利用地震剖面研究夏墊斷裂西南段的活動(dòng)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(dòng)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(duì)厚覆蓋區(qū)城市直下型活動(dòng)斷裂的一種不可替代的探測(cè)技術(shù)，對(duì)于不同的探測(cè)深度需采用不同的排列長度。為研究夏墊斷裂在遠(yuǎn)離三河-平谷8.0級(jí)地震震源區(qū)的活動(dòng)性，我們?cè)谠撜鹪磪^(qū)SW方向約30km處開展了中淺層反射地震探測(cè)試驗(yàn)，并跨過中淺層地震探測(cè)到的夏墊斷裂進(jìn)行了淺層反射地震探測(cè)試驗(yàn)。淺層和中淺層地震探測(cè)的試驗(yàn)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(cuò)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(cuò)斷。由此得出：距1679年三河-平谷8.0級(jí)地震震源位置SW方向約30km處，夏墊斷裂的活動(dòng)性減弱。關(guān)鍵詞夏墊斷裂反射地震高分辨率淺部活動(dòng)性中圖分類號(hào)：P315.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：0253-4967（2008）02-0497-08。引言城市活動(dòng)斷層探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)既是保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全、促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定、保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作，也是活動(dòng)構(gòu)造研究所面臨的一項(xiàng)較新的任務(wù)。城市活斷層探測(cè)的一項(xiàng)重

3、要任務(wù)是對(duì)城市直下型斷裂進(jìn)行定位，并了解其深部背景，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，研究該斷裂的最新活動(dòng)（鄧起東,2002）。在國外的活斷層探測(cè)中，針對(duì)不同的探測(cè)深度，采用不同的觀測(cè)系統(tǒng)和激發(fā)震源，取得了較好的探測(cè)效果（Robertetal.,1995）o為探測(cè)厚覆蓋區(qū)的隱伏活動(dòng)斷裂，曾開展過一系列的勘探試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，抗干擾高分辨率人工地震探測(cè)方法是探測(cè)上述厚覆蓋區(qū)內(nèi)活動(dòng)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(cè)較大深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，并使該探測(cè)結(jié)果具有較高的分辨率和探測(cè)精度，需采用較小的道間距和較多道數(shù)的地震儀器

4、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。為利用反射地震方法研究遠(yuǎn)離三河-平谷8.0級(jí)地震震源區(qū)的夏墊斷裂的活動(dòng)性，我們?cè)谝酝芯康幕A(chǔ)上，跨過夏墊斷裂西南段開展了淺層反射地震試驗(yàn)研究。作為大廠古近紀(jì)、新近紀(jì)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?xiàng)目地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)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(yùn)動(dòng)的影響，大廠第四紀(jì)凹陷持續(xù)沉降，堆積了厚約600-700m的第四紀(jì)松散沉積物，通州凸起相

5、對(duì)隆升，第四紀(jì)松散沉積物厚度約300-400mo夏墊斷裂是現(xiàn)今或第四紀(jì)晚期以來的活動(dòng)斷裂。1679年三河-平谷8.0級(jí)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(kuò)展中的活動(dòng)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(cè)，繼而對(duì)夏墊斷裂進(jìn)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(dòng)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(cè)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?yàn)樘烊坏卣鸫蠖喟l(fā)生在地殼5-20km深度范圍內(nèi)，只有與深部有關(guān)的活動(dòng)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(cè)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(shí)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(qiáng)烈的擠壓、變形，同時(shí)也反映出巖漿活動(dòng)對(duì)下地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行過物

7、質(zhì)和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(cè)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(jì)晚期以來的活動(dòng)斷裂。2探測(cè)深部斷裂上斷點(diǎn)的技術(shù)方法準(zhǔn)確地探測(cè)深部斷裂的上斷點(diǎn)在活斷裂研究中十分重要，因?yàn)樗婕暗綄?duì)基巖斷裂活動(dòng)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(duì)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(jìn)行探測(cè)。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(cè)到斷距較小的斷裂。當(dāng)斷裂上斷點(diǎn)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(shí)，地震反射技術(shù)也難以探測(cè)到真正意義上的上斷點(diǎn)。一般說來，當(dāng)斷裂落差歹入/4時(shí)（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(shí)，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(shí)那么明顯；當(dāng)斷裂落差人/8時(shí)，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(cè)小斷裂的能力，需采用高分辨率的地震探測(cè)技術(shù)。在實(shí)際工作中，即使采用高分辨率的地震探測(cè)技術(shù)，反射地震探測(cè)到的基巖斷裂的上斷點(diǎn)也不一定是真正意義上的深部隱伏斷裂的上斷點(diǎn)，但高分辨率的反射地震探測(cè)結(jié)果卻可為后期鉆探及巖心年代分析提供有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)。3淺層反射地震探測(cè)3.1剖面布置圖3為測(cè)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(dòng)范圍，在1679年三河-平谷8.0級(jí)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(cè)區(qū)第四系等厚線圖Fig.3IsopachmapofQua

10、ternarybasesurface.驗(yàn)剖面，該剖面跨過了夏墊斷裂。3.2中淺層地震剖面測(cè)量為選取數(shù)據(jù)采集作參數(shù)，首先進(jìn)行了擴(kuò)展排列試驗(yàn)°圖4為擴(kuò)展排列地震試驗(yàn)記錄（96道），該試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)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(yán)重。而在遠(yuǎn)炮點(diǎn)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(shí)間較晚，有效反射波凡乎不受震源干擾波干擾，但在遠(yuǎn)炮點(diǎn)地震記錄道上，一些在近炮點(diǎn)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(kuò)展排列試驗(yàn)Fig.4Expandingspreadexperiment.通過試驗(yàn)和綜合分析，最后選用的中淺層地震剖面試驗(yàn)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(cè)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(diǎn)激發(fā)，每個(gè)點(diǎn)激發(fā)1500-2000次，每道采用4個(gè)40HZ檢波器單點(diǎn)（4個(gè)檢波器放在同一點(diǎn)上）接收，以提高檢波器的靈敏度。本次地震探測(cè)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(yàn)，本次地震探測(cè)使用的儀器i己錄參數(shù)為：0.5ms采樣，記錄長度1024ms,每個(gè)記錄道采集2048個(gè)樣點(diǎn)，35Hz低切濾波器（取決于地層對(duì)高頻信號(hào)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?！薄Ｆ渲校篢o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(duì)比。根據(jù)剖面附近新50112孔揭示的基巖深度，推測(cè)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(duì)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(cuò)斷，而F2使T。、反射波發(fā)生了錯(cuò)斷，這2條斷層相距較近，推測(cè)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(cuò)斷不會(huì)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(duì)較高。淺層地震剖面地段TCDP號(hào)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(rèn)為f,f2斷層為本次重點(diǎn)探測(cè)的夏墊斷裂°根據(jù)測(cè)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(biāo)注了中生代地層Mz、新近紀(jì)地層N和第四紀(jì)地層Q。3.3淺層

15、地震剖面測(cè)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(cuò)斷，該探測(cè)結(jié)果與地質(zhì)上的認(rèn)識(shí)差別較大。為研究該斷裂的活動(dòng)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(qiáng)，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?yàn)榧ぐl(fā)能雖較弱。在圖6中解釋的幾組反射波出現(xiàn)的時(shí)間與圖5所示的剖面上幾組反射波出現(xiàn)的時(shí)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(cuò)斷，斷裂錯(cuò)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(duì)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(cuò)斷，但該反射波信噪比較低。為痰測(cè)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(dá)探測(cè)技術(shù)。3.4綜合對(duì)比解釋根據(jù)圖3所示的測(cè)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(jìn)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?yàn)槔脺\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(dòng)性對(duì)于地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)才有實(shí)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(cuò)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(cuò)斷，表明在離開1679年8.。級(jí)地震震源位置SW方向約30km處，夏墊新斷裂目前活動(dòng)程度不明顯。由于中淺層地震剖面和淺層地震剖面測(cè)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(duì)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(diǎn)，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(cè)中，確定淺部斷層的上斷點(diǎn)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(diǎn)。采用不同尺度的地震方法，可探測(cè)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(cè)厚覆蓋區(qū)城市活動(dòng)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(cè)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(duì)隱伏斷裂進(jìn)行空間定位，確定隱伏斷裂的上斷點(diǎn)。夏墊斷裂是一個(gè)與深部構(gòu)造有關(guān)的斷裂,1679年三河-平谷8.0級(jí)地震在地表形成了一個(gè)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(cè)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(cuò)斷，但未使最淺一組反射波I'。、發(fā)生明顯錯(cuò)斷；該斷裂已經(jīng)向上錯(cuò)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(cè)的T?！狈瓷洳ǖ纳疃冗M(jìn)行對(duì)比分析后，就目前所得到的地震記錄的分辨率而言，認(rèn)為第四紀(jì)全新世地層Qh未發(fā)生錯(cuò)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(dòng)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(cè)到了夏墊斷裂和它的上斷點(diǎn)，為該斷裂的進(jìn)一步研究提供了可靠的依據(jù)，再一次表明在探測(cè)厚覆蓋區(qū)城市活斷層的位置及其活動(dòng)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(xiàn)鄧起東.2002.城市活動(dòng)斷裂探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(cè)城市活斷層中的幾個(gè)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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28、thedeepandmoderate-deepseismicprofilesacrossthefault.Toresearchtheactivityofthefaultawayfromtheearthquakeregion,moderate-shallowseismicreflectiondetectionexperimentwasdevelopedwiththeworkingparametersas5mgroupinterval,15moffset,10folds,60activereceivingchannels,single-endedspreadshootingbyWackersource,andonepointre