地质雷达在恒山南北麓次级隐伏断层探测中的应用★

梁瑞平 任瑞国 李文元

(1.忻州市建筑工程消防安全技术服务中心，山西 忻州 034000; 2.山西省地震局，山西 太原 030002; 3.忻州市防震减灾中心，山西 忻州 034000)

1 概述

作为一种地球物理探测方法，地质雷达探测具有操作性强、分辨率高、探测深度深、对地表环境无破坏和可重复探测等特点,在隐伏断层探测中具有很大的优势[1]。应用地质雷达对恒山南、北麓隐伏断层进行了探测，为活断层位置、活动性参数研究提供数据及方法支持，为断层危险性评价提供基础性资料。

2 场地环境

前人研究恒山南、北麓皆为地震危险性较大的全新世活动断裂[2]，为研究其是否存在次级断裂在恒山南、北麓山前各有一个探测场地(见图1)，都位于山前冲洪积扇上，主要地层为不连续的砂砾石层夹砂层透镜体等。共布设3条地质雷达测线，其中，在恒山南麓山前场地，布设2条地质雷达测线(见图2)；在恒山北麓山前，布设1条地质雷达测线(见图3)。

恒山南麓山前隐伏断裂勘探场地位于山西省忻州市代县下官院村北西(中心坐标：E112.802°/N39.068°)，所处地貌类型属于恒山南麓山前冲洪积扇(见图2)。地形北西高、东南低，高程在1 065 m～1 100 m之间。冲洪积扇的主要组成物质是砂砾石层，上覆薄层黄土状土，标志层连续性差。在该场地布设了2条地质雷达测线，编号分别为p-521-1和p-521-2(见图2)。测线p-521-1由北西往南东，沿途人造梯田陡坎、丛草发育。在测线后半段先遇到高压线塔，之后远离。测线p-521-2由北西往南东，沿乡道测量，2 m范围内有平行的干旱水沟，同时沿途15 m范围内有近平行的普通家用电线。

恒山北麓山前隐伏断裂勘探场地位于山西省朔州市山阴县辛立庄村南(中心坐标：E112.694°/N39.178°)，所处地貌类型属于恒山北麓山前冲洪积扇(见图3)。场地范围内有高度约2 m的树林，地形总体呈东南高、西北低，高程在1 030 m～1 200 m之间。冲洪积扇主要是砂砾石层。在该场地，布设了一条地质雷达测线，编号为p-521-3(见图3)。测线p-521-3由北往南，沿途15 m范围内有近平行的家用电线。测区范围内的高压线和普通家用电线会是重要的外界干扰；洪积扇上地层连续性差，也会严重干扰构造的识别。

3 现场地质雷达勘探及数据采集

本次探测时选用25 MHz的RTA天线和点测方式，叠加128次，采样间隔为0.5 m。采样频率设置为423 MHz，时间窗为681 ns。各测线详细信息见表1。

表1 测线信息

4 数据处理与分析解释

数据处理采用地质雷达Reflexw软件，主要的滤波方法包括去直漂移、移动开始时间、能量衰减增益、背景去除、巴特沃斯带通滤波、滑动平均、地形矫正等。在探测区内的洪积扇地层中，地质雷达信号的传播速度近似为0.1 m/ns。

图4为测线p-521-1的地质雷达反射叠加剖面及解释图。在地质雷达反射剖面上，可清楚地识别出测线范围内的高压线及普通电线等干扰信号。同时，在洪积扇面上的地形陡坎，也造成地质雷达反射信号不稳。在测线0 m～160 m的范围内，地下10 m内的地质雷达反射信号都很清楚。而在测线160 m～430 m的范围内，只在地下约5 m内有清楚的地质雷达反射信号。因此，认为测线160 m处，5 m以下的地层岩性存在差异，可能是断层的活动造成了这种差异。推测测线范围内的疑似活动断层位于测线160 m处。

图5为测线p-521-2的地质雷达反射叠加剖面及解释图。在该反射剖面上，电线是重要的干扰信号。同时地面起伏，造成地质雷达信号不稳。在测线0 m～200 m，深度在10 m范围内反射信号清晰，深度大于10 m以后，反射信号变弱。而测线200 m～290 m，在深度30 m范围内的反射信号都相对强烈。同时，在测线200 m位置的两侧，地表10 m 范围内的反射层由水平变倾斜。而且测线在200 m处，在10 m深处的连续的反射层也不再连续。据此推测，在测线200 m处可能为活动断层的位置。

图6为测线p-521-3的地质雷达反射叠加剖面及解释图。沿着测线的一条平行的家用电线，是主要的异常信号源，在地质雷达反射剖面上6 m～10 m深的位置形成一条连续的异常信号。在测线155 m～300 m，深度为10 m范围内的反射层与地表测线近平行；而在测线0 m～155 m，深度为10 m范围内的反射信号呈楔形，似同沉积构造。可能是断层的活动造成在0 m～155 m范围内形成同沉积构造。因此推测，活动断层的位置在155 m处。

5 讨论及结论

5.1 方法可靠性验证

为验证地质雷达方法的有效性，在恒山北麓探测区布设天然源音频大地电磁法(AMT)进行验证，测线总长1 700 m，采用加拿大PHOENIX公司生产的V5-2000大地电磁仪器开展工作，工作最小频率为1 Hz，最高频率10 400 Hz。探测成果图见图7。该断裂位置和地质雷达探测位置吻合，验证地质雷达在山前断裂探测中可推广应用。

5.2 恒山南、北麓断裂活动性

本次通过对恒山南、北麓断裂3条地质雷达测线，共获得3条有效地质雷达探测反射剖面，根据雷达反射剖面的形态特征以及测线范围之内的地质调查等，共探测出3个活动断层点。地质雷达同其他物探手段一样，其结果有多解性[3]，由于采用的是非屏蔽天线、测线附近的很多地物，如高压线、普通家用电线、树木、车辆等都会对地质雷达信号进行干扰，建议采取钻探或者槽探等地质手段进行复查、验证工作。