地球物理方法对城市活断层的探测与研究

赵立瑰

摘要：使用综合性（电阻率联合剖面法、高密度电法、直流电测深与瞬变电磁法、地质雷达测量法、浅层高分辨率地震法、重磁法）的地球物理办法对A市活断层进行探测，通过实验结果可以看出，采用联合剖面法、高密度电法、地质雷达等方法，可以对活断层位置、产状与形态的探测发挥巨大优势。本文还对各个区域的多环境复杂等相关因素，使用新型的数据处理技术对其进行处理，从而可以加强探测工作的质量与效率，为日后的活断层探测等相关工作提供参考。

关键词：地球物理方法;城市活断层;探测与研究;实验

1.前言

A市作为我国地震重点监测防范区域之一，近几年来出现了十分频繁的小震活动，最近一次发生的5级地震在2016年3月晚9点20分，据A市200km的区域发生了地震，A市也感到了十分明显的震感。因此通过对活断层进行探测，可以有效提升城市规划建设与抗震设防的水平。近几年来，地球物理工作者对城市活断层的相关内容进行了大量的研究与实践。如日本的学者使用了高密度电阻率法与可控源音频电磁法对北岛的活断层形态与产状进行研究。还有部分学者使用地址雷达对活断层中的断点进行探测。还有一些学生使用了井间层析成像技术，这种技术不会受到城市中的电磁干扰，探测深度较深，可以达到800m，从而加强活断层的定位精度。Abbott等分析了长期以来的重力场测量资料，利用重力反演的方式对孕震体密度场发生的变化、断层对地震与迁移发挥的作用与流体，还有其对活断层产生的作用进行了更加深入的研究。无论是相关实验还是研究，随着程度不断加深，可以进一步促进活断层研究水平不断提升。

A市地处平原区域，活断层的表现形式为第四系覆盖的隐伏断层，由于在城市中会分布大量且十分密集的地下管线、工业与民用高压线，从而产生较强的电磁干扰。与此同时，交通运输与机械生产的振动带来的较强振动频率，也会对物探工作的顺利开展产生影响[1]。本文将结合A市采用的活断层探测实例，对基于城市高强度干扰基础上使用多种地球物理方法获得的实验效果进行讨论，还会阐述数据采集、资料处理过程中应使用的相关技术。

2.使用电阻率联合剖面方法进行测量

利用电阻率联合剖面装置，其在对邻近低阻介质进行测量的过程中，具备较高的灵敏度与分辨率，在断层上的正交点具备十分明显的特点，还会有很大异常幅度，定位准确性更高。将其应用在城区较为复杂的环境中，要与地下管线与高压线保持较远距离，避免其带来的干扰，还应增强供电电流强度，对电极距合理选择，同时还要对接地条件进行优化。使用电阻率联合剖面法进行测量的过程中，联合剖面会从断层上反应出来，会出现明显的低阻正交点，两翼的张开幅度较大，曲线处于基本对称形态，异常范围约为200m，可以将宽度较大且邻近于直立低阻破碎带的实际存在进行有效反映。

3.使用高密度電法进行测量

使用高密度电法进行测量的过程中，该装置的主要特征为一次布极、装置种类多且依据程序化模式进行测量、数据收集与资料处理自动化等。利用软件对断面图、用角区域点源纯地形电位发生的异常情况进行绘制并更改，完成数据的平滑处理与剔除畸变点等操作，从而使电阻率反演断面图与真实的断面情况更加接近。通过实践可以看出，温纳装置对探测结果与目的体之间存在一定的对应关系，还会拥有较大的抗干扰强探测的深度。偶极装置具备较强的分辨能力，但在深部其抗干扰能力较差。微分装置具备较低的异常幅值，地表因素会对其产生较大的影响。梯度装置会反映出更多的异常细节，三级装置若发生异常会出现位移情况。二级装置的勘探深度较大，但异常反应较差。

A市在南部区域使用了高密度电法对NR400[2]断裂带进行了探测，城市中部呈现向西边倾斜的低阻异常，可以将断层的形态反应出来。其与电阻率联合剖面的低阻正交点与地质推断具备很高的吻合性。

4.使用直流电测深与瞬变电磁法进行测量

使用直流电测深方法的过程中使用了等比装置，中心的回线瞬变电磁测探器使用了美国CDP32Ⅱ仪器，采用了时间1.908ms，发射电流为3A，对数据处理时使用了自行研制的多模块电发软件完成反演解释，可以利用数据输入端完成数据的输入与光滑，还可以利用直流电测深对地形进行改正，利用瞬变电磁测深法可以完成参数的校正，最终输出结果与构建模型。在进行一维反演时，使用了约束反演技术，将已知的标准电信息作为基础，解决反演由于存在非唯一性特征形成的多种问题。使用直流电测深法与瞬变电测深法可以完成联合反演，使各项信息形成有效的互补，增强数据的合理性。使用约束的光滑模型对测深数据进行二维反演，使用奇异值截断的变正则化因子技术增强较深部分的繁衍分辨率。

测量完毕之后绘制了A市北部断层区域的电测深剖面图，其表现为松辽盆地的东缘NE向隐伏断裂带。测量区域属于冲积低平原向高平原的过渡区域。从断面等值线图可以看出，在覆盖层下方的曲线十分密集，呈现较深的下延形态。断层上方的覆盖层电阻率没有呈现出连续的形态，可以反映出该断层呈现的活动性。

5.地质雷达测量方法

地质雷达选用了美国的SIR-2型号仪器，使用了分离式较低频率48MHz天线进行测量，采样的长度为lOOOns，叠加次数为32次，收发天线之间的距离为1m，点距为2m，天线的长度为4.8m[3]。A市的城市区域中会发生较多的随机干扰情况，因此使用多次叠加的方式可以获得信噪比更高的数据。在对数据进行处理的过程中，使用了增益恢复办法，从而复原大地发出的滤波信号，使深部信息获得增强。利用带通滤波可以将信号中低频振荡与高频噪声等干扰成分有效滤除。通常来说，反射波形都会以均匀的方式进行反射，处于断层部分的波形同相轴若被错断，就会发生明显的位移情况。若低阻含水体不是断层，由于低速层的影响，会很快地衰减高频电磁波，从而形成幅度较低的反射波，相比于围岩来说，其同相轴更晚，波形的连续性也会更差且杂乱无章。

6.浅层高分辨率地震法

使用浅层高分辨率地震法的过程中，采用了美国的N224型号仪器。由于A市中会受到多方面造成的强干扰与地表介质不均匀情况，在进行激发地震波、安置检波器等相关工作的过程中会受到较大影响。在浅层地震中，其会要求更高的主频与较宽的频带，实验中将大锤、落锤、可控震源的效果与特点进行了对比。基于不同频率检波器的对比基础上，选择不同地面条件中最合适的检波器。在对不同道距离、不同偏移距离进行实验的过程中，选择了最合适的观测系统。在对第四系覆盖层中物性差异与落差较小活断层进行探测与研究的过程中，要增强地震资料中存在的信噪比与分辨率。在对数据进行处理的过程中，对复杂表层速度进行估算、静校正等相关问题。使用初至波对有限差分的走势层进行分析，最终成像，之后对初至走势层进行反演，若表层的速度出现不均情况，就可以对浅地表结构较为复杂的部分进行更加准确、更加高效的计算。

7.使用重磁法进行测量

使用重磁法可以对城市中区域较大的部分进行探测，这样就可以准确找到可能发生断层的位置。在A市南部区域断裂带上使用了重磁测量法进行检测，之后绘制了结果剖面图。从图中可以看出，在测线的三个点之间[4]，台阶状的重力异常形态与马鞍形磁异常状态，就可以对断层可能存在的部分进行充分反映。

8.结语

通过实验可以看出，在对A市活断层进行探测的过程中使用地球物理办法，可以具备很高的灵活性、便利性与经济性。使用电阻率联合剖面法与重磁方法可以将异常位置快速、准确地判断。使用高密度电法与电测深方法，可以将不同深度层进行分析并形成图像，从而将地电断面的主要形态分布情况充分体现出来。使用瞬变电磁法与地质雷达测量办法具备很高的灵活性。使用地球物理办法可以对断层的形态进行全面分析与研究，从而使断层上端点埋深等操作更加准确。因此针对不同区域使用对应的物探办法可以高效地完成綜合探测。与此同时，城市中的环境十分复杂，在未来的研究过程中仍要对以下问题深入研究：第一，由于城市环境较为复杂，还存在较多的干扰，会对活断层的异常探测产生重要影响，因此需要进一步提升抗干扰能力与探测水平。第二，在第四系层中堆积物结构较为松散，还有弱胶结某些活断层中，若受力后会发安生轻微变形、构造行迹不明显等情况，因此要增强断层的判别准确性。第三，城市活断层作为一种动态的变化过程中，使用地球物理办法对其进行探测的过程中，要综合使用多种测量办法。

参考文献：

[1]杨旭，白志强.城市隐伏活断层主要工作方法初探[J] .地质与资源，2016（06）：583-588.

[2]周彩霞.基于WBS的H项目管理应用研究[D].南京农业大学，2012.

[3]李自红.临汾盆地地壳精细结构探测与孕震构造研究[D].太原理工大学，2014.

[4]尉洋.松原市活断层探测数据库建设与质量控制方法研究[D].中国地震局兰州地震研究所，2016.