2010-10-24河南省太康县发生M_S4.7地震^[1-2]，主震之后共发生7次余震，其中最强余震为2011-03-08在原地发生的M_S4.2地震。太康M_S4.7地震序列^[3]未在地表留下任何构造痕迹，地质学手段无法对地震的发生与活动构造的关系给出任何结论。地震精定位结果^[4]显示，太康4.7级地震震中靠近许昌-太康断裂，其震源机制解节面及其余震展布均呈近NW-SE走向。长期以来，对于许昌-太康断裂具体位置、规模、性质和错断地层情况等认识都源于前人的推测。上世纪九十年代在河南中东部地区完成的石油勘探剖面资料显示，太康县城以东地区存在两条走向NW、近乎平行且相向而倾的正断层，但石油物探勘探对1 000 m之上的浅部构造无法精细分辨。高分辨浅层反射地震勘探方法能够对地下几十m至几百m深度范围内的地层界面和构造精细成像^[5-7]，从而对断层的平面位置、上断点性质进行较为准确的定位。本项目利用高分辨浅层地震反射方法探测太康震区隐伏断裂，揭示其第四系或近地表特征及活动状况，对于太康及其周边地区的活动构造和发震机制研究具有重要意义。

1 研究区概况

许昌-太康断裂西起许昌北，向东延伸经鄢陵、太康，止于北东向曹县-太康断裂西侧，长约100 km。该断裂走向近东西，局部稍有摆动，倾向南，在太康县西被北北东向小断层错断，北盘上升，南盘下降，为正断层。断裂发育过程中错断了寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新生界部分地层。西段分布于太康隆起上，东段成为太康隆起与周口凹陷的边界断裂。断裂控制基底的升降差异，北侧隆起，南侧下沉，落差达2~3 km。新近纪和第四纪断裂继承性运动，北部沉积厚度800~1 000 m，南部沉积厚度1 400~1 600 m。工作区内的第四系地层主要以沉积黄土为主，含少量黄色细沙。第四纪平原区总体显示沉降趋势，地层层序较完整。

2 地震剖面位置和勘探方法

为了获得研究区隐伏断裂的内部构造特征及近地表图像，确定断裂位置、性质及活动特征，参考已有的石油剖面，沿许昌-太康断裂带在太康县城以西震中地区布设3条高分辨率的浅层地震反射测线(图 1中S213、X018、LGY)。

目前对隐伏断层的定位主要采用反射波地震勘探方法^[8-10]。本文采用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，而且其反射剖面图像对地下构造直观形象的特点也有助于判定断层的位置与形态。为了能对断层和近地表沉积层进行详细分层，采用“小道间距、小偏移距、高频激发、宽带接收”的浅层人工地震探测工作方法。为压制干扰，提高地震资料的信噪比，采用多次覆盖观测系统。考虑到不同地震测线的地质条件和工作环境可能会有所不同，对每条地震测线都根据项目任务的要求和现场实验情况，采取适合于该测线工作条件的观测系统参数。

施工过程中，工作参数设定为：可控震源激发，连续线性扫描，频率扫描范围20~180 Hz，扫描长度12 s，记录长度2 048 ms，采样间隔1 ms，仪器接收道数180~200，道间距3 m或4 m，覆盖次数18~20。为了压制干扰、提高资料的信噪比，每个接收点上采用3~4个60 Hz的地震检波器串点组合接收。

3 浅层地震剖面与结果 3.1 S213测线

测区位于太康凸起与周口凹陷分界线附近，太康凸起总体呈近东西走向，基底主要为太古界和古生界，其上有新近系河湖相陆屑堆积，南北两侧厚度大，达1 300 m左右，中间仅400 m左右。本次研究的主要测线S213横跨许昌-太康断裂，沿省道213公路由北向南布设，穿过太康M_S4.7地震震中区，测线全长17 160 m。

图 2为S213测线浅层地震反射波时间剖面。可以看出，该测线经过地段的地层反射波界面非常丰富，T01(N+Q内部地层用T01，T02表示)以浅反射波能量较强，波组清晰，垂直分辨率较高，反射波横向厚度在100~250 m变化。从T01的波组特征和反射波深度分析，T01有可能是第四系底部(由于缺乏必要的钻孔数据此处只能推测)。T02反射层较T01反射层有所变弱，但分辨率较高，地层总体呈现南部低，中、北部略高的态势，变化幅度不大。在双程反射时间1 200~1 300 ms之间出现一个较明显的反射层，深度大概在1 250 m，北部浅南部深，根据区域地震构造图等厚线分布范围，推测其应该是新近系的底界面(用TN表示)。由于TN界面埋藏在1 000 m以下，本方法无法较清晰地探测，因此TN界面的反射波有些地段不是特别清楚，但也能解释TN界面的存在并进行追踪。由剖面反射波组特征分析，剖面上多处出现明显的同相轴的扭曲、错断现象，分析认为是断层的反映。据此，在这条剖面上共解释了5个主断层，从北向南依次用FP1、FP2、FP3、FP4和FP5表示。FP1为视倾向南倾的正断层，位于剖面桩号3 096 m附近，上断点埋深约为100~105 m，在断裂的过程中，由于牵引的作用使断层上下两盘出现严重变形，并且下降盘衍生一个次级断层FP1.1(FP1.1倾向北，上断点位于剖面桩号4 302 m附近，埋深约150~155 m)。剖面南部的4个断层都是北倾的正断层，FP2位于剖面桩号10 066 m附近，埋深约110~115 m；FP3位于测线桩号12 084 m附近，埋深约为75~80 m；FP4位于测线桩号13 116 m附近，埋深约为145~150 m；FP5断点位于测线桩号13 938 m附近，埋深约为95~100 m。这5条断裂中有4条穿透T01底界，也就是穿透第四系地层，可分辨的埋藏深度为几十m到100余m，应该是活动断层。

3.2 X018测线

控制S213测线北部FP1断层，为了判断FP1断层走向，根据S213测线所反映的断层特征，结合石油物探在此地区的探测结果，沿县道018公路自南向北布设一条测线，南起于衣冠营，北至逊母口公路路东，测线全长3 642 m。

图 3是X018测线探测的反射波时间剖面，从各地层反射的横向连续性来看，T01反射层基本呈近水平形态展布，T02和TN地层呈现南深北浅的态势。由剖面反射波组特征分析，剖面上出现同相轴扭曲错断现象，认为是断层反映，据此在剖面控制区域解释了2个断点，以FP6、FP6.1表示。FP6为南倾的正断层，位于测线桩号2 865 m附近，埋深约为110~115 m；FP6.1为FP6的衍生断层，也是南倾的正断层，位于剖面桩号2 390 m附近，埋深约为130~135 m。可以看出，FP6断层和FP1断层有着极大的相似性，反射波组和S213剖面特征一致，因此认为它们是一条断层向东的延续。

3.3 LGY测线

控制S213测线南部4条断层，明确该断层走向，根据S213测线所反映的南部断层特征，结合石油物探的探测结果，在河楼村村西土路北段，由东向西布设一条长度3 465 m的测线，命名为LGY(李公玉)。

探测得到的时间剖面见图 4，从剖面中各地层反射的横向连续性来看，反射层基本呈近水平形态展布。由剖面反射波组特征分析，剖面上出现同相轴扭曲错断现象，认为是断层反映。据此在剖面控制区域解释了1个断点，以FP7表示。FP7为北东倾向的正断层，位于测线桩号1 690 m附近，埋深为125~130 m。反射波组特征和S213剖面南部断层也具有很好的一致性，FP7应该是S213测线南部断层向东的延续，且断距变小，断裂强度变弱。需要说明的是，该测线受各种条件的限制，测线长度较短，难以做到更加满意的长度。

4 结语

1) 本文通过采用浅层地震反射剖面探测方法，获得了太康M_S4.7地震区域新近系以来的地壳浅部结构、隐伏断裂位置及空间展布特征。结合本地区区域地震构造图等厚线的分布情况，初步判断第四系厚度为200~250 m。从3条剖面显示的反射波特征上看，地层厚度南深北浅，断裂向东延展逐渐变弱，剖面深度在1 200~1 250 m出现一个较强反射界面，认为是新近系底界面，目标断裂强度北强南弱，印证了太康M_S4.7地震震中位置在FP1断裂带附近。探测的两条断裂近乎平行且呈北西西走向，与韩立波等^[3]在震源参数的精确确定中得到的结论相同。

2) 研究区的断裂构造较为发育，在深度1 250 m以内，地震剖面揭示了5条新近系以来的隐伏活动断裂，其中，FP1断裂出现在剖面桩号3 096 m附近，断裂两侧地层严重扭曲，可见在错断过程中对两边的拉伸强度比较大。在剖面桩号10 km以后，剖面上相继出现4条北倾的正断层，分别位于剖面桩号10 066 m、12 084 m、13 116 m和13 938 m，4条断裂相距较近，错断距离较小，断层两边的反射层仅错开，没有出现明显的拉伸扭曲现象。剖面南部4条断裂和FP1断裂呈现相向倾斜关系，据现有的石油物探资料判断，这4条断裂在深度2 km可能合成一条断裂。本次浅层探测测线经过太康M_S4.7地震震中附近，剖面上断层反映PF1断裂距震中较近，这也说明了断裂的强度和地震的发生有一定的关系。3条剖面上能分辨的断裂深度在75~150 m之间，显然错断了第四系地层，剖面上断层的断距由浅到深具有一致性的特征，断距在剖面的深部和浅部变化不大，说明该地区浅层断裂的时间是在同一个时期完成的(也就是第四纪以后)，表明该区域第四纪以来断层是有活动的。

3) 上世纪九十年代石油勘探探测的311测线(图 1中绿线)和本次探测的S213测线位置比较接近。通过对比两个时间剖面(图 5和图 6)可以看出，两者都存在两个相向倾斜的正断层，两个断层在这两个剖面上相距都是10 km左右。由于浅层是高分辨精细探测，对断层的识别分辨率较高，能分辨更加细小的断层，分析这两个剖面认为，石油剖面上的2号断层向上延伸应该是浅层剖面上的FP1断层，次级断层FP1.1在石油剖面上无法分辨出来。石油剖面上的1号断层向上延伸推测应该是FP5断裂, 1号断层的次级断裂应该是FP3，浅层反射探测的FP2和FP4断裂在石油剖面上未能分辨出来。由于浅层地震高分辨勘探探测的深度有限，只能对比和石油剖面双程时间1.5 s以浅的反射层。结果表明，能够对比的部分两个剖面是吻合的，也再次证明本项目设计的探测方法是可靠的。

4) 本文结果表明，浅层地震勘探剖面对几十m至几百m深度范围内的地下结构和构造反映较为清楚，对断裂位置的确定、断裂活动性的判定及钻孔剖面的布设、钻孔深度的设计能起到关键作用。由于受地震勘探分辨率的限制，对一些上断点埋深较浅、断距较小的断层，浅层地震勘探反射剖面往往难以分辨，需要结合钻孔联合剖面探测等方法。

致谢: 本项目野外探测过程中得到周口市政府和太康县政府的大力支持，在此表示感谢！