淺層地震勘探在城市活斷層探測(cè)中的應(yīng)用

畢遠(yuǎn)偉

大連市應(yīng)急管理事務(wù)服務(wù)中心（大連市地震辦公室），遼寧 大連 116001

前言

城市活斷層是指分布在城市的活斷層，活斷層是第四紀(jì)期間，尤其是距今10 萬年來有過活動(dòng)，今后仍可能活動(dòng)的斷層。斷層是地震發(fā)生的災(zāi)源，且有明顯的標(biāo)志，其控制著最新沉淀物地貌的格局和空間分布，對(duì)于山地地形以及平原地形的分界線、河流流向的走勢(shì)分布特征都有著明顯的控制作用。城市活斷層在我國(guó)大陸地區(qū)廣泛分布，且分布規(guī)模大、活動(dòng)性較強(qiáng)，造成了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。雖然現(xiàn)在還不能對(duì)地震發(fā)生的時(shí)間以及具體地點(diǎn)和地震強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但是掌握了活斷層分布的具體位置以及活動(dòng)特點(diǎn)，就可將易發(fā)生地震的地區(qū)劃分出來，從而采取針對(duì)性的防震減災(zāi)措施。所以進(jìn)行城市活斷層的調(diào)查分析工作，能夠?qū)Ψ勒饻p災(zāi)措施提供有力支持。本篇文章以實(shí)地活斷層探測(cè)項(xiàng)目為根據(jù)，對(duì)淺層地震勘探在城市活斷層探測(cè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了說明。

1 當(dāng)下城市活動(dòng)斷層研究的形勢(shì)

我國(guó)在過去由于技術(shù)、城市環(huán)境等因素的影響，對(duì)城市活斷層的危害認(rèn)識(shí)不夠，使城市活斷層分布空間研究工作以及地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作存在疏漏。地震對(duì)于城市的破壞程度相當(dāng)嚴(yán)重，屬于特大型自然災(zāi)害。我國(guó)曾在1976 年和2012 年分別遭遇唐山大地震和汶川大地震，死亡人數(shù)和損失金額都超過其他自然災(zāi)害。在我國(guó)開展的防震減災(zāi)工作聯(lián)席會(huì)議中，明確說明了我國(guó)屬于地震災(zāi)害多發(fā)片區(qū)的基本國(guó)情，所以需要對(duì)地震震情加強(qiáng)研究和監(jiān)視，做好地震突發(fā)時(shí)的各項(xiàng)應(yīng)急準(zhǔn)備工作，最大程度的減少地震帶來的災(zāi)害損失以及人員傷亡。

隨著近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)逐步向外擴(kuò)張，活動(dòng)斷層的探測(cè)以及地震的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)逐漸得到了人們的重視。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在地震發(fā)生時(shí)，受損害最為嚴(yán)重的建筑物幾乎全部分布在斷層邊緣附近，而偏離斷層的建筑物卻極少受到損壞。根據(jù)此調(diào)查現(xiàn)象，人們認(rèn)識(shí)到進(jìn)行城市活斷層的探測(cè)工作以及對(duì)地震進(jìn)行危險(xiǎn)性測(cè)評(píng)的重要性，不僅可以幫助城市建筑物進(jìn)行有效選址，還可以最大程度上保障人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全，為城市防震減災(zāi)事業(yè)提供有力的支持。

2 主要的應(yīng)用技術(shù)措施

隨著城市活斷層探測(cè)工作以及探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的城市開始開展城市活斷層探測(cè)工作，在進(jìn)行探測(cè)工作的不斷實(shí)踐和深入研究之后，地震勘探方法可適用的范圍以及最為先進(jìn)的技術(shù)逐漸被人們所掌握。進(jìn)行淺層地震勘探工作時(shí)，需要采用最合適的地震勘探方式進(jìn)行斷層探測(cè)，對(duì)地震勘探的資料進(jìn)行分析和處理，如此一來才可以獲取較高的反射波信噪以及最為清晰的斷層時(shí)間剖面。而高分辨率能夠使城市活斷層得到精準(zhǔn)的探測(cè)，最終經(jīng)過對(duì)地震各項(xiàng)資料的分析和處理，尋找到勘探片區(qū)斷層隱伏段的具體部位和斷層產(chǎn)生錯(cuò)斷的具體層位以及深度情況，為城市的空間發(fā)展以及重大工程的選址提供有力的支持。

就目前探測(cè)工作的情況來看，我國(guó)絕大多數(shù)城市都屬被第四系地層所覆蓋，并且需要進(jìn)行探測(cè)的目標(biāo)斷層也絕大多數(shù)都是隱伏斷層，這也進(jìn)一步證明了地球的物理勘探活動(dòng)在城市活斷層探測(cè)工作當(dāng)中起到了重要的作用[1]。進(jìn)行探測(cè)工作時(shí)需要注意：探測(cè)的最終目的層是第四系地層，不僅要掌握探測(cè)的片區(qū)是否存在斷層，還要檢測(cè)斷層存在時(shí)是否斷至第四系地層，并找出斷層上存在斷點(diǎn)的具體位置。如此一來就需要使用地震、電磁、探地雷達(dá)以及重力勘探的探測(cè)方式，這其中地震勘探具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅探測(cè)的效果十分明顯，而且探測(cè)的范圍更準(zhǔn)確、精確度更高，廣泛應(yīng)用于城市活斷層的探測(cè)工作中。

3 進(jìn)行探測(cè)的基礎(chǔ)原理

進(jìn)行活斷層探測(cè)的目的是為了準(zhǔn)確掌握地表附近活動(dòng)中斷層分布的空間狀態(tài)，并對(duì)其延伸情況進(jìn)行了解，探測(cè)潛在的隱伏地質(zhì)斷層空間，盡可能地掌握介質(zhì)具體的活動(dòng)特點(diǎn)，最終對(duì)其存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，形成危險(xiǎn)性分析報(bào)告[2]。地震勘探方法主要是應(yīng)用人工進(jìn)行探測(cè)激發(fā)的震源，根據(jù)地球介質(zhì)傳播過程中所具有的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的表現(xiàn)特征，使用地震波對(duì)地下層中的目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)的方法。

地震勘探方法可以根據(jù)地震波的性質(zhì)特征以及傳播方式的不同分成反射波法、折射波法和表面波法三種方式，反射波法是三種方法中使用最為常見的。其主要對(duì)地殼內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)、空間分布以及活動(dòng)斷裂的地下空間分布狀態(tài)進(jìn)行深入的研究，具有橫向探測(cè)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，截至目前，反射波法是最為有效的物探方法，廣泛應(yīng)用于城市活斷層的探測(cè)工作中。反射波法又具體分為縱波勘探和橫波勘探，橫波勘探相較于縱波勘探來說，分辨率明顯更高，并且還可以對(duì)地表地層進(jìn)行詳細(xì)的空間劃分，從而確定上斷點(diǎn)埋深的具體部位，一般來說，接近地表的斷層通常使用橫波勘探的方法。對(duì)于勘測(cè)的結(jié)果情況來說，兩種方法雖然在勘探深度與水平具體部位上有一定的不同，但是在斷層的外在形態(tài)上，卻具有相同的一致性以及波形的相似性。在具體的探測(cè)過程中，會(huì)根據(jù)探測(cè)不同深度的不同目的，科學(xué)化地選擇不同的勘探方式以及最佳的組合方法，一般來說選擇橫波與縱波勘探相結(jié)合的方式，會(huì)比單一的勘探方式更加可靠，勘探的結(jié)果準(zhǔn)確性也會(huì)更高。

4 提升分辨率的主要技術(shù)手段

4.1 淺層地震勘探震源穩(wěn)定技術(shù)

城市活斷層的探測(cè)工作會(huì)受到施工環(huán)境以及噪音等各方面因素的影響，所以探測(cè)工作對(duì)于震源地帶的要求也比較高。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）要求對(duì)城市的環(huán)境無污染以及無破壞情況的產(chǎn)生，比如說在城市中進(jìn)行過爆炸的震源就不能夠再進(jìn)行探測(cè)工作；（2）要求進(jìn)行探測(cè)的斷距相對(duì)來說較小，所以說進(jìn)行探測(cè)的震源應(yīng)該比一般的地震震源有更寬的頻帶范圍；（3）在進(jìn)行探測(cè)的斷距較小的基礎(chǔ)之上，振幅譜的方向應(yīng)該是朝著高頻的方位而增強(qiáng)；（4）在進(jìn)行城市活斷層的探測(cè)工作過程時(shí)，可能會(huì)遭遇多方面的干擾，所以震源性能應(yīng)該隨時(shí)保持穩(wěn)定，并且可重復(fù)性也要維持良好。調(diào)查與實(shí)踐結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可用于城市活斷層探測(cè)的震源主要有可控震源車、夯機(jī)、真空加速落錘、炸藥、錘機(jī)以及震源槍等。

4.2 分辨率提高技術(shù)

探測(cè)區(qū)域的深度以及地震的地質(zhì)環(huán)境條件等因素都會(huì)影響人工地震勘探中的分辨率，反射波具有高主頻和寬頻帶的特征，分辨率較高。分辨率的高低與數(shù)據(jù)采集的方式和結(jié)果數(shù)據(jù)處理的過程緊密相關(guān)，科學(xué)的采集和處理方式能夠提高分辨率[3]。通常來說，進(jìn)行地震勘探的分辨率是地震波波長(zhǎng)的1/4 或者1/8，進(jìn)行淺層地質(zhì)勘探時(shí)在地震波長(zhǎng)的1/4 以上時(shí)都可以進(jìn)行識(shí)別，分辨率的提高需要從探測(cè)的儀器、采集方式、資料處理以及激發(fā)條件等方面進(jìn)行改進(jìn)加強(qiáng)。

城市活斷層探測(cè)工作中對(duì)第四系覆蓋區(qū)中的落差較小以及物性差異等活斷層進(jìn)行研究分析時(shí)，為了使地震處理資料的信噪比以及地層的分辨率得以提高，應(yīng)該采用科學(xué)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，這時(shí)要通過對(duì)城市活斷層復(fù)雜表層進(jìn)行數(shù)據(jù)化的計(jì)算，再進(jìn)行去噪音濾波以及減弱噪聲的隨機(jī)處理等工作[4]。運(yùn)用初至波有限差進(jìn)行層析成像技術(shù)的處理，當(dāng)?shù)刂返谋韺语@示出速度時(shí)快時(shí)慢時(shí)，就可以對(duì)復(fù)雜的表層中的淺地表結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度以及高效率的數(shù)據(jù)計(jì)算。

4.3 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

在利用上述技術(shù)手段獲得數(shù)據(jù)結(jié)果之后，應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集和處理，特別是對(duì)于鉆孔資料的分析，由此可給予地震勘探的實(shí)踐成果更多的地質(zhì)含義。對(duì)資料的解釋主要是參照地震勘探剖面反射波組的具體特點(diǎn)來確定的，除此之外還包括對(duì)地質(zhì)資料的對(duì)比分析，才能將地震波阻和地質(zhì)層位的具體關(guān)系進(jìn)行明確。對(duì)反射波組發(fā)生的分叉和合并以及中斷等現(xiàn)象、在上下地層內(nèi)依賴關(guān)系的有效分析，能夠?qū)@些變化情況和地層的變化情況進(jìn)行具體的對(duì)比和判斷，從而得出底層的橫縱向變化情況以及構(gòu)造空間的具體情況，反射層斷裂的位置以及活動(dòng)性能和產(chǎn)狀就能夠得到確定[5]。由于進(jìn)行地震勘探時(shí)發(fā)生的異常情況通常來自多方面因素的影響，并且具有多解性的特征，所以對(duì)探測(cè)過程中地震剖面的斷層識(shí)別的具體位置應(yīng)該根據(jù)鉆孔探測(cè)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行合理化的驗(yàn)證。速度資料是人工進(jìn)行地震勘探過程中較為重要的解釋參數(shù)，鉆孔中的波速測(cè)井也可以獲得速度資料。在進(jìn)行斷層識(shí)別以及鉆孔檢驗(yàn)的操作過程中不斷進(jìn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和提升，最大程度的提高城市活斷層形成識(shí)別的精準(zhǔn)度。

數(shù)據(jù)采集階段：使用線性或者非線性以及具有變頻掃描功能的可控性震源，并且進(jìn)行合適地震接收儀器的匹配。通常來說，道距以及偏移距較小，并且采用多接收道以及短排列、高頻檢波器接收 的方法，勘探的準(zhǔn)確性會(huì)更高。數(shù)據(jù)處理階段：合理運(yùn)用壓制噪聲技術(shù)以及折射靜校正技術(shù)和高精度速度分析技術(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)的精確處理。

5 總結(jié)

城市活斷層的研究與探測(cè)是一項(xiàng)比較困難的工作，受到城市中各種因素的影響，探測(cè)工作難度較大。但是為了保證國(guó)民的生命與財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)當(dāng)從各個(gè)角度、各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，使探測(cè)工作能夠得到保質(zhì)保量的完成。對(duì)于城市活斷層的研究探測(cè)工作來說，研究信噪比以及分辨率地震資料的處理工作、在受到活斷層變形較小的情況下如何對(duì)斷層進(jìn)行精確識(shí)別等，仍然是目前需要實(shí)踐和解決的問題。