趙立瑰

摘要：使用綜合性（電阻率聯(lián)合剖面法、高密度電法、直流電測(cè)深與瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量法、淺層高分辨率地震法、重磁法）的地球物理辦法對(duì)A市活斷層進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用聯(lián)合剖面法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等方法，可以對(duì)活斷層位置、產(chǎn)狀與形態(tài)的探測(cè)發(fā)揮巨大優(yōu)勢(shì)。本文還對(duì)各個(gè)區(qū)域的多環(huán)境復(fù)雜等相關(guān)因素，使用新型的數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，從而可以加強(qiáng)探測(cè)工作的質(zhì)量與效率，為日后的活斷層探測(cè)等相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：地球物理方法;城市活斷層;探測(cè)與研究;實(shí)驗(yàn)

1.前言

A市作為我國(guó)地震重點(diǎn)監(jiān)測(cè)防范區(qū)域之一，近幾年來(lái)出現(xiàn)了十分頻繁的小震活動(dòng)，最近一次發(fā)生的5級(jí)地震在2016年3月晚9點(diǎn)20分，據(jù)A市200km的區(qū)域發(fā)生了地震，A市也感到了十分明顯的震感。因此通過(guò)對(duì)活斷層進(jìn)行探測(cè)，可以有效提升城市規(guī)劃建設(shè)與抗震設(shè)防的水平。近幾年來(lái)，地球物理工作者對(duì)城市活斷層的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐。如日本的學(xué)者使用了高密度電阻率法與可控源音頻電磁法對(duì)北島的活斷層形態(tài)與產(chǎn)狀進(jìn)行研究。還有部分學(xué)者使用地址雷達(dá)對(duì)活斷層中的斷點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。還有一些學(xué)生使用了井間層析成像技術(shù)，這種技術(shù)不會(huì)受到城市中的電磁干擾，探測(cè)深度較深，可以達(dá)到800m，從而加強(qiáng)活斷層的定位精度。Abbott等分析了長(zhǎng)期以來(lái)的重力場(chǎng)測(cè)量資料，利用重力反演的方式對(duì)孕震體密度場(chǎng)發(fā)生的變化、斷層對(duì)地震與遷移發(fā)揮的作用與流體，還有其對(duì)活斷層產(chǎn)生的作用進(jìn)行了更加深入的研究。無(wú)論是相關(guān)實(shí)驗(yàn)還是研究，隨著程度不斷加深，可以進(jìn)一步促進(jìn)活斷層研究水平不斷提升。

A市地處平原區(qū)域，活斷層的表現(xiàn)形式為第四系覆蓋的隱伏斷層，由于在城市中會(huì)分布大量且十分密集的地下管線、工業(yè)與民用高壓線，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。與此同時(shí)，交通運(yùn)輸與機(jī)械生產(chǎn)的振動(dòng)帶來(lái)的較強(qiáng)振動(dòng)頻率，也會(huì)對(duì)物探工作的順利開(kāi)展產(chǎn)生影響[1]。本文將結(jié)合A市采用的活斷層探測(cè)實(shí)例，對(duì)基于城市高強(qiáng)度干擾基礎(chǔ)上使用多種地球物理方法獲得的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行討論，還會(huì)闡述數(shù)據(jù)采集、資料處理過(guò)程中應(yīng)使用的相關(guān)技術(shù)。

2.使用電阻率聯(lián)合剖面方法進(jìn)行測(cè)量

利用電阻率聯(lián)合剖面裝置，其在對(duì)鄰近低阻介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，具備較高的靈敏度與分辨率，在斷層上的正交點(diǎn)具備十分明顯的特點(diǎn)，還會(huì)有很大異常幅度，定位準(zhǔn)確性更高。將其應(yīng)用在城區(qū)較為復(fù)雜的環(huán)境中，要與地下管線與高壓線保持較遠(yuǎn)距離，避免其帶來(lái)的干擾，還應(yīng)增強(qiáng)供電電流強(qiáng)度，對(duì)電極距合理選擇，同時(shí)還要對(duì)接地條件進(jìn)行優(yōu)化。使用電阻率聯(lián)合剖面法進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，聯(lián)合剖面會(huì)從斷層上反應(yīng)出來(lái)，會(huì)出現(xiàn)明顯的低阻正交點(diǎn)，兩翼的張開(kāi)幅度較大，曲線處于基本對(duì)稱(chēng)形態(tài)，異常范圍約為200m，可以將寬度較大且鄰近于直立低阻破碎帶的實(shí)際存在進(jìn)行有效反映。

3.使用高密度電法進(jìn)行測(cè)量

使用高密度電法進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，該裝置的主要特征為一次布極、裝置種類(lèi)多且依據(jù)程序化模式進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)收集與資料處理自動(dòng)化等。利用軟件對(duì)斷面圖、用角區(qū)域點(diǎn)源純地形電位發(fā)生的異常情況進(jìn)行繪制并更改，完成數(shù)據(jù)的平滑處理與剔除畸變點(diǎn)等操作，從而使電阻率反演斷面圖與真實(shí)的斷面情況更加接近。通過(guò)實(shí)踐可以看出，溫納裝置對(duì)探測(cè)結(jié)果與目的體之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還會(huì)擁有較大的抗干擾強(qiáng)探測(cè)的深度。偶極裝置具備較強(qiáng)的分辨能力，但在深部其抗干擾能力較差。微分裝置具備較低的異常幅值，地表因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的影響。梯度裝置會(huì)反映出更多的異常細(xì)節(jié)，三級(jí)裝置若發(fā)生異常會(huì)出現(xiàn)位移情況。二級(jí)裝置的勘探深度較大，但異常反應(yīng)較差。

A市在南部區(qū)域使用了高密度電法對(duì)NR400[2]斷裂帶進(jìn)行了探測(cè)，城市中部呈現(xiàn)向西邊傾斜的低阻異常，可以將斷層的形態(tài)反應(yīng)出來(lái)。其與電阻率聯(lián)合剖面的低阻正交點(diǎn)與地質(zhì)推斷具備很高的吻合性。

4.使用直流電測(cè)深與瞬變電磁法進(jìn)行測(cè)量

使用直流電測(cè)深方法的過(guò)程中使用了等比裝置，中心的回線瞬變電磁測(cè)探器使用了美國(guó)CDP32Ⅱ儀器，采用了時(shí)間1.908ms，發(fā)射電流為3A，對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)使用了自行研制的多模塊電發(fā)軟件完成反演解釋?zhuān)梢岳脭?shù)據(jù)輸入端完成數(shù)據(jù)的輸入與光滑，還可以利用直流電測(cè)深對(duì)地形進(jìn)行改正，利用瞬變電磁測(cè)深法可以完成參數(shù)的校正，最終輸出結(jié)果與構(gòu)建模型。在進(jìn)行一維反演時(shí)，使用了約束反演技術(shù)，將已知的標(biāo)準(zhǔn)電信息作為基礎(chǔ)，解決反演由于存在非唯一性特征形成的多種問(wèn)題。使用直流電測(cè)深法與瞬變電測(cè)深法可以完成聯(lián)合反演，使各項(xiàng)信息形成有效的互補(bǔ)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的合理性。使用約束的光滑模型對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演，使用奇異值截?cái)嗟淖冋齽t化因子技術(shù)增強(qiáng)較深部分的繁衍分辨率。

測(cè)量完畢之后繪制了A市北部斷層區(qū)域的電測(cè)深剖面圖，其表現(xiàn)為松遼盆地的東緣NE向隱伏斷裂帶。測(cè)量區(qū)域?qū)儆跊_積低平原向高平原的過(guò)渡區(qū)域。從斷面等值線圖可以看出，在覆蓋層下方的曲線十分密集，呈現(xiàn)較深的下延形態(tài)。斷層上方的覆蓋層電阻率沒(méi)有呈現(xiàn)出連續(xù)的形態(tài)，可以反映出該斷層呈現(xiàn)的活動(dòng)性。

5.地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量方法

地質(zhì)雷達(dá)選用了美國(guó)的SIR-2型號(hào)儀器，使用了分離式較低頻率48MHz天線進(jìn)行測(cè)量，采樣的長(zhǎng)度為lOOOns，疊加次數(shù)為32次，收發(fā)天線之間的距離為1m，點(diǎn)距為2m，天線的長(zhǎng)度為4.8m[3]。A市的城市區(qū)域中會(huì)發(fā)生較多的隨機(jī)干擾情況，因此使用多次疊加的方式可以獲得信噪比更高的數(shù)據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程中，使用了增益恢復(fù)辦法，從而復(fù)原大地發(fā)出的濾波信號(hào)，使深部信息獲得增強(qiáng)。利用帶通濾波可以將信號(hào)中低頻振蕩與高頻噪聲等干擾成分有效濾除。通常來(lái)說(shuō)，反射波形都會(huì)以均勻的方式進(jìn)行反射，處于斷層部分的波形同相軸若被錯(cuò)斷，就會(huì)發(fā)生明顯的位移情況。若低阻含水體不是斷層，由于低速層的影響，會(huì)很快地衰減高頻電磁波，從而形成幅度較低的反射波，相比于圍巖來(lái)說(shuō)，其同相軸更晚，波形的連續(xù)性也會(huì)更差且雜亂無(wú)章。

6.淺層高分辨率地震法

使用淺層高分辨率地震法的過(guò)程中，采用了美國(guó)的N224型號(hào)儀器。由于A市中會(huì)受到多方面造成的強(qiáng)干擾與地表介質(zhì)不均勻情況，在進(jìn)行激發(fā)地震波、安置檢波器等相關(guān)工作的過(guò)程中會(huì)受到較大影響。在淺層地震中，其會(huì)要求更高的主頻與較寬的頻帶，實(shí)驗(yàn)中將大錘、落錘、可控震源的效果與特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比?；诓煌l率檢波器的對(duì)比基礎(chǔ)上，選擇不同地面條件中最合適的檢波器。在對(duì)不同道距離、不同偏移距離進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，選擇了最合適的觀測(cè)系統(tǒng)。在對(duì)第四系覆蓋層中物性差異與落差較小活斷層進(jìn)行探測(cè)與研究的過(guò)程中，要增強(qiáng)地震資料中存在的信噪比與分辨率。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程中，對(duì)復(fù)雜表層速度進(jìn)行估算、靜校正等相關(guān)問(wèn)題。使用初至波對(duì)有限差分的走勢(shì)層進(jìn)行分析，最終成像，之后對(duì)初至走勢(shì)層進(jìn)行反演，若表層的速度出現(xiàn)不均情況，就可以對(duì)淺地表結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的部分進(jìn)行更加準(zhǔn)確、更加高效的計(jì)算。

7.使用重磁法進(jìn)行測(cè)量

使用重磁法可以對(duì)城市中區(qū)域較大的部分進(jìn)行探測(cè)，這樣就可以準(zhǔn)確找到可能發(fā)生斷層的位置。在A市南部區(qū)域斷裂帶上使用了重磁測(cè)量法進(jìn)行檢測(cè)，之后繪制了結(jié)果剖面圖。從圖中可以看出，在測(cè)線的三個(gè)點(diǎn)之間[4]，臺(tái)階狀的重力異常形態(tài)與馬鞍形磁異常狀態(tài)，就可以對(duì)斷層可能存在的部分進(jìn)行充分反映。

8.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，在對(duì)A市活斷層進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中使用地球物理辦法，可以具備很高的靈活性、便利性與經(jīng)濟(jì)性。使用電阻率聯(lián)合剖面法與重磁方法可以將異常位置快速、準(zhǔn)確地判斷。使用高密度電法與電測(cè)深方法，可以將不同深度層進(jìn)行分析并形成圖像，從而將地電斷面的主要形態(tài)分布情況充分體現(xiàn)出來(lái)。使用瞬變電磁法與地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量辦法具備很高的靈活性。使用地球物理辦法可以對(duì)斷層的形態(tài)進(jìn)行全面分析與研究，從而使斷層上端點(diǎn)埋深等操作更加準(zhǔn)確。因此針對(duì)不同區(qū)域使用對(duì)應(yīng)的物探辦法可以高效地完成綜合探測(cè)。與此同時(shí)，城市中的環(huán)境十分復(fù)雜，在未來(lái)的研究過(guò)程中仍要對(duì)以下問(wèn)題深入研究：第一，由于城市環(huán)境較為復(fù)雜，還存在較多的干擾，會(huì)對(duì)活斷層的異常探測(cè)產(chǎn)生重要影響，因此需要進(jìn)一步提升抗干擾能力與探測(cè)水平。第二，在第四系層中堆積物結(jié)構(gòu)較為松散，還有弱膠結(jié)某些活斷層中，若受力后會(huì)發(fā)安生輕微變形、構(gòu)造行跡不明顯等情況，因此要增強(qiáng)斷層的判別準(zhǔn)確性。第三，城市活斷層作為一種動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程中，使用地球物理辦法對(duì)其進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中，要綜合使用多種測(cè)量辦法。

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