王先旺

摘 要： 城市活斷層研究對(duì)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有極其重要的意義，是近年來地球物理學(xué)者關(guān)心的熱點(diǎn)問題。隨著地球物理勘探技術(shù)的進(jìn)步，已使得人們對(duì)活斷層從定性研究向定量研究轉(zhuǎn)變。但由于活斷層時(shí)空域參數(shù)的復(fù)雜性，僅通過單一物探手段并不能解決綜合性的探測(cè)工程，那么在特定區(qū)域開展工作時(shí)就需配合不同的方法，本文介紹了地球物理勘探中的三維地震、高密度電阻率兩種方法，以揭示活斷層的地質(zhì)特性和深部構(gòu)造環(huán)境，提高解譯工作的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： 活斷層； 三維地震； 高密度電阻率法

1. 活斷層的特性

1.1 活斷層的定義。

指現(xiàn)今正在活動(dòng)，或近期曾活動(dòng)過，不久的將來可能重新活動(dòng)的斷層，后者也可稱為潛在的活斷層，它是深大斷裂復(fù)活的產(chǎn)物。它往往是地質(zhì)歷史時(shí)期產(chǎn)生的深大斷裂（即切穿上地殼、地殼或巖石圈的斷裂），在近晚期和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力條件下重新活動(dòng)而產(chǎn)生的。

1.2 活斷層的繼承性和反復(fù)性。

現(xiàn)今發(fā)生地面斷裂破壞的地段過去曾多次發(fā)生過同樣的斷層活動(dòng)，并成規(guī)律分布，巖性和地貌錯(cuò)位發(fā)生，累計(jì)疊加。我國(guó)的活斷層分布，主要繼承了中生代和第三紀(jì)以來斷裂構(gòu)造的格架。

1.3 活斷層的類型多種化。

根據(jù)斷層面位移矢量方向與水平面的關(guān)系，可將活斷層劃分為傾滑斷層和走滑斷層。傾滑斷層又可分為逆（沖）斷層和正斷層；而走滑斷層又可分為左旋斷層和右旋斷層；以及它們之間還有相互組合的形式出現(xiàn)。

受大洋與陸地板塊制約，我國(guó)東部地區(qū)以NE和NNE向的正斷層和走滑-正斷層為主，西部地區(qū)則以NW、NNW和NWW向的走滑和逆沖—走滑斷層為主。

1.4 活斷層的活動(dòng)方式。

一種是間歇性地突然錯(cuò)動(dòng)，稱黏滑型斷層；另一種是沿?cái)鄬用鎯蓚?cè)連續(xù)緩慢地滑動(dòng)，稱糯滑型斷層。前者的圍巖強(qiáng)度高，斷裂帶鎖固能力強(qiáng)，能不斷積累應(yīng)變能達(dá)到相當(dāng)大的量級(jí)，危害性較大。

2. 三維地震勘探

三維地震勘探的探測(cè)深度可達(dá)幾公里，施工中對(duì)測(cè)線布置靈活性大，對(duì)于復(fù)雜地貌的城市來說，可進(jìn)行靈活多樣的測(cè)線束布置工作。同時(shí)能對(duì)高密度三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行精細(xì)解釋，偏移歸位準(zhǔn)確，橫向分辨率高，透視化高，有利于復(fù)雜小構(gòu)造的圈定。

2.1 選擇適合勘探地區(qū)的三維觀測(cè)系統(tǒng)，接收和激發(fā)方式

根據(jù)勘探區(qū)地質(zhì)條件和先期的試驗(yàn)工作，選擇合理觀測(cè)系統(tǒng)，包括最佳窗口、反射面元尺寸、最大與最小偏移距、接收道數(shù)、覆蓋次數(shù)、排列方式等。接收方式選取法國(guó)428XL數(shù)字地震儀，選取合適的采樣間隔、高低通濾波、增益、檢波器等。以及試驗(yàn)后得到的井深與藥量等激發(fā)參數(shù)。

2.2 野外數(shù)據(jù)采集

獲取信噪比較高的原始記錄，對(duì)后期資料處理起著基礎(chǔ)性作用。選取激發(fā)井深至潛水位；合適的藥量能獲得較寬的有效頻帶，封孔能有效地壓制干擾；做好檢波器的耦合工作；一般不允許空道、空炮；對(duì)偏離理論設(shè)計(jì)的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坐標(biāo)；對(duì)地貌復(fù)雜線束引起的變觀要提前用軟件論證。

2.3 科學(xué)的數(shù)據(jù)處理流程與技術(shù)

在預(yù)處理完成后再進(jìn)行常規(guī)處理流程，主要是進(jìn)行地表一次性預(yù)測(cè)反褶積，速度分析、地表一致性剩余靜校正、NMO動(dòng)校正、DMO疊加、頻域與空間域噪聲衰減、疊前時(shí)間偏移等。

資料處理時(shí)注意要盡量在疊加之前提高信噪比和分辨率；通過速度分析與剩余靜校正的迭代來提高速度與靜校的精度；在時(shí)間域偏移前插值避免產(chǎn)生空間假頻；通過子波反褶積和疊前反Q濾波等處理，拓寬地震波有效頻帶，提高分辨率。

2.4 資料解釋

地震資料處理完成后得到三維數(shù)據(jù)體，它包含了勘探區(qū)內(nèi)豐富的數(shù)據(jù)信息，解釋工作就是把其中的數(shù)據(jù)信息提煉出所需的地質(zhì)信息的過程。各地質(zhì)單位對(duì)于解釋流程均大同小異，此過程中值得注意的是，應(yīng)著眼于從整體到局部，由簡(jiǎn)單向復(fù)雜的解釋原則；縱、橫時(shí)間剖面相結(jié)合，時(shí)間剖面與水平切片、沿層切片相結(jié)合，全方位反復(fù)對(duì)比；將三維可視化、地震屬性解釋和地震研究模型特征結(jié)合起來；多個(gè)數(shù)據(jù)體綜合解釋。僅舉例兩幅切片圖，可以清晰辨認(rèn)出斷層。

3. 高密度電阻率法

它是一種陣列勘探方法，電極布設(shè)可一次性完成，減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾；能有效進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，有效獲得豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息；可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)；且與其他勘探法相比較，具有成本低、自動(dòng)化程度高、異常形象直觀、解釋方便等優(yōu)點(diǎn)，故在工程勘察中得到廣泛應(yīng)用。

3.1 野外工作方法技術(shù)

對(duì)斷層進(jìn)行探測(cè)時(shí)，為達(dá)到對(duì)電法剖面解譯的準(zhǔn)確性，主要應(yīng)以探測(cè)的斷層電性特征及避免環(huán)境帶來的干擾因素為出發(fā)點(diǎn)。工作時(shí)應(yīng)注意以下方面：①收集地質(zhì)資料，將測(cè)線布置盡量垂直于構(gòu)造走向，使探測(cè)最大程度獲得斷層的異常，實(shí)踐證明相同異常體的橫向剖面電阻率異常比縱向剖面電阻率異常幅值較為顯著。②當(dāng)測(cè)線切過斷面時(shí)，高低視電阻率差異分界線即為斷層面，根據(jù)測(cè)線的方位可以推算出斷面的傾角和視傾角。但傾向方位角需通過多條平行切過斷層面的測(cè)線得出斷層走向在地表的投影，并只有在測(cè)線足夠多時(shí)才能排除斷層走向變化的干擾。③在城市鬧市區(qū)測(cè)量時(shí)，需要解決一些關(guān)鍵問題，如：盡可能增大供電電流；盡可能避開城市工業(yè)電流的干擾；解決硬化路面布極的問題。④為保證測(cè)量的精度，采用GPS定位，GPS接收機(jī)一般有10個(gè)通道，要并行跟蹤GPS衛(wèi)星。

3.2 資料處理方面

3.2.1 預(yù)處理

由于地下不均勻體的存在、布設(shè)電極的接地電阻大、地質(zhì)起伏及噪聲等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生干擾異常。為得到真實(shí)效果，仔細(xì)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到剔除干擾異常的目的，為后續(xù)正、反演處理做準(zhǔn)備。預(yù)處理方法包括相鄰斷面的數(shù)據(jù)拼接、剔除虛假點(diǎn)、插值和地形矯正。

3.2.2 正、反演處理

有限元法正演是以一種以變分原理和剖分插值為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法。用這種方法求解穩(wěn)定電流場(chǎng)電位，首先要利用變分原理將給定邊值條件下求解電位U的微分方程問題，等價(jià)地變成求解相應(yīng)的變分方程，也就是所謂泛函的極值問題；然后，離散化連續(xù)的求解區(qū)，即按一定規(guī)則將求解區(qū)域剖分為在節(jié)點(diǎn)處相互連接的網(wǎng)格單元；進(jìn)而在各單元上近似地將變分方程離散化，導(dǎo)出以各節(jié)點(diǎn)電位值為變量的高階線性方程組；最后解此方程組算出各節(jié)點(diǎn)的電位值，得到地下空間場(chǎng)的分布，以表征穩(wěn)定電流場(chǎng)的空間分布。

佐迪方法進(jìn)行反演的基本思想是：首先設(shè)定模型上的層數(shù)和測(cè)深曲線上的點(diǎn)數(shù)相同，每層的電阻率為測(cè)深曲線上相應(yīng)各點(diǎn)的視電阻率；每層的深度等于測(cè)深曲線上相應(yīng)各點(diǎn)的電極距再乘以一常數(shù)。利用上述模型得到一理論測(cè)深曲線，并與野外實(shí)測(cè)曲線對(duì)比，若兩曲線同相（一般幅值會(huì)不同），調(diào)整模型各層電阻率值，再次正演計(jì)算理論曲線，直到實(shí)測(cè)曲線和模型曲線的均方根誤差達(dá)到最小，此時(shí)得到的模型就作為實(shí)測(cè)所得到的地質(zhì)模型。

3.3 資料解釋與分析

應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)、地形條件采用多種方法進(jìn)行解釋。通過與試驗(yàn)圖像的異常特征對(duì)比進(jìn)行解釋；同一剖面兩種或以上裝置的圖像對(duì)比解釋；將圖像與已知地質(zhì)剖面、鉆孔資料進(jìn)行對(duì)比；抽取少量幾組符合測(cè)深條件的電測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行反演解釋等。

4. 總結(jié)語(yǔ)

我國(guó)開展城市活斷層的探測(cè)大體經(jīng)歷了區(qū)域探測(cè)與初步鑒定階段、深部孕震構(gòu)造探測(cè)、斷層的詳細(xì)探測(cè)與精確定位等三個(gè)階段。僅從技術(shù)角度來講，綜合地球物理勘探只是探測(cè)城市活斷層手段的組成部分之一，是非常重要的基礎(chǔ)性工作。綜合地球物理勘探中的各類方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要注意區(qū)分并綜合運(yùn)用，使得到的結(jié)果相互印證相互補(bǔ)充，提高解釋精度。

但想要對(duì)活斷層做出全方位定量的解釋，則應(yīng)綜合地質(zhì)學(xué)、地殼形變等科學(xué)的探測(cè)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)城市發(fā)震活動(dòng)斷裂的地表和近地表未來時(shí)限內(nèi)的累計(jì)錯(cuò)動(dòng)量、同震位移量、斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地面設(shè)施毀壞的影響帶寬度，以及發(fā)震斷裂產(chǎn)生的地震地表破裂帶的特性進(jìn)行評(píng)估，并針對(duì)它們提出在城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)中的災(zāi)害防治和工程對(duì)策方案，達(dá)到最大限度地減輕地震災(zāi)害的目的。

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