地球物理学报  2018, Vol. 61 Issue (8): 3385-3399   PDF    
基于浅层反射地震勘探技术的大庆地区近地表构造特征研究
赵斌1,2, 刘财1, 韦庆海2, 鹿琪1, 石金虎3, 余中元2, 孙海峰2     
1. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026;
2. 黑龙江省地震局, 哈尔滨 150090;
3. 中国地震局地球物理勘探中心, 郑州 450002
摘要:目前,对于大庆地区的地质构造研究成果仅局限在深部构造上,该地区从未开展过针对近地表隐伏断裂的探查工作.本文采用浅层反射地震勘探方法,查明了克山—大安断裂嫩江组以上地层的详细地层信息以及断裂的展布形态;同时,在主干断裂上覆的背斜构造中,发现了许多次级断裂,这些次级断裂在前人的成果中并未提出过,并且在本区的断裂-褶皱构造体系中,次级断裂的活动特性同样受主干断裂活动的影响;然后通过钻孔验证,证实了浅层反射地震勘探结果的可靠性,并且确定了次级断裂的最新活动时代;最后综合编制了松辽盆地长垣隆起地区浅层地质模型,并讨论了本地区的构造体系受晚白垩纪以来太平洋板块俯冲方向变化的影响而形成的构造特征.本次研究中的方法和成果可为大庆市城市发展规划、重大工程建设选址和大庆油田安全高效生产等提供科学依据,可为其他地区开展近地表断裂探查提供借鉴和参考,为本地区浅层地质构造后续研究提供了基础资料,填补该地区近地表地球物理勘探构造研究的空白.
关键词: 浅层地震勘探      克山-大安断裂      活断层      近地表      石油地震剖面     
Near-surface structural features in the Daqing area derived from shallow reflection seismic exploration
ZHAO Bin1,2, LIU Cai1, WEI QingHai2, LU Qi1, SHI JinHu3, YU ZhongYuan2, SUN HaiFeng2     
1. College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China;
2. Earthquake Administration of Heilongjiang Province, Harbin 150090, China;
3. Geophysical Prospecting Center, China Earthquake Administration, Zhengzhou 450002, China
Abstract: At present, the research of geological structures in the Daqing area is limited to the deep subsurface, while lacking exploration to the near-surface buried faults. In this work, we adopted the shallow reflection seismic exploration to ascertain the detailed stratigraphy and the distribution of faults above the Nenjiang Formation. At the same time, we found many secondary faults in the anticlinal structure overlying the main faults, which did nor appear in the previous studies, and noted that the activity characteristics of these secondary faults are also affected by the Keshan-Da'an fault. Then we proved the reliability of shallow seismic exploration results and determined the latest active period of the secondary faults by drilling data. Finally, we established a shallow geological model of the placanticline uplift of the Songliao basin, and discussed the structural characteristics of the tectonic system in this area affected by the change of the subduction of the Pacific plate since the late Cretaceous. The method and results in this study can provide basic scientific evidence for urban development planning, major project construction site selection and the safe and efficient production of the Daqing oil field, as well as a reference to near surface fault exploration in other areas. This work offers basic data for the further research of shallow geological structures, and fills the gap in the structural study of near-surface geophysical exploration in this area.
Key words: Shallow seismic exploration    Keshan-Da'an fault    Active fault    Near surface    Petroleum seismic profile    
0 引言

大庆市是我国东北地区重要的工业城市,是黑龙江陆海丝绸之路经济带的重要节点城市.2016年3月国务院批复的《哈长城市群规划》中提出将大庆建设成为城市群区域中心城市(董洪梅,2017),大庆正在由单一工矿资源型城市向多元化城市转变.随着现代社会城市人口和财富高度集中,城市范围内活动断层孕育和引发的直下型地震的破坏和危害也越來越大,一旦发生大地震将可能造成极其巨大的灾害后果(邓起东和徐锡伟,2018).国内外大地震震例均表明:发生在城市的大地震,或者是经过城市的发震断层破裂带,由于强烈的断层错动和地面振动,都无一例外地造成了大量的人员伤亡和巨大的财产损失,同时对城市的功能造成致命的破坏(刘建达等,2018).对隐伏于城市地下的断层定位目前主要采用的是反射波地震勘探方法(朱金芳等,2005刘保金等,2008卢育霞等,2008Pugin et al., 2009Malehmir et al., 2011, 2015Brodic et al., 2015).本文中我们针对穿过大庆市城市下方的克山—大安断裂开展了浅层活动断层研究工作,旨在为大庆城市规划与建设、重大工程选址和大庆油田安全高效生产提供科学依据.该项研究对最大程度减轻大庆市可能遭受的地震灾害损失、保障人民生命和财产安全、促进社会稳定和可持续发展具有十分重要的意义.

大庆市地处松辽盆地中北部(图 1),其地表为第四系所覆盖,中、新生代沉积总厚度超过6000 m,包括侏罗系、白垩系、第三系和第四系.大庆长垣地区主要地层是青山口组、嫩江组、四方台组、明水组、依安组、大安组和泰康组.2005年07月25日大庆市林甸县发生了5.1级地震,王建利用物探方法,结合地震地质背景,剖析松深Ⅳ、松深Ⅵ大剖面得出林甸地震震中位于孙吴—双辽断裂(克山—大安断裂)与滨洲断裂交汇处,表明大庆地区具备发生中强地震构造背景(王建,2013).

图 1 浅层反射地震勘探测线布置图 图中F1为基底断裂克山—大安断裂的投影位置;F1-1和F1-2为综合解译石油地震资料所得到的克山—大安断裂的东支和西支在嫩江组地层中的投影. Fig. 1 Layout map of shallow reflection seismic exploration lines F1 indicates the projection of Keshan-Da′an fault in the basement fracture system; F1-1 and F1-2 indicate the projections of east and west branches of the Keshan-Da′an fault in Nenjiang Formation from petroleum seismic data.

克山—大安断裂(F1)(图 1)位于大庆市西部,沿松辽盆地中部通过大庆市区,走向NNE,是本次研究的目标断裂(李恩泽等,2012).杨祖序(1983)通过油田资料指出在大安下方存在下正上逆的断层;张训华(1994)通过多种物探手段,推测克山—大安断裂为切穿地壳的深大断裂;李椿等(1995)指出大安断裂为松辽盆地南部三大逆掩断层之一,且给出了地震剖面图;1991年长春地质学院所做的满洲里—绥芬河地学断面(GGT)中,也通过多种地球物理方法探查到了克山—大安断裂的位置(杨宝俊等,1996);2000年以来,也有许多学者在研究松辽盆地的过程中,通过新的地球物理资料论述了克山—大安断裂的深部构造特征(云金表等,2002赵文智和李建忠,2004张玮等,2008孙永河等,2013).前人的研究成果,证实了大庆市的城市下方,存在着这样一条基底深大断裂,而为了解决该断裂是否为活动断裂的问题,就需要搞清楚克山—大安断裂与近地表地层的切割关系,对断裂进行精确定位,查明断裂最新活动时代.为了解决这一系列问题,本文通过浅层反射地震勘探方法获得了高分辨率的近地表地震反射剖面,然后通过钻孔联合剖面,确定了断裂的最新活动时代,在此基础上综合编制了松辽盆地长垣隆起地区浅层地质模型.

表 2 浅层地震勘探断点参数表 Table 2 Breakpoint parameters of shallow seismic exploration
1 概况

大庆地区开展过大量的石油地震勘探,本次研究根据大庆地区地质资料,在大庆地区三维石油地震资料的基础上,初步得出克山—大安断裂在嫩江组地层中的投影位置(图 1中F1-1、F1-2).通过对石油地震剖面的分析,我们发现由于石油地震勘探的目标层位主要集中在白垩系的储油层中,在野外数据采集、数据处理与解译的整个勘探过程中,基本上不考虑近地表的构造信息,石油地震剖面仅揭示出了白垩系嫩江组以下的地层特征.城市活断层探测所关注的断裂的近地表展布规律、次级断裂的延伸情况、断裂的最新活动时代等特征无法从石油地震剖面中得到切实可用的成果资料.因此, 为了进一步查明克山—大安断裂及其次级断裂在近地表的展布、走向、上断点埋深及其在地表的垂直投影位置, 在充分分析、整理石油地震资料的基础上,我们开展了分辨率更高的浅层反射地震勘探.高分辨率浅层地震勘探技术采用“小道间距、小偏移距、高频激发、宽带接收”的工作方法,该方法能对被测断层和近地表沉积层进行详细分层,提高探测剖面的分辨率.图 2为原始地震记录的单道频谱曲线,从图 2中可见采集频带范围可达100 Hz,能够极大的提高探测成果的分辨率,增强成果解译过程中对近地表地层的详细分层能力.本文给出了浅层反射地震剖面的解译成果,并通过钻探联合剖面,查明断裂的最新活动时代,最后综合探测成果,编制了松辽盆地长垣隆起地区的浅层地质模型,填补了克山—大安断裂在近地表地球物理资料的空白.

图 2 原始反射地震记录单道频谱曲线 Fig. 2 Spectral curve of original seismic record
2 数据采集与处理

在本次浅层地震探测研究中,我们采用了多次覆盖反射波勘探方法.本次浅层地震数据采集使用德国DMT公司生产的SUMMIT数字地震仪(图 3a).SUMMIT数字地震仪具有高采样率(1/32~8 ms)、大动态范围(≥120 dB)和能对可控震源资料进行现场实时相关处理等特点,能够解决浅层高分辨率地震勘探工作的抗干扰问题(刘保金等,2008);检波器使用的是中国地震局地球物理勘探中心在城市活断层探测中所使用的检波器组合(图 3b),这种采集方式将检波器组合固定在1个重量和尺寸按特定要求制作的金属耦合板上,不但较好地解决了检波器与硬化路面间的耦合问题,同时也提高了工作效率;由于本次浅层地震勘探均在城市中开展工作,地震波的激发不能使用炸药震源,只能使用机械震源.从适应城市工作环境和提高地震资料信噪比的角度出发,我们采用1台抗干扰能力强的美国产的Y27型可控震源来激发地震波.本次工作中所采用的Y27可控震源车(图 3c),最大出力达到20000 kg,提供了足够的激发能量,单炮记录再经过10次以上的垂直叠加,完全能够压制车辆、行人等随机干扰,得到高信噪比的原始单炮记录.

图 3 SUMMIT数字地震仪采集单元、检波器和Y27型可控震源 (a) SUMMIT数字地震仪采集单元;(b)检波器;(c) Y27型可控震源. Fig. 3 SUMMIT digital seismograph and Y27 vibroseis (a) Data acquisition unit of SUMMIT digital seismograph; (b) Geophone; (c) Y27 vibroseis.

合理设计浅层人工地震反射探测的观测系统对获得好的探测结果至关重要,在本次浅层人工地震探测中,为了能对被测断层和近地表沉积层进行详细分层,我们采用“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.在本次施工过程中,工作参数设定见表 1.

表 1 观测系统和地震数据采集参数 Table 1 Parameters ofthe observational system and seismic data acquisition

根据获得的原始地震记录特征,选择有针对性的处理方法和处理流程是地震数据处理的关键.浅层地震探测资料通常具有反射波能量弱、记录信噪比低、噪声类型复杂多变等特点.因此,有效地保护和恢复地震记录中的有效宽、高频反射信息是浅层地震勘探资料处理的关键,压制背景干扰、提高地震资料的信噪比和分辨率是资料处理的目的.

本次浅层地震反射资料处理根据测区内近地表地质条件变化大、不同测线上激发和接收条件变化大等特征,通过对各种处理手段进行测试、分析以及处理参数的对比与选择,设计了基本数据处理流程如下:(1)解编数据输入→(2)几何扩散补偿→(3)叠前去噪→(4)静校正→(5)NMO校正→(6)剩余静校正→(7)速度分析→(8)CMP叠加→(9)叠后去噪→(10)时深转换.

经过上述的处理流程,得到了四条测线的浅层反射时间剖面(图 4图 7).

图 4 南三路反射时间剖面 Fig. 4 Reflection wave time profile along Nansan Road
图 5 南二路反射时间剖面 Fig. 5 Reflection wave time profile on Nan′er Road
图 6 北二路反射时间剖面 Fig. 6 Reflection wave time profilealong Bei′er Road
图 7 北三西路反射时间剖面 Fig. 7 Reflection wave time profilealong Beisanxi Road
3 典型地震剖面成果解译

本次研究工作中通过对浅层反射地震勘探数据的处理与解译,得到了四条测线的浅层反射地震勘探解译剖面,下面对四条测线进行详细论述,综合分析本次研究所取得的最新成果.

3.1 高分辨率浅层反射地震勘探特征分析

在本次研究中为了查明克山—大安断裂的构造形态,我们收集并整理了大量的石油地震资料(图 8a),但石油地震资料的研究目的层位在储油层,对浅部的信息并不关注,致使第四纪覆盖层内部的地层反射变得非常模糊,在横向上不能被可靠对比和追踪.因此,利用石油地震剖面还不能可靠地判定断层的上断点位置及其活动性.为了确定克山—大安断裂的确切位置及其上断点埋深与活动性,我们在石油地震资料的基础上,通过高分辨率浅层反射地震勘探,对嫩江组底界(T1)及其以上的地层信息做更详细的勘测.现从石油地震剖面(图 8a)中截取出与浅层反射地震勘探测线重合的一段剖面(图 8b),与同一位置的浅层反射地震勘探剖面(图 8c)对比分析,可见两种勘探手段所反应的T1层位地层起伏形态及断裂形态基本一致,但是针对于近地表的地层信息,石油地震剖面(图 8b)的分辨率非常低,而浅层反射地震勘探(图 8c)存在丰富的反射波组,反射能量强,反射波震幅均衡,震相特征明显,探测精度更高,勘探效果更好,可以更充分的显示石油地震资料无法体现的近地表断层的特征.

图 8 同一位置浅层反射地震剖面与石油地震剖面对比图 (a)石油地震剖面; (b)剖面(a)中黑框部分; (c)浅层反射剖面. Fig. 8 Comparison between shallow reflection seismic profile and petroleum seismic profile at the same position (a) Petroleum seismic profile; (b) Black frame part in (a); (c)Shallow seismic profile.
3.2 南三路测线

图 9a为南三路测线的反射波叠加时间剖面,在该剖面双程走时1300 ms以上共解释了4组特征明显的地层反射,它们在图中的标识分别为T01、T02、T03、T1.根据反射波组特征和断层判别依据,在该剖面上共解释了4个断点,它们在图中的标识分别为FP01、FP02、FP02.1和FP03.

图 9 南三路测线反射波时间剖面和深度解释剖面 (a)时间剖面; (b)深度解释剖面,横坐标轴上的红色圆点表示各断点的水平投影位置. Fig. 9 Reflection wave time profile and depth interpretation profilealong Nansan Road (a) Time profile; (b) Depth interpretation profile. Red dots on the abscissa represent horizontal projection positions of breakpoints.

FP01在剖面上倾向东,可分辨的上断点位于测线桩号2505 m的下方,埋深约为400~430 m(图 9b).FP01属逆断层性质,是克山—大安断裂东支在该剖面上的反映.

FP02也是一个逆断层,它在剖面上向西倾,其可分辨的上断点位于测线桩号4742 m的下方,埋深约为730~770 m;FP02.1为FP02的反冲断层,其可分辨的上断点位于测线桩号4363 m的下方,埋深约为180~200 m(图 9b).

FP03倾向东,其可分辨的上断点位于测线桩号6147 m的下方,埋深约为150~170 m(图 9b).它的视倾角较小,在剖面上表现为逆断层性质.

3.3 南二路测线

图 10a为南二路测线的反射波叠加时间剖面,在该剖面双程走时1300 ms以上共解释了4组特征明显的地层反射,它们在图中的标识分别为T01、T02、T03、T1.根据反射波组特征和断层判别依据,在该剖面上共解释了3组断层,它们在图中的标识分别为FP06、FP07和FP08.

图 10 南二路测线反射波时间剖面和深度解释剖面 (a)时间剖面; (b)深度解释剖面,横坐标轴上的红色圆点表示各断点的水平投影位置. Fig. 10 Reflection wave time profile and depth interpretation profile along Nan′er Road (a) Time profile; (b) Depth interpretation profile. Red dots on the abscissa represent horizontal projection positions of breakpoints.

FP06是一个在剖面上向东倾的逆断层,其可分辨的上断点位于测线桩号2040 m的下方,埋深约为400~435 m(图 10b),它是克山—大安断裂东支在该剖面上的反映.

FP07也是一个向东倾的逆断层,其可分辨的上断点位于测线桩号3774 m的下方,埋深约为80~90 m;FP07.1和FP07.2为FP07的次生断层,它们在剖面上向西倾,表现为正断层性质,其可分辨的上断点分别位于测线桩号4040 m和4398 m的下方,埋深分别约为48~52 m和50~55 m(图 10b).

FP08是一个正断层,它在剖面上向西倾,其可分辨的上断点位于测线桩号5410 m的下方,埋深约为45~50 m;FP08.1是FP08的次生断层,它与FP08相向而倾,其可分辨的上断点位于测线桩号4907 m的下方,埋深约为50 m左右(图 10b).

该测线的T01反射层基本呈近水平展布,T02反射地层只在测线西边有所展布,且都向西倾伏,T02以下反射层在断层FP07以西,向西倾伏,在断层FP07以东,近水平展布.该地层展布状态与南三路测线(图 9)西段地层的展布状态相吻合.同时FP06断层与南三路测线的FP01断层在倾向、断层性质以及错断层位上互相吻合,这两个断层可能是克山—大安断裂东支F1-1在这两个剖面上的反映.

3.4 北二路测线

FP09是克山—大安断裂西支在该剖面上的反映,它在剖面上向东倾,其可分辨的上断点位于测线桩号3348 m的下方,埋深约为1110~1160 m(图 11b).

图 11 北二路测线反射波时间剖面和深度解释剖面 (a)时间剖面;(b)深度解释剖面,横坐标轴上的红色圆点表示各断点的水平投影位置. Fig. 11 Reflection wave time profile and depth interpretation profilealong Bei′er Road (a) Time profile; (b) Depth interpretation profile. Red dots on the abscissa represent horizontal projection positions of breakpoints.

图 11可以看出,在测线桩号4050~5700 m区段,双程走时100~700 ms之间的反射波组存在几处异常,但缺少深部背景的支持,可能是沉积环境不稳定所致.

图 11a为北二路测线的反射波叠加时间剖面,在该剖面双程走时1300 ms以上共解释了5组特征明显的地层反射,它们在图中的标识分别为T01、T02、T03、T1、T11.根据反射波组特征和断层判别依据,在该剖面上有1个断点,在图中以FP09标出.

3.5 北三西路测线

图 12a为北三西路测线的反射波叠加时间剖面,在该剖面双程走时1200 ms以上共解释了5组特征明显的地层反射,它们在图中的标识分别为T01、T02、T03、T1、T11.根据反射波组特征和断层判别依据,在该剖面上解释了2个断点,分别用FP10和FP11标出.

图 12 北三西路测线反射波时间剖面和深度解释剖面 (a)时间剖面; (b)深度解释剖面,横坐标轴上的红色圆点表示各断点的水平投影位置. Fig. 12 Reflection wave time profile and depth interpretation profile along Beisanxi Road (a) Time profile; (b) Depth interpretation profile. Red dots on the abscissa represent horizontal projection positions of breakpoints.

FP10位于测线桩号1897 m下方的FP10在剖面上向东倾,其可分辨的上断点埋深约为1060~1100 m(图 12b).FP10表现为逆断层性质,可能是克山—大安断裂西支F1-2在该剖面上的反映.

FP11是一个正断层,它在剖面上向东倾,其可分辨的上断点位于测线桩号4534 m的下方,埋深约为100~115 m(图 12b).

该测线的T01反射层基本呈近水平展布,T02反射地层只在测线西边有所展布,且都向西倾伏,T02以下反射层在断层FP11以西,先向西倾伏,然后趋于水平展布,在断层FP11以东,向东倾伏.该地层展布状态与北二路测线(图 11)地层的展布状态相吻合.同时FP09断层与北三西路测线的FP10断层在倾向、断层性质以及错断层位上互相吻合,这两个断层可能是克山—大安断裂西支F1-2在这两个剖面上的反映.

3.6 钻探验证结果分析

为判定克山—大安隐伏断裂的活动性和验证浅层地震探测结果的有效性,与南二路浅层地震测线(图 10)重合布设了1条跨断层的钻孔联合地质剖面,该剖面长度为30 m,由4个孔深78.8~95.5 m的钻孔构成.

图 13为4个钻孔结果得出的地层柱状图,经整理、归并和连接形成的钻孔联合地质剖面.图中地层从下往上可分为7个大层,其基本层序为:黏土—细砂—黏土—粗砂—黏土—粉砂.色调主要呈青灰、灰绿、深灰、灰黄色,反映了大庆地区湖相沉积环境.

图 13 钻孔联合地质剖面 ①青灰色黏土;②灰绿色细砂;③灰绿色黏土(含细砂);④青灰色粗砂;⑤深灰色黏土;⑥灰黄色粉砂;⑦杂色杂填土. Fig. 13 Composite drilling geological section ① Blue-gray clay; ② Gray-green fine sand; ③ Gray-green clay, intercalated with fine sand; ④ Blue-gray sand; ⑤ Dark gray clay; ⑥ Pale yellow silty sand; ⑦ Mottled miscellaneous fill.

对比南二路测线的浅层反射地震剖面(图 10)和钻孔联合地质剖面(图 13)可以看出,浅层地震剖面揭示的断层特征、剖面反射波组分层与钻孔地质剖面都有着较好的对应关系.浅层地震剖面上的反射波T01对应于钻孔联合地质剖面上层④的底界,该界面在断层两侧的埋深分别为55.8 m和54.2 m,其断距为1.6 m;浅层地震剖面上的反射波T03对应于钻孔联合地质剖面上层③的底界,该界面在断层两侧的埋深分别为60.5 m和57.8 m,其断距为2.7 m;浅层地震剖面上的反射波T1对应于钻孔联合地质剖面上层②的底界,该界面在断层两侧的埋深分别为75.7 m和72.7 m,其断距为3.0 m.

活动断层是指晚更新世(Q3)以来有过活动的断层.从图 13中可以看出,层②、③、④的底界均被断层错断,断距自下而上依次减小,表现为生长断层的构造特征.结合本地区地质资料,判断该断层为早更新世(Q1)活动断层.

3.7 浅层反射地震勘探成果

在南二路、南三路浅层反射地震勘探测线中,共解释了4组特征明显的地层反射,分别为T01、T02、T03、T1;在北二路、北三西路浅层射地震勘探测线中,共解释了5组特征明显的地层反射,分别为T01、T02、T03、T1、T11.其中T01界面为第四纪的底界面,T02为依安组和明水组之间的不整合界面,T03为四方台组和嫩江组之间的不整合界面,T1为嫩江组和姚家组之间的分界面,T11为姚家组姚一段和姚二段的分界面.

从地震反射剖面来看,都存在有多组反射特征明显的地层界面反射,为判定反射波同相轴的变化,确定断层的存在提供了依据.本次工作中共解释了13个断点,断点平面展布图见图 14,断点参数表见表 2.

图 14 实测断点平面展布图 Fig. 14 Distribution of measured breakpoints

通过本次浅层反射地震勘探工作,发现南三路测线的FP01和南二路测线的FP06所反应出的断层性质一致,为克山—大安断裂东支(F1-1)在近地表的构造形态;北二路的FP09和北三西路的FP10所反应的断层性质一致,为克山—大安断裂西支(F1-2)在近地表的构造形态.

4 讨论

根据本次工作中所得到的四条浅层反射地震勘探的解释成果,结合本地区石油物探剖面,综合编制了松辽盆地长垣隆起地区浅层地质模型.图 15所刻画的地质构造包括:(1)第四系(Q)地层普遍存在,埋藏深度约为0~100m;第三系(N、E)地层仅存在于本区西部地区,埋藏深度约为100~500 m,地层经隆起、剥蚀后,与上覆第四系地层呈角度不整合接触;白垩系(K)于本区普遍存在,在本次浅层反射勘探的深度范围内,下部均为白垩系地层,未见底,同时从地层的起伏形态中,明显可见中部隆起,是地层

图 15 松辽盆地长垣隆起地区浅层地质模型 Fig. 15 Shallow geological model in the placanticline uplift of the Songliao basin

经反转期持续反转变形而形成的.(2)本区的主干断裂F1(克山—大安断裂)位于隆起带的西侧肩部,是地层在反转构造期经挤压变形后在近地表形成的逆断层,且浅层反射地震勘探所揭示的主干断裂仅错断了白垩系地层中的部分区域,并未延伸到上覆地层中;同时在隆起带东侧肩部,还存在一些次级的正断层.

杨宝俊等(2005)认为,印支期以来, 中国东部大陆边缘地带主要受环太平洋域所制约.太平洋板块多期次作用于东亚边缘, 对东亚边缘的壳幔层应力场影响很大.这种影响以挤压为主, 也有拉分应力以及间接产生的垂向应力.吴福元等(吴福元等, 1995, 2000, 2008; 吴福元和曹林, 1999)认为,本区中新生代的构造演化可能受控于太平洋板块的俯冲作用,中生代时太平洋板块向欧亚大陆下的俯冲可分为侏罗纪的俯冲和白垩纪的拉张两个阶段.嫩江组沉积末期,由于太平洋板块正向俯冲,导致松辽盆地内部挤压作用强化,地壳运动表现为北西—南东向水平挤压为主,与成盆初期的水平拉张或张扭性地壳动力学环境相比, 发生了相反方向的转化,由此必然引起构造变形的反转(罗笃清和姜贵周,1993陈树民等,2014).本文中所揭示的主干断裂F1就是反转构造在近地表的表现形式.侯贵廷等(2004)认为松辽盆地反转构造期间,太平洋板块俯冲方向的变化可分为三个阶段;晚白垩纪的NW向挤压,晚第三纪的NWW向挤压和第四纪的NEE向挤压;杨勉(2008)认为松辽盆地嫩江组沉积末期,应力场作用方向转变为北北西一南南东向区域挤压,明水组沉积末期应力场转化为南东东一北西西向挤压,至早第三纪末期,区域构造应力场转变为南东一北西向挤压;还有一些学者对松辽盆地晚白垩纪-新生代的应力场给出了各自的论述(张顺等,2001陈树民等,2014).笔者认为,关于太平洋板块俯冲方向,不同学者给出的应力变化方向虽略有不同,但这些论述都可形成一点统一的认识,即晚白垩世以来,太平洋板块俯冲方向发生了改变.由于太平洋板俯冲方向的改变,造成松辽盆地内部的引张作用,形成了图 15中的正断层系统.

5 结论

本次研究采用了浅层反射地震勘探方法用于探测地下结构,获得了高分辨率近地表地震反射剖面.此次探测的方法可为开展类似城市活断层探测工作提供借鉴和参考,探测成果可为大庆市城市规划、国土资源开发利用、大庆油田安全高效生产和防震减灾提供资料和科学依据,也可作为本地区后续研究的基础资料,并为研究与本地区地质构造相似的其他区域提供参考与借鉴.

(1) 通过四条浅层反射地震勘探的解译成果,给出了克山—大安断裂东支、西支的位置、上断点埋深等详细断裂参数;在主干断裂上覆的背斜构造中,我们又新发现了许多次级断裂,并且得出了这些次级断裂的近地表展布特征及详细参数,这些次级断裂的活动特性同样受主干断裂活动的影响.

(2) 通过钻孔验证,确定了次级断裂的最新活动时代为早更新世活动断裂.在本区的断裂-褶皱构造体系内,次级断裂的活动特征也可以直接的反映主干断裂的活动特征,进而可以推断出在本次研究的范围内克山—大安断裂为早更新世活动断裂.

(3) 综合四条浅层反射地震勘探测线编制了松辽盆地长垣隆起地区浅层地质模型,给出了该地区晚白垩系及其上覆地层的地质构造特征.嫩江组沉积末期,受太平洋板块俯冲影响,松辽盆地内部应力场主要表现为北西—南东向水平挤压为主,从而在本研究区域内形成了典型的反转构造特征;晚白垩世以来,太平洋板块俯冲方向发生了改变,造成松辽盆地内部的引张作用,形成了研究区内的正断层系统.

致谢

非常感谢审稿专家的辛苦阅稿及提出的宝贵意见.该项目受到中国地震局与大庆市政府联合资助,刘保金、酆少英在项目实施过程中给予了很多帮助,刘洋、聂鹏飞在数据处理方面给予了很多帮助,马国庆在文章修订过程中给予的很多优秀的建议,马艳丽在图件制作方面给予了很多帮助,在此一并表示感谢.

References
Brodic B, Malehmir A, Junlin C, et al. 2015. Multicomponent broadband digital-based seismic landstreamer for near-surface applications. Journal of Applied Geophysics, 123: 227-241. DOI:10.1016/j.jappgeo.2015.10.009
Chen S M, Jiang C J, Liu L, et al. 2014. Fracture formation mechanism of volcanic rocks in Xujiaweizi fault depression of Songliao basin. Journal of Jilin University (Earth Science Edition) (in Chinese), 44(6): 1816-1826.
Deng Q D, Xu X W. 2018. Active structure and urban earthquake. City and Disaster Reduction, (1): 2-7.
Dong H M. 2017. Research on the problem of Daqing construction of regional center in Harbin-Changchun City Group. Daqing Social Sciences, (1): 56-59.
Hou G T, Feng D C, Wang W M, et al. 2004. Reverse structures and their impacts on hydrocarbon accumulation in Songliao basin. Oil & Gas Geology (in Chinese), 25(1): 49-53.
Li C, Hao S H, Liu J Y. 1995. Relationship of structural features to oil and gas accumulation in Yingtai Area, Songliao Basin. Earth Science-Journal of China University of Geosciences (in Chinese), 20(6): 714-718.
Li E Z, Liu C, Zhang L H, et al. 2012. The correlation of structure and earthquake in Songliao Basin. Progress in Geophysics (in Chinese), 27(4): 1337-1349. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.04.007
Liu B J, Chai C Z, Feng S Y, et al. 2008. Seismic exploration method for buried fault and its up-breakpoint inQuaternary sediment area-An example of Yinchuan buried active fault. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 51(5): 1475-1483.
Liu J D, Sha X Q, Xu X. 2018. Introduction to management and work of active fault detection project in Jiangsu Province. City and Disaster Reduction, (1): 34-42.
Lu Y X, Wang Z M, Wang L M, et al. 2008. High-resolution shallow seismic prospecting techniques for active fault investigation in Lanzhou Basin. Northwestern Seismological Journal (in Chinese), 30(4): 344-353.
Luo D Q, Jiang G Z. 1993. Tectonic evolution of Mesozoic-Cenozoic in Songliao Basin Northeast China. Journal of Daqing Petroleum Institute (in Chinese), 17(1): 8-15.
Malehmir A, Dahlin P, Lundberg E, et al. 2011. Reflection seismic investigations in the Dannemora area, central Sweden:Insights into the geometry of polyphase deformation zones and magnetite-skarn deposits. Journal of Geophysical Research, 116(B11): B11307. DOI:10.1029/2011JB008643
Malehmir A, Zhang F J, Dehghannejad M, et al. 2015. Planning of urban underground infrastructure using a broadband seismic landstreamer-Tomography results and uncertainty quantifications from a case study in southwestern Sweden. Geophysics, 80(6): B177-B192. DOI:10.1190/geo2015-0052.1
Pugin A J M, Pullan S E, Hunter J A, et al. 2009. Hydrogeological prospecting using P-and S-wave landstreamer seismic reflection methods. Near Surface Geophysics, 7(5-6): 315-327.
Sun Y H, Chen Y B, Sun J G, et al. 2013. Evolutionary sequence of faults and the formation of inversion structuralbelts in the northern Songliao Basin. Petroleum Exploration and Development (in Chinese), 40(3): 275-283.
Wang J. 2013. Study on the seismogenic structure of Lindian earthquake by geophysical prospecting. Science Technology and Engineering (in Chinese), 13(31): 9276-9280.
Wu F Y, Cao L. 1999. Some important problems of geology in Northeastern Asia. World Geology (in Chinese), 18(2): 1-13.
Wu F Y, Sun D Y, Zhang G L, et al. 2000. Deep geodynamics of Yanshain movement. Geological Journal of China Universities (in Chinese), 6(3): 379-388.
Wu F Y, Xu Y G, Gao S, et al. 2008. Lithospheric thinning and destruction of the North China Craton. Acta Petrologica Sinica (in Chinese), 24(6): 1145-1174.
Wu F Y, Ye M, Zhang S H. 1995. Geodynamic model of the Manzhouli-Suifenhe geoscience transect. Earth Science-Journal of China University of Geosciences (in Chinese), 20(5): 535-539.
Yang B J, Liu W S, Wang X C, et al. 2005. Geophysical characteristics of Daxinganling gravitational gradient zone in the East China and its geodynamic mechanism. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 48(1): 86-97.
Yang B J, Mu S M, Jin X, et al. 1996. Synthesized study on the geophysics of Manzhouli-Suifenhe geoscience transect, China. Acta Geophysica Sinica (in Chinese), 39(6): 772-782.
Yang M. 2008. Numerical simulation of tectonic stress field and hydrocarbon distribution in North Songliao Basin deep strata. Inner Mongolia Petrochemical Industry (in Chinese), 34(5): 155-157.
Yang Z X, Long X R, Chen F C, et al. 1983. Structural zones and distribution of oil and gas fields in the Songliao Basin. Acta Petrolei Sinica (in Chinese), 4(2): 1-8.
Yun J B, Jin Z Y, Yin J G. 2002. Characteristics of inherited fault belts and their effect on hydrocarbon accumulation. Geotectonica et Metallogenia (in Chinese), 26(4): 379-385.
Zhang S, Lin C M, Gu L X, et al. 2001. Variation of modern reservoir stress field in Toutai OILFIELD, Songliao Basin. Geological Journal of China Universities (in Chinese), 7(2): 230-236.
Zhang W, Li H G, Li M J. 2008. Structural characteristics and gas accumulation in the deep of the Changling Fault Depression, the South Songliao Basin. Oil & Gas Geology (in Chinese), 29(1): 120-127.
Zhang W Z, Li J Z. 2004. Control of basement faults on hydrocarbon accumulation in Southern Songliao Basin. Acta Petrolei Sinica (in Chinese), 25(4): 1-6.
Zhang X H. 1994. Faults in the area north of Harbin and tectonic evolution of the Songliao Basin. Regional Geology of China (in Chinese), (3):254-257, (3): 254-257, 267.
Zhu J F, Huang Z L, Xu X W, et al. 2005. Active faults exploration and seismic hazard assessment in Fuzhou City. Earthquake Research in China (in Chinese), 21(1): 1-16.
陈树民, 姜传金, 刘立, 等. 2014. 松辽盆地徐家围子断陷火山岩裂缝形成机理. 吉林大学学报(地球科学版), 44(6): 1816-1826.
邓起东, 徐锡伟. 2018. 活动构造与城市直下型地震. 城市与减灾, (1): 2-7.
董洪梅. 2017. 大庆市建设哈长城市群区域中心城市问题研究. 大庆社会科学, (1): 56-59.
侯贵廷, 冯大晨, 王文明, 等. 2004. 松辽盆地的反转构造作用及其对油气成藏的影响. 石油与天然气地质, 25(1): 49-53. DOI:10.11743/ogg20040109
李椿, 郝书翰, 刘吉余. 1995. 松辽盆地英台地区构造特征与油气聚集关系的研究. 地球科学-中国地质大学学报, 20(6): 714-718.
李恩泽, 刘财, 张良怀, 等. 2012. 松辽盆地地震构造与地震活动相关性研究. 地球物理学进展, 27(4): 1337-1349. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.04.007
刘保金, 柴炽章, 酆少英, 等. 2008. 第四纪沉积区断层及其上断点探测的地震方法技术-以银川隐伏活动断层为例. 地球物理学报, 51(5): 1475-1483.
刘建达, 沙晓青, 徐徐. 2018. 江苏省活动断层探测项目管理与工作简介. 城市与减灾, (1): 34-42.
卢育霞, 王振明, 王兰民, 等. 2008. 兰州盆地活断层的高分辨率浅层地震勘探技术. 西北地震学报, 30(4): 344-353.
罗笃清, 姜贵周. 1993. 松辽盆地中新生代构造演化. 大庆石油学院学报, 17(1): 8-15.
孙永河, 陈艺博, 孙继刚, 等. 2013. 松辽盆地北部断裂演化序列与反转构造带形成机制. 石油勘探与开发, 40(3): 275-283. DOI:10.11698/PED.2013.03.03
王建. 2013. 利用物探方法研究林甸地震发震构造. 科学技术与工程, 13(31): 9276-9280. DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2013.31.023
吴福元, 叶茂, 张世红. 1995. 中国满洲里-绥芬河地学断面域的地球动力学模型. 地球科学-中国地质大学学报, 20(5): 535-359.
吴福元, 曹林. 1999. 东北亚地区的若干重要基础地质问题. 世界地质, 18(2): 1-13.
吴福元, 孙德有, 张广良, 等. 2000. 论燕山运动的深部地球动力学本质. 高校地质学报, 6(3): 379-388.
吴福元, 徐义刚, 高山, 等. 2008. 华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论. 岩石学报, 24(6): 1145-1174.
杨宝俊, 刘万崧, 王喜臣, 等. 2005. 中国东部大兴安岭重力梯级带域地球物理场特征及其成因. 地球物理学报, 48(1): 86-97.
杨宝俊, 穆石敏, 金旭, 等. 1996. 中国满洲里-绥芬河地学断面地球物理综合研究. 地球物理学报, 39(6): 772-782.
杨勉. 2008. 松辽盆地北部深层构造应力场数值模拟与油气分布. 内蒙古石油化工, 34(5): 155-157.
杨祖序, 龙新仁, 陈风池, 等. 1983. 松辽盆地的构造分带与油气田分布. 石油学报, 4(2): 1-8. DOI:10.7623/syxb198302001
云金表, 金之钧, 殷进根. 2002. 松辽盆地继承性断裂带特征及其在油气聚集中的作用. 大地构造与成矿学, 26(4): 379-385.
张顺, 林春明, 顾连兴, 等. 2001. 松辽盆地头台油田现代地应力场分布特征研究. 高校地质学报, 7(2): 230-236.
张玮, 李洪革, 李明杰. 2008. 松辽盆地南部长岭断陷区深层构造特征与天然气聚集. 石油与天然气地质, 29(1): 120-127. DOI:10.11743/ogg20080119
张训华. 1994. 哈尔滨以北地区断裂构造和松辽盆地的演化. 中国区域地质, (3): 254-257, 267.
赵文智, 李建忠. 2004. 基底断裂对松辽南部油气聚集的控制作用. 石油学报, 25(4): 1-6. DOI:10.7623/syxb200404001
朱金芳, 黄宗林, 徐锡伟, 等. 2005. 福州市活断层探测与地震危险性评价. 中国地震, 21(1): 1-16.