夏墊斷裂夏墊段淺部構(gòu)造特征地震探測(cè)①

冉志杰，李 皓，呂國(guó)軍，溫 超，楊 柳，楊歧炎，孟立鵬，彭遠(yuǎn)黔，駱艷欣

（1．河北省地震局，河北 石家莊 050011；2．石家莊市地震局，河北 石家莊 050020）

0 引言

夏墊斷裂是華北平原區(qū)北部一條重要的全新世活動(dòng)斷裂［1］，它北起平谷岳各莊，向西南經(jīng)馬坊西、潘各莊，南至永樂店村南，總體走向NE45°，全長(zhǎng)45 km。1679年該斷裂上曾發(fā)生三河－平谷8級(jí)大地震。20世紀(jì)70年代末以來，許多學(xué)者對(duì)夏墊斷裂的第四紀(jì)活動(dòng)特征及1679年8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了研究。孟憲梁等（1983，1988）、向宏發(fā)等（1988，1994）調(diào)查了該8級(jí)地震的地表破裂帶［2］，并開挖了潘各莊等探槽；冉勇康［3］開挖了東柳河屯探槽；江娃利等［4］對(duì)地表破裂帶的古地震特征進(jìn)行了研究，確定了斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代；向宏發(fā)等（1995）、黃禮良（1997）、張先康等（2002）、高景華等（2008）、趙成彬等（2010）、劉保金等（2011）對(duì)夏墊斷裂進(jìn)行了探測(cè)研究［5－8］，顯示了夏墊斷裂的深、淺部構(gòu)造特征和地層結(jié)構(gòu)及斷裂特征等信息，但夏墊斷裂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所獲得該斷裂的淺部構(gòu)造特征并不完全準(zhǔn)確。為此，我們?cè)谶M(jìn)行河北省地震局地震科研基金重點(diǎn)課題項(xiàng)目中采用高分辨率地震勘探技術(shù)，對(duì)夏墊鎮(zhèn)附近的夏墊斷裂淺部活動(dòng)特征進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，進(jìn)一步展示夏墊斷裂的淺部特征。

1 地震測(cè)線布設(shè)與地震數(shù)據(jù)采集處理

在分析已有地震構(gòu)造、斷裂出露情況以及物探資料的基礎(chǔ)上，在夏墊鎮(zhèn)夏墊斷裂經(jīng)過的大棋盤村東側(cè)、永太辛莊村西側(cè)之間布設(shè)地震勘探剖面XD－1測(cè)線（圖1）。剖面走向NW15°，起點(diǎn)坐標(biāo)116°56′03．7515″，39°58′04．8432″；終點(diǎn)坐標(biāo)116°55′52．5353″，39°58′37．3745″。剖面與斷裂走向相交，長(zhǎng)度為1 054m。地震數(shù)據(jù)采集使用Geometries公司StrataVisornzxp－96淺層高分辨率地震儀，24位A／D轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)范圍144dB，儀器頻帶為1．75Hz～20kHz。數(shù)據(jù)采集的儀器采樣參數(shù)為：采樣間隔0．25ms，記錄時(shí)間為1 000ms，低截頻率15Hz、高截頻率500Hz的帶通濾波器。采用單邊激發(fā)滾動(dòng)方式，72道記錄、道間距4m、炮間距8m的18次共中心點(diǎn)疊加觀測(cè)系統(tǒng)，60Hz垂直組合檢波器接收。80kg夯錘人工夯擊震源激發(fā)，在每個(gè)震源上錘擊25次以上進(jìn)行共炮點(diǎn)疊加，以便提高信號(hào)能量，壓制噪聲和干擾［9－10］。

應(yīng)用Vista2D／3D地震處理軟件對(duì)資料進(jìn)行處理，重點(diǎn)注意以下方面的處理工作：細(xì)致切除初至波，確保取得盡可能淺的反射波，以滿足斷裂淺部活動(dòng)特征的研究；進(jìn)行振幅補(bǔ)償和地表一致性振幅處理，壓制干擾、提高信噪比；反褶積和地表一致性子波處理，以便提高分辨率和保真；剩余靜校正和速度分析反復(fù)迭代，提高動(dòng)靜校正精度，確保反射界面疊加成像準(zhǔn)確；做好疊后偏移處理，確保構(gòu)造形態(tài)正確和斷裂清晰；通過反射波資料處理時(shí)獲得的疊加速度（也稱NMO速度）和時(shí)間剖面上不同界面反射波的雙程垂直到時(shí)t0，由迪克斯（DIX）公式獲得不同地層反射界面以上的平均速度（ˉV），經(jīng)時(shí)－深轉(zhuǎn)換獲得地震勘探的深度剖面，以便了解反射波的地層埋深度、斷裂的空間位置等參數(shù)。通過這樣的處理，為夏墊斷裂研究提供高品質(zhì)的地震剖面［11］（圖2）。

圖1 夏墊斷裂夏墊段地震勘探剖面位置圖Fig．1 Location of the seismic detecting profile cross Xiadian fault near Daqipan village

2 地震剖面的解釋分析

夏墊斷裂的淺部特征是本文的研究重點(diǎn)。因此針對(duì)能夠很好反映斷裂淺部特征的XD－1線偏移剖面（圖2（b））以及深度剖面進(jìn)行了詳細(xì)的解釋和地質(zhì)分析［12］，結(jié)果示于圖3。

2．1 剖面的地震特征

2．1．1 波組特征

豐富的地層界面反射波組出現(xiàn)在剖面700ms以上的時(shí)間范圍內(nèi)。根據(jù)剖面波組特征，以CDP341為界，剖面大致可以分為南、北兩部分。在南段剖面上反射震相較多，反射能量較強(qiáng)，連續(xù)性較好；在北段反射能量較弱，連續(xù)性較差。

在剖面南段的600ms之上，存在3組反射能量較強(qiáng)、橫向連續(xù)性較好的反射波組，自上至下命名為T1、T2、T3。這些反射波組呈略微向北傾斜展布，并且在一些地段出現(xiàn)同相軸的扭曲和變形現(xiàn)象。在剖面北段存在反射能量較強(qiáng)、橫向連續(xù)性較好的T1、T2反射波組，基本呈水平狀展布，T3反射波組極不明顯。

值得注意的是在剖面南段350～750ms之間存在一傾斜的反射波組，錯(cuò)斷T3波組，終止于T2波組之下。

總體而言，3套波組的波形有明顯的橫向變化，從南向北振幅由弱變強(qiáng)、由強(qiáng)變?nèi)踔敝料В瓷洳ńM的同相軸出現(xiàn)扭曲和變形現(xiàn)象。

2．1．2 斷裂特征

由圖3可見，剖面上總體被斷裂切割形成相間排列的“斷陷構(gòu)造”。根據(jù)地震剖面中反射同相軸出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)、扭曲等斷裂構(gòu)造特征，整個(gè)剖面劃分出9條斷裂構(gòu)造。以斷裂F5為界，剖面的南段和北段反射波顯示出明顯的差異性。南段的反射同相軸較連續(xù)，層狀性明顯，而北段反射同相軸零亂。細(xì)致分析，在圖3上可以看到，斷裂F4、F5和F7共存于T3反射波組中，視傾都向SE，由此可見夏墊斷裂是由4條斷裂組成（F4～F7），F(xiàn)4、F5和F7是夏墊斷裂的主體斷裂，F(xiàn)6則是伴生斷裂，其中F5是目前通常所指的夏墊斷裂，F(xiàn)4視傾角稍緩，并呈鏟型向下延伸，與趙成彬等［1］發(fā)現(xiàn)的斷裂形態(tài)一致，但斷裂的上斷點(diǎn)埋深存在差異。

為進(jìn)一步確認(rèn)夏墊斷裂的組構(gòu)形態(tài)，在XD－1線西側(cè)200m處，平行于XD－1測(cè)線布設(shè)一條526 m的勘探測(cè)線XD－2。剖面起點(diǎn)坐標(biāo)116°55′53．5694″，39°58′10．2650″；終點(diǎn)坐標(biāo)116°55′46．8016″，39°58′26．5867″。根據(jù)斷裂構(gòu)造在地震剖面上特征，劃分出3條斷裂構(gòu)造，分別與XD－1測(cè)線上的斷裂F4、F5、F7具有相似的構(gòu)造特征（圖4）。

圖2 XD－1測(cè)線處理后的地震剖面Fig．2 Seismic profiles of XD－1line

圖3 XD－1測(cè)線偏移地震剖面解釋結(jié)果Fig．3 Offset seismic profile of XD－1line

表1 斷裂參數(shù)Table 1 The parameters of faults

根據(jù)剖面上所反映的特征，可以看出夏墊斷裂是一條高傾角、錯(cuò)斷至近地表的第四紀(jì)活動(dòng)斷裂帶，該斷裂帶由四條斷裂組成，視傾向SE，其中斷裂F7是本次發(fā)現(xiàn)的一條新斷裂。

由地震剖面可見，在夏墊斷裂的上盤還存在一些規(guī)模較大的斷裂（F1～F3），在下盤有一些規(guī)模小的斷裂（F8、F9）。

2．2 XD－1線剖面的地質(zhì)特征分析

圖5為XD－1測(cè)線經(jīng)時(shí)－深轉(zhuǎn)換后所獲得地震勘探的深度剖面。對(duì)比夏4＃孔地層資料（Q344．7m、Q1370m），反射時(shí)間剖面中的波組T1對(duì)應(yīng)于上更新統(tǒng)（Q3）的底界面，T3對(duì)應(yīng)于下新統(tǒng)（Q1）的底界面。

在XD－1剖面上所有劃分出的9條斷裂構(gòu)造參數(shù)見表1。

從上述分析可以看出：①夏墊斷裂是由四條斷裂組成，其中F4斷裂視傾角稍緩，并呈鏟型向下延伸，錯(cuò)斷了下新統(tǒng)（Q1）界面，斷裂上斷點(diǎn)埋深285 m；F5斷裂傾角較陡，斷裂出露地表（圖6，中國(guó)地震局震害防御中心清理出的斷層剖面，2012）；F7斷裂傾角較陡，錯(cuò)斷了下新統(tǒng)（Q1）界面，斷裂上斷點(diǎn)埋深205m；F6則是伴生斷裂，斷裂上斷點(diǎn)埋深140 m。②斷裂F4、F7在T2之后停止了活動(dòng)；斷裂F5則目前仍在活動(dòng)；伴生斷裂F6僅在一定的時(shí)段活動(dòng)。③斷裂的上盤存在一系列活動(dòng)時(shí)代較新的斷裂（F1～F3），其中F2斷裂錯(cuò)斷了F3斷裂。

圖4 XD－2測(cè)線偏移地震剖面解釋結(jié)果Fig．4 Offset seismic profile of XD－2line

圖5 XD－1測(cè)線地質(zhì)分析剖面Fig．5 Geological sections of XD－1line

圖6 夏墊斷裂的地表出露（鏡頭向東）Fig．6 The photo of exposure site of Xiadian fault

3 結(jié)論

采用高分辨率淺層地震勘探技術(shù)，獲得夏墊斷裂淺部清晰的斷裂結(jié)構(gòu)形態(tài)，為進(jìn)一步開展夏墊斷裂探測(cè)研究提供了可靠資料，并為夏墊斷裂的整體特征研究提供了可靠的依據(jù)。結(jié)果表明，夏墊斷裂構(gòu)造復(fù)雜，在其附近還存在一系列斷裂，這些斷裂與夏墊斷裂組成了夏墊斷裂帶。

（References）

［1］ 趙成彬，酆少英，秦學(xué)業(yè)，等．夏墊斷裂淺部特征高分辨率反射地震探測(cè)研究［J］．地震研究，2010，33（1）：81－85．

ZHAO Cheng－bin，F(xiàn)ENG Shao－ying，QIN Xue－ye，et al．Research on the Shallow Structure Characteristics of Xiadian Fault Using High－resolution Artificial Seismic Exploration Method［J］．Seismological Research，2010，33（1）：81－85．（in Chinese）

［2］ 盂憲粱，杜春濤，王瑞．1679年三河一平谷大震的地震斷裂帶［J］．地震，1983，（3）：18－23．

MENG Xian－liang，DU Chun－tao，WANG Rui．Rupture of the Sanhe－Pinggu earthquake of 1679［J］．Earthquake，1983，（3）：18－23．（in Chinese）

［3］ 冉勇康，鄧起東，楊曉平，等．1679年三河—平谷8級(jí)地震發(fā)震斷層的古地震及重復(fù)間隔［J］．地震地質(zhì)，1997，19（3）：193－201．

RAN Yong－kang，DENG Qi－dong，YANG Xiao－ping，et al．Paleoearthquakes and Recurrence Interval on the Seismogenic Fault of 1679Sanhe－PingguM8Earthquake，Hebei and Beijing［J］．Seismology and Geology，1997，19（3）：193－201．（in Chinese）

［4］ 江娃利，侯治華，肖振敏，等．北京平原夏店斷裂齊心莊探槽古地震事件分析［J］．地震地質(zhì)，2000，22（4）：413－422．

Jang Wa－li，Hou Zhi－h(huán)ua，Xiao Zheng－min ，et al．Study on Paleoearthquakes of Qixinzhuang Trench at the Xiadian Fault，Beijing Plain［J］．Seismology and Geology，2000，22（4）：413－422．（in Chinese）

［5］ 徐錫偉，計(jì)鳳桔，于貴華，等．用鉆孔地層剖面記錄恢復(fù)古地震序列：河北夏墊斷裂古地震研究［J］．地震地質(zhì)，2000，22（1）：9－19．

XU Xi－wei，JI Feng－ju，YU Gui－h(huán)ua，et al．Reconstruction of Paleoearthouake Sequence Using Stratigraphic Records from Drill Logs：A Study at the Xiadian Fault，Hebei［J］．Seismology and Geology，2000，22（1）：9－19．（in Chinese）

［6］ 張先康，趙金仁，劉國(guó)華，等．三河—平谷8．0級(jí)大震區(qū)震源細(xì)結(jié)構(gòu)的深地震反射探測(cè)研究［J］．中國(guó)地震，2002，18（4）：326－336．

ZHANG Xiang－kang，ZHAO Jin－ren，LIU Guo－h(huán)ua，et al．Study on Fine Crustal Structure of the Sanhe－Pinggu Earthquake（M8．0）Region by Deep Seismic Reflection Profiling［J］．Earthquake Research in China，2002，18（4）：326－336．（in Chinese）

［7］ 劉保金，張先康，陳颙，等．三河—平谷8．0級(jí)地震區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和活動(dòng)斷裂研究——利用單次覆蓋深反射和淺層地震剖面［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2011，54（5）：1251－1259．

LIU Bao－jin，ZHANGg Xiang－kang，CHEN Yong，et al．Research on Crustal Structure and Active Fault in the Sanhe－Pinggu Earthquake（M8．0）Zone Based on Single－fold Deep Seismic Reflection and Shallow Seismic Reflection Profiling［J］．Chinese J．Geophys．，2011，54（5）：1251－1259．（in Chinese）

［8］ 高景華，徐明才，榮立新，等．利用地震剖面研究夏墊斷裂西南段的活動(dòng)性［J］．地震地質(zhì)，2008，30（2）：497－503．

GAO Jing－h(huán)ua，XU Ming－cai，RONGg Li－xin，et al．Activity of the Southwest Segment of Xiadian Fault Investigated by Seismic Reflectlon Profiling［J］．Seismology and Geology，2008，30（2）：497－503．（in Chinese）

［9］ 馬文濤，唐文榜，徐錫偉，等．北京黃莊—高麗營(yíng)隱伏斷裂立水橋段淺部活動(dòng)特征的地震探測(cè)［J］．物探與化探，2005，29（6）：503－505．

MA Wen－tao，TANG Wen－bang，XU Xi－wei，et al．Seismic Exploration of Shallow Deformation along Lishuiqiao Section of Huangzhuang－Gaoliying Active Fault in Bering Urban Area［J］．Geophysical and Geochemical Exploration，2005，29（6）：503－505．（in Chinese）

［10］ 李曉妮，馮希杰，任雋，等．臨潼—長(zhǎng)安斷裂第四紀(jì)活動(dòng)性勘探［J］．西北地震學(xué)報(bào)．2012，34（4）：398－404．

LI Xiao－ni，F(xiàn)ENG Xi－jie，REN Jun，et al．Exploration on Lintong－ Chang′an Fault for Its Activities since Quaternary Period［J］．Northwestern Seismological Journal，2012，34（4）：398－404．（in Chinese）

［11］ 盧育霞，王振明，王蘭民，等．蘭州盆地活斷層的高分辨率淺層地震勘探技術(shù)［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2008，30（4）：344－353．

LU Yu－xia ，WANG Zhen－ming ，WANG Lan－min，et al．High－resolution Shallow Seismic Prospecting Techniques for Active Fault Investigation in Lanzhou Basin［J］．Northwestern Seismological Journal，2008，30（4）：344－353．（in Chinese）

［12］ 付兆輝，秦偉軍．?dāng)嘞菖璧囟钙聨Ц呔鹊卣鹂碧郊夹g(shù)應(yīng)用［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2012，34（2）：114－120．

FU Zhao－h(huán)ui，QIN Wei－jun．High－precision Seismic Exploration Techniques and Application on the Abrupt Slope Belt of Faulted Basin［J］． Northwestern Seismological Journal，2012，34（2）：114－120．（in Chinese）