呂國(guó)軍，范 強(qiáng)，王曉山，邊慶凱

（1.河北紅山巨厚沉積與地震災(zāi)害國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,河北 隆堯,055350；2.河北省地震局,石家莊 050021）

0 引言

根據(jù)大量的理論研究和探測(cè)實(shí)例表明，在目前的城市活斷層探測(cè)工作中，綜合技術(shù)方法、設(shè)備、施工環(huán)境及應(yīng)用效果來看，地震勘探方法無疑是最合適的[1]。采用人工地震勘探能夠有效地對(duì)淺層以及深部構(gòu)造進(jìn)行高分辨率成像，在判別淺部斷層以及其向深部延伸狀況的了解起著不可替代的作用[2-3]。地震反射波探測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于壓制干擾波、突出有效波的效果明顯，能夠獲得信噪比和分辨率高的地震時(shí)間剖面，可以直觀地反映出地下介質(zhì)的分布及起伏變化，是探測(cè)地下隱伏構(gòu)造的首選方法。同時(shí)，考慮到部分地區(qū)基巖埋深較淺、不利于淺層地震勘探形成穩(wěn)定反射層的情況，可采用高密度電阻率法作為勘探方式的補(bǔ)充，并選取部分測(cè)線采用兩種方法同時(shí)測(cè)量、相互對(duì)比印證，以提高解釋精度。

查明隱伏活動(dòng)斷裂展布和發(fā)育特征對(duì)于當(dāng)前快節(jié)奏下的現(xiàn)代化城市建設(shè)和大型交通設(shè)施建設(shè)的抗震設(shè)計(jì)和防災(zāi)減災(zāi)尤為重要，綜合地球物理勘探方法在隱伏活動(dòng)斷裂的探測(cè)中是不可或缺的技術(shù)手段[4]。本文以山前隱伏斷裂—灤縣西斷裂探測(cè)為例，提出了以淺層地震反射波法為主，結(jié)合高密度電阻率法加以佐證的綜合地球物理勘探方法組合模式，并通過跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)驗(yàn)證結(jié)果，證明了該套地球物理方法能夠在山前隱伏斷裂的探測(cè)中取得較好的應(yīng)用效果，為城市國(guó)土空間規(guī)劃、重大工程建設(shè)、抗震設(shè)防等方面提供了必要的地球物理依據(jù)和地質(zhì)保障，也說明科學(xué)運(yùn)用綜合地球物理勘探方法在山前隱伏斷裂探測(cè)中的重要意義[5-6]。

1 地震地質(zhì)概況

探測(cè)區(qū)域大地構(gòu)造位于燕山臺(tái)褶帶南緣的開灤臺(tái)凹，其四周被深大斷裂所圍限，基底構(gòu)造復(fù)雜。中生代燕山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，形成一系列褶皺和斷裂。褶皺軸走向均為北東，主要有碑子院背斜、開平向斜、車軸山向斜、開平向斜等。新生代以來，南北構(gòu)造差異明顯，南部下沉，伴隨著斷裂活動(dòng)形成鴉鴻橋凹陷、新軍屯-唐山凸起、唐山東南凹陷等構(gòu)造。

灤縣西斷裂從第四系沉積中通過，野外地質(zhì)調(diào)查中沒有發(fā)現(xiàn)斷裂露頭，而在斷裂兩側(cè)則有基巖山丘發(fā)育，兩盤的基巖地層均為寒武系砂巖，基巖產(chǎn)狀差別不大，斷裂沒有控制第三紀(jì)盆地（圖1）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖及實(shí)際材料圖

灤縣西斷裂位于灤河古河道靠東一側(cè)，是控制古河道發(fā)育的主控?cái)嗔?。灤河古河道受灤縣西斷裂的控制形成地塹，與其構(gòu)造耦合的有塹東地壘和塹西地壘。灤河古河道地塹，其塹西斷裂和塹東斷裂發(fā)育程度均較低。為了查明灤縣西斷裂的位置、產(chǎn)狀及最新活動(dòng)時(shí)代，布設(shè)1條淺層地震勘探測(cè)線L1和1條高密度電阻率剖面D1，在此基礎(chǔ)上開展跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)，以此來驗(yàn)證灤縣西斷裂的活動(dòng)性。

2 淺層地震勘探

測(cè)線L1布設(shè)方向近垂直于灤縣西斷裂。觀測(cè)系統(tǒng)和參數(shù)如下：道間距3 m、炮間距21 m、接收道數(shù)280道、中點(diǎn)激發(fā)，最小偏移距0 m，最大偏移距420 m，覆蓋次數(shù)20次。測(cè)線L1位于灤州市東安格莊鎮(zhèn)昝各莊村東南，測(cè)線方向自東北向西南，剖面方向自西南向東北，場(chǎng)地地形平坦無明顯起伏，測(cè)線總長(zhǎng)度1.6 km。

圖2為測(cè)線L1地震反射時(shí)間剖面及地質(zhì)解釋剖面，該剖面發(fā)育一組同相軸，推斷其為第四系覆蓋層與下伏基巖分界面的反射波Td。根據(jù)時(shí)間剖面波組特征顯示，沿測(cè)線方向地層整體呈水平展布，地層沉積穩(wěn)定平緩，第四系厚度在45～60 m左右。在剖面樁號(hào)1 080～1140 m處同相軸出現(xiàn)明顯錯(cuò)斷，該斷點(diǎn)在剖面上顯示為經(jīng)過多期活動(dòng)傾向西的正斷層，傾角較陡。上斷點(diǎn)在地面上的垂直投影位于樁號(hào)1 095 m附近，代表基巖頂面的同相軸波組Td被錯(cuò)斷，說明該斷裂錯(cuò)入第四系，因第四系覆蓋層厚度較小，其上未發(fā)現(xiàn)連續(xù)可追蹤的反射波組，上斷點(diǎn)位置及其活動(dòng)時(shí)代仍需開展進(jìn)一步的鑒定工作。

圖2 測(cè)線L1地震反射時(shí)間剖面及地質(zhì)解釋剖面

3 高密度電法勘探

高密度電法勘探測(cè)線D1長(zhǎng)度1.7 km，布設(shè)走向與淺層地震勘探測(cè)線L1基本重合。觀測(cè)系統(tǒng)和參數(shù)如下：采用Wenner alpha裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，單位電極距10 m；采用占空比為1∶1的雙向短脈沖供電；供電脈寬0.5 s；周期2 s；最小隔離系數(shù)為1；最大隔離系數(shù)為39。根據(jù)該測(cè)線視電阻率斷面圖分析（圖3），電阻率層析成像剖面具有明顯的縱向分層、橫向分塊特征，電性結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，整體測(cè)線電性特征縱向呈“高阻-低阻-高阻”反映。

D1測(cè)線視電阻率斷面具有較好的成層性規(guī)律，縱向上可分為3層。第1層主要巖性是地表第四系覆蓋層，其電性特征顯中阻反映，埋深大約為0～15 m；第2層主要巖性為孔隙度高、含水率大的細(xì)沙、粉質(zhì)黏土等土層，其電性特征顯低阻反映，厚度大約為15～60 m；第3層為致密基巖層，其電性特征顯高阻反映，埋深大于60 m。大致以橫坐標(biāo)650 m為界，視電阻率等值線發(fā)生較為明顯的彎曲變化，該點(diǎn)地層電性特征與兩側(cè)相比視電阻率明顯呈相對(duì)中阻，推測(cè)此處地層可能呈破碎狀，含水量較高，可以解釋為斷層破碎帶的電性特征反映，可能受灤縣西斷裂影響，圖3中的FD5-1為斷點(diǎn)。

圖3 測(cè)線D1視電阻率斷面圖

4 跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)

為驗(yàn)證淺層地震勘探和高密度電法勘探結(jié)果，在淺層地震勘探測(cè)線L1上的斷點(diǎn)兩側(cè)，布設(shè)了1排（6個(gè)）深50～55 m、相鄰孔距9.95～19.79 m、鉆穿第四系的鉆孔（圖4）進(jìn)行聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)，獲得了6個(gè)鉆孔的巖芯柱狀圖及其聯(lián)合地質(zhì)剖面圖（圖5），自西向東排列順序?yàn)椋篫6、Z2、Z4、Z5、Z3、Z1。結(jié)合已掌握的區(qū)域地質(zhì)年代資料，推測(cè)1～5層為全新統(tǒng)（Qh），6 層為上更新統(tǒng)歐莊組（Qp3O），7 層為中更新統(tǒng)楊柳青組（Qp2Y），8層為下寒武系（?）。

圖4 跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)布設(shè)地震剖面圖

圖5 跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面圖

通過跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面各孔地層頂?shù)装迓裆钭兓?，判定斷層?、5孔之間穿過，為南西傾高角度正斷層，上斷點(diǎn)埋深小于25 m，上部顯示的垂向斷距較小約0.5 m，下部基巖附近顯示垂向斷距約2 m。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本文運(yùn)用淺層地震和電法勘探的綜合地球物理勘探方法組合模式對(duì)灤縣西斷裂開展探測(cè)，并結(jié)合跨斷層鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面探測(cè)驗(yàn)證結(jié)果，證明了該套地球物理方法的合理性和可靠性。

淺層地震勘探剖面顯示斷層斷錯(cuò)第四系地層，正斷層，傾向西，傾角較陡，上斷點(diǎn)地表垂直投影位于淺層地震勘探疊加時(shí)間剖面樁號(hào)1 095 m附近；高密度電法勘探解釋剖面揭示斷層在橫坐標(biāo)650 m處通過，視電阻率等值線發(fā)生明顯的彎曲變化，視電阻率明顯呈相對(duì)中阻反映，推斷為斷層破碎帶的電性特征反映。經(jīng)過比對(duì)，兩斷點(diǎn)位置大致相同?？鐢鄬鱼@孔聯(lián)合剖面解譯，上斷點(diǎn)埋深淺于31.6 m，正斷層，結(jié)合附近的地層資料，推測(cè)為晚更新世活動(dòng)斷裂。

5.2 討論

此次地震勘探剖面解釋工作，由于區(qū)內(nèi)鉆孔資料少，缺少物性參數(shù)，只能依靠以往研究成果和區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合各剖面間的波組特征以及層間厚度關(guān)系，初步推斷第四系內(nèi)地質(zhì)層位。由于地震縱波傳播速度快，近表層分辨率低，特別北部第四系覆蓋層薄的地段，反射波法勘探對(duì)淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)成像能力不足，建議開展橫縱波聯(lián)合勘查方法試驗(yàn)，提升近地表活斷層識(shí)別度。

由于目前電法勘探技術(shù)存在較明顯的體積效應(yīng)和低阻屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致了對(duì)異常解釋的范圍較大，因此對(duì)于單一的小尺度地質(zhì)異常體無法精細(xì)定量劃分。高密度電阻率法受地形地物的影響，個(gè)別電極與地面耦合性較差，資料中的電性特征變化不明顯，基巖厚度的分層受到一定的影響。建議提供異常地質(zhì)信息和驗(yàn)證情況，以便我們進(jìn)一步地了解該地區(qū)電性結(jié)構(gòu)的反映特征，從而提高資料綜合解釋的精度和準(zhǔn)確性。