地質(zhì)雷達(dá)在恒山南北麓次級(jí)隱伏斷層探測中的應(yīng)用★

梁瑞平 任瑞國 李文元

(1.忻州市建筑工程消防安全技術(shù)服務(wù)中心，山西 忻州 034000; 2.山西省地震局，山西 太原 030002; 3.忻州市防震減災(zāi)中心，山西 忻州 034000)

1 概述

作為一種地球物理探測方法，地質(zhì)雷達(dá)探測具有操作性強(qiáng)、分辨率高、探測深度深、對地表環(huán)境無破壞和可重復(fù)探測等特點(diǎn),在隱伏斷層探測中具有很大的優(yōu)勢[1]。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對恒山南、北麓隱伏斷層進(jìn)行了探測，為活斷層位置、活動(dòng)性參數(shù)研究提供數(shù)據(jù)及方法支持，為斷層危險(xiǎn)性評價(jià)提供基礎(chǔ)性資料。

2 場地環(huán)境

前人研究恒山南、北麓皆為地震危險(xiǎn)性較大的全新世活動(dòng)斷裂[2]，為研究其是否存在次級(jí)斷裂在恒山南、北麓山前各有一個(gè)探測場地(見圖1)，都位于山前沖洪積扇上，主要地層為不連續(xù)的砂礫石層夾砂層透鏡體等。共布設(shè)3條地質(zhì)雷達(dá)測線，其中，在恒山南麓山前場地，布設(shè)2條地質(zhì)雷達(dá)測線(見圖2)；在恒山北麓山前，布設(shè)1條地質(zhì)雷達(dá)測線(見圖3)。

恒山南麓山前隱伏斷裂勘探場地位于山西省忻州市代縣下官院村北西(中心坐標(biāo)：E112.802°/N39.068°)，所處地貌類型屬于恒山南麓山前沖洪積扇(見圖2)。地形北西高、東南低，高程在1 065 m～1 100 m之間。沖洪積扇的主要組成物質(zhì)是砂礫石層，上覆薄層黃土狀土，標(biāo)志層連續(xù)性差。在該場地布設(shè)了2條地質(zhì)雷達(dá)測線，編號(hào)分別為p-521-1和p-521-2(見圖2)。測線p-521-1由北西往南東，沿途人造梯田陡坎、叢草發(fā)育。在測線后半段先遇到高壓線塔，之后遠(yuǎn)離。測線p-521-2由北西往南東，沿鄉(xiāng)道測量，2 m范圍內(nèi)有平行的干旱水溝，同時(shí)沿途15 m范圍內(nèi)有近平行的普通家用電線。

恒山北麓山前隱伏斷裂勘探場地位于山西省朔州市山陰縣辛立莊村南(中心坐標(biāo)：E112.694°/N39.178°)，所處地貌類型屬于恒山北麓山前沖洪積扇(見圖3)。場地范圍內(nèi)有高度約2 m的樹林，地形總體呈東南高、西北低，高程在1 030 m～1 200 m之間。沖洪積扇主要是砂礫石層。在該場地，布設(shè)了一條地質(zhì)雷達(dá)測線，編號(hào)為p-521-3(見圖3)。測線p-521-3由北往南，沿途15 m范圍內(nèi)有近平行的家用電線。測區(qū)范圍內(nèi)的高壓線和普通家用電線會(huì)是重要的外界干擾；洪積扇上地層連續(xù)性差，也會(huì)嚴(yán)重干擾構(gòu)造的識(shí)別。

3 現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)勘探及數(shù)據(jù)采集

本次探測時(shí)選用25 MHz的RTA天線和點(diǎn)測方式，疊加128次，采樣間隔為0.5 m。采樣頻率設(shè)置為423 MHz，時(shí)間窗為681 ns。各測線詳細(xì)信息見表1。

表1 測線信息

4 數(shù)據(jù)處理與分析解釋

數(shù)據(jù)處理采用地質(zhì)雷達(dá)Reflexw軟件，主要的濾波方法包括去直漂移、移動(dòng)開始時(shí)間、能量衰減增益、背景去除、巴特沃斯帶通濾波、滑動(dòng)平均、地形矯正等。在探測區(qū)內(nèi)的洪積扇地層中，地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)的傳播速度近似為0.1 m/ns。

圖4為測線p-521-1的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上，可清楚地識(shí)別出測線范圍內(nèi)的高壓線及普通電線等干擾信號(hào)。同時(shí)，在洪積扇面上的地形陡坎，也造成地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)不穩(wěn)。在測線0 m～160 m的范圍內(nèi)，地下10 m內(nèi)的地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)都很清楚。而在測線160 m～430 m的范圍內(nèi)，只在地下約5 m內(nèi)有清楚的地質(zhì)雷達(dá)反射信號(hào)。因此，認(rèn)為測線160 m處，5 m以下的地層巖性存在差異，可能是斷層的活動(dòng)造成了這種差異。推測測線范圍內(nèi)的疑似活動(dòng)斷層位于測線160 m處。

圖5為測線p-521-2的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。在該反射剖面上，電線是重要的干擾信號(hào)。同時(shí)地面起伏，造成地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)不穩(wěn)。在測線0 m～200 m，深度在10 m范圍內(nèi)反射信號(hào)清晰，深度大于10 m以后，反射信號(hào)變?nèi)?。而測線200 m～290 m，在深度30 m范圍內(nèi)的反射信號(hào)都相對強(qiáng)烈。同時(shí)，在測線200 m位置的兩側(cè)，地表10 m 范圍內(nèi)的反射層由水平變傾斜。而且測線在200 m處，在10 m深處的連續(xù)的反射層也不再連續(xù)。據(jù)此推測，在測線200 m處可能為活動(dòng)斷層的位置。

圖6為測線p-521-3的地質(zhì)雷達(dá)反射疊加剖面及解釋圖。沿著測線的一條平行的家用電線，是主要的異常信號(hào)源，在地質(zhì)雷達(dá)反射剖面上6 m～10 m深的位置形成一條連續(xù)的異常信號(hào)。在測線155 m～300 m，深度為10 m范圍內(nèi)的反射層與地表測線近平行；而在測線0 m～155 m，深度為10 m范圍內(nèi)的反射信號(hào)呈楔形，似同沉積構(gòu)造?？赡苁菙鄬拥幕顒?dòng)造成在0 m～155 m范圍內(nèi)形成同沉積構(gòu)造。因此推測，活動(dòng)斷層的位置在155 m處。

5 討論及結(jié)論

5.1 方法可靠性驗(yàn)證

為驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)方法的有效性，在恒山北麓探測區(qū)布設(shè)天然源音頻大地電磁法(AMT)進(jìn)行驗(yàn)證，測線總長1 700 m，采用加拿大PHOENIX公司生產(chǎn)的V5-2000大地電磁儀器開展工作，工作最小頻率為1 Hz，最高頻率10 400 Hz。探測成果圖見圖7。該斷裂位置和地質(zhì)雷達(dá)探測位置吻合，驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)在山前斷裂探測中可推廣應(yīng)用。

5.2 恒山南、北麓斷裂活動(dòng)性

本次通過對恒山南、北麓斷裂3條地質(zhì)雷達(dá)測線，共獲得3條有效地質(zhì)雷達(dá)探測反射剖面，根據(jù)雷達(dá)反射剖面的形態(tài)特征以及測線范圍之內(nèi)的地質(zhì)調(diào)查等，共探測出3個(gè)活動(dòng)斷層點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)同其他物探手段一樣，其結(jié)果有多解性[3]，由于采用的是非屏蔽天線、測線附近的很多地物，如高壓線、普通家用電線、樹木、車輛等都會(huì)對地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行干擾，建議采取鉆探或者槽探等地質(zhì)手段進(jìn)行復(fù)查、驗(yàn)證工作。