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综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例

吕国军 范强 王晓山 边庆凯

吕国军,范强,王晓山,等. 综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例[J]. 华北地震科学,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
引用本文: 吕国军,范强,王晓山,等. 综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例[J]. 华北地震科学,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
LYU Guojun,FAN Qiang,WANG Xiaoshan,et al. Application of Comprehensive Geophysical Exploration on Buried Faults in front of Mountain: A Case Study of West Luanxian Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
Citation: LYU Guojun,FAN Qiang,WANG Xiaoshan,et al. Application of Comprehensive Geophysical Exploration on Buried Faults in front of Mountain: A Case Study of West Luanxian Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003

综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.01.003
基金项目: 河北省地震局科技星火计划项目(DZ2020213350;DZ20200827056);唐山市滦县-乐亭、卢龙断裂活动性鉴定及定位项目
详细信息
    作者简介:

    吕国军(1985—)男,高级工程师,主要从事震害防御、地震工程等方面研究.E-mail:lvguojun4061@163.com

  • 中图分类号: P631

Application of Comprehensive Geophysical Exploration on Buried Faults in front of Mountain: A Case Study of West Luanxian Fault

图(5)
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-20
  • 网络出版日期:  2022-07-03
  • 刊出日期:  2022-01-15

综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例

doi: 10.3969/j.issn.1003-1375.2022.01.003
    基金项目:  河北省地震局科技星火计划项目(DZ2020213350;DZ20200827056);唐山市滦县-乐亭、卢龙断裂活动性鉴定及定位项目
    作者简介:

    吕国军(1985—)男,高级工程师,主要从事震害防御、地震工程等方面研究.E-mail:lvguojun4061@163.com

  • 中图分类号: P631

摘要: 以山前隐伏断裂——滦县西断裂探测为例,提出以浅层地震反射波法为主,结合高密度电阻率法加以佐证的综合地球物理勘探方法组合模式,结果揭示滦县西断裂在剖面上显示高倾角正断层,结合跨断层钻孔联合地质剖面探测验证结果,通过对滦县西断裂的探测证明该套地球物理方法应用于山前隐伏断裂的探测效果良好,为城市国土空间规划、重大工程建设、抗震设防等提供了必要的地球物理依据和地质保障。

English Abstract

吕国军,范强,王晓山,等. 综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例[J]. 华北地震科学,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
引用本文: 吕国军,范强,王晓山,等. 综合地球物理方法在山前隐伏断裂探测中的应用—以滦县西断裂为例[J]. 华北地震科学,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
LYU Guojun,FAN Qiang,WANG Xiaoshan,et al. Application of Comprehensive Geophysical Exploration on Buried Faults in front of Mountain: A Case Study of West Luanxian Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
Citation: LYU Guojun,FAN Qiang,WANG Xiaoshan,et al. Application of Comprehensive Geophysical Exploration on Buried Faults in front of Mountain: A Case Study of West Luanxian Fault[J]. North China Earthquake Sciences,2022, 40(1):15-18, 24. doi:10.3969/j.issn.1003−1375.2022.01.003
    • 根据大量的理论研究和探测实例表明,在目前的城市活断层探测工作中,综合技术方法、设备、施工环境及应用效果来看,地震勘探方法无疑是最合适的[1]。采用人工地震勘探能够有效地对浅层以及深部构造进行高分辨率成像,在判别浅部断层以及其向深部延伸状况的了解起着不可替代的作用[2-3]。地震反射波探测的优势在于压制干扰波、突出有效波的效果明显,能够获得信噪比和分辨率高的地震时间剖面,可以直观地反映出地下介质的分布及起伏变化,是探测地下隐伏构造的首选方法。同时,考虑到部分地区基岩埋深较浅、不利于浅层地震勘探形成稳定反射层的情况,可采用高密度电阻率法作为勘探方式的补充,并选取部分测线采用两种方法同时测量、相互对比印证,以提高解释精度。

      查明隐伏活动断裂展布和发育特征对于当前快节奏下的现代化城市建设和大型交通设施建设的抗震设计和防灾减灾尤为重要,综合地球物理勘探方法在隐伏活动断裂的探测中是不可或缺的技术手段[4]。本文以山前隐伏断裂——滦县西断裂探测为例,提出了以浅层地震反射波法为主,结合高密度电阻率法加以佐证的综合地球物理勘探方法组合模式,并通过跨断层钻孔联合地质剖面探测验证结果,证明了该套地球物理方法能够在山前隐伏断裂的探测中取得较好的应用效果,为城市国土空间规划、重大工程建设、抗震设防等方面提供了必要的地球物理依据和地质保障,也说明科学运用综合地球物理勘探方法在山前隐伏断裂探测中的重要意义[5-6]

    • 探测区域大地构造位于燕山台褶带南缘的开滦台凹,其四周被深大断裂所围限,基底构造复杂。中生代燕山运动强烈,形成一系列褶皱和断裂。褶皱轴走向均为北东,主要有碑子院背斜、开平向斜、车轴山向斜、开平向斜等。新生代以来,南北构造差异明显,南部下沉,伴随着断裂活动形成鸦鸿桥凹陷、新军屯-唐山凸起、唐山东南凹陷等构造。

      滦县西断裂从第四系沉积中通过,野外地质调查中没有发现断裂露头,而在断裂两侧则有基岩山丘发育,两盘的基岩地层均为寒武系砂岩,基岩产状差别不大,断裂没有控制第三纪盆地(图1)。

      图  1  区域地质构造图及实际材料图

      滦县西断裂位于滦河古河道靠东一侧,是控制古河道发育的主控断裂。滦河古河道受滦县西断裂的控制形成地堑,与其构造耦合的有堑东地垒和堑西地垒。滦河古河道地堑,其堑西断裂和堑东断裂发育程度均较低。为了查明滦县西断裂的位置、产状及最新活动时代,布设1条浅层地震勘探测线L1和1条高密度电阻率剖面D1,在此基础上开展跨断层钻孔联合地质剖面探测,以此来验证滦县西断裂的活动性。

    • 测线L1布设方向近垂直于滦县西断裂。观测系统和参数如下:道间距3 m、炮间距21 m、接收道数280道、中点激发,最小偏移距0 m,最大偏移距420 m,覆盖次数20次。测线L1位于滦州市东安格庄镇昝各庄村东南,测线方向自东北向西南,剖面方向自西南向东北,场地地形平坦无明显起伏,测线总长度1.6 km。

      图2为测线L1地震反射时间剖面及地质解释剖面,该剖面发育一组同相轴,推断其为第四系覆盖层与下伏基岩分界面的反射波Td。根据时间剖面波组特征显示,沿测线方向地层整体呈水平展布,地层沉积稳定平缓,第四系厚度在45~60 m左右。在剖面桩号1080~1140 m处同相轴出现明显错断,该断点在剖面上显示为经过多期活动倾向西的正断层,倾角较陡。上断点在地面上的垂直投影位于桩号1 095 m附近,代表基岩顶面的同相轴波组Td被错断,说明该断裂错入第四系,因第四系覆盖层厚度较小,其上未发现连续可追踪的反射波组,上断点位置及其活动时代仍需开展进一步的鉴定工作。

      图  2  测线L1地震反射时间剖面及地质解释剖面

    • 高密度电法勘探测线D1长度1.7 km,布设走向与浅层地震勘探测线L1基本重合。观测系统和参数如下:采用Wenner alpha装置进行数据采集,单位电极距10 m;采用占空比为1∶1的双向短脉冲供电;供电脉宽0.5 s;周期2 s;最小隔离系数为1;最大隔离系数为39。根据该测线视电阻率断面图分析(图3),电阻率层析成像剖面具有明显的纵向分层、横向分块特征,电性结构相对简单,整体测线电性特征纵向呈“高阻-低阻-高阻”反映。

      图  3  测线D1视电阻率断面图

      D1测线视电阻率断面具有较好的成层性规律,纵向上可分为3层。第1层主要岩性是地表第四系覆盖层,其电性特征显中阻反映,埋深大约为0~15 m;第2层主要岩性为孔隙度高、含水率大的细沙、粉质黏土等土层,其电性特征显低阻反映,厚度大约为15~60 m;第3层为致密基岩层,其电性特征显高阻反映,埋深大于60 m。大致以横坐标650 m为界,视电阻率等值线发生较为明显的弯曲变化,该点地层电性特征与两侧相比视电阻率明显呈相对中阻,推测此处地层可能呈破碎状,含水量较高,可以解释为断层破碎带的电性特征反映,可能受滦县西断裂影响,图3中的FD5-1为断点。

    • 为验证浅层地震勘探和高密度电法勘探结果,在浅层地震勘探测线L1上的断点两侧,布设了1排(6个)深50~55 m、相邻孔距9.95~19.79 m、钻穿第四系的钻孔(图4)进行联合地质剖面探测,获得了6个钻孔的岩芯柱状图及其联合地质剖面图(图5),自西向东排列顺序为:Z6、Z2、Z4、Z5、Z3、Z1。结合已掌握的区域地质年代资料,推测1~5层为全新统(Qh),6层为上更新统欧庄组(Qp3O),7层为中更新统杨柳青组(Qp2Y),8层为下寒武系(Є)。

      图  4  跨断层钻孔联合地质剖面探测布设地震剖面图

      图  5  跨断层钻孔联合地质剖面图

      通过跨断层钻孔联合地质剖面各孔地层顶底板埋深变化,判定断层在4、5孔之间穿过,为南西倾高角度正断层,上断点埋深小于25 m,上部显示的垂向断距较小约0.5 m,下部基岩附近显示垂向断距约2 m。

    • 本文运用浅层地震和电法勘探的综合地球物理勘探方法组合模式对滦县西断裂开展探测,并结合跨断层钻孔联合地质剖面探测验证结果,证明了该套地球物理方法的合理性和可靠性。

      浅层地震勘探剖面显示断层断错第四系地层,正断层,倾向西,倾角较陡,上断点地表垂直投影位于浅层地震勘探叠加时间剖面桩号1 095 m附近;高密度电法勘探解释剖面揭示断层在横坐标650 m处通过,视电阻率等值线发生明显的弯曲变化,视电阻率明显呈相对中阻反映,推断为断层破碎带的电性特征反映。经过比对,两断点位置大致相同。跨断层钻孔联合剖面解译,上断点埋深浅于31.6 m,正断层,结合附近的地层资料,推测为晚更新世活动断裂。

    • 此次地震勘探剖面解释工作,由于区内钻孔资料少,缺少物性参数,只能依靠以往研究成果和区域地质资料,结合各剖面间的波组特征以及层间厚度关系,初步推断第四系内地质层位。由于地震纵波传播速度快,近表层分辨率低,特别北部第四系覆盖层薄的地段,反射波法勘探对浅层地质结构成像能力不足,建议开展横纵波联合勘查方法试验,提升近地表活断层识别度。

      由于目前电法勘探技术存在较明显的体积效应和低阻屏蔽效应,导致了对异常解释的范围较大,因此对于单一的小尺度地质异常体无法精细定量划分。高密度电阻率法受地形地物的影响,个别电极与地面耦合性较差,资料中的电性特征变化不明显,基岩厚度的分层受到一定的影响。建议提供异常地质信息和验证情况,以便我们进一步地了解该地区电性结构的反映特征,从而提高资料综合解释的精度和准确性。

参考文献 (6)

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