犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然.docx
- 文档编号:29555421
- 上传时间:2023-07-24
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:5.15MB
犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然.docx
《犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然
犹他州犹他县MosidaHills重磁法在地质灾害评估和自然资源前景评价中的应用
摘要
在犹他州犹他县MosidaHills开展了重磁数据收集。
工作面积近58km²,测点共1100个。
本次重磁勘探的目的是查明地下地质情形,评估潜在的地质灾害,为人口急剧增加地域的城市计划提供依据。
另外,潜在的油气圈闭和矿体可能与解释的地下构造相联系。
采用常规的数据处置技术进行数据处置,以消除非工作区地质情形所引发的数据误差。
用途置后的数据,绘制等值线图、进行投影和绘制剖面图,并反演地下模型。
并通过以下方式消除地质模型的多解性:
(1)结合以前物探功效、地质填图和航空磁法数据;
(2)利用本次重力和磁法数据进行联合反演;(3)多条反演剖面之间的地质模型具有相关性。
重力高和磁性强对应铁镁质熔岩流,重力低和磁性强对应凝灰岩,重力高和磁性弱在空间上与碳酸盐相关。
按照上述地球物理特征能够查明地下地质情形,并对山谷的形成提出新的观点。
按照重力数据,推测了至少8条新断层,按照磁法数据,推测了至少3处隐伏火成岩体(地流露头不明显)和1处大型火山灰凝灰岩。
低缓断层的存在说明褶皱作用、下弯作用和断裂作用在MosidaHills地域山谷的形成进程中发挥着作用。
在MosidaHills,对隐伏断层和火山流的性质和位置的解释有助于政府制定办法来保护人身财产安全。
引言
犹他州犹他县MosidaHills是低矮的冈峦,在Utahlake西方,北接LakeMountain,南临EastTinticMountains。
随着犹他州县人口的急剧增加,不可避免地要在MosidaHills进行未来住宅区计划。
高密度住宅区的可行性关系到未来住宅区计划。
为了定位住宅计划区的潜在地质灾害,尤其是断裂,准确查明地下地质情形是很有必要的。
基于地面地质情形,Gori(1993)和Robison(1993a,b)评价了MosidaHills西部地表断裂、变形和下滑运动的可能性。
大地震可能发生在已经存在的软弱区和断层区上。
很显然,这对MosidaHills的生命和财产是个要挟。
本地震发生时,横跨在断层上的建筑物会被撕裂。
为了减轻对人身财产安全的危害,尽可能详细地测定MosidaHills每条断层的位置。
在过去,MosidaHills断层的探测主要局限于观察断层的地表特征。
可是很多断层迹被地质事件和人文事件给掩盖或破坏。
因此,本项目利用物探方式探测地质灾害。
未来城市的整体计划和部门的审批将会用到本项目的功效解释(J.Grover,私下交流,1999)。
明白哪儿地下有断层,就将建筑物向后移。
如此就可避免建筑物横跨于断层上。
若是建筑物向后移足够的距离,现代的建造技术就可以使建筑物免于地震损害。
在MosidaHills地域,虽然火山喷发的概率比较低,但火山的要挟仍然存在。
估计未来可能发生的火山活动将引发以下灾害:
农业用地和娱乐用地的减少;交通、电力和通信中断;摧毁周围建筑物。
要挟生命的灾害是不可预测的。
但在活火山口周围的社区,熔岩流肯定会干扰日常生活。
了解火山进程和熔岩流的散布、识别可能会喷发的活火山中心,能够帮忙制定减灾办法。
为了查明地下地质情形,在1100多个测点上收集了重磁数据(如图2)。
本次研究的主要目的是联合MosidaHills地域的重磁数据,为了:
(1)探测隐伏断层;
(2)探测火成岩的水平长度和可能的来源;(3)更好地了解盆岭断层作用;(4)提供解释的数据给政策制定者和工程师,帮忙他们进行土地进展计划;(5)提供解释的物探数据,帮忙评价油气圈闭和矿体的前景。
为了查明构造,识别岩性,通过提过更多岩石特性,联合重力和磁法数据能够减少反演的多解性。
工作区以前的工作主要针对地表地质填图:
Rigby(1949,1952),Bullock(1951),Hoffman(1951),Williams(1951),MorrisandLovering(1961),F.D.Davis(unpublisheddata,1981),Hintze(1988),andP.D.Proctor(unpublisheddata,1985and1990)。
按照他们的工作功效可知,MosidaHills主要由褶皱的古生代碳酸盐岩组成;火成岩主要由第三系的凝灰岩和熔岩流组成。
CookandBerg(1961)在犹他州中心地带开展了区域性重力勘探,其中有50个测点散布在MosidaHills地域。
沿着GoshenValley西部边缘可能存在一个边界断层。
据此,CookandBerg推断GoshenValley可能是位于WestMountain和MosidaHills之间一个地堑。
他们(CookandBerg)认同Bullock(1951)“CedarValley是被断层凸显的构造谷或大坳陷”的观点。
可是,他们的解释是定性的。
他们建议未来物探工作最好进行地下地质情形的描述。
另外,Davis(1983),Zoback(1983),andCook(1997)等人在那个盆岭省开展了物探工作。
Davis(1983)成立了两个重力模型。
这两个重力模型横跨GoshenValley的中南部,位于EastTinticMountains东部。
她同意CookandBerg(1961)的结论。
Zoback(1983)主要关注在盐湖城Wasatch断层区的构造和构造作用。
可是,她解释了沿CedarValley东缘和GoshenValley西缘散布的边界断层。
在选定的剖面上,用重力数据成立模型。
可是,Zoback指出大部份区域内的数据太稀疏。
因此,无法探测详细的地下构造。
她建议以后在该区域应进行更详细的地球物理调查。
地质条件—地层和构造
虽然Mosida山是主要由古生代碳酸盐岩(286-525Ma)和两个非碳酸盐地层单元别离是曼宁峡谷页岩马(325)和巴特菲尔德山峰(大型砂岩组件;305Ma)形成。
这两个地层单元是发觉暴露于湖山。
古生代岩石的暴露范围从EastTinticMountains的北端至MosidaHills的南端。
在MosidaHills地域的lakemountains范围内出现宾利法尼亚构造的山峰(305Ma).(见图2)。
三级的岩石(12.1--44.3Ma)大多是火山起源,但包括一些碎石和非海相或湖泊,石灰岩矿床。
第四纪沉积物有博纳维尔湖沉积物和最近的冲积扇沉积。
这些沉积覆盖相关的地质区域。
有几种镁铁质熔岩流(17.3--32.6Ma)出此刻MosidaHills区域,但没有被命名或包括在一个正式的地层单位。
这些熔岩流位于MosidaHills北端,洽接边防线南端(图2)。
边防战士正好站在湖灰岩夹层之间。
Rigby(194九、1952),霍夫曼(1951),和威廉姆斯(1951)描述MosidaHills结构要素:
由不对称的背斜和向斜和正断层,逆断层,其中逆断层位于古生代的部份。
褶皱折叠相当紧,偏向倾斜向西和走向的大致向北。
霍夫曼Rigby(194九、1952),(1951),和威廉姆斯(1951)所有解释褶皱与推力断层作用有关,而且看起来,褶皱和断层作用可能发生在Sevier造山运动。
北倾断层块的上盘在CedarValley,GoshenValley由古生代磷酸盐岩形成,下盘(也是碳酸盐岩)最有可能出此刻GoshenValley,这可能是由一些列低密度溪谷沉积造成。
因此山谷堆积提供的深度的垂直偏移量的最小值。
这种类型的断层应该从重力和磁检测数据,用大密度(>0.5克/立方厘米)和可能的磁化率对比山谷,碳酸盐岩,凝灰岩。
地球物理分析
在九十年代早中期,在1117个测点上收集了重磁数据(如图2)。
按照现用的地图或距已知参考点记录的车辆里程数来肯定测点位置。
用TrimbleGPS接收机读取每一个测点的经纬度和高程。
TrimbleGPS接收性能进行实时修正。
这些读数被现有的蓝线图中的读数证明。
蓝线图的比例接近1:
6000,等高线间距为1.5m。
测点位于基岩上,测点不仅散布在MosidaHills地域,还散布在MosidaHills地域的东边和西边山脉上,包括犹他湖东边的山脉上,其目的是帮忙对数据进行区域性更正。
由于很难抵达犹他湖、EastTinticMountains和LakeMountains地势较高的地方,收集了很少的数据。
采用Worden重力仪进行重力测量;采用Geometrics质子旋进磁力仪进行磁场测量。
注意减小测量误差,对可疑的测量结果进行多次检查。
重力仪利用循环技术进行重复测量,由仪器漂移引发的最大误差为0.25mGal。
高程测量的最大误差是0.9m,这可能致使0.27mGal的误差。
纬度的测量误差在9m之内,这致使0.008mGal的最大误差。
但是,地形更正的精度为1m或0.3mGal。
因此,剩余重力值的最大估量误差约为0.83mGal。
可是,这些最大误差是不可能发生在任何一个测点上的。
在每一个测点上至少收集五次磁法数据,并求出它们的平均值。
通常,在任意测点上磁法数据的最大变更只有8~10nT。
因此,在本次研究中人文干扰和其它类型的干扰都很小。
对数据进行常规处置,进行布格校正和地形校正。
对重力数据进行处置,消除仪器漂移和由纬度、高程和地形不同引发的数据转变。
在进行布格校正时,通常会用到两个假设:
(1)假设中间层(被校正的测点和参考基准面之间的岩石)的密度是均匀的;
(2)中间层沿水平方向无穷延伸。
上述两个假设都不是真正成立的。
在第一个假设中,中间层的密度通常取测点周围的密度平均值。
若是存在有显著的局部岩性转变,利用平均密度值会引入相当大的误差(DobrinandSavit,1988)。
在工作区收集岩石和沉积物标本,在实验室测量它们的密度,据此能够肯定最优校正值(Telfordetal.,1990)。
例如,White(1949)用小范围内的三个不同密度值对英国南部的重力数据进行了布格校正和地形校正。
在MosidaHills工作区收集了83块具有代表性的岩石标本(见表1),并用Parasnis方式(1962)测定它们的密度值按照测定结果,在CedarValleyandGoshenValley中部,近地表的密度为1.8–1.95g/cm3。
在CedarValleyandGoshenValley的西边或东边近1.6–2.4km处,近地表的密度值在2.31至2.43g/cm3范围内。
在犹他湖西边的BoulterMountains,在犹他湖北边的LakeMountains,在犹他湖南边的EastTinticMountains,在UtahLake东边的WestMountain和在MosidaHills上,近地表的密度值在2.63至2.71g/cm3范围内。
在任何标本取样的地方,在实验室测量的密度值都被用于布格更正。
另外,近地表的密度值从山谷中心到山脉呈线性转变。
近地表的密度值被用来进行布格校正。
利用光滑均夷作用来消除由近地表密度急剧转变引发的异样。
因为水平方向有限延伸的中间层(密度是转变的)被用于布格更正,用截断的中间层的数学表达式来近似代替水平方向无穷延伸的中间层的数学表达式(Telfordetal.,1990;Burger,1992)。
为了进行地形更正,在一组扇区中应用Parasnis(1962)方式测定岩石标本的密度值,该密度值被用于每一个分区的Hammer量板计算。
校正因数乘以角度,该角度与分区有关,或与扇区个数与2π的比值有关(Telfordetal.,1990)。
这种方式在犹他湖东边4~8km范围内的重磁数据研究中取得了专门好地结果。
这种方式取得最终地下模型和地表槽探坑探信息之间的最佳相关性。
对磁法数据进行地磁场的日变更正,并用国际地磁参考场(IGRF)数据进行纬度更正。
因为Zeng方式能够定性地估量最佳的多项式次数来进行区域更正,所以采用Zeng方式将更正后的异样分离成区域异样和剩余异样。
对于重磁数据,Zeng方式肯定的最高次多项式是二次项。
用趋势分析法来肯定多项式方程(Burger,1992)。
从更正后的异样值中减掉区域异样取得剩余异样。
用剩余重力异样值和剩余磁异样值绘制等值线图,成立地下地质模型,并解释地下地质情形。
等值线图
绘制剩余重力异样等值线图和剩余磁异样等值线图(图3和图4)。
断层的典型重力剖面特征是转变猛烈的重力梯度带(位于转变较平缓的重力梯度带的中间)。
沿山脉边缘散布的转变猛烈的重力梯度带最有可能由正断层引发,几个重力负异样散布于山谷。
有两个小山谷横贯MosidaHills。
其中一个小山谷在SoldiersPass南边,另外一个小山谷在ChimneyRockPass南边。
这两个小山谷是东-西向山谷或洼地的代表。
东-西向山谷或洼地由密度较低的物质填充。
密度较低的物质在盆岭断层作用之前就存在。
一条持续的山脉连接EastTinticMountains和LakeMountains(见图2,3)。
按照MosidaHills东边钻井内的油气显示可知,CedarValley东部和西部的断裂基岩隆起中可能存在潜在的油气圈闭。
在ChimneyRockPass周围的MosidaHills上,有两个幅值相近的剩余重力正异样(+10and+8mGal)。
这两个剩余重力正异样被水平错断。
在过去的一段时刻里,这两个重力异样可能是一个重力异样。
P.D.Procto以为这是平移断层作用存在的证据(未公开发表的数据,1985,1990)。
虽然水平位移显示出北东-南西向,可是从重力等值线图中无法精准肯定平移断层的走向。
按照剩余磁异样等值线图可知,地表已查明的镁铁质熔岩流(图4中J、K和L所示)均与较大的局部磁异样相对应。
这三处镁铁质熔岩流与MosidaHills过去的火山活动有关,潜在的活火山口可能仍然存在(P.D.Proctor,未公开发表的数据和个人交流,1998)。
一样地,位于GoshenValley的三个磁法异样(图4中X、Y和Z所示)极可能由隐伏熔岩流引发。
该隐伏熔岩流来自于MosidaHills。
磁异样Y平面面积近0.5km2,可能由熔岩流L的下降断块部份引发。
熔岩流的分离可能由断裂作用之前的侵蚀引发,可是在熔岩流L和磁异样Y之间存在重力高,所以很有可能是构造脊致使了熔岩流的分离。
磁异样X平面面积约为0.35km2,可能由含剩余磁化强度的双极性体引发,但很有可能与磁极倒转有关。
南边的磁异样Z平面面积为1.3km2,不像其它异样那样局部化。
磁异样Z的双极性特征显示该异样体也可能含剩余磁化强度,也可能是该异样体的原始产状被旋转了。
这种类型的磁异样可能由在山谷冲积层下埋藏更深的异样体引发。
最初的评价显示银、锌和铅等矿床可能与解释的火成岩体(图4中J,K,L,X,Y,Z所示)和一些解释的断层(位于EastTinticMountains周围和LakeMountains西边)有关。
在ChimneyRockPass有火山灰凝灰岩出露,与熔岩流引发的磁异样相较,火山灰凝灰岩的磁场特征整体上具有较低的振幅和较长的波长。
这可能是因为凝灰岩具有较低的磁化率或具有剩余磁化和更长的横向延伸。
沿CedarValley走向延伸的幅值较小的磁力高异样属于上述异样类型,可能由CedarValley下的隐伏凝灰岩矿产引发(具有平面面积20km2)。
虽然磁异样模式不如重力异样那样能有效地识别详细的构造,可是磁异样的确能指示火成岩体的散布。
另外,许多磁力低与古生代碳酸盐岩相对应。
MosidaHills地域的构造模型
1数据模型
定量建模之前完成,确认MosidaHills地域,不同岩石类型代表的密度和磁化率。
在MosidaHills地域搜集了超过八十种岩石样本(表一、2)代表不用的岩石类型。
岩石样本的干燥后在实验室利用阿基米德方式进行密度测量[干样品重/(干样重量−淹没样品重量)],其中测量数值归纳如表1。
大型凝灰岩密度的转变是由于浮石结构和转变在某种程度上焊接的程度。
凝灰岩样品密度比大量的浮石密度低,而相反的是真正的凝灰岩样品密度只比少部份的浮石高。
岩石的磁化率区域测量利用磁化率测定仪模型KT-5Geofyzika布尔诺,捷克斯洛伐克进行。
正如所料,磁化率是高度可变的,尤其是在镁铁质熔岩流(表2)。
磁敏感度的转变取决于几个因素。
在流纹岩凝灰岩、凝灰岩中较大百分比体积的浮石和大量的浮石碎磁化率更低。
风化或变更的数量似乎也是一个因素,尤其是镁铁质熔岩流。
大量的蚀变岩石磁化率底,而这些岩石上面,最高的湖博纳维尔看起来最不风化的地方磁化率最高。
磁化率是高度依赖于磁铁矿的结构。
因此,成份的转变在熔岩流或凝灰岩组成中也能够负责磁化率转变,取得剩余磁化强度。
2定量模型
这篇报告上有五个典型的剖面代表,DD、EE、FF、GG和BB利用2.5DGM-SYS建模软件版本进行分析。
模型是基于三个已知的大体岩性:
古生代碳酸盐所覆盖的凝灰岩和山谷。
斯图尔特(1983)讨论了断层几何模型符合概念模型,以为存在平面断层和铲状断层。
通过维持模型的简单性,利用MosidaHills地域的地质信息,生成合理的模型符合残留的地球物理数据。
采用以下方式减少地质模型的多解性:
1.将数据从先前的地球物理调查(库克和伯格,1961;戴维斯,1983;库克etal.,1997),表面映射(Rigby、194九、1952;布洛克,1951;霍夫曼,1951;威廉姆斯,1951;学监,未发表的数据,1985年,1990年),和航磁数据,2.从咱们的调查将重力和磁数据3.关联模型截面。
因为MosidaHills地域的范围是由许多古生代碳酸盐岩,基础组成的密度范围介于2.64和2.67克/立方厘米,磁化率的零SI单位(表一、2)。
Benson和Mustoe(1991)和Benson和 Hash(1998)利用Parasnis(1962)方式肯定UtahValley河谷堆积密度范围为1.8--1.95克/立方厘米,位于MosidaHills的东部地域。
因此,那个范围也用于成立河谷堆积MosidaHills模型。
因为大部份为磁铁矿,主要磁性矿物最初出此刻河谷堆积。
可能磁性矿物已经改变了,或从未有,河谷堆积的磁化率已变得不那么明显,因此假定河谷堆积的磁化率为0。
因为凝灰岩的密度和磁化率是高度可变的(表一、2),平均密度值和磁化率值周围的凝灰岩通常选择利用具有代表性的剖面图。
平均密度值是2.1克/立方厘米,磁化率是2.0×10−4SI单位。
剖面DD(图5),最北的剖面图,长10千米,及其西区位于CedarValley边缘。
模型向东延伸到Lake Mountains的西部边缘山脉。
凝灰岩,虽然断裂,似乎是一个统一的表层大约30米厚的东部边缘,在西方稀释到大约20米。
这种稀释可能因为沉积特性,但也可能是由于侵蚀之前由河谷堆积填埋。
除断层,包括其他建模假设考虑凝灰岩:
(1)凝灰岩被侵蚀到补丁盆地填补之前,
(2)凝灰岩不同横向和垂直磁性,(3)凝灰岩和基底表面扭曲和折叠而不是层错,(4)凝灰岩是盆地填补之前层错部份。
这些假设有一些很难测试准确,在现实中,这些假设,随着厚度转变和断层,是最可能的。
古生代碳酸盐岩斜坡于CedarValley西部和东部边缘,不同地址之间很少或根本没有凝灰岩,但凝灰岩和湖石灰石的山脊说明断层造成至少250的总垂直位移的凝灰岩(假设在同一高程范围最初凝灰岩埋在硅谷)。
两个紧挨着的断层沿东部山谷的边缘可能代表许多密集大小明显的断裂带断层。
解释反向断层拖到西部最有可能弯曲而不是平面((Hamblin,1965)。
其他模型也检查,包括西部的山谷的反向断层,但反向阻力模型提供了一个更好的适合剩余数据和更现实的断层几何。
虽然绘制的断层剖面DD’表面上倾角为45°-70°(图5),由于垂直放大3.53,沿着这剖面真倾角在间12◦◦22。
这表明,除断层,折叠和下弯在CedarValley.的形成起到了重要作用。
这也可能表明铲状断层的存在。
剖面EE’(图6)长12千米,延伸至ThorpeHills,CedarValley的西方,露头在CedarValley古生代碳酸盐的东部边缘。
断层再次显示沿着山谷的边缘,但断层模型比之前的断层是更复杂。
凝灰岩具有均匀厚度约有30米的转变,极可能由于侵蚀。
利用凝灰岩作为参考,在硅谷的中心凝灰岩与断层相关的偏移量达到最大值约为350米。
正如上面所讨论的,这两个紧密距离的断层沿着山谷的西部和东部,可能代表断层区域有着许多密集,小型断层。
沿剖面EE’,没有明显的反向阻力特性。
沿着EE解释断层的真倾角范围为14°-33°。
剖面FF’(图7)长10千米,沿着CedarValley西部开始,基岩为 MosidaHills的东部。
沿剖面FF’发生大约250米的垂直位移。
与剖面EE’(图6),凝灰岩的厚度在那个模型不统一,但达到的厚度约60米,周围的山谷稀释30米,边缘稀释较少。
这可能是一个沉积特征,但也可能是由于山谷埋藏之前凝灰岩的侵蚀。
沿着FF解释断层的真倾角范围18°-36°。
断层GG’的(图8)长10千米,始于Boulter Mountains西,向东穿过CedarValley,结束在EastTinticMountains。
那个剖面在山谷的南端,类似山谷北端的剖面DD’(图5)具有反向阻力断层。
两个谷有相对峻峭的倾斜的墙壁,表明断层的存在,凝灰岩具有均匀厚度约20米。
沿着山谷的西部和东部有凝灰岩露头出现。
从模型中,得出的结论是,这些露头代表部份凝灰岩表没有断陷。
这表明正断层的北倾发生在凝灰岩堆积以后。
解释正断层大多数在山谷的边缘大约有200米的垂直位移。
三个解释断层的真倾角范围为20°-26°。
剖面BB”(图9)五分之一模型构建在GoshenValley。
因为在那个地域现有的输电线路,搜集到的磁性数据相当稀少,所以只有剩余重力数据用来构建那个模型。
一个典型的阶梯状断层模型最适合的数据。
另外,GoshenValley西部边缘的地堑构造也是明显的。
阶梯状断层占大约350米的垂直偏移,地堑添加一个额外的50米的垂直位移。
真倾角沿BB的范围从30°-47°,表明折叠和下弯不参与GoshenValley的形成,参与 CedarValley的形成。
隐伏断层和火成岩体的综合解释
利用地下模型(图5-9)作为原型和波状外形的数据(图3,图4),几个窄幅波动,正断层已经解释(图10)。
由于一些低角度断层的存在(实际下降小于20◦),断层的不肯定性扩展到表面可能0.3--0.4千米从解释计划视图位置。
在CedarValley西部和东部边缘模型表明有断层,且成梯状从山上向山谷中心。
另外,隐伏正断层解释位于CedarValley地堑下谷底。
在山谷的西南端,需要更多的数据来肯定西部大多数断层弯曲向东露头宾利法尼亚时期碳酸盐岩或削减其背后使露头脊下降。
基于轮廓之外的扩展研究领域,假设它背后的露头,继续向南到 EastTintic Mountains。
地球物理证明走向滑动断层周围有烟囱岩,为提出的p·d·Proctor(未发表的数据,1985年,1990年)从表面数据,不是决定性的,可是证明倾滑运动沿着这跟踪中存在重力数据。
正如前面提到的,MosidaHills两个抵消高位重力可能致使走向滑动运动。
但是,它是不肯定是不是那个运动是向东北,P
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 犹他州 犹他 MosidaHills 重磁法 地质灾害 评估 自然