活斷層探測中地球物理勘探的應用

摘 要：所謂活斷層是指晚第四世紀以來活動著的斷層，10萬年來有過活動，現在尚且仍在活動，未來還有活動空間的斷層；地球物理勘探就是指運用物理原理到具體實踐活動中，研究地質構造并提出解決方案解決勘探中存在的問題；本文結合作者工作經驗，進行了地球物理勘探在活斷層探測中的應用研究。

關鍵詞：活斷層；地球物探；應用

一、我國地球物理勘探發展

物探是地質學研究中的一種必不可少的方法，地球物理勘探的工作內容主要是運用相應儀器，測量、接收物理現象訊息，用相應物理方法提取有效信息，結合相應地質條件分析，然后做出地質解釋，對地質構造有一個理性的分析了解。物探的研究基礎是各種巖石、礦石的密度、電性、彈性、磁性等物理性質，它用不同物理儀器，采用不同物理方法，探測地球物理場的變化。

目前主要有的物探方法有：重力物探、磁法物探、地震物探、放射性物探等。它綜合運用電子學、物理學、計算機技術等多門學科的理論知識、方法技術。有時，為了使解釋結果更加合理有效，一般要求配合使用多種物探方法。物探儀器已經廣泛應用于冶金、煤炭、水電、建筑等各項領域。

二、物探技術在活斷層探測中的應用

活斷層探測的主要目的就是盡量準確查明地表附近正在活動斷層的分布空間在哪里，確定其空間延伸情況，并探測可能存在的隱形斷層空間。讓我們能夠了解地下介質的活動特性，對未來可能存在的危險性及早做出評價。活動斷層這一術語是本世紀初由李四光等先后提出的。活斷層是指晚第四世紀以來活動著的斷層，而晚第四世紀是距今10萬年至12萬年的時段。10萬年來有過活動，現在尚且仍在活動，未來還有活動空間的斷層。

活動斷層的特征有哪些：（1）斷層穿過新沉積物。如：上新世紀土層是深紅色粘土、早更新世紀土層是棕紅色粘土、中更新世紀土層是紅色粘土，晚更新世紀土層是黃土，山西大同的火山群內成階梯狀活動的斷層就將各個時期的土層明顯斷開。（2）特殊地貌。如：陡坎山的山腳常常呈現狹長條狀的洼地或沼澤；沿著斷層帶常有泉水涌出，或成溫泉；由斷層兩側地下水位的變化引起的地表植被差異。（3）地震。活動斷層附近的經常可以記錄到小震，斷層附近生活居民常常感到震感。（4）建筑變形。斷層地帶的地基常常會發生傾斜或者錯開，造成地表建筑物扭曲變形。

活動斷層的活動特征實際是斷層的形態的一種，是斷層更加精細的一類特征。高精確度的物探方法能很精確地勾畫出地層分布。核輻射異常與新構造斷裂活動聯系十分密切。在活斷層探測中，不同的物探方法作用不同，根據其作用可以分為前期區域探測方法和詳細探測方法。前期區域探測方法包括重磁、電發、遙感；詳細探測方法包括淺層地震方法、電磁法、井中地球物理方法。

目前活斷層探測中最為有效的探測方法是淺層高分辨地震勘探，它可以準確辨別出斷層的位置、幾何形態、斷層活動、斷層帶寬度，對了解地質構造活動的歷史，研究地震發生的可能性作用巨大。城市地區淺層地震勘探要受到交通機械振動的干擾影響其勘探效果，因此必須采取切實可行的措施，通過合理選擇震源、合理制定技術方案、合理采取技術手段，最大可能排除干擾，提高信噪比。目前高質量淺層地震勘探可以提供2-3米水平分辨率，深度在10%的垂直分辨率。

地質雷達在探測斷層的形態特征和埋藏深度上具有較高的分辨率。但是，與此相對，地質雷達的探測深度很有限，僅僅能探測到近地表30米，地質雷達的電磁波受空間電磁干擾后，會影響分析結果。綜合地球物探方法在探測城市中活動斷層中重要的作用知，物探方法提供活動斷層的具體空間位置，推測活動斷層可靠性數據。長期以來，地球物理勘探方法解釋活斷層方面發揮了非常重要的作用，受到了地球物理學家和地質學家的重視。如：在城市地震活斷層調查中，地震反射資料、折射資料可是不同介質特性的綜合解釋，又如：電法勘探、地震勘探和磁法勘探等資料的綜合解釋。往往通過利用兩種以上的探測方法，使得到結果相互印證、相互補充，準確分析斷層和風化帶，確定斷層和風化帶的位置或者大致分部范圍。在不同地區，各種地球物理方法反映的地下情況也不盡相同，反映的活斷層情況也不盡相同。電磁法、地質雷達、高密度電法、井間層析成像等等這些方法都是研究近地表活動規律、斷層形態特征的重要方法；深部地震、大地電磁等方法就一般適用于研究活動斷層的內部、深部規律；而地質雷達、發射性方法就可以研究斷層活動性。

總之，這些不同的方法在研究地球物理性方面非常重要，要注意區分各種方法的重點并結合使用。活斷層探測及評價是一項難度比較大的綜合型研究課題，它涉及地球物理、地質外貌、斷層活動期、地震活動、甚至巖石年齡測定等學科綜合研究分析，只有各個方面綜合分析、綜合評定，才能最終得出有關活斷層探測的正確結論。

現今，活斷層研究的方法主要有以下集中：（1）地形地貌法：該法是利用活動斷層在地表地形、水系等方面的特征顯示進行推測。活斷層形成的大地貌是豐富多樣的，表現各不相同：高山峻嶺、平原洼地等。正斷層地貌表現會是斷層陡坎、伴生的地墜洼地。（2）地質觀察法：觀測斷層在某一期運動或重復運動的特征，并分析斷層空間分布與相互關系，進而推斷斷層活動性。（3）年代測定：在進行活斷層評價時，年代測定至關重要且方法多樣。當前經常使用的測年方法主要有TL和ESR。采用TL和ESR法測定斷層破碎帶內斷層活動停止后所填充的方解石等形成的年代，用來估計方解石形成之前斷層活動大致年代。隨著電子信息技術的發展和計算機技術的迅猛發展，問題是一直存在的，但物探技術不斷成熟、不斷進步。隨著新理論、新方法、新儀器的運用推廣，現代地球物探技術發展趨勢必將朝更加廣闊的方向邁進。

三、結語

活斷層評價其實是一個很困難的活動，城市是一個人口、建筑密集的公共場合，自然干擾因素就多，比如，工業生產、公共設施、公共交通、人民生活等。排除煩擾是必須的而且使困難的不容易達成的。再者，這項評價工作也是一個全新的工作，沒有范式成規可以模仿，國外先進的發達國家目前也正處于實踐摸索中。總而言之，第四世紀沉積覆蓋的平原城市進行活斷層探測比較困難，這些地區沒有直觀的地質露頭，難以確定斷層。干擾源那么多，完全排除根本就是不太可能實現的。探測活斷層時，不同地球物理方法效果不同。評價活斷層活動時，結合各種學科，綜合分析、綜合評價。用物探方法探測活斷層活動時，要首先對傳統的技術方法改進調整，探測抗干擾性和準確性。然后，針對城市地區各自不同的特點，運用多種有效方法綜合分析、綜合評定后，得出最準確的活斷層分布圖像和地下介質結構結論。

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作者簡介：馬洪武（1980-），男，工程師，現在黑龍江省煤田地質物測隊工作。