龐衛(wèi)東 楊潤(rùn)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(yán)重、人員傷亡最多。地震后，騾馬口場(chǎng)地被選為恢復(fù)重建的主要場(chǎng)所。應(yīng)用高密度電法分別對(duì)魯?shù)檎饏^(qū)龍頭山場(chǎng)地、騾馬口場(chǎng)地進(jìn)行了勘探作業(yè)，初步認(rèn)為勘探場(chǎng)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?yàn)橹鳌｝堫^山場(chǎng)地地層較為破碎，場(chǎng)地內(nèi)存在一洪積扇，是造成其上建筑物破壞嚴(yán)重的重要因素；騾馬口場(chǎng)地地形開(kāi)闊、地勢(shì)平坦，是地震恢復(fù)重建的有利場(chǎng)所，場(chǎng)地內(nèi)存在斷裂活動(dòng)的跡象，建筑選址時(shí)應(yīng)注意避讓。同時(shí)，認(rèn)為高密度電法具有高效快捷，資料分析處理相對(duì)簡(jiǎn)單，便于震后斷裂構(gòu)造快速判斷和場(chǎng)地快速評(píng)估。

關(guān)鍵詞：魯?shù)榈卣穑积堫^山鎮(zhèn)；高密度電法

中圖分類(lèi)號(hào)：P319.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dá)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(yán)重、人員傷亡最多的地方，死亡人數(shù)達(dá)472人。龍頭山鎮(zhèn)財(cái)政所內(nèi)強(qiáng)震臺(tái)記錄到EW向加速度值948 gal（近1個(gè)重力加速度），是我國(guó)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(duì)出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因有必要進(jìn)行深入研究。查明震區(qū)內(nèi)斷裂空間展布、場(chǎng)地條件，可為龍頭山鎮(zhèn)恢復(fù)重建提供參考，為有針對(duì)性地開(kāi)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(yàn)。

高密度電阻率法作為地球物理勘探應(yīng)用的一個(gè)分支，早在20世紀(jì)70年代，英國(guó)學(xué)者就著手研制電測(cè)深偏移系統(tǒng)。80年代后期，我國(guó)地礦等部門(mén)也先后將理論和實(shí)際相結(jié)合的方式開(kāi)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(cè)點(diǎn)多、自動(dòng)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(diǎn)，在國(guó)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(duì)震區(qū)龍頭山鎮(zhèn)場(chǎng)地進(jìn)行探測(cè)，并結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)勘探鉆孔資料，以期獲得場(chǎng)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(shí)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)閿嗔眩?條右階雁列展布的次級(jí)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(jiàn)巖土層電阻率

各種巖石地層在外加電場(chǎng)作用下其導(dǎo)電能力各不相同，導(dǎo)電能力的強(qiáng)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(guò)測(cè)量研究與這些電性差異有關(guān)的電場(chǎng)分布來(lái)查明地下地質(zhì)構(gòu)造。表1為常見(jiàn)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(cè)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(cè)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(dá)100 m。本次勘探工作由于受場(chǎng)地及周邊設(shè)施建筑限制，測(cè)線(xiàn)布置只能因地制宜主要沿河谷布設(shè)，同時(shí)考慮測(cè)區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東和北西向?yàn)橹?，測(cè)線(xiàn)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(gè)場(chǎng)地進(jìn)行勘探作業(yè)，共完成5條測(cè)線(xiàn)、12個(gè)電測(cè)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(kāi)發(fā)的GeogigaRTomo高密度電阻率數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及地形改正后，設(shè)置反演參數(shù)進(jìn)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(jiàn)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(chǎng)區(qū)地處較大斷裂構(gòu)造帶上，多組斷裂交會(huì)，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(chǎng)地

龍頭山勘探場(chǎng)地（圖2）共布設(shè)了2條測(cè)線(xiàn)：LTS-L1、LTS-L2呈十字交叉狀展布，其中，LTS-L1測(cè)線(xiàn)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(gè)電測(cè)剖面組成，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度1 200 m；LTS-L2測(cè)線(xiàn)沿龍頭山干溝自東南向西北布設(shè)，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度600 m。

由LTS-L1反演電阻率剖面（圖3）可見(jiàn)，該測(cè)線(xiàn)整體上可以分為2部分：西南部0～800 m段表現(xiàn)為相對(duì)高阻層，應(yīng)為河流沖積泥沙、礫石及基巖，這與測(cè)線(xiàn)布置在龍泉河河床相對(duì)應(yīng)，該段200～400 m存在一個(gè)電阻率相對(duì)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(shù)斷裂分支的交會(huì)部位（常祖峰等，2014），圖3中紅色三角形標(biāo)注區(qū)域?yàn)橥茰y(cè)斷層破碎帶位置。從LTS-L2反演電阻率剖面（圖4）可見(jiàn)，0～150 m處測(cè)線(xiàn)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(chǎng)，緊鄰測(cè)線(xiàn)，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(duì)應(yīng)層波速>500 m/s，該高阻段應(yīng)該為測(cè)線(xiàn)下方砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r等基巖的反映。同時(shí)鉆孔巖心揭露斷層角礫巖，推測(cè)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(xiàn)標(biāo)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(cè)線(xiàn)右側(cè)與龍頭山鎮(zhèn)政府、財(cái)政所對(duì)應(yīng)，是房屋損毀最為集中、破壞最為嚴(yán)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(cè)線(xiàn)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(chǎng)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(huì)部位，這可能是該區(qū)域房屋損毀最為嚴(yán)重的原因所在。

結(jié)合LTS-L1、LTS-L2測(cè)線(xiàn)反演電阻率剖面及解譯結(jié)果，將LTS-L1測(cè)線(xiàn)之800 m點(diǎn)與LTS-L2測(cè)線(xiàn)之240 m點(diǎn)連線(xiàn)，并將該連線(xiàn)延伸。房屋震害調(diào)查也表明，該線(xiàn)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(yán)重破壞、毀壞，推測(cè)此線(xiàn)可能為昭通—魯?shù)閿嗔呀?jīng)過(guò)龍頭山場(chǎng)地的位置所在，如圖2藍(lán)色虛線(xiàn)所示。

對(duì)于龍頭山場(chǎng)地，電法勘探結(jié)果及鉆孔資料表明該場(chǎng)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(chǎng)地

騾馬口勘探場(chǎng)地（圖6）位于龍頭山勘探場(chǎng)地東北側(cè)，是震后龍頭山鎮(zhèn)恢復(fù)重建的場(chǎng)地。該勘探場(chǎng)地布設(shè)了3條測(cè)線(xiàn)：LMK-L1、LMK-L2及LMK-L3測(cè)線(xiàn)。LMK-L1測(cè)線(xiàn)沿龍泉河北東—北北東向布設(shè)，為L(zhǎng)TS-L1測(cè)線(xiàn)的延伸，由4個(gè)電測(cè)剖面組成，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度1 500 m；LMK-L2測(cè)線(xiàn)自東南向北西垂直于龍泉河布置，由2個(gè)電測(cè)剖面組成，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度900 m；LMK-L3測(cè)線(xiàn)沿北東向騾馬口農(nóng)田布置，由2個(gè)電測(cè)剖面組成，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)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(cè)線(xiàn)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(cè)線(xiàn)布設(shè)方向（北東）看，該處存在北西向構(gòu)造破裂通過(guò)的可能，推測(cè)斷層如圖7虛線(xiàn)標(biāo)示，應(yīng)為騾馬口斷層的反應(yīng)。從LMK-L2測(cè)線(xiàn)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(dòng)跡象，并伴有同生沉積現(xiàn)象，推測(cè)斷層分布如圖8紅色虛線(xiàn)所示。LMK-L3測(cè)線(xiàn)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(jiàn)明顯的斷裂構(gòu)造活動(dòng)痕跡。場(chǎng)區(qū)內(nèi)ZK6（圖6、10）鉆孔資料表明場(chǎng)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。勘探結(jié)果表明騾馬口場(chǎng)區(qū)地形較為開(kāi)闊、地勢(shì)平坦，北西走向騾馬口斷裂從場(chǎng)區(qū)穿過(guò)，通過(guò)電法勘探結(jié)合LMK-L1測(cè)線(xiàn)兩側(cè)地質(zhì)地貌現(xiàn)象，推測(cè)沿該測(cè)線(xiàn)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(chǎng)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(rèn)識(shí)

通過(guò)本次野外高密度電法勘探和研究工作，對(duì)魯?shù)镸S6.5地震震區(qū)龍頭山鎮(zhèn)場(chǎng)地初步形成了以下結(jié)論及認(rèn)識(shí)：

（1）通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、踏勘及電法勘探工作，認(rèn)為魯?shù)檎饏^(qū)龍頭山鎮(zhèn)場(chǎng)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?yàn)橹鳎腋骷?jí)斷裂相互交會(huì)，地層較為破碎?？碧讲槊髁苏淹ā?shù)閿嗔呀?jīng)過(guò)龍頭山場(chǎng)地位置所在。騾馬口勘探場(chǎng)地，由于本次工作只有一條測(cè)線(xiàn)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(shí)，勘探結(jié)果表明沿LMK-L1測(cè)線(xiàn)存在山前斷裂活動(dòng)的跡象。

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

（3）龍頭山場(chǎng)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(chǎng)所成為魯?shù)镸S6.5地震房屋損毀最為嚴(yán)重的區(qū)域。在今后的建筑選址及工程抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)該注意此現(xiàn)象。

綜上，通過(guò)對(duì)魯?shù)镸S6.5地震極震區(qū)場(chǎng)地（龍頭山場(chǎng)地、騾馬口場(chǎng)地）開(kāi)展高密度電法勘探，對(duì)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(rèn)識(shí)，并依據(jù)勘探結(jié)果對(duì)建筑物造成嚴(yán)重破壞的原因進(jìn)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(duì)性地開(kāi)展防震減災(zāi)工作提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。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(duì)簡(jiǎn)單，便于震后斷裂構(gòu)造快速判斷和場(chǎng)地快速評(píng)估。

兩名審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出了十分中肯的修改意見(jiàn)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