淺層地震和高密度電法在走滑斷層探測(cè)中的應(yīng)用

劉福興　劉璐　劉佳林　吳孔兵

摘 要： 淺層地震和高密度電法是探測(cè)斷層常用的兩種地球物理方法。本文利用淺層地震和高密度電法方法聯(lián)合對(duì)安丘—莒縣斷裂進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)結(jié)果即得到相互印證，又各有所長(zhǎng)。在隱伏走滑斷層探測(cè)中，淺層地震在斷層面或破碎帶邊界定位方面更具有優(yōu)勢(shì)；高密度電法在斷層破碎帶識(shí)別、破碎帶頂面（上斷點(diǎn)）埋深確定方面更具有優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 淺層地震； 高密度電法； 走滑斷層； 斷層勘查

在隱伏走滑斷層探測(cè)中，淺層地震和高密度電法是比較常用的兩種地球物理探測(cè)方法，兩者的探測(cè)的物性參數(shù)不盡相同。實(shí)際工作中，利用兩種方法組合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，以達(dá)到更好的探測(cè)效果。

1. 淺層地震和高密度電法探測(cè)原理

1.1 淺層地震反射波法

人工激發(fā)地震波向地下傳播過(guò)程中，遇有介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射。由于地震波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播路徑、振動(dòng)強(qiáng)度和波形將隨所通過(guò)的介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和彈性性質(zhì)的不同而變化，掌握了這些變化規(guī)律，根據(jù)接收到的地震波旅行時(shí)間和速度資料，通過(guò)對(duì)地震波記錄進(jìn)行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)，判斷隱伏構(gòu)造的分布、產(chǎn)狀、規(guī)模等[1]。淺層地震反射法可以提供斷層的位置、幾何形態(tài)、斷層帶寬度、斷層活動(dòng)和地層變形時(shí)代等有關(guān)參數(shù)，對(duì)了解構(gòu)造活動(dòng)歷史，研究強(qiáng)震發(fā)生的可能性等具有重要作用[2-3]。斷層識(shí)別標(biāo)志主要有：反射波同相軸發(fā)生錯(cuò)動(dòng)；反射波同相軸數(shù)目突然增減或消失、波組間突然變化；反射波組發(fā)生明顯的強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換或扭折等[4]。

1.2 高密度電法

高密度電法是在常規(guī)電阻率法理論基礎(chǔ)上的重大技術(shù)改進(jìn)，野外測(cè)量時(shí)采用高密度布點(diǎn)，將全部（幾十至上百根）電極布置在剖面上，利用儀器和軟件控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量。通過(guò)斷層破碎帶與兩側(cè)地層的電阻率差異或斷層兩側(cè)電阻率差異可識(shí)別斷層[5]。

2淺層地震和高密度電法應(yīng)用實(shí)例

2.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于山東省昌邑市朱里鎮(zhèn)，測(cè)線橫跨安丘—莒縣斷裂，位置見圖1。安丘—莒縣斷裂為郯廬斷裂帶東地塹內(nèi)的斷裂，第四紀(jì)以右旋走滑兼有逆沖活動(dòng)為主要特征，對(duì)現(xiàn)代地震活動(dòng)有明顯控制作用[6]。

測(cè)區(qū)內(nèi)朱里鎮(zhèn)以南，斷裂斷續(xù)出露地表；朱里鎮(zhèn)以北斷裂隱伏于第四系之下。斷裂在地貌上有明顯表現(xiàn)，西高東低，斷裂西側(cè)為最低一級(jí)夷平面，出露白堊紀(jì)火山碎屑巖、粉砂巖等，或?yàn)榈谒募o(jì)黃土隆起；斷裂東側(cè)為第四紀(jì)平原，堆積了黃色細(xì)粉砂或粉質(zhì)粘土。

安丘—莒縣斷裂經(jīng)歷了多期劇烈活動(dòng)，形成了寬達(dá)幾十米到幾百米的斷裂破碎帶。圖2為測(cè)線西南約3km處（圖1中三角形標(biāo)記處）斷裂出露照片，斷裂由多條斷層及斷裂破碎帶組成。

2.2 數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探采用吉林大學(xué)驕鵬物探儀器公司研制生產(chǎn)SE2404EI型綜合工程探測(cè)儀，道間距4m，震源點(diǎn)距4m，48道檢波器接收，采集時(shí)從排列開始端逐個(gè)震源點(diǎn)激發(fā)，待48個(gè)激發(fā)點(diǎn)之后，排列的1-24道向前滾動(dòng)24道距，然后再逐點(diǎn)激發(fā)48個(gè)震源點(diǎn)，依次滾動(dòng)，共計(jì)激發(fā)接收5個(gè)排列段，排列總長(zhǎng)度576m。圖3為一個(gè)排列段采集的炮集記錄。

高密度電法探測(cè)采用吉林大學(xué)驕鵬物探儀器公司研制生產(chǎn)的E60M高密度電法工作站。采用溫納裝置，電極距5m，電極數(shù)位64根，每次測(cè)量后向前滾動(dòng)8個(gè)電極，共計(jì)采集6個(gè)排列段，排列總長(zhǎng)度520m。

2.3 數(shù)據(jù)處理及解釋

淺層地震采集數(shù)據(jù)主要包括切除、帶通濾波等常規(guī)預(yù)處理、速度分析及動(dòng)校正處理、剩余靜校正處理、疊加、時(shí)深轉(zhuǎn)換等。本次數(shù)據(jù)采集采用了VISTA軟件進(jìn)行了精細(xì)處理。

高密度電法的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、突變點(diǎn)剔除、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)拼接、地質(zhì)參數(shù)求取、地形校正、反演計(jì)算等。其中，反演計(jì)算是數(shù)據(jù)處理的最關(guān)鍵的步驟，數(shù)據(jù)的二維反演計(jì)算主要基于圓滑約束的最小二乘法。本次數(shù)據(jù)處理采用了2D電阻率反演軟件Res2dinv。

通過(guò)綜合分析淺層地震、高密度電法的勘探數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，得出了淺層地震和高密度電法處理成果及斷裂解釋圖（圖4）。第四系覆蓋物土層主要為粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土，下部局部為亂礫石層，視電阻率主要集中在10Ω·m～25Ω·m范圍。下伏基巖為白堊系火山碎屑巖，視電阻率主要集中在30Ω·m～45Ω·m范圍。淺層地震反射波剖面圖中T1反射界面為基巖面的響應(yīng)，埋深約30m～40m。

淺層地震反射波剖面圖（圖4-a）中，可識(shí)別的斷層大致有7條，分別為f1-f7。f1、f2、f4斷層表現(xiàn)為反射波同相軸數(shù)量突然減少或增加，f3斷層表現(xiàn)為反射波同相軸發(fā)生明顯的強(qiáng)相位扭折，f5、f6、f7斷層表現(xiàn)為反射波同相軸錯(cuò)動(dòng)或波組突然變化。

高密電法視電阻率反演等值線圖（圖4-b）中，可識(shí)別出3條斷裂帶，分別為F1-F3。這三條斷裂帶表現(xiàn)為明顯的低阻帶，視電阻率范圍為5Ω·m～12Ω·m。

從淺層地震和高密度電法處理成果及斷裂解釋圖（圖4）中，可以看出，淺層地震勘探結(jié)果與高密度電法勘探的結(jié)果可以相互印證。f2、f3在測(cè)線位置上與破碎帶F1對(duì)應(yīng)，推測(cè)為F1的邊界斷層；f4、f5在測(cè)線位置上與F2對(duì)應(yīng)，推測(cè)為F2的邊界斷層；f6、f7在位置上與F3對(duì)應(yīng)，推測(cè)分別為F3的邊界斷層和內(nèi)部斷層。f2與f3之間、f4與f5之間、f6與f7之間的反射波同相軸連續(xù)性相對(duì)較差或不平穩(wěn)，推測(cè)為斷層破碎帶的響應(yīng)。

淺層地震與高密度電法聯(lián)合探測(cè)，揭示了測(cè)線位置處安丘—莒縣斷裂由多條斷層及斷層破碎帶構(gòu)成，與測(cè)線位置西南約3km處的地表出露的斷裂特點(diǎn)相一致。

2.4探測(cè)效果分析

（1）斷層識(shí)別

淺層地震反射波法探測(cè)的是地層或構(gòu)造界面的反射波，根據(jù)反射波同相軸的變化來(lái)識(shí)別斷層。淺層地震反射波時(shí)間剖面圖中，走滑斷層的斷層面或斷層破碎帶的邊界斷面較易識(shí)別；在有其他資料印證時(shí)，也可識(shí)別斷層破碎帶。

高密度電法探測(cè)的地層的電阻率，根據(jù)斷層破碎帶與圍巖的電阻率差異來(lái)識(shí)別斷層（斷層破碎帶）。高密度電法視電阻率反演等值線圖中，走滑斷層的斷層破碎帶較易識(shí)別，特殊條件（斷層兩盤電阻率差異明顯時(shí)）可識(shí)別斷層面。

（2）定位精度

在淺層地震反射波時(shí)間剖面上，可直接確定斷層面在測(cè)線上的位置，其定位精度，通常由菲涅爾帶的大小表示[7]。以本次工作為例，基巖面深度30m～40m，上覆地層波速900m/s，信號(hào)主頻45Hz，菲涅爾半徑約為17m。實(shí)際上，在經(jīng)偏移處理后，定位精度會(huì)大大提高，不再受限于菲涅爾半徑的大小，理論上最大定位精度為道間距的一般。如圖4-b中f1斷層，斷層面兩側(cè)反射波同相軸變化顯著，其定位精度約為4m。

在高密度電法視電阻率等值線圖中，可確定走滑斷層破碎帶中心帶在測(cè)線上的位置。對(duì)于走滑斷層破碎帶的邊界位置，則難以準(zhǔn)確確定。

（3）縱向分辨率

縱向分辨率，對(duì)于確定斷層或斷層破碎帶的上斷點(diǎn)埋深、最新活動(dòng)時(shí)代鑒定至關(guān)重要。

淺層地震反射波時(shí)間剖面圖中，一個(gè)反射波的分辨率極限是1/4波長(zhǎng)[7-8]。當(dāng)斷層斷距小于1/4波長(zhǎng)時(shí)，僅憑地震勘探資料是難以識(shí)別的；當(dāng)斷層上斷點(diǎn)斷距小于1/4波長(zhǎng)時(shí)，則很難確定斷層上斷點(diǎn)的實(shí)際埋深。本次工作中，上覆地層的極限分辨率為5m，可識(shí)別的斷層上斷點(diǎn)最小埋深約為18m。

高密度電法的分辨率與電極距、目標(biāo)體埋深、電阻率差異等有關(guān)，電極距越小、埋深越淺、電阻率差異越大，分辨率越高[9-11]。高密度電法在識(shí)別淺層—極淺層斷層破碎帶上斷點(diǎn)（頂面）方面要優(yōu)于淺層地震反射波法。本次工作中，F(xiàn)1斷層破碎帶頂面埋深約17m，F(xiàn)2斷層破碎帶頂面埋深約13m，F(xiàn)3斷層破碎帶頂面埋深約6m。

3結(jié)束語(yǔ)

工程試驗(yàn)表明，淺層地震反射法在走滑斷層斷面或破碎帶邊界定位方面更具有優(yōu)勢(shì)；高密度電法在斷層破碎帶識(shí)別、破碎帶頂面（上斷點(diǎn)）埋深確定方面更具有優(yōu)勢(shì)。淺層地震反射法與高密度電法的結(jié)合，可以相互印證和相互彌補(bǔ)，取得更好的勘探效果。

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