利用地震反射剖面探测研究安丘-莒县断裂板泉段的浅部构造特征

秦晶晶 刘保金 王志才 酆少英 邓小娟 花鑫升 李 倩

1)中国地震局地球物理勘探中心，郑州 450002

2)山东省地震局，济南 250014

0 引言

图 1 研究区的地质构造和地震测线的位置Fig. 1 Sketch map of geological structure and the location of seismic survey lines.F1昌邑-大店断裂； F2白芬子-浮来山断裂； F3沂水-汤头断裂； F4鄌郚-葛沟断裂； F5安丘-莒县断裂(F5-1安丘-莒县断裂东支； F5-2安丘-莒县断裂西支)； F6铜冶店-孙祖断裂； F7新泰-蒙阴断裂； F8蒙山山前断裂； F9汶泗断裂；F10相邸-高阁庄断裂； F11莒南断裂

1 地质构造概况

安丘-莒县断裂活动具有多期性、复杂性以及分段性的特点，在不同区段上表现出不同特征的构造样式，其形成演化历史复杂，发育多期次张、压、扭、滑等各种构造形变迹象，不能局限于用一次断裂活动来解释如此复杂的构造现象(万天丰，1995； 侯建华等，2015)。多数研究者认为，该地震断层并非一条完整的断裂，而是由多条数千米长的次级断裂右阶斜列组成，第四纪以来受到右旋走滑运动造成的不同地段的差异升降作用，形成了沿断裂断续分布的一系列拉分断陷盆地，如莒县盆地、临沂盆地、板泉盆地及郯城盆地等(满洪敏，2005)。各次级断裂间的错列距离不大，一般为数百米至约1km，但在左山与腾马-中华山之间的错列距离达到最大，约5km，呈反“S”形态，发育着一个第四纪晚期以来的断陷拉分盆地(板泉盆地)。该盆地南北长23km，东西宽5～8km，盆地内松散沉积物一般厚20～30m，最厚达140m(李家灵等，1994b； 晁洪太等，1997)。

2 地震剖面的位置及工作方法

为获得目标区内安丘-莒县断裂的准确位置、上断点埋深及活动性等特征，我们在山东省临沂市东侧的板泉镇附近完成了SSRP-1和SSRP-22条浅层地震反射测线(图 1)。其中，SSRP-1测线沿着S342省道由东向西布设，东端起于板泉后东村附近，途经板泉西庄村、大王刘庄村、王家戈、后洪瑞村等，西端止于汤大线附近，测线长10.2km； SSRP-2测线沿着龙窝小学南门乡路由西向东布设，西端起于龙窝村南乡路西尽头，途经龙窝村、新殷庄社区、陈家屯，东端止于武阳街村附近，测线长3.3km。

浅层人工地震探测采用纵波反射波共中心点(CMP)多次覆盖技术实现，该方法可有效提高地震勘探资料的信噪比，在近地表结构分层和隐伏构造(如褶皱、断裂等)成像等方面具有一定的优势，是目前开展活动断裂探测的主要方法。本次反射地震数据采集采用道间距2m、炮间距10m、300道接收、30次覆盖、单边激发的观测系统。地震波激发使用M18/612型可控震源，采用连续变频扫描方式，扫描长度12s，扫描频带20～160Hz，为有效压制地震记录中的干扰、提高野外原始记录的信噪比，在每个震源激发点处进行了12～16次垂直叠加。地震数据采集使用了具有强抗干扰能力的法国Sercel公司生产的428XL数字地震仪及60Hz固定频率的检波器，为了提高检波器的灵敏度，在每个接收点上采用组合方式为3只/串的检波器接收地震波，采样间隔为0.5ms，记录长度为2s。

根据所获得的野外原始记录的特点，着重从提高资料信噪比和分辨率2方面考虑，在保证原始记录具有高信噪比的前提下尽量提高地震记录的垂向分辨率。数据处理流程和模块主要包括： 初至折射静校正、能量均衡、时变带通滤波、自适应随机噪声压制、二维倾角滤波、预测反褶积、常速度扫描、速度谱分析、正常时差校正(NMO)、地表一致性剩余静校正、倾角时差校正(DMO)、共中心点叠加、叠后剖面去噪、叠后时间偏移和时-深转换等。本次浅层地震剖面中的地层构造变化较大，文中采用倾角时差校正(DMO)技术和有限差分偏移方法对其进行了数据处理： DMO技术可改善复杂构造因存在倾角时差而影响叠加剖面质量的问题； 有限差分偏移技术可使绕射波得到收敛，将反射波或绕射波归位到其真正的地下位置，从而展现地下界面和地质构造的真实形态。此外，为了计算剖面上不同界面反射波的埋深，文中利用数据处理时求取的反射波叠加速度，通过速度平滑、不同界面反射波的双程垂直到时并参考该区的地质钻孔资料，根据DIX公式计算得到剖面沿线的平均速度分布，以此作为时-深转换的速度依据，从而获得浅层反射测线的叠后深度剖面(图2b，3b)。采用上述数据处理流程和方法获得了高质量的浅层地震反射剖面和深度剖面图像，为分析研究该区的近地表结构和断裂活动性特征提供了可靠依据。

图 2 SSRP-1浅层地震测线反射波叠加时间剖面(a)及其深度解释剖面(b)Fig. 2 Stacked time section(a)and depth interpretation(b)of the shallow seismic survey line SSRP-1.

3 地震反射剖面揭示的近地表构造特征

图 2 给出了SSRP-1测线的反射波叠加时间剖面和深度解释剖面，布设该测线主要是为了获得郯庐断裂带东地堑的地下构造特征。图 3 给出了SSRP-2测线(跨断裂F5-1)的反射波叠加时间剖面和深度解释剖面，布设此测线主要是为了探测安丘-莒县断裂的结构特征。由图 2 和图 3 可以看出，2条测线的反射波叠加时间剖面均具有较高的信噪比，剖面反射震相丰富，反射波能量较强，在600ms以浅可识别出多组强反射同相轴。下文将根据剖面反射波组特征，对郯庐断裂带东地堑的近地表结构及安丘-莒县断裂的构造特征进行概述。

图 3 SSRP-2浅层地震测线反射波叠加时间剖面(a)及其深度解释剖面(b)Fig. 3 Stacked time section(a)and depth interpretation(b)of shallow seismic survey line SSRP-2.

3.1 郯庐断裂带东地堑的近地表结构特征

3.2 安丘-莒县断裂的构造特征

SSRP-1、SSRP-2测线的浅层反射波叠加时间剖面显示(图 2，3)，在2条测线上均能清楚地看到安丘-莒县断裂，断裂的错断特征明显。以安丘-莒县断裂(断裂FP5、FP7)为界，断裂两侧呈现出截然不同的地层结构，在断裂西侧可识别出多组反射能量较强、连续性较好的地层反射，且发育较厚的、成层性较好的沉积层，地层界面反射向E倾斜； 而断裂东侧为一隆起区，地层界面向上抬升，在剖面浅部仅可识别出1或2套物性差异较明显的地层反射界面，以深的基岩地层已无法识别。

图 2 和图 3 揭示的安丘-莒县断裂的主断裂(断裂FP5、FP7)均表现为向W倾的正断层，在主断裂的下降盘存在着1条反倾向的次级断裂，依次标记为FP5.1和FP7.1，与主断裂呈“Y”形组合发育，在地层深处与主断裂合并为1条断裂。从图2b 和图3b 深度剖面可得，2条主断裂可分辨的上断点埋深依次为22m和17m。在SSRP-2浅层反射地震剖面的东侧，剖面还揭示了1条向W倾的正断层(断裂FP8)，该断裂应属于郯庐断裂带的东支——昌邑-大店断裂，其可分辨的上断点埋深为33m。

表 1 断点参数一览表Table1 Table of breakpoint parameters

3.3 断裂活动性及其与地震活动的关系

2条浅层地震剖面所揭示的安丘-莒县断裂在剖面浅部由2条高倾角断层面组成，在剖面深部合并为1条断裂，且该断裂规模较大、切割深度较深，以安丘-莒县断裂为界，两侧地层表现出明显不同的构造特征，安丘-莒县断裂控制了新生代地层的沉积。根据地震反射剖面揭示的断裂上断点埋深可得，安丘-莒县断裂可分辨的上断点位于17～22m的深度范围内。考虑到受地震勘探分辨率的限制，由地震剖面确定的断层上断点埋深通常大于断层实际的上断点埋深。何宏林等(2004)、山东省地震工程研究院①等综合野外地质调查、高密度电法和钻孔联合剖面等手段对安丘-莒县断裂F5开展了相关研究，认为在莒县盆地以南的孟堰段和板泉镇楼里村等探测区段内安丘-莒县断裂的最新活动时代为全新世时期。

分析图 2 和图 3 所示的浅层地震反射剖面发现： 安丘-莒县断裂是一条规模较大、切割深度较深的活动断裂，其活动方式复杂，除主干断裂外还发育有反向的次级断裂。安丘-莒县断裂的构造活动对第四纪以来的地层沉积具有重要的控制作用，也间接地表明了其第四纪以来强烈的新活动性。鉴于安丘-莒县断裂的形成机制，一些研究者持有不同观点： 晁洪太等(1995)和满洪敏(2005)认为F5断裂为第四纪新生的断裂； 高维明等(1988)和刘备等(2015)认为F5断裂为依附在昌邑-大店断裂(F1)和白芬子-浮来山断裂(F2)老断裂上的同向或反向正断层的复活； 也有研究认为F5断裂的北段为昌邑-大店断裂(F1)的主断面或分支断裂，F5断裂的南段则为与白芬子-浮来山断裂(F2)平行的分支断裂(国家地震局地质研究所，1987)。图 2 揭示的安丘-莒县断裂FP5的空间展布位置(图 1 中标注的五角星位置)与东地堑东边界先存断裂昌邑-大店断裂(F1)位置较为接近，且断裂的产状与F1断裂相吻合，均为向W倾的正断性质。根据两者在空间上的位置关系以及产状的吻合度分析认为，断裂F5并不是第四纪期间的新生断层，可能是早期依附在昌邑-大店断裂(F1)附近的次级断裂，长期的走滑、拉张和挤压过程导致该次级断裂复活并向上扩展，在深度可能合并到昌邑-大店(F1)主断裂上。

4 结论

本研究采用浅层地震反射波探测方法，获得了郯庐断裂带东地堑的近地表构造形态和安丘-莒县断裂的性质、位置和空间展布等特征。同时，结合研究区钻孔联合剖面资料和已有研究成果，对安丘-莒县断裂的活动性及其与地震活动的关系进行了分析讨论，这为进一步分析研究郯庐断裂带板泉段的断裂活动特征提供了地震学证据。

在地震反射剖面700ms以浅可识别出多组强反射同相轴，为中生代—第四纪沉积地层界面。剖面Tg反射波为中生代内部一个重要的物性差异分界面，与上覆地层呈不整合接触。郯庐断裂带东地堑的西边界——白芬子-浮来山断裂(F2)活动性较弱，错断了基岩地层的顶界面，未波及到剖面上部的第四纪地层，推断其为前第四纪断裂； 东边界昌邑-大店断裂(F1)错断了基岩顶界面，并向上延伸至第四纪地层内部，据断裂可分辨的上断点埋深推测，其活动时代为晚更新世时期。安丘-莒县断裂是研究区内活动时代最新的一条断裂，由2条相向而倾的断层构成，在地层深处合并为1条断裂，为全新世活动断裂。

致谢本项目的浅层地震数据采集由中国地震局地球物理勘探中心20余名技术人员共同完成； 野外探测工作得到了山东省地震局领导和专家们的大力支持与协助； 审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见和建议。在此一并表示感谢！