高密度電法與淺層地震在深埋斷裂構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用對(duì)比分析

何潤(rùn)洲

【摘要】2008年汶川地震給我國(guó)帶來(lái)了較大的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，地震以后我國(guó)加強(qiáng)了地震的研究工作，加強(qiáng)了防震抗震工作，作為引發(fā)地震的主要因素活動(dòng)斷裂的研究成為首當(dāng)其沖的研究對(duì)象，但能引發(fā)地震的較大規(guī)模斷裂受風(fēng)化等因素影響往往埋藏于地表深部，給對(duì)其的研究帶來(lái)了一定的難度，地球物理探測(cè)手段作為一種高效的探測(cè)手段可滿(mǎn)足工作要求。本文利用深圳市南山區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查中地球物理勘查工作進(jìn)行分析。結(jié)果表明，高密度電法配合淺層地震對(duì)深埋斷裂的勘查是有效的，效果是良好的。

【關(guān)鍵詞】高密度電法；淺層地震；斷裂

High-density electrical and shallow seismic exploration in the deep faults in the application of comparative analysis

He Ren-zhou

（Shenzhen Geological Construction Engineering CompanyShenzhenGuangdong518023）

【Abstract】2008 to China's earthquake brought greater casualties and economic losses， after the earthquake of seismic strengthening research work， strengthening the earthquake seismic work as earthquakes were caused by active faults of the main factors to become the brunt of the research object， but it can lead to large-scale earthquake rupture affected by weathering and other factors are often buried deep in the ground， giving its research to bring a certain degree of difficulty， geophysical methods as an efficient means of detection can meet job requirements. In this paper， Nanshan District， Shenzhen City Geological Survey geophysical prospecting for analysis. The results show that high-density electrical fault with shallow seismic exploration for deep to be effective， the effect is good.

【Key words】High-density electrical；Shallow earthquakes；Fracture

1. 研究區(qū)地質(zhì)體特征

（1）研究區(qū)位于珠江三角洲的東南側(cè)深圳市南山區(qū)，大地構(gòu)造上屬于紫金——惠陽(yáng)凹褶斷束的組成部分，是加里東褶皺基底上發(fā)育而成的晚古生代凹陷，其后被中、新生代構(gòu)造疊加、改造，發(fā)生過(guò)多期次的斷裂和巖漿活動(dòng)。新構(gòu)造時(shí)期以來(lái)，以間歇性的幅度不大的緩慢隆起為主，沿北東向斷裂常有局部的斷陷，發(fā)育成規(guī)模較小的斷陷盆地。區(qū)內(nèi)主要的斷裂構(gòu)造是北西向的流浮山——東博寮海峽斷裂。

（2）本斷裂由珠江口西岸往西南延伸至蛇口，潛入深圳灣進(jìn)入香港流浮山，經(jīng)深井、青衣西至香港島與南丫島之間的東博寮海峽。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)約45 Km。主要由流浮山～東博寮海峽斷裂及其次級(jí)的汲水門(mén)～南丫島斷裂、打水灣～竹篙灣斷裂和陰仔灣～大白灣斷裂等組成。斷裂總體走向北西330°，傾向北東，傾角53°～75°（在雙仙灣、該斷裂產(chǎn)狀為325°/NE∠53°，在深井水塘為310°/NE∠75°）。斷裂南段控制馬灣-青衣海峽，東博寮海峽的發(fā)育。

（3）前人在斷裂多處采集測(cè)年樣品，如在蛇口山斷裂斷層物質(zhì)熱釋光測(cè)年為距今21.67±1.51萬(wàn)年，未切割上蓋的第四紀(jì)殘破積層，深圳灣大橋ZK3孔54.0m深滑動(dòng)面斷層物質(zhì)為距今11.02±0.77萬(wàn)年，未切割上蓋的第四紀(jì)沖海積層黃褐色粉細(xì)砂，元朗大棠為10.51±0.87萬(wàn)年，青衣西斷層物質(zhì)熱釋光測(cè)年為距今22.6萬(wàn)年，表明該斷裂在中更新世有過(guò)活動(dòng)。

（4）該斷裂在南山區(qū)通過(guò)地段多為第四系全新統(tǒng)及更新統(tǒng)覆蓋層，該層厚度約3～20m；第四系殘積層、全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層總厚度較大，中風(fēng)化基巖埋藏較深，根據(jù)收集相關(guān)資料，中風(fēng)化基巖最大埋深大于100m，科技園至深圳灣體育館地段埋深多大于50m。

2. 工作方法原理分析

研究區(qū)中風(fēng)化巖體的深埋給確定斷裂的準(zhǔn)確位置帶來(lái)了較大困難，確定斷裂位置為確定可能的地震震源具有重要意義，同時(shí)，查明斷裂的準(zhǔn)確位置為建筑物抗震的研究具有一定的意義，因此根據(jù)場(chǎng)地的特點(diǎn)采用高密度電法進(jìn)行查明斷裂后采用淺層地震波折射法予以驗(yàn)證滿(mǎn)足工作精度要求。

2.1高密度電法勘探。

（1）綜合考慮研究區(qū)內(nèi)地形及地質(zhì)環(huán)境，本次工作采取了以高密度電阻率法為基礎(chǔ)的多種視電阻率測(cè)量方法，包括溫納四極、微分裝置、偶極裝置等觀測(cè)方法。

（2）常規(guī)的電阻率方法，由于觀測(cè)方式的制約，無(wú)論是電測(cè)深法還是電剖面法都存在測(cè)點(diǎn)密度太小、信息量小、工作效率低等缺點(diǎn)。為了發(fā)揮物探最新技術(shù)在工程勘測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，更好、更快、更準(zhǔn)確地找出存在隱患的險(xiǎn)段，此次探測(cè)中我們采用了具有國(guó)際先進(jìn)水平的高密度電阻率法。

（3）近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)集自動(dòng)化、智能化、可視化為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此次我們采用的高密度電阻率法是通過(guò)在一條剖面上同時(shí)布設(shè)70根或更多的電極，在一個(gè)或兩個(gè)電極上供電，快速高效地完成多種電極模式、從小到大的一系列極距系數(shù)的視電阻率測(cè)量，且每個(gè)測(cè)點(diǎn)可獲得多種測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）高密度電阻率測(cè)量基本原理是：利用物質(zhì)成份的電性差異，電阻率值與地層的巖性、孔隙度及其所充填物的性質(zhì)有密切的關(guān)系，通過(guò)地表不同電極距的設(shè)置可采集到地下不同地點(diǎn)、不同深度的視電阻率，再對(duì)蘊(yùn)含有各種地質(zhì)體信息的視電阻率值，采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、解釋及成圖，從而推演出地質(zhì)體的大小、形狀、分布和構(gòu)造特征。該測(cè)量方法與常規(guī)電法測(cè)量相比較具有信息豐富、數(shù)據(jù)量大、野外施工簡(jiǎn)捷快速等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外尤其在查明構(gòu)造發(fā)育情況、地下采空區(qū)、巖溶空間分布、土體的不均勻沉降防、洪堤壩質(zhì)量及其基礎(chǔ)的地層巖性特征方面無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)該研究區(qū)構(gòu)造分布還具有較高的橫向分辨率和縱向分辨率，因此用該方法調(diào)查構(gòu)造所在位置和范圍提供充足信息方面具有重要的意義。

（5）本次工作采用國(guó)產(chǎn)DZD-6多功能直流電法儀，進(jìn)行DUK-2高密度電阻率法（結(jié)合溫納四級(jí)、聯(lián)合剖面法）測(cè)量。DUK-2高密度電法測(cè)量系統(tǒng)是由DZD-6多功能直流電法儀和多路電極轉(zhuǎn)換器組成，基于常規(guī)電阻率法勘查原理并利用多路轉(zhuǎn)換器的供電、測(cè)量電極的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，配合常規(guī)電阻率的測(cè)量方法及電阻率成像（CT）等高新技術(shù)來(lái)進(jìn)行高分辨、高效率電法勘探。本次采用極距1m、1.5m、2m、2.5m、3m、4m、5m；線距100～200m。參數(shù)：電極60；最小間隔數(shù)1；最大間隔數(shù)16進(jìn)行測(cè)量，其方法達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2.2淺層地震。

（1）地震映像法是探測(cè)淺部介質(zhì)中縱、橫向不均勻體的有效方法。它不同于常規(guī)地震勘探中的折射波法及反射波法，有明確的勘查目的層。利用折射波的走時(shí)就可以確定界面的埋深和沿界面的地震波傳播速度，能夠探明土層結(jié)構(gòu)界面、土層中的斷層以及裂隙等小構(gòu)造及地形起伏。

（2）地震映像法是近 10年來(lái)用于探測(cè)淺部介質(zhì)中縱、橫向不均勻體的有效方法。它不同于常規(guī)地震勘探中的折射波法及反射波法有明確的勘查目的層。實(shí)質(zhì)上，它采集的是近震源處的彈性波場(chǎng)，在采集的炮記錄上能識(shí)別的地震波形有直達(dá)波、瑞雷面波、繞（散）射波、轉(zhuǎn)換波。該方法在進(jìn)行正式數(shù)據(jù)采集前要進(jìn)行干擾波調(diào)查，確定淺層反射波的最佳接收窗口，然后確定偏移距，以共偏移的采集方式采集某一目的層的反射波。由于，在地震映像圖上識(shí)別主要應(yīng)用波的動(dòng)力學(xué)特征（振幅、相位、頻率），并應(yīng)用這些特征解釋勘探剖面下縱、橫向的不均勻體。概括起來(lái)該方法有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集方法簡(jiǎn)單，共偏移距單道（或2～3道）采集，施工人員需要4～6人即可，具有很高的工作效率；采用小偏移距、小道距采集，地形的影響很小，適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境；在近震源的面波區(qū)采集，錘擊震源即可采集到能量較強(qiáng)的彈性波；和常規(guī)地震勘探中的反射波法和折射波不同，地震映像法對(duì)地下三度體也可探測(cè)，可解決常規(guī)地震勘查方法解決不了的問(wèn)題；它主要應(yīng)用彈性波的動(dòng)力學(xué)特征對(duì)波場(chǎng)進(jìn)行解釋?zhuān)瑳](méi)有繁雜的資料處理流程，是一種能適應(yīng)各種工作環(huán)境、簡(jiǎn)便、快速的工程物探勘查手段。

3. 探測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

（1）采用兩種探測(cè)方法的目的是先掃面，初步查明基巖埋深，確定風(fēng)化厚異常變化規(guī)律，圈出異常區(qū)；再根據(jù)異常探測(cè)可能存在隱伏斷裂地段的結(jié)構(gòu)面及斷裂面特征。本次物探工作針對(duì)風(fēng)化厚異常布設(shè)了6.8Km的高密度電法工作以求在平面上確定異常位置，通過(guò)淺層方法再次確認(rèn)。

（2）高密度電法3001-7α斷面的反演結(jié)果如圖1所示，電法探測(cè)成果存在明顯的低阻異常，其異常帶傾斜分布。其中異常帶F，推斷該區(qū)域具有一定規(guī)模構(gòu)造發(fā)育帶。F區(qū)域兩側(cè)電阻率分布情況相似，不過(guò)在較近距離內(nèi)E區(qū)域兩側(cè)基巖面埋深相差較大，而且E顯示封閉的低阻異常，均顯示具有較明顯的斷裂異常。

（3）另外，如圖2所示，由反演電阻率數(shù)據(jù)深度切片（50m時(shí)）可見(jiàn)，在整個(gè)平面范圍內(nèi)，可能存在北西方向的電阻率異常條帶，該條帶在東西向上存在電阻率增大——減小——增大——減小的遞變過(guò)程，具有明顯的異常特征。初步推斷F5斷裂北西傾，傾角為40 ～50 之間，同時(shí)，斷裂兩側(cè)的巖體連續(xù)性較好，巖層埋深在橫向變化較穩(wěn)定。

（4）該電法異常區(qū)段相同測(cè)線采用地震勘探法進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)行了97炮的數(shù)據(jù)采集。具體方法為地震映像法，偏移距為16m，炮間距為2m，道間距為2m，采樣間隔為0.2ms，采樣長(zhǎng)度為8192點(diǎn)。采用了寬角反射和最佳窗口技術(shù)，旨在避開(kāi)干擾波，同時(shí)為提高信噪比采用了6檢波器的組合檢波技術(shù)。

（5）地震剖面對(duì)應(yīng)于電法剖面的23號(hào)與60號(hào)點(diǎn)之間，如圖1中箭頭所示范圍，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得剖面如圖3所示，CDP35～44號(hào)點(diǎn)范圍內(nèi)存在北西傾斷裂，傾角為42 ，可見(jiàn)下盤(pán)巖層同相軸在斷裂處向上請(qǐng)方向合并的現(xiàn)象，同時(shí)在斷裂處有明顯的同相軸尖滅。在構(gòu)造變動(dòng)中伴生褶皺帶，F(xiàn)5斷裂即為上盤(pán)自東向西逆沖的斷層使得褶皺帶在斷裂處釋放能量，在上覆巖層之下的F5附近產(chǎn)生許多雜亂的多次反射，即為破碎帶和褶皺帶共同造成的結(jié)果。跡象表明在深部其斷距有所增大，深部能量加劇減弱，在深部存在斷層尖滅造成的繞射波形，也指示斷層的存在。結(jié)合折射波調(diào)查計(jì)算填土速度為820m/s左右，礫質(zhì)粘土與全風(fēng)化層交界面深度為30m左右，全風(fēng)化與中風(fēng)化層交界面深度為38m，中風(fēng)化與微風(fēng)化層交界面深度為50m。對(duì)比可見(jiàn)地震資料與電法反演結(jié)果在斷裂規(guī)模、傾角及基巖面深度對(duì)應(yīng)很好。

（6）綜合兩種地球物理探測(cè)方法的探測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，地震資料與電法反演結(jié)果在斷裂規(guī)模、傾角及基巖面深度對(duì)應(yīng)較好。在CDP172號(hào)點(diǎn)設(shè)計(jì)鉆孔ZK7，通過(guò)鉆孔地質(zhì)信息對(duì)比地球物理探測(cè)方法異常位置基本是一致的。

4. 結(jié)論

（1）采用高密度電法和淺層地震對(duì)深埋斷裂進(jìn)行探測(cè)段取得的結(jié)果是理想的，可靠的。并能較準(zhǔn)確的提供斷裂規(guī)模、傾角及基巖面等地質(zhì)信息。

（2）地球物理探測(cè)方法作為一種高效、省時(shí)、省力的勘查手段，并配合一定的地質(zhì)工作，可取的較為明顯的效果。

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