龍門山中央斷裂南段鹽井
—五龍斷裂的淺層地球物理方法探測(cè)①

李大虎， 廖　華， 梁明劍， 王明明， 王世元， 楊歧焱， 顧勤平

(1.四川省地震局，四川 成都 610041； 2.中國(guó)地震局地球物理研究所， 北京 100083；

3.河北省地震局，河北 石家莊 050021； 4.江蘇省地震局，江蘇 南京 210014)

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龍門山中央斷裂南段鹽井
—五龍斷裂的淺層地球物理方法探測(cè)①

李大虎1，2， 廖華1， 梁明劍1， 王明明1， 王世元1， 楊歧焱3， 顧勤平4

(1.四川省地震局，四川 成都 610041； 2.中國(guó)地震局地球物理研究所， 北京 100083；

3.河北省地震局，河北 石家莊 050021； 4.江蘇省地震局，江蘇 南京 210014)

摘要：在2008年5月12日汶川MS8.0地震和2013年4月20日蘆山MS7.0地震中，龍門山中央斷裂南段的鹽井—五龍斷裂均未發(fā)現(xiàn)地表破裂現(xiàn)象，加之該斷裂淺層地球物理資料極度匱乏，在一定程度上限制了對(duì)龍門山斷裂帶南段地震危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)和發(fā)震能力的評(píng)估。針對(duì)龍門山中央斷裂南段的鹽井-五龍斷裂經(jīng)過區(qū)段的主要鄉(xiāng)(鎮(zhèn))所在地多為寬度不大于300 m的山間峽谷地區(qū)，且探測(cè)場(chǎng)區(qū)存在交通條件不便、場(chǎng)地工作面狹窄等問題，在淺層地震反射波法探測(cè)工作中采用小道間距、小偏移距、多道短排列接收和共反射點(diǎn)多次覆蓋觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)采集方式，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得地震反射剖面圖像。淺層地震探測(cè)定位結(jié)果結(jié)合高密度電阻率成像斷面、探槽開挖和鉆孔聯(lián)合剖面資料，共同揭示了NE向的鹽井—五龍斷裂在寶興縣五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村一帶精確的空間展布位置、產(chǎn)狀規(guī)模和近地表構(gòu)造形態(tài)。探測(cè)結(jié)果表明鹽井—五龍斷裂于五龍鄉(xiāng)北東風(fēng)村西河兩岸的T1階地處隱伏通過，性質(zhì)為傾向NW的逆沖斷裂，近地表傾角50°~60°，上斷點(diǎn)埋深19 m。該斷裂斷錯(cuò)寶興西河T2、T3階地，西河右岸T1階地?cái)嗔淹ㄟ^處兩側(cè)基巖的斷距6~8 m，其破碎帶及其影響帶寬度約30 m。本文淺層地球物理探測(cè)成果可對(duì)判定鹽井—五龍斷裂的近地表構(gòu)造活動(dòng)提供可靠的地震學(xué)證據(jù)，也為地震重災(zāi)區(qū)(寶興縣城)的災(zāi)后工程選址重建、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和制定抗震防災(zāi)規(guī)劃提供了科學(xué)的基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：龍門山中央斷裂南段； 鹽井—五龍斷裂； 淺層地震反射波法； 高密度電阻率成像

0引言

2008年5月12日汶川MS8.0大地震發(fā)生在龍門山構(gòu)造帶中北段，地表破裂自初始破裂點(diǎn)映秀南西開始沿龍門山斷裂帶中央及前山斷裂呈NE向單側(cè)擴(kuò)展，北川-映秀斷裂的北中段全部破裂貫通，茶壩—林庵寺斷裂的南西段也發(fā)生了地表破裂，而龍門山斷裂帶南段在本次地震中并未參與活動(dòng)。2013年4月20日8時(shí)2分46秒四川省雅安市蘆山縣發(fā)生MS7.0地震，震中位置(30.3° N，103.0° E)恰好位于汶川地震未引起破裂的龍門山斷裂南段附近(圖1)。4·20蘆山地震發(fā)生后，作者參與了四川省地震局蘆山地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急科考工作，對(duì)位于龍門山斷裂帶南段的前山斷裂及中央斷裂都進(jìn)行了野外調(diào)查追索，均未發(fā)現(xiàn)地震地表破裂現(xiàn)象[1]。不到5 年的時(shí)間里，沿龍門山斷裂帶相繼發(fā)生汶川8.0 級(jí)和蘆山7.0 級(jí)地震，是余震還是被“傳染”[2]?龍門山斷裂帶南段還會(huì)不會(huì)有7 級(jí)或更大地震？其潛在的地震危險(xiǎn)性已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外地震學(xué)者們的強(qiáng)烈關(guān)注[3-7]。由于目前地震學(xué)家們對(duì)龍門山斷裂前山斷裂南段的雙石—大川斷裂(SDF)進(jìn)行探槽開挖及年代學(xué)研究，均顯示該斷裂為全新世活動(dòng)斷裂*①冉勇康.蘆山地震重災(zāi)區(qū)活動(dòng)斷裂探測(cè)項(xiàng)目成果報(bào)告.北京：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，2013.[8]①，但對(duì)位于龍門山斷裂中央斷裂南段的鹽井—五龍斷裂(YWF)，由于其影像特征受到地層產(chǎn)狀干擾，加之區(qū)域內(nèi)晚第四紀(jì)地層不發(fā)育，因此對(duì)鹽井—五龍斷裂晚第四紀(jì)地表是否活動(dòng)及其活動(dòng)的主干斷裂分布情況一直難以定論[9-13]，對(duì)該斷裂的具體展布位置、產(chǎn)狀規(guī)模和近地表構(gòu)造形態(tài)更是知之甚少，僅憑目前單一的地面地震地質(zhì)調(diào)查工作難以準(zhǔn)確厘定其具體通過位置和展布形態(tài)。直到目前為止，還沒有專門針對(duì)龍門山斷裂南段的鹽井—五龍斷裂開展過淺層地球物理勘探工作，所以對(duì)于該斷裂的精確空間展布位置、產(chǎn)狀規(guī)模及近地表的構(gòu)造形態(tài)均存在很大的疑問，這也就制約了對(duì)該斷裂最新活動(dòng)性的評(píng)價(jià)和最大發(fā)震能力的評(píng)估。寶興縣城的避震規(guī)劃和重大工程項(xiàng)目選址等工作，同樣也會(huì)受到鹽井—五龍斷裂隱伏段和地震活動(dòng)等因素的嚴(yán)重制約。

SDF：雙石—大川斷裂； YWF：鹽井—五龍斷裂； GLF：耿達(dá)—隴東斷裂圖1　龍門山構(gòu)造帶南段斷裂分布圖Fig.1　Distribution of the southern segment of 　　　 Longmenshan fault zone

針對(duì)鹽井—五龍斷裂所經(jīng)區(qū)段復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和特有的淺層地震地質(zhì)條件，選擇何種地球物理探測(cè)方法以及如何實(shí)施才能達(dá)到較好的探測(cè)效果成為了需要解決的首要問題。淺層地震勘探是目前國(guó)內(nèi)外為探測(cè)第四系覆蓋區(qū)隱伏斷層所采用的一種可信度較高且較為成熟的一種方法，在《中國(guó)地震活動(dòng)斷層探測(cè)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(JSGC-04)中將該方法確定為斷層定位的控制性探測(cè)手段。其中反射波法地震勘探是利用反射剖面上豐富的反射波組特征判定斷層的存在并確定其產(chǎn)狀等基本參數(shù)的一種方法。與其他方法相比，該方法在斷層定位及幾何特征的判定上具有較高的精度，尤其是近些年來(lái)淺層地震反射波法在大震科學(xué)考察、城市活動(dòng)斷層探測(cè)以及深部構(gòu)造研究中均得到了廣泛的應(yīng)用，并有效地解決了一些地質(zhì)問題[14-24]。由于鹽井—五龍斷裂經(jīng)過區(qū)段的的主要鄉(xiāng)(鎮(zhèn))所在地多為寬度不大于300 m的峽谷，山勢(shì)較為陡峭、交通條件不便、場(chǎng)地工作面狹窄等因素均限制了可控震源車在此處開展工作，故本次探測(cè)研究工作首選淺層地震反射波法，通過采用人工震源單邊激發(fā)、小道間距、小偏移距、多道短排列接收以及多次覆蓋觀測(cè)相結(jié)合的地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得淺層地震反射剖面圖像，淺層地震探測(cè)定位結(jié)果結(jié)合高密度電阻率成像斷面、探槽開挖和鉆孔聯(lián)合剖面，共同揭示了NE向的鹽井—五龍斷裂在寶興縣五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村一帶精確的空間展布位置和近地表構(gòu)造形態(tài)。探測(cè)結(jié)果也表明本次所采用的淺層地球物理探測(cè)方法所確定的鹽井—五龍斷裂的具體通過位置和相關(guān)參數(shù)均真實(shí)可靠。該探測(cè)成果不但可為研究鹽井—五龍斷裂近地表活動(dòng)構(gòu)造提供地震學(xué)證據(jù)，而且對(duì)龍門山斷裂帶南段地區(qū)現(xiàn)今的活動(dòng)性和未來(lái)地震危險(xiǎn)性評(píng)估以及今后工程選址工作中避開斷裂帶，減少未來(lái)可能造成的地震災(zāi)害損失也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1測(cè)區(qū)地震構(gòu)造環(huán)境和物探測(cè)線布設(shè)

鹽井—五龍斷裂位于龍門山斷裂帶中央斷裂南段，北東起自“彭灌雜巖”東側(cè)向南西經(jīng)鹽井、昂州河、漸轉(zhuǎn)向NW延伸，是金湯弧形滑脫一推覆帶與龍門山逆沖推覆帶及康滇基底隆起帶之間的邊界斷裂[25]。該斷裂北西盤出露地層有志留系茂縣群、泥盆系危關(guān)組和前寒武系雜巖，其中志留系茂縣群分布最廣，巖石組合為一套千枚巖和大理巖，泥盆系危關(guān)組為一套淺變質(zhì)巖系。在鹽井、五龍一帶茂縣群逆沖推覆于二疊系陽(yáng)新組、峨眉山玄武巖、吳家坪組和三疊系飛仙關(guān)組、須家河組等不同地層之上。斷裂帶中構(gòu)造變形特別強(qiáng)烈，見片理、片麻理、千枚理、褶辟理、節(jié)理等韌性到脆性變形[26]，該斷裂由多條近于平行的次級(jí)斷裂組成，總體走向40°，傾向NW，長(zhǎng)約160 km[圖2(a)]。根據(jù)野外現(xiàn)場(chǎng)地震地質(zhì)調(diào)查工作發(fā)現(xiàn)，斷裂在寶興境內(nèi)的五龍鄉(xiāng)具有較好的斷錯(cuò)地貌現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為較為連續(xù)的、寬約40 m的斷層槽谷[圖2(b)]。在1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖上，沿中央斷裂南段發(fā)育一系列近于平行的支斷層，由于這些斷層基本順層產(chǎn)出，影像特征往往受地層產(chǎn)狀干擾，加之區(qū)域內(nèi)晚第四紀(jì)地層不發(fā)育，因此單一的地面地震地質(zhì)調(diào)查工作難以準(zhǔn)確厘定其具體通過位置和展布形態(tài)，尤其是寶興河西河兩岸Ⅰ級(jí)階地上被第四紀(jì)沉積物所覆蓋的斷裂隱伏段，其準(zhǔn)確的展布位置則需要通過地球物理探測(cè)手段來(lái)確定。

由于淺層地震反射波法開展的前提是測(cè)區(qū)場(chǎng)地介質(zhì)具備一定的波阻抗差異，寶興縣西河兩岸的T1階地上覆第四紀(jì)沖洪積的砂卵石層與下伏基巖之間具備較強(qiáng)的波阻抗差異，可以形成有效的波阻抗反射界面，從而有利于斷層的追蹤和識(shí)別，滿足開展淺層地震反射波法探測(cè)的前提條件，因此選擇在寶興縣五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村西河兩岸的T1階地上開展地震反射波的數(shù)據(jù)采集工作。先在跨鹽井—五龍斷裂的可能通過位置均布設(shè)淺層地震反射測(cè)線(Ⅰ、Ⅲ)，然后在局部地段(西河左岸)進(jìn)行加密探測(cè)(地震測(cè)線Ⅱ)，根據(jù)淺層地震剖面結(jié)果并結(jié)合高密度電阻率成像斷面，綜合解譯了寶興縣五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村一帶鹽井—五龍斷裂的具體通過位置和近地表構(gòu)造形態(tài)。測(cè)線布置情況如圖2(b)所示。

2地震數(shù)據(jù)采集和資料處理

圖2　測(cè)區(qū)地震構(gòu)造環(huán)境與物探測(cè)線布設(shè)示意圖Fig.2　 Seismic tectonic environment and the geophysical survey line diagram in the survey area

為了得到高質(zhì)量的地震反射記錄，根據(jù)測(cè)區(qū)場(chǎng)地條件與探測(cè)目的合理選擇地震波的激發(fā)震源是本次探測(cè)工作的重要環(huán)節(jié)之一。只有在震源激發(fā)的地震波信號(hào)具有足夠的能量和較寬頻帶范圍的前提下，才能使數(shù)據(jù)采集處理和分析解釋具有實(shí)際意義， 因此選擇合適的激發(fā)震源是實(shí)現(xiàn)淺層地震勘探目標(biāo)的必要條件[20]。由于探測(cè)場(chǎng)區(qū)位于寶興縣城北側(cè)五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村，居住人口眾多,建筑物也較為密集，因此該處不具備使用爆破震源的條件。同時(shí)測(cè)區(qū)地理位置上處于龍門山南段高山峽谷地區(qū)，山勢(shì)較為陡峭、交通條件不便、場(chǎng)地范圍狹窄等因素均限制了可控震源在此處開展工作。根據(jù)對(duì)不同震源特征的已有研究表明，采用小能量激發(fā)能相對(duì)增強(qiáng)高頻波的能量[27]。因此綜合以上各因素，在本次探測(cè)工作中選取了攜帶較為方便、適合龍門山斷裂帶南段高山峽谷地區(qū)作業(yè)的人工夯擊震源。反射波地震數(shù)據(jù)采集儀器采用的是美國(guó)Geometries公司的NZXP數(shù)字地震儀，配以分布式Geode地震采集站，24-bit A/D轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)范圍144 dB，通頻帶1.75 Hz～20 kHz。寬頻帶范圍以及可選濾波器能記錄到不同頻譜范圍的地震信號(hào)，其各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足淺層探測(cè)的要求。由于龍門山斷裂帶南段地區(qū)河谷地帶Ⅰ級(jí)階地上覆卵石層會(huì)造成地震波高頻信號(hào)的迅速衰減，若采集時(shí)采用檢波器組合的方式來(lái)壓制面波會(huì)嚴(yán)重?fù)p失掉地震記錄中的高頻成分信息，從而不利于提高地震勘探的分辨率。據(jù)已有工程鉆探資料顯示，本次探測(cè)場(chǎng)地中的寶興河Ⅰ級(jí)階地基巖面埋深較淺(深度50 m 以內(nèi))，恰恰需要盡可能地保留地震記錄中的高頻成分，因此主要采用40 Hz的單個(gè)檢波器采集縱波反射信息，目的是盡可能地采集從低頻到高頻的地震信息，這對(duì)于拓寬地震記錄的頻帶、有效提高地震記錄的分辨率是有益的。

為了獲得能反映剖面淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造的淺層地震反射剖面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽井—五龍斷裂具體展布位置的準(zhǔn)確定位，在選擇觀測(cè)系統(tǒng)和確定相關(guān)采集參數(shù)時(shí)，需要考慮對(duì)近地表(深度50 m 以內(nèi)) 地質(zhì)結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造的成像需要。在地震記錄窗口的選擇上，首先要保證基巖反射波的有效發(fā)育，擴(kuò)展排列試驗(yàn)最小偏移距取為0 m，根據(jù)有效波發(fā)育時(shí)窗、面波特征以及現(xiàn)場(chǎng)工作條件等確定道間距、炮間距、偏移距和接收道數(shù)等參數(shù)，最終使得有效反射波落在最佳的觀測(cè)窗口內(nèi)，獲得較高信噪比的地震記錄。圖3是西河左岸測(cè)區(qū)地震測(cè)線擴(kuò)展排列試驗(yàn)記錄。由圖中可以看出，記錄存在較強(qiáng)的面波干擾且來(lái)自淺部的有效信號(hào)被震源附近強(qiáng)烈的干擾波覆蓋，但位于100 ms以內(nèi)遠(yuǎn)離震源的接收道可連續(xù)追蹤基巖反射信息。已有研究表明采用小道間距、小偏移距和短排列接收的工作方法對(duì)縮短干擾噪聲的影響半徑、保護(hù)地震信號(hào)的高頻成分、提高地震記錄的分辨率是十分有利的[28-29]，結(jié)合本次測(cè)區(qū)具體場(chǎng)地條件和現(xiàn)場(chǎng)地震記錄特點(diǎn)，故本次探測(cè)工作采取小道間距、小偏移距、多道短排列接收和共反射點(diǎn)多次覆蓋觀測(cè)的工作方式，以達(dá)到對(duì)斷裂構(gòu)造進(jìn)行精確定位的目的。此次反射波法地震勘探的具體工作參數(shù)設(shè)計(jì)如下：采樣率0.25、記錄長(zhǎng)度0.50 s，道間距1～2 m，炮間距2 m，偏移距20 m，觀測(cè)排列采用單邊24道接收，多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)為12次，最終獲得了高頻高信噪比的優(yōu)質(zhì)淺層地震反射資料。

圖3?、駵y(cè)線擴(kuò)展排列試驗(yàn)Fig.3　Seismic records of expanding spread experiment　　　 on survey line Ⅰ

資料處理采用中國(guó)地震局統(tǒng)一采購(gòu)的活斷層探測(cè)專用的GRISYS地震反射處理軟件，處理模塊主要包括靜校正、頻率帶通濾波、二維傾角濾波、正常時(shí)差校正(NMO)、共深度點(diǎn)(CDP)疊加、反褶積、時(shí)變譜白化(RETWHI)和疊后偏移。針對(duì)龍門山南段鹽井—五龍斷裂通過地段的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)地震記錄特點(diǎn)的不同，特設(shè)計(jì)了以下數(shù)據(jù)處理流程：(1)數(shù)據(jù)解編及格式轉(zhuǎn)換→(2)振幅補(bǔ)償→(3)疊前去噪→(4)帶通濾波→(5)抽CDP道集→(6) 建立速度模型及速度分析→(7)NMO動(dòng)校正→(8)疊加→(9)疊后反濾波→(10)疊后隨機(jī)噪音衰減。

3地震反射剖面解譯與斷裂定位

測(cè)線Ⅰ位于寶興河西河左岸I級(jí)階地后緣，朝NW方向布設(shè)，反射數(shù)據(jù)經(jīng)處理后獲得的疊加時(shí)間剖面[圖4(a)]信噪比較高。由于該測(cè)段范圍內(nèi)的第四系全新統(tǒng)砂卵石層之下為泥盆系下統(tǒng)石英砂巖，該套地層與上覆砂卵石層具有較大的波阻抗差異，因此位于雙程反射時(shí)50 ms附近的P1反射波組在整條測(cè)線上均有發(fā)育，且能量較強(qiáng)，推測(cè)為基巖頂界面反射波。除CDP115處附近的同相軸出現(xiàn)了明顯錯(cuò)斷和不連續(xù)的現(xiàn)象外，其他測(cè)段的反射波組能量均較強(qiáng)，同相軸連續(xù)未見波組異常特征，結(jié)合地表斷錯(cuò)地貌現(xiàn)象和地震剖面同相軸數(shù)目的突然增減或消失及形態(tài)的扭曲錯(cuò)斷等異常特征可以初步推斷出紅線標(biāo)示處為鹽井-五龍斷裂的通過位置，該斷裂表現(xiàn)為逆斷性質(zhì)，傾向NW，視傾角約50°～60°。

為了獲得豐富的近地表淺部地層的反射信息，進(jìn)一步核實(shí)斷裂于西河左岸的精確展布位置和淺部斷錯(cuò)情況，在西河左岸T1階地上布設(shè)了道間距為1 m的測(cè)線Ⅱ，該測(cè)線在測(cè)線Ⅰ原有位置向西平移了一段距離之后開始布設(shè)[見圖2(b)]。從圖4(b)中可以看出該剖面位于該測(cè)線CDP78處存在明顯的同相軸異?，F(xiàn)象，主要表現(xiàn)為反射波同相軸自NW往SE存在多組明顯的逆沖波組并呈現(xiàn)出分叉、合并現(xiàn)象，符合斷裂構(gòu)造較為典型的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，這與圖4(a)中紅線標(biāo)示處的鹽井-五龍斷裂的通過位置相一致。通過改變觀測(cè)系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)可見看出，采用2 m道距的觀測(cè)系統(tǒng)能夠獲得中部豐富的反射波信息，但其淺部反射信息會(huì)有所損失，而采用1 m道距的觀測(cè)系統(tǒng)能夠獲得淺部豐富的反射信息，彌補(bǔ)了2 m道間距觀測(cè)系統(tǒng)的不足。由此可見，為準(zhǔn)確判定斷裂的展布位置、性質(zhì)及其活動(dòng)特征，應(yīng)采用不同的道間距、排列長(zhǎng)度和觀測(cè)系統(tǒng)，以便同時(shí)獲取中部和淺部的反射波信息，方便進(jìn)行對(duì)比分析和確定斷裂特征。

圖4(c)為測(cè)線Ⅲ的反射波疊加時(shí)間剖面。該測(cè)線位于寶興河西河右岸T1階地上[圖2(b)]，朝SE方向布設(shè)。該淺層地震剖面揭示的地層反射波組具有較高的信噪比和分辨率，能夠被連續(xù)可靠追蹤，且界面起伏變化形態(tài)和斷裂構(gòu)造特征也非常清楚。從圖4(c)中可以看出，位于雙程反射時(shí)60 ms附近的反射波組P1在整條測(cè)線上均有發(fā)育且能量較強(qiáng)，推測(cè)為厚層狀泥盆系砂巖頂面反射波，覆蓋層厚度自NW向SE逐漸增厚；剖面東西兩側(cè)的反射波組特征明顯不同，剖面東側(cè)同相軸連續(xù)性較好，未見波組異常特征，而反射波同相軸于地震剖面西側(cè)CDP10處發(fā)生突變，主要表現(xiàn)為自NW往SE存在明顯的逆沖波組并呈現(xiàn)出明顯的同相軸錯(cuò)斷和不連續(xù)現(xiàn)象，斷面下方則表現(xiàn)出了一些不連續(xù)、無(wú)規(guī)律的斷層破碎帶弱反射特征，這些均符合斷裂構(gòu)造較為典型的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，故將紅線標(biāo)示處推斷為鹽井—五龍斷裂于西河右岸T1階地處的具體通過位置。需要說(shuō)明的是，由于本次探測(cè)工作采取人工夯擊，震源激發(fā)能量有限，加之龍門山南段地區(qū)山間河谷地帶測(cè)區(qū)內(nèi)的砂卵石層會(huì)造成地震波的迅速衰減，因此本次淺層地震反射波探測(cè)在有效深度內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鹽井—五龍斷裂的探測(cè)定位，而未對(duì)基巖內(nèi)部或更深層位的錯(cuò)斷特征提供有效的反射信息。如何獲取鹽井—五龍斷裂更深層位的幾何形態(tài)及性質(zhì)是今后探測(cè)定位工作中需要深入研究的問題。

4定位結(jié)果驗(yàn)證

在分析和研究淺層地震探測(cè)定位成果的基礎(chǔ)上，為了驗(yàn)證鹽井—五龍斷裂在寶興河西河兩岸I級(jí)階地處精確的空間展布位置，同時(shí)進(jìn)一步揭示該斷裂的產(chǎn)狀規(guī)模和近地表構(gòu)造形態(tài)，我們根據(jù)實(shí)際情況分別在寶興河西河兩岸的合適位置開展了高密度電阻率成像測(cè)試與探槽開挖工作(受測(cè)區(qū)地形和道路條件等因素的限制，西河左岸布設(shè)探槽，西河右岸實(shí)施高密度電阻率測(cè)試)，最后綜合利用高密度電阻率成像斷面和探槽開挖結(jié)果，并結(jié)合淺層地震剖面綜合判定鹽井—五龍斷裂的精確展布位置和近地表構(gòu)造形態(tài)。

4.1西河左岸測(cè)線

我們?cè)谖骱幼蟀短讲坶_挖結(jié)果(圖5)較好地揭示了鹽井—五龍斷裂的斷層破碎帶具體位置。鹽井—五龍斷裂在該處主要表現(xiàn)為寬約30 m的擠壓揉皺帶，帶內(nèi)的千枚巖呈片理化并發(fā)育有擠壓透鏡體及多組斷面，其中有寬約2.5 m的基巖變形強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)已不清晰，并發(fā)育有斷層角礫，結(jié)合淺層地震反射剖面[圖4(a)]可綜合判斷鹽井—五龍斷裂于西河左岸的精確通過位置[圖6(a)]。

①褐灰色耕植土層，厚約10～15 cm；②褐灰色黏土層，夾有礫石，礫石礫徑1～3 cm；③黏土夾礫石層，灰白色，礫石礫徑3～5 cm；④褐灰色千枚巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，較為破碎；⑤褐黃色、灰褐色碎裂巖，原巖結(jié)構(gòu)已不清晰，發(fā)育有透鏡體，較為破碎；⑥灰褐色千枚巖，弱風(fēng)化；⑦斷層碎裂巖，呈斷層泥巖狀，原巖結(jié)構(gòu)已不清晰，并夾有斷層角礫，礫徑2～5 cm圖5　西河左岸探槽剖面圖Fig.5　Trench profile of left bank of the Xihe River

圖6　鹽井—五龍斷裂的精確空間展布位置圖　　　(T1~T3：階地期次)Fig.6　The accurate distribution of YWF

4.2西河右岸測(cè)線

受龍門山測(cè)區(qū)地形和山間道路條件等因素的限制，考慮到寶興河西河右岸不利于布設(shè)探槽的實(shí)際情況，故在西河右岸補(bǔ)充開展了高密度電阻率成像測(cè)試工作。我們?cè)谂c淺層地震測(cè)線重合的位置布設(shè)了電阻率成像測(cè)線[圖2(b)]，獲得了在地電測(cè)線控制地段、有效探測(cè)深度范圍內(nèi)高密度電阻率法二維反演等值斷面圖，利用電阻率斷面中所出現(xiàn)的電性間斷面、異常區(qū)追索和判斷鹽井—五龍斷裂的通過位置與近地表構(gòu)造形態(tài)。高密度電阻率成像測(cè)線(E0)位于寶興河西河右岸I級(jí)階地上，與地震測(cè)線Ⅲ相重合，并朝著SE方向布設(shè)。高密度電阻率數(shù)據(jù)采集過程中使用了銅電極，觀測(cè)裝置為Wennerα，電極間距為5 m，最大隔離系數(shù)為16。數(shù)據(jù)處理過程中采用Geogiga RTomo 軟件包對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并選用最小二乘法進(jìn)行視電阻率數(shù)據(jù)的反演計(jì)算，最終得到了E0測(cè)線的高密度電阻率法二維反演等值斷面圖(圖7)。

圖7　E0測(cè)線高密度電阻率法二維反演等值斷面圖Fig.7　High density resistivity two-dimension inversion isoline sectional drawing(E0)

從圖7可以看出，近地表處視電阻率在597~1 355 Ω·m的相對(duì)高阻區(qū)為第四紀(jì)沖洪積砂卵石層的電性反映，視電阻率低于223 Ω·m的相對(duì)低阻區(qū)為厚層狀泥盆系砂巖所表現(xiàn)出來(lái)的電性特征。具體而言，地電斷面左側(cè)(即測(cè)線SW段)的基巖面埋深約19 m，地電斷面右側(cè)(即測(cè)線NE段)基巖面的起伏存在一定差異，不同測(cè)段的埋深從25~30 m不等，而在斷面橫坐標(biāo)80 m附近則出現(xiàn)了明顯的電性異常區(qū)，推斷該電性異常區(qū)是由于鹽井—五龍斷裂在西河右岸Ⅰ級(jí)階地處通過所造成。根據(jù)鉆孔聯(lián)合剖面位于斷面橫坐標(biāo)80 m的鉆孔結(jié)果揭示該 電性異常區(qū)內(nèi)充填物質(zhì)為黑色～灰黑色千枚巖夾有煤層(圖8)，其主要的形成原因可能是由于斷層帶附近的泥盆系砂巖在高溫高壓作用下變質(zhì)而成，該填充物在有效探測(cè)深度范圍內(nèi)(80 m)仍未被揭穿。依據(jù)視電阻率等值線的疏密形態(tài)及其數(shù)值的變化范圍可推斷出鹽井—五龍斷裂的破碎帶及影響帶寬度約30 m，由高低阻分布區(qū)界限的電性間斷面特征可以進(jìn)一步推斷鹽井—五龍斷裂的近地表傾角約50°~60°，這與淺層地震剖面的解譯結(jié)果相吻合。鹽井—五龍斷裂自NW向SE逆沖，于西河右岸斷裂通過處兩側(cè)的基巖面存在不同程度的高差，據(jù)地電斷面可以看出斷裂通過處兩側(cè)基巖的斷距約6~8 m，這一結(jié)果已得到了鉆探聯(lián)合剖面的證實(shí)。綜合電阻率成像斷面和淺層地震反射剖面[圖4(c)]可判定鹽井—五龍斷裂于西河右岸的精確展布位置[圖6(b)]。

圖8　異常區(qū)的鉆孔探測(cè)照片F(xiàn)ig.8　Drilling exploration photo in anomaly area

4結(jié)論與討論

針對(duì)龍門山中央斷裂南段的鹽井—五龍斷裂經(jīng)過區(qū)段的主要鄉(xiāng)(鎮(zhèn))所在地多為寬度不大于300 m的山間峽谷地區(qū)，且探測(cè)場(chǎng)區(qū)存在交通條件不便、場(chǎng)地工作面狹窄等問題，故在本次淺層地震反射波法探測(cè)工作中采取了小道間距、小偏移距、多道短排列接收、共反射點(diǎn)多次覆蓋觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)采集方式，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得地震反射剖面圖像。淺層地震探測(cè)定位結(jié)果經(jīng)高密度電阻率成像斷面、探槽開挖和鉆孔聯(lián)合剖面驗(yàn)證，共同揭示了NE向的鹽井—五龍斷裂在寶興縣五龍鄉(xiāng)東風(fēng)村一帶的精確展布位置、產(chǎn)狀規(guī)模和近地表構(gòu)造形態(tài)。經(jīng)過本次探測(cè)定位工作確定了鹽井—五龍斷裂于五龍鄉(xiāng)北東風(fēng)村西河兩岸的精確展布位置(圖9)，與根據(jù)斷錯(cuò)地貌的地面地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果相比稍有不同，達(dá)到了對(duì)鹽井—五龍斷裂進(jìn)行精確定位的目的。鹽井—五龍斷裂于五龍鄉(xiāng)北東風(fēng)村西河兩岸的T1階地處隱伏通過，性質(zhì)為傾向NW的逆沖斷裂，近地表傾角約為50°~60°，斷裂斷錯(cuò)寶興西河T2、T3階地，西河右岸T1階地?cái)嗔淹ㄟ^處兩側(cè)基巖的斷距6~8 m，其破碎帶及其影響帶寬度約30 m。該探測(cè)成果不但對(duì)判定鹽井-五龍斷裂近地表構(gòu)造活動(dòng)提供了可靠的地震學(xué)證據(jù)，也為寶興縣城的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和制定抗震防災(zāi)規(guī)劃提供了可靠的基礎(chǔ)資料，對(duì)龍門山中央斷裂南段現(xiàn)今的活動(dòng)性和未來(lái)地震危險(xiǎn)性評(píng)估以及工程選址工作中避開斷裂帶，減少未來(lái)可能造成的地震災(zāi)害損失也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖9　鹽井—五龍斷裂展布位置圖Fig.9　The distribution map of YWF

在城鎮(zhèn)防震減災(zāi)工作中，活動(dòng)斷裂探測(cè)定位及其地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是制定抗震規(guī)劃、減輕地震災(zāi)害損失的前提，選擇何種地球物理探測(cè)方法以及如何實(shí)施才能達(dá)到較好的探測(cè)定位效果就顯得非常重要。某一種淺層地球物理探測(cè)手段或單一的地震波場(chǎng)信息只能反映研究目標(biāo)體(如斷裂帶)的某個(gè)側(cè)面，而不能反映其全部物理場(chǎng)信息，解決這一問題的有效方法需要通過聯(lián)合應(yīng)用多種淺層地球物理探測(cè)方法，綜合解譯斷裂的通過位置和近地表構(gòu)造形態(tài)、產(chǎn)狀等信息。淺層地震反射波法對(duì)具有一定波阻抗差異的地層介質(zhì)反應(yīng)敏感，能準(zhǔn)確判定地層界面的起伏和斷錯(cuò)位置，但對(duì)介質(zhì)的孔隙度和含水狀況的變化反應(yīng)較為遲鈍，而斷裂通過位置造成的巖體破碎和地層位錯(cuò)往往伴隨著電阻率的顯著變化。因此，適時(shí)采用高密度電阻率成像可以很好地反映地下介質(zhì)的含水狀況及橫向變化特征，在一定程度上彌補(bǔ)淺層地震反射波法的不足。開展電阻率層析成像和淺層地震反射波法地震勘探聯(lián)合探測(cè)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到從不同角度查明斷裂的精確展布位置、幾何性質(zhì)以及產(chǎn)狀特征的目的。本文通過對(duì)龍門山中央斷裂南段的鹽井-五龍斷裂的探測(cè)實(shí)踐表明，淺層地震反射波法結(jié)合高密度電阻率成像斷面較好地解決了鹽井-五龍斷裂的精確展布位置、產(chǎn)狀規(guī)模和近地表構(gòu)造形態(tài)等問題，且本文淺層地球物理探測(cè)定位結(jié)果經(jīng)探槽開挖和鉆探資料證實(shí)了所確定的鹽井-五龍斷裂的具體通過位置和基巖面埋深等參數(shù)準(zhǔn)確可靠，在實(shí)際工作中取得了良好的效果，對(duì)今后龍門山斷裂帶南段地區(qū)即將開展的活斷層探測(cè)工作具有重要的參考價(jià)值。

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Detection of the Yanjing-Wulong Fault in the Southern Segment of the Longmenshan Central Fault Zone by Using Shallow Geophysical Method

LI Da-hu1,2, LIAO Hua1， LIANG Ming-jian1, WANG Ming-ming1,WANG Shi-yuan1, YANG Qi-yan3, GU Qin-ping4

(1.EarthquakeAdministrationofSichuanProvince,Chengdu610041,Sichuan，China;2.InstituteofGeophysics,CEA,Beijing100083,China;3.EarthquakeAdministrationofHebeiProvince,Shijiazhuang050021,Hebei，China;4.EarthquakeAdministrationofJiangsuProvince,Nanjing210014,Jiangsu，China)

Abstract：During the Wenchuan MS8.0 earthquake on May 12, 2008 and the Lushan MS7.0 earthquake on April 20, 2013, surface rupture phenomena did not occur on the Yanjing-Wulong fault in the southern segment of the Longmenshan central fault zone. Moreover, shallow geophysical data for the Yanjing-Wulong fault are extremely scarce. The seismic hazard and the capacity for potential earthquakes were evaluated in the southern section of the Longmenshan fault zone to a certain extent. However, the major counties (towns) crossed by the Yanjing-Wulong fault are mostly located in valleys with widths less than 300 m. As a result, such detection areas are subject to inconvenient traffic conditions and narrow working spaces. Therefore, detection through shallow seismic reflection must be applied with small trail spacing, small displacement distance, reception of multiple short arrangements, multiple coverage observations of common reflection points, and data processing. In the present study, shallow seismic reflection is combined with high-density resistivity tomography, trench excavation, and drilling to reveal the size, spatial distribution, and near-surface structure of the NE-trending Yanjing-Wulong fault in the area of Dongfeng village, Wulong, Baoxing County. These detection results not only provide reliable seismological evidence for determining the near-surface activity of the Yanjing-Wulong fault but also offer scientific fundamental data for selecting sites for post-disaster reconstruction, earthquake risk assessment, and planning of earthquake resistance and hazardous prevention in the Baoxing County.

Key words：southern segment of the Longmenshan central fault zone; Yanjing-Wulong fault; shallow seismic reflection wave method; high-density electric resistivity tomography

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.01.0026

中圖分類號(hào):TU352.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):1000-0844(2016)01-0026-10

作者簡(jiǎn)介：李大虎(1982-)，男，在讀博士研究生，目前主要從事地震層析成像、地震活動(dòng)斷層探測(cè)等工作。E-mail:lixiang2006@sina.com。通信作者：廖華(1961-)，副研究員，主要從事地殼形變監(jiān)測(cè)等工作。E-mail:sc.liaohua@126.com。

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃(XH15040Y)；中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)(20160520)；中國(guó)地震局“四川省蘆山‘4·20’7.0級(jí)強(qiáng)烈地震科學(xué)考察”項(xiàng)目

收稿日期：①2015-01-05