2014年魯?shù)镸_S6.5地震龍頭山鎮(zhèn)場地高密度電法勘探

龐衛(wèi)東 楊潤海 陳俊磊 李正光 盧吉高

摘要：魯?shù)镸S6.5地震造成大量房屋損毀及人員傷亡，其中龍頭山鎮(zhèn)房屋損毀最嚴重、人員傷亡最多。地震后，騾馬口場地被選為恢復(fù)重建的主要場所。應(yīng)用高密度電法分別對魯?shù)檎饏^(qū)龍頭山場地、騾馬口場地進行了勘探作業(yè)，初步認為勘探場區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，構(gòu)造展布以北東、北西向為主。龍頭山場地地層較為破碎，場地內(nèi)存在一洪積扇，是造成其上建筑物破壞嚴重的重要因素；騾馬口場地地形開闊、地勢平坦，是地震恢復(fù)重建的有利場所，場地內(nèi)存在斷裂活動的跡象，建筑選址時應(yīng)注意避讓。同時，認為高密度電法具有高效快捷，資料分析處理相對簡單，便于震后斷裂構(gòu)造快速判斷和場地快速評估。

關(guān)鍵詞：魯?shù)榈卣穑积堫^山鎮(zhèn)；高密度電法

中圖分類號：P319.2 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2016）04-0622-08

0 引言

2014年8月3日，云南省魯?shù)榭h發(fā)生MS6.5地震，震中位于龍頭山鎮(zhèn)（27.1°N，103.3°E），震源深度12 km，造成617人死亡，112人失蹤，數(shù)千人受傷，震區(qū)多處山體滑坡、崩塌，大量房屋損壞，極震區(qū)烈度達Ⅸ。位于極震區(qū)的龍頭山鎮(zhèn)是此次地震造成房屋損毀最嚴重、人員傷亡最多的地方，死亡人數(shù)達472人。龍頭山鎮(zhèn)財政所內(nèi)強震臺記錄到EW向加速度值948 gal（近1個重力加速度），是我國大陸迄今為止在極震區(qū)記錄到的最大地面加速度峰值（崔建文等，2015）。震害調(diào)查表明，在極震區(qū)龍頭山城鎮(zhèn)附近不大的范圍內(nèi)，存在震害差異較大的現(xiàn)象，對出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因有必要進行深入研究。查明震區(qū)內(nèi)斷裂空間展布、場地條件，可為龍頭山鎮(zhèn)恢復(fù)重建提供參考，為有針對性地開展防震減災(zāi)工作，在同樣的環(huán)境下減輕地震災(zāi)害提供可借鑒經(jīng)驗。

高密度電阻率法作為地球物理勘探應(yīng)用的一個分支，早在20世紀70年代，英國學(xué)者就著手研制電測深偏移系統(tǒng)。80年代后期，我國地礦等部門也先后將理論和實際相結(jié)合的方式開展了該方法的研究和應(yīng)用，探討完善相關(guān)方法及有關(guān)技術(shù)（祁民等，2006）。高密度電法與常規(guī)電阻率法工作原理基本相同，在數(shù)據(jù)采集及操作方面具有操作方便、測點多、自動化采集、采集數(shù)據(jù)量大、工作效率高、解釋方便、成本低等優(yōu)點，在國內(nèi)各工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用（董浩斌，王傳雷，2003；王喜遷等，2011；杜良等，2012；王振興等，2012；張光保，2012；楊海等，2014；陳軍等，2015）。本文采用高密度電法對震區(qū)龍頭山鎮(zhèn)場地進行探測，并結(jié)合場地內(nèi)勘探鉆孔資料，以期獲得場區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造展布狀態(tài)及地層分布情況，為后期的工程建設(shè)提供科學(xué)翔實的地質(zhì)資料，也為防震減災(zāi)規(guī)劃工作提供資料參考。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

工區(qū)所處的魯?shù)檎饏^(qū)屬于青藏高原東緣南北地震帶的中南段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要發(fā)育北東向及北西向斷裂構(gòu)造，北東向構(gòu)造主要為昭通—魯?shù)閿嗔?，?條右階雁列展布的次級斷裂組成，傾向北西及南東（徐錫偉等，2003，2005；聞學(xué)澤等，2013）；北西向斷裂為包谷垴—小河斷裂，由數(shù)條左階雁列展布的短小斷層組成（李克昌等，1981）。工作區(qū)龍頭山鎮(zhèn)剛好處于昭通—魯?shù)閿嗔押桶熔瘛『訑嗔严嘟粎R部位，地層主要為由含碎塊石粉質(zhì)粘土，白云質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖及白云質(zhì)砂巖塊石組成第四系松散堆積層（Q4）、二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）白云質(zhì)灰?guī)r、中泥盆統(tǒng)曲靖組（D2q）灰色白云質(zhì)灰?guī)r、中奧陶統(tǒng)上巧家組（O2q））粉沙質(zhì)泥巖及下奧陶下巧家組二段（O1q2）青灰色白云巖夾粉砂質(zhì)泥巖等構(gòu)成。區(qū)內(nèi)北西向和北東向構(gòu)造發(fā)育，北西向構(gòu)造主要有白石巖平移逆斷層、騾馬口平移斷層，北東向有龍泉河平移逆斷層、小寨正斷層等，如圖1所示。

2 常見巖土層電阻率

各種巖石地層在外加電場作用下其導(dǎo)電能力各不相同，導(dǎo)電能力的強弱可以用巖石的電阻率表示，而巖石電阻率只與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)，因此可以以巖石的電學(xué)性質(zhì)差異為基礎(chǔ)，通過測量研究與這些電性差異有關(guān)的電場分布來查明地下地質(zhì)構(gòu)造。表1為常見巖石電阻率值。

3 野外數(shù)據(jù)采集

野外勘探工作采用重慶地質(zhì)儀器廠生成的DUK-2A高密度電法測量系統(tǒng)，該儀器由多路電極轉(zhuǎn)換器DUK-2和多功能直流電法儀DZD-6組成。測量采用溫納裝置，最大隔離系數(shù)20，120道接收，5 m電極距，最大勘探深度達100 m。本次勘探工作由于受場地及周邊設(shè)施建筑限制，測線布置只能因地制宜主要沿河谷布設(shè)，同時考慮測區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東和北西向為主，測線方向主要為北西和北東向，以分別控制相應(yīng)構(gòu)造。選取龍頭山、騾馬口2個場地進行勘探作業(yè)，共完成5條測線、12個電測剖面的勘探。

4 資料解譯與成果分析

高密度電阻率二維反演剖面圖是高密度電法勘探產(chǎn)出的主要圖件，也是資料解釋的重要依據(jù)。電阻率反演所使用數(shù)據(jù)的處理采用驕佳技術(shù)公司開發(fā)的GeogigaRTomo高密度電阻率數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理及地形改正后，設(shè)置反演參數(shù)進行反演成像，一般反演1～3次，擬合誤差控制在8%以下，最后得到二維反演電阻率剖面。根據(jù)電阻率分布狀況和常見巖石電阻率范圍，將電阻率小于100 Ω·m視為粘土或含粘土的沉積層（第四系松散堆積層）或斷層破碎帶，100～300 Ω·m為沖積泥沙和礫石，大于300 Ω·m為基巖或較大干燥的漂礫等。工作場區(qū)地處較大斷裂構(gòu)造帶上，多組斷裂交會，巖石較為破碎，從反演獲得的剖面上看，電阻率剖面整體較為凌亂。

4.1 龍頭山場地

龍頭山勘探場地（圖2）共布設(shè)了2條測線：LTS-L1、LTS-L2呈十字交叉狀展布，其中，LTS-L1測線沿龍泉河自西南向東北布置，主要用于控制北西向的斷裂構(gòu)造，由3個電測剖面組成，測線長度1 200 m；LTS-L2測線沿龍頭山干溝自東南向西北布設(shè)，測線長度600 m。

由LTS-L1反演電阻率剖面（圖3）可見，該測線整體上可以分為2部分：西南部0～800 m段表現(xiàn)為相對高阻層，應(yīng)為河流沖積泥沙、礫石及基巖，這與測線布置在龍泉河河床相對應(yīng)，該段200～400 m存在一個電阻率相對低的區(qū)域，可能是受節(jié)理破碎影響（不排除存在斷層破碎帶的可能）造成；800～1 200 m段剖面內(nèi)電阻率普遍較低且埋深大，可能處于昭通—魯?shù)閿嗔驯蔽飨虬熔瘛『訑嗔逊种c北東向龍樹斷裂分支的交會部位（常祖峰等，2014），圖3中紅色三角形標注區(qū)域為推測斷層破碎帶位置。從LTS-L2反演電阻率剖面（圖4）可見，0～150 m處測線位于龍泉河一側(cè)的山坡上，電阻率剖面上表現(xiàn)為低阻層，應(yīng)為坡積物的反映，其中80～100 m處的高阻層可能為基巖；150～240 m處呈現(xiàn)為整體高阻。結(jié)合魯?shù)榈卣鹂茖W(xué)考察鉆探鉆孔（圖2、4、5）所揭露資料，ZK1鉆孔位于龍頭山鎮(zhèn)龍泉中學(xué)籃球場，緊鄰測線，其柱狀圖表明孔深9 m以下主要為砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r等地層，對應(yīng)層波速>500 m/s，該高阻段應(yīng)該為測線下方砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r等基巖的反映。同時鉆孔巖心揭露斷層角礫巖，推測該處斷裂發(fā)育，可能為山前龍泉河斷裂的反映， 其位置如圖4紅色虛線標示；200～600 m處電阻率低，表現(xiàn)為一明顯沉積凹陷，深度約20～70 m，該段測線右側(cè)與龍頭山鎮(zhèn)政府、財政所對應(yīng)，是房屋損毀最為集中、破壞最為嚴重的區(qū)域。有研究表明該區(qū)段為一洪積扇堆積區(qū)域（李西等，2014），測線兩側(cè)的鉆孔資料（ZK2～5）也揭示該處堆積有數(shù)十米厚的粘土、圓礫、砂礫層（圖5）。堆積層厚、場地條件差等不利因素在地震破壞中起到放大效應(yīng)，再加上該位置地處北東向與北西斷裂構(gòu)造交會部位，這可能是該區(qū)域房屋損毀最為嚴重的原因所在。

結(jié)合LTS-L1、LTS-L2測線反演電阻率剖面及解譯結(jié)果，將LTS-L1測線之800 m點與LTS-L2測線之240 m點連線，并將該連線延伸。房屋震害調(diào)查也表明，該線兩側(cè)龍泉中學(xué)、龍頭山小學(xué)教學(xué)樓等建筑物均發(fā)生嚴重破壞、毀壞，推測此線可能為昭通—魯?shù)閿嗔呀?jīng)過龍頭山場地的位置所在，如圖2藍色虛線所示。

對于龍頭山場地，電法勘探結(jié)果及鉆孔資料表明該場區(qū)地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育、地層較為破碎、連續(xù)性差。

4.2 騾馬口場地

騾馬口勘探場地（圖6）位于龍頭山勘探場地東北側(cè)，是震后龍頭山鎮(zhèn)恢復(fù)重建的場地。該勘探場地布設(shè)了3條測線：LMK-L1、LMK-L2及LMK-L3測線。LMK-L1測線沿龍泉河北東—北北東向布設(shè)，為LTS-L1測線的延伸，由4個電測剖面組成，測線長度1 500 m；LMK-L2測線自東南向北西垂直于龍泉河布置，由2個電測剖面組成，測線長度900 m；LMK-L3測線沿北東向騾馬口農(nóng)田布置，由2個電測剖面組成，測線長度900 m。

反演電阻率剖面（圖7）表現(xiàn)的較為凌亂，整體電阻率低，可能是測線沿北東向斷裂破碎帶布設(shè)的緣故，240～800 m處電阻率低，且整體較深，從測線布設(shè)方向（北東）看，該處存在北西向構(gòu)造破裂通過的可能，推測斷層如圖7虛線標示，應(yīng)為騾馬口斷層的反應(yīng)。從LMK-L2測線反演電阻率剖面（圖8）看，西側(cè)640 m、720 m處存在北西走向、向下延伸較深、陡立的低阻帶，顯示西側(cè)有斷層活動跡象，并伴有同生沉積現(xiàn)象，推測斷層分布如圖8紅色虛線所示。LMK-L3測線反演剖面（圖9）內(nèi)電阻率淺低深高，低阻層應(yīng)為埋深30～70 m不等的松散堆積層的反應(yīng)，未見明顯的斷裂構(gòu)造活動痕跡。場區(qū)內(nèi)ZK6（圖6、10）鉆孔資料表明場地存在有數(shù)十米厚的第四系松散堆積層的沉積，主要由粉質(zhì)粘土、礫砂、含礫粉質(zhì)粘土組成，其底部基巖為白云質(zhì)灰?guī)r?？碧浇Y(jié)果表明騾馬口場區(qū)地形較為開闊、地勢平坦，北西走向騾馬口斷裂從場區(qū)穿過，通過電法勘探結(jié)合LMK-L1測線兩側(cè)地質(zhì)地貌現(xiàn)象，推測沿該測線方向存在山前斷裂展布的跡象，應(yīng)為龍泉河斷裂構(gòu)造的反應(yīng)，場地內(nèi)部地層平坦、連續(xù)、沉積厚度穩(wěn)定，上部主要為粘土、礫砂、含礫粉質(zhì)粘土連續(xù)沉積，底部為白云質(zhì)灰?guī)r基巖。

5 結(jié)論與認識

通過本次野外高密度電法勘探和研究工作，對魯?shù)镸S6.5地震震區(qū)龍頭山鎮(zhèn)場地初步形成了以下結(jié)論及認識：

（1）通過野外現(xiàn)場調(diào)查、踏勘及電法勘探工作，認為魯?shù)檎饏^(qū)龍頭山鎮(zhèn)場區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂較為發(fā)育，構(gòu)造展布以北東、北西向為主，且各級斷裂相互交會，地層較為破碎?？碧讲槊髁苏淹ā?shù)閿嗔呀?jīng)過龍頭山場地位置所在。騾馬口勘探場地，由于本次工作只有一條測線揭示到了騾馬口斷裂位置，未能給出該斷裂的走向展布，同時，勘探結(jié)果表明沿LMK-L1測線存在山前斷裂活動的跡象。

（2）騾馬口勘探場地相較龍頭山場地地形開闊、地勢平坦，區(qū)內(nèi)第四系沉積層厚度相對穩(wěn)定，有利進行震后恢復(fù)重建，但在進行建筑選址時應(yīng)注意場地內(nèi)不利位置的避讓。

（3）龍頭山場區(qū)內(nèi)存在一洪積扇，龍頭山鎮(zhèn)政府的建（構(gòu)）筑物就建在其上，因其存在較厚松散堆積物產(chǎn)生的地震放大效應(yīng)，致使該場所成為魯?shù)镸S6.5地震房屋損毀最為嚴重的區(qū)域。在今后的建筑選址及工程抗震設(shè)計應(yīng)用中應(yīng)該注意此現(xiàn)象。

綜上，通過對魯?shù)镸S6.5地震極震區(qū)場地（龍頭山場地、騾馬口場地）開展高密度電法勘探，對區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的展布狀態(tài)及地層狀況有了初步認識，并依據(jù)勘探結(jié)果對建筑物造成嚴重破壞的原因進行了分析。本研究為后期的工程建設(shè)提供了一定資料參考，也可為有針對性地開展防震減災(zāi)工作提供借鑒經(jīng)驗。勘探方法方面，高密度電法具有高效快捷，資料分析處理相對簡單，便于震后斷裂構(gòu)造快速判斷和場地快速評估。

兩名審稿專家對本文提出了十分中肯的修改意見和建議，在此表示衷心的感謝！

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High Density Resistivity Exploration Method for Ludian MS6.5 Earthquakein Area of Longtoushan Town in 2014

PANG Weidong，YANG Runhai，CHEN Junlei，LI Zhengguang，LU Jigao

（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

The Ludian MS6.5 earthquake on Aug.3，2014 caused severe damages to a large number of houses and heavy casualties.Among the earthquake affected area，the most serious damage to houses and the most casualties was in Lontoushan Town.After the earthquake，the Luomakou site was chosen to the main place for restoration and reconstruction.We explored the Lontoushan and Luomakou sites in Ludian striken area by high density resistivity method respectively，and found that the geological structure is complex，the fault tectonic develops mainly in NE and NW direction in the exploration area.The stratum is broken，and there is a puluvial fan in Longtoushan site，which is an important factor in causing serious damage to buildings.The Luomakuo site with open and flat terrain is a favorable location for earthquake recovery and reconstruction.However，there exit the sign of fault activity in the site，so we should pay attention to avoid it when we select the construction site.Meanwhile，the high density resistivity method has the advantages of high efficiency and fast data analysis and processing，which is easy to handle，judge and evaluate the site rapidly.

Key words：Ludian earthquake；Longtoushan Town；high density resistivity method