浅层地震和高密度电法在走滑断层探测中的应用

2017-03-27刘福兴刘璐刘佳林吴孔兵

西部资源 2017年1期

刘福兴　刘璐　刘佳林　吴孔兵

摘要：浅层地震和高密度电法是探测断层常用的两种地球物理方法。本文利用浅层地震和高密度电法方法联合对安丘—莒县断裂进行探测，探测结果即得到相互印证，又各有所长。在隐伏走滑断层探测中，浅层地震在断层面或破碎带边界定位方面更具有优势；高密度电法在断层破碎带识别、破碎带顶面（上断点）埋深确定方面更具有优势。

关键词：浅层地震；高密度电法；走滑断层；断层勘查

在隐伏走滑断层探测中，浅层地震和高密度电法是比较常用的两种地球物理探测方法，两者的探测的物性参数不尽相同。实际工作中，利用两种方法组合，发挥各自的优势和特长，以达到更好的探测效果。

1. 浅层地震和高密度电法探测原理

1.1 浅层地震反射波法

人工激发地震波向地下传播过程中，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射。由于地震波在介质中传播时，其传播路径、振动强度和波形将随所通过的介质的结构和弹性性质的不同而变化，掌握了这些变化规律，根据接收到的地震波旅行时间和速度资料，通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态，判断隐伏构造的分布、产状、规模等[1]。浅层地震反射法可以提供断层的位置、几何形态、断层带宽度、断层活动和地层变形时代等有关参数，对了解构造活动历史，研究强震发生的可能性等具有重要作用[2-3]。断层识别标志主要有：反射波同相轴发生错动；反射波同相轴数目突然增减或消失、波组间突然变化；反射波组发生明显的强相位转换或扭折等[4]。

1.2 高密度电法

高密度电法是在常规电阻率法理论基础上的重大技术改进，野外测量时采用高密度布点，将全部（几十至上百根）电极布置在剖面上，利用仪器和软件控制，实现数据的快速和自动采集，进行二维地电断面测量。通过断层破碎带与两侧地层的电阻率差异或断层两侧电阻率差异可识别断层[5]。

2浅层地震和高密度电法应用实例

2.1 测区概况

测区位于山东省昌邑市朱里镇，测线横跨安丘—莒县断裂，位置见图1。安丘—莒县断裂为郯庐断裂带东地堑内的断裂，第四纪以右旋走滑兼有逆冲活动为主要特征，对现代地震活动有明显控制作用[6]。

测区内朱里镇以南，断裂断续出露地表；朱里镇以北断裂隐伏于第四系之下。断裂在地貌上有明显表现，西高东低，断裂西侧为最低一级夷平面，出露白垩纪火山碎屑岩、粉砂岩等，或为第四纪黄土隆起；断裂东侧为第四纪平原，堆积了黄色细粉砂或粉质粘土。

安丘—莒县断裂经历了多期剧烈活动，形成了宽达几十米到几百米的断裂破碎带。图2为测线西南约3km处（图1中三角形标记处）断裂出露照片，断裂由多条断层及断裂破碎带组成。

2.2 数据采集

浅层地震勘探采用吉林大学骄鹏物探仪器公司研制生产SE2404EI型综合工程探测仪，道间距4m，震源点距4m，48道检波器接收，采集时从排列开始端逐个震源点激发，待48个激发点之后，排列的1-24道向前滚动24道距，然后再逐点激发48个震源点，依次滚动，共计激发接收5个排列段，排列总长度576m。图3为一个排列段采集的炮集记录。

高密度电法探测采用吉林大学骄鹏物探仪器公司研制生产的E60M高密度电法工作站。采用温纳装置，电极距5m，电极数位64根，每次测量后向前滚动8个电极，共计采集6个排列段，排列总长度520m。

2.3 数据处理及解释

淺层地震采集数据主要包括切除、带通滤波等常规预处理、速度分析及动校正处理、剩余静校正处理、叠加、时深转换等。本次数据采集采用了VISTA软件进行了精细处理。

高密度电法的数据处理包括数据格式转换、突变点剔除、数据平滑、数据拼接、地质参数求取、地形校正、反演计算等。其中，反演计算是数据处理的最关键的步骤，数据的二维反演计算主要基于圆滑约束的最小二乘法。本次数据处理采用了2D电阻率反演软件Res2dinv。

通过综合分析浅层地震、高密度电法的勘探数据，结合地质调查资料，得出了浅层地震和高密度电法处理成果及断裂解释图（图4）。第四系覆盖物土层主要为粉细砂、粉质粘土，下部局部为乱砾石层，视电阻率主要集中在10Ω·m～25Ω·m范围。下伏基岩为白垩系火山碎屑岩，视电阻率主要集中在30Ω·m～45Ω·m范围。浅层地震反射波剖面图中T1反射界面为基岩面的响应，埋深约30m～40m。

浅层地震反射波剖面图（图4-a）中，可识别的断层大致有7条，分别为f1-f7。f1、f2、f4断层表现为反射波同相轴数量突然减少或增加，f3断层表现为反射波同相轴发生明显的强相位扭折，f5、f6、f7断层表现为反射波同相轴错动或波组突然变化。

高密电法视电阻率反演等值线图（图4-b）中，可识别出3条断裂带，分别为F1-F3。这三条断裂带表现为明显的低阻带，视电阻率范围为5Ω·m～12Ω·m。

从浅层地震和高密度电法处理成果及断裂解释图（图4）中，可以看出，浅层地震勘探结果与高密度电法勘探的结果可以相互印证。f2、f3在测线位置上与破碎带F1对应，推测为F1的边界断层；f4、f5在测线位置上与F2对应，推测为F2的边界断层；f6、f7在位置上与F3对应，推测分别为F3的边界断层和内部断层。f2与f3之间、f4与f5之间、f6与f7之间的反射波同相轴连续性相对较差或不平稳，推测为断层破碎带的响应。

浅层地震与高密度电法联合探测，揭示了测线位置处安丘—莒县断裂由多条断层及断层破碎带构成，与测线位置西南约3km处的地表出露的断裂特点相一致。

2.4探测效果分析

（1）断层识别

浅层地震反射波法探测的是地层或构造界面的反射波，根据反射波同相轴的变化来识别断层。浅层地震反射波时间剖面图中，走滑断层的断层面或断层破碎带的边界断面较易识别；在有其他资料印证时，也可识别断层破碎带。

高密度电法探测的地层的电阻率，根据断层破碎带与围岩的电阻率差异来识别断层（断层破碎带）。高密度电法视电阻率反演等值线图中，走滑断层的断层破碎带较易识别，特殊条件（断层两盘电阻率差异明显时）可识别断层面。

（2）定位精度

在浅层地震反射波时间剖面上，可直接确定断层面在测线上的位置，其定位精度，通常由菲涅尔带的大小表示[7]。以本次工作为例，基岩面深度30m～40m，上覆地层波速900m/s，信号主频45Hz，菲涅尔半径约为17m。实际上，在经偏移处理后，定位精度会大大提高，不再受限于菲涅尔半径的大小，理论上最大定位精度为道间距的一般。如图4-b中f1断层，断层面两侧反射波同相轴变化显著，其定位精度约为4m。

在高密度电法视电阻率等值线图中，可确定走滑断层破碎带中心带在测线上的位置。对于走滑断层破碎带的边界位置，则难以准确确定。

（3）纵向分辨率

纵向分辨率，对于确定断层或断层破碎带的上断点埋深、最新活动时代鉴定至关重要。

浅层地震反射波时间剖面图中，一个反射波的分辨率极限是1/4波长[7-8]。当断层断距小于1/4波长时，仅凭地震勘探资料是难以识别的；当断层上断点断距小于1/4波长时，则很难确定断层上断点的实际埋深。本次工作中，上覆地层的极限分辨率为5m，可识别的断层上断点最小埋深约为18m。

高密度电法的分辨率与电极距、目标体埋深、电阻率差异等有关，电极距越小、埋深越浅、电阻率差异越大，分辨率越高[9-11]。高密度电法在识别浅层—极浅层断层破碎带上断点（顶面）方面要优于浅层地震反射波法。本次工作中，F1断层破碎带顶面埋深约17m，F2断层破碎带顶面埋深约13m，F3断层破碎带顶面埋深约6m。

3结束语

工程试验表明，浅层地震反射法在走滑断层断面或破碎带边界定位方面更具有优势；高密度电法在断层破碎带识别、破碎带顶面（上断点）埋深确定方面更具有优势。浅层地震反射法与高密度电法的结合，可以相互印证和相互弥补，取得更好的勘探效果。

参考文献：

[1] 陆基孟.地震勘探原理[M].北京：石油大学出版社，1993.

[2] 崔國柱，李恩泽，曾昭发.活断层与地球物理方法[J].世界地质，2003，22（2）：185-190.

[3] 吾守艾力肉孜.城市活断层探测地球物理方法与危险性评价[J].地质学报，2010，30（2）：232-236.

[4] 董敏煜.地震勘探[M].东营：中国石油大学出版社，2000：193-196.

[5] 程志平.电法勘探教程[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[6] 王志才，贾荣光，孙昭民，等.沂沭断裂带安丘—莒县断裂安丘—朱里段几何结构与活动特征[J].地震地质，2005，27（2）：212-220.

[7] 云美厚.地震分辨率[J].勘探地球物理进展，2005，28（1）：12-18.

[8] Kallweit R S ，Wood L C .The limits of resolution of zero-phase wavelets[J].Geophysics，1982，47（7）：1035-1046.

[9] 殷勇.高密度电阻率法四极系横向分辨率探讨[J].物探化探计算技术，2010，32（3）：279-283.