利用地震剖面研究夏垫断裂西南段的活动性.docx

1、第30卷第2期2008年6月Vol.30,No.2June,2008地震地质SEISMOLOGYANDGEOLOGY利用地震剖面研究夏垫断裂西南段的活动性高景华徐明才荣立新柴铭涛王广科王小江刘冠军（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊065000）摘要地震方法是针对厚覆盖区城市直下型活动断裂的一种不可替代的探测技术，对于不同的探测深度需采用不同的排列长度。为研究夏垫断裂在远离三河-平谷8.0级地震震源区的活动性，我们在该震源区SW方向约30km处开展了中浅层反射地震探测试验，并跨过中浅层地震探测到的夏垫断裂进行了浅层反射地震探测试验。浅层和中浅层地震探测的试验结果表明，在5m道间距的

2、地震剖面上，在200m深度以下夏垫断裂得到了较好的反映，在该深度以上，该断裂反映不明显；在2m道间距的地震剖面上，夏垫断裂错断明显，但剖面上的最浅一组反射波（深度约30m）却没有发生明显错断。由此得出：距1679年三河-平谷8.0级地震震源位置SW方向约30km处，夏垫断裂的活动性减弱。关键词夏垫断裂反射地震高分辨率浅部活动性中图分类号：P315.2文献标识码：a文章编号：0253-4967（2008）02-0497-08。引言城市活动断层探测和地震危险性评价既是保证人民生命财产安全、促进社会稳定、保持经济可持续发展的一项重要工作，也是活动构造研究所面临的一项较新的任务。城市活断层探测的一项重

3、要任务是对城市直下型断裂进行定位，并了解其深部背景，根据探测结果，研究该断裂的最新活动（邓起东,2002）。在国外的活断层探测中，针对不同的探测深度，采用不同的观测系统和激发震源，取得了较好的探测效果（Robertetal.,1995）o为探测厚覆盖区的隐伏活动断裂，曾开展过一系列的勘探试验研究，结果表明，抗干扰高分辨率人工地震探测方法是探测上述厚覆盖区内活动断裂构造的一种很有潜力的技术方法（王庆海等，1991；徐明才等，1998,2005；高景华等,2004；马文涛等,2005）o为探测较大深度范围内的地质构造，并使该探测结果具有较高的分辨率和探测精度，需采用较小的道间距和较多道数的地震仪器

4、进行数据采集。为利用反射地震方法研究远离三河-平谷8.0级地震震源区的夏垫断裂的活动性，我们在以往研究的基础上，跨过夏垫断裂西南段开展了浅层反射地震试验研究。作为大厂古近纪、新近纪断陷盆地西侧主边界断裂的夏垫断裂走向NNE,长约120km。受收稿日期2007-09-06收稿，2007-10-24改回。基金项目地质大调查项目（1212010511108）资助。图1夏垫断裂在深地震剖面上的反映Fig.1TheXiadianFaultreflectedondeepseismicprofile.夏垫断裂正断倾滑运动的影响，大厂第四纪凹陷持续沉降，堆积了厚约600-700m的第四纪松散沉积物，通州凸起相

5、对隆升，第四纪松散沉积物厚度约300-400mo夏垫断裂是现今或第四纪晚期以来的活动断裂。1679年三河-平谷8.0级地震是夏垫断裂最新一次地表破裂型地震事件，在地表形成了一条西起东柳河屯，经夏垫镇北，东止东兴庄，长约10km的地震断裂陡坎,显示出东南盘下降、西北盘抬升的正断倾滑性质。这一地震断裂陡坎是目前在地表可见的夏垫断裂的迹线，是正处于破裂扩展中的活动断裂的“雏形”，也可称为“新生断层”（徐锡伟等,2002）o通过开展反射地震剖面探测，继而对夏垫断裂进行研究，能够得知夏垫断裂与深部构造有关，且该断裂具有明显的破裂分段、活动程度分段的特征。1夏垫断裂的深部和中深部构造特征在反射地震探测中，

6、首要的问题是确定深部断裂的空间位置和产状，这是因为天然地震大多发生在地壳5-20km深度范围内，只有与深部有关的活动断裂才有可能诱发天然地震。跨过夏垫断裂，曾开展过深地震反射剖面探测工作，采用100m道间距.200m炮间距、96道接收、24次覆盖得到的深反射地震时间剖面线划图如图1所示（张先康等，2002）。由该图可知：该地区基底结构起伏变化较大，浅部断裂发育，在确定的数条断裂构造带中夏垫断裂是一条特征明显、深浅共存的断裂构造带；该地区莫霍界面（M）的起伏变化和较厚的反射叠层以及局部复杂的楔形反射带的存在等现象表明，该地区地壳结构发生过强烈的挤压、变形，同时也反映出岩浆活动对下地壳结构进行过物

7、质和结构的强烈改造，从而构成了该地区复杂的地壳深部结构。在该区也曾开展过石油地震勘探工作，根据探测结果绘制的跨过夏垫断裂的地质剖面如图2所示。从该图可了解夏垫断裂的中深部构造特征。由该剖面可以看出，夏垫断裂控制着大厂断陷盆地的NW边界，切割倾角较缓的夏垫老断裂f2的夏垫新断裂倾角较陡，该断裂是现今或第四纪晚期以来的活动断裂。2探测深部断裂上断点的技术方法准确地探测深部断裂的上断点在活断裂研究中十分重要，因为它涉及到对基岩断裂活动性已有的研究结果表明，地壳浅层构造大多受深部构造的控制，他们之间存在着复杂的关系。为研究这种复杂的构造关系，需要采用不同的技术方法对城市厚覆盖区内主要直下型断裂的深部构

8、造特征进行探测。通常情况下，基岩断裂的分布特征为：深部断裂的断距较大，浅部断裂的断距较小c采用高分辨率反射地震技术，能够探测到断距较小的断裂。当断裂上断点的断距很499图2大厂隐伏凹陷构造地质剖面Fig.2GeologicalsectionofDachanghiddendepression.N+Q新近系+第四系；g上新统；E2始新统;E,古新统；Mz中生界；C+P石炭系+二叠系小，地震记录无法分辨时，地震反射技术也难以探测到真正意义上的上断点。一般说来，当断裂落差歹入/4时（入为地震波波长），地震记录反映的断裂十分明显；当断裂落差=入/8时，根据地震记录也能确定断裂的存在，但不象断裂落差N入/

9、4时那么明显；当断裂落差人/8时，根据地震记录本身难以确定断裂的存在。由此可以看出，要提高探测小断裂的能力，需采用高分辨率的地震探测技术。在实际工作中，即使采用高分辨率的地震探测技术，反射地震探测到的基岩断裂的上断点也不一定是真正意义上的深部隐伏断裂的上断点，但高分辨率的反射地震探测结果却可为后期钻探及岩心年代分析提供有价值的科学依据。3浅层反射地震探测3.1剖面布置图3为测区第四系等厚线分布图，从中也可看出夏垫断裂的分布。为了解夏垫断裂的活动范围，在1679年三河-平谷8.0级地震震源位置SW方向约30km处，布置了1条浅层地震试图3测区第四系等厚线图Fig.3IsopachmapofQua

10、ternarybasesurface.验剖面，该剖面跨过了夏垫断裂。3.2中浅层地震剖面测量为选取数据采集作参数，首先进行了扩展排列试验°图4为扩展排列地震试验记录（96道），该试验采用的道间距为3m,偏移距On】，采用全通频带记录。分析图4所示的地震试验记录可知，反射波的频率和视速度较高，地滚波的频率和视速度较低。在近炮点记录道上，浅层反射信息丰富，但记录信噪比较低，主要是受地滚波和声波干扰严重。而在远炮点记录道上，地震记录的信噪比较高，由于地滚波和声波出现的时间较晚，有效反射波凡乎不受震源干扰波干扰，但在远炮点地震记录道上，一些在近炮点记录道上出现的浅层反射波能量较弱。鉴于此，为

11、获得浅层反射波，采用的偏移距不易太大。图4扩展排列试验Fig.4Expandingspreadexperiment.通过试验和综合分析，最后选用的中浅层地震剖面试验的工作参数为：道间距5m,炮间距15m,偏移距15m,叠加次数10次,60道接收，排列单边激发的工作方式。采用该观测方式，既能保证浅层反射波具有较高的覆盖次数，又能使较深部的反射波避开震源干扰波的干扰.有助于提高该反射波的信噪比。激发地震波采用WACKER夯源，单点激发，每个点激发1500-2000次，每道采用4个40HZ检波器单点（4个检波器放在同一点上）接收，以提高检波器的灵敏度。本次地震探测使用的抗干扰高分辨率地震系统为美国生

12、产的STRATAVISORNX60,通过试验，本次地震探测使用的仪器i己录参数为：0.5ms采样，记录长度1024ms,每个记录道采集2048个样点，35Hz低切滤波器（取决于地层对高频信号的吸收和衰减）和512Hz高切滤波器，加50Hz陷波器。图5表示了中浅层地震剖面的一部分，根据该剖面的波组特征，解释了6组反射波To、T°_i、T°_2、T°_3和T。”。其中：To为第四系底界面产生的反射波，为基岩顶界面（推断为新生界底界面）产生的反射波，To、T°_2、T°_3和T。为第四系内的波阻抗界面产生的反射波。T。，T,反射波组特征明显，连续性较

13、好，在整条剖面上，可连续追踪对比。根据剖面附近新50112孔揭示的基岩深度，推测T.反射波为新生界底界面产生的反射波。T°"、T°_2、T°_3和为第四系内的不同波阻抗界面产生的反射波，这些反射波组连续性较好，可连续追踪对比。在图5所示的中浅层地震剖面上，CDP1160和CDP1200处解释有2条断层F,和F?,其中F,仅使L反射波发生K错断，而F2使T。、反射波发生了错断，这2条断层相距较近，推测为1组断层。在断层附近，反射波的信噪比较低，而T。反射波的信噪比较高，推断L反射波是由中生代地层与新近系之间的界面形成的，由于中生代地层为硬岩石，断层引起周围

14、硬岩石的破碎，致使L反射波的信噪比较低；T。反射波为第四系与新近系之间界面形成的反射波.由于第四系与新近系均为未胶结地层，断层错断不会引起断层附近的地层发生明显破碎，T。反射波受断层破碎的影响较小，其信噪比相对较高。浅层地震剖面地段TCDP号箜7001二度£80000图5中浅层地震剖面Fig.5Moderate-shallowseismicprofile.根据地震剖面上的波组特征和已掌握的地质资料，认为f,f2断层为本次重点探测的夏垫断裂°根据测区第四系等厚线图（图3）和新生代地层等深度图，在图5所示的地震剖面上，标注了中生代地层Mz、新近纪地层N和第四纪地层Q。3.3浅层

15、地震剖面测量在图5所示的剖面上，F.L断裂未使T°_2以上的反射波发生错断，该探测结果与地质上的认识差别较大。为研究该断裂的活动性，跨过该断裂布置了一条短剖面，采用锤击震源，2m道间距，其余工作参数与中浅层地震剖面相同，得到的浅层地震剖面如图6所示。在图6所示的地震剖面上，解释了4组反射波T°_2J。J。和To_5,其中：丁。_3和T°_4反射波振幅较强，连续性较好；T°_2反射波振幅较弱，连续性较差。分析T°_2反射波振幅弱的原因为激发能虽较弱。在图6中解释的几组反射波出现的时间与图5所示的剖面上几组反射波出现的时间相同。.图6所示浅层地震剖

16、面上的断裂使T。一2、T°_3和T。”反射波都发生了错断，断裂错断的最浅一组反射波的深度约40m,从搜集到的剖面附近的钻孔资料可知，该深度对应的地层应为Q；的晚期，由于采用的道间距为2m,在图6所示的地震剖面上，最浅一组反射波览小在断裂位置图6浅层地震剖面Fig.6Shallowseismicprofile.没有错断，但该反射波信噪比较低。为痰测更浅的地层，需采用更小的道间距和更高频的激发震源，如采用震源枪激发和Im道间距接收，或采用地质雷达探测技术。3.4综合对比解释根据图3所示的测区第四系等厚线图、区域地质资料和在该区所得到的深层及中深层地震剖面（图1,2）进行综合分析，图6所示

17、浅层地震剖面上的断裂与深部断裂有关，因为利用浅层反射地震剖面研究与深部断裂有关的浅部构造特征或其活动性对于地震危险性评价才有实际意义。综合分析图5,6所示的地震剖面可以看出，夏垫新断裂已经向上错断到第四系Q：地层的晚期。该断裂未使图6所示地震剖面上的最浅一组反射波T。”发生明显错断，表明在离开1679年8.。级地震震源位置SW方向约30km处，夏垫新断裂目前活动程度不明显。由于中浅层地震剖面和浅层地震剖面测量采用了不同的道间距和不同的激发震源，使得图5,6两种剖面对基岩断层的追踪具有不同的地质效果。在图6所示的浅层地震剖面上能够很好地追踪基岩断层的上断点，但根据图5所示的中浅层地震剖面却不能做

18、出解释，这主要与在数据采集中采用的道间距和激发震源有关。4小结在城市活断层探测中，确定浅部断层的上断点固然重要，但更重要的是确定与深部断裂有关的基岩断裂的上断点。采用不同尺度的地震方法，可探测不同深度范围内的地质构造。抗干扰高分辨率人工地震方法探测厚覆盖区城市活动断裂的效果取决于所采用的地震仪器设备和技术参数，采用较小的道间距和较多的地震记录道数以及合理的观测系统不但有助于获取高质量的浅层反射波，而且也有助于对隐伏断裂进行空间定位，确定隐伏断裂的上断点。夏垫断裂是一个与深部构造有关的断裂,1679年三河-平谷8.0级地震在地表形成了一个长约10km的断裂陡坎，该断裂陡坎是夏垫断裂在地表的反映。

19、在距离该震源位置约30km处的浅层地震探测结果表明，夏垫断裂使浅层地震剖面上的T°_4发生了明显错断，但未使最浅一组反射波I'。、发生明显错断；该断裂已经向上错断到第四系中的Q；。将剖面附近的钻孔资料与浅层地震探测的T。”反射波的深度进行对比分析后，就目前所得到的地震记录的分辨率而言，认为第四纪全新世地层Qh未发生错断°上述研究结果表明，夏垫断裂具有明显的破裂分段、活动程度分段的特征。本文采用不同道间距、不同激发震源的地震反射技术，成功地探测到了夏垫断裂和它的上断点，为该断裂的进一步研究提供了可靠的依据，再一次表明在探测厚覆盖区城市活断层的位置及其活动性方面反射地震

20、的确是一种有效的技术方法。参考文献邓起东.2002.城市活动断裂探测和地震危险性评价问题J.地震地质,24(4)：601-605.DENGQi-dong.2002.ExplorationandseismichazardassessmentofactivefaultinurbanareaJ.SeismologyandGeology,24(4):601605(inChinese).高景华，徐明才2004.地震反射方法探测城市活断层中的几个问题J.地质与勘探,40(增刊)：91一95.GAOJing-hua,XUMing-cai.2004.Someproblemsindetectingactivef

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27、onmethodfordetectingactivefaultsburieddirectlybeneathmajorcitiesindeepcoveragearea.Differentarraylengthmustbeadoptedfordifferentdetectingdepth.TheXiadianFaultisaseismogenicfaultandrelatedtothe1679Sanhe-Pingguearthquake(Af=8.0).Thedeepandmoderate-deepstructuralcharacteristicsofthefaultarerevealedfrom

28、thedeepandmoderate-deepseismicprofilesacrossthefault.Toresearchtheactivityofthefaultawayfromtheearthquakeregion,moderate-shallowseismicreflectiondetectionexperimentwasdevelopedwiththeworkingparametersas5mgroupinterval,15moffset,10folds,60activereceivingchannels,single-endedspreadshootingbyWackersource,andonepointre