浅谈对城市活断层探测的综合物探方法

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摘 要： 城市活断层研究对城市经济建设具有极其重要的意义，是近年来地球物理学者关心的热点问题。随着地球物理勘探技术的进步，已使得人们对活断层从定性研究向定量研究转变。但由于活断层时空域参数的复杂性，仅通过单一物探手段并不能解决综合性的探测工程，那么在特定区域开展工作时就需配合不同的方法，本文介绍了地球物理勘探中的三维地震、高密度电阻率两种方法，以揭示活断层的地质特性和深部构造环境，提高解译工作的准确性。

关键词： 活断层； 三维地震； 高密度电阻率法

1. 活断层的特性

1.1 活断层的定义。

指现今正在活动，或近期曾活动过，不久的将来可能重新活动的断层，后者也可称为潜在的活断层，它是深大断裂复活的产物。它往往是地质历史时期产生的深大断裂（即切穿上地壳、地壳或岩石圈的断裂），在近晚期和现代构造应力条件下重新活动而产生的。

1.2 活断层的继承性和反复性。

现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次发生过同样的断层活动，并成规律分布，岩性和地貌错位发生，累计叠加。我国的活断层分布，主要继承了中生代和第三纪以来断裂构造的格架。

1.3 活断层的类型多种化。

根据断层面位移矢量方向与水平面的关系，可将活断层划分为倾滑断层和走滑断层。倾滑断层又可分为逆（冲）断层和正断层；而走滑断层又可分为左旋断层和右旋断层；以及它们之间还有相互组合的形式出现。

受大洋与陆地板块制约，我国东部地区以NE和NNE向的正断层和走滑-正断层为主，西部地区则以NW、NNW和NWW向的走滑和逆冲―走滑断层为主。

1.4 活断层的活动方式。

一种是间歇性地突然错动，称黏滑型断层；另一种是沿断层面两侧连续缓慢地滑动，称糯滑型断层。前者的围岩强度高，断裂带锁固能力强，能不断积累应变能达到相当大的量级，危害性较大。

2. 三维地震勘探

三维地震勘探的探测深度可达几公里，施工中对测线布置灵活性大，对于复杂地貌的城市来说，可进行灵活多样的测线束布置工作。同时能对高密度三维地震数据体进行精细解释，偏移归位准确，横向分辨率高，透视化高，有利于复杂小构造的圈定。

2.1 选择适合勘探地区的三维观测系统，接收和激发方式

根据勘探区地质条件和先期的试验工作，选择合理观测系统，包括最佳窗口、反射面元尺寸、最大与最小偏移距、接收道数、覆盖次数、排列方式等。接收方式选取法国428XL数字地震仪，选取合适的采样间隔、高低通滤波、增益、检波器等。以及试验后得到的井深与药量等激发参数。

2.2 野外数据采集

获取信噪比较高的原始记录，对后期资料处理起着基础性作用。选取激发井深至潜水位；合适的药量能获得较宽的有效频带，封孔能有效地压制干扰；做好检波器的耦合工作；一般不允许空道、空炮；对偏离理论设计的炮点和检波点要现场实测坐标；对地貌复杂线束引起的变观要提前用软件论证。

2.3 科学的数据处理流程与技术

在预处理完成后再进行常规处理流程，主要是进行地表一次性预测反褶积，速度分析、地表一致性剩余静校正、NMO动校正、DMO叠加、频域与空间域噪声衰减、叠前时间偏移等。

资料处理时注意要尽量在叠加之前提高信噪比和分辨率；通过速度分析与剩余静校正的迭代来提高速度与静校的精度；在时间域偏移前插值避免产生空间假频；通过子波反褶积和叠前反Q滤波等处理，拓宽地震波有效频带，提高分辨率。

2.4 资料解释

地震资料处理完成后得到三维数据体，它包含了勘探区内丰富的数据信息，解释工作就是把其中的稻菪畔⑻崃冻鏊需的地质信息的过程。各地质单位对于解释流程均大同小异，此过程中值得注意的是，应着眼于从整体到局部，由简单向复杂的解释原则；纵、横时间剖面相结合，时间剖面与水平切片、沿层切片相结合，全方位反复对比；将三维可视化、地震属性解释和地震研究模型特征结合起来；多个数据体综合解释。仅举例两幅切片图，可以清晰辨认出断层。

3. 高密度电阻率法

它是一种阵列勘探方法，电极布设可一次性完成，减少了因电极设置而引起的故障和干扰；能有效进行多种电极排列方式的扫描测量，有效获得丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态；且与其他勘探法相比较，具有成本低、自动化程度高、异常形象直观、解释方便等优点，故在工程勘察中得到广泛应用。

3.1 野外工作方法技术

对断层进行探测时，为达到对电法剖面解译的准确性，主要应以探测的断层电性特征及避免环境带来的干扰因素为出发点。工作时应注意以下方面：①收集地质资料，将测线布置尽量垂直于构造走向，使探测最大程度获得断层的异常，实践证明相同异常体的横向剖面电阻率异常比纵向剖面电阻率异常幅值较为显著。②当测线切过断面时，高低视电阻率差异分界线即为断层面，根据测线的方位可以推算出断面的倾角和视倾角。但倾向方位角需通过多条平行切过断层面的测线得出断层走向在地表的投影，并只有在测线足够多时才能排除断层走向变化的干扰。③在城市闹市区测量时，需要解决一些关键问题，如：尽可能增大供电电流；尽可能避开城市工业电流的干扰；解决硬化路面布极的问题。④为保证测量的精度，采用GPS定位，GPS接收机一般有10个通道，要并行跟踪GPS卫星。

3.2 资料处理方面

3.2.1 预处理

由于地下不均匀体的存在、布设电极的接地电阻大、地质起伏及噪声等因素的影响，会产生干扰异常。为得到真实效果，仔细对原始数据进行预处理，以达到剔除干扰异常的目的，为后续正、反演处理做准备。预处理方法包括相邻断面的数据拼接、剔除虚假点、插值和地形矫正。

3.2.2 正、反演处理

有限元法正演是以一种以变分原理和剖分插值为基础的数值计算方法。用这种方法求解稳定电流场电位，首先要利用变分原理将给定边值条件下求解电位U的微分方程问题，等价地变成求解相应的变分方程，也就是所谓泛函的极值问题；然后，离散化连续的求解区，即按一定规则将求解区域剖分为在节点处相互连接的网格单元；进而在各单元上近似地将变分方程离散化，导出以各节点电位值为变量的高阶线性方程组；最后解此方程组算出各节点的电位值，得到地下空间场的分布，以表征稳定电流场的空间分布。

佐迪方法进行反演的基本思想是：首先设定模型上的层数和测深曲线上的点数相同，每层的电阻率为测深曲线上相应各点的视电阻率；每层的深度等于测深曲线上相应各点的电极距再乘以一常数。利用上述模型得到一理论测深曲线，并与野外实测曲线对比，若两曲线同相（一般幅值会不同），调整模型各层电阻率值，再次正演计算理论曲线，直到实测曲线和模型曲线的均方根误差达到最小，此时得到的模型就作为实测所得到的地质模型。

3.3 资料解释与分析

应结合实际地质、地形条件采用多种方法进行解释。通过与试验图像的异常特征对比进行解释；同一剖面两种或以上装置的图像对比解释；将图像与已知地质剖面、钻孔资料进行对比；抽取少量几组符合测深条件的电测深数据进行反演解释等。

4. 总结语

我国开展城市活断层的探测大体经历了区域探测与初步鉴定阶段、深部孕震构造探测、断层的详细探测与精确定位等三个阶段。仅从技术角度来讲，综合地球物理勘探只是探测城市活断层手段的组成部分之一，是非常重要的基础性工作。综合地球物理勘探中的各类方法有着各自的优缺点，要注意区分并综合\用，使得到的结果相互印证相互补充，提高解释精度。

但想要对活断层做出全方位定量的解释，则应综合地质学、地壳形变等科学的探测结果。在此基础上，对城市发震活动断裂的地表和近地表未来时限内的累计错动量、同震位移量、断裂错动对地面设施毁坏的影响带宽度，以及发震断裂产生的地震地表破裂带的特性进行评估，并针对它们提出在城市经济建设活动中的灾害防治和工程对策方案，达到最大限度地减轻地震灾害的目的。

参考文献：

[1] 李起彤. 活断层及其工程评价[M]. 地震出版社， 1991.

[2] 陆基孟. 地震勘探原理[M]. 石油大学出版社， 2009.

[3] 刘国兴. 电法勘探原理与方法[J]. 2005.

[4] 李清林， 张建志， 秦建增，等. 高密度电阻率法在城市活断层调查中的应用[J]. CT理论与应用研究， 2003， 12（1）：1-5.