张立忱 杜秋男 杜天然
黑龙江省地震局 黑龙江哈尔滨 150080
摘要：地震勘探方法是探测地下地质构造的有效手段。通过横跨依兰-伊通断层布设2-3条浅层地震勘探测线，采用浅层地震纵波探测方法探查主要断裂的空间位置和断裂属性，为确定该段断裂上的潜在震源区地震活动性参数提供证据，为鹤岗地区重大建设工程抗震设防提供科学、可靠地震动参数。
关键词：浅层地震，断裂活动性，反射波地震勘探
0前言
依兰-伊通断裂带是郯庐断裂断北段主要组成部分，也是东北地震区中规模较大的发震构造。该断裂在2008年以前普遍认为其为第四纪早期活动断裂，闵伟（中国地震局地质研究所）在方正开挖探槽发现全新世地层古地震破裂遗迹，从此该断裂活动性受许多学者的关注，近年来（闵伟、余中元、韦庆海等）对该断裂其余段进行了不同程度的科学研究，鹤岗段由于断裂地貌特征现象不明显，对其研究的难度和成本较高，至今依兰-伊通断裂鹤岗段的活动性没有新的研究工作。随着经济发展需要，鹤岗市鹤岗机场、鹤岗市关门嘴子水库和鹤佳快速铁路等重大工程的推进，而重大建设工程的抗震设防参数是工程设计中重要参数之一，对依兰-伊通断裂鹤岗段的活动性进行研究，是确定科学、可靠地震动参数的基础。
1工作区地质构造
（1）依兰-舒兰断裂（F1）
图1 目标区及邻区断裂构造图
（据兴山-峻德东部区煤炭勘探实施方案区域地质图）
依兰-舒兰断裂是东北地区最大的一条岩石圈断裂。它由吉林省境内的舒兰向北东进入黑龙江省，经萝北延入俄罗斯，向南西经吉林、沈阳与郯城-庐江断裂相连，在黑龙江省境内长约560km，宽5-25km，走向北东40º-50º。区域重力场图上断裂显示为大面积正场与负场的分界线，沿断裂带分布有一系列串珠状局部重力正异常和负异常，两侧梯度变化较大，区域磁场表现为北东向的负磁异常带，具有明显的“地堑式”断裂带特点。该断裂在目标区被北西向的梧桐河断裂（F2）和公义永断裂（F3）所切割，北段为三支，南段为两支。
该断裂带是本区的重要潜在震源区，黑龙江省萝北曾发生过多次4.5-5.8级的浅源地震，尚志、方正、佳木斯、宝泉岭等地也都有小震发生。
（2）梧桐河断裂（F2）
沿梧桐河发育，走向北西，倾向南西，正断层性质。
（3）公义永断裂（F3）
南段走向北西，北段走向近南北，是一条向西倾的正断层。
2浅层地震勘探方法
2.1野外地震数据采集
地震勘探方法是探测地下地质构造的有效手段，而对隐伏断层的定位目前主要采用的是反射波地震勘探方法。根据目标区及邻区断裂构造图（图1），横跨依兰-舒兰断裂、梧桐河断裂和公义永断裂共布设了4条浅层地震测线，编号为L1～L4，测线总长度约为15km，其具体位置见图2。
图2 浅层地震勘探测线位置示意图
2.2 仪器设备
2.2.1 地震仪
本次浅层地震数据采集使用德国DMT公司生产的SUMMIT数字地震仪（图3）。SUMMIT数字地震仪具有高采样率（1/32ms～8ms）、高宽记录频带（1～16kHz）、大动态范围（≥120dB）和能对可控震源资料进行现场实时相关处理等特点。
2.2.2 地震波激发源
在浅层地震勘探中，目前采用的地震波激发震源主要有炸药震源、锤击震源、枪源、夯源和可控震源等。本次探测我们采用美国M18/612型可控震源（图4）来激发地震波。该震源激震频率范围10~250Hz，线性扫描和非线性扫描可选，最大出力20吨。
2.2.3 检波器
地震检波器是地震仪器设备的重要组成部分。结合我们以往开展类似工作的经验，在本次浅层地震勘探工作中，使用了60Hz检波器串，每串3-4个检波器，采用点组合方式接收。
图3 SUMMIT数字地震仪 图4 M18/612型可控震源
2.3 基本数据处理流程
数据处理的目的就是根据所获得的原始资料情况，从提高资料的信噪比和分辨率两个方面着手，通过合理选择相应的处理模块和处理参数，建立相应的数据处理流程（图5），达到最终获得能用于地质解释的反射波叠加剖面图像。
本次浅层地震反射资料处理采用FOCUS地震反射处理系统对原始数据进行了处理。
图5 基本数据处理流程
3地震剖面分析与解释
本次浅层地震勘探在工作区内共完成了4条浅层地震测线的探测工作，测线总长度为15.172km。经室内资料处理与解释，获得了较清晰的反射波时间和深度解释剖面图。
3.1 L1测线
从图5可以看出，TQ2反射界面在测线的东西两端各有一个较为明显的同相轴错断，根据反射波组特征和断层判别依据，在该剖面解释了2个断点，它们在图中的标识为FP1和FP2。
断点FP1位于剖面西段，表现为正断层性质，它在剖面上向西倾，其可分辨的上断点位于测线桩号453m的下方，埋深约为66~72m，在该深度上它的垂直断距不大，约为4~6m。
断点FP2位于剖面东段，它在剖面上倾向东，表现为正断层性质，其可分辨的上断点位于测线桩号1986m的下方，埋深约为30~35m，在该深度上它的垂直断距约为4~5m。由于该断点距离铁路较近，数据采集时可能受到铁路垫高数米的路基影响，其可靠程度会有所降低。
图5 L1测线反射波时间和深度解释剖面图
根据地震剖面地层解释结果，FP1和FP2向上均穿透了Q底界，它们应为第四纪活动断裂。
3.2 L2测线
图6上部是L2测线的反射波时间叠加剖面，下部为深度解释剖面。
根据反射波时间叠加剖面所揭示的地震波组特征，在双程走时800ms以上解释了3组特征较为明显的地层反射，它们在图中的标识自上而下分别为TQ、TN和TE。
图6 L2测线反射波时间和深度解释剖面图
根据时深转换结果，结合本区的地质资料，推测埋深为100m左右的TQ反射界面为第四系的底界，而埋深在180m左右的TN反射界面则应为新近系的底界，其下与TN呈不整合接触的倾斜地层可能是古近纪地层。
剖面中的TQ和TN地层反射呈近水平形态，它们的反射能量较强，在整条剖面都能够连续追踪。
该地震剖面揭示的TE地层反射能量均衡，且具有很好的横向连续性，因此，在该测线控制范围内不存在向上穿透TE界面的断层。
3.3 L3测线
图7为L3测线的反射波时间和深度解释剖面图，该剖面揭示的反射震相比较丰富，反射能量也比较强。在此剖面上标识了4组主要地层，分别用Q、N、E和K表示。
图7中的TQ反射界面在测线南段基本呈近水平形态展布，自测线桩号1000m以北，TQ界面逐渐上隆。根据时深转换结果，在测线北端，该界面的埋藏深度约为48m，与位于测线北的水文地质勘探钻孔77#所揭示的Q3底界埋深基本吻合，因此，地震剖面中解释的TQ界面应为Q3的底界面，其下伏基岩为白垩纪地层。
新近纪的底界反射TN是一个不整合面，呈南深北浅的单斜形态，在测线桩号1000m左右尖灭。
根据剖面揭示的波组特征，在FP3.1以南，新近系（N）之下还存在一套古近纪地层（E）。
从图7可以看出，在测线北端1200~1600m的下方，TN以下的地层反射存在波形扭曲、紊乱和反射同相轴的错断等断层现象，据此解释了2个断点，在剖面图中用FP3和FP3.1标出。
FP3在剖面上倾向南，是一个正断层，其可分辨的上断点位于测线桩号1192m的下方，埋深约为105m左右，在该深度上它的垂直断距很小，不易分辨。FP3.1也是一个向南倾的正断层，它位于测线桩号1530m的下方，可分辨的上断点埋深约为110m左右，在该深度上它的垂直断距为3~5m。FP3.1大约在620m左右的深度归并于FP3，根据剖面显示的断层特征，FP3.1应为FP3的次级断裂。
另外，在剖面中部3600m桩号附近的下方，古近纪和白垩纪地层中的反射波组也有波形紊乱和反射同相轴的错断迹象，根据断层判别依据，在此解释了一个断点，在剖面图中用FP4标出。
FP4在剖面上倾向南，表现为正断层性质，其可分辨的上断点位于测线桩号3520m的下方，埋深约为160m左右，在该深度上它的垂直断距不大，约为4~6m。
图7 L3测线反射波时间和深度解释剖面图
3.4 L4测线
根据兴山-峻德东部区煤炭勘探实施方案区域地质图（图1），该测线东段有前古生界花岗岩侵入。
图8上部是L4测线的反射波时间剖面图。由图可以看出，该剖面揭示的TQ地层反射信噪比较高，根据时深转换结果（图8下部），TQ界面的埋深约为20~ 35m，与测线附近的水文地质勘查钻孔所揭示的该区段第四系厚度基本一致，因此，该剖面所解释的TQ反射界面应为第四系的底界面。
根据图8显示的波组特征，在该剖面上共解释了3个断点，分别用FP5、FP5.1和FP6标出。
FP5是一个在剖面上倾向北西的正断层，其可分辨的上断点位于测线桩号2146m下方，埋深约为60m左右，在该深度它的垂直断距约为4~6m。
FP5.1是发育在FP5上盘的次级断裂，它在剖面上倾向北西，是一个正断层，其可分辨的上断点位于测线桩号2062m下方，埋深约为60m左右，在该深度上它的垂直断距很小，不易分辨。
FP6在剖面上倾向北西，表现为正断层性质，其可分辨的上断点位于测线桩号2720m的下方，埋深约为85m左右。从图20可以看出，FP6两侧的波组特征明显不同：在FP6北西侧，双程走时500ms以上有多组能量较弱的地层反射隐约可辨，而FP6的南东侧，双程走时100ms以下几乎看不到有效的地层反射信息，推测其可能为前古生界的花岗岩侵入体。
图8 L4测线反射波时间和深度解释剖面图
4探测结果
4.1 实测断点
测线控制范围内隐伏断层的活动性是本次浅层地震探测的主要目的。从本次探测所获得的反射波时间和深度解释剖面图来看，大部分断层在剖面上的特征是非常清楚的。根据剖面反射波组特征和断层判别依据，在4条测线上共解释了8个断点，表1是它们的有关参数。
表1 浅层地震勘探实测断点参数表
5 结论
根据浅层地震勘探所获得的反射波时间剖面特征和时深转换结果，结合该区的地质资料，经分析、研究，取得如下认识：
1）依兰-舒兰断裂（F1-1）
L3测线控制依兰-舒兰断裂（F1-1），图7为该测线的反射波时间和深度解释剖面。在该剖面上共解释了3个断点，它们在剖面图中的标识分别为FP3、FP3.1和FP4。
FP3、FP3.1和FP4的上断点错断地层分别为白垩纪顶部、新近纪和古近纪地层，均未穿透第四纪底界，推测依兰-舒兰断裂（F1-1）在该区段应属于前第四纪断裂。
2）梧桐河断裂（F2）
控制梧桐河断裂（F2）共布设2条测线，在L2测线控制范围内，没有发现向上穿透古近纪底界（埋深约为260~ 330m）的断层；在L1测线的地震剖面（见图5）上解释了2个断点，它们在剖面图中的标识分别为FP1和FP2。
FP1的上断点仅穿透了TQ2界面，说明梧桐河断裂（F2）在该区段应为中更新世活动断裂；FP2的上断点向上穿透到TQ3界面，推测其所归属的断层在该区段属于晚更新世早期活动断裂。
3）公义永断裂（F3）
控制公义永断裂（F3）的是L4测线，图8为该测线的反射波时间和深度解释剖面。在L4测线的地震剖面上共解释了3个断点，它们在剖面图中的标识分别为FP5、FP5.1和FP6。
从FP5、FP5.1和FP6的上断点埋深来看，这些断点均未穿透第四纪底界，推测公义永断裂（F3）在该区段应为前第四纪断裂。
参考文献：
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3）张保卫，张凯，岳航羽，王凯，等.物探与化探.江苏滩涂区浅层地震探测方法技术应用，2018，42（1）：144-153.
论文作者:张立忱,杜秋男,杜天然
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第9期
论文发表时间:2018/11/15
标签：剖面论文; 反射论文; 依兰论文; 断点论文; 断层论文; 地层论文; 约为论文; 《建筑细部》2018年第9期论文;