微动和浅震反射技术在威宁-水城断裂构造隐伏地段的探测应用.pdf

年 卷 贵 州 地 质 ()第 期(总第 期)收稿日期 修回日期基金项目贵州省地震局地震科技基金项目(号)、贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑 号)联合资助作者简介邱鹏()男湖北黄冈人工程师工科硕士主要从事物探、地震安全性评价等相关研究工作通讯作者王家海()男贵州水城人工程师主要从事地震监测、地震安全性评价等相关研究工作微动和浅震反射技术在威宁水城断裂构造隐伏地段的探测应用邱 鹏王家海(贵州省工程防震研究院贵州 贵阳)摘 要威宁水城断裂近年来地震较为频繁历史地震最大震级为 级为贵州地震发育较为频繁的一条较大断裂 本文为探查该断裂的隐伏部位的延续进而判定该断裂隐伏段的位置、走向、倾向、断距等特征利用微动和浅层地震反射两种物探方法对威宁水城断裂重点位置进行精确定位 由于面波干扰的影响根据地震反射剖面很难准确判定浅地表断层的精确位置 本文根据浅地表地层的错断往往会引起地层横向的速度变化的原理利用微动方法提取 频率范围的瑞雷面波相速度频散曲线再利用面波层析成像方法反演获取面波二维相速度图像从而反映出浅地表地层速度结构的变化可以从另一方面揭示浅地表地层断层的精确位置 将这两种方法同时应用于威宁水城断层勘探中可在一定程度上弥补浅层地震反射勘探方法上判定断层浅地表地层精确位置上的不足 同时根据两种物探方法判断断层深浅位置不同使两种方法能够相互验证关键词浅层地震反射 威宁水城断裂 微动探测中图分类号 文献标识码 文章编号()引言威宁水城断裂近年来地震较为频繁历史地震最大震级为 级 然而该断裂形态复杂特别是威宁县与水城区相接壤地区该区域隐伏段较大且位于该断裂北段若不探查清楚其位置、走向、倾向、断距等特征将会对该断层活动性研究产生较大影响 故本文利用微动和浅层地震反射两种物探方法对威宁水城断裂北段重点隐伏位置进行精确定位(李亮等)同时将这两种方法同时应用于断层勘探中可在一定程度上弥补浅层地震反射勘探方法上判定断层精确位置上的不足威宁水城断裂总体是由一系列平行或斜切北西向褶皱的断裂构成(如图 所示)这些断裂或首尾相连或彼此斜列互相交错密集成带组成宽约 的北西向断裂带 断裂总体走向 左右倾向或南或北倾角 为一条以压性为主兼具左行剪切的结构面群断裂在新构造期活动明显沿断裂带常常形成谷地和洼地在断裂北端跪起崖耿家屯断层间形成威宁草海盆地盆地中堆积更新统与全新统厚达 其形成与两侧断裂在第四纪活动有关中段与南端各有一处温泉出露水温分别为 和 物探方法技术及资料处理 浅层地震反射浅层人工地震勘探方法由于其勘探深度范围大分辨率和精确度最高(邓起东等)浅层图 威宁水城断裂地质构造简图(据贵州省区域地质志)()第四系古近系白垩系侏罗系三叠系二叠系石炭系泥盆系奥陶系寒武系威宁水城断裂河流水系第 期 邱 鹏王家海:微动和浅震反射技术在威宁水城断裂构造隐伏地段的探测应用图 目标区地球物理测线位置示意图(据贵州省区域地质志)()二叠系石炭系威宁水城断裂地球物理测线地震反射方法是利用地层之间由于波阻抗差异所产生的反射相位特征来推测、解释地下构造(徐明才等)通过分析反射波阻抗特征的变化而做出是否存在断层的判断(酆少英等)本次观测系统采用最大偏移距 道间距 道接收炮间距 覆盖次数 次资料处理的基本流程:()滤波一维滤波采用一维滤波方法滤除记录中的有效波与干扰波的频谱不发生重叠成分二维滤波对于那些与有效波频率重叠部分且具有视速度差异的干扰波(如声波、面波或其它的低速线性干扰波)采用二维滤波方法来压制二维倾角滤波有效反射波和干扰波的频带几乎完全重叠部分 采用二维倾角滤波方法可有效地压制与有用信号频率相同但具有视速度差异的线性干扰波有效反射波信号得到明显增强()静校正处理因地表起伏不平、近地表速度变化等不规则影响将使原始地震记录的初至出现不规则的时差变化、反射波同相轴的双曲线形态出现畸变从而影响叠加效果()剩余静校正处理数据经过静校正处理后不一定能完全消除表层因素的影响另外当动校正速度不准时也会产生剩余静校正量 为了提高叠加剖面质量本次采用 次高斯塞德尔迭代处理方法来求取剩余静校正量()提高分辨率处理本次采用预测子波反褶积和时变谱白化处理来提高地震资料的分辨率()速度分析为了得到高质量的水平叠加剖面在处理中反复进行了多次速度分析 在速度分析前首先求得选定道集的速度谱、常速度扫描剖面和共炮点距剖面然后进行交互式速度拾取 为了合理地拾取叠加速度浅层拾取的速度间隔较小同时避开因多次反射和折射波能量团的影响()动校正动校正处理是针对共反射点道集的它把炮间距不同的各道上来自同一界面、同一点的反射波到达时间经正常时差校正后使之成为在共深度点上的自激自收时间 贵 州 地 质 年 卷()叠加处理经过上述一系列方法处理后将自激自收的 道集记录进行叠加处理形成能直观反映工区地下地质构造形态、可供解释的水平叠加时间剖面()速度提取本文采用地面反射地震资料求取速度尽管该方法求得的速度精度不如地震波测井但在没有地震测井资料的情况下采用该方法求取地震波速度仍不失为一种有效手段通过反射波资料处理时获得的叠加速度(也称 速度)资料和时间剖面上不同界面反射波的双程垂直到时 由迪克斯()公式求不同地层反射界面以上的平均速度()和深度()由叠加速度()资料求取层速度()和平均速度()的计算公式分别为:()()()()将地震反射时间剖面转换成深度剖面的时深转换公式为:()式中 为深度 为平均速度为反射波双程垂直到时通过以上速度转换公式可以得到地下各层的平均速度参数地震反射界面是地层波阻抗有差别的物理界面(韩松)一般情况下地震波同相轴即反映地下岩性界面 对断层的判别其重要标志是反射波同相轴的横向变化(赵家福)经处理后的反射时间剖面见图 所示从图 浅层地震反射测线时间剖面图上看在 附近存在一组较强的反射波组且形成连续的同相轴反射能量较强 根据反射波同相轴的横向变化存在 及 处的同相轴连续性差出现明显错断 该处反射同相轴出现突然增减或消失波组间隔突然变化这是由于断层错动引起两侧地层产状突变以及由于断层的屏蔽作用引起断面下反射波射线畸变等原因造成的图 研究区浅震反射勘探时间剖面()异常解释图 ()微动勘探技术微动方法没有固定的震源(孙勇军等)它是利用地球本身存在的由于人类活动和自然现象等带来的微动信号来研究地壳浅层信息(何正勤等)通过微动的频谱特性来研究微动在时间和空间上的变化进而获得探测区域地壳浅层速度结构(李洪丽)微动探测方法是以平稳随机过程理论为依据从微动信号中提取面波(瑞利波)的频散曲线(甘棣元)通过对频散曲线的反演得到地下介质的横波速度从而获得地下土层的构造信息(雷晓东等)本次测线有效微动测点 个点间距 此次作业根据现场条件采用了 个台站一字型台阵滚动作业每个测点采用 个台站数据同时采集 个测点数据由各测点计算出的速度得到的浅层二维 波第 期 邱 鹏王家海:微动和浅震反射技术在威宁水城断裂构造隐伏地段的探测应用速度剖面图由下图 所示(刘永勤等)由图 可知微动视横波速度值由浅入深逐渐增大最小值 /最大值 /整体等值线异常形态表现为不稳定变化视横波速度剖面在 段等值线表现为同向扭曲 波速度对于地层内的流体、温度变化和介质性质十分敏感(冯少孔)地下介质孔隙中的充填物、介质的风化程度和破碎带的宽度以及埋藏深度都会对地层波速产生影响(丁连靖等)由于波速在气体和液体中传播速度低于固体中的传播速度裂隙的存在会使地震波传播速度减慢(张雷)由此可推测在 之间可能存在断裂通过如图 所示图 研究区微动勘探剖面()异常解释图 ()图 研究区微动勘探剖面与浅震反射勘探异常解释对比图 将微动剖面与浅层人工地震勘探成果对比认为剖面视横波速度值小于 /异常为第四系反映视横波速度值在 /为新近系反映 按照此原则推断解释地层剖面地质解释成果与浅层人工地震勘探结果吻合较好 讨论与结论在贵州某地活断层浅层勘探中联合运用了浅层地震反射法和微动探测法确定了断层的存在 贵 州 地 质 年 卷 及位置 基于此有以下几点认识:()在活断层调查中单凭浅层地震反射法所得到的剖面难以准确判定断层位置 将微动勘探法和浅层地震反射法联合应用可将二者的结果相互印证弥补单一勘探方法的不足 同时微动勘探法为浅层地震反射提供了速度面为精确断层上断点提供一定的数据支撑()微动方法由于没有固定的震源利用地球本身存在的微动信号来研究地壳浅层信息 该方法操作简单、施工方便、探测成本低、对周围环境无破坏而且高分辨率 波速度结构反演能够很好地反映地下介质低速层的空间变化很适合在城市活断层探测方向上进行应用()首次在贵州地区采取微动和浅层地震反射方法联合应用进行活断层探测选取位于威宁县与水城交界处的金钟镇威水断裂隐伏段为探测点 就本次联合应用的效果该方法取得了比较理想的效果解译出的断裂位置基本一致(如图)参考文献邓起东徐锡伟张先康等 城市活动断裂探测的方法和技术 地学前缘():丁连靖冉伟彦 天然源面波频率波数法的应用 物探与化探():冯少孔 微动勘探技术及其在土木工程中的应用 岩石力学与工程学报():酆少英龙长兴高锐等 高分辨折射和浅层地震反射方法在活断层探测中的联合应用 地质学报():甘棣元 城市浅地表微动探测信号影响因素的研究吉林:吉林大学何正勤丁志峰贾辉等 用微动中的面波信息探测地壳浅部的速度结构 地壳物理学报():韩松 浅层地震反射在不良地质体勘察中的应用研究铁道工程学报():雷晓东杨全合李晨等 北京凤河营地热田东北部综合地球物理勘 物探与化探():李洪丽 利用微动方法研究吉林市浅层二维剪切波速度结构 物探化探计算技术 ():刘永勤廖远国李学专等 微动探测技术在轨道交通工程勘察中的应用研究 工程勘察:李亮汶小岗王辉等 防空洞物探方法探测效果对比分析 陕西煤炭 ():孙勇军徐佩芬凌廷群等 微动勘查方法及其研究进展 地球物理学进展:徐明才高景华荣立新等 地面地震层析成像和高分辨地震联合勘探技术 地质于勘探():赵家福 抗干扰高分辨率浅层地震勘探在城市活断层探测中的应用研究 吉林:吉林大学张雷 分析土木工程中微动勘探技术的应用 数字技术与应用:().第 期 邱 鹏王家海:微动和浅震反射技术在威宁水城断裂构造隐伏地段的探测应用