地質(zhì)雷達(dá)在恒山南北麓次級(jí)隱伏斷層探測(cè)中的應(yīng)用★

梁瑞平 任瑞國 李文元

(1.忻州市建筑工程消防安全技術(shù)服務(wù)中心，山西 忻州 034000; 2.山西省地震局，山西 太原 030002; 3.忻州市防震減災(zāi)中心，山西 忻州 034000)

1 概述

作為一種地球物理探測(cè)方法，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)具有操作性強(qiáng)、分辨率高、探測(cè)深度深、對(duì)地表環(huán)境無破壞和可重復(fù)探測(cè)等特點(diǎn),在隱伏斷層探測(cè)中具有很大的優(yōu)勢(shì)[1]。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)恒山南、北麓隱伏斷層進(jìn)行了探測(cè)，為活斷層位置、活動(dòng)性參數(shù)研究提供數(shù)據(jù)及方法支持，為斷層危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)性資料。

2 場(chǎng)地環(huán)境

前人研究恒山南、北麓皆為地震危險(xiǎn)性較大的全新世活動(dòng)斷裂[2]，為研究其是否存在次級(jí)斷裂在恒山南、北麓山前各有一個(gè)探測(cè)場(chǎng)地(見圖1)，都位于山前沖洪積扇上，主要地層為不連續(xù)的砂礫石層夾砂層透鏡體等。共布設(shè)3條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，其中，在恒山南麓山前場(chǎng)地，布設(shè)2條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線(見圖2)；在恒山北麓山前，布設(shè)1條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線(見圖3)。

恒山南麓山前隱伏斷裂勘探場(chǎng)地位于山西省忻州市代縣下官院村北西(中心坐標(biāo)：E112.802°/N39.068°)，所處地貌類型屬于恒山南麓山前沖洪積扇(見圖2)。地形北西高、東南低，高程在1 065 m～1 100 m之間。沖洪積扇的主要組成物質(zhì)是砂礫石層，上覆薄層黃土狀土，標(biāo)志層連續(xù)性差。在該場(chǎng)地布設(shè)了2條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，編號(hào)分別為p-521-1和p-521-2(見圖2)。測(cè)線p-521-1由北西往南東，沿途人造梯田陡坎、叢草發(fā)育。在測(cè)線后半段先遇到高壓線塔，之后遠(yuǎn)離。測(cè)線p-521-2由北西往南東，沿鄉(xiāng)道測(cè)量，2 m范圍內(nèi)有平行的干旱水溝，同時(shí)沿途15 m范圍內(nèi)有近平行的普通家用電線。

恒山北麓山前隱伏斷裂勘探場(chǎng)地位于山西省朔州市山陰縣辛立莊村南(中心坐標(biāo)：E112.694°/N39.178°)，所處地貌類型屬于恒山北麓山前沖洪積扇(見圖3)。場(chǎng)地范圍內(nèi)有高度約2 m的樹林，地形總體呈東南高、西北低，高程在1 030 m～1 200 m之間。沖洪積扇主要是砂礫石層。在該場(chǎng)地，布設(shè)了一條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，編號(hào)為p-521-3(見圖3)。測(cè)線p-521-3由北往南，沿途15 m范圍內(nèi)有近平行的家用電線。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的高壓線和普通家用電線會(huì)是重要的外界干擾；洪積扇上地層連續(xù)性差，也會(huì)嚴(yán)重干擾構(gòu)造的識(shí)別。

3 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)雷達(dá)勘探及數(shù)據(jù)采集

本次探測(cè)時(shí)選用25 MHz的RTA天線和點(diǎn)測(cè)方式，疊加128次，采樣間隔為0.5 m。采樣頻率設(shè)置為423 MHz，時(shí)間窗為681 ns。各測(cè)線詳細(xì)信息見表1。

表1 測(cè)線信息

4 數(shù)據(jù)處理與分析解釋

數(shù)據(jù)處理采用地質(zhì)雷達(dá)Reflexw軟件，主要的濾波方法包括去直漂移、移動(dòng)開始時(shí)間、能量衰減增益、背景去除、巴特沃斯帶通濾波、滑動(dòng)平均、地形矯正等。在探測(cè)區(qū)內(nèi)的洪積扇地層中，地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)的傳播速度近似為0.1 m/ns。

圖4為測(cè)線p-521-1的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上，可清楚地識(shí)別出測(cè)線范圍內(nèi)的高壓線及普通電線等干擾信號(hào)。同時(shí)，在洪積扇面上的地形陡坎，也造成地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)不穩(wěn)。在測(cè)線0 m～160 m的范圍內(nèi)，地下10 m內(nèi)的地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)都很清楚。而在測(cè)線160 m～430 m的范圍內(nèi)，只在地下約5 m內(nèi)有清楚的地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)。因此，認(rèn)為測(cè)線160 m處，5 m以下的地層巖性存在差異，可能是斷層的活動(dòng)造成了這種差異。推測(cè)測(cè)線范圍內(nèi)的疑似活動(dòng)斷層位于測(cè)線160 m處。

圖5為測(cè)線p-521-2的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。在該反射剖面上，電線是重要的干擾信號(hào)。同時(shí)地面起伏，造成地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)不穩(wěn)。在測(cè)線0 m～200 m，深度在10 m范圍內(nèi)反射信號(hào)清晰，深度大于10 m以后，反射信號(hào)變?nèi)?。而測(cè)線200 m～290 m，在深度30 m范圍內(nèi)的反射信號(hào)都相對(duì)強(qiáng)烈。同時(shí)，在測(cè)線200 m位置的兩側(cè)，地表10 m 范圍內(nèi)的反射層由水平變傾斜。而且測(cè)線在200 m處，在10 m深處的連續(xù)的反射層也不再連續(xù)。據(jù)此推測(cè)，在測(cè)線200 m處可能為活動(dòng)斷層的位置。

圖6為測(cè)線p-521-3的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。沿著測(cè)線的一條平行的家用電線，是主要的異常信號(hào)源，在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上6 m～10 m深的位置形成一條連續(xù)的異常信號(hào)。在測(cè)線155 m～300 m，深度為10 m范圍內(nèi)的反射層與地表測(cè)線近平行；而在測(cè)線0 m～155 m，深度為10 m范圍內(nèi)的反射信號(hào)呈楔形，似同沉積構(gòu)造?？赡苁菙鄬拥幕顒?dòng)造成在0 m～155 m范圍內(nèi)形成同沉積構(gòu)造。因此推測(cè)，活動(dòng)斷層的位置在155 m處。

5 討論及結(jié)論

5.1 方法可靠性驗(yàn)證

為驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)方法的有效性，在恒山北麓探測(cè)區(qū)布設(shè)天然源音頻大地電磁法(AMT)進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)線總長1 700 m，采用加拿大PHOENIX公司生產(chǎn)的V5-2000大地電磁儀器開展工作，工作最小頻率為1 Hz，最高頻率10 400 Hz。探測(cè)成果圖見圖7。該斷裂位置和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)位置吻合，驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)在山前斷裂探測(cè)中可推廣應(yīng)用。

5.2 恒山南、北麓斷裂活動(dòng)性

本次通過對(duì)恒山南、北麓斷裂3條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，共獲得3條有效地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)反射剖面，根據(jù)雷達(dá)反射剖面的形態(tài)特征以及測(cè)線范圍之內(nèi)的地質(zhì)調(diào)查等，共探測(cè)出3個(gè)活動(dòng)斷層點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)同其他物探手段一樣，其結(jié)果有多解性[3]，由于采用的是非屏蔽天線、測(cè)線附近的很多地物，如高壓線、普通家用電線、樹木、車輛等都會(huì)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行干擾，建議采取鉆探或者槽探等地質(zhì)手段進(jìn)行復(fù)查、驗(yàn)證工作。