利用地震剖面研究夏墊斷裂西南段的活動性.docx

1、第30卷第2期2008年6月Vol.30,No.2June,2008地震地質(zhì)SEISMOLOGYANDGEOLOGY利用地震剖面研究夏墊斷裂西南段的活動性高景華徐明才榮立新柴銘濤王廣科王小江劉冠軍（中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊065000）摘要地震方法是針對厚覆蓋區(qū)城市直下型活動斷裂的一種不可替代的探測技術(shù)，對于不同的探測深度需采用不同的排列長度。為研究夏墊斷裂在遠離三河-平谷8.0級地震震源區(qū)的活動性，我們在該震源區(qū)SW方向約30km處開展了中淺層反射地震探測試驗，并跨過中淺層地震探測到的夏墊斷裂進行了淺層反射地震探測試驗。淺層和中淺層地震探測的試驗結(jié)果表明，在5m道間距的

2、地震剖面上，在200m深度以下夏墊斷裂得到了較好的反映，在該深度以上，該斷裂反映不明顯；在2m道間距的地震剖面上，夏墊斷裂錯斷明顯，但剖面上的最淺一組反射波（深度約30m）卻沒有發(fā)生明顯錯斷。由此得出：距1679年三河-平谷8.0級地震震源位置SW方向約30km處，夏墊斷裂的活動性減弱。關(guān)鍵詞夏墊斷裂反射地震高分辨率淺部活動性中圖分類號：P315.2文獻標識碼：a文章編號：0253-4967（2008）02-0497-08。引言城市活動斷層探測和地震危險性評價既是保證人民生命財產(chǎn)安全、促進社會穩(wěn)定、保持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一項重要工作，也是活動構(gòu)造研究所面臨的一項較新的任務(wù)。城市活斷層探測的一項重

3、要任務(wù)是對城市直下型斷裂進行定位，并了解其深部背景，根據(jù)探測結(jié)果，研究該斷裂的最新活動（鄧起東,2002）。在國外的活斷層探測中，針對不同的探測深度，采用不同的觀測系統(tǒng)和激發(fā)震源，取得了較好的探測效果（Robertetal.,1995）o為探測厚覆蓋區(qū)的隱伏活動斷裂，曾開展過一系列的勘探試驗研究，結(jié)果表明，抗干擾高分辨率人工地震探測方法是探測上述厚覆蓋區(qū)內(nèi)活動斷裂構(gòu)造的一種很有潛力的技術(shù)方法（王慶海等，1991；徐明才等，1998,2005；高景華等,2004；馬文濤等,2005）o為探測較大深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，并使該探測結(jié)果具有較高的分辨率和探測精度，需采用較小的道間距和較多道數(shù)的地震儀器

4、進行數(shù)據(jù)采集。為利用反射地震方法研究遠離三河-平谷8.0級地震震源區(qū)的夏墊斷裂的活動性，我們在以往研究的基礎(chǔ)上，跨過夏墊斷裂西南段開展了淺層反射地震試驗研究。作為大廠古近紀、新近紀斷陷盆地西側(cè)主邊界斷裂的夏墊斷裂走向NNE,長約120km。受收稿日期2007-09-06收稿，2007-10-24改回?；痦椖康刭|(zhì)大調(diào)查項目（1212010511108）資助。圖1夏墊斷裂在深地震剖面上的反映Fig.1TheXiadianFaultreflectedondeepseismicprofile.夏墊斷裂正斷傾滑運動的影響，大廠第四紀凹陷持續(xù)沉降，堆積了厚約600-700m的第四紀松散沉積物，通州凸起相

5、對隆升，第四紀松散沉積物厚度約300-400mo夏墊斷裂是現(xiàn)今或第四紀晚期以來的活動斷裂。1679年三河-平谷8.0級地震是夏墊斷裂最新一次地表破裂型地震事件，在地表形成了一條西起東柳河屯，經(jīng)夏墊鎮(zhèn)北，東止東興莊，長約10km的地震斷裂陡坎,顯示出東南盤下降、西北盤抬升的正斷傾滑性質(zhì)。這一地震斷裂陡坎是目前在地表可見的夏墊斷裂的跡線，是正處于破裂擴展中的活動斷裂的“雛形”，也可稱為“新生斷層”（徐錫偉等,2002）o通過開展反射地震剖面探測，繼而對夏墊斷裂進行研究，能夠得知夏墊斷裂與深部構(gòu)造有關(guān)，且該斷裂具有明顯的破裂分段、活動程度分段的特征。1夏墊斷裂的深部和中深部構(gòu)造特征在反射地震探測中，

6、首要的問題是確定深部斷裂的空間位置和產(chǎn)狀，這是因為天然地震大多發(fā)生在地殼5-20km深度范圍內(nèi)，只有與深部有關(guān)的活動斷裂才有可能誘發(fā)天然地震?？邕^夏墊斷裂，曾開展過深地震反射剖面探測工作，采用100m道間距.200m炮間距、96道接收、24次覆蓋得到的深反射地震時間剖面線劃圖如圖1所示（張先康等，2002）。由該圖可知：該地區(qū)基底結(jié)構(gòu)起伏變化較大，淺部斷裂發(fā)育，在確定的數(shù)條斷裂構(gòu)造帶中夏墊斷裂是一條特征明顯、深淺共存的斷裂構(gòu)造帶；該地區(qū)莫霍界面（M）的起伏變化和較厚的反射疊層以及局部復(fù)雜的楔形反射帶的存在等現(xiàn)象表明，該地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)發(fā)生過強烈的擠壓、變形，同時也反映出巖漿活動對下地殼結(jié)構(gòu)進行過物

7、質(zhì)和結(jié)構(gòu)的強烈改造，從而構(gòu)成了該地區(qū)復(fù)雜的地殼深部結(jié)構(gòu)。在該區(qū)也曾開展過石油地震勘探工作，根據(jù)探測結(jié)果繪制的跨過夏墊斷裂的地質(zhì)剖面如圖2所示。從該圖可了解夏墊斷裂的中深部構(gòu)造特征。由該剖面可以看出，夏墊斷裂控制著大廠斷陷盆地的NW邊界，切割傾角較緩的夏墊老斷裂f2的夏墊新斷裂傾角較陡，該斷裂是現(xiàn)今或第四紀晚期以來的活動斷裂。2探測深部斷裂上斷點的技術(shù)方法準確地探測深部斷裂的上斷點在活斷裂研究中十分重要，因為它涉及到對基巖斷裂活動性已有的研究結(jié)果表明，地殼淺層構(gòu)造大多受深部構(gòu)造的控制，他們之間存在著復(fù)雜的關(guān)系。為研究這種復(fù)雜的構(gòu)造關(guān)系，需要采用不同的技術(shù)方法對城市厚覆蓋區(qū)內(nèi)主要直下型斷裂的深部構(gòu)

8、造特征進行探測。通常情況下，基巖斷裂的分布特征為：深部斷裂的斷距較大，淺部斷裂的斷距較小c采用高分辨率反射地震技術(shù)，能夠探測到斷距較小的斷裂。當(dāng)斷裂上斷點的斷距很499圖2大廠隱伏凹陷構(gòu)造地質(zhì)剖面Fig.2GeologicalsectionofDachanghiddendepression.N+Q新近系+第四系；g上新統(tǒng)；E2始新統(tǒng);E,古新統(tǒng)；Mz中生界；C+P石炭系+二疊系小，地震記錄無法分辨時，地震反射技術(shù)也難以探測到真正意義上的上斷點。一般說來，當(dāng)斷裂落差歹入/4時（入為地震波波長），地震記錄反映的斷裂十分明顯；當(dāng)斷裂落差=入/8時，根據(jù)地震記錄也能確定斷裂的存在，但不象斷裂落差N入/

9、4時那么明顯；當(dāng)斷裂落差人/8時，根據(jù)地震記錄本身難以確定斷裂的存在。由此可以看出，要提高探測小斷裂的能力，需采用高分辨率的地震探測技術(shù)。在實際工作中，即使采用高分辨率的地震探測技術(shù)，反射地震探測到的基巖斷裂的上斷點也不一定是真正意義上的深部隱伏斷裂的上斷點，但高分辨率的反射地震探測結(jié)果卻可為后期鉆探及巖心年代分析提供有價值的科學(xué)依據(jù)。3淺層反射地震探測3.1剖面布置圖3為測區(qū)第四系等厚線分布圖，從中也可看出夏墊斷裂的分布。為了解夏墊斷裂的活動范圍，在1679年三河-平谷8.0級地震震源位置SW方向約30km處，布置了1條淺層地震試圖3測區(qū)第四系等厚線圖Fig.3IsopachmapofQua

10、ternarybasesurface.驗剖面，該剖面跨過了夏墊斷裂。3.2中淺層地震剖面測量為選取數(shù)據(jù)采集作參數(shù)，首先進行了擴展排列試驗°圖4為擴展排列地震試驗記錄（96道），該試驗采用的道間距為3m,偏移距On】，采用全通頻帶記錄。分析圖4所示的地震試驗記錄可知，反射波的頻率和視速度較高，地滾波的頻率和視速度較低。在近炮點記錄道上，淺層反射信息豐富，但記錄信噪比較低，主要是受地滾波和聲波干擾嚴重。而在遠炮點記錄道上，地震記錄的信噪比較高，由于地滾波和聲波出現(xiàn)的時間較晚，有效反射波凡乎不受震源干擾波干擾，但在遠炮點地震記錄道上，一些在近炮點記錄道上出現(xiàn)的淺層反射波能量較弱。鑒于此，為

11、獲得淺層反射波，采用的偏移距不易太大。圖4擴展排列試驗Fig.4Expandingspreadexperiment.通過試驗和綜合分析，最后選用的中淺層地震剖面試驗的工作參數(shù)為：道間距5m,炮間距15m,偏移距15m,疊加次數(shù)10次,60道接收，排列單邊激發(fā)的工作方式。采用該觀測方式，既能保證淺層反射波具有較高的覆蓋次數(shù)，又能使較深部的反射波避開震源干擾波的干擾.有助于提高該反射波的信噪比。激發(fā)地震波采用WACKER夯源，單點激發(fā)，每個點激發(fā)1500-2000次，每道采用4個40HZ檢波器單點（4個檢波器放在同一點上）接收，以提高檢波器的靈敏度。本次地震探測使用的抗干擾高分辨率地震系統(tǒng)為美國生

12、產(chǎn)的STRATAVISORNX60,通過試驗，本次地震探測使用的儀器i己錄參數(shù)為：0.5ms采樣，記錄長度1024ms,每個記錄道采集2048個樣點，35Hz低切濾波器（取決于地層對高頻信號的吸收和衰減）和512Hz高切濾波器，加50Hz陷波器。圖5表示了中淺層地震剖面的一部分，根據(jù)該剖面的波組特征，解釋了6組反射波To、T°_i、T°_2、T°_3和T。”。其中：To為第四系底界面產(chǎn)生的反射波，為基巖頂界面（推斷為新生界底界面）產(chǎn)生的反射波，To、T°_2、T°_3和T。為第四系內(nèi)的波阻抗界面產(chǎn)生的反射波。T。，T,反射波組特征明顯，連續(xù)性較

13、好，在整條剖面上，可連續(xù)追蹤對比。根據(jù)剖面附近新50112孔揭示的基巖深度，推測T.反射波為新生界底界面產(chǎn)生的反射波。T°"、T°_2、T°_3和為第四系內(nèi)的不同波阻抗界面產(chǎn)生的反射波，這些反射波組連續(xù)性較好，可連續(xù)追蹤對比。在圖5所示的中淺層地震剖面上，CDP1160和CDP1200處解釋有2條斷層F,和F?,其中F,僅使L反射波發(fā)生K錯斷，而F2使T。、反射波發(fā)生了錯斷，這2條斷層相距較近，推測為1組斷層。在斷層附近，反射波的信噪比較低，而T。反射波的信噪比較高，推斷L反射波是由中生代地層與新近系之間的界面形成的，由于中生代地層為硬巖石，斷層引起周圍

14、硬巖石的破碎，致使L反射波的信噪比較低；T。反射波為第四系與新近系之間界面形成的反射波.由于第四系與新近系均為未膠結(jié)地層，斷層錯斷不會引起斷層附近的地層發(fā)生明顯破碎，T。反射波受斷層破碎的影響較小，其信噪比相對較高。淺層地震剖面地段TCDP號箜7001二度£80000圖5中淺層地震剖面Fig.5Moderate-shallowseismicprofile.根據(jù)地震剖面上的波組特征和已掌握的地質(zhì)資料，認為f,f2斷層為本次重點探測的夏墊斷裂°根據(jù)測區(qū)第四系等厚線圖（圖3）和新生代地層等深度圖，在圖5所示的地震剖面上，標注了中生代地層Mz、新近紀地層N和第四紀地層Q。3.3淺層

15、地震剖面測量在圖5所示的剖面上，F(xiàn).L斷裂未使T°_2以上的反射波發(fā)生錯斷，該探測結(jié)果與地質(zhì)上的認識差別較大。為研究該斷裂的活動性，跨過該斷裂布置了一條短剖面，采用錘擊震源，2m道間距，其余工作參數(shù)與中淺層地震剖面相同，得到的淺層地震剖面如圖6所示。在圖6所示的地震剖面上，解釋了4組反射波T°_2J。J。和To_5,其中：丁。_3和T°_4反射波振幅較強，連續(xù)性較好；T°_2反射波振幅較弱，連續(xù)性較差。分析T°_2反射波振幅弱的原因為激發(fā)能雖較弱。在圖6中解釋的幾組反射波出現(xiàn)的時間與圖5所示的剖面上幾組反射波出現(xiàn)的時間相同。.圖6所示淺層地震剖

16、面上的斷裂使T。一2、T°_3和T?！狈瓷洳ǘ及l(fā)生了錯斷，斷裂錯斷的最淺一組反射波的深度約40m,從搜集到的剖面附近的鉆孔資料可知，該深度對應(yīng)的地層應(yīng)為Q；的晚期，由于采用的道間距為2m,在圖6所示的地震剖面上，最淺一組反射波覽小在斷裂位置圖6淺層地震剖面Fig.6Shallowseismicprofile.沒有錯斷，但該反射波信噪比較低。為痰測更淺的地層，需采用更小的道間距和更高頻的激發(fā)震源，如采用震源槍激發(fā)和Im道間距接收，或采用地質(zhì)雷達探測技術(shù)。3.4綜合對比解釋根據(jù)圖3所示的測區(qū)第四系等厚線圖、區(qū)域地質(zhì)資料和在該區(qū)所得到的深層及中深層地震剖面（圖1,2）進行綜合分析，圖6所示

17、淺層地震剖面上的斷裂與深部斷裂有關(guān)，因為利用淺層反射地震剖面研究與深部斷裂有關(guān)的淺部構(gòu)造特征或其活動性對于地震危險性評價才有實際意義。綜合分析圖5,6所示的地震剖面可以看出，夏墊新斷裂已經(jīng)向上錯斷到第四系Q：地層的晚期。該斷裂未使圖6所示地震剖面上的最淺一組反射波T?！卑l(fā)生明顯錯斷，表明在離開1679年8.。級地震震源位置SW方向約30km處，夏墊新斷裂目前活動程度不明顯。由于中淺層地震剖面和淺層地震剖面測量采用了不同的道間距和不同的激發(fā)震源，使得圖5,6兩種剖面對基巖斷層的追蹤具有不同的地質(zhì)效果。在圖6所示的淺層地震剖面上能夠很好地追蹤基巖斷層的上斷點，但根據(jù)圖5所示的中淺層地震剖面卻不能做

18、出解釋，這主要與在數(shù)據(jù)采集中采用的道間距和激發(fā)震源有關(guān)。4小結(jié)在城市活斷層探測中，確定淺部斷層的上斷點固然重要，但更重要的是確定與深部斷裂有關(guān)的基巖斷裂的上斷點。采用不同尺度的地震方法，可探測不同深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造。抗干擾高分辨率人工地震方法探測厚覆蓋區(qū)城市活動斷裂的效果取決于所采用的地震儀器設(shè)備和技術(shù)參數(shù)，采用較小的道間距和較多的地震記錄道數(shù)以及合理的觀測系統(tǒng)不但有助于獲取高質(zhì)量的淺層反射波，而且也有助于對隱伏斷裂進行空間定位，確定隱伏斷裂的上斷點。夏墊斷裂是一個與深部構(gòu)造有關(guān)的斷裂,1679年三河-平谷8.0級地震在地表形成了一個長約10km的斷裂陡坎，該斷裂陡坎是夏墊斷裂在地表的反映。

19、在距離該震源位置約30km處的淺層地震探測結(jié)果表明，夏墊斷裂使淺層地震剖面上的T°_4發(fā)生了明顯錯斷，但未使最淺一組反射波I'。、發(fā)生明顯錯斷；該斷裂已經(jīng)向上錯斷到第四系中的Q；。將剖面附近的鉆孔資料與淺層地震探測的T?！狈瓷洳ǖ纳疃冗M行對比分析后，就目前所得到的地震記錄的分辨率而言，認為第四紀全新世地層Qh未發(fā)生錯斷°上述研究結(jié)果表明，夏墊斷裂具有明顯的破裂分段、活動程度分段的特征。本文采用不同道間距、不同激發(fā)震源的地震反射技術(shù)，成功地探測到了夏墊斷裂和它的上斷點，為該斷裂的進一步研究提供了可靠的依據(jù)，再一次表明在探測厚覆蓋區(qū)城市活斷層的位置及其活動性方面反射地震

20、的確是一種有效的技術(shù)方法。參考文獻鄧起東.2002.城市活動斷裂探測和地震危險性評價問題J.地震地質(zhì),24(4)：601-605.DENGQi-dong.2002.ExplorationandseismichazardassessmentofactivefaultinurbanareaJ.SeismologyandGeology,24(4):601605(inChinese).高景華，徐明才2004.地震反射方法探測城市活斷層中的幾個問題J.地質(zhì)與勘探,40(增刊)：91一95.GAOJing-hua,XUMing-cai.2004.Someproblemsindetectingactivef

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