CSAMT在通州—石家庄活动构造带活动断裂探测中的应用.pdf

049048华北自然资源地质勘探2023.5赵煊煊，等：CSAMT在通州石家庄活动构造带活动断裂探测中的应用总第116期052023年摘要：通过在通州石家庄活动构造带的黄庄高丽营断裂、琉璃河断裂（张坊涿州地区）完成总长10 km的3条可控源音频大地电磁测深（CSAMT）勘探剖面，反演解释了主要活动断裂空间展布形态及基岩埋深，实施了6眼地质钻孔进行验证。结果表明，CSAMT地质解释成果与钻孔岩芯揭露情况具有一致性，说明运用CSAMT方法可有效查明活动断裂关键构造部位空间展布特征和工程地质条件，为国土空间规划和重大工程地质安全提供依据。关键词：CSAMT；通州石家庄活动构造带；活动断裂中图分类号：P631 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）05-48-6121赵煊煊，郗彩霞，马智伟（1.山西省煤炭地质物探测绘院有限公司，山西 晋中 030600；2.北京市地质勘察技术院，北京 100120）作者简介：赵煊煊（1986），男，工程师，本科，毕业于中国地质大学（北京），研究方向：电磁法勘探及应用。CSAMT在通州石家庄活动构造带活动断裂探测中的应用1 概述通州石家庄构造带是京津冀协同发展区内主要的NE向大型活动构造带之一，构造带穿越北京通州副中心、雄安新区、首都国际机场、南水北调中线等重点工程场地。厘清构造带内主要活动断裂关键部位特征，有助于查明其诱发地质灾害的机理、模式和对重大工程的潜在影响，提出重大工程建设活动断裂安全避让距离，为国土空间利用和规划提供地质安全保障。通州石家庄活动构造带内的黄庄高丽营断裂是控制区域性断陷盆地沉积的倾向SE的高角度正断层，断裂南起涿州，经房山坨里、海淀黄庄至怀柔，总长约110 km，形成于燕山运动末期；琉璃河断裂大致沿北京房山闫村、窦店西、琉璃河一线分布，西南延伸至河北涿州，断裂倾向SE，倾角大于70，属北京涿州断陷内规模较大的隐伏断裂，布格重力异常上断裂特征明显，前人推断为第四纪形成的断裂，断裂两盘白垩系落差近1000 m。地球物理勘查为隐伏活动断裂探测的常用手段，可精细厘定断裂构造的几何形态，研究断裂构造活动性。可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种利用人工场源进行频率域测深的地球物理方法，由于采用大功率、电偶源观测方式，在实际应用中具效率高、测深大、横纵向分辨率高等特点。20世纪80 年代后引入中国，在金属矿探测、地热资源开发、矿山探测项目中得到广泛推广。本文在北京张坊涿州地区开展了CSAMT工作并开展钻探验证，对通州石家庄活动构造带中段的黄庄高丽营断裂和琉璃河断裂进行系统探测，研究确定主要断裂位置、产状、影响范围等空间分布特征，为区域重大工程建设和规划提供地质依据。2 地质及地球物理背景工作区位于北京张坊、河北涿州、涞水一带（见图1），大地构造上处于华北板块冀中台陷，张坊镇周边半山区出露蓟县系（Jx）碳酸盐岩地层，东侧平原地层自下而上为元古界蓟县系、青白口系，下古生界寒武系、奥陶系、上古生界石炭、二叠系、中生界侏罗系和新生界古近系、第四系地层。基岩分属于碳酸盐岩、碎屑岩及火成岩，寒武奥陶系（-O）隐伏于王村至西城坊村一带，石炭二叠系（C-P）分布在西城坊村西侧至太行山前断裂，侏罗系分布于拒马河北侧百尺竿村至山前一带。古近系主要分布在松林店东侧，第四系分布在山间盆地山麓边缘及平原。河北省地层电性统计表根据测井曲线和岩样测量，统计了各地层的平均电阻率和密度值，见表1。由表1可知，青白口系粉砂岩电阻率最高，石炭系砂页岩电阻率最低，研究区内不同岩性地层的电阻率存在明显差异，具备开展地球物理电性勘探的基础。序号地层密度/（g/cm3）电阻率/（m）序号地层密度/（g/cm3）电阻率/（m）1第四系1.669（210）7石炭系2.592（111）212（36）2新近系2.558（284）532（48）8奥陶系2.678（552）6368（123）3白垩系2.431（657）453（100）9寒武系2.678（564）4416（89）4侏罗系2.522（2116）378（325）10青白口系2.664（104）12503（53）5三叠系2.570（125）252（41）11蓟县系2.740（748）4955（148）6二叠系2.605（155）1256（55）12长城系2.671（1004）2911（248）注：表格括号内为岩石标本测定数量（引自董杰，2001）表1 河北省及其周边地区地层物性参数统计表图1 研究区基岩地质图（来源：1979年地震会战资料）049048华北自然资源地质勘探2023.5赵煊煊，等：CSAMT在通州石家庄活动构造带活动断裂探测中的应用总第116期052023年摘要：通过在通州石家庄活动构造带的黄庄高丽营断裂、琉璃河断裂（张坊涿州地区）完成总长10 km的3条可控源音频大地电磁测深（CSAMT）勘探剖面，反演解释了主要活动断裂空间展布形态及基岩埋深，实施了6眼地质钻孔进行验证。结果表明，CSAMT地质解释成果与钻孔岩芯揭露情况具有一致性，说明运用CSAMT方法可有效查明活动断裂关键构造部位空间展布特征和工程地质条件，为国土空间规划和重大工程地质安全提供依据。关键词：CSAMT；通州石家庄活动构造带；活动断裂中图分类号：P631 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）05-48-6121赵煊煊，郗彩霞，马智伟（1.山西省煤炭地质物探测绘院有限公司，山西 晋中 030600；2.北京市地质勘察技术院，北京 100120）作者简介：赵煊煊（1986），男，工程师，本科，毕业于中国地质大学（北京），研究方向：电磁法勘探及应用。CSAMT在通州石家庄活动构造带活动断裂探测中的应用1 概述通州石家庄构造带是京津冀协同发展区内主要的NE向大型活动构造带之一，构造带穿越北京通州副中心、雄安新区、首都国际机场、南水北调中线等重点工程场地。厘清构造带内主要活动断裂关键部位特征，有助于查明其诱发地质灾害的机理、模式和对重大工程的潜在影响，提出重大工程建设活动断裂安全避让距离，为国土空间利用和规划提供地质安全保障。通州石家庄活动构造带内的黄庄高丽营断裂是控制区域性断陷盆地沉积的倾向SE的高角度正断层，断裂南起涿州，经房山坨里、海淀黄庄至怀柔，总长约110 km，形成于燕山运动末期；琉璃河断裂大致沿北京房山闫村、窦店西、琉璃河一线分布，西南延伸至河北涿州，断裂倾向SE，倾角大于70，属北京涿州断陷内规模较大的隐伏断裂，布格重力异常上断裂特征明显，前人推断为第四纪形成的断裂，断裂两盘白垩系落差近1000 m。地球物理勘查为隐伏活动断裂探测的常用手段，可精细厘定断裂构造的几何形态，研究断裂构造活动性。可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种利用人工场源进行频率域测深的地球物理方法，由于采用大功率、电偶源观测方式，在实际应用中具效率高、测深大、横纵向分辨率高等特点。20世纪80 年代后引入中国，在金属矿探测、地热资源开发、矿山探测项目中得到广泛推广。本文在北京张坊涿州地区开展了CSAMT工作并开展钻探验证，对通州石家庄活动构造带中段的黄庄高丽营断裂和琉璃河断裂进行系统探测，研究确定主要断裂位置、产状、影响范围等空间分布特征，为区域重大工程建设和规划提供地质依据。2 地质及地球物理背景工作区位于北京张坊、河北涿州、涞水一带（见图1），大地构造上处于华北板块冀中台陷，张坊镇周边半山区出露蓟县系（Jx）碳酸盐岩地层，东侧平原地层自下而上为元古界蓟县系、青白口系，下古生界寒武系、奥陶系、上古生界石炭、二叠系、中生界侏罗系和新生界古近系、第四系地层。基岩分属于碳酸盐岩、碎屑岩及火成岩，寒武奥陶系（-O）隐伏于王村至西城坊村一带，石炭二叠系（C-P）分布在西城坊村西侧至太行山前断裂，侏罗系分布于拒马河北侧百尺竿村至山前一带。古近系主要分布在松林店东侧，第四系分布在山间盆地山麓边缘及平原。河北省地层电性统计表根据测井曲线和岩样测量，统计了各地层的平均电阻率和密度值，见表1。由表1可知，青白口系粉砂岩电阻率最高，石炭系砂页岩电阻率最低，研究区内不同岩性地层的电阻率存在明显差异，具备开展地球物理电性勘探的基础。序号地层密度/（g/cm3）电阻率/（m）序号地层密度/（g/cm3）电阻率/（m）1第四系1.669（210）7石炭系2.592（111）212（36）2新近系2.558（284）532（48）8奥陶系2.678（552）6368（123）3白垩系2.431（657）453（100）9寒武系2.678（564）4416（89）4侏罗系2.522（2116）378（325）10青白口系2.664（104）12503（53）5三叠系2.570（125）252（41）11蓟县系2.740（748）4955（148）6二叠系2.605（155）1256（55）12长城系2.671（1004）2911（248）注：表格括号内为岩石标本测定数量（引自董杰，2001）表1 河北省及其周边地区地层物性参数统计表图1 研究区基岩地质图（来源：1979年地震会战资料）m，第四系下伏地层为蓟县系白云岩地层，未见新近系和古近系显示。F 断裂上盘纵向反演电阻率为1多层变化特征，050 m深度范围内为中低阻特征，推断为第四系；100250 m表现为高阻层与低阻相间，推断为新近系半胶结状砾石层；上盘基岩深度约220270 m，结合地质资料和反演电阻率特征，推断上盘基岩为侏罗白垩系火山碎屑岩地层，沿测线方向，基岩埋深逐渐增大。推断F1断裂为黄庄高丽营断裂主断裂，宽150200 m，走向NNE，视倾向为E，视倾角为6070。测点180185之间曲线亦出现陡降特征，推断该处为黄庄高丽营断裂次级断裂（F）显示，走向1-2NNE，视倾向为E，视倾角为67左右，为正断活动特征，浅部第四系未见明显错动，该次级断层最新活动时代为上新世。4.2 K3测线解译成果K3测线（384490）西起西城坊村，东至边各庄村西，本文选取了（384490）反演电阻率断面图见图4。整体上，K3测线能够反映该段基岩起伏和断裂异常。纵向上，浅部50100 m连续中阻扁轴状电阻率圈闭为第四系显示，以明显低阻为新近系，高阻为寒武系。在430434号测点之间，有明显曲线密集陡降特征，推断为琉璃河断裂（F）显示，23 探测方法与实施本次CSAMT法采用电偶源标量工作装置，收发距8.5 km，频率范围0.18192 Hz。测区共布置K1、K2、K3 3条测线，总长度约10 km，测线沿NW-SE方向布设，基本垂直构造走向，见图2。测量的同时观测电场水平分量E 和磁场水平分x量H，根据公式（1）、（2）计算卡尼亚电阻率和y视深度的基础上，以阻抗电阻率和阻抗相位联合反演电阻率参数用于地质推断解释。式中：f为频率，D为估算探测深度。4 解译成果与讨论在复杂地形和地电条件下的一维CSAMT成果受反演算法约束，可能出现畸变解释；二维反演算法考虑了地下介质在水平和垂直方向上分段连续的变化，提高了反演的准确率，能准确刻画地质结构的横、纵向变化。本次工作处理采用二维共轭反演K1和K3测线（384490）解译成果与讨论如下。4.1 K1测线解译成果K1（100200）测线西起北拒马河南支，东至南水北调渠沟西侧。反演电阻率断面图见图3。K1（100200）反演电阻率断面图在横向变化明显。测点100144的1000 m，呈高阻特征；测点144160的100 m，呈低阻特征；测点168200呈中阻特征。测点144160的曲线出现密集陡降且呈低阻特征，推断该处为断裂破碎带，破碎带影响宽度较大，深部地层破碎程度较高；测点148154为黄庄高丽营断裂（F）主1断裂位置，倾向SE。F 断裂下盘纵向反演电阻率自1上而下逐渐增大，表层0100 m为中低阻特征，以深为高阻特征，推断F 断裂下盘第四系厚度小于50 1图3 K1（100200）测线反演电阻率断面图和剖面地质解释图（1）051050华北自然资源地质勘探2023.5总第116期052023年图2 CSAMT探测工作测线布