地球物理学报  2012, Vol. 55 Issue (4): 1400-1410   PDF    
广西龙滩库区深部孕震结构大地电磁探测研究
詹艳1 , 王立凤1 , 王继军1 , 肖骑彬1 , 莫青云2     
1. 地震动力学国家重点实验室(中国地震局地质研究所), 北京 100029;
2. 广西地震局龙滩台网中心, 广西 天峨 547300
摘要: 在广西龙滩库区布置2条北北西-南东东向大地电磁探测剖面进行了32个测点的观测,观测频段为320 Hz~1000 s.对2条剖面上测量和计算得到的各种电磁参数、深部电性结构图像以及库区地质构造、岩性和水域分布等进行分析研究.结果显示库区发育的6条断裂在电性上表现为不同程度的电性差异边界,其中拉浪—达良断裂和拉色—辉马断裂为库区主要断裂带.库区深部电性结构总体表现为纵向上自地表到20 km深度呈现高—低—高的波浪起伏的三层结构,横向上呈明显的高低电阻块状组合样式.龙滩库区4个地震丛集区的震源都位于高、低电阻接触带附近,其中3个地震丛集区的震源位于低阻特性的石炭系地层的下部,为岩溶水体诱发地震;发生最大震级的地震丛集区的震源位于上宽下窄似"铆钉状"的高阻体下部,推测是因水库蓄水后水体压力增大和库水渗透作用下在聚集高变形能的脆性高电阻体内部发生的地震.
关键词: 广西龙滩水库      深部电性结构      水库地震     
Electromagnetic survey of the seismogenic structures beneath the Longtan reservoir in Guangxi Province
ZHAN Yan1, WANG Li-Feng1, WANG Ji-Jun1, XIAO Qi-Bin1, MO Qing-Yun2     
1. State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China;
2. Longtan Network Center, Guangxi Earthquake Administration, Tian'e, Guangxi 547300, China
Abstract: A magnetotelluric (MT) survey was carried out at 32 sites along two NNW-SEE trending profiles across the Longtan reservoir in Guangxi Province, with a measurement frequency band 320 Hz~1000 s. From the acquired MT data, electromagnetic parameters and images of deep electric structure beneath the study area were obtained, allowing us to conduct an integrated analysis of the seismotectonics in combination with geological structure, lithology and water system distribution of this region. The result indicates that there are 6 faults in the reservoir area, which can be identified by difference of electric property, among which the Lalang-Daliang and Lase-Huima faults are the primary fractures. The electric structure below the reservoir can be described by a three-layer model which is characterized by high-low-high values from the surface to depth 20m in vertical direction. In horizontal direction, the structure exhibits a pattern of combined blocks with high and low resistivity values. The sources of 4 earthquake clustering areas all lie nearby the boundary between high and low resistivity zones, of which the 3 sources are located in the lower portion of the Carboniferous stratum with low resistivity, attributed to induced events associated with water in karsts. The seismic event with the maximum magnitude occurred within the lower high-resistivity body, of which the width tapers downward. It is speculated that the earthquakes in this reservoir can be attributed to strain accumulation in the high-resistivity body due to the increase of water pressure after water storage and the water permeation..
Key words: Longtan reservoir in Guangxi      Deep electric structure      Induced earthquake     
1 引 言

近几十年来,随着国内外大型水库的不断兴建,出现了很多水库蓄水诱发地震的例子,很多事实说明水库蓄水会引发地震[1-6].水库诱发地震的发生与库区的深部地质构造条件、断裂发育、岩性分布、水文地质构造等密切有关[7-14].库区蓄水后由于渗透、自重等因素会使得库区下部介质属性(电性/波速)发生变化,采用地球物理观测技术在水库加卸载过程中观测这些属性的变化,进而研究其变化与库区诱发地震的关系,是当前水库诱发地震开展的重要研究方向之一[615-16].

广西龙滩水库是目前国内仅次于长江三峡电站和在建的金沙江溪洛渡电站的特大型水电工程.龙滩水库自2006年10月开始蓄水,2008年蓄水水位达到最高蓄水深度375 m.库区在水库蓄水前仅有少量的地震活动,随着水库蓄水,库区地震频繁发生,至今龙滩遥测地震台网记录到上千次地震,其中最大一次地震发生于2007年7月17日,震级为犕L4.6,犕L3.0以上地震4次[17-18].2006—2007年度发生的水库诱发地震精定位结果显示,龙滩库区地震主要分布在水库蓄水后先淹没的5 个深水区,明显成丛于5个区域,即罗妥(丛Ⅰ)和八茂(丛Ⅱ)、坝首(丛Ⅲ)、拉浪(丛Ⅳ)和布柳河(丛Ⅴ)地震丛集区(图 1),这些地震的震源优势深度在7~10km[19-20].鉴于龙滩水库新建工程的地震安全重要性,在龙滩水库区利用地球物理技术对库区深部结构进行探测研究,为龙滩水库诱发地震类型的确定、库区地震安全、水库地震发生环境及机理研究提供深部资料.水的渗透对地下介质的电导率属性有极大的影响,大地电磁方法对深部介质电导率变化反映最灵敏、分辨力最高[21-22],广泛应用于地震区深部孕震构造环境和断裂带内部结构探测研究[23-34].在科技部支撑项目的支持下利用大地电磁方法于2009 年在龙滩库区开展深部电性结构探测研究,并于2009—2010年2 个库水加卸载进程中实施了5 次电磁定点动态观测,力图探测得到龙滩库区深部孕震构造环境和库水加卸载进程中深部介质电阻率值的变化特征,进而讨论库区电性结构随水渗透过程的变化,为分析研究先存构造环境对水库诱发地震发生地点、地震类型及水库诱发地震最大强度等问题研究提供深部结构依据.本文将介绍横跨龙滩库区及其4个地震丛集区的两条大地电磁剖面的探测研究结果.

2 研究区构造背景和大地电磁剖面位置

广西龙滩水库库区横跨广西天峨县和贵州罗甸县,地处云贵高原南缘向桂西北山区与丘陵过渡的斜坡地带,地势北高南低呈阶梯式下降.库区主要由南盘江、北盘江、布柳河、曹渡河、蒙江和红水河上游组成.龙滩库区研究区域约为北纬24.8°—25.6°,东经106.3°—107.5°(图 1).

图 1 广西龙滩库区地形地貌、地质构造简图其大地电磁测点位置 Fig. 1 Map showing toporaphy . tectonics and magnetotelluric sites in the Guangxi longtan reservoir area

龙滩水库电磁探测研究区内主要出露二迭系(P)和三迭系(T)地层[35].库区岩溶发育极盛,地袭峰、石山、漏斗、落水洞、溶蚀洼地和谷地到处可见,断层间有挤压破碎带存在,裂隙和岩溶裂隙泉沿断层呈线状分布,构造上存在强烈的破碎现象[36-37].区内主要发育规模大小不一的6 条断裂,从西往东依次为罗甸—望谟断裂(F1)、里洛—白塘断裂(F2)、拉浪—达良断裂(F3)、龙凤—八腊断裂(F4)、天峨—金谷断裂(F5)、拉色—辉马断裂(F6)[35].其中罗甸—望谟断裂(F1)、里洛—白塘断裂(F2)为区内主要断裂带,走向为北北东方向(约NE30°),延伸长约几十公里;拉浪—达良断裂(F3)近南北走向,延伸仅约13km;龙凤—八腊断裂(F4)和天峨—金谷断裂(F5)都为北东东走向,延伸长约30km.拉色—辉马断裂(F6)位于研究区最东端,近南北走向,延伸约20km.龙滩库区5个地震丛集区中的罗妥(丛Ⅰ)和八茂(丛Ⅱ)地震丛沿里落—白塘断裂(F2)分布,并分别位于南盘江和蒙江水域,坝首(丛Ⅲ)和拉浪(丛Ⅳ)地震丛分布在拉浪—达良断裂(F3)南北两端,分别位于红水河和曹渡河水域.

考虑到研究区地质构造走向基本为北北东方向(约NE30°),两条大地电磁探测剖面沿约北西西—南东东向(约NW60°)布置,两条电磁剖面基本平行,其中A 剖面西北起于贵州境内的立亭,向东南经过八茂、拉中,东南止于广西的龙腊,剖面全长约74km,穿过八茂(丛Ⅱ)和拉浪(丛Ⅳ)地震丛集区,自北西西到南东东横跨罗甸—望谟(F1)、里洛—白塘(F2)、拉浪—达良(F3)和拉色—辉马断裂(F6).B剖面位于A 剖面西南侧,西北起于贵州境内的罗苏以西,向东南经过罗妥、拉当,东南止于广西的板别,剖面全长约94km,穿过罗妥(丛Ⅰ)和坝首(丛Ⅲ)两个地震丛集区,自北西到南东横跨罗甸—望谟(F1)、里洛—白塘(F2)、拉浪—达良(F3)、龙凤—八腊(F4)、天峨—金谷(F5)和拉色—辉马断裂(F6).

3 数据观测和处理 3.1 野外资料观测

两条大地电磁剖面横跨的龙滩库区地处贵州和广西两省交界,水库蓄水后使得区内原有的良田和较平缓的山间平地及其大量公路淹没,地形、交通复杂,水库发电电网、小型发电站、高压线、变电站以及区内处于灰岩地区,多溶洞、暗河等特殊构造,这些因素对电磁数据野外采集工作带来了极大困难,同时很多测点位置车辆无法通行,需要人工搬运仪器到测点.

大地电磁测深剖面野外数据采集在2009 年5月到6月之间进行,完成了24 个测点的野外采集,2009年12月在某些地段补测了8 个测点,最终获得大地电磁测点32个,A 和B 剖面分别有16个测点,测点位置见图 1.大地电磁野外观测两个相互正交的南北和东西方向的水平电场分量(ExEy和水平磁场(HxHy以及一个垂直方向的磁场(Hz).野外资料采集使用加拿大Phoenix 公司的MTU-5A仪器,使用“Robust"技术进行资料处理[38-39],得到的大部分测点资料有效周期范围是0.003~1000s.

3.2 电性构造走向和维数特征分析

要得到库区定量化的深部电性结构图像需要进行反演,当前大地电磁主流反演仍然基于二维反演,因而在进行二维反演之前需要仔细分析和确定研究区的地下电性结构走向和二维特征,以分析判断采用二维反演所获得深部电性结构图像对真实地下结构的揭示程度.研究区电性构造走向的判别可以结合电性最佳主轴方位角和研究区已知的地质构造走向资料来分析,区域二维特征可利用区域二维偏离度数值大小来判断[21].对龙滩库区两条大地电磁剖面数据,运用了可视化大地电磁资料处理和解释集成系统“MTDATAMNG"[40]进行处理,采用相位张量算法[41]计算了两条剖面各测点的二维偏离度和区域最佳主轴方位角.图 2 中的上图给出了A02、A05、A07、A11、B02a、B05、B07a和B12测点的相位张量区域最佳主轴方位角玫瑰花瓣图以及研究区构造图.图 2中的下图分别是A 和B条剖面各测点的相位张量二维偏离度(skewness)随频率变化的等值线图.

图 2 龙滩库区A 和B剖面上A02、A05、A07、A10、B02a、B05、B07a、B12 测点的 相位张量最佳主轴方位玫瑰花瓣图(a)和相位张量二维偏离度(skewness)等值线图(b) Fig. 2 The rose diagrams (a) of geoelectric strike directions using the phase tensor technique at A02、A05、A07、A10、B02a、B05、B07、B12 site and skewness (b) of phase along the A line and B line in the Guangxi longtan reservoir area

图 2中可见两条剖面各测点的相位张量二维偏离度数值自高频到0.01Hz频段内都几乎小于0.2,在频率0.01~0.001 Hz之间的二维偏离度数值大多在0.2~0.3之间,说明在频率0.01Hz以上高频段的地下结构近似二维结构,在0.01~0.001Hz之间地下电性结构近似二维特性稍差[42].图 2中上图可见A02、A05、A07和B02a、B05、B07a测点自高频到低频的最佳主轴方位角基本指向北北东—北东方向,与北北东—北东走向的区域构造一致.A11、B12测点分别位于A 和B剖面的最西端,两个测点的主轴方位角指向都近似南北或者北北西方向,与该段南北—北北西的构造(F6)走向一致.这说明龙滩库区的电性构造走向与区域构造走向具有较好的一致性,即在断裂带F6 以西区域构造走向主体为北东走向,在断裂F6附近及其以东区域接近南北向.由于龙滩库区大地电磁主要探测目标区域位于F6断裂以西区域,北西西向布置的A 和B 电磁剖面基本与北北东向构造走向垂直,即沿北北西剖面方向(NW60°)进行二维反演得到的电性结构可以一定程度揭示探测目标区的较真实深部结构特征.

3.3 视电阻率曲线特征

上述对两条剖面各测点相位张量二维偏离度和最佳主轴方位角说明沿北西西—南东东方向(约NW60°)布置的两条相互平行的大地电磁探测剖面方位基本垂直于区域主要构造走向,相位张量二维偏离度数值大小说明沿剖面在高频到周期几百秒左右地下结构具有二维特性,表明沿剖面进行二维反演计算得到的自浅层到地下一定深度的电性结构能较好反映出地下结构特征.据此对A 和B 条剖面各测点阻抗参数在南北和东西实测方位的基础上向东旋转30°,即旋转NE30°得到的视电阻率和阻抗相位数据是平行构造走向的TE 模式数据,与之垂直的NW60°的视电阻率和阻抗相位数据是垂直构造方向的TM 模式数据.

对A 和B两条剖面32个测点的TE 和TM 模式的视电阻率曲线特征和数值进行分析和比较,可以初步了解剖面跨过区域的主要深部电性结构特征.图 3给出了2个剖面相对应位置不同构造单元上8 个测点(A01、A05、A07、A09、A12、B02、B05、B07、B08、B13)的TE 和TM 两个方向的视电阻率和阻抗相位曲线.其中A01、B02测点位于罗甸—望谟断裂(F1)以西区域,A05和B05测点位于罗甸—望谟断裂(F1)和里落—白塘断裂(F2)之间区域,A07和B07 位于里落—白塘断裂(F2)和拉浪—达良断裂(F3)之间区域,A09和B08测点位于拉浪—达良断裂(F3)和拉色—辉马断裂带(F6),A12 和B13位于拉色—辉马断裂带(F6)以东区域.

图 3 10个典型测点实测的视电阻率(${{\rho }_{\text{a}}}$)、阻抗相位($\phi $)曲线图(红色:TE 模式;黑色:TM 模式) Fig. 3 Typical curves of apparent resistivity (${{\rho }_{\text{a}}}$).impedance phase ($\phi $) for 10 sites along the profile (Red empty cricle:TE model ;Black solid circle :TM model)

结合龙滩库区地层出露[35]情况,分析各测点的视电阻率曲线形态和数值,可以看出龙滩库区的深部电性特征在拉色—辉马断裂带(F6)东、西两侧有明显不同.

在拉色—辉马断裂带(F6)东、西两侧测点上视电阻率数值和形态存在明显的差别,F6断裂东侧区域测点(A12、B13)的视电阻率曲线数值自高频到低频都在几十欧姆米之下,而F6西侧区域的各测点的视电阻率曲线数值则表现为在高频段电阻率值在约几百欧姆米以上.地质资料显示电磁剖面测点跨过的区域在F6 断裂东侧出露的主要是石炭系地层,西侧大部分区域出露的是三迭和二迭系地层,电磁观测结果说明以灰岩为主的石炭系地层的电性特征明显不同于以砂页岩为主的二迭和三迭系地层[35].

进一步观察拉色—辉马断裂(F6)以西区域各测点(A01、A05、A07、A03、B02、B05、B07、B08)的视电阻率曲线.该区域地表出露的是二迭和三迭系地层,这些区域内各测点视电阻率曲线形态和数值总体表现为在高频段电阻率值约在几百欧姆米以上,并随着频率减小视电阻率减小然后升高的特点,说明在拉色—辉马断裂(F6)以西区域的深部电性结构总体具有高—低—高的特征,即浅层为高电阻率对应于出露地表的砂页岩为主的二迭、三迭系地层,在地下一定深度普遍表现为低电阻特性,在低阻层之下视电阻率值略升高.但是在不同地段上测点的视电阻率曲线减小的频段范围和极小值不同,罗甸—望谟断裂(F1)以西区域(A01、B02)和里落—白塘断裂(F2)到拉浪—达良断裂(F3)之间区域(A07、B07)测点的视电阻率曲线数值和形态相似,自频率10Hz左右两个方向的视电阻率曲线都开始降低,到0.01Hz左右视电阻率值减小到1Ωm 然后再升高;罗甸—望谟(F1)到里落—白塘断裂(F2)(A05、B05)、拉浪—达良(F3)到拉色—辉马断裂带(F6)(A09、B08)之间测点的2个方向的视电阻率曲线形态虽有些不同,但也可表现为在高频段为相对高阻、在频率1Hz左右最低,然后随频率减小再升高的特征.说明在拉色—辉马断裂(F6)以西区域,虽总体为高—低—高深部电性结构,但是在不同地段其埋深不同.

4 二维反演和库区深部电性结构特征

前述了两条电磁剖面布置方位基本垂直与地质构造走向,使用旋转NE30°的平行测线方向(即TM模式)和垂直测线方向(即TE 模式)的视电阻率和阻抗相位数据进行二维联合反演,反演结果可以较大程度反映出较真实的地下结构特征.在进行二维反演之前,对TE 和TM 模式的视电阻率曲线和阻抗相位曲线进行了静位移分析,对两条测线上位于同一地层上的各测点高频段视电阻率数值进行统计分析,最后判断了发生静位移的测点并进行了校正,作为二维反演计算的基本数据进行二维反演.通过比较多次二维反演模型、反演得到的理论响应和实测数据的拟合情况,对部分测点静位移参数进行了调整,表 1中给出了具体进行静位移校正的测点和校正系数.

表 1 静位移校正因子参数表 Table 1 Static shift correction factors for A and B lins

在二维反演计算开始之前,对两条剖面各测点TE 和TM 模式的视电阻率、阻抗相位曲线上偏离的“飞点"采取加大误差的办法,以减少这些“飞点"在反演计算中的权,对其他频点的视电阻率和阻抗相位数据则分别使用5%和2.5%的误差.整个计算过程在“MTDATABASE"大地电磁数据处理反演集成系统[43]下进行,采用电阻率为100Ωm 的均匀半空间作为初始模型,使用带地形的NLCG 二维反演方法[44]对两条剖面的TM 和TE 两个模式的观测数据进行联合反演.使用多个Tau值进行反演计算,通过分析比较每次反演得到的视电阻率和阻抗相位曲线和原始视电阻率和阻抗相位曲线的拟合程度、最后的拟合误差值以及反演模型的光滑程度,综合判断最后选择了Tau=3 的反演结果,A 剖面最后总体拟合误差rms为4.4,B剖面为3.3.

图 4给出了2条剖面二维反演得到的理论响应和实测的视电阻率和阻抗相位数据直方柱状对比图,图中空白部分为不参加反演的“飞点".从图 4中可见实测的视电阻率、阻抗相位数据与二维反演计算得到理论响应在高频到频率0.01Hz频带拟合情况较好,沿剖面二维反演得到的深部电性结构可以一定程度揭示该区的地下真实结构.

图 4 A剖面(a)和B剖面(b)观测的TM和TE模式视电阻率和阻抗相位与2-D模型理论响应值的比较(al)观测丁M视电阻率;(a2)观测丁M阻抗相位;(a3)观测丁E视电阻率;(a4)观测丁E阻抗相位.(a5)计算丁M视电阻率;(a6)计算TM阻抗相位;(a7)计算TE视电阻率;(a8)计算TE阻抗相位.(b)图中的说明与(a)相同. Fig. 4 Comparison of TE and TM apparent resistivity and impedance phase of measured values and calculated values from 2-D theoretical response along A (a) and B (b) profiles (al) Measured pa in TM model; (a2) Measured 0 in TM model; (a3) Measured pa in TE model; (a4) Measured 0 i n TE model; (a5) Calculated pa n TM model ; (a6) Calculated 0 in TM model; (a7) Calculated pa in TE model; (a8) Calculated 0 m TE model. (b) of the same

图 5给出了沿A 和B剖面自地表到深度20km反演得到的二维电性结构图像.根据地质构造图上断裂带在地表出露的位置,在图 5中的A 和B 剖面上分别标识出F1 到F6 断裂的位置以及跨过库区河流的位置.A 剖面上的蒙江和曹渡河的位置分别与里落—白塘断裂(F2)、拉浪—达良断裂(F3)位置基本重合.B 剖面上的南盘江与里落—白塘断裂(F2)重合,红水河的位置在B08号测点附近.在图 5中也放置了2006—2010年龙滩库区地震精定位结果[19],其中在A 剖面放置的地震个数是垂直A 剖面两侧约0.08°范围的地震个数,在B 剖面放置的地震是基本沿B剖面西南侧0.1°范围的地震个数.图 5中放置的地震是按照地震震级大小以不同大小黑色实心圆区分.从两条剖面的深部电性结构图像可以了解该区断裂带、地震丛集区以及库区的深部电性结构特征.

图 5 广西龙滩水库区A剖面(a)和B剖面(b)二维电性结构图 F1:罗甸一望漠断裂(Luodian-Wangmu Fault) ; F2 :里落一白塘断裂(Liluo-Baitang Fault) ;F3 :拉浪一达良断裂(Lalang-Daliang Fault); F4 :龙凤一八腊断裂(Longfeng -Bala Fault );F5:天峨一金谷断裂(Tian’e-Jingu Fault) ; F6 :拉色一辉马断裂(Lase-Huima Fault) Fig. 5 2-D geo-electrical structure model obtained by the NLCG along the A (a) and B (b) profiles in the Guangxi Longtan reservoir area

断裂带特征:A 和B 剖面都跨过罗甸—望谟断裂(F1)、里落—白塘断裂(F2)、拉浪—达良断裂(F3)、拉色—辉马断裂带(F6),B 剖面跨过龙凤—八腊断裂(F4)、天峨—金谷断裂(F5),从2 条剖面的电性结构结果图 5中可看出了龙滩库区内这6条主要断裂向深部的延展规模.罗甸—望谟断裂(F1)和里落—白塘断裂(F2)在浅表到深度1km 左右两侧都显示为高阻,在深度1km 下断裂两侧的电性有差异,其中F1 西侧为低电阻、东侧为高电阻,电性差异可延伸到深度7km 左右;F2西侧为高阻、东侧为低阻,电性差异带可延伸到深度2~3km 左右.拉浪—达良断裂(F3)和拉色—辉马断裂(F6)为明显高、低阻差异带,向下延伸可达到15km 左右,是库区发育的主要断裂带.龙凤—八腊断裂(F4)和天峨—金谷断裂(F5)只有B 剖面跨过,两条断裂表现为高低电阻边界带,但是电性差异只是向下延伸到1~2km 深度,说明这两条断裂带规模较F3 和F6小.

深部电性结构特征:图 5中A 和B 剖面的深部电性结构特征基本相似,两条剖面自浅表到20km深度总体呈现高—低—高的三层电性结构特征,只是这样的三层结构在不同地段发育的深度不同,使得电性结构在横向上显示为高、低阻相间的块状结构.总体来看两条剖面的电性结构特征可分成三段,即拉浪—达良断裂(F3)以西区域(第1段)、拉浪—达良断裂(F3)到拉色—辉马断裂(F6)之间区域(第2段)和拉色—辉马断裂(F6)以东区域(第3段)

第1段:在F3断裂带以西区域的电性结构特征自地表到地下一定深度总体呈现高—低—高电性结构图像,高—低—高电性层的埋深沿剖面自西到东呈波浪起伏状态,使得沿剖面横向上呈现高、低阻相间的块状组合构架.在高、低阻相间的块状结构中仍然清楚地看出沿2条剖面在地下深度普遍存在一低阻层,只是由于存在断裂带的分割,其埋深沿剖面存在起伏,总体深度分布趋势是西深东浅.

第2段:F3—F6之间区域的深部电性结构在A和B剖面的电性结构图像上都很清楚地表现为上宽下窄的形似“铆钉"状高阻体,“铆钉"状体的电性表现为自浅表到深部是高—低—高的电性组成,最深位置分别在A 和B 剖面的A09 和B08 测点附近,深度大约达到8km.在高阻体之下有厚度约2~3km的低阻层环绕,在低阻层之下电阻率又升高.A 剖面和B剖面的电性结构虽都呈现出“铆钉"状的高阻体,但是“铆钉"状的高阻体在2 条剖面上的电性还是有些差异,A 剖面上“铆钉"状的高阻体电性完全为高阻,而B 剖面上“铆钉"状的高阻体的东侧区域的电性稍小于西侧.

第3段:电磁剖面跨过F6 以东区域的范围较小,虽不能充分呈现该区深部电性结构特征,但是从测点视电阻率曲线和反演得到的电性结构可知该区出露的石炭系地层在电性上表现为相对低阻,其下地层表现为高阻.

库区地震分布与深部电性结构特征:A 剖面跨过八茂(丛Ⅱ)和拉浪(丛Ⅳ)地震丛集区,B 剖面跨过罗妥(丛Ⅰ)和坝首(丛Ⅲ)地震丛集区.从图 5 中可见,罗妥地震丛Ⅰ、八茂地震丛Ⅱ和拉浪地震丛Ⅳ的震源集中在深度约8~9km,位于低电阻向高电阻体过渡的区域,地震丛Ⅰ (罗妥)和地震丛Ⅱ (八茂)的震源区位置投影到地表对应于里落—白塘断裂(F2)和南盘江流域、蒙江流域,地震丛Ⅳ (拉浪)的震源区位置投影到地表对应于拉浪—达良断裂(F3)和曹渡河流域.地震丛Ⅲ(坝首)的震源区集中在地下9km 左右的位置,震源附近的电性结构特征则与其他三个地震丛的震源明显不同,位于上宽、下窄似“铆钉"状的高阻体下与低阻过渡的区域,震源投影地表对应红水河流域与其分支交汇的部位,处于龙滩库区水域较宽和水位较深的库首区域.龙滩库区2007年4月17日发生的最大4.6震级的地震就发生在该区域.

5 结论和讨论

横跨龙滩水库库区沿北西—南东向两条大地电磁剖面实施了共计32个测点测量,通过对两条剖面上测量和计算得到的各种电磁参数、反演得到的深部电性结构图像以及库区地质构造、岩性和水库水域分布等综合分析,了解到龙滩库区主要断裂向深部的延展情况和规模、龙滩库区的深部电性结构特征以及库区发生的地震发震位置与其深部电性结构特征具有一定相关性

(1) 龙滩库区的深部电性结构显示了库区发育的6条断裂在深部延展情况和电性特征,拉浪—达良断裂(F3)和拉色—辉马断裂带(F6)为明显高、低阻差异带,向下延伸可达到15km 左右,是库区主要的断裂带.罗甸—望谟断裂(F1)和里落—白塘断裂(F2)在浅表到深度1km 左右两侧都显示为高阻,在1km 下两侧的电性显示出差异,罗甸—望谟断裂(F1)电性差异可延伸到深度7km 左右,里落—白塘断裂(F2)电性差异带可延伸到深度2~3km左右.龙凤—八腊断裂(F4)和天峨—金谷断裂(F5)表现为高、低电阻电性差异带,电性差异带仅延伸到1~2km.

(2) 两条电磁探测剖面结果显示龙滩库区的深部电性结构特征横向上具有明显的三段特点,纵向上自地表到20km 深度的电性结构具有高—低—高的三层结构.其中F3 断裂带以西区域(第1 段)的深部电性结构在纵向上高—低—高的三层电性结构最明显,自西到东在深度2~3km 以下明显存在西深东浅的低阻层;F3 到F6 断裂之间(第2 段)表现为上宽下窄形似“铆钉"状的高—低—高电性结构;F6区域以东(第3段)区域的深部电性结构自地表到深部为低、高阻特征.根据龙滩库区地质资料[35],对比地层岩性和电磁探测结果,可见在F6以西地区广泛出露二迭和三迭系地层,其岩性主要为硅质砂页岩组成,在电性上表现为相对高阻;F6 断裂以东出露的石炭系地层主要是灰岩组成,易于含水,在电性上表现为相对低阻.库区的地层资料[35]表明二迭系地层之下为石炭系地层,在F6 以西区域自浅表到地下一定深度的高—低—高的电性结构中的浅部高阻层即对应于二迭和三迭系地层,其下的低阻层应对应于石炭系地层.

(3) 两条电磁剖面跨过了龙滩库区的4 个地震丛集区.4 个地震丛的震源区垂直投影到地表都位于库区蓄水后水域淹没区的河流拐弯或者汇聚处,亦位于二迭和三迭系地层衔接位置,地震丛Ⅰ、丛Ⅱ和丛Ⅳ分别位于里落—白塘断裂(F2)和拉浪—达良断裂(F3)附近,地震丛Ⅲ 位于龙凤—八腊断裂(F4)的西北侧.深部电性结构显示这4个地震丛集区的震源位置位于高、低电阻边界,其中地震丛Ⅰ、丛Ⅱ和丛Ⅳ的震源位于低阻到高阻过渡边界附近,发生库区最大犕L4.6 级地震的地震丛Ⅲ 的震源区位于上宽下窄的高电阻体下部.基于龙滩库区4 个地震丛集区附近的水域、断裂、岩性、深部电性结构特征等,结合对大量水库诱发地震和水文地质结构的分析研究结果[345-46],对龙滩库区4 个地震丛集区的地震类型和成因分析如下:龙滩库区内的罗妥地震丛(Ⅰ)、八茂地震丛(Ⅱ)和拉浪地震丛(Ⅳ)的震源区位于灰岩组成的具有低阻特性的石炭系地层的下部,推测其成因是由于水库蓄水后库水随断裂破碎带渗透到地下易含水的灰岩石炭系地层中,形成岩溶水体,岩溶含水体的渗透性表现为非均一性和各向异性,易引起孔隙压力在特定方向和特定部位的增高,从而诱发地震,岩溶水体诱发的地震震级相对较小.坝首地震丛(Ⅲ)处于库区水域最宽、蓄水水位最高的坝首区域,其震源区位于具有一定规模的上宽下窄似“铆钉状"高阻体下部,在该区域发生了迄今为止库区最大的4.6 震级地震,推测是由于水库蓄水前,在构造应力场作用下高电阻脆性岩体内容易聚集高变形能,在水库蓄水后水体压力增大和库水渗透作用下引起了脆性断裂,引发的地震.

致 谢

野外数据采集得到江汉石油管理局物探公司711电法队大力协助,赵翠萍研究员提供了龙滩库区地震精定位数据,蒋海昆、单新建研究员在本专题实施过程中给以了具体指导,广西地震局、广西天峨县地震局、贵州罗甸县地震局和当地朴实的村民给予了大力支持,在此一并感谢.

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