活断层探测中地球物理勘探的应用

摘 要：所谓活断层是指晚第四世纪以来活动着的断层，10万年来有过活动，现在尚且仍在活动，未来还有活动空间的断层；地球物理勘探就是指运用物理原理到具体实践活动中，研究地质构造并提出解决方案解决勘探中存在的问题；本文结合作者工作经验，进行了地球物理勘探在活断层探测中的应用研究。

关键词：活断层；地球物探；应用

一、我国地球物理勘探发展

物探是地质学研究中的一种必不可少的方法，地球物理勘探的工作内容主要是运用相应仪器，测量、接收物理现象讯息，用相应物理方法提取有效信息，结合相应地质条件分析，然后做出地质解释，对地质构造有一个理性的分析了解。物探的研究基础是各种岩石、矿石的密度、电性、弹性、磁性等物理性质，它用不同物理仪器，采用不同物理方法，探测地球物理场的变化。

目前主要有的物探方法有：重力物探、磁法物探、地震物探、放射性物探等。它综合运用电子学、物理学、计算机技术等多门学科的理论知识、方法技术。有时，为了使解释结果更加合理有效，一般要求配合使用多种物探方法。物探仪器已经广泛应用于冶金、煤炭、水电、建筑等各项领域。

二、物探技术在活断层探测中的应用

活断层探测的主要目的就是尽量准确查明地表附近正在活动断层的分布空间在哪里，确定其空间延伸情况，并探测可能存在的隐形断层空间。让我们能够了解地下介质的活动特性，对未来可能存在的危险性及早做出评价。活动断层这一术语是本世纪初由李四光等先后提出的。活断层是指晚第四世纪以来活动着的断层，而晚第四世纪是距今10万年至12万年的时段。10万年来有过活动，现在尚且仍在活动，未来还有活动空间的断层。

活动断层的特征有哪些：（1）断层穿过新沉积物。如：上新世纪土层是深红色粘土、早更新世纪土层是棕红色粘土、中更新世纪土层是红色粘土，晚更新世纪土层是黄土，山西大同的火山群内成阶梯状活动的断层就将各个时期的土层明显断开。（2）特殊地貌。如：陡坎山的山脚常常呈现狭长条状的洼地或沼泽；沿着断层带常有泉水涌出，或成温泉；由断层两侧地下水位的变化引起的地表植被差异。（3）地震。活动断层附近的经常可以记录到小震，断层附近生活居民常常感到震感。（4）建筑变形。断层地带的地基常常会发生倾斜或者错开，造成地表建筑物扭曲变形。

活动断层的活动特征实际是断层的形态的一种，是断层更加精细的一类特征。高精确度的物探方法能很精确地勾画出地层分布。核辐射异常与新构造断裂活动联系十分密切。在活断层探测中，不同的物探方法作用不同，根据其作用可以分为前期区域探测方法和详细探测方法。前期区域探测方法包括重磁、电发、遥感；详细探测方法包括浅层地震方法、电磁法、井中地球物理方法。

目前活断层探测中最为有效的探测方法是浅层高分辨地震勘探，它可以准确辨别出断层的位置、几何形态、断层活动、断层带宽度，对了解地质构造活动的历史，研究地震发生的可能性作用巨大。城市地区浅层地震勘探要受到交通机械振动的干扰影响其勘探效果，因此必须采取切实可行的措施，通过合理选择震源、合理制定技术方案、合理采取技术手段，最大可能排除干扰，提高信噪比。目前高质量浅层地震勘探可以提供2-3米水平分辨率，深度在10%的垂直分辨率。

地质雷达在探测断层的形态特征和埋藏深度上具有较高的分辨率。但是，与此相对，地质雷达的探测深度很有限，仅仅能探测到近地表30米，地质雷达的电磁波受空间电磁干扰后，会影响分析结果。综合地球物探方法在探测城市中活动断层中重要的作用知，物探方法提供活动断层的具体空间位置，推测活动断层可靠性数据。长期以来，地球物理勘探方法解释活断层方面发挥了非常重要的作用，受到了地球物理学家和地质学家的重视。如：在城市地震活断层调查中，地震反射资料、折射资料可是不同介质特性的综合解释，又如：电法勘探、地震勘探和磁法勘探等资料的综合解释。往往通过利用两种以上的探测方法，使得到结果相互印证、相互补充，准确分析断层和风化带，确定断层和风化带的位置或者大致分部范围。在不同地区，各种地球物理方法反映的地下情况也不尽相同，反映的活断层情况也不尽相同。电磁法、地质雷达、高密度电法、井间层析成像等等这些方法都是研究近地表活动规律、断层形态特征的重要方法；深部地震、大地电磁等方法就一般适用于研究活动断层的内部、深部规律；而地质雷达、发射性方法就可以研究断层活动性。

总之，这些不同的方法在研究地球物理性方面非常重要，要注意区分各种方法的重点并结合使用。活断层探测及评价是一项难度比较大的综合型研究课题，它涉及地球物理、地质外貌、断层活动期、地震活动、甚至岩石年龄测定等学科综合研究分析，只有各个方面综合分析、综合评定，才能最终得出有关活断层探测的正确结论。

现今，活断层研究的方法主要有以下集中：（1）地形地貌法：该法是利用活动断层在地表地形、水系等方面的特征显示进行推测。活断层形成的大地貌是丰富多样的，表现各不相同：高山峻岭、平原洼地等。正断层地貌表现会是断层陡坎、伴生的地坠洼地。（2）地质观察法：观测断层在某一期运动或重复运动的特征，并分析断层空间分布与相互关系，进而推断断层活动性。（3）年代测定：在进行活断层评价时，年代测定至关重要且方法多样。当前经常使用的测年方法主要有TL和ESR。采用TL和ESR法测定断层破碎带内断层活动停止后所填充的方解石等形成的年代，用来估计方解石形成之前断层活动大致年代。随着电子信息技术的发展和计算机技术的迅猛发展，问题是一直存在的，但物探技术不断成熟、不断进步。随着新理论、新方法、新仪器的运用推广，现代地球物探技术发展趋势必将朝更加广阔的方向迈进。

三、结语

活断层评价其实是一个很困难的活动，城市是一个人口、建筑密集的公共场合，自然干扰因素就多，比如，工业生产、公共设施、公共交通、人民生活等。排除烦扰是必须的而且使困难的不容易达成的。再者，这项评价工作也是一个全新的工作，没有范式成规可以模仿，国外先进的发达国家目前也正处于实践摸索中。总而言之，第四世纪沉积覆盖的平原城市进行活断层探测比较困难，这些地区没有直观的地质露头，难以确定断层。干扰源那么多，完全排除根本就是不太可能实现的。探测活断层时，不同地球物理方法效果不同。评价活断层活动时，结合各种学科，综合分析、综合评价。用物探方法探测活断层活动时，要首先对传统的技术方法改进调整，探测抗干扰性和准确性。然后，针对城市地区各自不同的特点，运用多种有效方法综合分析、综合评定后，得出最准确的活断层分布图像和地下介质结构结论。

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作者简介：马洪武（1980-），男，工程师，现在黑龙江省煤田地质物测队工作。