高分辨率二维地震勘探在城市活动断层探测中的应用_李华强

为走滑活动造成。钻孔验证结果与地震解释成果 吻合很好。
图 6 徐水西钻孔联合探测解释剖面 Fig. 6 Drilling exploration interpretation
section of Xushuixi
图 5 DZ1 测线地震地质解释剖面 Fig. 5 Seismic-geologic interpretation section of DZ1
DOI:10.16031/ki.issn.1003-8035.2013.02.015
第 24 卷 第 2 期 2013 年 6 月
中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control
Vol． 24 No． 2 Jun． 2013
高分辨率二维地震勘探在城市活动断层探测中的应用
李华强1 ，刘桂梅2 ，王建新2 ，田增彪2 ，张 丽2
（ 1. 天津华北地质勘查局，天津 300181； 2. 华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 071051）
摘要： 城市活动断层探测是一项非常复杂的系统工程。目前二维地震勘探是城市活动断层探测的有效手段。为了发
现断距较小的断层，准确解译断层上断点位置，高分辨率二维地震勘探应运而生。本文结合保定活动断层探测工程，
介绍了高分辨率二维地震勘探的关键技术及应用效果。
关键词： 高分辨率； 二维地震勘探； 活动断层
文章编号： 1003-8035（ 2013） 02-0087-05
中图分类号： P631. 4
文献标识码： A
图 4 二维滤波前、后叠加效果对比 Fig. 4 Comparative map of two-dimensional filtering
3. 2 资料解释 本次资料解释主要依据区域地质资料和反射波
特征，综合选择了 T1、T2、T3、T4、T5、T6 六个地震反
射波组进行解释，认为： T1、T2 为为全新—上更新统 （ Q3 + 4） 内部反射，T3 相当于中更新统上部（ Q2） 底 界面的反射，T4 为下更新统（ Q1） 底界面的反射，T5、
图 2 典型单炮记录 Fig. 2 Record of seismic exploration
3 资料处理解释
3. 1 数据处理 在取得高质量原始数据的基础上，科学的数据处
理软件和 技 术 是 提 高 勘 探 成 果 质 量 的 重 要 环 节［3］。
第2 期
李华强，等： 高分辨率二维地震勘探在城市活动断层探测中的应用
DZ1 测线存在两个高角度断点 F1 和 F1-1，其中 F1 东倾，F1-1 西倾，两者成反“y”字形结构。综合解 释认 为，F1 为 徐 水 断 裂，断 层 在 距 测 线 小 号 端 约 285m，桩号 191 处，上断点埋深约 100m； F1-1 为徐水 断裂的分支断层，在距测线小号端约 415m、桩号 234 处，上断点埋深约 135m。综合解释成果见图 5，断点 显示为高角度东倾的正走滑断层。
分辨率。试验结果表明，扫面长度 4 ～ 8s，震动次数 2 ～ 6 次，地震数据采集信噪比较高。
多次叠加技术： 采用多次叠加技术，炮距 18m，滚 动激发接收，水平叠加次数达 12 次，有效压制干扰， 提高了信噪比。
（ 3） 施工技术措施 ①检波器布设 城市活动断层探测一般沿公路进行，采用中国地 震局独创的“铁 鞋 ”放 置 检 波 器，与 硬 化 路 面 耦 合 很 好，提高了数据采集质量。做法是把检波器竖直固定 在一个较重的铁盘上，铁盘放置在平整的路面，铁盘 和路面之间完全接触，无杂物存在。 ②施工时间安排 由于城市道路交通繁忙，尽可能采取夜间施工， 个别路段与交通城管等部门通力合作进行临时交通 管制。在排列的两端和之间设专人监测交通状况，操 作员利用噪声监测界面时时监测噪声情况，监测员与 操作员密切合作，选择最佳时机进行地震波激发和数 据采集，确保地震数据采集质量。 ③随时对地震记录进行评价，发现不合格记录做 废炮处理并及时补炮。 通过以上有效措施，获得了高质量的单炮记录。 图 2 是一张典型单炮记录，初至波清晰，信噪比较高， 反射波能量较强，经过相关处理，面波等干扰得到了 很好的压制。
2 高分辨率地震数据采集技术
2. 1 方法技术原理 地震勘探是依据岩土层的弹性差异，通过研究人
工激发的地震波在岩土层中的传播规律以探测地下 地质构造、划分地层或测定岩土体力学参数的一种地 球物理方 法［2］。 根 据 地 震 波 的 传 播 方 式，可 将 地 震 勘探分为地震折射波法、反射波法、面波法、透射波法 （ 直达波法） 和地震多波法。
中国地质灾害与防治学报
90
ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2013 年
T6 为上第三系（ N） 内部反射。 依据反射波组的分叉、合并、中断、尖灭等现象和
上下地层反射波组的相互依赖关系的细致分析，能够 得出这些 变 化 与 地 层 变 化 的 关 系，从 而 获 得 地 层 的 纵、横向变化及构造情况，并识别断层（ 位置、产状、 性质、错动量、上断点等） 。
89
根据探测任务、地质特点和原始资料的特点，制订了 处理目标和基本的处理流程，通过详细的处理试验， 选择处理模块与参数。资料处理的关键环节包括： 道
编辑、静校正、反褶积等数值滤波、速度分析、动校正、 剩余静校正、叠后去噪等内容。通过资料处理，获得 了高分辨率的地震时间剖面。
图 3 静校正前后叠加效果对比 Fig. 3 Comparative map of statics correction
图 6 为徐水西 DZ1 测线联合地质剖面图，共布 设 1 组 5 个钻孔，第 1 ～ 5 层为灰色中细砂和黄褐色 粉质粘 土，组 成 正 韵 律 沉 积 旋 回，底 界 埋 深 33 ～ 36m，为全新世堆积； 第 6 ～ 20 层为灰白色中砂和褐 黄色粉质 粘 土 互 层，底 界 埋 深 128 ～ 138m，为 晚 更 新世堆积； 第 21 层以下以灰白色中砂为主，夹棕褐 色粉 质 粘 土，属 中 更 新 统，在 zk-xs-3 与 zk-xs-5 之 间 ，存 在 一 条 近 于 直 立 的 走 滑 断 层 ，东 升 西 降 ，晚 更 新世早期仍 有 活 动，推 测 兼 具 正 断 性 质，最 大 垂 直 错距达 10m，各细层不一致，或为复杂活动所致，或
城市活动断层探测关键问题是解决断距较小、上 断点埋深较浅的断层，为城市活动断层危险性评价提 供依据，因此需要提高采用高分辨率数据采集技术。 本文从仪器特点、观测系统设计、技术措施等多方面 介绍了高分辨率数据采集关键技术。
（ 1） 仪器特点 本次地震勘探的数据采集使用德国 Summit 数字 地震仪，具有 24 位分辨率，大于 120dB 的动态范围 大，小于 0. 2μV 的输入噪声和 0. 5 ～ 120K 的记录长 度，即具有高分辨率、大动态范围、高信噪比、高保真 度以及大的道存贮能力［4］。 本次探测采用美国 M ～ 20 可控震源，其扫描频 率为 10 ～ 200Hz，最大出力 20000kg。可控震源具有 自相关能力，通过相关处理，可以有效识别有效信号 和干扰信号，提高抗干扰能力； 其扫描频率和扫描长 度可调，可以激发高频率、宽频带的地震波，激发能量 强，性能稳定，是城市活动断层地震勘探的首先震源。 （ 2） 观测系统及技术参数 窗口设计： 道距 3m，接收道数 96，偏移距 12m，最 小炮检距 12m，最大炮检距 297m，展开排列结果显 示，该窗口设计合理，有效波清晰。 接收参数： 高频检波器、高分辨率大动态范围数 字地震仪接收地震波，采样间隔 0. 25m / s，记录长度 1s，仪器增益为中。 地震波激发： 采用大吨位可控震源激发地震波， 可控震源最大出力达 20t，扫面频率为 20 ～ 120Hz，通 过频谱分析，地震波主频达 70 ～ 110Hz，极大提高了
本 工 程 采 用 地 震 反 射 波 方 法，其 原 理 如 下： 在 地表 O 点人工激发的地震波向地下各个方向传播， 遇到波阻抗不同的 （ 即 V1 ρ1 ≠ V2 ρ2 ，V1 和 ρ1 分 别 为 界面上部地 层 的 速 度 和 密 度，V2 和 ρ2 分 别 为 界 面 下部地层的速度和密度） 地层界面 时，会 产 生 反 射 波 和 透 射 波 ，其 中 反 射 波 将 按 照 反 射 角 等 于 入 射 角 的规律返回地面（ 图 1） 。在地面沿测线接收并记 录反射波所引起的地面振动情况以及波从震源出 发 至 地 面 各 接 收 点 的 传 播 时 间 ，即 进 行 地 震 数 据 采 集和地震记录［6］。
0 引言
大量实验和研究表明，高分辨率浅层地震勘探是 城市活动断层探测的有效手段［1］。与传统的地震勘 探方法相比，高分辨率浅层地震勘探分辨率较高，可 以划分第四系内部反射层，发现第四系内部断距较小 的断层，解释断层的产状和上断点位置、埋深，为研究 断层活动性提供科学依据。
本文结合保定市活动断层探测实例，介绍高分辨 率浅层地震勘探数据采集技术、精细数据处理技术和 应用效果。
中国地质灾害与防治学报
88
ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2013 年
地震波向地下传播时，在两种地层的分界面上， 无论界面的波阻抗增大还是减小，都能产生反射波。 即使上下地层波速相同，只要密度不同，其分界面也 能产生反射波。
地震反射波法是在离震源较近的若干点上，测定 地震波从震源到不同弹性的地层分界面上反射回到 地面的旅行时间，反射波带有地下各岩层的信息，因 此，在测线的不同位置上法线反射时间的变化就Байду номын сангаас映 了地下地层的埋深及构造特点。通过这一特点，可以 确定垂向地层分布情况，进而查明断层破碎带的分布 状态，达到地质勘查的目的。在工程勘察中，地震反 射波法主要用于探测覆盖层厚度和进行浅层分层，确 定几十 米 内 的 较 小 的 地 质 构 造 以 及 寻 找 局 部 地 质 体等。 2. 2 高分辨率地震勘探数据采集关键技术