《DBT 108.5-2025活动断层探查 地震勘探 第5部分：宽频带台阵探测法》专题研究报告解读

《DB/T108.5—2025活动断层探查

地震勘探

第5部分：

宽频带台阵探测法》专题研究报告解读目录01活动断层探查从“二维剖面

”迈向“三维立体

”时代:专家深度剖析宽频带台阵探测法的革命性架构与核心原理创新03从海量噪声中提取微弱构造信号:前瞻性解析宽频带台阵数据处理的核心算法、流程革新与人工智能融合应用趋势05超越传统定位精度:宽频带台阵探测法在活动断层空间位置、产状及延伸范围确定中的技术突破与实践验证07城市地下空间安全的新基石:论宽频带台阵探测法在复杂城市环境与重大工程场地断层勘查中的独特优势与应用范式09数据共享与灾害防治协同:前瞻解读基于宽频带台阵数据的国家活动断层数据库建设与多灾种早期预警系统集成前景0204060810如何捕捉隐匿于地壳深处的“断层脉搏

”?深度解读宽频带台阵布设的“艺术

”与“科学

”:从台阵几何设计到现场实施的全流程关键技术地震学与地球物理学的深度交叉:专家视角下宽频带台阵探测法如何精确反演断层三维精细结构与物性参数活动断层“探

”与“评

”的无缝衔接:宽频带台阵探测成果如何支撑断层活动性定量评价与地震危险性概率分析迈向标准化与智能化:深度剖析本标准对宽频带台阵探测装备、作业流程与质量控制体系构建的指导意义与未来演进路径从技术标准到防灾实效:总结与展望宽频带台阵探测法对我国活动断层普查、防震减灾规划与国土空间安全格局塑造的长远价值活动断层探查从“二维剖面”迈向“三维立体”时代：专家深度剖析宽频带台阵探测法的革命性架构与核心原理创新传统地震勘探方法的局限性与宽频带台阵探测法提出的必然性1传统主动源地震勘探方法虽能提供高分辨率剖面，但探测深度有限、成本高昂，且对深部复杂构造的成像能力不足。被动源方法利用天然地震信号，但对微弱信号及浅部精细结构的分辨率较低。宽频带台阵探测法通过密集布设宽频带地震仪，长期连续记录天然和人工震源信号，有效融合了主动与被动源的优势，实现了从浅部到深部、从二维剖面到三维立体结构的无缝探查，是应对活动断层探查深部化、精细化需求的必然技术演进。2宽频带台阵探测法的基本定义、技术体系构成与核心创新理念1本标准定义的宽频带台阵探测法，是指布设由数十至数百个宽频带地震计组成的观测阵列，通过接收天然地震、背景噪声及主动源信号，利用地震干涉、层析成像等多种方法，获取地下三维速度结构、各向异性及界面形态的技术体系。其核心创新在于将“台阵”作为一个整体系统进行设计、观测和解释，强调空间上的密集采样和时间上的连续记录，从而实现对地下介质物理性质的高精度、多维度的动态感知。2方法原理的三大支柱：基于背景噪声的面波成像、接收函数与地震层析成像的协同反演1该方法原理建立在三大技术支柱之上。首先，基于背景噪声互相关提取面波经验格林函数，反演地壳上地幔横波速度结构，尤其对浅部沉积层和断裂带敏感。其次，利用远震事件提取接收函数，用于揭示主要速度界面（如莫霍面）的深度和形态，以及壳内低速层。最后，结合区域地震和远震走时数据进行地震层析成像，构建三维P波和S波速度模型。三者协同反演，相互约束与验证，大幅提升了结构反演的可靠性和分辨率。2“宽频带”特性的核心价值：从短周期到长周期信号的全频谱信息捕获能力01“宽频带”特性是本方法的基石。宽频带地震计能够记录从十分之一赫兹到数十赫兹的地面运动，覆盖了反映浅部沉积结构的高频信号、反映地壳主体结构的中频信号以及反映深部上地幔结构的低频信号。这种全频谱捕获能力使得单一台阵能够同时研究从近地表沉积盆地到岩石圈尺度的结构，避免了传统方法因频带限制而需多次观测的繁琐，极大提高了探测效率和数据的综合利用价值。02如何捕捉隐匿于地壳深处的“断层脉搏”？深度解读宽频带台阵布设的“艺术”与“科学”：从台阵几何设计到现场实施的全流程关键技术台阵设计的前期地球物理与地质约束：目标断层先验信息的最大化利用01成功的台阵探测始于科学的设计。设计前必须充分收集和分析工作区已有的地质、地球物理资料，包括已知断层展布、区域构造背景、地震活动性、地形地貌及已有地球物理模型。这些先验信息是确定核心探测目标、合理规划台阵几何形态（如线性、十字、网格状）和空间尺度的关键依据。设计需确保台阵能有效覆盖目标断层，并对其可能产状和延伸方向有最优的空间采样。02台阵几何参数优化的核心考量：台间距、孔径、布局形态与探测分辨率的关系01台阵几何参数直接决定探测的分辨能力和探测深度。台间距需根据目标深度和最高感兴趣频率对应的波长来确定，通常要求台间距小于最小波长的一半以满足空间采样定理。台阵孔径（最大台间距）决定了最大探测深度和横向分辨率。布局形态需与地质目标匹配：线性阵列利于剖面研究，二维网格阵列利于三维成像。本标准对在不同探测目标下，这些参数的选择范围提供了指导性建议。02宽频带地震计选型、性能测试与台站站点勘选的具体技术要求01设备选型要求使用符合国家计量标准的宽频带（例如周期覆盖120秒至50赫兹）三分量地震计与24位以上数据采集器。布设前需进行严格的实验室和现场测试，确保仪器性能一致。站点勘选需避开强噪声源（如公路、工厂），选择基岩或坚实土层作为安装基础，并详细记录点位坐标、高程、地质条件及噪声水平。每个台站需建立规范的标识和档案。02野外施工与运维保障：仪器安装、供电、通信、时间同步与数据质量实时监控01现场安装需确保地震计水平、方位准确（通常使用罗盘或GPS定向），并与大地牢固耦合。供电系统（太阳能或电池）需保证长期连续工作。数据通信可采用定期现场回收、无线传输或卫星通信等方式。所有仪器必须基于GPS或北斗系统实现高精度时间同步。建立实时或准实时数据质量监控系统，及时发现并处置断记、噪声异常等问题，保障数据完整性和有效性。02从海量噪声中提取微弱构造信号：前瞻性解析宽频带台阵数据处理的核心算法、流程革新与人工智能融合应用趋势原始数据预处理标准化流程：数据解编、格式转换、去仪器响应与初步质量筛选01原始连续波形数据首先进行解编和标准化格式转换（如转为SAC或miniSEED格式）。关键步骤是去除地震计和数据采集器的仪器响应，将数据还原为真实的地面运动速度或位移。随后进行初步质量筛选，剔除存在大量尖峰、断记或持续饱和的坏道数据。同时，对台站坐标、方位角等信息进行核对与校正，为后续分析准备高质量、标准化的基础数据集。02背景噪声数据预处理与互相关计算：时频域滤波、时变加权与高信噪比经验格林函数提取1为从背景噪声中提取面波信号，需对连续数据进行分时段（如1小时）处理。应用时频域滤波（如频谱白化、时频归一化）来均衡噪声源分布不均的影响并压制非稳态强干扰。对每两个台站间的数据进行互相关计算，并叠加长时间数据以提取稳定的经验格林函数。本标准强调了预处理流程的规范性和参数选择的科学性，以确保提取出的面波信号可靠反映台站间介质信息。2主动源信号与天然地震事件的识别、提取与走时测量自动化技术进展除了噪声，还需处理主动源（如人工爆破）和天然地震事件。利用事件检测算法（如STA/LTA）自动识别地震事件，并根据震相目录精确截取包含P波、S波等体波信号的波形段。发展高精度的自动或人机交互震相拾取算法（如基于神经网络），精确测量各台站P波和S波的绝对走时和相对走时，为层析成像提供输入数据。自动化技术极大提升了处理海量事件的效率。人工智能正深刻改变数据处理范式。深度学习模型可用于有效分离混合震相、压制特定噪声。卷积神经网络在震相自动拾取方面已达到甚至超过人工精度，且速度快、一致性高。无监督学习可用于数据质量的自动分类和异常检测。未来，AI将更深度融入从原始数据到可用信号的全流程，实现智能化的数据清洗、特征提取和初步解释，显著提升处理流程的智能化水平和成果可靠性。1人工智能与机器学习在信号分离、震相拾取及数据质量控制中的融合应用前景2地震学与地球物理学的深度交叉：专家视角下宽频带台阵探测法如何精确反演断层三维精细结构与物性参数面波频散曲线提取与反演：从一维速度结构到三维横波速度场构建1从台站对间经验格林函数中提取瑞利波和勒夫波的频散曲线（相速度或群速度随频率的变化）。通过面波层析成像方法，将大量台站对的面波数据联合反演，获得研究区不同周期（对应不同深度）的面波速度分布图。最后，通过每个网格点处的频散曲线反演其一维横波速度（Vs）结构，再将所有一维模型整合，构建区域三维横波速度模型。该方法对地壳内低速异常（可能指示断层破碎带或流体）尤为敏感。2接收函数分析技术：揭示莫霍面起伏、地壳内间断面与各向异性1利用远震P波波形计算接收函数，即台站下方介质脉冲响应的时间序列。接收函数中的Ps转换波及多次波可用于精确测定台站下方地壳厚度（莫霍面深度）和平均波速比（Vp/Vs）。通过叠加和偏移成像，可以构建地壳内主要间断面（如沉积基底、低速层顶底面）的二维或三维图像。此外，接收函数随方位角的变化可以反演地壳和上地幔顶部的各向异性，为断层带变形历史和应力场提供约束。2体波走时层析成像：联合反演高分辨率三维P波与S波速度及Vp/Vs比结构利用拾取的本地和区域地震的P波和S波绝对走时和相对走时数据，采用层析成像算法反演三维P波速度（Vp）和S波速度（Vs）扰动模型。联合Vp和Vs模型可以计算泊松比或Vp/Vs比的空间分布。Vp/Vs比是重要的岩性和流体指示参数，在断层带常表现为异常高值，可能反映破碎岩石或流体充填。高分辨率的体波层析成像能清晰揭示断层在深部的几何形态、破碎带宽度及与周围介质的物性差异。多参数联合约束与综合地质解释：将速度模型转化为地质结构与断层属性认识01单纯的速度模型是地球物理成果，必须转化为地质认识。综合面波、接收函数和体波层析成像结果，获得受多重约束的、更可靠的三维速度结构。结合Vp/Vs比、各向异性等信息，并与地表地质、钻探、大地电磁等资料进行联合解释，推断断层的空间位置、倾角、延伸深度、破碎带特征（宽度、充填情况），判断断层的活动性，并探讨其深部构造背景和控制因素。02超越传统定位精度：宽频带台阵探测法在活动断层空间位置、产状及延伸范围确定中的技术突破与实践验证利用高分辨率速度结构边界与物性差异带直接界定断层空间位置1传统地质填图和浅层勘探难以精确确定断层，尤其是隐伏断层的位置和深部形态。宽频带台阵获得的高分辨率三维速度模型，能够清晰揭示地下介质速度的横向不均匀性。活动断层通常表现为显著的速度梯度带或低速异常带。通过识别速度模型中这些连续的、与已知构造走向一致的异常边界，可以直接、客观地在三维空间中圈定断层的大致位置和空间展布，尤其对于无地表出露的隐伏断层效果显著。2基于速度结构剖面与地震活动精定位协同约束断层产状与深部几何形态1在垂直断层走向的速度剖面上，可以观察速度等值线的扭曲、错断或低速带的倾斜形态，据此直接测量或推断断层的倾向和倾角。同时，利用同一宽频带台阵记录到的微震和小震数据进行双差定位等精定位处理，可以获得沿断层带分布的高精度地震丛集图像。将精定位后的震源分布与速度结构剖面叠加，可以直观地验证断层的深部几何形态，判断断层是陡立还是缓倾，以及是否存在深部拆离或分支结构。2追踪速度异常带与各向异性图案确定断层延伸范围与分段性通过三维速度模型的水平切片和深度切片，可以系统追踪代表断层破碎带的低速异常或高Vp/Vs比异常在横向和纵向上的延伸范围，判断断层在不同深度是否连续，以及向深部是收敛消失还是归并到更深部的构造面上。此外，由接收函数或面波反演得到的剪切波分裂各向异性图案，其快波方向往往与区域主压应力或断层走向相关，其强度的空间变化有助于识别断层的不同段落或构造块体边界。方法有效性验证：与钻探、槽探及高密度电法等传统手段的对比与融合案例宽频带台阵探测结果的有效性需要通过独立手段验证。在关键部位布置钻孔，验证推测的断层位置、破碎带深度和岩性。在可能出露地段布置探槽，揭露浅部断层证据。利用高密度电阻率法、浅层地震反射法等获取近地表高分辨率结构。将这些“点”或“线”上的精细结果与宽频带台阵提供的“面”和“体”的信息进行对比、校准与融合，可以相互印证，共同构建从浅到深、从局部到区域完整的断层结构模型。活动断层“探”与“评”的无缝衔接：宽频带台阵探测成果如何支撑断层活动性定量评价与地震危险性概率分析深部结构特征作为断层活动性的重要间接证据：低速破碎带、高Vp/Vs比与深部延伸性宽频带台阵探测提供的深部结构信息是评价断层活动性的关键间接证据。长期活动的断层在深部往往保留着破碎、弱化的痕迹，表现为显著的低横波速度（Vs）异常和高Vp/Vs比异常。如果这种异常从浅部延伸到中下地壳甚至上地幔，可能指示断层切割深度大，具备发生强震的构造条件。深部结构的连续性和规模为判断断层长期活动能力和最大潜在地震规模提供重要约束。地壳厚度与波速比变化对断层活动性与孕震环境的指示意义接收函数反演获得的地壳厚度（莫霍面深度）和平均地壳Vp/Vs比是区域构造活动的敏感指标。活动断层带附近常出现莫霍面的起伏或错断，反映深部构造活动。地壳Vp/Vs比的变化可能与地壳组分、温度或部分熔融有关，异常高的Vp/Vs比可能指示地壳内流体含量高，从而影响断层的摩擦性质和地震成核过程。这些信息有助于理解断层所处的深部孕震环境。结合地震精定位与震源机制解分析现今断层活动性与应力状态01利用宽频带台阵数据对区域微震进行精定位，获得沿断层带精细的震源分布图像。密集且线性排列的小震丛集可能指示断层的闭锁程度较低或正在发生蠕滑；而存在明显地震空区可能暗示断层段处于应力积累的闭锁状态。此外，计算这些小震的震源机制解，可以分析断层局部区域的应力方向和断层运动性质，为判断断层现今活动方式（走滑、逆冲、正断）提供直接证据。02将结构模型与活动参数融入地震危险性概率（PSHA）模型的不确定性分析1宽频带台阵成果可以显著降低地震危险性分析中的不确定性。其提供的断层三维几何模型（位置、产状、长度、切割深度）可以作为PSHA中震源模型的关键输入。断层深部物性特征和地震活动性图像有助于划分特征地震的震源段、评估最大震级。地壳速度模型还可以改进地震动预测方程（GMPE）中的路径衰减项。通过提供更可靠的输入参数，宽频带台阵探测使PSHA结果更具科学基础和实际应用价值。2城市地下空间安全的新基石：论宽频带台阵探测法在复杂城市环境与重大工程场地断层勘查中的独特优势与应用范式应对城市高环境噪声挑战：密集台阵设计与先进信号处理技术的适应性策略城市环境中人为振动噪声强度高、频谱复杂，对地震观测构成巨大挑战。宽频带台阵探测法通过密集布设台站（形成空间上的波数滤波），并采用长时间连续记录叠加（时间上的统计平均）以及针对性的噪声压制算法（如频率-波数滤波），能够有效从强噪声中提取有用的构造信号。其“以空间换信噪比、以时间换信噪比”的策略，使其在城市环境中仍具备可行的探测能力。无源探测的便利性：无需人工激发，对城市生活与设施干扰最小化的绿色勘查01与需要炸药、震源车等主动源的探测方法相比，宽频带台阵探测属于被动源方法，主要利用天然地震和背景噪声。这在城市环境中具有无可比拟的优势：无需申请爆破许可、不产生振动和噪音污染、不影响交通和市政设施、不干扰居民生活。这种“绿色勘查”模式使其特别适合于对环境保护和社会影响要求极高的城市核心区、历史街区及已建重大工程周边区域的断层调查。02获取深部信息为重大工程抗震设防提供关键依据：从浅部断层定位到深部发震构造评价重大工程（如核电站、高铁、大型桥梁、超高层建筑）的抗震设防不仅需要知道断层在地表或近地表的位置，更需要了解其向深部的延伸情况、深部结构特征以及是否为具备发生中强以上地震能力的“发震构造”。宽频带台阵探测能够提供从基底到地壳尺度的连续结构图像，帮助判断断层是否切穿seismogeniclayer（孕震层），从而为工程场地地震安全性评价中的“发震构造鉴定”提供不可或缺的深部地球物理证据。形成标准化城市活动断层探测技术流程：从区域性普查到场地尺度的精细化应用本标准为城市活动断层探测提供了从设计、实施到解释的标准化流程参考。可首先利用中等台间距的台阵开展区域性普查，圈定主要隐伏断层带。在发现可疑断层后，可在关键区域加密布设更小孔径、更高台站密度的台阵进行精细化探测，进一步厘清断层的位置、产状和浅部结构。这种“由面到点、逐步聚焦”的工作模式，兼顾了探测效率和精度，构成了经济有效的城市活动断层探测技术体系。迈向标准化与智能化：深度剖析本标准对宽频带台阵探测装备、作业流程与质量控制体系构建的指导意义与未来演进路径装备技术要求的统一规范：对宽频带地震计、数据采集器、授时与辅助设备的性能指标界定1本标准首次在国家层面系统规定了宽频带台阵探测所需核心装备的技术要求。明确了宽频带地震计的频带范围、灵敏度、动态范围等关键指标；数据采集器的分辨率、采样率、存储能力；授时系统（GNSS）的精度和稳定性要求；以及供电、通信等辅助设备的基本规范。这些统一规范确保了不同单位、不同项目采集的数据具有可比性、可融合性，为全国性数据共享和综合研究奠定了基础。2野外作业流程的标准化：从踏勘选址、仪器安装、运维到数据回收的全链条操作指南标准详细规定了野外作业各环节的标准操作程序（SOP）。包括：基于地质地球物理目标的台阵设计原则；现场点位勘选的具体标准和记录要求；地震计安装的方位校准、水平调节、耦合埋设的详细步骤；供电与通信系统的搭建规范；日常与定期巡检的内容；数据备份与回收的流程。这些SOP是保证数据质量的根本，最大程度减少了人为操作误差，使探测过程可重复、可检查。数据质量分级评价与控制体系的建立：原始数据与处理中间成果的质量定量化评估方法01标准提出了贯穿始终的数据质量控制体系。定义了针对原始连续波形数据的质量评价指标，如数据完整率、噪声水平、脉冲干扰数量等，并可进行分级。在处理环节，对互相关函数的质量、频散曲线测量的误差、接收函数的清晰度等也提出了评估方法。通过建立这套量化的质量控体系，可以对整个探测项目的数据可靠性进行客观评价，并作为后续解释和成果应用可信度的重要依据。02未来演进方向：装备的轻量化与智能化、流程的自动化与云平台化、解释的人工智能深度介入01展望未来，宽频带台阵探测技术将向装备轻量低功耗、节点化、自带智能预处理功能发展；野外布设可能借助无人机等技术实现半自动化。数据处理流程将更加自动化、集成化，并依托云计算平台实现高效处理。在解释环节，人工智能将从辅助工具演变为核心驱动，实现从数据到结构模型，甚至到地质解释建议的端到端智能反演与推理，极大提升探测解释的效率和智能化水平。02数据共享与灾害防治协同：前瞻解读基于宽频带台阵数据的国家活动断层数据库建设与多灾种早期预警系统集成前景宽频带台阵数据资源的国家性整合：构建统一格式、分级开放的活动断层深部结构数据库1分散在各机构、各项目的宽频带台阵数据是宝贵的国家基础性战略资源。本标准为数据格式、元数据描述的规范化提供了基础，有助于推动国家层面建设统一的“活动断层深部探测数据库”。数据库将整合全国范围内的台阵观测原始数据、处理中间数据和最终解释成果（速度模型、断层几何参数等），按照密级和版权规定实行分级共享，服务于科研、教育、工程和防灾减灾等多领域需求。2数据驱动下的活动断层普查精度与效率革命：基于已有数据的补充性探测与模型迭代更新全国性数据库的建立将改变活动断层普查模式。新的探测项目可以在已有数据模型的基础上进行针对性设计，例如在结构模糊区域补充台站，实现“有的放矢”。利用新数据对原有模型进行迭代更新和优化，可以像“软件升级”一样持续改进对地下结构的认知。这种数据驱动、迭代优化的模式，将大幅提升全国活动断层深部结构探查的整体精度和效率，避免重复工作和资源浪费。深部结构信息赋能地震预测预警：速度模型对地震快速定位、震级估算与强震动预测的改进宽频带台阵获得的高精度三维速度模型可直接应用于地震预警系统。当地震发生时，利用该模型可以更快速、更准确地确定震中位置和震源深度。更真实的速度结构也能改善基于最初几秒P波信息的震级估算精度。此外，精确的速度模型是进行实时强地面运动模拟（ShakeMap）和灾害快速评估的基础，可以更准确地预测地震动的空间分布，为应急响应决策提供关键支撑。面向多灾种协同防范：活动断层结构与滑坡、地面沉降等地质灾害风险评估的联动分析活动断层不仅引发地震，也控制着区域地质灾害的分布。断层带附近的岩体往往破碎，是滑坡的易发区。断层的活动可能影响地下流体运移，与地面沉降、地裂缝等现象相关。宽频带台阵揭示的断层空间位置、产