豐臺—野雞坨隱伏斷層周圍的CSAMT響應特征

譚 丁，張云鵬，李 曉，柴 泉，魏云飛，趙嘉煒

河北省地質調查院，河北 石家莊 050001

0 引言

CSAMT廣泛應用于地質、礦產、水文、工程勘查等工作中。當目標地質體與外部圍巖存在明顯的電阻率差異，均可使用此方法來進行勘查[1-5]。不同地層存在明顯的電性差異，可進行地層分層[6]；斷裂構造可使電阻率層出現錯動現象，構造破碎帶內充水，易形成電阻率低阻帶，CSAMT可用于斷層探測[7-8]。研究區內第四系、第三系覆蓋層厚度大，村莊、河流、民用電線密集交錯，給電磁工作帶來了不利因素。CSAMT方法采用“四大”裝置組合方式，得到可靠的數據并成功解釋該隱伏斷層的性質及周圍地層。

1 地質概況

研究區距離唐山市區西部20 km左右，地勢平坦，村莊密集，河流、溝渠縱橫交錯，民用電線較多，屬于電磁干擾比較復雜的地區。

區內地表均為第四系黃土覆蓋。據附近的鉆孔及其他地質資料顯示，覆蓋層為第四系與第三系黃土、細砂、中砂、黏土、礫石交互層，厚度有數百米；基巖以中元古代至奧陶系石灰巖、白云巖為主（圖1）。據物性資料顯示，第四系電阻率一般在20～50 Ω·m之間，卵、礫石層一般大于80 Ω·m，灰巖、白云巖的電阻率一般在500～10 000 Ω·m之間[9-12]，電性差異明顯。

圖1 基巖分布推斷及CSAMT剖面位置圖Fig.1 The Map of Bedrock Distribution Inference and CSAMT Profile Location

區內的斷裂構造主要有豐臺—野雞坨斷裂與窩洛沽斷裂。豐臺—野雞坨斷裂為區內最重要的斷裂，兩側第四系厚度有較大變化，斷裂在第四紀仍有活動。豐臺—野雞坨斷裂對研究區地質活動、厘定地質構造格架以及災害預防方面有重要的意義。

2 工作參數

CSAMT剖面垂直主斷裂方向布置，點距100 m，長度8.3 km，標量測量（圖1）。儀器為加拿大鳳凰公司的V8多功能電法工作站，工作頻率為1-7680Hz共34個頻點。發射端大極AB長度2 km，發射電流大于6 A，MN100 m，陣列布置。收發距7.5 km，接收端均在AB中垂線兩側30°角組成的扇形區域內。

一般來說收發距應滿足r＞3～5δ，才能使測量區域均屬于遠區，避免過早進入近場效應。CSAMT測量收發距7.5 km，有效頻率可達30～60 Hz，有效深度約1 500 m。

針對研究區覆蓋層較厚、人文干擾大等不利因素，CSAMT工作為增強抗干擾能力、提高信噪比、加大勘探深度等，提出了“四大”的裝置組合方式，即：大供電電流以提高信噪比、大收發距以增加有效探測深度、大MN距以保證高電位差、磁棒最大距離遠離干擾端。

3 數據處理及解釋推斷

3.1 數據處理過程

CSAMT測量的資料整理流程主要包括：將野外采集的數據CF卡傳輸到PC機上，導出.avg文件，運行CSAMT-SW_V3.0軟件，導入.avg數據文件。進入Edit編輯，進行剔除壞道、靜態校正，選擇一維反演數據建立初始模型，選用TM極化方式，進行二維反演[13-14]。

3.2 地層劃分

基于CSAMT的響應特征，結合已有的地質、鉆孔資料，對區內地層的分布特征取得以下認識：

（1）區內電性層主要分為2層（圖2），即電阻率較低的第四系、第三系黃土、砂、卵石層（覆蓋層）以及電阻率較高的碳酸鹽巖層（基巖層），解釋推斷最主要的一個界線即為覆蓋層與基巖層的分界面。

（2）基巖的界面由小號點至大號點（西北至東南方向）呈臺階式上升趨勢，覆蓋層厚度由800 m逐漸減小為110 m左右，大致可分為4個臺階，即1 000～4 600點（覆蓋層厚度700～800 m），4 600～5 800點（覆蓋層厚度450～600 m），5 800～8 000點（覆蓋層厚度240～350 m），8 000～9 200點（覆蓋層厚度110 m左右）。

（3）覆蓋層下部接近基巖界面的區段，存在一層低于20 Ω·m的低率層（全區最低），厚度為幾十至200 m不等，局部電阻率可低至5 Ω·m左右，低阻層與卵、礫石層（含水層）對應，卵、礫石層電阻率一般大于80 Ω·m。全新世最大一次海侵到達研究區域[9]，低阻層電阻率與含海水地層相似[15]，推斷為海水入侵時殘留的鹵鹽富集在卵、礫石層（含水層）導致的低阻層。

近剖面已知鉆孔的覆蓋層厚度為263 m（圖1），電阻率反演斷面圖推斷厚度為258 m，表明CSAMT在地層厚度的反應與實際吻合度較高。

3.3 斷層的推斷解釋

基于CSAMT的響應特征共推斷出4處斷裂構造，分別位于3 000點、4 700點、5 900點與8 000點附近（圖2）。

圖2 CSAMT反演電阻率斷面及推斷解釋圖Fig.2 The Map of CSAMT Inversion Resistivity Section and Inference Interpretation

F1位于剖面3 000點，傾向北西，處于電阻率值梯度帶，傾角約78°。F1斷裂與地質圖上的F22（窩洛沽斷裂）相對應，由于測線未完全垂直斷裂方向，致使下部電阻率梯度帶拉長，斷層兩側覆蓋層厚度也有明顯變化。

F2和F3位于剖面4 700點和5 900點，傾向均為北西，處于電阻率值梯度帶。斷層傾角分別為75°和83°，產狀較陡，切割深度較大，上盤下降，為正斷層，與F23（豐臺—野雞坨斷裂）相對應。覆蓋層與基巖的界面在兩處斷裂均有明顯的臺階式錯斷，斷裂在第四系有明顯的顯示，最淺部已接近地表。推斷F23斷裂由這兩個斷裂組成，斷裂帶寬度約1.2 km。斷裂帶規模較大，切割深度較深，切割寒武系和中晚元古代灰巖、白云巖，兩側覆蓋層經過兩次錯動，厚度由300 m左右陡然變化至700 m。

F4位于剖面8 000點，傾向北西，處于電阻率值梯度帶，為新發現斷裂。斷層傾角約83°，傾向北西，上盤下降，為正斷層。斷裂在基巖界面錯動明顯，切割深度較深，切割寒武系和晚元古代灰巖、白云巖，兩側覆蓋層厚度由100 m陡增至250 m左右，斷裂北側覆蓋層較厚，南側覆蓋層變薄。

4 結論

（1）針對區內覆蓋層較厚、人文干擾較大等不利因素，所采用的“四大”裝置組合方式，達到了預想效果，其覆蓋層推斷厚度與實際相吻合，說明了CSAMT勘探的有效性。

（2）通過已知鉆孔等資料與CSAMT響應特征對比分析，確定了唐山市窩洛沽鎮至韓家莊一帶斷陷盆地的覆蓋層與下伏基巖的界面深度及其變化趨勢（即盆底形態），推斷了豐臺—野雞坨等隱伏斷層的位置及性質，并圈定了鹵鹽富集的含水層為全新世海侵殘留。

（3）此次CSAMT的成功應用，為研究區的地質研究工作提供了可靠的地球物理依據，也為相似區的其他地質工作起到借鑒意義。