黄庄-高丽营隐伏断裂的地震勘探

黄庄-高丽营隐伏断裂的地震勘探

0黄庄-高丽营断裂马立水桥黄庄-高立营断裂是北京市区的一条隐藏断层（高文学等，1993；徐锡伟等，2002）。向南穿过北京市西部的斯塔特，向南穿过前哨、寒冷、高丽营、西直门、丰台和西乡，向南经过梁水附近，全长132公里。整个是一个非常弯曲、缓慢的晚更新世活动断层。前人在大灰厂(徐杰等,1992)、怀柔庙城(徐锡伟等,2002)、顺义桃山、芦井和涞水段(高文学等,1993)等地对它的产状、埋深和活动性等进行了研究,将该断裂划分成3个基本段落。转换波测深结果表明黄庄-高丽营断裂已切断康氏界面(C)和莫霍面(M)(邵学钟等,1980),但对于该断裂的上断点埋深和其它部位情况不详。我们在北京市立水桥附近进行工程地震勘探中探测到黄庄-高丽营断裂1。本文简要介绍一下我们所得到的结果,以进一步充实人们对黄庄-高丽营断裂的整体性和分段性的认识。1观测系统及资料处理在北京市立水桥附近,根据地质地貌资料1,在黄庄-高丽营断裂可能通过的位置上设置了5条地震勘探剖面(图1),剖面总长度约为3km。浅层地震勘探中使用的仪器是美国Geometrics公司生产的StrataViewR48浅层高分辨率地震勘探仪。该仪器采用48道接收,24位A/D转换,动态范围可达138db,通道频率为3～14000Hz;检波器采用配套的40HzP波检波器。仪器采集参数如下:采样间隔0.25ms,记录长度2048点,记录时间为512ms,高通采样滤波器低截止频率为15Hz。采用24磅铁锤激发出人工振动源,单边追逐的6次水平叠加观测系统,道间距为2m,炮间距8m,偏移距2m。资料处理程序使用欧洲CGG地震勘探资料处理软件,按常规方法对资料进行处理和分析。在资料处理中,为了消除和压抑干扰、提高信噪比,利用数字滤波消除低频干扰源的影响;使用切除法消除面波干扰;对地形和地表低速层进行静校正;通过速度谱分析和速度扫描来取得速度结构;采用反褶积和谱白化技术压制噪声;在实际处理过程中,往往使用上述组合方法才能取得较满意的结果。最后,通过叠加和偏移,获得了5条地震剖面的CDP图(图2)。2地震勘探的结果和地质解释按照对北京市立水桥附近的5条地震勘探剖面的处理结果(图2),可以进行初步分析与地质解释。(1)cdp中央界面测线方向由东向西,叠加剖面长约500m(图2a),明显的反射波组有3个,分别位于T1=75ms,T2=135ms,T3=205ms。该剖面施工条件较好,各主要界面大都可清晰追踪。由图2a可见,在CDP216m处存在界面错断和两侧反射波组的频响差异,显出断层标志。该断层已断到T2界面,断层东侧地层下降,断面东倾。界面下降盘埋深109m,上盘埋深101m,断距8m。T3界面可能是本区的基岩界面。根据该地层速度结构资料(表1),T3下降盘的埋深为229m,断层西侧的T3埋深为187m,断距为42m。断层破碎带宽约50m左右。(2)资料处理效果测线方向由东向西,叠加剖面长度为760m(图2b),反射波组有3组,分别位于T1=80ms,T2=140ms,T3=220ms。各界面可分析追踪。但由于施工条件太差,出现多处强干扰段,最明显的例子是在CDP415,550m等处为垃圾堆,信号几乎接收不到。多次野外实时叠加,无疑干扰不可避免地进入记录。虽在资料处理中尽量消除,但干扰太强而不能完全消除。从地震图像整体轮廓看出与剖面Ⅰ是吻合的。在CDP266m附近出现断层,断层情况同剖面Ⅰ。(3)剖面位置和追踪深度位于立水桥西,测线方向由东向西,叠加剖面长度为350m(图2c),反射波组有3组,分别位于T1=80ms,T2=138ms,T3=192ms。其深度分别为60,110,180m。在剖面的西部界面清楚,可连续追踪。在剖面东部的CDP140m以前地震图像紊乱无法追踪,其原因不明。(4)cdp80m的深度位于洼里,测线方向由东向西,叠加剖面长度为350m(图2d)。反射波组也为3组,分别位于T1=65ms,T2=100ms,T3=195ms。其深度分别为43,71,154m。在CDP80m处出现断层,断面东倾,东侧下降。并且该断层已断到地下71m处,深部情况不详。(5)黄庄-高丽营断裂的构造及构造该剖面位于剖面Ⅳ南侧不远。测线方向由东向西,叠加剖面长度为490m(图2e)。反射波组存在3组,分别位于T1=74ms,T2=116ms,T3=210ms。其深度分别为46,79,166m。在CDP85m处出现断层,断层情况与剖面Ⅳ相同。从垂直方向看,北京市立水桥附近区域的浅部地壳大体可分成4层结构(速度模型见表1,2,3,4,5)。第1层至第2层的介质深度从0m变化到300m,P波速度为800～2000m/s;第3层至第4层的介质P波速度在2000～2500m/s以上。结合该地区的钻孔岩心资料2(徐锡伟等,2002),地层大体可以分成4套多层的互层结构。大约从0m至40～60m,钻孔岩心为黏土、砂土等;40m至120～150m地层为黏土、砂土、砂砾石、卵石互层;120m至200～300m深之间为砂砾石;之下为砂岩。我们所得到的速度成果与该地区的钻孔岩心资料是相吻合的,可以初步判定第1层至第2层介质为第四纪和古-新近纪覆盖层,第3层至第4层为泥岩、砂岩类的基岩。在5条地震勘探剖面中主要存在着3组反射波组T1,T2和T3(图2),其中T1反射波组连续,T2和T3反射波组存在着间断点,表明断层主要切割了第2层、第3层至第4层界面,但未出现第1层界面错断的迹象。而且断层倾角有2种,较缓倾角为22°,较陡倾角为67°,倾向都是朝SE方向。断层上盘埋深101m,下盘埋深109m,断距为8m,向下切断了康氏界面(C)和莫霍面(M)(邵学钟等,1980)。将观察视角改成水平,5条地震勘探剖面中的反射波组间断点并不能归结到单一排列之上,而是构成2组线性排列,反映出北京市立水桥附近的黄庄-高丽营隐伏活断裂在其浅部是由东西2条近似平行、走向N23°E的断裂所组成,东断裂F1和西断裂F2相距1300m,并有地球化学勘探中的汞异常作为两断裂存在的佐证3在三维空间上反映出北京黄庄-高丽营断裂在立水桥附近由2条近似平行的断裂所组成,断裂走向N23°E,倾角分别为22°和67°,相距1300m,向东南和向下延伸,必然会在深度约为634m处相交汇,归结到单一的断层上,形成分叉状结构,显示了北京黄庄-高丽营断裂在其局部具有一定的复杂结构。整体上看,黄庄-高丽营断裂走向NNE,是控制着北京古-新近纪凹陷西界的主要断裂,由一系列的右阶雁列断层所组成。第四纪时期向北扩展,逐渐形成了顺义鲁町和怀柔等第四纪次级凹陷。断裂主要表现出正断倾滑性质,在大灰厂等地表现为右旋逆走滑分量(徐锡伟等,2002)。北京地震地质会战期间实施的人工浅层地震探测表明,高丽营附近断裂两侧第四系落差达140～280m,由此计算得到断裂北段第四纪平均垂直位移速率0.11～0.17mm/a。在黄庄-高丽营断裂南段芦井一带,断裂错断中更新统和上更新统中部,被晚更新世晚期及全新世地层所覆盖,中更新统底界断距14m,上更新统底界断距0.9m(徐杰等,1992)。由黄庄-高丽营断裂第四纪运动学特征分析,可将其划分为3个基本段落:庙城—高丽营段、黄庄段和涞水段。庙城—高丽营段(北段)长40km,控制着怀柔和顺义鲁町等次级凹陷,属全新世活动段;黄庄段(中段)长52km,中、晚更新世有活动;涞水段(南段)长约40km,第四纪时期活动不明显(高文学等,1993)。有关黄庄-高丽营断裂最新活动时代的认识,在20世纪70—80年代初的北京地震地质会战中对黄庄–高丽营断裂北段局部地段进行了野外调查,指出在桃山一带存在NNE向土坎长梁和1组平行的NNE向断裂,认为晚更新世以来有过强烈活动;北京地震地质会战的第4专题依据北京平原全新世地层沉积、河道变迁、河流汇流点的移动、河流纵剖面变化、河漫滩E值分析等结果,也认为黄庄-高丽营断裂在全新世有活动,但最新活动时代归属于晚更新世(徐杰等,1992)。据现代地震台网资料,在黄庄-高丽营断裂附近存在着一些微震活动(马杏垣等,1977;高文学等,1993;徐锡伟等,2002;马文涛等,2004),显示出现今黄庄-高丽营断裂仍处在弱活动期。3不同构造的断裂fps总之,在北京市立水桥附近黄庄-高丽营断裂属全新世活动断裂,在浅部