比较均匀, 不同时代不同岩性的地层具有较为明显的电性差异, 但地电阻率对应地层之真电阻率在数值上基本吻合。 各类岩

10、石实测电阻率值列表 1(4) 各地层由于时代和岩性的差异, 地电阻率也随之有相应的变化, 因而不同地区形成 了不同的电测深曲线类型。h 型在新台址所在平原区或远离山前的白垩系地层分布区, 电测深曲线首支地电阻率多在208 ·m 308 ·m ,反映第四系亚粘土;中间段为 108 ·m 158 ·m ,是白垩系地层的反映,当其沉积厚度较大时, 电测深曲线中间段将形成平缓开阔的中支渐近线, 尾端一般上升较快,呈 45o 渐近线、地电阻率大于 508 ·m ,为白垩系地层基底的反映, 主要岩性为安山岩、大理岩、 花岗岩、 花岗片麻岩及混合岩等, 部分

11、地段为侏罗系煤系地层 (图 4)。g 型在老台址所处山前部位, 由于第四系较薄或消失, 电测深曲线前支相当 h 型曲线对应的白垩系地层,尾支仍与 h 型曲线尾支一致,都是白垩系地层基底的反映 (图 5)。但当第四系亚粘土与白垩系泥岩直接接触时, 若两者视电阻率相差很小时, 它们之间的电性界面很不清楚, 故, 电测深曲线前支则反映为一平缓的直线。表 1 岩石电阻率测量结果table 1 the re sult of survey in g of re s ist iv ity rock年代岩性电阻率 (8 ·m )备注新生 代第四 系亚亚 砂粘砂 砾土土 土20 3030 3540 8

12、0泥砂岩岩< 10115 2510 15< 10白垩 系中页以砂岩为主泥岩砂岩互层以泥岩为主泥岩砂岩互层生砂砾 安页岩岩 岩40 8070 80250 800侏 罗 系代山古生代太古代花岗岩500 900100 300花岗片麻岩图 4广玉号电测深曲线图f ig14f igure of curve of m ea sur in g dep th curren t of the ear th of guan g y uhaokh 型第四系地层较厚或地势低洼的河谷地段, 因为下部有砂、砾石层存在, 地电阻率值升高,使 h 型曲线的前支隆起。 电测深方法清楚解释了四平地震台所在区域白垩系地

13、层基底的埋藏深度 (图 6)。图 5 三家子电测深图f igure of curve of m ea sur in g dep th curren t of the ear th of shan iiaz if ig15图 6 四平地区基底电法等深线图据九一九部队 k - 51- x 1 ( 四平幅) 区域水文地质普查物探成果报告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讨论4(1) 四平地震台所在区域地处中朝准地台北缘, 吉黑褶皱系南部吉

14、林优地槽褶皱带与松辽中断陷交界部位附近, 区域地层岩性复杂, 各时代岩浆活动强烈, 褶皱及断裂构造发育。 区域主要构造线方向为n e 走向。ew 向、nw 向构造形迹明显。历史上小震活动频繁,1966 年 10 月 2 日曾在四平地震台北东 70km 处范家屯发生m s 512 地震。这种特殊的大地构造条件以及复杂的地质构造环境, 必将为四平地震台各种地震前兆观测提供优越的前提条件, 因此, 应当强化该台地震前兆监测手段, 为吉林省的地震预测预报 和防震减灾做出积极的贡献。( 2) 本区域白垩系地层基底埋深是一个自东部老台址一带几十米, 向西经新台址附近500m , 到梨树县城以西逐渐加深至

15、1000m 的斜坡构造,基底岩性主要为花岗岩、大理岩、安山岩等,上复地层为走向n e、倾向nw 、倾角 10o 20o 的单斜构造,主要岩性为细砂岩、粉砂岩、 粗砂岩 (含砾) 等与泥岩、 泥质粉砂岩互层, 层位稳定、 延伸长远, 既有理想的含水层, 又具良好的隔水层, 岩层利于富水并承压, 特定条件下形成自流井, 这种水文地质条件有宜建立深井水位动态观测项目,尤其是新台址地下约 500m深处在花岗岩体中发育一组n n e 向隐伏断裂, 它必将为四平地震台提供许多宝贵信息。(3) 新建台址所在区域发育巨厚白垩系下统泉头组地层, 实测及试验结果表明, 该地层垂直向电性参数稳定,当岩性以砂岩、粉细

16、砂岩为主与泥岩互层时地电阻率 108 ·m 208 ·当岩性以泥岩为主与粉、细砂岩互层时,地电阻率108 ·m ,并且大区域横向变化较小,m ,应属稳定低阻层, 白垩系地层基底是反应坚硬岩层 (石) 的高阻层, 因此, 该区域适合建立大网距的大地电场和大极距以白垩系地层基底为目的层的地电阻率观测系统。(4) 由于本区域各时代地层之间存在较为明显的电性差异, 并且在电测深曲线类型上又 有着密切的对应关系。第四系亚粘土层地电阻率 208 ·m 308 ·m , 白垩系地层一般为 108·m 208 ·m , 白垩系地层基底均为高

17、阻层, 因此, 在本区采用电测深方法划分各时代地层,确定厚度、 研究白垩系地层岩性特征及基底埋深和起伏以及含水层分布等均具备良好的地球 物理前提条件。参考文献1 吉林省地矿局. 吉林省区域地质志. 北京: 地质出版社, 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