梁子湖，湖北省鄂东南地区湖泊，地跨武汉市（江夏区）、鄂州市交界。又名樊湖，古称鄂渚，梁子湖的水域面积仅次于洪湖，为湖北省第二大湖泊。目前地质学家分析其地质成因主要有两点：①麻城—团风断裂控制了梁子湖断陷，并使该断陷演化为复成因湖；②北西向断裂和鄂东南的掀斜对第四纪湖盆发育也有重要作用^[1]。由此可见梁子湖断陷及周边区域地质结构和断裂构造系统复杂，针对该断陷前人分别对梁子湖断陷的地质成因、构造应力环境以及地形地貌进行过一些基础研究，获得了相关的成果和认识^[1-3]。

梁子湖周边人口密集，城镇众多，拥有多个国家级、省级开发区，其中的中国光谷驰名海内外，另外梁子湖还是湖北重要的渔业基地。但目前针对该地区的研究工作主要集中在地质学角度的分析研究，以及大尺度、大深度的重磁、地电等地球物理勘探资料^[11]，而对于其浅部的地质结构，较少有人进行研究。因此获取浅地表的地质特征、地质构造的形态，做到深、浅部地质资料相互结合，相互印证，更好了解梁子湖断陷的形成机理及特点。

浅层地震反射法是地球物理探测方法中最常用的方法，是一种利用在地表铺设的接收设备，接收地表人工激发的地震波在地下介质中传播后返回的振动信号的地质勘探技术手段。因其具有分辨率高、探测深度大，准确性好的特点，尤其是地震采集信号中蕴含着丰富的地质信息，使其成为目前国内外探测地下地质体形态特征，特别是研究浅部地表（0~200 m）精细结构和构造的重要方法与技术手段。有很多国内学者都将这种方法应用到了实践中：朱国英等查明驻马店-淮滨凹陷的浅部构造特征^[5]、林松等查明丹江口水库周边断裂形态^[6]、刘远志对成都苏码头断裂展布位置的确定^[7]、花鑫升在固原市鲜水河东侧断裂特征探讨^[8]以及分析银川盆地浅部结构和隐伏断裂^[9]、复杂城区地层探测中^[10]均利用浅层地震反射法进行了地下地质结构的探测研究。另外在铁路、公路、市政建设中也扮演着重要角色。

而此次探测工作利用可控震源进行浅层地震反射波法查明了梁子湖断陷在不同区域的地下空间展布信息，既可以为该断陷及周边的构造研究提供基础数据，也为武汉城市圈的基础设施建设、防震减灾工作，地震灾害风险普查提供重要依据。

1.   地质概况

燕山旋回主挤压幕始于中侏罗世末，是梁子湖地区主要构造体系完善定型的极为重要的时期。该构造运动既有褶皱运动又有断块运动，地壳活动广泛，岩浆作用强烈，控制着区内断陷盆地、岩浆作用的形成与演化，其早期以隆起、拗陷及大型断裂为主，晚期以强烈的断裂活动为主^[11]。

在近南北向的巨大挤压应力场作用下^[12]，下扬子沉陷区的古生界-中侏罗统发生轴线近东西向的线状褶皱^[13]，形成若干复向斜(如崇阳一通山复向斜)和复背斜(如大幕山复背斜)。晚侏罗世时本地区隆起剥蚀。早白垩世时，在隆起的最强部位首先发生张裂，继之在大冶和其南的蒲圻、其北的武昌等地形成初始的小断陷盆地。晚白垩世时张裂进一步发育，形成东湖群沉积的断陷盆地群。它们受燕山运动形成的背斜构造控制，盆地群呈近东西向排列^[14]，其中梁子湖断陷就位于其中。

到了新构造活动时期，做为断陷周边最近的区域性大断裂，麻城-团风断裂不仅成为断陷东界，并对做为白垩-早第三纪湖盆的梁子湖断陷进行了以垂直震荡为主的新构造运动改造^[12]。

第四纪以来梁子湖断陷周边环境变迁频繁，地形多样：北部地形呈现岗状平原的特征，中部为平坦湖积平原，南部则为岗地。第四系岩性则主要为河湖相、冲积相和坡积碎屑物、岩性以黏土、粉细砂为主，厚度不等，一般数米至数十米。

断陷中东部的鄂州朱山水库的地质剖面（图2）以及周边钻探资料显示断陷内主体地层岩土层性质：表层为第四系冲积物，如粉质黏土、粉砂为主，下伏基岩为白垩-古近系泥质粉砂岩^[15]。两者具备较明显的波阻抗，形成明显的反射层位面，有利于地层、断裂的几何特征识别，因此在该地区满足开展浅层地震反射波法的条件。

图  2  鄂州朱山水库东肩梁子湖断裂剖面

注：①灰绿色断层泥；②固结状断层角砾岩；③断层泥、碎粉岩和角砾岩；④块状玄武岩；⑤中风化玄武碎块岩层；⑥凝灰碎屑岩；⑦褶曲变形强烈的碎屑岩。

Figure  2.  Section of Liangzihu fault on the east shoulder of the Zhushan reservoir in Ezhou

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2.   地震观测系统设计

为更好的分析梁子湖断陷、麻城-团风断裂的形态、位置特征，在断陷的北-中-南部布置了垂直于麻城-团风断裂的3条测线（图1）。MT1长度2.9 km，位于华容区段店镇吴楚大道北侧，由西向东布置。MT2长度1.9 km，位于东沟镇东磨路，由西向东布置。MT3长度2.2 km，位于梁子湖区牛涂线大屋雷村附近，由西向东布置。

图  1  工作区域地质图

注：F1：襄樊-广济断裂；F2:麻城-团风断裂；F3:乌龙泉断裂。

Figure  1.  Geological map of the working area

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表  1  各测线信息表

Table  1.  Information related to the studied survey lines

测线名称	起点坐标(°)	终点坐标(°)	测线长度
MT1	N:30.4918 E:114.7465	N:30.4917 E:114.7767	2.9 km
MT2	N:30.2799 E:114.6342	N: 30.2832 E:114.6546	1.9 km
MT3	N:30.1147 E:114.5399	N: 30.1017 E: 114.5570	2.2 km

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本次布置测线多位于城镇周边，为了更好压制干扰噪音，获得信噪比高、丰富有效的地震信号，并考虑本地区覆盖层浅的特点，选择了强震源，小道间距，小炮间距，接收器主频较高的多次覆盖观测系统。

经现场试验，采用连续变频线性扫描、扫描频带为10-110 Hz、扫描长度为10 s的震源输出参数、垂直叠加12次的地震波激发参数；采集系统采用美国GEODE分布式多通道地震采集系统，181道接收，2 m道间距，18次覆盖，单边激发的观测系统；选择主频在100 hz的高频检波器。为确保记录全部有效反射信号，设置采样间隔为0.5 ms、 记录长度为800 ms。

3.   数据分析

图3（a）为原始单炮记录，图3 b为增益控制后原始单炮记录：可见地震记录中分为三个区域：第一区域为单炮记录上方的有效反射波区域；第二区域为面波及线性干扰波区域，第三区域则为可控震源干扰波区域。图3（c）~（e）分别为MT1~MT3剖面的共炮点原始单炮记录，可以看出在70~400 ms间地层反射信息丰富，波组特征较为明显。

图  3  浅层地震反射共炮点地震记录

Figure  3.  Shallow seismic reflection of common shot-point seismic records

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地震数据信号的处理，目的在于提高信号的信噪比，结合现场采集班报、周边钻探资料，通过试验选取合理的处理参数及流程（图4）。包含滤波、反褶积、速度扫描分析、动静校正等方法来消除干扰，提高数据质量，获取高分辨率的地震反射剖面^[14]。

图  4  浅层地震勘探处理流程图

Figure  4.  Flowchart of shallow seismic reflection data processing.

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以带通滤波扫描分析为例（图5），展示了不同频段不同区域的地震信号特征：（a）0~30 Hz频段内主要为面波及震源干扰波；（b）30~60 Hz频段内可见有效反射波，但面波的能量占比仍然很大；（c）60~90 hz频段内可见有效反射波，面波明显减弱，（d）90~120 hz频段内有效反射波，但深部的反射信号几乎看不到，面波基本没有。有效反射波集中在30~90 hz的范围内。

图  5  带通滤波扫描

Figure  5.  Bandpass filter scanning

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4.   地震剖面特征

浅层地震反射法基于地震反射时间剖面中的反射同相轴的比对与追踪信息，结合地质资料来描述层位以及断层的地下几何特征。

（1）根据周边钻孔波速测试成果，研究区大致分为两层：上层为波速500~1500 m/s左右的覆盖层，主要由粉质黏土、粉砂组成，下层为1500~3000 m/s的基岩层^[11]；在参考以上资料的基础上，结合Dix公式和反射波双程走时，从数据处理获得、转化而成的叠加速度转换为平均速度，进行时深转换。

（2）利用地震同相轴的扭曲、变形、错断、数量变化、能量强弱变化来判别断层的赋存状态。

4.1   吴楚大道反射时间剖面（MT1）

从图5剖面中显示在距离起点双程走时约30 ms、50 ms、80 ms左右出现多个反射波组，形成较为连续的同相轴，分别命名为T1、T2、T3。同相轴连续性在不同深度略有差别，上部连续性较好，下部连续性较差。后期在结合MT1的地震叠加剖面的同相轴结构特征布置了ZK1、ZK2及ZK3号钻孔。钻孔揭示的地质信息为：T1同相轴为第四系冲洪积层底界面，T2、T3为中生代白垩系地层内的反射界面。

地震时间剖面显示： 0~500 m T1同相轴走时均较短且形态弯曲，500~750 m T1走时逐渐由20 ms增长至40 ms，并且这一段范围内，T1同相轴仍略有起伏，推测该区域白垩纪时期为湖滨地貌，且湖岸线呈现犬牙交错的振荡形态，从而导致第四系的湖相沉积厚度变化较大。而T2、T3也具有同样形态特征（图6）这代表在该区域的白垩-第三系的地层在新构造运动时期受到到周边地质构造（麻城-团风断裂）的改造较为明显，应为梁子湖断陷的北缘。

图  6  MT1浅层地震反射叠加剖面及地质解译图

Figure  6.  MT1 shallow seismic reflection overlay profile and geological interpretation map

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时间剖面内还发现了T2、T3同相轴错段明显，推测为麻城-团风断裂的分支断裂，西侧的上盘因断层运动造成向上拱起，变形剧烈，东侧的下盘层位平稳，变形较小。断层性质为逆冲断层，断层走向为NNE，倾向NW；上断点位于里程710 m处，埋深约30 m，断距约5 m，断裂发育时代为白垩纪。布置的3个钻孔也验证了断层的存在。

图  7  MT1测线钻孔联合剖面图

Figure  7.  MT1 combined borehole section

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4.2   东磨路反射时间剖面（MT2）

MT2剖面（图8）在距离起点双程走时约50 ms、70 ms，90 ms、210 ms左右出现4组反射波组并形成反射同相轴，分别命名为T1、T2、T3、T4。T1同轴轴均较为平稳、连续，T1为第四系地层底界面，T2、T3推测为中生代白垩系岩层内反射界面；T4为前白垩系的基底岩层。

图  8  MT2浅层地震反射叠加剖面及地质解译图

Figure  8.  MT2 shallow seismic reflection overlay profile and geological interpretation map

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该段内覆盖层厚度变化不大，时深转换后大致深度在20~30 m，为典型的第四系湖泊沉积相。而T2、T3也具有同样形态特征。推测该区域为梁子湖断陷的中心区域，受构造改造形变较小。

T4同相轴的出现代表的前白垩系地层的抬升，意味着该区域已经接近断陷的边缘、接近江南隆起区。

T2、T3在550~600 m间出现错断，错断清晰、明显，但错断断距较小，错断两侧同相轴均较为平稳。T4在450 m左右出现错断，其形态与T2、T3基本一致。550~600 m段的断裂上、下盘地层连续，断裂处断距较小。结合同相轴形态推断断层性质为逆断层，断层走向为NNE，倾向NW，上断点位于里程600 m处，埋深约30 m，断距约3 m。

4.3   牛涂线反射时间剖面（MT3）

MT3剖面（图9）存在多组明显同相轴，分别命名为T1、T2、T3、T4、T5，同相轴连续性和一致性均较好，上覆地层（T1、T2）呈现水平层状分布，而下伏的T3、T4、T5同相轴则呈现明显的弯曲形态，由测线西侧的较深位置（250 m）斜向西延伸，直至与T2同相轴在深度30 m处相交、尖灭。可判断该时间剖面为典型的向斜地质构造的反映。

图  9  MT3测线浅层地震叠加剖面及地震解译图

Figure  9.  MT1 shallow seismic reflection overlay profile and geological interpretation map

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T1(深度10-20 m)为第四系地层底界面，T2同相轴为新老地层不整合接触面，T3同相轴为向斜核部新地层（K）、T4、T5同相轴为向斜翼部老地层（AnK）。地貌上：测线起点至825 m随后老地层开始抬升，地表形成隆起（地貌上显示为岗地）；825 m至剖面终点处，基岩地层相对平稳，地貌上表现为小型盆地。

这个剖面和前两个剖面地层结构有很大的差别：覆盖层已经非常薄，且厚度不均匀。且下伏的地层也出现较大规模的向斜-背斜结构。向斜的核部仍保持与前两条测线一致的地层结构，翼部的老地层开始向上抬升。这表明已经达到了古生界产生的线状褶皱区域（嘉鱼-大冶金牛），也到达了梁子湖断陷的南缘。

4.4   讨论

4.4.1   梁子湖断陷

沿麻城-团风断裂南段由在梁子湖北岸、中部、南岸分别布置测线3条，而3条测线呈现了不同地层结构，较好地反映了梁子湖断陷的形态特征。

（1）梁子湖北部（MT1测线）：第四系湖相沉积厚度小、但变化大，范围在1-10 m之间，呈现为湖岸沉积的震荡形态；且下伏的白垩系地层也有起伏，另外测线周边区域局部可见小山头；可见该区域历史时期曾经隆起，因此推测为梁子湖断陷的北缘。

（2）梁子湖中部（MT2测线）：第四系湖相沉积厚度基本稳定在30 m，地表平坦。白垩系地层产状呈水平状态，推测为向斜的中心区域。前白垩系在130 m深度范围内出现。

（3）梁子湖南部（MT3测线）：地层覆盖层厚度较浅，深度大致在5 m左右，局部有湖相沉积地层。西侧地表开始出现较大起伏。白垩系地层产状呈水平状态，但前白垩系逐渐抬升，形成向斜的姿态。可见在这条测线上已经到了梁子湖断陷的南缘。根据上述3条测线的地震反射解译成果，推断梁子湖断陷整体呈现向斜结构。这也符合前人吴根耀在对湘鄂赣皖交界区的湖盆演变分析中对梁子湖湖盆的形态描述。

蒋洪堪在湖北麻城—九宫山剖面深部地质特征探测工作中，绘制了由麻城-咸宁九宫山的大地电磁地电结构剖面，剖面指明了乌龙泉断裂位置及倾向^[17]；而在江汉油田钻孔和地震测震资料（1984）中显示，乌龙泉主断裂切割了扬子盖层至白垩—古近系，呈现南盘下降、北盘抬升。

《东湖高新区域地震安全性评价报告》^[15]、李庆隆^[18]、朱清波^[19]分别对襄樊-广济断裂的地质调查结果^[中指明襄樊-广济断裂在长江以南有存在痕迹，并且被麻城-团风断裂切割，表现为倾向北东的正断层。

综合本次探测结果及以上的相关地质、地震、物探相关资料，绘制梁子湖断陷的地质结构特征图（图10）：梁子湖断陷整体呈现向斜结构，发生在早白垩世。北有襄樊广济断裂通过，中南部有乌龙泉断裂通过，两者均为正断层，前者倾向北东，后者倾向南西。

图  10  推测梁子湖断陷地层结构推断图

Figure  10.  Inferential diagram of the geological structure of the Liangzihu fault depression

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4.4.2   麻城-团风断裂南段

MT1-2测线地震反射时间剖面均反映出断裂特征。根据剖面中的同相轴变化特征，结合其他地质资料，各剖面断裂特征详见下表。

表  2  时间剖面断层特征表

Table  2.  Characteristics of time profile faults

断点编号	构造位置	上断点	断距	倾向	走向	断裂性质
FP1	710 m	30 m	5 m	NW	NNE	逆断层
FP2	600 m	30 m	3 m	NW	NNE	逆断层

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MT3测线发现了梁子湖南缘的向斜构造，未发现明显的断裂发育，推测麻城-团风断裂至此逐渐尖灭。

3条剖面均有断裂地震波特征反应，其在地面的水平投影点具备线性特征，走向为北北东向，与地质资料、影像基本一致，整体位于五四湖-梁子湖西侧一线，可判断为麻城-团风断裂南段，该段北起长江南岸，止于梁子湖以南。根据时间剖面特征，麻城-团风断裂南段整体为倾向北西的逆断层，断点埋深大致30 m，为早第四系断层。这为梁子湖周边的抗震设防、基础建设规划提供了重要依据。

5.   结论

本文利用高分辨浅层地震反射法在梁子湖断陷周边区域布设3条测线，获取了的地震反射时间剖面，结合周边地质、钻探、影像资料解译出梁子湖断陷的浅部地层结构以及麻城-团风断裂的地质形态特征。

（1）梁子湖断陷整体呈现向斜构造：其中第四系厚度呈现典型的湖相沉积的形态，湖中厚度达到30 m，两岸约5~10 m；下伏白垩系地层呈现向斜结构，断陷内为襄樊-广济断裂、乌龙泉断裂所切割；断陷南部有较老的地层逐渐抬升，逐渐出露地表，梁子湖镇东南出露的老地层可以作为佐证。

（2）麻城-团风断裂南段走向约北东24°。断裂地表投影由华容区五四湖东岸汤家湾，经东沟镇西，至涂家垴镇徐家桥；断裂为倾向北西的逆断层，北起长江南岸，止于梁子湖以南。