薄壁断裂峪河口至方庄段电性结构特征

杨利普,徐志萍,徐顺强,刘明军,姜磊,熊伟,贺为民

(中国地震局 地球物理勘探中心，河南 郑州 450002)

0 引言

太行山东南缘位于太行山隆起区、豫北差异隆起区和豫中差异沉降区的交接部位，受区域构造控制，该区发育了一系列NE和EW向断裂，如汤西断裂、汤东断裂、薄壁断裂、新乡—商丘断裂、盘古寺—新乡断裂等[1]。其中，薄壁断裂作为太行山南缘断裂的一部分，位于薄壁地堑西侧，是发育在盆地与山区的一条边界断裂[2]，张岳桥、刘明军等学者根据遥感TM 图像解译和野外地质考察结果，认为该断裂自上八里镇石门河出山口处，在第四纪早期有明显活动，往南到峪河口第四纪已不活动，且在峪河口以南不再有出露[3-5]。但是该断裂地下是否继续向南延伸？其规模和埋深多少？尚缺少明确的地质及地球物理依据。因此，本次研究在峪河口—方庄开展了地球物理探测工作，利用高密度电阻率层析成像方法对该段近地表的电性结构进行了探测，为薄壁断裂两侧的城镇规划和建设提供高分辨率的地球物理信息[6-12]。

1 研究区地质背景

薄壁断裂位于太行山脉与华北平原的过渡地带，在构造上为太行山隆起与济源—开封凹陷的分界，并与新乡—商丘断裂、盘谷寺—新乡断裂在焦作市东北部形成一个三角区域(图1)。地表地质研究认为，该断裂南起峪河口，经薄壁、上八里、南村，向北东延伸至临淇，地貌特征及卫片影像明显。断裂走向NE，倾向SE，倾角50°～70°，破碎带宽20～70 m[4]，该断裂与其东侧的九里山断裂组成一个地表为第四系覆盖的山前隐伏小地堑—薄壁地堑，地貌上呈直线形延伸，沿断裂下—中更新统呈长条形分布。据荆智国、刘尧兴等的研究[6]，薄壁断裂在新近纪、古近纪有过强烈活动，早—中更新世继承性活动，自北向南活动逐渐减弱，同时根据断裂对盆地的控制以及作为山区与平原的界线进行分析，认为属于早—中更新世断裂[7](图2)。

图1 构造分区Fig.1 Tectonic zoning map

图2 断裂及测线分布Fig.2 Fracture and line distribution map

2 高密度电阻率层析成像探测方法

在薄壁断裂南端方庄镇附近共布设了4条高密度电阻率层析成像勘探测线(图2)，其中DF-1和DF-2为10 m点距，长度分别为3 890 m和 3 590 m，在其异常区域加密布设了两条5 m点距的测线DF-11和DF-22，长度分别为1 795 m和1 195 m。4条测线总长度为10.47 km，每个剖面实接电极数均为120路，采用α排列系统进行观测。野外工作方法采用固定断面扫描测量，电极装置为α排列(温纳装置AMNB)，各测线采集层数均为39层[8-10]。

图3为高密度电阻率层析成像方法数据处理和解释流程。为提高解释精度，采用EarthImager 2D计算程序进行正、反演计算,根据地电条件和装置系统以及正演模拟结果的分析，有针对性地进行高通或低通滤波处理，以消除或减小表层干扰和振荡干扰[11-14]。

3 高密度层析成像结果

高密度电阻率层析成像结果如图4、图5所示。图4a反映了DF-1测线从近地表到地下227 m的电性结构，图中可以较为清晰地分辨出在测线1 500 m、2 000 m处，图像左右部分的电性结构具有明显差异，电阻率等值线呈现倾向低值区的梯度带。整条测线距地表10～50 m以上的地层电阻率均值在200 Ω·m，推测该区域的第四系覆盖层厚度约10～50 m，且该地层底界连续平稳，没有发生构造变动的迹象。沿测线覆盖层南厚北薄。

测线1 500 m处，深度30 m至探测深度底部存在的显著电阻率间断面,推测是断层的反映。结合相关地质资料认为是薄壁断裂的反映，其上覆盖层厚度在该位置陡然由50 m左右变浅至30 m，表明该点两侧地层的电性结构存在强间断面。这种电性结构特征是判定断层存在的重要标志，由此确定测线1 500 m附近的电性结构异常为断层异常。从高密度电阻率层析成像结果分析，薄壁断裂断层面倾向SE，倾角约60°。测线2 000 m处，深度20 m至探测深度底部存在的显著电阻率间断面推测是断层的反映，结合相关地质资料认为可能是峪河—新乡断裂的反映。

图3 数据处理和解释流程Fig.3 Flow charts for data processing and interpretation

图4b是DF-11测线下方电性结构图像，主要反映从近地表到地下114 m的电性结构，与DF-1测线电阻率反演结果较为一致，在测线1 500 m和2 000 m附近，深度30 m处存在两处电阻率间断面，推测分别是薄壁断裂和峪河—新乡断裂的反映。

图5a反映的是DF-2测线从近地表到地下227 m的电性结构特征。从图中可以较为清晰地分辨出在测线1 080 m处，图像可以分为左右电性结构具有明显差异的两部分，电阻率等值线呈现倾向低值区的梯度带。整条测线距地表10～50 m以上的地层电阻率均值在200 Ω·m，推测该区域第四系覆盖层厚度约10～50 m， 该地层底界连续平稳，没有发生构造变动的迹象。沿测线覆盖层南厚北薄。在测线1 080 m处，深度30 m至探测深度底部存在的显著电阻率间断面推测是断层的反映，结合相关地质资料认为是薄壁断裂的反映，其上覆盖层厚度在该位置陡然由50 m左右变浅至30 m，表明该点两侧地层的电性结构存在强间断面，由此确定测线1 080 m附近的电性结构异常为断层异常。从高密度电阻率层析成像结果分析，薄壁断裂断层面倾向SE，倾角约60°。

图4 DF-1测线(a)和DF-11测线(b)电阻率反演断面Fig.4 DF-1 (a)and DF-11 line(b) resistivity inversion results

图5 DF-2测线(a)和DF-22测线(b)电阻率反演断面Fig.5 DF-2 (a)and DF-22 line(b) resistivity inversion results

图5b反映了DF-22测线从近地表到地下114 m的电性结构，与DF-2测线电阻率反演结果较为一致，在测线1 080 m附近，深度30 m处存在一处电阻率间断面，推测分布是薄壁断裂的反映。

为进一步研究薄壁断裂在峪河口至方庄段空间展布形态，将根据电阻率反演结果推断的薄壁断裂和峪河—新乡断裂的断裂投影到平面地形图上(图6)，薄壁断裂在峪河口以南转为隐伏断裂向西南方向继续延伸，同时，结合遥感及地表地质成果，薄壁断裂在峪河口以北为出露状态，因此，推测DF-1和DF-11测线北侧反映的峪河—新乡断裂可能造成了薄壁断裂的错断。此外，根据徐志萍等利用重磁资料得到的太行山东南缘断裂分布特征，认为薄壁断裂在峪河口以南仍然存在，且可能向南延伸至焦作以北与凤凰岭断裂相交，与本次研究得到的薄壁断裂在峪河口以南为隐伏状态并继续向SE延伸结论一致，而且，高密度电阻率法由于探测点距小，其确定的断裂位置比利用1∶20万重磁资料得到断裂位置更加准确[1]。

4 结论

通过高密度电阻率层析成像方法对薄壁断裂在峪河口以南至方庄镇段的电性结构进行了探测，获得了清晰的电阻率层析成像剖面，所得结果表明高密度电阻率层析成像方法在覆盖层较浅的区域进行隐伏断裂勘探是一种有效的方法。

薄壁断裂在峪河口以南为隐伏断裂，由于本次研究测线仅布设至方庄，无法确定其是否继续向南延伸，仍需进一步工作。

图6 测线位置及薄壁断裂空间分布Fig.6 Location of survey line and spatial distribution map of Baobi fault