朱 濤 周建國 沈 坤 金志林

1)中國地震局地球物理研究所(地震觀測與地球物理成像重點實驗室)，北京 100081

2)云南省玉溪市防震減災局，玉溪 653100

玉溪盆地內(nèi)普渡河斷裂的電阻率層析成像探測

朱 濤1)周建國1)沈 坤2)金志林2)

1)中國地震局地球物理研究所(地震觀測與地球物理成像重點實驗室)，北京 100081

2)云南省玉溪市防震減災局，玉溪 653100

玉溪盆地是云南地區(qū)地震活動頻度高、強度大的高潛在危險區(qū)之一。為了建立直接服務于該區(qū)域防震減災的“標準”結構模型，利用電阻率層析成像技術探測了玉溪盆地盆山過渡帶的電性結構以及隱伏并穿過玉溪盆地西緣的普渡河斷裂。在數(shù)據(jù)采集中，作為地震淺層反射勘探的重要補充，共布設了6條電阻率層析成像測線來控制該斷裂。使用的觀測裝置為Wenner α，電極間距為6m，最大隔離系數(shù)為30～75，每個排列的電極數(shù)目為112～288個。探測結果表明，玉溪盆地內(nèi)的普渡河斷裂分為NNE走向的東西兩支;斷裂帶的寬度由南向北先從溫泉鎮(zhèn)到黑村附近逐漸變寬，經(jīng)蓮池小學、梅園村到玉昆鋼廠附近后逐漸變窄;斷裂的上盤為低阻破碎帶，下盤為較均勻的高阻結構。東支(F1－2)的視傾向在梅園村及以北為SE/S，在蓮池小學及以南為NW，視傾角為56°～73°;西支(F1－1)的視傾向為SE/E/S，視傾角為38°～66°。地震勘探結果認為普渡河斷裂的東西兩支的傾向在整個玉溪盆地內(nèi)均為SE/E，視傾角為75°～80°，這與我們的結果略有差異。

普渡河斷裂 電阻率層析成像 電性結構

0 引言

玉溪盆地位于中國南北地震構造帶南段，現(xiàn)代構造活動強烈的川滇菱形斷塊東南邊緣，小江斷裂與紅河斷裂之間，是云南地區(qū)地震活動頻度高、強度大的高潛在危險區(qū)之一(易桂喜等，2008;秦四清等，2010)。因此，2010年9月中國地震局啟動了地震行業(yè)專項重大項目“中國科學臺陣探測:南北地震帶南段”，2011年中國地震局地球物理研究所配套設立了“南北地震帶南段防震減災綜合研究”重大研究計劃，將玉溪盆地作為重點研究區(qū)域，以期建立“標準”結構模型，直接為該地區(qū)的防震減災服務。

對地下結構/構造進行探測是建立“標準”結構模型的需求之一，因此作為地震淺層反射勘探的重要補充手段，電阻率層析成像主要對玉溪盆地盆山過渡帶的電性結構和穿過盆地西緣的普渡河斷裂南段進行了探測。本文主要介紹普渡河斷裂的探測結果。

1 地質簡況

玉溪盆地位于云南省昆明市東南(圖1)，盆地內(nèi)覆蓋層厚度達800m。其中，上新統(tǒng)厚600m以上，第四系厚度＜100m。覆蓋層內(nèi)未發(fā)現(xiàn)顯著的構造變形形跡，層位基本保持水平狀態(tài)或向盆地中心緩傾斜。上新統(tǒng)為湖相、沼澤相和沖積相沉積，厚度＞600m，與上覆下更新統(tǒng)整合接觸。第四系主要為沖積層和洪積層，厚度分布不穩(wěn)定。

盆地內(nèi)主要發(fā)育2條區(qū)域性大斷裂，分別為盆地西緣的普渡河斷裂和位于東風水庫北緣的玉江斷裂。其中普渡河斷裂是本文研究的目標斷裂，它全長約25km，是喜馬拉雅造山運動以來，在川滇菱形斷塊向SSE快速滑移驅動下形成的1條SN向斷裂。從刺桐關進入玉溪盆地后，大致沿盆地西緣的九龍池、陳井、大營街與研和向西延伸，在秀溪、安常村以南被曲江斷裂截斷，呈N10°～20°E向展布，向SE或NW陡傾。主要活動時代為上新世，以正斷為主，在第四紀則具左旋剪切兼正斷性質。其在盆地內(nèi)的具體位置和產(chǎn)狀不清楚，因此需要對之進行探測。

圖1 玉溪盆地位置示意圖Fig.1 Location of Yuxi basin.

2 探測方法

2.1 電阻率層析成像方法

電阻率層析成像(Electrical resistivity tomography)，也稱為電阻率成像(Electrical resistivity imaging)，國內(nèi)稱之為高密度電法，是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型電法勘探技術。它兼具了電(阻率)剖面法和電(阻率)測深法的優(yōu)點，成為目前最常用的基本電測手段之一。其核心是電極陣列，陣列中的電極均依次交替地作為供電電極和測量電極，等效于對每一個測點都進行了電測深探測，即完成了對電測深和電剖面二者的同時測量，所取得的信息量十分巨大。在數(shù)據(jù)處理上實施2維或3維反演，由實測的視電阻率值得到真電阻率的分布圖像。由于電成像利用了豐富的信息量和非線性反演，所得結果的分辨率遠遠高于常規(guī)電法勘探。這種2維真電阻率的分布圖像十分便于地質工作的分析與解釋，大大降低了傳統(tǒng)電法勘探中的不確定性。由于真電阻率值與地層的巖性、巖石孔隙度以及巖石孔隙中液體的性質有著密切關系，所以在識別斷層、破碎帶、巖性分界面等方面非常有效。

2.2 儀器、測線及測量參數(shù)

野外數(shù)據(jù)采集使用的是德國DMT公司制造的RESECSⅡ系統(tǒng)。它屬于分布式觀測系統(tǒng)，1個排列可控制多達960個電極。最大供電電壓為±440V，輸入阻抗為50MΩ。

到目前為止，除了地震淺層反射勘探對玉溪盆地內(nèi)的普渡河斷裂進行過探測外(何正勤等，2012)，還沒有別的物探方法專門針對其進行探測。由于施工條件的限制，何正勤等(2012)的測線對普渡河斷裂在玉溪盆地的南、北兩端的部分沒有控制，尤其是北端。電阻率層析成像方法正好對其進行了彌補，同時也布設了一些控制普渡河斷裂中段的測線(圖2)。

圖2 電阻率層析成像和地震淺層反射勘探綜合結果圖Fig.2 The combined results of electrical resistivity tomography and seismic survey.

在觀測中使用了不銹鋼電極，觀測裝置為Wenner α。電極間距為6m，最大隔離系數(shù)為30～75，每個排列的電極數(shù)目為112～288個，理論探測深度為180～450m(表1)。利用Garmin公司Vista型手持GPS對電極位置進行定位。其水平定位精度在5m左右。使用的基準地圖是WGS84。

2.3 質量控制

在探測中，為提高數(shù)據(jù)的信噪比，采用了以下方法:

(1)在供電測量的情況下(用RESECSⅡ系統(tǒng)中的Grounding裝置測量)，陣列電極中每點的接地電阻均不得＞5kΩ。對于接地電阻為2.5～5kΩ的電極采取了澆水、鉆孔和復合電極的處理辦法。對于接地條件不好的電極，如在水泥路和橋面上，在野外已經(jīng)詳細注明，并在室內(nèi)分析中，將與該電極有關的數(shù)據(jù)進行剔除和線性插值。

表1 測線參數(shù)一覽表Table 1 Parameters of measuring lines

(2)在測量中，一般要求一次場的電位差不得＜3mV(電法的通?？刂屏渴?.5mV)。相應的供電電流一般可控制在100～900mA的范圍內(nèi)。在本次野外觀測中，一次場的電位差基本在10mV之上，而電流在200mA之上。

(3)在較短的時間間隔(如0.5h)內(nèi)，保證同一點電位的重復測量精度不低于0.5%，但接地條件不好(如水泥地面、瀝青公路地面和橋面)的電極除外。

(4)對于觀測條件好(接地條件好、沒有強電干擾等)的測線，在每個排列的測量中，保證因外界干擾的異常超限點數(shù)不超過測量總數(shù)的0.4%。而對于觀測條件惡劣的測線，保證每個排列測量數(shù)據(jù)總數(shù)中的異常點數(shù)不得超過5%，且不能集中分布。因意外情況測量中斷后的繼續(xù)測量，需有≥2個深度層(即2個隔離系數(shù))的重測值，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)。

隨著媒體泛濫與信息爆炸式增長，廣告的直白吆喝和乏味說教已經(jīng)沒有太多的吸引力與溝通力。企業(yè)通過故事進行品牌信息傳播，比單純的宣教更能克服受眾認知中的惰性，引起心靈上的共鳴。故事自有的特性也可以在無形中喚起受眾的情感體驗，在不經(jīng)意間完成品牌的傳播。好的故事本身就具有傳播力，借力故事傳播品牌，在傳播的深度和廣度上都有著事半功倍的效果。

2.4 室內(nèi)資料處理

采用Geogiga RTomo軟件包對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和反演計算，基本步驟如下:

(1)數(shù)據(jù)預處理。對野外觀測中明顯的錯誤數(shù)據(jù)進行人工處理，這個數(shù)據(jù)量很小。對觀測條件好的測線，每個排列的測量數(shù)據(jù)中不會超過0.4%。因此，進行人工處理(主要是剔除和線性插值)后不會影響到最終結果。這個步驟是非常必要的，否則會在數(shù)據(jù)中存在數(shù)據(jù)突變點，影響反演收斂的時間和圖像的可靠性。

(2)地形校正。當測線經(jīng)過的位置比較陡和具有大的落差時，在反演之前必須對測線進行地形校正。在本次探測中，測線所經(jīng)過的地方地勢基本平坦，因此不需要進行地形校正。

(3)初始模型的建立。在進行反演前，必須進行正演，但首先需建立正演模型(初始模型)。我們使用偽剖面法建立初始模型。然后確定計算的區(qū)域，遠遠小于模型區(qū)域，這樣才能滿足半無限空間的要求。在處理中，取計算模型是成像區(qū)域的9～10倍。

(4)正演計算。在進行反演之前，必須獲得模型(步驟(3)中建立的)在各個網(wǎng)格單元中的理論值，即進行正演計算。計算中，外圍網(wǎng)格同成像區(qū)域網(wǎng)格相比，在縱橫方向上按照1.7和1.5的比例逐漸加大，其外圍和邊界影響在計算中已經(jīng)考慮。

(5)反演迭代。經(jīng)過步驟(4)獲得理論值后，將相同網(wǎng)格單元的實測值和理論值相減，便獲得電阻率殘差，利用最小二乘法求出電阻率值的修改量，然后加上背景電阻率值(實測值)便獲得了各網(wǎng)格單元的真電阻率值。在反演計算中，終模型對實測數(shù)據(jù)的擬合方差＜5%。

(6)圖像處理。經(jīng)步驟(5)獲得剖面的真電阻率值后，利用Golden Software公司的Surfer繪圖軟件進行圖像處理和重建。

3 結果及分析

反映隱伏斷裂的電性間斷面，具有一定水平延伸的電性異常的突變帶狀結構。判讀時，通常遵循4個步驟:判斷層狀結構、由深入淺分析、水平追蹤分析以及上斷點的確定(朱濤等，2009)。根據(jù)這些方法和步驟，獲得了穿過玉溪盆地西緣的普渡河斷裂的位置和產(chǎn)狀。

圖3顯示了L4測線的電阻率圖像。該圖像揭示出探測區(qū)域的覆蓋層厚度約為170～190m?；鶐r明顯表現(xiàn)為完整的高阻區(qū)(A區(qū))、破碎低阻區(qū)(B區(qū))和完整的高阻區(qū)(C區(qū))，即在基巖內(nèi)部存在典型的ABA型電性間斷面(朱濤等，2009)，它們分別位于水平坐標約750m和1 050m附近，推斷為普渡河斷裂西、東兩支的反映。其中東支(F1－2)視傾向NW，視傾角約為63°，上斷點埋深約為180m，其在地表水平投影的 GPS 坐標為24°25'59.0″N，102°32'04.9″E;西支(F1－1)的視傾角約為66°，上斷點埋深約為 170m，其在地表水平投影的 GPS坐標為24°26'04.0″N，102°31'51.4″E。

圖4和圖5分別顯示了L5和L6測線的電阻率剖面。圖4揭示出L5測線所在區(qū)域的覆蓋層厚度由SE向NW先增厚，爾后變薄。從水平坐標約50m到約1 040m，覆蓋層厚度由約40m增加到約170m，然后到水平坐標約1 640m，變薄為約90m。圖5揭示出L6測線所在區(qū)域的覆蓋層厚度由南約30m向北逐漸增厚到約130m。與圖3一樣，在圖4和圖5的基巖中也存在均勻高阻區(qū)(A區(qū))、破碎低阻區(qū)(B區(qū))和均勻高阻區(qū)(C區(qū))，這反映了普渡河斷裂的電性間斷面向NNE延伸到了L6測線的位置。它在圖4中，分別在水平坐標800m和1 040m附近，在圖5中分別位于水平坐標650m和900m附近。在L5測線的電阻率圖像(圖4)中，普渡河斷裂東西兩支(F1－1，F(xiàn)1－2)的視傾向均為 SE，其中東支(F1－2)的視傾角約為 71°，上斷點埋深約為 160m，其在地表水平投影的 GPS 坐標為 24°26'59.9″N，102°32'20.3″E;西支(F1－1)的視傾角約為 55°，上斷點埋深約為180m，其在地表水平投影的GPS坐標為24°27'01.4″N，102°32'13.0″E。在L6測線的電阻率圖像(圖5)中，普渡河斷裂東西兩支的視傾向均為S，其中東支(F1－2)的視傾角約為73°，上斷點埋深約為 80m，其在地表水平投影的 GPS 坐標為 24°27'51.1″N，102°32'52.1″E;西支(F1－1)的視傾角約為51°，上斷點埋深約為130m，其在地表水平投影的 GPS坐標為24°27'58.5″N，102°32'53.9″E。

圖3 玉溪蓮池小學(L4)測線的電阻率圖像Fig.3 The resistivity tomogram near Lianchi primary school in Yuxi(L4).

圖4 玉溪梅園村(L5)測線的電阻率圖像Fig.4 The resistivity tomogram in Meiyuancun Village，Yuxi(L5).

L1和L2測線之間存在1條寬闊的水泥公路，在實際分析中，可以將L1測線看作是L2測線向NW的延伸。它們的電阻率圖像見圖6和圖7。圖6和圖7的組合揭示出，基巖內(nèi)部同樣存在A、B、C電阻率分區(qū)，表明普渡河斷裂向S延伸到了L1和L2測線的位置。普渡河斷裂的東支(F1－2)在L2測線(圖6)中位于水平坐標400～500m之間，其視傾向NW，視傾角約為56°，上斷點埋深約100m，其在地表投影的 GPS坐標為24°19'05.8″N，102°29'23.4″E。普渡河斷裂的西支(F1－1)在L1測線(圖7)中位于水平坐標400m附近，其視傾向E，視傾角約為38°，上斷點埋深約100m，在地表投影的 GPS 坐標為 24°18'57.5″N，102°28'51.5″E。覆蓋層厚度約為100m。

圖5 玉溪玉昆鋼廠(L6)測線的電阻率圖像Fig.5 The resistivity tomogram near Yukun Iron ＆ Steel Co.Ltd.，Yuxi(L6).

圖6 玉溪溫泉鎮(zhèn)(L2)測線的電阻率圖像Fig.6 The resistivity tomogram near Wenquan Town，Yuxi(L2).

圖8顯示了L3測線的電阻率圖像。該測線位于玉溪盆地的中間部位，目的是為了控制普渡河斷裂的西支。遺憾的是，由于新堆土和水渠的影響，使得該測線的數(shù)據(jù)質量很差。反演后獲得的電阻率圖像中沒有揭示出反映普渡河斷裂西支的電性間斷面。

4 討論和結論

圖7 玉溪斜井村(L1)測線的電阻率圖像Fig.7 The resistivity tomogram near Xiejingcun Village，Yuxi(L1).

圖8 玉溪黑村(L3)測線的電阻率圖像Fig.8 The resistivity tomogram near Heicun Village，Yuxi(L3).

表2 斷裂參數(shù)表Table 2 Parameters of detected faults

在上一部分，對獲得的6個控制玉溪盆地西緣普渡河斷裂的電阻率圖像進行了詳細的分析，并推斷了其位置和產(chǎn)狀(表2)。到目前為止，只有何正勤等(2012)專門針對玉溪盆地內(nèi)的普渡河斷裂進行過地震淺層反射勘探。我們將2種物探手段的結果繪制在同一張圖中(圖2)，其非常清楚地揭示出普渡河斷裂在玉溪盆地西緣的走向為NNE;它由南向北先后經(jīng)過了溫泉鎮(zhèn)(L1和L2)、大營街、黑村(L3)、飛井水庫、蓮池小學(L4)和梅園村(L5)，最后到達玉昆鋼廠附近(L6);斷裂帶的寬度由南向北先從溫泉鎮(zhèn)(L1和L2)到黑村附近(L3)逐漸變寬，爾后經(jīng)蓮池小學(L4)、梅園村(L5)到玉昆鋼廠附近(L6)逐漸變窄。何正勤等(2012)認為普渡河斷裂的東西兩支在玉溪盆地內(nèi)的視傾向均為E，而我們的結果表明(表2)，在玉溪盆地梅園村(圖4)及以北區(qū)域，普渡河斷裂東支(F1－2)的視傾向為S/SE，而在蓮池小學(圖3)及以南區(qū)域，視傾向變?yōu)镹W。普渡河斷裂西支(F1－1)在玉溪盆地內(nèi)的視傾向為SE/E/S。顯然，我們獲得的普渡河斷裂東支(F1－2)的視傾向與何正勤等(2012)的結果具有明顯的差異。該差異的解決需期待其他的物探手段或者地質鉆探結果。

致謝 感謝玉溪市紅塔區(qū)防震減災局對野外數(shù)據(jù)采集工作的支持。

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APPLICATION OF ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY TO THE DETECTION OF PUDU RIVER FAULT IN YUXI BASIN

ZHU Tao1)ZHOU Jian-guo1)SHEN Kun2)JIN Zhi-lin2)

1)Key Laboratory of Seismic Observation and Geophysical Imaging，Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China
2)Earthquake Disaster Mitigation Bureau of Yuxi City，Yunnan，Yuxi653100，China

Yuxi basin is one of the potential earthquake risk areas with high seismic frequency and intensity in Yunnan Province.In order to set up the“standard”structure model to be applied directly in earthquake prevention and disaster reduction，we used electrical resistivity tomography(ERT)to detect the electrical structure of mountain-basin transition zone in Yuxi basin and Pudu River Fault which is buried in and goes through the western margin under the support of the Special Project for the Fundamental R＆D of Institute of Geophysics，China Earthquake Administration.In data acquisition，6 ERT measuring lines，as an important supplement to the seismic reflection survey，were designed to control the fault，and Wenner α arrays were used，with the electrode spacing of 6m，maximum depth factor of 30～75 and the electrode number of each array being 112～288.Our results indicate that Pudu River Fault in Yuxi basin consists of two NNE-striking branches，the east branch and the west branch.From south to north，the width of the fault zone becomes wider from Wenquan town to Heicun Village at first and then becomes narrower through Lianchi and Meiyuancun Village to Yukun Iron＆ Steel Co.Ltd.Its hanging wall is a low resistivity fracture zone，while its footwall appears as a homogeneous high-resistivity zone.The east branch(F1－2)has an apparent dip direction of SE/S near and to the north of Meiyuancun Village and of NW near and to the south of Lianchi Primary School，with the apparent dip angle of 56°～73°，while the west branch(F1－1)has an apparent dip direction of SE/E/S and the apparent dip angle of 38°～66°.The seismic results showed that both of the east and west branches of Pudu River Fault have the apparent dip direction of SE/E and apparent dip angle of 75°～80°in Yuxi basin(He et al.，2012)，which are slightly different from our results.

Pudu River Fault，electrical resistivity tomography，electrical structure

P631.3+25

A

0253－4967(2012)03－0467－10

10.3969/j.issn.0253 － 4967.2012.03.008

2012－04－11收稿，2012－06－29改回。

中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務專項“云南玉溪、江川和通海盆地盆山過渡帶結構電阻率層析成像探測”(DQJB11C16)資助。

朱濤，男，1973生，1997年畢業(yè)于西安石油學院石油工程專業(yè)，2000年在中國地震局蘭州地震研究所獲固體地球物理學碩士學位，2004年在中國地震局地球理研究所獲固體地球物理學博士學位，2006年從中國地震局地質研究所博士后站出站，副研究員，主要從事地球動力學、地震電磁關系模擬實驗和電阻率層析成像研究，電話:010－68729112，E－mail:zxl_tao@yahoo.com.cn。