彭遠黔，冉志杰，朱坤靜

（1. 河北省地震局，石家莊 050021；2. 邯鄲市地震監(jiān)測中心，河北 邯鄲 056002）

0 引言

館陶凸起位于冠縣凹陷與丘縣凹陷之間，冠縣斷裂是它的東邊界。石油地震資料反映斷裂上斷點埋深1 000余米，沒有切斷上第三系底板，晚第三紀以來沒有活動。前人對冠縣斷裂的第四紀活動性研究相對較少，其第四紀活動性尚不清楚。本文基于跨斷裂的鉆孔聯(lián)合剖面、淺層地震探測結(jié)果，進一步厘定了冠縣斷裂的空間展布情況以及第四紀活動性。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

臨清斷陷是在印支運動基礎(chǔ)上發(fā)育起來的中、新生代斷陷盆地，夾于太行山斷塊隆起區(qū)和魯西斷塊隆起區(qū)之間，西以太行山山前斷裂為界，東以聊蘭斷裂為界，南以大名斷裂為界，北與邢衡斷隆相鄰。臨清斷陷的主體部分是邯鄲斷凹和丘縣斷凹，東部的德州-臨清斷凹是黃驊斷陷的向南延伸部分，莘縣斷凹東北與濟陽斷陷相連，向南同東濮斷陷相通。燕山運動廣泛影響本區(qū)，尤其是燕山晚期強烈，臨清地區(qū)普遍接受了晚侏羅-早白堊世地層的沉積，新近紀繼承了晚中生代構(gòu)造活動特征，主要受NNE、NE-NEE向及NWW向3組斷裂控制，形成3排隆起和4排凹陷。自西而東是邯鄲凹陷、成安-廣宗凸起、丘縣凹陷、館陶凸起、德州-冠縣凹陷、堂邑凸起及莘縣凹陷。

館陶凸起位于冠縣凹陷與丘縣凹陷之間，冠縣斷裂是它的東邊界斷裂（圖1a），冠縣斷裂（即館陶東斷裂），為基底的二級斷層，走向NNE-NE，傾向SSE-SE，傾角30°～70°，延伸長度100 km（圖1b）。石油地震資料反映斷層沒有切斷上第三系底板，斷層活動性自Es4至Es1逐漸降低，消亡的時間為N+Q①① 侯旭波. 臨清坳陷東部中、新生代盆地演化分析[D]. 中國石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2004.（圖2）。

圖1 冠縣斷裂大地構(gòu)造及其展布位置圖

圖2 地震測線反映館陶東斷層活動狀態(tài)（石油1 058.8測線）

地質(zhì)資料表明，冠縣斷裂展布的拗陷區(qū)堆積了巨厚的新生代陸相沉積層，地表被第四系覆蓋，地層由老至新有：侏羅-白堊系、古近系、新近系和第四系。

1）侏羅系：發(fā)育有中-下侏羅統(tǒng)坊子組（J1-2f）以及中侏羅統(tǒng)組三臺組（J2s），與下伏三疊系呈角度不整合接觸。

2）白堊系：發(fā)育有下統(tǒng)臨西組（K1l）與丘城組（K1q）、上統(tǒng)無極組（K2w）。與下伏侏羅系呈角度不整合接觸。

3）古近系：發(fā)育有孔店組（Ek）沙河街組（Es1-4）與東營組（Ed），與下白堊系呈角度不整合接觸。

4）新近系：發(fā)育有館陶組（Ng）和明化鎮(zhèn)組（Nm），館陶組主要為泥巖、粉砂巖，底部為灰白色塊狀砂巖、砂礫巖，厚度430～640 m；明化鎮(zhèn)組主要為粘土巖、粉砂巖、砂礫巖互層，厚度640～980 m。新近系與下伏古近系呈角度不整合接觸。

5）第四系：發(fā)育有平原組（Qp），主要為粉砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂及粉細砂，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，厚度30～270 m。其更新統(tǒng)上部巖性為灰黃、土黃色粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)粘土與砂層，埋深70～110 m；中部為灰黃、棕黃色粘土質(zhì)砂、砂質(zhì)粘土夾層厚1～12 m粉細砂1～6層，含灰質(zhì)結(jié)核及鐵錳質(zhì)浸染，本統(tǒng)埋深130～210 m；下部巖性為棕黃、褐黃色砂質(zhì)粘土夾粘土質(zhì)砂、粉細砂（1～6層），砂層厚1.5～10 m，普遍含灰質(zhì)結(jié)核或鐵錳質(zhì)結(jié)核或灰質(zhì)淀積物，底部有10～20 cm小礫石層，埋深190～370 m，第四系與下伏新近系呈角度不整合接觸，是劃分第四系與新近系的“標志層”。

2 鉆孔聯(lián)合剖面

由于隱伏斷層的隱蔽特點，需運用一系列勘探方法方能查清其位置，以便于進一步鑒定其活動性。在諸多的勘探手段中，鉆探除能確定斷層位置，還可揭示一定深度內(nèi)的地層巖性、分布及斷錯等信息，是研究隱伏斷層活動特征的有效手段之一[1-8]。

2.1 鉆孔資料概述

自20世紀70年代以來，河北省煤田地質(zhì)局、山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局等有關(guān)單位先后在冠縣斷裂展布的地區(qū)開展了水文地質(zhì)勘查、地?zé)豳Y源勘查等相關(guān)工作，積累了豐富的鉆孔資料，為研究冠縣斷裂提供了良好的基礎(chǔ)。基于上述鉆孔資料，共收集9個孔深400.36～1 802.9 m的鉆孔層剖面記錄，通過跨斷層鉆孔聯(lián)合剖面研究冠縣斷裂的活動特征，各鉆孔位置見圖1b。

2.2 冠縣-聊城剖面

2.2.1 剖面位置

冠縣-聊城鉆孔剖面西起冠縣電廠，經(jīng)冠縣馬頰河度假村至聊城美景大酒店，剖面全長為48.1 km，由3個鉆孔組成，孔間距自西向東依次為23.6 km、24.5 km，單孔最大深度15 340.8 m，最小450.1 m（圖3）。

圖3 冠縣-聊城鉆孔聯(lián)合剖面

2.2.2 斷層展布位置

冠縣-聊城鉆孔聯(lián)合剖面中的鉆孔地層，劃分了第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系等地層，第四系與下伏新近系呈角度不整合接觸，是第四系與新近系的“標志層”。鉆孔ZK1、地?zé)峥字g的第四系底界平穩(wěn)，變化較小，但鉆孔冠2與ZK1之間的第四系底界落差較大，達118.2 m，顯示有存在斷層的可能，推測存在一條向西傾的正斷層，結(jié)合冠縣斷裂以往的成果資料，冠縣斷裂應(yīng)位于鉆孔冠2與ZK1之間。

2.3 西棗科-任莊剖面

2.3.1 剖面位置

西棗科-任莊鉆孔剖面西起臨清西棗科村，經(jīng)聊城北張村至茌平縣任莊村，剖面全長為42.9 km，由3個鉆孔組成，孔間距自西向東依次為19.5 km、23.4 km，單孔最大深度500.45 m，最小402.84 m（圖4）。

圖4 西棗科—任莊鉆孔聯(lián)合剖面

2.3.2 標志層特征及斷層位置

鉆孔聯(lián)合剖面中顯示，第四系中厚約15 m左右的粘質(zhì)砂土層相間分布，厚度穩(wěn)定，特征明顯，易于區(qū)別，故將其作為研究斷層定位和活動特征的標志地層，標志層特征及斷錯情況簡介如下。

標志層B0為黃、棕黃色-灰色，巖性為砂質(zhì)粘土夾粉細砂，其頂部為粘土夾細砂層；該層在斷層下盤頂?shù)捉缑媛裆钣?41.39～155.0 m，在上盤埋深于217.2～232.3 m，斷層附近頂?shù)酌鏀嗑喾謩e為75.81 m、77.3 m。由此可見，斷層可能展布于臨1與聊2鉆孔之間，依據(jù)斷層傾向W判斷，斷層地表投影位置靠近聊2鉆孔。

2.4 臨清-高唐剖面

2.4.1 剖面位置

臨清-高唐鉆孔剖面西起臨清市城區(qū)，經(jīng)臨清老趙莊村至高唐房廟村，剖面全長為43.9 km，由3個鉆孔組成。孔間距自西向東依次為12.8 km、31.1 km，單孔最大深度1 802.9 m，最小400.36 m（圖5）。

圖5 臨清-高唐鉆孔聯(lián)合剖面

2.4.2 斷層位置

臨清-高唐鉆孔聯(lián)合剖面的鉆孔地層劃分了第四系、新近系、古近系地層，鉆孔臨3與高4之間的第四系底界變化較小，鉆孔ZK2與臨3之間的第四系底界落差達72.0 m，存在與傾向西的正斷層可能。結(jié)合冠縣斷裂構(gòu)造資料，斷層展布于ZK2與臨3鉆孔之間。

3 淺層地震勘探

淺層地震勘探是隱伏斷裂探測應(yīng)用最廣泛、最有效的地球物理方法之一，利用反射波的疊加剖面，分析剖面上反射波組特征、同相軸連續(xù)性等信息，并結(jié)合測區(qū)地質(zhì)與地球物理資料，確定主要反射波所對應(yīng)地層形態(tài)，推斷構(gòu)造形態(tài)、斷層形態(tài)、斷點埋深等，該方法已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[9-21]。

筆者曾在大名縣吳村附近布設(shè)過一條淺層地震勘探測線DM-1探測冠縣斷裂。本文應(yīng)用地震處理軟件系統(tǒng)Vista12.0對淺層地震勘探數(shù)據(jù)進行了重新處理，在數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用了一些新方法提高剖面信噪比，以便獲得高質(zhì)量、高信噪比的地震疊加時間剖面。

3.1 測線布設(shè)及反射縱波數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探采用美國GEOMETRICS公司STRATAVISOR NZXP地震儀，配搭重慶地質(zhì)儀器廠60 Hz檢波器串組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及80 kg夯擊震源。采用單邊放炮連續(xù)追蹤12次覆蓋全排列72道接收的觀測系統(tǒng)，道距4 m、炮距12 m、采樣間隔0.25 ms。

3.2 數(shù)據(jù)處理與剖面解譯

數(shù)據(jù)處理的重點放在提高地震記錄信噪比和分辨率的方面，數(shù)據(jù)處理進行了真振幅恢復(fù)；地表一致性振幅補償；數(shù)字濾波；初至靜校正；速度分析、正常時差校正（NMO）、剩余靜校正；共中心點（CMP）疊加、疊后反褶積以及時變譜白化、濾波、隨機噪聲衰減、偏移。

為方便與地層劃分結(jié)果進行對比，確定反射界面的時代，本文采用以下途徑進行時-深轉(zhuǎn)換，通過疊加速度（NMO速度）和不同界面反射波的雙程垂直到時t0，應(yīng)用迪克斯（DIX）公式得到不同地層反射界面以上的平均速度，從而獲得時-深轉(zhuǎn)換速度參數(shù)。

圖6為測線DM-1的淺層地震勘探剖面，剖面長720 m，該剖面反射波較為清晰，有較高的信噪比和分辨率，共有3個明顯的地震反射波組，自上至下分別標為T1、T2和TQ。T1雙程反射時間為240～260 ms，埋深170～180 m，解釋為上更新統(tǒng)底界；T2雙程反射時間為350 ms左右，埋深約280 m，解釋為中更新統(tǒng)底界；TQ雙程反射時間為470 ms左右，埋深約380 m，其應(yīng)為第四系的底界。

圖6 測線DM-1淺層地震勘探剖面

剖面清楚地揭示了斷裂構(gòu)造，在剖面樁號260 m、400 m左右，由淺到深反射界面T2、TQ發(fā)生錯斷，斷層兩側(cè)同相軸連續(xù)性有明顯差異，其兩側(cè)地層產(chǎn)狀和反射波組明顯不同，南部反射波總體起伏變化，北部反射波呈水平狀，不難判定該處存在斷裂構(gòu)造，斷裂錯斷了第四系底界面TQ，向上錯斷了T2，T2可識別斷距30 m；位于樁號260 m處斷層傾向N，樁號400 m處斷層傾向S，2條斷層在420 m深度歸并，組成的反向“y”字型斷裂帶，斷層上斷點埋深約200 m。據(jù)剖面上的斷點特征、平面的位置，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造資料，該剖面揭示的斷層應(yīng)是冠縣斷裂。

為確定冠縣斷裂的活動時代，收集了淺層地震測線附近大20、大25鉆孔資料，大20鉆孔位于測線西南5 km，大25鉆孔位于測線西4 km（鉆孔位置見圖1），其地層時代劃分如表1。

表1 大20、大25鉆孔地層時代劃分

對比鉆孔地層資料，斷層錯了中更新統(tǒng)底界（埋深約280 m），未錯斷上更新統(tǒng)底界（埋深約180 m），斷層的活動時代為中更新世。

4 結(jié)論與認識

基于淺層地震勘探探測結(jié)果，結(jié)合3條鉆孔聯(lián)合剖面，進一步確認了冠縣斷裂的空間位置，以及厘定了其第四紀活動性，并得到以下幾點認識：

1）冠縣斷裂為總體走向NE，傾向NW的正斷層，其在地表的投影位于鉆孔冠2與ZK1之間、鉆孔臨1與聊2、鉆孔ZK2與臨3之間，位于淺層地震勘探測線DM-1樁號260、400 m處；

2）考慮淺層地震勘探的探測誤差，凹陷沉積相變的深度影響，以及鉆孔間距較大的因素，上述斷裂展布位置，以及上斷點埋深會存在一定的誤差，估計斷裂埋深誤差在10 m；

3）淺層地震勘探測線DM-1結(jié)果顯示，冠縣斷裂的淺部構(gòu)造為由兩斷裂組成的反向“y”字型斷裂帶；

4）淺層地震勘探剖面顯示，冠縣斷裂的上斷點埋深為200 m，中更新統(tǒng)底界斷距為30 m，鑒于目前鉆孔間距的特殊性，推測目標斷裂的最新活動時代為中更新世。