劉福興　劉璐　劉佳林　吳孔兵

摘 要： 淺層地震和高密度電法是探測斷層常用的兩種地球物理方法。本文利用淺層地震和高密度電法方法聯(lián)合對安丘—莒縣斷裂進行探測，探測結(jié)果即得到相互印證，又各有所長。在隱伏走滑斷層探測中，淺層地震在斷層面或破碎帶邊界定位方面更具有優(yōu)勢；高密度電法在斷層破碎帶識別、破碎帶頂面（上斷點）埋深確定方面更具有優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 淺層地震； 高密度電法； 走滑斷層； 斷層勘查

在隱伏走滑斷層探測中，淺層地震和高密度電法是比較常用的兩種地球物理探測方法，兩者的探測的物性參數(shù)不盡相同。實際工作中，利用兩種方法組合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特長，以達到更好的探測效果。

1. 淺層地震和高密度電法探測原理

1.1 淺層地震反射波法

人工激發(fā)地震波向地下傳播過程中，遇有介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射。由于地震波在介質(zhì)中傳播時，其傳播路徑、振動強度和波形將隨所通過的介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和彈性性質(zhì)的不同而變化，掌握了這些變化規(guī)律，根據(jù)接收到的地震波旅行時間和速度資料，通過對地震波記錄進行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)，判斷隱伏構(gòu)造的分布、產(chǎn)狀、規(guī)模等[1]。淺層地震反射法可以提供斷層的位置、幾何形態(tài)、斷層帶寬度、斷層活動和地層變形時代等有關(guān)參數(shù)，對了解構(gòu)造活動歷史，研究強震發(fā)生的可能性等具有重要作用[2-3]。斷層識別標志主要有：反射波同相軸發(fā)生錯動；反射波同相軸數(shù)目突然增減或消失、波組間突然變化；反射波組發(fā)生明顯的強相位轉(zhuǎn)換或扭折等[4]。

1.2 高密度電法

高密度電法是在常規(guī)電阻率法理論基礎(chǔ)上的重大技術(shù)改進，野外測量時采用高密度布點，將全部（幾十至上百根）電極布置在剖面上，利用儀器和軟件控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集，進行二維地電斷面測量。通過斷層破碎帶與兩側(cè)地層的電阻率差異或斷層兩側(cè)電阻率差異可識別斷層[5]。

2淺層地震和高密度電法應用實例

2.1 測區(qū)概況

測區(qū)位于山東省昌邑市朱里鎮(zhèn)，測線橫跨安丘—莒縣斷裂，位置見圖1。安丘—莒縣斷裂為郯廬斷裂帶東地塹內(nèi)的斷裂，第四紀以右旋走滑兼有逆沖活動為主要特征，對現(xiàn)代地震活動有明顯控制作用[6]。

測區(qū)內(nèi)朱里鎮(zhèn)以南，斷裂斷續(xù)出露地表；朱里鎮(zhèn)以北斷裂隱伏于第四系之下。斷裂在地貌上有明顯表現(xiàn)，西高東低，斷裂西側(cè)為最低一級夷平面，出露白堊紀火山碎屑巖、粉砂巖等，或為第四紀黃土隆起；斷裂東側(cè)為第四紀平原，堆積了黃色細粉砂或粉質(zhì)粘土。

安丘—莒縣斷裂經(jīng)歷了多期劇烈活動，形成了寬達幾十米到幾百米的斷裂破碎帶。圖2為測線西南約3km處（圖1中三角形標記處）斷裂出露照片，斷裂由多條斷層及斷裂破碎帶組成。

2.2 數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探采用吉林大學驕鵬物探儀器公司研制生產(chǎn)SE2404EI型綜合工程探測儀，道間距4m，震源點距4m，48道檢波器接收，采集時從排列開始端逐個震源點激發(fā)，待48個激發(fā)點之后，排列的1-24道向前滾動24道距，然后再逐點激發(fā)48個震源點，依次滾動，共計激發(fā)接收5個排列段，排列總長度576m。圖3為一個排列段采集的炮集記錄。

高密度電法探測采用吉林大學驕鵬物探儀器公司研制生產(chǎn)的E60M高密度電法工作站。采用溫納裝置，電極距5m，電極數(shù)位64根，每次測量后向前滾動8個電極，共計采集6個排列段，排列總長度520m。

2.3 數(shù)據(jù)處理及解釋

淺層地震采集數(shù)據(jù)主要包括切除、帶通濾波等常規(guī)預處理、速度分析及動校正處理、剩余靜校正處理、疊加、時深轉(zhuǎn)換等。本次數(shù)據(jù)采集采用了VISTA軟件進行了精細處理。

高密度電法的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、突變點剔除、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)拼接、地質(zhì)參數(shù)求取、地形校正、反演計算等。其中，反演計算是數(shù)據(jù)處理的最關(guān)鍵的步驟，數(shù)據(jù)的二維反演計算主要基于圓滑約束的最小二乘法。本次數(shù)據(jù)處理采用了2D電阻率反演軟件Res2dinv。

通過綜合分析淺層地震、高密度電法的勘探數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，得出了淺層地震和高密度電法處理成果及斷裂解釋圖（圖4）。第四系覆蓋物土層主要為粉細砂、粉質(zhì)粘土，下部局部為亂礫石層，視電阻率主要集中在10Ω·m～25Ω·m范圍。下伏基巖為白堊系火山碎屑巖，視電阻率主要集中在30Ω·m～45Ω·m范圍。淺層地震反射波剖面圖中T1反射界面為基巖面的響應，埋深約30m～40m。

淺層地震反射波剖面圖（圖4-a）中，可識別的斷層大致有7條，分別為f1-f7。f1、f2、f4斷層表現(xiàn)為反射波同相軸數(shù)量突然減少或增加，f3斷層表現(xiàn)為反射波同相軸發(fā)生明顯的強相位扭折，f5、f6、f7斷層表現(xiàn)為反射波同相軸錯動或波組突然變化。

高密電法視電阻率反演等值線圖（圖4-b）中，可識別出3條斷裂帶，分別為F1-F3。這三條斷裂帶表現(xiàn)為明顯的低阻帶，視電阻率范圍為5Ω·m～12Ω·m。

從淺層地震和高密度電法處理成果及斷裂解釋圖（圖4）中，可以看出，淺層地震勘探結(jié)果與高密度電法勘探的結(jié)果可以相互印證。f2、f3在測線位置上與破碎帶F1對應，推測為F1的邊界斷層；f4、f5在測線位置上與F2對應，推測為F2的邊界斷層；f6、f7在位置上與F3對應，推測分別為F3的邊界斷層和內(nèi)部斷層。f2與f3之間、f4與f5之間、f6與f7之間的反射波同相軸連續(xù)性相對較差或不平穩(wěn)，推測為斷層破碎帶的響應。

淺層地震與高密度電法聯(lián)合探測，揭示了測線位置處安丘—莒縣斷裂由多條斷層及斷層破碎帶構(gòu)成，與測線位置西南約3km處的地表出露的斷裂特點相一致。

2.4探測效果分析

（1）斷層識別

淺層地震反射波法探測的是地層或構(gòu)造界面的反射波，根據(jù)反射波同相軸的變化來識別斷層。淺層地震反射波時間剖面圖中，走滑斷層的斷層面或斷層破碎帶的邊界斷面較易識別；在有其他資料印證時，也可識別斷層破碎帶。

高密度電法探測的地層的電阻率，根據(jù)斷層破碎帶與圍巖的電阻率差異來識別斷層（斷層破碎帶）。高密度電法視電阻率反演等值線圖中，走滑斷層的斷層破碎帶較易識別，特殊條件（斷層兩盤電阻率差異明顯時）可識別斷層面。

（2）定位精度

在淺層地震反射波時間剖面上，可直接確定斷層面在測線上的位置，其定位精度，通常由菲涅爾帶的大小表示[7]。以本次工作為例，基巖面深度30m～40m，上覆地層波速900m/s，信號主頻45Hz，菲涅爾半徑約為17m。實際上，在經(jīng)偏移處理后，定位精度會大大提高，不再受限于菲涅爾半徑的大小，理論上最大定位精度為道間距的一般。如圖4-b中f1斷層，斷層面兩側(cè)反射波同相軸變化顯著，其定位精度約為4m。

在高密度電法視電阻率等值線圖中，可確定走滑斷層破碎帶中心帶在測線上的位置。對于走滑斷層破碎帶的邊界位置，則難以準確確定。

（3）縱向分辨率

縱向分辨率，對于確定斷層或斷層破碎帶的上斷點埋深、最新活動時代鑒定至關(guān)重要。

淺層地震反射波時間剖面圖中，一個反射波的分辨率極限是1/4波長[7-8]。當斷層斷距小于1/4波長時，僅憑地震勘探資料是難以識別的；當斷層上斷點斷距小于1/4波長時，則很難確定斷層上斷點的實際埋深。本次工作中，上覆地層的極限分辨率為5m，可識別的斷層上斷點最小埋深約為18m。

高密度電法的分辨率與電極距、目標體埋深、電阻率差異等有關(guān)，電極距越小、埋深越淺、電阻率差異越大，分辨率越高[9-11]。高密度電法在識別淺層—極淺層斷層破碎帶上斷點（頂面）方面要優(yōu)于淺層地震反射波法。本次工作中，F(xiàn)1斷層破碎帶頂面埋深約17m，F(xiàn)2斷層破碎帶頂面埋深約13m，F(xiàn)3斷層破碎帶頂面埋深約6m。

3結(jié)束語

工程試驗表明，淺層地震反射法在走滑斷層斷面或破碎帶邊界定位方面更具有優(yōu)勢；高密度電法在斷層破碎帶識別、破碎帶頂面（上斷點）埋深確定方面更具有優(yōu)勢。淺層地震反射法與高密度電法的結(jié)合，可以相互印證和相互彌補，取得更好的勘探效果。

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