肖兵，余成华，徐俊，蒋鹏，邓文龙，陈庞龙，赵国泽

(1.深圳市勘察研究院有限公司，广东深圳 510086； 2.广东省地震局，广东广州 510070；3.中国地震局地质研究所，北京 100029)

城市断层深部结构大地电磁阵列探测

肖兵1∗，余成华1，徐俊1，蒋鹏1，邓文龙1，陈庞龙2，赵国泽3

(1.深圳市勘察研究院有限公司，广东深圳 510086； 2.广东省地震局，广东广州 510070；3.中国地震局地质研究所，北京 100029)

地震活动断层探测工作的难点工作之一就是城市断层深部结构的探测。虽然高分辨率地震勘探是研究城市断层较为有效的地球物理探测方法。但由于深圳特殊的人文环境，本文研究采用了大地电磁阵列探测，并获得了较好的探测结果。

城市断层；大地电磁阵列；地球物理勘探

1 引 言

在近年发生的历次大地震中，研究人员发现，断层带上的房屋倒塌、人员伤亡情况严重；但断层带以外的情况就要好得多。我国2008年“5·12汶川8.0级大地震”就是发生在活动断层之上的地震。国务院曾下达了《关于进一步加强防震减灾工作的通知》(国发(2000) 14号)，要求“在城市规划和西部大开发中要避开地震危险地段和活动断层，在大城市特别是省会城市和重要经济开发区要积极开展地震活动断层的探测工作。”

地震活动断层探测工作的难点工作之一就是城市断层深部结构的探测。高分辨率地震勘探是研究城市断层较为有效的地球物理探测方法[1]。常用的地震勘探震源有炸药震源、落锤或机械撞击震源、枪震源、可控震源等。这些震源的特点是具有破坏性或产生较大的噪音污染。深圳的地质环境，尤其是人文环境和城市管理方面的特殊要求，使得地震勘探无法采用。因此，在深圳市城市活断层深部结构探测项目中，首次在城市中心地带采用大地电磁方法进行高密度点位的系统测量，或称大地电磁阵列探测，并获得了较好的探测结果。

2 大地电磁阵列

2.1 大地电磁法

大地电磁法作为一种在地质探测和矿产勘查中用途非常广泛的地球物理方法。主要以视电阻率曲线和相位曲线的形态特征作为分析大地结构与电性分布的基本依据[2]。

MT法的理论基础是Maxwell方程，它采用源自高空的天然交变电磁场作为场源来探测地下的电阻率结构。通常用下式可得到视电阻率ρa和阻抗相位φ。

其中，Zij(i，j分别为x，y的不同组合)为不同方位的阻抗张量；Tij(i＝z，j分别代表x和y)为不同方位的磁倾子矢量；ρa视电阻率单位为欧姆米(Ω.m)。它是一个与频率有关的量，是给定频率下电磁场影响所能涉及范围内岩石电性的综合反映，阻抗相位(φ)代表了相互垂直的电场水平分量与磁场水平分量之间的相位差，它也是频率的函数，同样也是反映介质电性特征的一个重要物理量。地下电阻率结构是通过对观测得到的视电阻率和阻抗相位反演得到。

2.2 大地电磁阵列

本次野外资料采集中，用多台V5－2000同时工作，用GPS时钟同步。其中用了3台标准5分量以及8台2分量大地电磁测深仪，其中1台5分量仪器用作远参考测量，远参考站布置在离工区100多千米的惠州，其余10台仪器在本地测量。

本地测量中，10台仪器分别组成两个排列，每个排列由1台5分量仪器和4台2分量仪器组成，分别在5个测点进行测量。5分量仪器本身也是标准的大地电磁测量，测量5个电磁场分量。2分量仪器只接收电场信号，3个磁场分量用同步测量的5分量仪器的3个磁场分量。由于每条测线长度不超过3 km，在该范围内进行同步测量时，不同测点之间的外部磁场差别可以忽略不计。因此，可用2分量仪器接收的电场和5分量仪器接收的磁场组成每个测点标准的5分量大地电磁测深点，形成高密度测点的阵列观测，即大地电磁阵列。大地电磁仪器布设平面示意图如图1所示。

图1 V5－2000大地电磁大地电磁阵列平面示意图

3 断层深部结构大地电磁阵列探测成果

深圳市断层深部探测中，针对北东向的五华——深圳断裂带的横岗——罗湖断裂束、莲塘断裂束和北西向的观澜断裂带，进行大地电磁测深阵列探测，研究断裂带的深部结构和特点。大地电磁阵列测深点布置及测区地质简况见图1。累计完成了共87个测点的测量，分5条剖面共6段进行深入解释。这里以剖面5为例，对大地电磁阵列的应用成果进行分析。

图2 深圳市断层探测工区地质及大地电磁测深点分布

剖面5为近北西向剖面，穿过横岗－罗湖断裂组，实际剖面位于龙海农场内，累计长约737 m，布置测点8个(编号szl5－1a～szl5－8a)，测点点距平均约92 m。剖面由NW起于中侏罗吉岭湾组(J2jl，岩性主要为安山岩、英安岩、粉砂岩、泥岩及沉凝灰岩等)，在szl5－5a号点进入到测水组上段地层，在szl5－6a开始进入到白垩纪黑云母二长花岗岩体中。

图3是剖面5测点的原始视电阻率、相位－频率曲线，其中视电阻率曲线的形态从高频到低频总体呈现出低－高－低阻(K型)或低－高－低－高阻(KH型)的曲线变化特征，中间高阻的峰值在总体在szl5－3a～szl5－ 4a号点间出现明显的分界，即szl5－1a～szl5－3a号点中间高阻的峰值总体小于103Ωm；而szl5－4a号点之后中间高阻峰值基本在103Ωm～104Ωm。另外szl5－5a～szl5－6a号点的视电阻率曲线特征也与其他测点存在一定差异，即这两点的视电阻率曲线两支存在明显相互分开的现象，这种曲线分开的现象主要与测点附近存在明显的电性分界带有关。这一点与地表地质吻合很好，在地表地质上，szl5－5a～szl5－6a号点正好是石炭纪沉积地层与白垩纪花岗岩体的分界部位。

图4是将各测点的原始视电阻率、相位数据按测点点距连成一线形成的视电阻率、相位拟断面图，该断面图可以更为直观地显示在szl5－3a～szl5－4a以及szl5－ 5a～szl5－6a号点之下(间)存在明显的电性分界带。

图3 测线5测点实测视电阻率和相位曲线

图4 测线5实测视电阻率、相位拟断面图

图5为剖面5中测点反演获得的一维层状模型。横向上各测点的一维层状电性结构特征总体一致，但在总体电阻率上，在szl5－4a与szl5－5a号点之下最高、szl5－7a与szl5－8a号点次之，根据电阻率的横向变化，推测szl5－4a与szl5－6a测点附近存在电性边界。结合地表地质资料，推测szl5－1a～szl5－4a号点之下出露层为中侏罗吉岭湾组(J2jl)地层，在szl5－5a号点之下为C1c2，在szl5－6a～szl5－8a号点之下为白垩纪花岗岩体K11aηγ，其上可能存在厚度100 m的电阻率相对低的风化层。其中szl5－3a与szl5－4a之间、szl5－5a与szl5－6a之间分别对应电性边界，可能存在正向断层构造。

图6为剖面5的非线性共轭梯度法(NLCG法)反演的二维电性结构模型。如图6－左所示，横向上在szl5－3a与szl5－4a号点间以及szl5－6a号点附近存在较为明显的电性分界；在200 m以下层位，以szl5－3a号点为界，NW侧电阻率普遍在400 Ωm以下，可能与正常古生代的沉积层有关，SE侧电阻率则在1 000 Ωm左右，与中生代白垩纪花岗岩体电阻率相当，而且SE侧的高阻构造有向NW侧斜上穿插之势。

图5 剖面5测点一维Occam反演层状结构模型

图6 剖面5大地电磁测深二维电性结构及地质解释

结合地层厚度及地表地质出露信息，对本剖面作了相应的地质解释如图6－右。推测在szl5－4a与szl5－6a号点之间存在正断构造，前者是侏罗纪吉岭湾组火山沉积岩与石炭纪测水组上段边界，后者是古生代地层与中生代花岗岩体的接触边界。

4 结 论

针对五华——深圳断裂带的横岗——罗湖断裂束、莲塘断裂束和北西向的观澜断裂带，进行大地电磁测深阵列探测，研究断裂带的深部结构和特点。可以得出如下结论:

(1)大地电磁测深阵列探测发现了4处区域性断裂构造及9处局部断裂构造，反映了断裂构造的深部信息。

(2)本次研究工作在深圳市这样一个具有特殊人文环境、现代化程度较高、各种噪声干扰严重城市进行，大地电磁测深阵列探测取得了良好的效果。

(3)以了解区域性断裂构造的深部结构为目的，虽然高分辨率地震勘探是较为有效的地球物理探测方法，但在特定人文环境下，大地电磁测深不失为一种最为经济、可行的方法。

[1] 朱金芳，徐锡伟，黄宗林等.福州市活断层探测与地震危险性评价[M].北京:科学出版社，2005

[2]B.H.尼基金著.刘统畏译.工程地震勘探原理[M].北京:地质出版社，1987

[3]潘纪顺，刘宝金，朱金芳等.城市活断层高分辨率地震勘探震源对比试验研究[J].地震地质，24(4):533～541

[4]邓起东，徐锡伟，张先康等.城市活动断裂探测的方法和技术[J].地学前缘，2003(01)

[5]金胜，张乐天，魏文博.中国大陆深探测的大地电磁测深研究[J].地质学报，2010(06)

[6]严家斌.大地电磁信号处理理论及方法研究[D].中南大学，2000年度博士论文.

[7]深圳勘察研究院有限公司.深圳市活断层探测与地震危险性分析工程技术报告，2008

Prospecting of the Deep Tructure of City Fault with Magnetotelluric Method Sounding

Xiao Bing1，Yu HengHua1，Xu Jun1，Jiang Peng1，Deng WenLong1，Chen PangLong2，Zhao GuoZe3
(1.Shenzhen Investigation＆Research Institute Co.，Ltd.Shenzhen 510086，China；2.Seismological Bureau of Guangdong，Guangzhou 510070，China；3.Institute of Seismogeology of Seismological Bureau of China，Beijing 100029，China)

prospecting of the deep structure of city fault is a diffcult work in Earthquake Active fault prospecting.Although，high resolution seismic exploration is effective Geophysical prospecting method，Magnetotelluric method sounding is adopted because of the The Human Environment characteristic in Shenzhen.And well application result in city fault prospecting is obtained.

City fault；Magnetotelluric method sounding；Geophysical prospecting

1672－8262(2010)03－159－05

P631

A

2011—05—28

肖兵(1969—)，男，高级工程师，主要从事地震安全性评价及工程检测工作。