【类型】期刊

【作者】董好刚（武汉地质调查中心）

【作者单位】武汉地质调查中心

【刊名】人民长江

【关键词】 年代学；第四纪活动性；浅层地震勘察；西江断裂；珠江三角州

【ISSN号】1001-4179

【页码】P42-47

【年份】2019

【期号】第19期

【期刊卷】1

【摘要】西江断裂是珠江三角州经济区北西向的主干断裂,野外露头较少,主要以隐伏断裂形式存在。为了探究断裂与第四系地层的切割关系,查明其第四纪活动性,在野外调查的基础上,在基岩断裂出露的山前部位从北段三水至南段磨刀门安排了8条测线进行浅层地震勘测,并在南段小黄杨附近进行了钻孔验证。浅层地震探测结果表明,基岩断裂延伸至风化层底部,未向上延伸切割第四纪地层。小黄杨钻孔验证结果与浅层地震结果吻合较好,证明所用浅层地震方法切实可靠,结果可信。浅层地震探究结果认为,西江断裂晚更新世中期以来未发生明显活动。

【全文】 文献传递



基于浅层地震勘探的西江断裂第四纪活动性研究

董 好 刚

(武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

摘要：西江断裂是珠江三角州经济区北西向的主干断裂，野外露头较少，主要以隐伏断裂形式存在。为了探究断裂与第四系地层的切割关系，查明其第四纪活动性，在野外调查的基础上，在基岩断裂出露的山前部位从北段三水至南段磨刀门安排了8条测线进行浅层地震勘测，并在南段小黄杨附近进行了钻孔验证。浅层地震探测结果表明，基岩断裂延伸至风化层底部，未向上延伸切割第四纪地层。小黄杨钻孔验证结果与浅层地震结果吻合较好，证明所用浅层地震方法切实可靠，结果可信。浅层地震探究结果认为，西江断裂晚更新世中期以来未发生明显活动。

关 键 词：年代学； 第四纪活动性；浅层地震勘察; 西江断裂； 珠江三角州

1 引 言

在隐伏断裂探测中，现在有高精度重磁探测、放射性气体探测、地震勘探和电法勘探等多种方法可供选择[1-3]，但在珠江三角洲，由于城市环境复杂、第四系覆盖层厚度较薄，加之人工改造及植被的覆盖，是否存在隐伏断层,选择何种调查方法显得尤为重要。浅层地震法在追溯和探查隐伏断层方面具有分辨率高、定位准确、成本低等优点，已被广泛采用[4-6]。

西江断裂主断面大部在隐伏区存在，难以直观地确定断裂的近期活动性。为了揭示西江断裂与第四纪地层的切割关系，笔者在基岩断裂出露的山前部位，从南至北布置了8条跨断层浅层地震测线(图1)，其中测线1、2位于佛山市三水区白坭镇，控制断裂F001、F002。测线3，4位于江门市蓬江区滨江大道莲台山附近，控制断裂F003、F004。测线5，6位于江门市江海区环珠三角高速公路西江桥的西侧，控制断裂F005。测线7，8位于珠海市斗门区黄杨农场，均控制断裂F006。8条测线解译结果均表明，基岩断裂并未上延至残积层顶部，更未延伸至第四系沉积物内部，并以小黄杨断裂进行了联合钻孔验证，钻孔验证与物探结果非常吻合。

2 浅层地震工作原理与方法

2.1 地震勘探原理

地震勘探方法是探测地下地质构造的有效手段，而对隐伏断裂的定位目前主要采用的是反射波地震勘探方法。浅层地震反射波法是利用地震波在弹性介质传播的理论，通过人工在地面激发地震波向地下深处传播，遇弹性不同的介质分界面，就会产生波的反射，用检波器接收其反射波信号，通过浅层地震仪接收返回的反射地震波。研究不同反射界面反射回来的反射波场，利用同相轴的连续性和几何形态，可以进行岩层分界面的解释[7-10]。在本次浅层地震勘探工作中，笔者采用了多次覆盖反射波勘探方法。该方法不但有利于压制干扰、提高地震资料的信噪比，而且反射剖面图像对地下构造特征的直观反映也有助于判定断层的存在与形态。

2.2 工作方法

2.2.1 仪器设备

(1) 地震仪。本次浅层地震探测采用美国劳雷公司生产的NZXP型24道地震仪。为了保证能够获得高质量的探测资料，在探测之前，对地震仪器进行了全面的检查及性能调试，同时还对仪器系统进行了道一致性检验，选取最佳采集参数。

(2) 激发震源。在人工地震勘探工作中，考虑到炸药震源的不安全性及该探测场地干扰背景小的特点，采用人工锤击震源。在实际探测中采用多次叠加(6次)，尽量压制噪音，直到每一个记录满意为止。

(3) 检波器。数据采集时根据探测深度的大小和地震信号的强弱合理地选择地震检波器，既可压制低频干扰，又可以增强地震信号。根据探测区覆盖层较薄、探测深度较浅的特点，本次数据采集采用100Hz的高频检波器。

2.2.2 观测系统

为了获得良好的探测结果，在本次浅层地震勘探中，根据现场试验情况，对于不同测线采用了单边追逐激发、多次覆盖的观测系统。所采用的观测系统参数见表1。所采用的仪器采集参数为：采样间隔0.25 ms，记录长度0.6 s。

3 地震数据处理与解释

3.1 地震数据处理

3.1.1 数据处理流程

浅层地震勘探的资料处理追求“高信噪比”和 “高分辨率”[7-10]。因此，在室内数据处理过程中有效地保护和恢复地震记录中的有效宽、高频反射信息是资料处理的关键，而压制干扰、提高地震资料的信噪比和分辨率是资料处理的目的。本次浅层地震反射勘探的资料处理采用CSP5.1A地震反射处理系统。根据本次浅层地震勘探工作的方法特点和资料特征，建立了图2所示的基本数据处理流程。另外，根据勘探测区内干扰背景强、探测目的层埋深较浅的原始资料特征，在数据处理中采用了二维滤波技术。

滤除地震记录中的面波、声波以及各种干扰波成分是数据处理的重要环节之一。由于探测范围内地层基岩面较浅，除记录的初至波、声波、面波都较强外，还有其它的规则干扰波，这些干扰波严重地干扰了有效地震反射信号。另外，淤泥层和强风化层的存在严重地吸收了地震波的高频能量，从而使原始地震记录信噪比降低，因此除了野外采取相应的探测手段外，在室内数据处理中应尽可能恢复地震记录中的高频有效反射波信息。处理中通过使用一维数字滤波、倾角滤波、扇形FK滤波等，有效滤除面波、声波和线型干扰波，提高资料的信噪比，取得了较好的效果。

3.1.2 速度分析和时深转换

准确求取界面反射波的叠加速度是使其达到同相叠加提高信噪比的关键。为了获得精度较高的NMO速度参数，本次数据处理的速度分析工作分两步进行，第一步对各测线的CDP道集做一个速度谱，之后再根据初选的NMO速度对CMP道集进行动校正和剩余静校正处理，并将处理结果应用于原始CDP道集。第二步是在剩余静校正后的CDP道集上进行的，处理中除采用速度谱计算分析外，还采用了常规速度扫描的速度分析方法，其速度扫描范围和速度扫描间隔分别为500～2 500 m/s和50 m/s。该项目在时深转换中，收集并分析了测线附近地质勘察钻孔资料，这对叠加速度的校正及解释和剖面地层层位的确定起到了标定作用。

叠加速度是由多次覆盖地震记录用常规速度分析方法所能求出的唯一的一种速度，而把地震时间剖面图转换成深度剖面图，就是要将叠加速度(也称NMO速度)转换成平均速度。利用叠加速度Va和双程垂直到时t0，可以由DIX公式求取不同地层反射界面以上的平均速度)和深度(H)。由叠加速度(Va)资料求取层速度(Vi)和平均速度)的计算公式(DIX公式)分别为

(1)

(2)

将地震反射时间剖面转换成深度剖面的时深转换公式为

(3)

式中,H为深度， 为地震波的平均速度，t0为反射波的双程垂直到时间[7-10]。

3.2 典型剖面地震资料解释

(1) 白坭阶地浅震验证。白坭阶地位于西江断裂附近，调查过程中发现剖面上有淋滤层错动现象(图3)。为了探究白坭二级阶地出现的淋滤层微小错动现象的原因，在阶地前布置测线1进行物探验证，测线与西江走向垂直,长度300 m左右。从整条剖面反射同相轴的形态来看(图4)，反射波同相轴有一定起伏，但基本呈水平展布，没有明显的错断现象，整条剖面的波组特征也没有明显的突变现象。由此可以判断，沿测线未发现断层构造迹象。物探结果表明，白坭阶地下面基岩中不存在断裂，阶地剖面出现的淋滤层微小错动现象是重力等外力作用的结果。同时说明，阶地的形成是间歇式抬升的结果，而不是脆性错动。

(2) 艺华学校剖面。测线5位于江门市江海区环珠三角高速公路西江桥的西侧附近(图5)，走向北东-南西，长318 m，线路地面大体平整。根据剖面上的地震波组特征(图6)，可以识别出2组在整条测段基本可以连续追踪的反射震相(T1和T2)。从整条剖面反射同相轴的形态来看，反射波同相轴较为平缓，基本呈水平展布，在测线201 m附近，T2反射波同相轴有错断现象，因此认为在该测段存在断点(F2)。断裂为逆冲断层，倾向NEE，视倾角约为65°。浅层地震解译结果与附近鹅公山断裂剖面露头特征基本一致(图7)，证明附近基岩断裂延伸经过此处，说明解译结果真实可信。但基岩断裂并未上延至残积层顶部，更未延伸至第四系沉积物内，说明晚更新世中后期(14C测年40 000 a)以来并未发生过突变型断裂活动。

测线6位于江门市江海区环珠三角高速公路西江桥的西侧附近(图8)，走向南西-北东，长510 m，线路地面大体平整。从整条剖面反射同相轴的形态来看，反射波同相轴有一定起伏，但基本呈水平展布，没有明显的错断现象， 整条剖面的波组特征也没有明显的突变现象。由此可以判断，沿测线未发现断层构造迹象，但第四系内部也未见错动迹象。

(3) 小黄杨剖面。测线7位于珠海市斗门区黄杨农场，测线走向为北东-南西，长230 m，线路地面大体平整。从整条剖面反射同相轴的形态来看(图9)，反射波同相轴有起伏较大，但基本呈水平展布，在测线148 m附近，T2反射波同相轴有错断现象，因此认为在该测段存在断点(F3)。断裂为逆冲断层，倾向NE，视倾角约为70°。

测线8位于珠海市斗门区黄杨农场，测线走向为北东-南西，长554 m，线路地面大体平整。图10为其时间和深度剖面图。从整条剖面反射同相轴的形态来看，反射波同相轴有一定起伏，但基本呈水平展布，在测线216 m附近，T2反射波同相轴有错断现象，因此认为在该测段存在断点(F4)。断裂为逆冲断层，倾向NE，视倾角约为65°。

测线7解译的断裂与附近小黄杨基岩断裂的露头特征基本一致(图11)，基本位于基岩断裂推测的延伸线上，说明浅层地震解译的结果是可信的。联合钻孔试验进一步验证了断裂确实经过此处。但基岩断裂并未上延至残积层顶部，更未延伸至第四系沉积物内，说明晚更新世中后期(14C测年30 000 a)以来并未发生过突变型断裂活动。

4 小黄杨断裂联合钻孔剖面验证

小黄杨断裂是西江断裂地表磨刀门附近主要分支断裂(图1)。为验证断裂在第四纪中的活动性，在前述浅震工作的基础上，在断裂山前部位跨断裂布置联合钻孔7个，总进尺143.9m，联合钻孔剖面图见图12。

联合钻孔资料表明，西江断裂该段第四系厚度18 m左右，以河口三角洲相为主，由细粒碎屑物-淤泥、粉砂、细砂组成，其间夹有贝壳碎片(以牡蛎壳为主)和碳化植物残体。ZK6揭示该层底部14C测年结果为3 660±30BP，为万顷沙段(Qhw)。按岩性差异，由上至下大致可分4层：① 人工填土。② 海相淤泥，棕褐色—灰褐色，呈流塑状至软塑状，土质较均，一般微层再发育，内含较多腐殖质、生物残骸及贝壳碎片。③ 粉细砂，灰褐色—灰黑色，层内含淤泥质土，局部可见云母碎片，含石英质颗粒，呈棱角状，亚圆形，粒径约为2～10 mm。层内可见贝壳碎片及牡蛎残骸。横向上厚度变化较大，厚度0.2～10.0 m不等。④ 下伏花岗岩风化壳，厚度变化较大，数m至数十m不等。

钻孔5、6发现破碎带，碎裂岩带厚度1 m左右。破碎带特征相似，破碎带岩性主要为碎裂岩、角砾岩等，碎块呈棱角状，可判别其原岩为花岗岩，带内可见褐铁矿化及硅化现象，具典型构造破碎带特征。破碎带两侧为花岗岩，其下围岩构造裂隙发育，且发育褐铁矿化、绿泥石等构造变质现象。结合基岩露头特征和物探资料，推测断层存在，视宽度1.0 m左右。断裂下盘上升，上盘下降，为正断层。

联合钻孔剖面表明，该处存在基岩断裂，断裂附近基岩普遍较破碎，断层下盘侵蚀较强，形成原始地貌的差异。从第四系地层看，断裂未切割至第四系底部，断裂两侧第四系地层整体连续性好，两侧地层亦无等时性错动现象。该区已有第四系底部沉积物年龄3 600 a左右，可见，该断裂全新世(3 600.BP)未发生错动。

5 西江断裂的第四纪活动性讨论

联合钻孔验证剖面表明，本次浅层地震勘测断裂所选取参数合理，方法可靠。测线4，7，8均探测到隐伏区断裂，断裂特征和地表调查露头特征吻合。从第四系地层看，断裂延伸至基岩风化层底部，但风化层顶部已夷平，断裂未切割至第四系底部，断裂两侧第四系地层整体连续性好，两侧地层亦无等时性错动现象。该区已有第四系底部沉积物年龄40 000 a左右[1]，可见，该断裂晚更新世后期(40 000.BP)未发生错动。

6 结 论

(1) 经钻孔验证，西江断裂浅层地震探测所选取方法、参数及数据处理均有效可行。

(2) 基于浅层地震探测，西江断裂未发现切穿第四系地层，该区已有第四系底部沉积物年龄40 000 a左右，可见，该断裂晚更新世中期以来(40 000.BP)未发生明显活动。

参考文献：

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[3] 徐明才,高景华,刘建勋,等．应用于城市活断层调查的地震方法技术[J].中国地震，2005,21(1):17 -23.

[4] 黄镇国，李平日，张仲英，等．珠江三角洲形成发育演变[M].广州：科普出版社广州分社，1982.

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[6] 董好刚,黄长生,陈雯.珠江三角洲环境地质控制性因素及问题分析[J].中国地质,2012(2):539-549.

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[10] 李录明 ，李正文.地震勘探原理方法和解释[M].北京:地质出版社,2007.

(编辑：赵凤超)

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长江委水文局牵头负责的973项目课题成果通过结题验收

2016年9月26日，长江委水文局牵头负责的国家重点基础研究发展计划(973计划)课题“长江中游通江湖泊江湖关系演变过程与机制(2012CB417001)”在北京通过结题验收。该课题由长江委水文局、南京水利科学研究院、中国科学院测量与地球物理研究所共同承担。

会议由973项目承担单位中国科学院南京地理与湖泊研究所主持。验收专家组由中国科学院地理科学与资源研究所孙鸿烈院士、国家自然科学基金委员会陈宜瑜院士、中国水利水电科学研究院胡春宏院士、武汉大学夏军院士、长江委水文局局长王俊教高等专家组成。

课题利用长江中游江湖水系60多年来长序列实测水文和河床、湖盆地形等数据，在长江中游江湖水沙通量时空分布特征，洞庭湖和鄱阳湖与长江江湖分流与顶托(倒灌)关系现状特征与形成机制，江湖水沙交换过程与交换关系，不同时期重大水利工程建设、荆江裁弯、湖泊围垦、退田还湖等江湖整治与利用工程对江湖关系演变的驱动机制等方面开展了研究，取得了较系统的研究成果。发表论文71篇(SCI论文11篇，EI论文12篇)，获得发明专利11项，软件著作权1项，出版专著1部，省部级科学技术奖一等奖4项、二等奖2项。

(长 江)

Shallow seismic survey of activity of Xijiang Fualt in Quaternary Period

DONG Haogang

(Wuhan Institute of Geology and Mineral Resources, Wuhan 430205, China)

Abstract：As a form of buried fault with little outcrop, Xijiang Fault is a main NW trending fault in Pearl River Delta Economic Zone. To explore the splitting relation between the fault and the Quaternary strata and understand fault activity in Quaternary Period, a shallow seismic survey was conducted along 8 survey lines in piedmont area from Sanshui District of Foshan City in the north to Modaomen Mouth of Pearl River in the south, where the bedrock fault exposes, and a drilling checking test was conducted near Xiaohuangyang Farm in the south. The results show that bedrock fault extends to the bottom of the weathered layer but does not reach the upper layer or split the Quaternary strata. The drilling test results correspond well with the survey results, which proves that the survey methods are reliable and credible. It is concluded that Xijiang Fault has been in an inactive state since mid-late Pleistocene.

Key words：Chronology; activity of Quaternary Period; shallow seismic survey; Xijiang Fault; Pearl River Delta

收稿日期：2016-05-20

作者简介：董好刚，男，高级工程师,主要从事水文地质、工程地质、环境地质方面的研究。E-mail:donghaogang@126.com

文章编号：1001-4179(2016)19-0042-05

中图法分类号：P642

文献标志码：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2016.19.008