地球物理方法對城市活斷層的探測與研究

趙立瑰

摘要：使用綜合性（電阻率聯合剖面法、高密度電法、直流電測深與瞬變電磁法、地質雷達測量法、淺層高分辨率地震法、重磁法）的地球物理辦法對A市活斷層進行探測，通過實驗結果可以看出，采用聯合剖面法、高密度電法、地質雷達等方法，可以對活斷層位置、產狀與形態的探測發揮巨大優勢。本文還對各個區域的多環境復雜等相關因素，使用新型的數據處理技術對其進行處理，從而可以加強探測工作的質量與效率，為日后的活斷層探測等相關工作提供參考。

關鍵詞：地球物理方法;城市活斷層;探測與研究;實驗

1.前言

A市作為我國地震重點監測防范區域之一，近幾年來出現了十分頻繁的小震活動，最近一次發生的5級地震在2016年3月晚9點20分，據A市200km的區域發生了地震，A市也感到了十分明顯的震感。因此通過對活斷層進行探測，可以有效提升城市規劃建設與抗震設防的水平。近幾年來，地球物理工作者對城市活斷層的相關內容進行了大量的研究與實踐。如日本的學者使用了高密度電阻率法與可控源音頻電磁法對北島的活斷層形態與產狀進行研究。還有部分學者使用地址雷達對活斷層中的斷點進行探測。還有一些學生使用了井間層析成像技術，這種技術不會受到城市中的電磁干擾，探測深度較深，可以達到800m，從而加強活斷層的定位精度。Abbott等分析了長期以來的重力場測量資料，利用重力反演的方式對孕震體密度場發生的變化、斷層對地震與遷移發揮的作用與流體，還有其對活斷層產生的作用進行了更加深入的研究。無論是相關實驗還是研究，隨著程度不斷加深，可以進一步促進活斷層研究水平不斷提升。

A市地處平原區域，活斷層的表現形式為第四系覆蓋的隱伏斷層，由于在城市中會分布大量且十分密集的地下管線、工業與民用高壓線，從而產生較強的電磁干擾。與此同時，交通運輸與機械生產的振動帶來的較強振動頻率，也會對物探工作的順利開展產生影響[1]。本文將結合A市采用的活斷層探測實例，對基于城市高強度干擾基礎上使用多種地球物理方法獲得的實驗效果進行討論，還會闡述數據采集、資料處理過程中應使用的相關技術。

2.使用電阻率聯合剖面方法進行測量

利用電阻率聯合剖面裝置，其在對鄰近低阻介質進行測量的過程中，具備較高的靈敏度與分辨率，在斷層上的正交點具備十分明顯的特點，還會有很大異常幅度，定位準確性更高。將其應用在城區較為復雜的環境中，要與地下管線與高壓線保持較遠距離，避免其帶來的干擾，還應增強供電電流強度，對電極距合理選擇，同時還要對接地條件進行優化。使用電阻率聯合剖面法進行測量的過程中，聯合剖面會從斷層上反應出來，會出現明顯的低阻正交點，兩翼的張開幅度較大，曲線處于基本對稱形態，異常范圍約為200m，可以將寬度較大且鄰近于直立低阻破碎帶的實際存在進行有效反映。

3.使用高密度電法進行測量

使用高密度電法進行測量的過程中，該裝置的主要特征為一次布極、裝置種類多且依據程序化模式進行測量、數據收集與資料處理自動化等。利用軟件對斷面圖、用角區域點源純地形電位發生的異常情況進行繪制并更改，完成數據的平滑處理與剔除畸變點等操作，從而使電阻率反演斷面圖與真實的斷面情況更加接近。通過實踐可以看出，溫納裝置對探測結果與目的體之間存在一定的對應關系，還會擁有較大的抗干擾強探測的深度。偶極裝置具備較強的分辨能力，但在深部其抗干擾能力較差。微分裝置具備較低的異常幅值，地表因素會對其產生較大的影響。梯度裝置會反映出更多的異常細節，三級裝置若發生異常會出現位移情況。二級裝置的勘探深度較大，但異常反應較差。

A市在南部區域使用了高密度電法對NR400[2]斷裂帶進行了探測，城市中部呈現向西邊傾斜的低阻異常，可以將斷層的形態反應出來。其與電阻率聯合剖面的低阻正交點與地質推斷具備很高的吻合性。

4.使用直流電測深與瞬變電磁法進行測量

使用直流電測深方法的過程中使用了等比裝置，中心的回線瞬變電磁測探器使用了美國CDP32Ⅱ儀器，采用了時間1.908ms，發射電流為3A，對數據處理時使用了自行研制的多模塊電發軟件完成反演解釋，可以利用數據輸入端完成數據的輸入與光滑，還可以利用直流電測深對地形進行改正，利用瞬變電磁測深法可以完成參數的校正，最終輸出結果與構建模型。在進行一維反演時，使用了約束反演技術，將已知的標準電信息作為基礎，解決反演由于存在非唯一性特征形成的多種問題。使用直流電測深法與瞬變電測深法可以完成聯合反演，使各項信息形成有效的互補，增強數據的合理性。使用約束的光滑模型對測深數據進行二維反演，使用奇異值截斷的變正則化因子技術增強較深部分的繁衍分辨率。

測量完畢之后繪制了A市北部斷層區域的電測深剖面圖，其表現為松遼盆地的東緣NE向隱伏斷裂帶。測量區域屬于沖積低平原向高平原的過渡區域。從斷面等值線圖可以看出，在覆蓋層下方的曲線十分密集，呈現較深的下延形態。斷層上方的覆蓋層電阻率沒有呈現出連續的形態，可以反映出該斷層呈現的活動性。

5.地質雷達測量方法

地質雷達選用了美國的SIR-2型號儀器，使用了分離式較低頻率48MHz天線進行測量，采樣的長度為lOOOns，疊加次數為32次，收發天線之間的距離為1m，點距為2m，天線的長度為4.8m[3]。A市的城市區域中會發生較多的隨機干擾情況，因此使用多次疊加的方式可以獲得信噪比更高的數據。在對數據進行處理的過程中，使用了增益恢復辦法，從而復原大地發出的濾波信號，使深部信息獲得增強。利用帶通濾波可以將信號中低頻振蕩與高頻噪聲等干擾成分有效濾除。通常來說，反射波形都會以均勻的方式進行反射，處于斷層部分的波形同相軸若被錯斷，就會發生明顯的位移情況。若低阻含水體不是斷層，由于低速層的影響，會很快地衰減高頻電磁波，從而形成幅度較低的反射波，相比于圍巖來說，其同相軸更晚，波形的連續性也會更差且雜亂無章。

6.淺層高分辨率地震法

使用淺層高分辨率地震法的過程中，采用了美國的N224型號儀器。由于A市中會受到多方面造成的強干擾與地表介質不均勻情況，在進行激發地震波、安置檢波器等相關工作的過程中會受到較大影響。在淺層地震中，其會要求更高的主頻與較寬的頻帶，實驗中將大錘、落錘、可控震源的效果與特點進行了對比。基于不同頻率檢波器的對比基礎上，選擇不同地面條件中最合適的檢波器。在對不同道距離、不同偏移距離進行實驗的過程中，選擇了最合適的觀測系統。在對第四系覆蓋層中物性差異與落差較小活斷層進行探測與研究的過程中，要增強地震資料中存在的信噪比與分辨率。在對數據進行處理的過程中，對復雜表層速度進行估算、靜校正等相關問題。使用初至波對有限差分的走勢層進行分析，最終成像，之后對初至走勢層進行反演，若表層的速度出現不均情況，就可以對淺地表結構較為復雜的部分進行更加準確、更加高效的計算。

7.使用重磁法進行測量

使用重磁法可以對城市中區域較大的部分進行探測，這樣就可以準確找到可能發生斷層的位置。在A市南部區域斷裂帶上使用了重磁測量法進行檢測，之后繪制了結果剖面圖。從圖中可以看出，在測線的三個點之間[4]，臺階狀的重力異常形態與馬鞍形磁異常狀態，就可以對斷層可能存在的部分進行充分反映。

8.結語

通過實驗可以看出，在對A市活斷層進行探測的過程中使用地球物理辦法，可以具備很高的靈活性、便利性與經濟性。使用電阻率聯合剖面法與重磁方法可以將異常位置快速、準確地判斷。使用高密度電法與電測深方法，可以將不同深度層進行分析并形成圖像，從而將地電斷面的主要形態分布情況充分體現出來。使用瞬變電磁法與地質雷達測量辦法具備很高的靈活性。使用地球物理辦法可以對斷層的形態進行全面分析與研究，從而使斷層上端點埋深等操作更加準確。因此針對不同區域使用對應的物探辦法可以高效地完成綜合探測。與此同時，城市中的環境十分復雜，在未來的研究過程中仍要對以下問題深入研究：第一，由于城市環境較為復雜，還存在較多的干擾，會對活斷層的異常探測產生重要影響，因此需要進一步提升抗干擾能力與探測水平。第二，在第四系層中堆積物結構較為松散，還有弱膠結某些活斷層中，若受力后會發安生輕微變形、構造行跡不明顯等情況，因此要增強斷層的判別準確性。第三，城市活斷層作為一種動態的變化過程中，使用地球物理辦法對其進行探測的過程中，要綜合使用多種測量辦法。

參考文獻：

[1]楊旭，白志強.城市隱伏活斷層主要工作方法初探[J] .地質與資源，2016（06）：583-588.

[2]周彩霞.基于WBS的H項目管理應用研究[D].南京農業大學，2012.

[3]李自紅.臨汾盆地地殼精細結構探測與孕震構造研究[D].太原理工大學，2014.

[4]尉洋.松原市活斷層探測數據庫建設與質量控制方法研究[D].中國地震局蘭州地震研究所，2016.