阿尔公-特山断裂位于地震活动相对较弱、研究相对较少的东北地震区呼伦湖-贝尔湖凹陷新构造单元内，该断裂分布于呼伦湖东侧，呈NNE向展布，倾向NW，倾角40°～50°，为一东升西降的断裂带，中国境内全长约400 km。沿断裂岩石破碎带发育，宽约2.5 km。断裂形成于加里东期，海西和燕山期强烈活动，喜山期活动明显。该断裂北段地貌特征清楚，沿河形成断层谷，中段为第四纪盆地与基岩山区的分界线，南段控制呼伦湖东边界，发育断层陡坎，而且切割晚更新世地层。卫片上线性比较清楚，边界线平直，延伸长度较大，依据前人钻孔资料和石油勘探等相关资料，推断该断裂为晚更新世以来活动断裂。虽然该断裂在呼伦湖东边界阶段卫片线性比较清楚，但是向北进入草原地貌后断裂特征几乎不可见，完全处于隐伏状态。

因缺乏阿尔公-特山断裂的空间位置和浅部特征资料，需要通过地球物理勘探方法提供经济、快捷、有效的支撑，准确判断隐伏断裂的基本特征。高密度电阻率方法，具有成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力较高等优点^[1-6]。本文通过该方法对断裂的空间位置及其活动特征进行了探测研究。

研究区位于大兴安岭断块隆起区的西北部。在漫长的新构造时期，区域范围的新构造运动强度、块体活动方式、断裂活动特点、构造应力场状态和地震活动等方面都存在明显的差异。大兴安岭断块隆起区新生代以继承性整体掀斜式抬升为主要表现形式，抬升幅度不足1000 m，属于中等强度活动区。在这一总体背景下，出现局部的差异运动。西部地区出现呼伦湖-贝尔湖凹陷，东部则出现松辽盆地，中部发生了隆起^[7]。

呼伦湖-贝尔湖凹陷是垂直差异沉降运动较强烈的地段，继承性新构造运动形成现代的呼伦湖和贝尔湖，并在呼伦湖东、西两侧产生第四纪活动断裂。呼伦湖凹陷位于海拉尔盆地西北部，呈NE向展布，面积为3 560 km²，是受扎赉诺尔断裂和阿尔公-特山断裂控制的一个典型双断型凹陷^[8]。呼伦湖地区沉降幅度较大，全新统沉积厚度约20 m多，沿断裂有中强地震发生，（1963年额尔古纳旗北5.6级地震，1979年新巴尔虎右旗4.9级地震）。新构造运动特征表明，晚更新世以来以中等偏弱的升降运动为主，同时伴有微弱的断裂活动和中小地震活动（图1）。

图  1  区域地质构造

呼伦湖-贝尔湖凹陷盆地在构造上属于中生代以来的沉降区，新生代继承性下沉，形成海拉尔盆地、呼伦湖盆地等拗陷盆地，具有下述新构造运动特征：盆地整体以缓慢的升降运动交替进行，同时伴有断裂活动和中等强度的地震活动。该盆地位于海拉尔河以南，以扎赉诺尔断裂带和哈克-巴日图断裂带为界，与东西两侧隆起带分开，为华力西褶皱基底上的中新生代盆地。周边断裂早期以压性为主要特征，新生代以来均为张性，断裂倾向盆地方向。盆地内堆积了扎赉诺尔群陆相含煤沉积，厚度可达1 300 m，燕山运动使扎赉诺尔断裂再度活动，并产生区域性的NNE向断裂，沿断裂出现大面积的火山喷发。断裂活动形成次级隆起和拗陷。喜山运动时全区处于大面积隆起过程，并有掀斜作用，致使盆地萎缩、沉降中心西移，在低洼处堆积了第三系和较薄的第四系。盆地为不对称型，西陡东缓。第四系厚度一般为20～60 m，最厚达上百米。其中晚更新世堆积厚20～25 m的含砾细砂、粉砂、黄土状亚粘土、亚砂土，全新世堆积厚10 m左右的黄色细砂、亚粘土、亚砂土。晚更新世以来断裂一般不再活动，仅西部个别断裂有活动，有中小地震沿断裂分布。海拉尔盆地新生代地层厚度200～1 000 m，第四系厚20～80 m，沉降中心在海拉尔附近。盆地中发育现代湖泊，典型的有呼伦湖和贝尔湖。呼伦湖是1.3万年前晚冰期的产物，是在构造断陷盆地的基础上长期汇集河水发育而成的构造湖^[9]。

根据地质和卫星遥感图片解译成果资料，为确定阿尔公-特山断裂或其次生断裂在呼伦湖北段进入草原地貌特征后的准确位置，利用高密度电阻率法物探模式和技术措施对其开展了相应的勘察工作。在嵯岗镇西北约5 km处布设了3条高密度电阻率法勘探剖面（图2），其中测线AA′方向EW向，全长4 200 m；测线BB′方向近NS向，全长1 200 m；测线CC′方向近NS向，全长600 m。3条勘探剖面有效测试深度均为93.7 m。

图  2  测线位置及断裂分布图

高密度电阻率法是一种基于岩土体电性差异的勘探方法，基本工作原理与传统的电阻率法基本一致，是利用地下介质间的电导率差异，推断地下不同电阻率地质体的赋存情况。其电场分布满足：

式中：$ \left({\rm{x}}_{0},{\rm{y}}_{0},{\rm{z}}_{0}\right) $为源点坐标；$ ({\rm{x}},{\rm{y}},{\rm{z}}) $为场点坐标；$ {\rm{\delta }} $为与距离有关的函数；$ I $为电流；$ \sigma $为电导率。当$ {\rm{x}}\ne {\rm{x}}_{0} $，$ {\rm{y}} \ne {\rm{y}}_{0} $，$ {\rm{z}}\ne {\rm{z}}_{0} $时，当仅考虑无源空间时，（1）式变为拉普拉斯方程：

在复杂条件下，我们不能求得拉普拉斯方程的解析解，因此实际应用中主要采用各种数值模拟方法来解决问题，如：二维地电模型使用点源二维有限元法、三维地电模型使用有限差分法等。根据测量获得的地层视电阻率分布情况，可以划分地层并且确定异常地层。高密度电法数据采集系统由3部分组成：主机、多通道电极转换器、电极系统。多通道电极转换器通过电缆控制电极系统每个电极的电源与测量状态。主机通过通讯电缆和供电电缆向多通道电极转换器发出工作指令，向电极供电，并接收和存贮测量数据。主机通过通讯软件将原始数据发送到计算机。计算机将数据转换为处理软件所需的数据格式，并通过相应的处理模块执行失真率、地形校正等预处理，然后绘制视电阻率等值线图。在等值线图上根据视电阻率的变化特征，将地质解释与钻探和地质调查数据相结合，绘制出物探成果解释图^[10]。

据3条高密度电阻率法剖面的成果解译分析和已掌握的地质资料可知，3条剖面均跨过了阿尔公-特山断裂，3个断点位置如下：AA′断点49°17′34″N，117°59′30″E；BB′断点49°17′40″N，117°59′45″E；CC′断点49°17′50″N，118°00′00″E。

测线AA′方向由东向西北方向布设，全长4 200 m，有效测试深度93.7 m。高密度电阻率法剖面（图3）显示，南东侧与北西侧地层结构、岩性明显不同：在南东侧视电阻率介于80～1 500 Ω·m之间，下部高阻层岩性以侵入岩为主，上部有少量第四系。北西侧视电阻率介于15～1 000 Ω·m范围，下部为低阻层，据煤田勘探资料，属于白垩系，上部为第四系，顶部高阻层为全新统。异常点约在800 m处，断裂特征十分明显，断层面倾向NW，倾角60°～70°。晚更新统被错断，全新统具有明显的错动迹象，上断点接近地表。

图  3  高密度电法AA′向实测数据反演模型电阻率断面图（a）及成果解释图（b）

测线BB′方向由北向南布设，长度1 200 m，有效测试深度93.7 m。高密度电阻率法剖面（图4）显示，北侧与南侧地层结构、岩性明显不同：在北侧视电阻率介于67～900 Ω·m之间，下部为低阻层，据煤田勘探资料属于白垩系，上部为第四系，顶部高阻层为全新统。南侧视电阻率介于67～3 000 Ω·m范围，下部高阻层岩性以侵入岩为主，上部为第四系地层。异常点约在600 m处，断裂特征比较明显，断层面倾向NW，倾角60°～70°。晚更新统被错断，全新统具明显的错动迹象，上断点接近地表。

图  4  高密度电法BB′向实测数据反演模型电阻率断面图（a）及成果解释图（b）

测线CC′方向由北向南布设，长度600 m，有效测试深度93.7 m。高密度电阻率法剖面（图5）显示，在北侧70 m处地层结构、岩性开始明显不同：在北侧视电阻率介于30～200 Ω·m之间，为低阻层，据煤田勘探资料属于白垩系，地层为第四系。南侧视电阻率介于300～1200 Ω·m范围，下部高阻层岩性以侵入岩为主，上部为第四系地层。异常点约在测线70 m处，断裂特征比较明显，断层面倾向NW，倾角60°～70°。晚更新统被错断，全新统具明显的错动迹象，上断点接近地表。

图  5  高密度电法CC′向实测数据反演模型电阻率断面图（a）及成果解释图（b）

本次工作所研究的阿尔公-特山断裂位于相对比较偏远的地区，人烟稀少，关于断裂的各类研究资料相对较少。以高密度电法为探测手段对该断裂进行探测，并成功探测到断裂的位置、性质、活动性以及断裂浅部的结构形态，为该断裂的进一步研究提供了依据。

综合3条勘探剖面来看，西北侧地层层状结构清楚，以侏罗、白垩系砂岩、砾岩、泥岩、煤层为主，厚度巨大，连续稳定，第四系松散沉积物以上更新统亚沙土、灰白色含砾中砂为主，厚度一般为20～30 m，顶部全新统黑褐色腐植土厚0.5～1.0 m。东南侧下部地层层状结构不明显，应为早期火山岩，顶面起伏不平，其上为白垩系沉积地层，厚40 m左右。两侧地层存在明显的界面，上更新统明显被错断，顶部厚1 m左右的全新统存在明显的错动迹象，上断点已接近地表。3条测线的3个断点连线显示断裂走向为NE，倾向NW，倾角60°～70°，正断层运动性质。

在此之前对于该断裂的判断主要基于断裂控制呼伦湖东边界的南段出露地区和少量前人钻孔资料以及石油勘探等相关资料，综合推断该断裂为晚更新世以来活动。但本次工作所获得的高密度电法剖面显示，断裂两侧地层存在明显的界面，上更新统明显被错断，顶部厚1 m左右的全新统存在明显的错动迹象，上断点已接近地表。从本次探测工作结果来看，该断裂的最新活动时代应该要比在此之前人们的认识更靠前，推测该断裂的活动时代为全新世活动。

此次探测弥补了该断裂基础研究不足的问题，补充和丰富了该地区的地球物理勘探资料，为该地区的国土资源规划、经济建设等提供了更详实的基础资料支撑。