唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶淺層地震勘探

冉志杰，彭遠(yuǎn)黔*，張建智，朱坤靜

（1.河北省地震局,石家莊 050021；2.北京中煤地地球物理勘探研究院有限責(zé)任公司河北分公司,河北 涿州 072750；3.邯鄲市地震監(jiān)測中心,河北 邯鄲 056002）

0 引言

在河北平原的灤縣、唐山、寧河、大城、河間、束鹿、隆堯、邢臺、邯鄲至磁縣一線，存在一條地震構(gòu)造帶，稱為唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶。楊理華[1]根據(jù)邢臺、河間、唐山地震等烈度線、發(fā)震構(gòu)造、震源機(jī)制、地震活動(dòng)帶、衛(wèi)星影象解析等資料分析認(rèn)為，該帶是一條NE向強(qiáng)震活動(dòng)的地震構(gòu)造帶；徐杰等[2]認(rèn)為“該地震構(gòu)造帶是新近紀(jì)開始發(fā)育的新生地震構(gòu)造帶，晚第三紀(jì)以來明顯活動(dòng)NNE至NE向斷裂斷續(xù)密集分布在唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶沿線，帶內(nèi)NW向斷裂被NE向斷裂明顯切割”，NNE、NE向斷裂成為唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶的主體斷裂，其中NE向館陶西斷裂和NE向滄東斷裂展布于該地震構(gòu)造帶的東邊界附近，2條斷裂南段的活動(dòng)特征，尤其是滄東斷裂向南延伸的情況尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

淺層地震勘探能夠獲得幾十米至上千米的中淺部地質(zhì)構(gòu)造信息，已成為隱伏斷裂探測最主要的勘探方法，尤其是淺層反射地震方法在斷層探查中得到廣泛應(yīng)用[3-10]。近年來，在不同的探測目標(biāo)中取得了較好的效果[11-15]。

最近，某工業(yè)園區(qū)位于該地震構(gòu)造帶，由于其區(qū)域性地震安全性評價(jià)需求，且目標(biāo)區(qū)可能在斷裂附近。因此在該地震構(gòu)造帶內(nèi)、目標(biāo)區(qū)附近布置了4 條淺層地震測線，解譯了6個(gè)斷點(diǎn)，探測到了4條斷層，發(fā)現(xiàn)其中2條斷層存在明顯的新構(gòu)造活動(dòng)特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶位于河北平原中西部，是新近紀(jì)開始發(fā)育的新生地震構(gòu)造帶。帶內(nèi)NNE至NE向斷裂斷續(xù)密集成帶分布，構(gòu)成了一條晚第三紀(jì)和第四紀(jì)活動(dòng)的NE向斷裂構(gòu)造體系（圖1），NE走向的館陶西斷裂、滄東斷裂展布于地震構(gòu)造帶的東邊界附近。館陶西斷裂是丘縣凹陷和館陶凸起間的邊界斷裂，全長105 km，斷層傾向NW，為上陡下緩的正斷層，館陶西斷裂晚第三紀(jì)活動(dòng)性分段明顯，中段切斷上第三系底面，斷距100～200 m，南北段活動(dòng)弱，北段斷面沒有錯(cuò)斷上第三系底面，南段的斷面上延至第三系底面，顯示微弱的錯(cuò)動(dòng)。據(jù)石油地震勘探資料，新近系底垂直落差100 m，向上可能影響到第四系底部，根據(jù)資料分析認(rèn)為館陶西斷裂是早更新世斷裂①中國地震局地殼應(yīng)力研究所.河北省活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目衡水市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)分項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告[R].2014.。

圖1 唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶沿線的斷裂和震中分布圖[13]

滄東斷裂是華北地區(qū)的一條規(guī)模較大的斷裂，是黃驊坳陷和滄縣隆起共有的主要邊界斷裂，全長約350 km，在平面上NNE向主斷層和NNW斷層形成鋸齒狀展布，總體走向NE30°。滄東斷裂為發(fā)育于上地殼上陡下緩的鏟狀斷裂，斷面于10 km深處的上地殼底部變?yōu)榻降牟痣x滑脫面。早第三紀(jì)為斷裂主要活動(dòng)時(shí)期，塑造了現(xiàn)今滄東斷裂的主要形態(tài)，斷裂不同區(qū)段的產(chǎn)狀、發(fā)育歷史和活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出鮮明的分段性，晚第三紀(jì)以來斷裂活動(dòng)微弱，滄東斷裂晚更新世以來基本不活動(dòng)[16]。

勘查區(qū)位于河北第四系地層區(qū)劃的邱縣-臨清小區(qū)，其基底之上沉積了巨厚的沉積地層，其中新近系底界埋深900 m左右。根據(jù)測線附近的水文地質(zhì)勘查鉆孔臨13孔、臨10孔、17孔、臨7孔、橫Ⅲ-10孔地層資料，測區(qū)第四系分層底界面埋深為：全新統(tǒng)（Qh）埋深40～47 m，上更新統(tǒng)（Qp3）埋深255～265 m，中更新統(tǒng)（Qp2）埋深 381～390 m，下更新統(tǒng)（Qp1）埋深 472～490 m。

2 淺層地震探測

由于勘查區(qū)處于人口稠密、第四系覆蓋較厚區(qū)域，故采用可控震源激發(fā)方式，應(yīng)用多次覆蓋反射波技術(shù)進(jìn)行地震勘查，以便獲得高信噪比、反射界面清晰、斷裂構(gòu)造清楚的地震剖面。

使用Vista12.0地震處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是以壓制干擾波和保證高保真為前提，運(yùn)用多途徑、分步驟的去燥處理方法和技術(shù)，提高反射波的分辨率，為斷裂精細(xì)解釋、分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)處理中，著重考慮了合適的靜校正、疊前去噪、反褶積、剩余靜校正、疊后去噪、偏移處理、疊后修飾性處理，以及時(shí)-深轉(zhuǎn)換。

為與地層時(shí)代劃分結(jié)果進(jìn)行對比，確定反射界面的時(shí)代，本文通過疊加速度（NMO速度）和不同界面反射波的雙程垂直到時(shí)t0，利用迪克斯（DIX）公式獲得不同地層反射界面以上的平均速度，從而實(shí)現(xiàn)地震剖面的時(shí)-深轉(zhuǎn)換。

2.1 測線布設(shè)及數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探測線布設(shè)方向盡可能與斷裂構(gòu)造正交，盡量選擇道路和通行條件比較好的地段、避開建筑物，在2個(gè)場地共布設(shè)測線 4 條（圖2），剖面總長11.51 km。DZ1、DZ2兩條測線主要是為探查館陶西斷裂布設(shè)，DZ1測線位于臨西鎮(zhèn)，沿公路近EW向布設(shè)，DZ2測線位于DZ1測線的南部1.0 km處，沿公路近東EW向布設(shè)； DZ3、DZ4兩條測線是為探查滄東斷裂而布設(shè)，DZ3測線位于河西鎮(zhèn)，沿公路近EW向布設(shè)，DZ4測線位于DZ3測線南部1.1 km處，沿鄉(xiāng)村公路近EW向布設(shè)。

圖2 淺層地震勘探測線布設(shè)、水文地質(zhì)鉆孔位置圖

本次淺層地震勘探采用F2700車載可控震源激發(fā)地震波，10 Hz檢波器3只串聯(lián)接收地震波。采用法國Sercel 428XL地震儀采集數(shù)據(jù)，前放增益24 dB，采樣間隔1 ms，記錄長度2 s，240 道接收，道距5 m，炮距20 m，20次覆蓋，中間激發(fā)的工作方法。震源車采用2次疊加，80%出力，16 s的掃描長度，線性升頻掃描頻率范圍在10～90 Hz。

2.2 地震剖面解釋

2.2.1 DZ1、DZ2測線

DZ1測線位于臨西縣臨西鎮(zhèn)的鎮(zhèn)內(nèi)公路，近EW向布設(shè)，剖面長5.63 km，主要探測館陶西斷裂及其次級斷裂。DZ1測線的時(shí)間剖面圖信噪較高，反射波組連續(xù)性較好，斷裂錯(cuò)斷特征明顯（圖3）。剖面上解釋了4個(gè)反射界面（TQ3、TQ2、TQ1、TN），TN反射界面起伏較大，解釋為新近系的底界，其余各層比較平緩，該剖面解釋了2個(gè)斷點(diǎn)，自西向東依次為F1-1、F1-2。

圖3 DZ1測線的時(shí)間剖面、深度剖面圖及其解釋成果

F1-1、F1-2分別位于剖面樁號1 950 m、4 300 m附近，F(xiàn)1-1斷錯(cuò)TN約110 m，為視傾向西的正斷裂，上斷點(diǎn)埋深 480 m；F1-2切割 TQ2、TQ1、TN共計(jì)3個(gè)層位，斷層兩側(cè)反射層波組的特征差異明顯，尤其是斷裂面附近各層位牽引變形的現(xiàn)象顯著，斷距具有由深部向淺部逐漸變小的趨勢特征，分別為20 m、50 m、60 m，為上陡下緩的正斷裂，視傾向西，斷層上斷點(diǎn)埋深305 m。

對比測區(qū)鉆孔地層資料，F(xiàn)1-1未錯(cuò)斷下更新統(tǒng)底界，判斷其為新近紀(jì)斷裂；F1-2的上斷點(diǎn)切入中更新統(tǒng)地層、未切割上更新統(tǒng)底界，判斷其為中更新世活動(dòng)斷裂。

為進(jìn)一步確認(rèn)F1-2斷層的存在，以及走向、活動(dòng)性等，在DZ1測線的南部1.0 km處布設(shè)了近EW向DZ2測線，剖面長1.605 km；DZ2測線反射時(shí)間剖面的信噪比較高，反射波組連續(xù)性較好，斷裂錯(cuò)斷特征更加明顯（圖4），剖面上解釋了4個(gè)反射界面（TQ3、TQ2、TQ1、TN），根據(jù)剖面上各反射波同相軸的橫向變化特征和上下反射波組關(guān)系，在該測線剖面上解釋了1個(gè)斷點(diǎn)，標(biāo)識為F2-1。

圖4 DZ2測線的時(shí)間剖面、深度剖面圖及其解釋成果

斷層F2-1位于剖面樁號750 m附近，反射界面TQ2、TQ1、TN均被斷錯(cuò)，斷層 F2-1與斷層 F1-2具有相同的性質(zhì)，為傾向W的正斷層，斷層的上斷點(diǎn)埋深為300 m，錯(cuò)斷了中更新統(tǒng)底界，未切割上更新統(tǒng)底界。

從DZ1測線上斷層的產(chǎn)狀、活動(dòng)性質(zhì)、錯(cuò)動(dòng)地層和上斷點(diǎn)埋深綜合分析認(rèn)為F1-1斷層活動(dòng)時(shí)代為新近紀(jì)，推斷其為邱縣凹陷內(nèi)發(fā)育的次級斷裂構(gòu)造。

根據(jù)DZ1、DZ2測線剖面中的斷層F1-2、F2-1的產(chǎn)狀、活動(dòng)性質(zhì)，并結(jié)合區(qū)域斷裂構(gòu)造資料綜合分析，判斷F1-2與F2-1為同一條斷層，為走向NE、傾向NW的館陶西斷裂，斷層上斷點(diǎn)埋深300 m，錯(cuò)斷了中更新統(tǒng)（Qp2）底界，未切割上更新統(tǒng)（Qp3）底界，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世早期。

2.2.2 DZ3、DZ4測線

DZ3測線位于臨清西北的河西鎮(zhèn)，近EW向沿公路布設(shè)，剖面長2.89 km，主要探測滄東斷裂及其次級斷裂。 DZ3測線的時(shí)間剖面圖信噪比較高，反射波組連續(xù)性較好，斷裂錯(cuò)斷特征明顯（圖5），在剖面上解釋了4個(gè)反射界面（TQ3、TQ2、TQ1、TN），該剖面解釋了2個(gè)斷點(diǎn)，自西向東依次為F3-1、F3-2。

F3-1、F3-2分別位于剖面樁號1 240 m、1 630 m附近，F(xiàn)3-1斷錯(cuò)TN約60 m，為視傾向西，較為直立的正斷裂，上斷點(diǎn)埋深 460 m；F4-2切割TQ2、TQ1、TN三個(gè)層位，斷層兩側(cè)反射層波組的特征差異明顯，呈現(xiàn)反射波零亂、產(chǎn)狀突變，F(xiàn)4-2為正斷裂，視傾向東，其上斷點(diǎn)埋深270 m。對比測區(qū)鉆孔地層資料，F(xiàn)3-1未錯(cuò)斷下更新統(tǒng)底界，判斷其為新近紀(jì)斷裂；F3-2斷錯(cuò)中更新統(tǒng)地層底界、未切割上更新統(tǒng)底界，判斷其為中更新世活動(dòng)斷裂。

從圖5可見，所解譯斷層F3-2的上斷點(diǎn)之上的地層似有變形，很明顯影響到了層位TQ3。為進(jìn)一步確認(rèn)斷層F3-2的存在、走向，以及TQ3層位的變形情況，在DZ3測線的南部1.1 km處布設(shè)了一條近EW向的DZ4測線，剖面長1.385 km。DZ4測線反射時(shí)間剖面的信噪比較高，反射波組連續(xù)性較好，斷裂錯(cuò)斷特征更加明顯（圖6），剖面上解釋了4個(gè)反射界面（TQ3、TQ2、TQ1、TN）。根據(jù)剖面上各反射波同相軸的橫向變化特征和上下反射波組關(guān)系，在該測線剖面上解釋了1個(gè)斷點(diǎn)，標(biāo)識為F4-1。

圖5 DZ3測線的時(shí)間剖面、深度剖面圖及其解釋成果

圖6 DZ4測線的時(shí)間剖面、深度剖面圖及其解釋成果

斷層F4-1位于剖面樁號700 m附近，反射界面TQ2、TQ1、TN均被斷錯(cuò)，斷層 F4-1與斷層 F3-2具有相同的性質(zhì)，為傾向東的正斷層，斷層的上斷點(diǎn)埋深為280 m，錯(cuò)斷了中更新統(tǒng)底界，未切割上更新統(tǒng)底界。

從DZ3測線上斷層的產(chǎn)狀、活動(dòng)性質(zhì)、錯(cuò)動(dòng)地層和上斷點(diǎn)埋深等方面綜合分析，認(rèn)為F3-1斷層活動(dòng)時(shí)代為新近紀(jì)，推斷其為拗陷內(nèi)規(guī)模較小的次級斷裂。

根據(jù)DZ3、DZ4測線剖面中斷層F3-2、F4-1的產(chǎn)狀、活動(dòng)性質(zhì)，并結(jié)合區(qū)域斷裂構(gòu)造資料綜合分析，判斷F3-2與F4-1為同一條斷層，為走向NE、傾向SE的滄東斷裂，斷層上斷點(diǎn)埋深280 m，錯(cuò)斷了中更新統(tǒng)（Qp2）底界，未切割上更新統(tǒng)（Qp3）底界，最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世早期。

3k 1H NMR(CDCl3) δ:9.48(d,J=5.1,1 H),8.46-8.44(m,1 H),8.05(d,J=5.1,1 H),7.94-7.87(m,2 H),7.75-7.42(m,4 H),7.40-7.38(m,2 H).

3 討論

在實(shí)施的4條淺層地震勘探測線，探測到4條斷層，其中斷層F1-1、F3-1上斷點(diǎn)埋深480 m、460 m，其活動(dòng)時(shí)代為新近紀(jì)，推測它們是凹陷內(nèi)規(guī)模較小的次級斷裂?？碧絽^(qū)位于唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶，該帶是新近紀(jì)開始發(fā)育的新生地震構(gòu)造帶。圖7是唐山-河間-磁縣地震構(gòu)造帶內(nèi)臨清拗陷西部跨邱縣凹陷和館陶凸起的QX90-389地震測線（測線位置見圖1），在凹陷中發(fā)育有傾向SE和NW的次級斷裂，從勘探測區(qū)所處的區(qū)域構(gòu)造背景和凹陷內(nèi)發(fā)育一系列次級斷裂構(gòu)造來看，所探測到的2條斷裂是以往未曾了解的隱伏斷裂，斷裂構(gòu)造應(yīng)該是確實(shí)存在的。

圖7 臨清拗陷西部QX90-389地震測線（華北油田，1998）

從圖1（圖中滄東斷裂粉紅色西南延段落是根據(jù)高戰(zhàn)武等資料繪制）看出，滄東斷裂終止于吳橋附近[13]，向西南沒有延伸到本文探測區(qū)。DZ3、DZ4測線中所確定的斷裂F3-2、F4-1是否為滄東斷裂的延伸段落有待考量。

吳濤等[17]認(rèn)為，滄東斷裂南起山東臨清、向北經(jīng)河北武強(qiáng)、滄州，再往北入天津市南郊小站、直至寧河地區(qū)被近EW走向的燕山褶皺帶所截切，是華北地區(qū)切割結(jié)晶基底并對沉積蓋層產(chǎn)生重大影響的大型斷層。高戰(zhàn)武等[16]、王迪等[18]、柴建峰[19]認(rèn)為，滄東斷裂北起寧河，向南經(jīng)滄州、南皮、吳橋和山東德州，直至臨清附近，全長約350 km。滄東斷裂是渤海灣盆地黃驊坳陷和滄縣隆起共有的主要邊界斷裂，且對臨清坳陷和衡水邢臺隆起的有關(guān)部分起分隔作用，為武城凸起和德州凹陷的分界線。據(jù)柴建峰[19]，滄東斷裂德州-臨清段長約 100 km，斷裂直線狀分布，斷面呈平面狀，傾向NEE，傾角達(dá)65～70°，斷裂的垂直斷距（落差）約 2～3 km，水平拉張斷距（伸展量）1～5 km 左右，在臨清坳陷的德州和冠縣2個(gè)凹陷，分別堆積了2 000 m和4 000 m厚的下第三系孔店組（E2k）、沙河街組（E2-3S）和東營組（E3d）。

綜合上述資料可見，滄東斷裂應(yīng)該向西南延伸至臨清。本文測區(qū)位于臨清附近，同時(shí)DZ3、DZ4測線所探測到的兩點(diǎn)F3-2、F4-1的斷裂走向、傾向、以及傾角與滄東斷裂德州-臨清的活動(dòng)特性極其相似。此外，曾經(jīng)在滄州魏莊子布設(shè)探測滄東斷裂的淺層地震勘探剖面上的滄東斷裂特征與本次所探測的結(jié)果相似（圖8）。由此可見，本文在臨清西北的河西鎮(zhèn)探測到的走向NE、傾向SE、斷點(diǎn)埋深280 m的斷裂應(yīng)是滄東斷裂。

圖8 滄東斷裂滄州魏莊子CZ-1測線淺層地震勘探結(jié)果圖

徐杰等[20]認(rèn)為，只有新構(gòu)造階段發(fā)育的地殼共軛剪切破裂構(gòu)造系統(tǒng)與地震活動(dòng)關(guān)系密切。根據(jù)渤海灣盆地以往石油地震勘探揭示出的蓋層構(gòu)造資料，以及地震地質(zhì)和工程地震等研究成果得出，在新構(gòu)造時(shí)期，有些基底主斷裂（帶）仍繼續(xù)活動(dòng)，而NNE滄東斷裂則喪失了活動(dòng)性，因此，滄東斷裂與地震活動(dòng)沒有密切關(guān)系。在進(jìn)行某工業(yè)園區(qū)區(qū)域性地震安全性評價(jià)工作中可不考慮滄東斷裂對近場潛在震源區(qū)的貢獻(xiàn)。

從本次地震勘探探測結(jié)果看，館陶西斷裂為中更新世活動(dòng)斷裂，錯(cuò)斷第四系下部地層，反映出該斷裂仍具有一定的活動(dòng)性，仍具有發(fā)生中強(qiáng)地震的可能。鑒于目前館陶西斷裂的研究程度較低，且在GB18306－2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》編制的過程中可見，中國東部大量6.0、6.5級潛在震源中并未包括晚更新世活動(dòng)斷裂[21]。因此，在進(jìn)行工業(yè)園區(qū)區(qū)域性地震安全性評價(jià)工作中應(yīng)充分考慮館陶西斷裂對潛在震源區(qū)劃分的影響。

4 結(jié)論

1）在臨西縣臨西鎮(zhèn)布設(shè)的2條測線，基本查清Q+N的底界面及起伏形態(tài)，并且探測到2 條斷層。其中一條是館陶西斷裂，上斷點(diǎn)埋深300 m，錯(cuò)斷中更新統(tǒng)（Qp2）底界，但未切入晚更新世（Qp3）地層，為中更新世活動(dòng)斷裂；另一條上斷點(diǎn)埋深480 m的正斷裂是邱縣凹陷內(nèi)發(fā)育的次級斷裂構(gòu)造，其最新活動(dòng)時(shí)代為新近紀(jì)。

2）在臨清西北部的河西鎮(zhèn)布設(shè)的2條測線，也探測到了2 條斷層，其中一條是滄東斷裂，上斷點(diǎn)埋深270 m，錯(cuò)斷中更新統(tǒng)（Qp2）底界，但未切入晚更新世（Qp3）地層，為中更新世活動(dòng)斷裂；另一條上斷點(diǎn)埋深460 m的正斷裂，為拗陷內(nèi)規(guī)模較小的次級斷裂，其最新活動(dòng)時(shí)代為新近紀(jì)。

3）應(yīng)用淺層地震勘探方法在巨厚覆蓋層的場地進(jìn)行斷裂探測，應(yīng)采用大噸位可控震源、小道距長排列方式、高覆蓋次數(shù)，以便準(zhǔn)確查明各地層界面起伏形態(tài)、埋藏深度、斷錯(cuò)情況，為識別確認(rèn)斷層以及活動(dòng)特征提供高品質(zhì)的地震剖面和重要依據(jù)。