夏垫断裂夏垫段浅部构造特征地震探测①

冉志杰，李 皓，吕国军，温 超，杨 柳，杨歧炎，孟立鹏，彭远黔，骆艳欣

（1．河北省地震局，河北 石家庄 050011；2．石家庄市地震局，河北 石家庄 050020）

0 引言

夏垫断裂是华北平原区北部一条重要的全新世活动断裂［1］，它北起平谷岳各庄，向西南经马坊西、潘各庄，南至永乐店村南，总体走向NE45°，全长45 km。1679年该断裂上曾发生三河－平谷8级大地震。20世纪70年代末以来，许多学者对夏垫断裂的第四纪活动特征及1679年8级地震的发震构造进行了研究。孟宪梁等（1983，1988）、向宏发等（1988，1994）调查了该8级地震的地表破裂带［2］，并开挖了潘各庄等探槽；冉勇康［3］开挖了东柳河屯探槽；江娃利等［4］对地表破裂带的古地震特征进行了研究，确定了断裂的最新活动时代；向宏发等（1995）、黄礼良（1997）、张先康等（2002）、高景华等（2008）、赵成彬等（2010）、刘保金等（2011）对夏垫断裂进行了探测研究［5－8］，显示了夏垫断裂的深、浅部构造特征和地层结构及断裂特征等信息，但夏垫断裂结构复杂，所获得该断裂的浅部构造特征并不完全准确。为此，我们在进行河北省地震局地震科研基金重点课题项目中采用高分辨率地震勘探技术，对夏垫镇附近的夏垫断裂浅部活动特征进行详细探测，进一步展示夏垫断裂的浅部特征。

1 地震测线布设与地震数据采集处理

在分析已有地震构造、断裂出露情况以及物探资料的基础上，在夏垫镇夏垫断裂经过的大棋盘村东侧、永太辛庄村西侧之间布设地震勘探剖面XD－1测线（图1）。剖面走向NW15°，起点坐标116°56′03．7515″，39°58′04．8432″；终点坐标116°55′52．5353″，39°58′37．3745″。剖面与断裂走向相交，长度为1 054m。地震数据采集使用Geometries公司StrataVisornzxp－96浅层高分辨率地震仪，24位A／D转换，动态范围144dB，仪器频带为1．75Hz～20kHz。数据采集的仪器采样参数为：采样间隔0．25ms，记录时间为1 000ms，低截频率15Hz、高截频率500Hz的带通滤波器。采用单边激发滚动方式，72道记录、道间距4m、炮间距8m的18次共中心点叠加观测系统，60Hz垂直组合检波器接收。80kg夯锤人工夯击震源激发，在每个震源上锤击25次以上进行共炮点叠加，以便提高信号能量，压制噪声和干扰［9－10］。

应用Vista2D／3D地震处理软件对资料进行处理，重点注意以下方面的处理工作：细致切除初至波，确保取得尽可能浅的反射波，以满足断裂浅部活动特征的研究；进行振幅补偿和地表一致性振幅处理，压制干扰、提高信噪比；反褶积和地表一致性子波处理，以便提高分辨率和保真；剩余静校正和速度分析反复迭代，提高动静校正精度，确保反射界面叠加成像准确；做好叠后偏移处理，确保构造形态正确和断裂清晰；通过反射波资料处理时获得的叠加速度（也称NMO速度）和时间剖面上不同界面反射波的双程垂直到时t0，由迪克斯（DIX）公式获得不同地层反射界面以上的平均速度（¯V），经时－深转换获得地震勘探的深度剖面，以便了解反射波的地层埋深度、断裂的空间位置等参数。通过这样的处理，为夏垫断裂研究提供高品质的地震剖面［11］（图2）。

图1 夏垫断裂夏垫段地震勘探剖面位置图Fig．1 Location of the seismic detecting profile cross Xiadian fault near Daqipan village

2 地震剖面的解释分析

夏垫断裂的浅部特征是本文的研究重点。因此针对能够很好反映断裂浅部特征的XD－1线偏移剖面（图2（b））以及深度剖面进行了详细的解释和地质分析［12］，结果示于图3。

2．1 剖面的地震特征

2．1．1 波组特征

丰富的地层界面反射波组出现在剖面700ms以上的时间范围内。根据剖面波组特征，以CDP341为界，剖面大致可以分为南、北两部分。在南段剖面上反射震相较多，反射能量较强，连续性较好；在北段反射能量较弱，连续性较差。

在剖面南段的600ms之上，存在3组反射能量较强、横向连续性较好的反射波组，自上至下命名为T1、T2、T3。这些反射波组呈略微向北倾斜展布，并且在一些地段出现同相轴的扭曲和变形现象。在剖面北段存在反射能量较强、横向连续性较好的T1、T2反射波组，基本呈水平状展布，T3反射波组极不明显。

值得注意的是在剖面南段350～750ms之间存在一倾斜的反射波组，错断T3波组，终止于T2波组之下。

总体而言，3套波组的波形有明显的横向变化，从南向北振幅由弱变强、由强变弱直至消失，反射波组的同相轴出现扭曲和变形现象。

2．1．2 断裂特征

由图3可见，剖面上总体被断裂切割形成相间排列的“断陷构造”。根据地震剖面中反射同相轴出现错动、扭曲等断裂构造特征，整个剖面划分出9条断裂构造。以断裂F5为界，剖面的南段和北段反射波显示出明显的差异性。南段的反射同相轴较连续，层状性明显，而北段反射同相轴零乱。细致分析，在图3上可以看到，断裂F4、F5和F7共存于T3反射波组中，视倾都向SE，由此可见夏垫断裂是由4条断裂组成（F4～F7），F4、F5和F7是夏垫断裂的主体断裂，F6则是伴生断裂，其中F5是目前通常所指的夏垫断裂，F4视倾角稍缓，并呈铲型向下延伸，与赵成彬等［1］发现的断裂形态一致，但断裂的上断点埋深存在差异。

为进一步确认夏垫断裂的组构形态，在XD－1线西侧200m处，平行于XD－1测线布设一条526 m的勘探测线XD－2。剖面起点坐标116°55′53．5694″，39°58′10．2650″；终点坐标116°55′46．8016″，39°58′26．5867″。根据断裂构造在地震剖面上特征，划分出3条断裂构造，分别与XD－1测线上的断裂F4、F5、F7具有相似的构造特征（图4）。

图2 XD－1测线处理后的地震剖面Fig．2 Seismic profiles of XD－1line

图3 XD－1测线偏移地震剖面解释结果Fig．3 Offset seismic profile of XD－1line

表1 断裂参数Table 1 The parameters of faults

根据剖面上所反映的特征，可以看出夏垫断裂是一条高倾角、错断至近地表的第四纪活动断裂带，该断裂带由四条断裂组成，视倾向SE，其中断裂F7是本次发现的一条新断裂。

由地震剖面可见，在夏垫断裂的上盘还存在一些规模较大的断裂（F1～F3），在下盘有一些规模小的断裂（F8、F9）。

2．2 XD－1线剖面的地质特征分析

图5为XD－1测线经时－深转换后所获得地震勘探的深度剖面。对比夏4＃孔地层资料（Q344．7m、Q1370m），反射时间剖面中的波组T1对应于上更新统（Q3）的底界面，T3对应于下新统（Q1）的底界面。

在XD－1剖面上所有划分出的9条断裂构造参数见表1。

从上述分析可以看出：①夏垫断裂是由四条断裂组成，其中F4断裂视倾角稍缓，并呈铲型向下延伸，错断了下新统（Q1）界面，断裂上断点埋深285 m；F5断裂倾角较陡，断裂出露地表（图6，中国地震局震害防御中心清理出的断层剖面，2012）；F7断裂倾角较陡，错断了下新统（Q1）界面，断裂上断点埋深205m；F6则是伴生断裂，断裂上断点埋深140 m。②断裂F4、F7在T2之后停止了活动；断裂F5则目前仍在活动；伴生断裂F6仅在一定的时段活动。③断裂的上盘存在一系列活动时代较新的断裂（F1～F3），其中F2断裂错断了F3断裂。

图4 XD－2测线偏移地震剖面解释结果Fig．4 Offset seismic profile of XD－2line

图5 XD－1测线地质分析剖面Fig．5 Geological sections of XD－1line

图6 夏垫断裂的地表出露（镜头向东）Fig．6 The photo of exposure site of Xiadian fault

3 结论

采用高分辨率浅层地震勘探技术，获得夏垫断裂浅部清晰的断裂结构形态，为进一步开展夏垫断裂探测研究提供了可靠资料，并为夏垫断裂的整体特征研究提供了可靠的依据。结果表明，夏垫断裂构造复杂，在其附近还存在一系列断裂，这些断裂与夏垫断裂组成了夏垫断裂带。

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