高密度电法与浅层地震在深埋断裂构造探测中的应用对比分析

何润洲

【摘要】2008年汶川地震给我国带来了较大的人员伤亡及经济损失，地震以后我国加强了地震的研究工作，加强了防震抗震工作，作为引发地震的主要因素活动断裂的研究成为首当其冲的研究对象，但能引发地震的较大规模断裂受风化等因素影响往往埋藏于地表深部，给对其的研究带来了一定的难度，地球物理探测手段作为一种高效的探测手段可满足工作要求。本文利用深圳市南山区城市地质调查中地球物理勘查工作进行分析。结果表明，高密度电法配合浅层地震对深埋断裂的勘查是有效的，效果是良好的。

【关键词】高密度电法；浅层地震；断裂

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. 研究区地质体特征

（1）研究区位于珠江三角洲的东南侧深圳市南山区，大地构造上属于紫金——惠阳凹褶断束的组成部分，是加里东褶皱基底上发育而成的晚古生代凹陷，其后被中、新生代构造叠加、改造，发生过多期次的断裂和岩浆活动。新构造时期以来，以间歇性的幅度不大的缓慢隆起为主，沿北东向断裂常有局部的断陷，发育成规模较小的断陷盆地。区内主要的断裂构造是北西向的流浮山——东博寮海峡断裂。

（2）本断裂由珠江口西岸往西南延伸至蛇口，潜入深圳湾进入香港流浮山，经深井、青衣西至香港岛与南丫岛之间的东博寮海峽。区内长约45 Km。主要由流浮山～东博寮海峡断裂及其次级的汲水门～南丫岛断裂、打水湾～竹篙湾断裂和阴仔湾～大白湾断裂等组成。断裂总体走向北西330°，倾向北东，倾角53°～75°（在双仙湾、该断裂产状为325°/NE∠53°，在深井水塘为310°/NE∠75°）。断裂南段控制马湾-青衣海峡，东博寮海峡的发育。

（3）前人在断裂多处采集测年样品，如在蛇口山断裂断层物质热释光测年为距今21.67±1.51万年，未切割上盖的第四纪残破积层，深圳湾大桥ZK3孔54.0m深滑动面断层物质为距今11.02±0.77万年，未切割上盖的第四纪冲海积层黄褐色粉细砂，元朗大棠为10.51±0.87万年，青衣西断层物质热释光测年为距今22.6万年，表明该断裂在中更新世有过活动。

（4）该断裂在南山区通过地段多为第四系全新统及更新统覆盖层，该层厚度约3～20m；第四系残积层、全风化层及强风化层总厚度较大，中风化基岩埋藏较深，根据收集相关资料，中风化基岩最大埋深大于100m，科技园至深圳湾体育馆地段埋深多大于50m。

2. 工作方法原理分析

研究区中风化岩体的深埋给确定断裂的准确位置带来了较大困难，确定断裂位置为确定可能的地震震源具有重要意义，同时，查明断裂的准确位置为建筑物抗震的研究具有一定的意义，因此根据场地的特点采用高密度电法进行查明断裂后采用浅层地震波折射法予以验证满足工作精度要求。

2.1高密度电法勘探。

（1）综合考虑研究区内地形及地质环境，本次工作采取了以高密度电阻率法为基础的多种视电阻率测量方法，包括温纳四极、微分装置、偶极装置等观测方法。

（2）常规的电阻率方法，由于观测方式的制约，无论是电测深法还是电剖面法都存在测点密度太小、信息量小、工作效率低等缺点。为了发挥物探最新技术在工程勘测中的优势，更好、更快、更准确地找出存在隐患的险段，此次探测中我们采用了具有国际先进水平的高密度电阻率法。

（3）近年来发展起来的高密度电阻率测量系统是一个集自动化、智能化、可视化为一体的数据采集系统。此次我们采用的高密度电阻率法是通过在一条剖面上同时布设70根或更多的电极，在一个或两个电极上供电，快速高效地完成多种电极模式、从小到大的一系列极距系数的视电阻率测量，且每个测点可获得多种测量数据。

（4）高密度电阻率测量基本原理是：利用物质成份的电性差异，电阻率值与地层的岩性、孔隙度及其所充填物的性质有密切的关系，通过地表不同电极距的设置可采集到地下不同地点、不同深度的视电阻率，再对蕴含有各种地质体信息的视电阻率值，采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和构造特征。该测量方法与常规电法测量相比较具有信息丰富、数据量大、野外施工简捷快速等优点。目前，国内外尤其在查明构造发育情况、地下采空区、岩溶空间分布、土体的不均匀沉降防、洪堤坝质量及其基础的地层岩性特征方面无法比拟的优势，同时对该研究区构造分布还具有较高的横向分辨率和纵向分辨率，因此用该方法调查构造所在位置和范围提供充足信息方面具有重要的意义。

（5）本次工作采用国产DZD-6多功能直流电法仪，进行DUK-2高密度电阻率法（结合温纳四级、联合剖面法）测量。DUK-2高密度电法测量系统是由DZD-6多功能直流电法仪和多路电极转换器组成，基于常规电阻率法勘查原理并利用多路转换器的供电、测量电极的自动转换，配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像（CT）等高新技术来进行高分辨、高效率电法勘探。本次采用极距1m、1.5m、2m、2.5m、3m、4m、5m；线距100～200m。参数：电极60；最小间隔数1；最大间隔数16进行测量，其方法达到了设计要求。

2.2浅层地震。

（1）地震映像法是探测浅部介质中纵、横向不均匀体的有效方法。它不同于常规地震勘探中的折射波法及反射波法，有明确的勘查目的层。利用折射波的走时就可以确定界面的埋深和沿界面的地震波传播速度，能够探明土层结构界面、土层中的断层以及裂隙等小构造及地形起伏。

（2）地震映像法是近 10年来用于探测浅部介质中纵、横向不均匀体的有效方法。它不同于常规地震勘探中的折射波法及反射波法有明确的勘查目的层。实质上，它采集的是近震源处的弹性波场，在采集的炮记录上能识别的地震波形有直达波、瑞雷面波、绕（散）射波、转换波。该方法在进行正式数据采集前要进行干扰波调查，确定浅层反射波的最佳接收窗口，然后确定偏移距，以共偏移的采集方式采集某一目的层的反射波。由于，在地震映像图上识别主要应用波的动力学特征（振幅、相位、频率），并应用这些特征解释勘探剖面下纵、横向的不均匀体。概括起来该方法有以下特点：数据采集方法简单，共偏移距单道（或2～3道）采集，施工人员需要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，地形的影响很小，适用于各种复杂的工作环境；在近震源的面波区采集，锤击震源即可采集到能量较强的弹性波；和常规地震勘探中的反射波法和折射波不同，地震映像法对地下三度体也可探测，可解决常规地震勘查方法解决不了的问题；它主要应用弹性波的动力学特征对波场进行解释，没有繁杂的资料处理流程，是一种能适应各种工作环境、简便、快速的工程物探勘查手段。

3. 探测结果对比分析

（1）采用两种探测方法的目的是先扫面，初步查明基岩埋深，确定风化厚异常变化规律，圈出异常区；再根据异常探测可能存在隐伏断裂地段的结构面及断裂面特征。本次物探工作针对风化厚异常布设了6.8Km的高密度电法工作以求在平面上确定异常位置，通过浅层方法再次确认。

（2）高密度电法3001-7α断面的反演结果如图1所示，电法探测成果存在明显的低阻异常，其异常带倾斜分布。其中异常带F，推断该区域具有一定规模构造发育带。F区域两侧电阻率分布情况相似，不过在较近距离内E区域两侧基岩面埋深相差较大，而且E显示封闭的低阻异常，均显示具有较明显的断裂异常。

（3）另外，如图2所示，由反演电阻率数据深度切片（50m时）可见，在整个平面范围内，可能存在北西方向的电阻率异常条带，该条带在东西向上存在电阻率增大——减小——增大——减小的递变过程，具有明显的异常特征。初步推断F5断裂北西倾，倾角为40 ～50 之间，同时，断裂两侧的岩体连续性较好，岩层埋深在横向变化较稳定。

（4）该电法异常区段相同测线采用地震勘探法进行探测，进行了97炮的数据采集。具体方法为地震映像法，偏移距为16m，炮间距为2m，道间距为2m，采样间隔为0.2ms，采样长度为8192点。采用了宽角反射和最佳窗口技术，旨在避开干扰波，同时为提高信噪比采用了6检波器的组合检波技术。

（5）地震剖面对应于电法剖面的23号与60号点之间，如图1中箭头所示范围，经数据处理后获得剖面如图3所示，CDP35～44号点范围内存在北西倾断裂，倾角为42 ，可见下盘岩层同相轴在断裂处向上请方向合并的现象，同时在断裂处有明显的同相轴尖灭。在构造变动中伴生褶皱带，F5断裂即为上盘自东向西逆冲的断层使得褶皱带在断裂处释放能量，在上覆岩层之下的F5附近产生许多杂乱的多次反射，即为破碎带和褶皱带共同造成的结果。迹象表明在深部其断距有所增大，深部能量加剧减弱，在深部存在断层尖灭造成的绕射波形，也指示断层的存在。结合折射波调查计算填土速度为820m/s左右，砾质粘土与全风化层交界面深度为30m左右，全风化与中风化层交界面深度为38m，中风化与微风化层交界面深度为50m。对比可见地震资料与电法反演结果在断裂规模、倾角及基岩面深度对应很好。

（6）综合两种地球物理探测方法的探测结果可见，地震资料与电法反演结果在断裂规模、倾角及基岩面深度对应较好。在CDP172号点设计钻孔ZK7，通过钻孔地质信息对比地球物理探测方法异常位置基本是一致的。

4. 结论

（1）采用高密度电法和浅层地震对深埋断裂进行探测段取得的结果是理想的，可靠的。并能较准确的提供断裂规模、倾角及基岩面等地质信息。

（2）地球物理探测方法作为一种高效、省时、省力的勘查手段，并配合一定的地质工作，可取的较为明显的效果。

参考文献

[1]裴建新 刘洪文 张维冈 徐永臣 ，《基于高密度电阻率法的惠阳约场塌陷灾害研究》.《世界地质》，2007年第3期.

[2]《珠江三角洲城市群（深圳）城市地质调查报告》深圳市地质局，2011.03.

[3]《鹏城公益大厦场地地震安全性评价报告》，广东省工程防震研究院，2012.12.