淺談對城市活斷層探測的綜合物探方法

王先旺

摘 要： 城市活斷層研究對城市經濟建設具有極其重要的意義，是近年來地球物理學者關心的熱點問題。隨著地球物理勘探技術的進步，已使得人們對活斷層從定性研究向定量研究轉變。但由于活斷層時空域參數的復雜性，僅通過單一物探手段并不能解決綜合性的探測工程，那么在特定區域開展工作時就需配合不同的方法，本文介紹了地球物理勘探中的三維地震、高密度電阻率兩種方法，以揭示活斷層的地質特性和深部構造環境，提高解譯工作的準確性。

關鍵詞： 活斷層； 三維地震； 高密度電阻率法

1. 活斷層的特性

1.1 活斷層的定義。

指現今正在活動，或近期曾活動過，不久的將來可能重新活動的斷層，后者也可稱為潛在的活斷層，它是深大斷裂復活的產物。它往往是地質歷史時期產生的深大斷裂（即切穿上地殼、地殼或巖石圈的斷裂），在近晚期和現代構造應力條件下重新活動而產生的。

1.2 活斷層的繼承性和反復性。

現今發生地面斷裂破壞的地段過去曾多次發生過同樣的斷層活動，并成規律分布，巖性和地貌錯位發生，累計疊加。我國的活斷層分布，主要繼承了中生代和第三紀以來斷裂構造的格架。

1.3 活斷層的類型多種化。

根據斷層面位移矢量方向與水平面的關系，可將活斷層劃分為傾滑斷層和走滑斷層。傾滑斷層又可分為逆（沖）斷層和正斷層；而走滑斷層又可分為左旋斷層和右旋斷層；以及它們之間還有相互組合的形式出現。

受大洋與陸地板塊制約，我國東部地區以NE和NNE向的正斷層和走滑-正斷層為主，西部地區則以NW、NNW和NWW向的走滑和逆沖—走滑斷層為主。

1.4 活斷層的活動方式。

一種是間歇性地突然錯動，稱黏滑型斷層；另一種是沿斷層面兩側連續緩慢地滑動，稱糯滑型斷層。前者的圍巖強度高，斷裂帶鎖固能力強，能不斷積累應變能達到相當大的量級，危害性較大。

2. 三維地震勘探

三維地震勘探的探測深度可達幾公里，施工中對測線布置靈活性大，對于復雜地貌的城市來說，可進行靈活多樣的測線束布置工作。同時能對高密度三維地震數據體進行精細解釋，偏移歸位準確，橫向分辨率高，透視化高，有利于復雜小構造的圈定。

2.1 選擇適合勘探地區的三維觀測系統，接收和激發方式

根據勘探區地質條件和先期的試驗工作，選擇合理觀測系統，包括最佳窗口、反射面元尺寸、最大與最小偏移距、接收道數、覆蓋次數、排列方式等。接收方式選取法國428XL數字地震儀，選取合適的采樣間隔、高低通濾波、增益、檢波器等。以及試驗后得到的井深與藥量等激發參數。

2.2 野外數據采集

獲取信噪比較高的原始記錄，對后期資料處理起著基礎性作用。選取激發井深至潛水位；合適的藥量能獲得較寬的有效頻帶，封孔能有效地壓制干擾；做好檢波器的耦合工作；一般不允許空道、空炮；對偏離理論設計的炮點和檢波點要現場實測坐標；對地貌復雜線束引起的變觀要提前用軟件論證。

2.3 科學的數據處理流程與技術

在預處理完成后再進行常規處理流程，主要是進行地表一次性預測反褶積，速度分析、地表一致性剩余靜校正、NMO動校正、DMO疊加、頻域與空間域噪聲衰減、疊前時間偏移等。

資料處理時注意要盡量在疊加之前提高信噪比和分辨率；通過速度分析與剩余靜校正的迭代來提高速度與靜校的精度；在時間域偏移前插值避免產生空間假頻；通過子波反褶積和疊前反Q濾波等處理，拓寬地震波有效頻帶，提高分辨率。

2.4 資料解釋

地震資料處理完成后得到三維數據體，它包含了勘探區內豐富的數據信息，解釋工作就是把其中的數據信息提煉出所需的地質信息的過程。各地質單位對于解釋流程均大同小異，此過程中值得注意的是，應著眼于從整體到局部，由簡單向復雜的解釋原則；縱、橫時間剖面相結合，時間剖面與水平切片、沿層切片相結合，全方位反復對比；將三維可視化、地震屬性解釋和地震研究模型特征結合起來；多個數據體綜合解釋。僅舉例兩幅切片圖，可以清晰辨認出斷層。

3. 高密度電阻率法

它是一種陣列勘探方法，電極布設可一次性完成，減少了因電極設置而引起的故障和干擾；能有效進行多種電極排列方式的掃描測量，有效獲得豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息；可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態；且與其他勘探法相比較，具有成本低、自動化程度高、異常形象直觀、解釋方便等優點，故在工程勘察中得到廣泛應用。

3.1 野外工作方法技術

對斷層進行探測時，為達到對電法剖面解譯的準確性，主要應以探測的斷層電性特征及避免環境帶來的干擾因素為出發點。工作時應注意以下方面：①收集地質資料，將測線布置盡量垂直于構造走向，使探測最大程度獲得斷層的異常，實踐證明相同異常體的橫向剖面電阻率異常比縱向剖面電阻率異常幅值較為顯著。②當測線切過斷面時，高低視電阻率差異分界線即為斷層面，根據測線的方位可以推算出斷面的傾角和視傾角。但傾向方位角需通過多條平行切過斷層面的測線得出斷層走向在地表的投影，并只有在測線足夠多時才能排除斷層走向變化的干擾。③在城市鬧市區測量時，需要解決一些關鍵問題，如：盡可能增大供電電流；盡可能避開城市工業電流的干擾；解決硬化路面布極的問題。④為保證測量的精度，采用GPS定位，GPS接收機一般有10個通道，要并行跟蹤GPS衛星。

3.2 資料處理方面

3.2.1 預處理

由于地下不均勻體的存在、布設電極的接地電阻大、地質起伏及噪聲等因素的影響，會產生干擾異常。為得到真實效果，仔細對原始數據進行預處理，以達到剔除干擾異常的目的，為后續正、反演處理做準備。預處理方法包括相鄰斷面的數據拼接、剔除虛假點、插值和地形矯正。

3.2.2 正、反演處理

有限元法正演是以一種以變分原理和剖分插值為基礎的數值計算方法。用這種方法求解穩定電流場電位，首先要利用變分原理將給定邊值條件下求解電位U的微分方程問題，等價地變成求解相應的變分方程，也就是所謂泛函的極值問題；然后，離散化連續的求解區，即按一定規則將求解區域剖分為在節點處相互連接的網格單元；進而在各單元上近似地將變分方程離散化，導出以各節點電位值為變量的高階線性方程組；最后解此方程組算出各節點的電位值，得到地下空間場的分布，以表征穩定電流場的空間分布。

佐迪方法進行反演的基本思想是：首先設定模型上的層數和測深曲線上的點數相同，每層的電阻率為測深曲線上相應各點的視電阻率；每層的深度等于測深曲線上相應各點的電極距再乘以一常數。利用上述模型得到一理論測深曲線，并與野外實測曲線對比，若兩曲線同相（一般幅值會不同），調整模型各層電阻率值，再次正演計算理論曲線，直到實測曲線和模型曲線的均方根誤差達到最小，此時得到的模型就作為實測所得到的地質模型。

3.3 資料解釋與分析

應結合實際地質、地形條件采用多種方法進行解釋。通過與試驗圖像的異常特征對比進行解釋；同一剖面兩種或以上裝置的圖像對比解釋；將圖像與已知地質剖面、鉆孔資料進行對比；抽取少量幾組符合測深條件的電測深數據進行反演解釋等。

4. 總結語

我國開展城市活斷層的探測大體經歷了區域探測與初步鑒定階段、深部孕震構造探測、斷層的詳細探測與精確定位等三個階段。僅從技術角度來講，綜合地球物理勘探只是探測城市活斷層手段的組成部分之一，是非常重要的基礎性工作。綜合地球物理勘探中的各類方法有著各自的優缺點，要注意區分并綜合運用，使得到的結果相互印證相互補充，提高解釋精度。

但想要對活斷層做出全方位定量的解釋，則應綜合地質學、地殼形變等科學的探測結果。在此基礎上，對城市發震活動斷裂的地表和近地表未來時限內的累計錯動量、同震位移量、斷裂錯動對地面設施毀壞的影響帶寬度，以及發震斷裂產生的地震地表破裂帶的特性進行評估，并針對它們提出在城市經濟建設活動中的災害防治和工程對策方案，達到最大限度地減輕地震災害的目的。

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