渤海湾盆地南部是新构造活动较为强烈的地区之一。新生代以来，在区域构造应力场的作用下，在该区形成了一系列新生代的断陷盆地，如临清凹陷、汤阴地堑、东濮凹陷、开封凹陷等。由于华北平原区第四纪地层的大面积覆盖，使得控制该区新生代沉积盆地的断裂也都处于隐伏状态。已有研究表明，地震的发生不但与地壳深部的构造活动密切相关，且与沿地壳浅部的活动断裂相关^[1-3]。

地震勘探方法是探测研究地壳内部结构和深浅构造关系的有效技术手段，而在探测研究地壳浅部结构和确定隐伏断裂位置、性质及其活动性方面，目前主要采用浅层地震反射波勘探方法^[4-6]。东濮凹陷是渤海湾盆地南部一系列的新生代断陷盆地之一，新生代复杂的地质构造活动在东濮凹陷內形成了一系列的次级构造单元，本文主要研究其西南部的新生代次级构造——长垣断陷。长垣断陷以黄河断裂和长垣断裂为东、西边界，包括中央隆起带和西部次凹带。研究认为，黄河断裂作为中央隆起带的控制性断裂，对东濮凹陷的构造形成、演化和储油构造都起着重要的控制作用^[7-10]。为了研究长垣断陷6~8 km以上的浅部结构，确定黄河断裂的准确位置及其近地表特征，本研究跨长垣凹陷完成了一条长度49 km的中深层地震反射剖面和一条7 km长的浅层地震反射剖面，通过采用“小道距、小炮间距、高覆盖次数”的地震反射数据采集技术以及高精度地震数据处理方法，获得信噪比和分辨率较高的地震反射剖面。最后，根据获得的中深层地震反射剖面和浅层地震剖面资料，对长垣断陷的浅部结构、隐伏断裂产状和性质以及断裂活动性等特征进行研究。

1 地质构造概况和地震剖面位置

东濮凹陷位于渤海湾盆地南部，面积约5 300 km²，呈北北东向展布，其形态南宽北窄，呈扫帚状。凹陷内缺失侏罗系、白垩系，古近纪地层直接覆盖在三叠系及更老的地层之上^{[8, 11]}。控制东濮凹陷的大断裂主要有3条，自东向西分别为兰聊断裂、黄河断裂和长垣断裂(图 1)。黄河断裂位于东濮凹陷内，是中央古隆起的西边界断裂，也是长垣断陷的东界断裂，具有继承性活动断裂特征。长垣断陷位于东濮凹陷的西南部，属于东濮凹陷内的一个次级断陷，基底面东陡西缓，其东、西两侧分别受黄河断裂和长垣断裂控制。

为了获得长垣断陷中深部沉积盖层结构和断裂构造特征，跨长垣断陷自西北向东南布设了一条49 km的中深层地震反射剖面。剖面西北端起于新乡市延津县张杏庄村村东，沿着测线向东经过新菏铁路、S308省道、大广高速、西辛庄村、恼里镇、黄河大堤，东南端止于长垣县东沙窝村东南的黄河边。

利用地震勘探方法对不同深度范围的地下结构和构造进行成像时，应采用不同尺度的探测方法及相应的工作参数^[5]。本次探测通过采用中深层地震反射勘探方法，得到了长垣断陷基底以上的地层结构以及隐伏断裂的位置和性质，但对于黄河断裂在第四纪内的延展情况却无法准确成像。为了进一步获得黄河断裂浅部构造特征和近地表图像，以便更准确地判定其位置、上断点埋深以及断裂的活动性，跨黄河断裂进行高分辨率浅层地震探测，测线由西向东铺设，西端起于长垣县恼里镇武寨村东，东端止于武楼村村东的黄河大堤，全长6 876 m。

2 地震数据采集和资料处理

中深层地震反射数据采集使用加拿大产ARIES地震仪及相关设备。地震波激发采用炸药源，激发药量40 kg，激发井深30 m。为有利于浅部地层反射波的接收和倾斜界面成像，采用中间激发、双边不对称零偏移距接收的观测系统，通过现场试验确定的观测系统参数为：40 m道间距，800道接收，57次覆盖。

在浅层地震反射数据采集时，考虑到沿公路布设的测线不可避免地受到车辆、行人和邻近居民点的干扰，地震波激发采用美国产M612-18型可控震源，地震数据接收采用德国产SUMMIT遥测数字地震仪，采样间隔1 ms、记录长度2 s。根据现场试验确定的观测系统参数为：3 m道间距、最小偏移距30 m、180道接收、18次覆盖。

地震反射资料处理采用Grisys和Focus反射地震数据处理软件包，充分利用现有处理软件的交互性能，发挥各种处理模块的优势，以获得最佳处理效果。根据本次地震勘探工作的特点和资料特征，建立图 2所示的主要数据处理流程。为压制噪声、提高叠加剖面的信噪比，在数据处理中重点采用以下几种技术。

1) 在浅层地震探测测线上，由于村庄、公路及其他影响，在地震记录上出现了较强的随机干扰波、面波以及可控震源的声波。处理中使用带通滤波、倾角滤波、F-K滤波等。对比图 3(a)、3(b)2张单炮记录可以看到，经滤波后，面波、声波明显变弱或者消失，反射波能量、信噪比增强(图 3红圈处)。

2) 为了消除地形起伏和近地表地下地层介质横向不均匀对地震记录的影响，采用初至波拟合折射静校正方法对数据进行处理，使由地形或低速带所引起的初至波不规则变化经过校正之后趋于一致，反射波的横向连续性变好(图 3蓝圈处)，使共反射点记录能够实现同相叠加，增强水平叠加剖面上反射同相轴的能量，提高信噪比。

3 地震反射剖面特征 3.1 中深层地震反射剖面特征

图 4是穿过长垣断陷的中深层地震探测反射剖面，剖面上多组地层界面反射具有较高的信噪比和分辨率，能够清晰地反映盖层深部的结构和构造特征。可以看出，以剖面双程到时TWT 1.8 s为界可分为反射特征明显不同的上下2部分，TWT 1.8 s以上可以看到3~4组反射能量强、横向上可连续追踪的地层界面反射(T_Q、T_N2、T_N)，界面形态基本呈水平展布，仅在局部略有起伏变化，表明该段地层沉积稳定，具有很好的成层性，根据区域地质资料可知为新近纪和第四纪沉积岩系。在TWT 1.8 s以下，剖面桩号37 km东西两侧地层反射波的形态和产状差异明显，37 km以西剖面揭示3组反射能量强、可分段连续追踪的界面反射(T_E、T_C-P、T_g)，界面在纵向上分层清晰，横向上自西向东以大角度倾伏，在反射波T_g之下是弱振幅、产状各异的凌乱反射；37 km以东双程到时TWT 2.8~3.5 s可以看到向西倾覆的反射波T_g，反射波T_g之下是一系列向西倾伏、反射能量较弱的短小反射，说明基底之下岩石的波阻抗差异较小。

根据剖面上反射波能量差异和反射震相特征解释5条断裂(F_P1~F_P5)，其中F_P1为常村断裂，在断裂附近可以看到地层界面反射能量的突变以及断裂两侧反射震相的明显不同，尤其是基底反射T_g在下降盘一侧较为凌乱，该断裂向上错断了新近系底界的反射T_N，倾角较陡，为东倾的正断层。F_P2为长垣断裂，是长垣断陷的边界断裂，在断裂F_P2附近反射波T_E和T_C-P能量突然减弱，反射波T_N明显错断，反射波T_g断裂两侧在反射震相上具有明显的差异。F_P3是断裂F_P2的反向正断层，从剖面特征来看，可能是长垣凹陷内的一条次级断裂，F_P3向上错断了反射波T_N和T_N2，没有错断反射波T_Q，向下在3.5 s左右归并到F_P2上，属前第四纪断裂。F_P5为黄河断裂，从地震剖面上可以明显看到在双程到时TWT 2 s以下，断裂F_P5两侧的地层反射能量明显不同，且反射波同相轴的错断、扭曲特征非常清楚。断裂F_P5明显错断了第四系底界反射波T_Q震相，T_Q之上的反射波同相轴未发现明显的扭曲、错断，向下依次错断新近纪、古近纪、石炭-二叠纪地层和基底反射波T_g，其断层面视倾向西，为上陡下缓的正断层。断裂F_P4向东倾，错断了T_Q反射震相，向下大约在2 s左右归并到F_P5断裂之上。中深层地震反射剖面可以清楚地看到断裂的存在与形态，发现黄河断裂错断了第四纪底界反射波T_Q，但对黄河断裂在第四纪内部的构造特征却没有很好地反映。

3.2 浅层地震剖面特征

图 5为浅层地震反射时间剖面。可以看出，双程到时TWT 1.0 s以上的地层反射非常丰富、反射能量较强、同相轴连续性较好，分辨率比图 4的中深层地震反射剖面明显提高，断裂附近反射波同相轴的错断特征更加清晰，断层位置更加准确。根据该剖面纵向和横向的反射波组特征，识别出8组能量较强、横向可连续追踪的反射震相(T₀₁~T₀₃、T_Q、T₁~T₃、T_N2)，其中T_Q为来自第四系底界面的反射，T₀₁~T₀₃为第四系内部地层界面反射，T₁~T₃、T_N2为新近系内部地层界面反射。这8组反射震相横向上基本呈水平展布，相对起伏变化不大。根据各反射同相轴的横向连续性，200 ms以上的T₀₁和T₀₂反射震相横向上连续性较好，没有明显的错断现象，但200 ms以下的T₀₃~T_N2反射震相在桩号2 962 m和4 188 m两处反射同相轴存在明显的扭曲、错断等波形畸变现象，表明在这两处存在断层(F_P6和F_P7)。其中F_P6断裂视倾向为东，视倾角较陡，为正断层，它向上错断了T₀₃反射震相。F_P7断裂视倾向为西，视倾角也较陡，也为正断层，它向上错断了T_Q反射震相，但没有错断T₀₃反射震相。对比深、浅反射地震剖面上各断点的位置和断层形态可知，浅层反射剖面上的F_P6和F_P7断点分别对应深层地震反射剖面上的F_P4和F_P5断点，F_P6和F_P7均为第四纪活动断层。综合分析上述2条地震剖面可得出，黄河断裂是一条第四纪活动断裂，它由两条呈“Y”字型的正断层组成，走向北东-南西，主断裂F_P7倾向北西，次级断裂F_P6倾向南东，倾角都较陡，且次级断裂的上断点埋深要浅于主断裂。

4 结语

根据深层地震反射剖面并结合石油地质资料可得出，研究区基底具有东陡西缓、东深西浅的箕状结构，基底最深处在桩号37 km附近。基底之上为二叠-石炭系地层和新生代沉积层，中间缺失白垩系、侏罗系和三叠系地层，可能与当时强烈的构造活动、地层抬升及风化剥蚀有关。古近系下部地层界面反射能量较弱，同相轴横向连续性较差，可能是由于构造活动剧烈或地层的横向不均一性所致。地壳浅部新近系地层及其上的第四纪覆盖层整体呈水平展布，纵向分层性好，表现为一种披盖式沉积特征。

深层地震反射剖面揭示的断裂构造特征和相互组合关系也非常清晰。黄河断裂是由2条呈“Y”字型的正断层组成，断层向上错断了第四系底界面T_Q，主断层倾向西，向下延伸到基底T_g以下；次级断层倾向为东，向下在双程到时TWT 2 s附近归并到主断层上。长垣断裂是长垣断陷的西界断裂，由2条视倾向相反的正断层组成，属前第四纪断裂。

浅层地震反射剖面的同相轴基本呈水平展布，说明测线控制区域内长垣断陷浅部地层在沉积时较为稳定。经速度扫描并结合区域地质资料可知，黄河断裂的次级断层(F_P6)错断地层要浅于主断层(F_P7)，主断层(F_P7)错断了埋深约312 m的第四系底界面，次级断层(F_P6)错断了埋深约190 m的第四系内部地层，说明黄河断裂是第四纪活动断裂，且其次级断层的活动性要强于主断层。

通过对地震探测结果的分析可以看出，浅层地震反射勘探纵、横向分辨率更高，对断层的位置和浅部地质结构探测得更细，但无法获知断层深部的结构情况以及与其他断层的相互关系；中深层地震反射探测可查明断层的中深部延展情况，但无法准确地得出断层的浅部构造特征和上断点埋深。因此，将中深层、浅层反射地震勘探相结合，能够获得地壳较为详细的结构图像、断裂的深部和浅部特征以及断裂的相互组合关系，对研究断裂的形成和发展以及对未来地震的预测和预防都具有重要的意义。

致谢: 本研究的数据采集由中国地震局地球物理勘探中心30余名技术人员共同完成，野外探测工作得到新乡市地震局和长垣县科技局的大力支持与配合，资料解释和本文写作得到刘保金、赵成彬研究员的指导，在此一并表示感谢！