地質雷達在恒山南北麓次級隱伏斷層探測中的應用★

梁瑞平 任瑞國 李文元

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

1 概述

作為一種地球物理探測方法，地質雷達探測具有操作性強、分辨率高、探測深度深、對地表環境無破壞和可重復探測等特點,在隱伏斷層探測中具有很大的優勢[1]。應用地質雷達對恒山南、北麓隱伏斷層進行了探測，為活斷層位置、活動性參數研究提供數據及方法支持，為斷層危險性評價提供基礎性資料。

2 場地環境

前人研究恒山南、北麓皆為地震危險性較大的全新世活動斷裂[2]，為研究其是否存在次級斷裂在恒山南、北麓山前各有一個探測場地(見圖1)，都位于山前沖洪積扇上，主要地層為不連續的砂礫石層夾砂層透鏡體等。共布設3條地質雷達測線，其中，在恒山南麓山前場地，布設2條地質雷達測線(見圖2)；在恒山北麓山前，布設1條地質雷達測線(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：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是砂礫石層，上覆薄層黃土狀土，標志層連續性差。在該場地布設了2條地質雷達測線，編號分別為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、叢草發育。在測線后半段先遇到高壓線塔，之后遠離。測線p-521-2由北西往南東，沿鄉道測量，2 m范圍內有平行的干旱水溝，同時沿途15 m范圍內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：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，布設了一條地質雷達測線，編號為p-521-3(見圖3)。測線p-521-3由北往南，沿途15 m范圍內有近平行的家用電線。測區范圍內的高壓線和普通家用電線會是重要的外界干擾；洪積扇上地層連續性差，也會嚴重干擾構造的識別。

3 現場地質雷達勘探及數據采集

本次探測時選用25 MHz的RTA天線和點測方式，疊加128次，采樣間隔為0.5 m。采樣頻率設置為423 MHz，時間窗為681 ns。各測線詳細信息見表1。

表1 測線信息

4 數據處理與分析解釋

數據處理采用地質雷達Reflexw軟件，主要的濾波方法包括去直漂移、移動開始時間、能量衰減增益、背景去除、巴特沃斯帶通濾波、滑動平均、地形矯正等。在探測區內的洪積扇地層中，地質雷達信號的傳播速度近似為0.1 m/ns。

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

圖5為測線p-521-2的地質雷達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。同時地面起伏，造成地質雷達信號不穩。在測線0 m～200 m，深度在10 m范圍內反射信號清晰，深度大于10 m以后，反射信號變弱。而測線200 m～290 m，在深度30 m范圍內的反射信號都相對強烈。同時，在測線200 m位置的兩側，地表10 m 范圍內的反射層由水平變傾斜。而且測線在200 m處，在10 m深處的連續的反射層也不再連續。據此推測，在測線200 m處可能為活動斷層的位置。

圖6為測線p-521-3的地質雷達反射疊加剖面及解釋圖。沿著測線的一條平行的家用電線，是主要的異常信號源，在地質雷達反射剖面上6 m～10 m深的位置形成一條連續的異常信號。在測線155 m～300 m，深度為10 m范圍內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范圍內的反射信號呈楔形，似同沉積構造。可能是斷層的活動造成在0 m～155 m范圍內形成同沉積構造。因此推測，活動斷層的位置在155 m處。

5 討論及結論

5.1 方法可靠性驗證

為驗證地質雷達方法的有效性，在恒山北麓探測區布設天然源音頻大地電磁法(AMT)進行驗證，測線總長1 700 m，采用加拿大PHOENIX公司生產的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。該斷裂位置和地質雷達探測位置吻合，驗證地質雷達在山前斷裂探測中可推廣應用。

5.2 恒山南、北麓斷裂活動性

本次通過對恒山南、北麓斷裂3條地質雷達測線，共獲得3條有效地質雷達探測反射剖面，根據雷達反射剖面的形態特征以及測線范圍之內的地質調查等，共探測出3個活動斷層點。地質雷達同其他物探手段一樣，其結果有多解性[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、車輛等都會對地質雷達信號進行干擾，建議采取鉆探或者槽探等地質手段進行復查、驗證工作。