趙 勇，王志輝，羅水余，黃力軍

（1.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院, 北京 100195；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 065000）

綜合物探技術(shù)在北京山前平原隱伏斷層探測(cè)中的應(yīng)用

趙 勇1，王志輝1，羅水余2，黃力軍2

（1.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院, 北京 100195；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 065000）

復(fù)雜地質(zhì)隱伏斷層探測(cè)是地球物理勘測(cè)難點(diǎn)之一。本文介紹了高密度電法、淺層地震反射波法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法在北京山前平原隱伏斷層綜合探測(cè)的應(yīng)用。在北京山前平原復(fù)雜地形條件下，綜合物探技術(shù)方法對(duì)隱伏斷層的探測(cè)具有可靠和成果直觀的特點(diǎn)。

隱伏斷層；高密度電法；淺層地震反射波法；CSAMT

0 引言

北京平原隱伏斷裂較發(fā)育，查明其空間位置，對(duì)保證城市重要建筑工程安全是十分必要的。

隱伏斷層探測(cè)難度較高，在城市開(kāi)展隱伏斷層探測(cè)，地球物理探測(cè)是重要的工作方法，主要有高密度電法、淺層地震勘探、可控源音頻大地電磁測(cè)深法等可以得到較好的效果，有效性已被眾多實(shí)例所證實(shí)[1-14]。

本項(xiàng)研究工作區(qū)位于北京山前平原，房山區(qū)岳各莊鎮(zhèn)，地形較為復(fù)雜，本文通過(guò)高密度電法、淺層地震勘探與CSAMT綜合物探技術(shù)和綜合分析解釋的思路，使各方法成果相互驗(yàn)證，提高物探資料解釋的精度和可靠性，從而達(dá)到探測(cè)隱伏斷層的目的。

1 探測(cè)方法技術(shù)及特點(diǎn)

1.1 高密度電法

高密度電法是以巖石、礦物的電性差異為基礎(chǔ)的一種電法勘探方法，適合于淺層/超淺層探測(cè)。該方法與淺層地震勘探相配合，可以提高淺層地震勘探在某些特殊部位解釋的可靠性。

1.2 淺層地震反射波法

淺層地震勘探是通過(guò)人工激發(fā)所產(chǎn)生的地震波在地殼內(nèi)傳播，當(dāng)遇到彈性介質(zhì)不同的分界面時(shí)，在界面上引起反射，利用地震儀將反射的地震波接受并記錄下來(lái)，通過(guò)對(duì)地震反射波資料進(jìn)行處理和解釋?zhuān)瑏?lái)確定地下界面的形態(tài)和構(gòu)造特征情況。

在地震反射波資料數(shù)據(jù)處理中，為了盡可能獲得最佳的疊加效果,最大限度地提高信噪比和分辨率,需做相應(yīng)的處理，即預(yù)處理（剔除非相干性較強(qiáng)的記錄道）、提高分辨率處理、靜校正處理、速度分析、動(dòng)校正拉伸的波形畸變切除、疊加、疊后去噪和偏移處理等。經(jīng)處理后輸出的疊加時(shí)間剖面是地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)資料,它所反映的波組特征等信息是判定斷層的依據(jù)。

1.3 可控源音頻大地電磁測(cè)深法

可控源音頻大地電磁法是一種頻率域電磁測(cè)深方法。它用地面偶極子或水平線圈作為人工信號(hào)源來(lái)產(chǎn)生可控的電磁波信號(hào),通過(guò)接收不同頻率的電磁波信號(hào)以達(dá)到測(cè)深的目的[15-19]。

本次勘探采用赤道偶極裝置進(jìn)行測(cè)量, 計(jì)算出阻抗電阻率和阻抗相位后，聯(lián)合反演計(jì)算可控源電磁測(cè)深反演電阻率參數(shù)，利用反演電阻率進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。

2 綜合物探法參數(shù)選取和方法驗(yàn)證

2.1 綜合物探方法試驗(yàn)

為了確定各方法在工區(qū)的最佳采集參數(shù)，我們?cè)诠^(qū)內(nèi)分別對(duì)各物探方法行了一系列的相關(guān)試驗(yàn)，為后續(xù)勘察工作中參數(shù)的設(shè)置提供一定依據(jù)，以指導(dǎo)探測(cè)工作高效有序地進(jìn)行。

(1) 高密度電法參數(shù)選擇

本次高密度電法勘查采用的是美國(guó)AGI公司生產(chǎn)SuperSting R8 IP 8 channel Memory Earth Resistivity and IP Meter。儀器的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，自動(dòng)化程度高，施工方便，比常規(guī)儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)量大和效率高。

高密度電法主要進(jìn)行了以下3項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容∶ ①電極距和記錄層數(shù)的選擇∶探測(cè)深度和對(duì)地層厚度分辨率與電極距、數(shù)據(jù)記錄層數(shù)密切相關(guān)，根據(jù)目標(biāo)異常地質(zhì)體的可能埋深、大小，擬采用3m電極距和最小9層記錄層數(shù)。②多種采集方式對(duì)比試驗(yàn)∶ 同一條測(cè)線，分別采用對(duì)稱(chēng)四極、三極和偶極-偶極裝置方式采集數(shù)據(jù)，處理后對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)稱(chēng)四極方式具有較好的分層效果，且垂直方向反映較靈敏，因此對(duì)稱(chēng)四極裝置作為本次電法勘探工作的主要方法。

通過(guò)上面的試驗(yàn)工作確定此次高密度電法工作的參數(shù)為∶供電電壓∶ 12V或者24V電瓶供電；裝置類(lèi)型∶ AGI儀器對(duì)稱(chēng)四極裝置；電極距∶3m；記錄層數(shù)∶9～16層。

(2) 淺層地震反射波法參數(shù)選擇

淺層地震勘探采用中間放炮128道接收，16次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)。

淺層地震勘探主要進(jìn)行了以下試驗(yàn)∶ ①震源激發(fā)效果試驗(yàn)，以確定合適的激發(fā)方式和激發(fā)位置。②儀器因素，美國(guó)I/O公司 IMAGE SYSTEM遙測(cè)數(shù)字地震儀，主要是對(duì)儀器的前放增益和采樣率進(jìn)行設(shè)置。③接收因素試驗(yàn)，采用60Hz檢波器扎堆接收，要求插準(zhǔn)、插直、插牢。④工區(qū)干擾源調(diào)查，用于確定干擾源，避開(kāi)干擾因素，為后期濾波處理提供指導(dǎo)；

通過(guò)以上試驗(yàn)內(nèi)容確定淺層地震勘探參數(shù)如下∶ 勘探方式∶ 反射波法；震源類(lèi)型∶MiniVib T15000車(chē)載可控震源；接收道數(shù)∶128道；觀測(cè)系統(tǒng)∶16次覆蓋； 道間距∶4m；炮間距∶16m；采樣間隔∶0.5ms；記錄長(zhǎng)度∶ 1s；檢波器：60Hz檢波器。

(3) 可控源音頻大地電磁測(cè)深法參數(shù)選擇

本次野外工作使用美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ多功能電法儀。其性能指標(biāo)為工作頻率0.007～8192Hz，工作溫度-20℃～60℃，工作濕度5%～100%，時(shí)鐘穩(wěn)定度＜5×10-10/24h，輸入阻抗10MΩ/DC，動(dòng)態(tài)范圍190dB，最小檢測(cè)信號(hào)電壓0.03μv、相位±0.1mard（毫弧度），最大輸入信號(hào)電壓±32V，自動(dòng)補(bǔ)償電壓±2.25V(自動(dòng))，增益1/8-65536(自動(dòng))。本次工作采用赤道偶極裝置，點(diǎn)距50米，供電電極距AB～1000m，測(cè)量電極距MN=50m，收發(fā)距r=5800～7300m。

3 綜合物探方法的應(yīng)用

工作區(qū)為北京山前平原地帶，被第四系松散沉積物所覆蓋，下伏基巖為薊縣系霧迷山組白云巖、白堊系砂礫巖。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及前人工作,結(jié)合工區(qū)地形和構(gòu)造特點(diǎn)，由西向東布置wt3測(cè)線（綜合測(cè)線起點(diǎn)定于可控源測(cè)線起始位置）。wt3線綜合物探解釋結(jié)果見(jiàn)圖1。通過(guò)各物探成果剖面可以看出，同一測(cè)線不同物探方法成果圖上隱伏斷層均有明顯的異常顯示。

高密度電法剖面（距綜合測(cè)線起點(diǎn)440m）呈現(xiàn)鮮明的特點(diǎn)：淺部高阻，高阻層深度8～15m左右，中深部間有一層低阻層，深度在15m以下，地層橫向大體連續(xù)地層西高東低；在樁號(hào)150～156m處有錯(cuò)斷和相對(duì)高阻通道，呈現(xiàn)向深部延伸的長(zhǎng)橢圓狀低阻區(qū)(見(jiàn)圖1(a))，推斷為F1斷層反應(yīng)。

淺層地震在測(cè)線 296～304m處（距綜合測(cè)線起點(diǎn)300m）時(shí)間剖面上有明顯同相軸錯(cuò)斷的跡象，反射波特征清楚、波組或波系之間關(guān)系穩(wěn)定(見(jiàn)圖1(b))，推測(cè)此處為F1斷層隱伏段經(jīng)過(guò)位置。

在可控源音頻大地電磁測(cè)深斷面圖中，電阻率等值線淺部較為平緩，略向東傾斜，推測(cè)巖層界面傾向東。在斷面590～600m（點(diǎn)位23～24之間）處電阻率等值線明顯不連續(xù)，異常與淺層地震法、高密度電法探測(cè)的位置基本吻合。在斷面圖左側(cè)據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，深部應(yīng)為基巖不連續(xù)界面，這與地下構(gòu)造面連通情況有關(guān)，因此該處450～650m是對(duì)F1斷裂帶的反應(yīng)(見(jiàn)圖1(c))。

同樣對(duì)F2斷層的探測(cè)，三種方法的異常反映也均較為明顯，其中淺層地震剖面與可控源斷面圖很好地驗(yàn)證這一點(diǎn)。

通過(guò)以上綜合研究，測(cè)線595～604m為斷層F1隱伏段經(jīng)過(guò)的位置，斷層埋深在9～10m，斷層傾向?yàn)槟蠔|向，傾角75°。測(cè)線740～749m處為F2斷層隱伏段經(jīng)過(guò)的位置，斷層埋深12m以?xún)?nèi)。

圖 1 wt3 線綜合物探解釋結(jié)果

4 鉆孔驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述綜合物探解譯成果,在測(cè)線上布置了鉆孔ZK2、ZK3和ZK4-1，相對(duì)位置見(jiàn)圖1,綜合柱狀剖面圖見(jiàn)圖2。從圖2可知,斷層下盤(pán)的鉆孔ZK2在地下約9.1m處見(jiàn)基巖,斷層上盤(pán)的鉆孔ZK3在約40.6m的終孔深度內(nèi)仍未見(jiàn)基巖,由此可知，ZK2 與ZK3之間存在一斷層。鉆孔3、4-1巖芯巖性以河流相粉砂、粘土、砂礫石和礫石層為主,鉆孔之間存在漸變的地表陡坎，落差約3m。經(jīng)孔3與孔4-1地層劃分與對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其同層標(biāo)志層厚度差異較明顯，即孔3層（8）與4-1孔層（6）對(duì)比，二者均為淺紫色砂礫石層，礫石成分為安山巖，角閃巖與白云巖。分別在孔3、4-1終孔40.6m、85.0m處仍未見(jiàn)底，其頂部落差約2m?？梢?jiàn)隱伏斷層F2存在。通過(guò)此鉆孔資料，進(jìn)一步驗(yàn)證了隱伏斷層的存在，說(shuō)明此次物探資料的解釋結(jié)果可靠性較高。

圖2 鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面圖

5 結(jié)論與討論

此次物探工作成功探測(cè)到了F1、F2隱伏斷層的位置，對(duì)指導(dǎo)重要建筑設(shè)施和地下管線等的合理布局起到一定作用，通過(guò)分析總結(jié)，對(duì)綜合物探方法在隱伏斷層探測(cè)方面有了更深入認(rèn)識(shí)。

(1)在城市開(kāi)展隱伏斷層的探測(cè)，綜合物探技術(shù)方法明顯優(yōu)于單一物探方法，豐富了對(duì)異常地質(zhì)體信息的提取手段，提高了解譯精度與可靠度。

(2)通過(guò)工程實(shí)例的應(yīng)用研究，綜合物探解譯聯(lián)合剖面方法能夠提供較準(zhǔn)確的隱伏斷層位置、總體形態(tài)和產(chǎn)狀參數(shù)，其結(jié)果得到聯(lián)合鉆孔的驗(yàn)證，為今后進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方法提供了工程應(yīng)用的依據(jù)。同時(shí)也為開(kāi)展隱伏活動(dòng)斷層的研究提供借鑒。

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The Application of Comprehensive Geophysical Exploration Technique to Buried Fault Detection in Piedmont Plain of Beijing

ZHAO Yong1,WANG Zhihui1，LUO Shuiyu2，HUANG Lijun2

（1.Beijing Institute of Geological Survey, Beijing 100195; 2.Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS, Langfang 065000）

The detection of buried fault in complex geological environment is one of the difficulties in geophysical survey．This paper gives the application examples of three geophysical exploration methods to reveal buried fault comprehensively in piedmont plain of Beijing．These methods include high-density resistivity method，shallow seismic refl ection method and CSAMT measurement．The exploration results of the three methods are analyzed to reveal the buried fault through the drilling data verification．The detection results show that integrated geophysical exploration methods in complex topographical conditions in buried fault detection have great superiority such as reliability, convenience and intuitiveness etc．The combining method of geophysical methods can be used for reference in active buried fault detection in China.

Buried fault；High-density resistivity method；Shallow seismic reflection wave method；CSAMT

P631

A

1007-1903（2013）02-0038-04

北京市平原區(qū)活動(dòng)斷裂監(jiān)測(cè)專(zhuān)項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)∶政府辦文第30939號(hào))資助。

趙 勇，男（1983－ ），碩士，工程師，主要從事城市地質(zhì)與活動(dòng)斷裂研究工作。E-mail：zhaoyong3068@163.com。