云南玉溪盆地电性结构MT测深研究
周晓峰;鲁来玉;何正勤;武岩
【摘 要】利用大地电磁测深技术探测了云南玉溪盆地的电性结构及可能的断裂构造分布.在与地质构造近垂直的方向,布设了两条测线进行大地电磁观测,应用Rebocc二维反演方法获得了玉溪盆地两条测线的视电阻率剖面.结果显示,低阻体厚度的变化趋势与盆地第四系沉积层平均厚度的变化类似,在盆地西侧,厚度较深,高阻和低阻界面变化较陡.自西向东,低阻体厚度逐渐减小,高低阻界面变化趋势趋缓.总体来说,低阻体厚度比已有资料给出的沉积层厚度要深,导致这一结果的原因一方面可能是盆地沉积层厚度在不同的区域变化较大,另一方面也可能和沉积层下的岩层富含水资源有关.%Magnetotelluric survey has been carried out in the Yuxi basin, Yunan Province, to detect the electrical structure and the location of possible faults in the basin. The survey along two lines, which are nearly perpendicular to the geologic strike, has been performed. Apparent resistivity along the two profiles is inverted by Rebocc inversion method. Results show that the variety of the over layer thickness with low resistivity is similar with the thickness of the Quaternary diment. In the west of the basin, t
he layer thickness with low resistivity is large and the interface between low and high resistivity varies abruptly. From west to east, the thickness reduced gradually. Generally speaking, the thickness of the structure with low resistivity is laiger than the Quaternary diment thickness. This suggests that the thickness of the Quaternary diment has a significant change at different area in the basin. On the other side, such phenomena may also relate to the rich water resource in the rock layer beneath the diment.
【期刊名称】《震灾防御技术》
【年(卷),期】2012(007)004
【总页数】10页(P357-366)
【关键词】玉溪盆地;MT测深;电性结构
【作 者】周晓峰;鲁来玉;何正勤;武岩
【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081
【正文语种】中 文
引言
地震发生时，复杂的局部场地条件对地震波的传播影响很大（高孟潭等，2002；赵成刚等，2007），盆地的场地效应会引起较大的地震地面运动的放大。一个典型的实例是1985年的墨西哥地震，在这次地震中，2次强震对距离震中较近的地区造成了中等程度的破坏，但却对远离震中位于较软的沉积盆地上的墨西哥城造成了严重破坏和经济损失。后来的研究表明，在此次地震中盆地基岩的地震动被放大了6倍甚至更多，地震波在三维盆地内的聚集放大效应是造成严重灾害的根本原因，因此研究三维盆地结构（孙洁等，1989；徐新学，2007），对于了解潜在地震多发区的灾害特征和成灾机理具有重要意义。
云南省玉溪市的玉溪盆地位于地震多发区“南北地震带”南端附近，是沿普渡河断裂发育的一个断陷盆地。普渡河断裂是滇中南北向的一条主干断裂，北起四川宁南附近，向南沿普渡河谷延伸，后经昆明、滇池，过玉溪盆地西侧，终止于峨山之北的曲江断裂（朱炎铭，1997）。1970年1月的通海大地震就发生在曲江断裂上，这次地震造成了巨大的人员伤亡和财产破坏。另外，1999年11月的澄江5.2级，以及2001年7月的九溪5.1级破坏性地震均
发生在该区域。鉴于此，本文选定玉溪盆地作为典型地区“标准模型”建立的试验区，研究玉溪盆地的三维结构。
目前研究盆地三维结构主要依靠地表地质调查和地震学等手段，辅以重磁、电法等手段作为约束。常规的地震勘探是了解盆地及其中分布的断裂特征的重要手段，根据地震勘探数据，或者更精确地结合实际钻孔资料，可以对盆地的速度结构、断裂特征、基底埋深等进行综合的解释推断。然而，由于反演的多解性，有时需要更多的物性参数对反演解释进行约束，电法则是另一种常见的勘探手段，尤其在20世纪50年代，提出大地电磁（Magnetotelluric，MT）勘探方法以来（Cagniard，1952），MT测深法在探测地球深部结构中扮演着越来越重要的角色（Bedrosian，2007；金胜等，2009；Unsworth，2010）。由于盆地中第四系地层及断裂带附近区域（通常裂隙较大，易于含水）与基岩相比，具有较大的电阻率差异，MT方法在探测盆地基底结构（Vozoff，1972；徐新学，2007）和深部找水及金属矿应用中（傅良魁，1991），具有一定优势。
本文主要讨论在云南玉溪盆地开展的大地电磁观测及反演结果，以期在地震、重力等其它手段的基础上，为玉溪盆地三维结构反演以及“标准模型”的建立，提供地下电性结构方面的约束。
1 玉溪盆地地质概况与MT测点分布
玉溪盆地位于云南省玉溪市，四面环山，盆地南北长约23km，东西宽约7—9km，呈狭长趋势。图1为玉溪盆地区域构造纲要图（朱炎铭，1997），该盆地为上新世－第四纪断陷盆地，受普渡河断裂控制明显，普渡河断裂在盆地的西侧，表现为正断性质，断陷中心在春和一带，晚第三纪以来沉积层厚度达可达800m，地层倾角较陡，局部可达70°。盆地东翼地层较为平缓，一般为5°－15°，沉积层厚度也较西翼浅，自西向东在700－100m之间变化。
图1 玉溪盆地构造纲要图（朱炎铭，1997）Fig. 1 Sketch map of geological background of the Yuxi Basin (from Zhu Yanming, 1997)
根据盆地内构造走向，结合当地开展电磁观测的条件以及观测目的，选择玉溪北城区及周边作为主要研究区域。MT测点的分布如图2所示，主要测点构成两条测线：一条测线从盆地西侧山下的九龙池附近沿北东向，经北城至盆地东侧山下的大营附近，本文称为测线A；另一条测线从盆地西侧山下的莲花池向东，经北城和A测线相交，然后沿南东向至盆地东侧山下的木瓜营附近，本文称为测线D。相邻测点的间距一般在200—300m之间，在城
区附近，由于观测条件的限制，间距较大，在500m左右。除两条测线之外，还有一些测点分布在北城东侧两条测线之间，本文主要讨论两条测线的二维反演结果。
图2 研究区内的构造纲要（廖镜明等，2011）和MT测点分布Fig. 2 Map of geological structures (from Liao Jingming et. al., 2011) and distribution of MT survey lines
大部分测点位于盆地内第四系地层之上，盆地内第四系按成因类型可分为湖积、冲积、洪积、坡积、残积等多种类型，各统与下伏上新统呈角度不整合接触。上新统，为湖相、沼泽相和冲积相沉积，主要由半成岩的泥岩、粉砂岩、粘土岩、砂砾岩和褐煤组成，与上覆下更新统整合接触。下更新统，为冲湖积层、砾石和粘土互层，分布在盆地中部的太极山及盆地的边缘，与上新统呈整合接触。中更新统，盆地边缘为坡洪积和冲积层，盆地中部是冲洪积层，与下伏上新统-下更新统呈不整合接触。上更新统，以洪积物为主，分布在盆地的北缘或西北缘，构成盆地边缘的洪积扇。全新统，以郭井—大营街一带发育最好，阶地相对完整。盆地基底主要为前古生界灰岩、白云岩、砂岩和砂质板岩，总体形成一长轴方向为近南北向的向斜构造。
2 数据采集和处理
观测采用德国生产的GMS-07多通道电磁观测系统（于鹏等，2006），该系统可进行MT、AMT、CSAMT以及EMAP网络观测等。数据采集单元为ADU-07，该单元为GMS-07的核心单元，应用自带的GPS进行同步，可以采集多达10道电磁场信号或其它地球物理场信号。标准配置包括5个低频数据采集通道及5个高频数据采集通道，用户可根据勘探深度选取不同的采集通道，并可与网络连接，进行远程操作。电场测量采用防水的不极化电极。磁传感器采用Metronix公司制造的MFS06和MFS07，MFS07的频带范围为1000s-50kHz，MFS06的频带范围达4000s-10kHz。
2011年11月28日—12月27日，在玉溪盆地进行了为期一月的野外观测。采用通常的5通道MT观测，高频记录采样4096Hz，观测时间10min。低频记录采样为128Hz，有效记录长度不少于16h。
测线的勘选是根据盆地的构造走向，结合当地的野外观测条件和电磁干扰等来确定的。尽管如此，在市区近郊进行大地电磁观测，仍然受到诸多干扰因素。为了压制干扰，如果同一时段，有两个或两个以上的测点同时记录，采用远参考或互参考的方法对数据进行处理（Gamble等，1979；杨生等，2002）。视电阻率和相位采用观测系统自带的软件Mapros
进行处理，Mapros可直接读取时间序列，采取不同的技术如选择性叠加、相干叠加、远参考等对数据进行处理，并在处理后的数据中给出不同周期的误差。盆地内构造走向大致呈南北方向，实际观测时传感器采用典型的南北－东西正交观测方案，Ex，Hx为正南北向，Ey，Hy为正东西向。Mpros除了给出视电阻率和相位以外，还可以给出构造的二维偏离度Skewness和描述构造电性主轴的Swift角，绝大部分测点的Skewness值均小于0.3，一般在0.1—0.2之间，说明电性结构可以用二维模型近似。通过对 Swift角的分析，测区构造电性主轴方位和测线之间的夹角基本在 0°－30°之间，一般小于 15°。因此，按照布设方案以及结合构造走向，Mapros处理给出的视电阻率yxρ为表示横磁模式（TM模式），xyρ表示横电模式（TE模式）。图3给出了4个典型测点A2（a，b）、A6（c，d）、A9（e，f）、D1（g，h）的视电阻率和相位曲线，数据的误差由Mapros处理后给出，大部分测点的频带范围在800Hz-10s，部分测点由于电磁干扰较大，有效频带范围不到10s，为保证原始数据的可靠性，在进行二维反演时，所有测点均取800Hz-2s范围参与反演，在800Hz-2s之间，所有测点的数据质量同图3给出的典型测点，满足反演的要求。
