綜合物探技術在北京山前平原隱伏斷層探測中的應用

趙 勇，王志輝，羅水余，黃力軍

（1.北京市地質調查研究院, 北京 100195；2.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000）

綜合物探技術在北京山前平原隱伏斷層探測中的應用

趙 勇1，王志輝1，羅水余2，黃力軍2

（1.北京市地質調查研究院, 北京 100195；2.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000）

復雜地質隱伏斷層探測是地球物理勘測難點之一。本文介紹了高密度電法、淺層地震反射波法、可控源音頻大地電磁測深法在北京山前平原隱伏斷層綜合探測的應用。在北京山前平原復雜地形條件下，綜合物探技術方法對隱伏斷層的探測具有可靠和成果直觀的特點。

隱伏斷層；高密度電法；淺層地震反射波法；CSAMT

0 引言

北京平原隱伏斷裂較發育，查明其空間位置，對保證城市重要建筑工程安全是十分必要的。

隱伏斷層探測難度較高，在城市開展隱伏斷層探測，地球物理探測是重要的工作方法，主要有高密度電法、淺層地震勘探、可控源音頻大地電磁測深法等可以得到較好的效果，有效性已被眾多實例所證實[1-14]。

本項研究工作區位于北京山前平原，房山區岳各莊鎮，地形較為復雜，本文通過高密度電法、淺層地震勘探與CSAMT綜合物探技術和綜合分析解釋的思路，使各方法成果相互驗證，提高物探資料解釋的精度和可靠性，從而達到探測隱伏斷層的目的。

1 探測方法技術及特點

1.1 高密度電法

高密度電法是以巖石、礦物的電性差異為基礎的一種電法勘探方法，適合于淺層/超淺層探測。該方法與淺層地震勘探相配合，可以提高淺層地震勘探在某些特殊部位解釋的可靠性。

1.2 淺層地震反射波法

淺層地震勘探是通過人工激發所產生的地震波在地殼內傳播，當遇到彈性介質不同的分界面時，在界面上引起反射，利用地震儀將反射的地震波接受并記錄下來，通過對地震反射波資料進行處理和解釋，來確定地下界面的形態和構造特征情況。

在地震反射波資料數據處理中，為了盡可能獲得最佳的疊加效果,最大限度地提高信噪比和分辨率,需做相應的處理，即預處理（剔除非相干性較強的記錄道）、提高分辨率處理、靜校正處理、速度分析、動校正拉伸的波形畸變切除、疊加、疊后去噪和偏移處理等。經處理后輸出的疊加時間剖面是地質解釋的基礎資料,它所反映的波組特征等信息是判定斷層的依據。

1.3 可控源音頻大地電磁測深法

可控源音頻大地電磁法是一種頻率域電磁測深方法。它用地面偶極子或水平線圈作為人工信號源來產生可控的電磁波信號,通過接收不同頻率的電磁波信號以達到測深的目的[15-19]。

本次勘探采用赤道偶極裝置進行測量, 計算出阻抗電阻率和阻抗相位后，聯合反演計算可控源電磁測深反演電阻率參數，利用反演電阻率進行地質推斷解釋。

2 綜合物探法參數選取和方法驗證

2.1 綜合物探方法試驗

為了確定各方法在工區的最佳采集參數，我們在工區內分別對各物探方法行了一系列的相關試驗，為后續勘察工作中參數的設置提供一定依據，以指導探測工作高效有序地進行。

(1) 高密度電法參數選擇

本次高密度電法勘查采用的是美國AGI公司生產SuperSting R8 IP 8 channel Memory Earth Resistivity and IP Meter。儀器的主要優點是靈敏度高，自動化程度高，施工方便，比常規儀器測量的數據量大和效率高。

高密度電法主要進行了以下3項試驗內容∶ ①電極距和記錄層數的選擇∶探測深度和對地層厚度分辨率與電極距、數據記錄層數密切相關，根據目標異常地質體的可能埋深、大小，擬采用3m電極距和最小9層記錄層數。②多種采集方式對比試驗∶ 同一條測線，分別采用對稱四極、三極和偶極-偶極裝置方式采集數據，處理后對比發現，對稱四極方式具有較好的分層效果，且垂直方向反映較靈敏，因此對稱四極裝置作為本次電法勘探工作的主要方法。

通過上面的試驗工作確定此次高密度電法工作的參數為∶供電電壓∶ 12V或者24V電瓶供電；裝置類型∶ AGI儀器對稱四極裝置；電極距∶3m；記錄層數∶9～16層。

(2) 淺層地震反射波法參數選擇

淺層地震勘探采用中間放炮128道接收，16次覆蓋觀測系統。

淺層地震勘探主要進行了以下試驗∶ ①震源激發效果試驗，以確定合適的激發方式和激發位置。②儀器因素，美國I/O公司 IMAGE SYSTEM遙測數字地震儀，主要是對儀器的前放增益和采樣率進行設置。③接收因素試驗，采用60Hz檢波器扎堆接收，要求插準、插直、插牢。④工區干擾源調查，用于確定干擾源，避開干擾因素，為后期濾波處理提供指導；

通過以上試驗內容確定淺層地震勘探參數如下∶ 勘探方式∶ 反射波法；震源類型∶MiniVib T15000車載可控震源；接收道數∶128道；觀測系統∶16次覆蓋； 道間距∶4m；炮間距∶16m；采樣間隔∶0.5ms；記錄長度∶ 1s；檢波器：60Hz檢波器。

(3) 可控源音頻大地電磁測深法參數選擇

本次野外工作使用美國Zonge公司生產的GDP-32Ⅱ多功能電法儀。其性能指標為工作頻率0.007～8192Hz，工作溫度-20℃～60℃，工作濕度5%～100%，時鐘穩定度＜5×10-10/24h，輸入阻抗10MΩ/DC，動態范圍190dB，最小檢測信號電壓0.03μv、相位±0.1mard（毫弧度），最大輸入信號電壓±32V，自動補償電壓±2.25V(自動)，增益1/8-65536(自動)。本次工作采用赤道偶極裝置，點距50米，供電電極距AB～1000m，測量電極距MN=50m，收發距r=5800～7300m。

3 綜合物探方法的應用

工作區為北京山前平原地帶，被第四系松散沉積物所覆蓋，下伏基巖為薊縣系霧迷山組白云巖、白堊系砂礫巖。根據區域地質資料及前人工作,結合工區地形和構造特點，由西向東布置wt3測線（綜合測線起點定于可控源測線起始位置）。wt3線綜合物探解釋結果見圖1。通過各物探成果剖面可以看出，同一測線不同物探方法成果圖上隱伏斷層均有明顯的異常顯示。

高密度電法剖面（距綜合測線起點440m）呈現鮮明的特點：淺部高阻，高阻層深度8～15m左右，中深部間有一層低阻層，深度在15m以下，地層橫向大體連續地層西高東低；在樁號150～156m處有錯斷和相對高阻通道，呈現向深部延伸的長橢圓狀低阻區(見圖1(a))，推斷為F1斷層反應。

淺層地震在測線 296～304m處（距綜合測線起點300m）時間剖面上有明顯同相軸錯斷的跡象，反射波特征清楚、波組或波系之間關系穩定(見圖1(b))，推測此處為F1斷層隱伏段經過位置。

在可控源音頻大地電磁測深斷面圖中，電阻率等值線淺部較為平緩，略向東傾斜，推測巖層界面傾向東。在斷面590～600m（點位23～24之間）處電阻率等值線明顯不連續，異常與淺層地震法、高密度電法探測的位置基本吻合。在斷面圖左側據區域地質資料綜合分析，深部應為基巖不連續界面，這與地下構造面連通情況有關，因此該處450～650m是對F1斷裂帶的反應(見圖1(c))。

同樣對F2斷層的探測，三種方法的異常反映也均較為明顯，其中淺層地震剖面與可控源斷面圖很好地驗證這一點。

通過以上綜合研究，測線595～604m為斷層F1隱伏段經過的位置，斷層埋深在9～10m，斷層傾向為南東向，傾角75°。測線740～749m處為F2斷層隱伏段經過的位置，斷層埋深12m以內。

圖 1 wt3 線綜合物探解釋結果

4 鉆孔驗證

為了驗證上述綜合物探解譯成果,在測線上布置了鉆孔ZK2、ZK3和ZK4-1，相對位置見圖1,綜合柱狀剖面圖見圖2。從圖2可知,斷層下盤的鉆孔ZK2在地下約9.1m處見基巖,斷層上盤的鉆孔ZK3在約40.6m的終孔深度內仍未見基巖,由此可知，ZK2 與ZK3之間存在一斷層。鉆孔3、4-1巖芯巖性以河流相粉砂、粘土、砂礫石和礫石層為主,鉆孔之間存在漸變的地表陡坎，落差約3m。經孔3與孔4-1地層劃分與對比發現，其同層標志層厚度差異較明顯，即孔3層（8）與4-1孔層（6）對比，二者均為淺紫色砂礫石層，礫石成分為安山巖，角閃巖與白云巖。分別在孔3、4-1終孔40.6m、85.0m處仍未見底，其頂部落差約2m。可見隱伏斷層F2存在。通過此鉆孔資料，進一步驗證了隱伏斷層的存在，說明此次物探資料的解釋結果可靠性較高。

圖2 鉆孔聯合地質剖面圖

5 結論與討論

此次物探工作成功探測到了F1、F2隱伏斷層的位置，對指導重要建筑設施和地下管線等的合理布局起到一定作用，通過分析總結，對綜合物探方法在隱伏斷層探測方面有了更深入認識。

(1)在城市開展隱伏斷層的探測，綜合物探技術方法明顯優于單一物探方法，豐富了對異常地質體信息的提取手段，提高了解譯精度與可靠度。

(2)通過工程實例的應用研究，綜合物探解譯聯合剖面方法能夠提供較準確的隱伏斷層位置、總體形態和產狀參數，其結果得到聯合鉆孔的驗證，為今后進一步改進技術方法提供了工程應用的依據。同時也為開展隱伏活動斷層的研究提供借鑒。

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The Application of Comprehensive Geophysical Exploration Technique to Buried Fault Detection in Piedmont Plain of Beijing

ZHAO Yong1,WANG Zhihui1，LUO Shuiyu2，HUANG Lijun2

（1.Beijing Institute of Geological Survey, Beijing 100195; 2.Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS, Langfang 065000）

The detection of buried fault in complex geological environment is one of the difficulties in geophysical survey．This paper gives the application examples of three geophysical exploration methods to reveal buried fault comprehensively in piedmont plain of Beijing．These methods include high-density resistivity method，shallow seismic refl ection method and CSAMT measurement．The exploration results of the three methods are analyzed to reveal the buried fault through the drilling data verification．The detection results show that integrated geophysical exploration methods in complex topographical conditions in buried fault detection have great superiority such as reliability, convenience and intuitiveness etc．The combining method of geophysical methods can be used for reference in active buried fault detection in China.

Buried fault；High-density resistivity method；Shallow seismic reflection wave method；CSAMT

P631

A

1007-1903（2013）02-0038-04

北京市平原區活動斷裂監測專項地質調查項目(批準號∶政府辦文第30939號)資助。

趙 勇，男（1983－ ），碩士，工程師，主要從事城市地質與活動斷裂研究工作。E-mail：zhaoyong3068@163.com。