薛曉東，趙晉泉，曾金艷

（山西省地震局，太原 030002）

0 龍祠臺地貌及地層

龍祠臺及水準觀測線處于臨汾盆地西部席坊溝洪積扇上［1］（圖1），海拔高程為502～515m，北部、西部較高，東南部較低，相對高差13 m。臺站西部為侵蝕、溶蝕基巖山區(qū)，屬羅云山中等隆起區(qū)，羅云山隆起區(qū)屬區(qū)域鄂爾多斯斷塊隆起區(qū)的一部分，為中等強度隆起區(qū)，平均海拔1 200m 左右，山峰多在1 700m 以上，最高峰海拔達1 946m，形成侵蝕中山地貌。自新生代以來，該隆起區(qū)一直處于整體均勻、緩慢抬升狀態(tài)，基巖裸露，由奧陶系、石炭系、二迭系地層組成，與東側(cè)臨汾斷陷盆地的相對高差大于500m。隆起區(qū)內(nèi)新構(gòu)造差異運動較弱，分布在離石斷裂的南段。離石斷裂形成于中生代燕山運動，新生代以來尤其第四紀晚更新世以來活動趨于穩(wěn)定。隆起區(qū)內(nèi)無級以上地震發(fā)生。因此，羅云山隆起區(qū)是一相對穩(wěn)定的新構(gòu)造單元，不具備發(fā)生M≥6級地震的構(gòu)造條件。臺站附近該隆起內(nèi)主要出露地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（02s）石灰?guī)r，次為石炭系本溪組（C2b）“山西式鐵礦”、鋁質(zhì)頁巖等，石炭系太原組（C3t）黑色頁巖、煤層等，均分布于羅云山斷裂帶中，巖層破碎。

基巖山以東為臨汾盆地，兩者以羅云山斷裂為界。席坊溝洪積扇的中心位于席坊溝，扇頂海拔高530m，堆積物質(zhì)主要為砂礫石，由扇頂向南北兩側(cè)海拔高程逐漸降低，臺站位于扇南1km 處，堆積物主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）褐黃色粉土，厚3～5m，水平層理明顯，下部為第四系上更新統(tǒng)（Q3）褐黃土粉土、粉質(zhì)粘土、砂礫石。在Bm3號水準觀測點西部3m 處有一明顯的黃土陡坎，走向NE40°左右，線性較強，高1～3m。龍祠臺Bm1、Bm2號水準點位于基巖山區(qū)，Bm3、Bm4號點位于臨汾盆地。

在龍祠臺站附近分布有2條地裂縫［2］，一條分布于距邊山30 m 處，走向40°左右，與羅云山斷裂平行，長約1km。另一條地裂縫位于Bm3 號水準點東側(cè)7m 處，斷續(xù)延伸長約90m，是2009年Bm3點持續(xù)沉降以來形成的地裂縫，與Bm3點西部的隱伏斷裂平行，該地裂縫開裂寬度為3～8 mm，地裂縫的開裂面向西傾斜，傾角70°～80°，與西部斷裂在剖面上形成“Y”字型組合。

勘察區(qū)屬龍祠泉域，龍祠泉為羅云山斷裂帶中的巖溶斷層泉，受到距邊山120 m 左右的斷層控制，該斷層與龍祠臺站東部新發(fā)現(xiàn)的斷層為同一條斷層，泉水水位海拔高程為774m，龍祠臺站地下水位海拔高程為775 m，高于龍祠泉1 m。位于Bm3點附近斷層為地下水的主要疏水通道。

2 龍祠臺附近斷層

根據(jù)地貌及地層調(diào)查，龍祠臺及水準觀測線均位于羅云山斷裂帶上。

（1）羅云山斷裂概況

圖1 龍祠地震臺水準點附近地質(zhì)勘察工程布置及地形地質(zhì)圖

羅云山斷裂沿臨汾盆地西緣發(fā)育，北起萬圣寺一帶，經(jīng)土門、峪里、尉村、范家莊至西硙口，總體走向NNE，在范家莊弧形轉(zhuǎn)為NWW 向，全長120 km。該斷裂是由一系列斷層組成的復(fù)雜斷裂帶，它被3條NW 向斷層分割成5 段，即土門以北段、土門－峪里段、峪里－尉村段、尉村－范家莊段和范家莊－西碨口段。

（2）龍祠臺附近地表出露的斷裂

圖2 龍祠臺Bm2號水準點山洞中的斷裂錯斷第四紀中更新世地層（下部為由石灰?guī)r組成的斷層角礫）

龍祠臺站位于羅云山斷裂帶土門－峪里段，由多條斷層平行展布。臺站邊山出露的斷裂為羅云山斷裂帶中的西部斷裂，在龍祠臺Bm2號山洞錯斷的最新地層為第四紀中更新世地層（圖2），該斷層沿邊山展布，破碎帶寬5～15m ，破碎帶西側(cè)均為石灰?guī)r和角礫巖，角礫巖中仍有斷層面展布，東側(cè)的上部為第四紀中更新世的洪坡積物，為淺紅色粉質(zhì)粘土及礫石層，下部為石灰?guī)r角礫組成的破碎帶。

3 二、三維高密度電法對龍祠臺附近隱伏斷裂勘察

為了查明臺站附近羅云山斷裂的分布狀況，本次勘察共布設(shè)二維高密度電阻率勘探測線4條，即D1、D2、D3和D4，共1 210m，根據(jù)二維高密度電阻率勘探測線的反演結(jié)果又布置了三維高密度電阻率勘探測線1條［3－4］，即D5。高密度電法勘探采用中裝集團重慶奔騰地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WDA－1超級數(shù)字直流激電儀，電極距為5.5m。測線位置見圖1。

3.1 二維高密度電阻率勘探

（1）測線D1長330m，方向140°，從2號水準點洞口開始，電極距5.5m。在3號水準點西3m 處出現(xiàn)一個明顯的低阻異常（20～40Ω·m），傾向東，傾角約60°，低阻層西側(cè)的下部高阻為奧陶系（02）石灰?guī)r層，出現(xiàn)了一個明顯的由高阻層組成的三角面，其東部均為低阻，從反演圖的形態(tài)分析剖面中的低阻層為斷裂（圖3）。

圖3 測線D1高密度電法反演剖面圖

（2）測線D2長330m，方向110°，從龍祠臺北圍墻開始，電極距5.5m。在125m 水渠邊處出現(xiàn)一個明顯的低阻異常（20～40Ω·m），傾向東，傾角約60°，與1測線形態(tài)一致，從反演圖的形態(tài)分析剖面中的低阻層為斷裂（圖4）。

圖4 測線D2高密度電法反演剖面圖

（3）測線D3長330m，方向140°，從龍祠臺南圍墻開始，電極距5.5m。在115m 處出現(xiàn)一個明顯的低阻異常，與1測線形態(tài)一致，從反演圖的形態(tài)分析剖面中的低阻層為斷裂（圖5）。

（4）測線D4長220m，方向140°，從工作區(qū)北部邊山起，電極距5.5m，從反演圖的形態(tài)分析電阻值近水平，未發(fā)現(xiàn)斷裂（圖6）。

圖5 測線D3高密度電法反演剖面圖

圖6 測線D4高密度電法反演剖面圖

3.2 三維高密度電阻率勘探

測線D5以3號水準點為中心，電極距5.5m，X 軸長約為55m，Y 軸長約為66m，測深19.1m。布線方式見圖7，反演圖見圖8～圖10。

圖7 三維高密度電法勘探電纜及電極排列示意圖

圖8、圖9為X－Z切面圖，由各方向切面圖可看出，揭露的電性特征比較明顯，在6號斷面（即Y距離27.5～33.0m）范圍內(nèi)出現(xiàn)桔黃色高阻點，可清楚地判斷出是由于Bm3號水準點形成的高阻點。圖10為水平切面圖，從圖上可以看出，在測試深度范圍內(nèi)斷層沿Y 軸貫穿測網(wǎng)，斷層沿走向、傾向形成的低阻異常也非常明顯，并反映了斷層在不同高度的位置及形態(tài)?？梢悦黠@看出斷層的上斷點已接近地表。

3.3 二、三維高密度電阻率勘探反演小結(jié)

二維高密度電阻率勘探測線D1～D3所確定的斷層位置距邊山125 m 左右，三點位于一條直線上，走向40°，斷層傾向130°，傾角60°～70°。從三維高密度電阻率勘探測線D5反演圖中可清楚地看到Bm3號水準點形成的高阻點及斷層沿走向、傾向形成的低阻異常，并反映了斷層在不同高度的位置及形態(tài)，表明斷層的上斷點已接近地表。

綜合二、三維高密度電阻率勘探反演結(jié)果，可以得出斷層下盤基巖埋深為46～55m，基巖之上為上更新統(tǒng)－全新統(tǒng)松散堆積物。上盤測試深度內(nèi)（55.6m）未見基巖，均為上更新統(tǒng)－全新統(tǒng)松散堆積物。斷層上斷點已近地表，埋深約2～3m。斷層帶的上部為含水的土體，下部為富含飽和水的松散層，地下水位埋深約35～40m。

圖8 三維高密度電法勘探沿Y 軸切片反演圖

圖9 三維高密度電法勘探沿Y 軸切片反演圖

圖10 三維高密度電法勘探水平切片反演圖

4 Bm3號水準點巨幅沉降的原因分析

（1）根據(jù)三維電法勘探結(jié)果，初步認為，Bm3號水準點位于山前洪積扇中緣，地層巖性主要為全新世黃褐色亞砂土，該土層具有濕陷性，下部存在砂卵石。

（2）在Bm3點的下方11～19.1m（測試深度）處發(fā)現(xiàn)一明顯低阻體，據(jù)分析，該低阻體電阻值約為20Ω，比周圍的電阻值低20Ω。經(jīng)分析認為，該低阻體比周邊土層的含水量高。

（3）根據(jù)二維電法勘探結(jié)果，認為在Bm3點下方有一正斷層，該斷層為羅云山斷裂帶的東部斷裂，上斷點接近地表，為全新世活動斷裂，下部有一低阻體，35m 以下為一個地下水的疏水通道，為斷層巖溶水，斷層的活動改變了原來穩(wěn)定的儲水構(gòu)造，并導(dǎo)致了土體疏松，使上部土層結(jié)構(gòu)遭到破壞，地下水的潛蝕作用增強帶走了部分土體，而引起地面沉降。

5 結(jié)論

（1）高密度電法對地下電結(jié)構(gòu)具有高分辨率，是研究淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)行之有效的方法，三維高密度電法具有比二維高密度電法更高的勘探精度，但由于三維高密度電法測量時間和反演運算時間長等原因，其應(yīng)用受到影響。將二維高密度電法與三維高密度電法結(jié)合使用，才能取得更好的勘探效果。同時，由于某些勘查工程受地質(zhì)地形影響較大，在一定程度上影響勘探測量的精度，所以，結(jié)合勘察區(qū)域的地質(zhì)及其它資料，勘探的準確度會更高。

（2）Bm3 號水準點位于羅云山斷裂帶上，該點及其附近產(chǎn)生的巨幅形變是活動斷裂活動與地下水共同作用的結(jié)果。斷層的活動改變了原來穩(wěn)定的儲水構(gòu)造，并導(dǎo)致了土體疏松，使上部土層結(jié)構(gòu)遭到破壞，地個水的潛蝕作用增強帶走了部分土體，而引起地面沉降。

［1］ 趙晉泉.龍祠臺地形變地震地質(zhì)勘探［R］.山西：山西臨汾形變異常調(diào)查工作暨震情研討會，2010.

［2］ 董東林，姜振泉.析臨汾地裂縫之地質(zhì)成因［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，（1）：34－38.

［3］ 黃杰.高密度電法在覆蓋層厚度探測中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009（4）：19－20.

［4］ 孟凡月，曹均鋒，李光.電阻率層析成像技術(shù)在地震安全性評價中的應(yīng)用［J］.華北地震科學(xué)，2012，30（2）：52－55.