四川威遠—榮縣工業開采區地殼電性結構研究

郭穎星，朱濤

中國地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

四川威遠—榮縣工業開采區位于青藏高原東緣的四川盆地川中構造區(四川省地質局，1980)，其基底由前震旦紀深變質巖系和淺變質巖系組成，沉積蓋層由震旦系至白堊系組成(谷志東等，2012).在開采區的北部，由于加里東期及印支期等疊合古隆起在燕山—喜山期進一步加強與改造，形成現今威遠大型穹隆背斜構造(張天操和王巖，2017).該背斜定型于喜馬拉雅期(包茨等，1985)，為斷層傳播背斜(劉順，2001).其長度約100 km，軸向NE-NEE，軸面的走向NE，北西翼較緩，地層傾角1～5°，南東翼略陡，地層傾角8～12°(劉順，2001；劉樹根等，2008；許海龍，2012；李英強，2018；易桂喜等，2020)(圖1).工業開采區內主要出露有砂巖、灰巖、泥巖等強度較弱的巖石(馬麗芳，2002)，其含氣頁巖層中含有石英、長石、云母等碎屑礦物以及黏土礦物和碳酸鹽礦物(張天操和王巖, 2017).開采區內天然裂隙較發育，且以微細裂隙為主(馬新華等，2020；歐陽明華等，2020).區內主要發育了早中更新世活動的長山鎮斷層、東興場斷層、墨林場斷層、牛頸垇斷層、黃桷坡斷層、長巖斷層等以逆沖型為主的斷層(全國活動斷層展示系統，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d 8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc；四川省地質局，1980；圖1).

由于背斜構造容易形成巨型背斜油氣圈閉(Hennings et al., 2000)，所以在威遠—榮縣一帶發育了四川盆地第二大氣田——威遠氣田，氣藏儲集區可能以威遠背斜褶皺構造及其相伴生的破裂及裂隙為主.威遠—榮縣地區屬于歷史弱震區(易桂喜等，2020).然而，近幾年來，該地區的地震活動顯著增強(圖2)，且2010—2020年之間發生的1.0級及以上的地震中，約80%的地震的震源深度不超過5 km(據中國臺網正式地震目錄：https:∥data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_zhengshi).研究區內的頁巖氣埋深一般小于5 km(王治平等，2021)，且存在多個生產注水壓裂井(圖1).壓裂作業可能會產生微裂縫，導致微小地震發生(Ellsworth, 2013).如果壓裂井附近存在斷層，還可能誘發較大的地震(王向騰等，2016；Rubinstein and Mahani, 2015；Yang et al.，2020)，并對震源附近的基礎設施造成一定的破壞(Atkinson et al., 2015).

圖1 威遠—榮縣開采區MT測點、井位及斷層分布圖井位數據來自Yang等(2020).F1：大興場斷層，F2: 牛頸垇斷層，F3：高橋斷層，F4：資中斷層，F5: 長山鎮斷層，F6: 墨林場斷層，F7:東興場斷層，F8: 長巖斷層，F9: 黃桷坡斷層.斷層數據選自全國活動斷層展示系統(http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc)以及區域地質報告(四川省地質局，1980)；L1—L3為剖面.Fig.1 MT sites, well and faults in the Weiyuan-Rongxian industrial mining areaWell location data are from Yang et al. (2020); Fault data is from national activity fault display system (http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc) and Regional Geological Survey Report (Sichuan Geological Bureau, 1980)． F1: Daxingchang fault, F2: Niujingao fault, F3: Gaoqiao fault, F4: Zizhong fault, F5: Changshanzhen fault, F6: Molinchang fault, F7: Dongxingchang fault, F8: Changyan fault, F9: Huangjuepo fault.

關于這一區域的地震成因，前人做過一些研究工作.陳朝偉等(2019)對長寧—威遠地區水力壓裂引起的斷層滑移進行了研究，得出了斷層滑動可能優先于水力壓裂發生的可能性.易桂喜等(2020)獲得了該區域26個MS≥3.0地震的震源機制解以及發震構造的幾何結構特征和區域構造應力場特征，認為該區域的地震活動可能由一系列傾向SE、走向NNE-NE的緩傾角逆斷層的活動所導致.曾求等(2020)利用地震背景噪聲成像方法獲得了威遠地區三維S波速度模型，認為2016年1月7日威遠ML3.9地震與頁巖氣田鉆井有一定聯系.通過對發生在威遠氣田墨林場斷層附近的2019年2月25日ML4.9地震序列的研究，Yang等(2020)認為這些地震的發生可能是水力壓裂活動通過孔隙彈性應力傳遞機制重新激活了斷層活動所致.杜廣寶等(2021)認為威遠及鄰區的地震活動與斷層分布無明顯關聯，但與速度結構變化具有相關性：在5 km以淺，地震主要分布在S波高速異常區；在7～10 km深度，地震主要發生在P和S波的高、低速異常轉換帶.這些研究對于認識威遠—榮縣一帶地震活動及其成因具有重要的幫助，為研究區油氣資源的開發提供了一定的指導依據.

圖2 2010—2020年之間在開采區發生的1.0級及以上的地震數目(據中國地震臺網正式地震目錄：https:∥data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_zhengshi)Fig.2 Number of earthquakes with magnitude ≥1.0 in the mining area from 2010 to 2020 (according to the official earthquake catalog of China Network: https:∥data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_zhengshi)

MT是探測地球深部結構的一種重要的地球物理方法.它對巖體電導率反映非常敏感(孫翔宇等，2020)，尤其對于具有低阻高導特征的流體或熔融區域.在開采區，由于水力壓裂作業，會導致舊裂隙的開裂和新裂隙的產生，且這些裂隙中可能充滿了流體，因此MT可發揮重要作用.同時，多個地震發生區域的MT探測結果揭示出地震及余震分布與電阻率結構密切相關(如，Zhan et al., 2013; Aizawa et al., 2017；Sun et al.，2019；崔騰發等，2020；孫翔宇等，2020；李大虎等，2021；詹艷等，2021).到目前為止，對威遠—榮縣工業開采區電性結構的探測和研究很少.鑒于此，我們在開采區內布設了3條MT測線，利用二維反演方法獲得了它們的電阻率分布，據此分析了開采區的電性結構特征，推斷了主要斷裂帶的位置和形態，探討了地震活動的成因.

1 探測區域的地質背景

如引言所述，本文的探測區位于四川盆地中部的威遠大型穹隆背斜構造區，發育著四川盆地第二大的威遠氣田，同時也發育了多條早中更新世活動的、地表長度不超過30 km的壓性/壓扭性逆斷裂(圖1)：大興場斷層(F1)、牛頸垇斷層(F2)、長山鎮斷層(F5)、墨林場斷層(F6)、東興場斷層(F7)、長巖斷層(F8)和黃桷坡斷層(F9)(全國活動斷層展示系統，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc；四川省地質局，1980).其中，大興場斷裂(F1)呈近NS走向，傾向E，傾角陡立，地表總長度約7 km；牛頸垇斷層(F2)位于威遠背斜北翼，近SN走向，傾向E，傾角20～40°，地表長度約17 km；高橋斷層(F3)和資中斷層(F4)不是第四紀活動斷裂，但都是壓扭性逆斷層.前者(F3)為N10°E走向，傾向W，傾角16～40°，地表長度約10 km；后者(F4)為N10°E走向，傾向E，傾角10～30°，地表長度約14 km；長山鎮斷層(F5)位于威遠背斜西南端部的北側，近NE走向，傾向SE，傾角30～50°，地表長度約30 km.與大興場斷裂(F1)一樣，長山鎮斷層與威遠背斜構造在成因上密切相關；墨林場斷層(F6)靠近威遠背斜西南端的南側，走向N30°W，傾向SW，傾角40～45°，地表長度約19 km；東興場斷層(F7)位于F2的南側，近EW走向，傾向S，傾角50～60°，地表長度約16 km；長巖斷層(F8)及黃桷坡斷層(F9)位于研究區東南部，前者(F8)走向N50°E，傾向NW，傾角30～80°，地表長度約9 km，后者(F9)走向N60°W，傾向SW，傾角20～35°，地表長度約13 km.

2 大地電磁數據采集、處理和反演

2.1 野外數據采集和特征

在研究區內布設了3條MT剖面(圖1)，其中L1、L2剖面位于威遠背斜北側，呈EW向展布.L1主要經過了近NS走向的大興場斷層(F1)和牛頸垇斷層(F2)，共10個測點，點距約10 km，長度約88 km；L2主要經過了近NS走向的大興場斷層(F1)、牛頸垇斷層(F2)、高橋斷層(F3)和資中斷層(F4)，共14個測點，點距約5～10 km，長度約88 km.L3剖面為NW-SE走向，經過了軸面走向NE的威遠背斜和大興場斷層F1，共11個測點，點距約5～18 km，長度約100 km.

野外數據采集使用了加拿大鳳凰公司制造的具有GPS同步功能的MTU-5A大地電磁測量系統完成.每個測點的采集時間至少為55 h.最高有效頻率為320 Hz，大部分測點的最低有效頻率達到了2000 s.由于觀測區域的電磁干擾強，為了保證數據觀測質量，采用了遠參考道的觀測方式(Gamble et al.，1979).所采集到的原始數據使用SSMT2000和MTeditor進行數據預處理、編輯和生成功率譜edi文件.同時采用了帶遠參考的Robust技術(Egbert and Booker, 1986；Egbert，1997)來提高數據質量.

圖3為所有測點的視電阻率和阻抗相位曲線圖.可以看出，視電阻率和相位曲線的極值和拐點對應良好，說明二者具有良好的一致性；研究區域的視電阻率基本上位于101～102Ωm之間，表明研究區視電阻率總體上較低.剖面L1和L2的視電阻率曲線(圖3a，b)揭示出，從320～1 Hz的視電阻率接近10 Ωm，然后隨著周期增加到2000 s，視電阻率則逐漸增大到100 Ωm，表明了在探測區域的北部，電阻率隨著深度的加深而逐漸增大.也就是說，在探測區域的北部，具有淺低(阻)深高(阻)的電性結構特征.剖面L3(圖3c)揭示出，在測點26號之前，呈現出了與剖面L1和L2相同的視電阻率和頻率的關系(即在西北部具有淺低(阻)深高(阻)的電性結構特征)，但是在該測點之后，視電阻率隨著頻率的變化而變化的幅度很小，基本上在10 Ωm左右，這表明探測區域更深的部位，西北部和東南部的電性結構存在差異(即橫向非均勻性)，以及東南部的電性結構相對均勻且高導層(區)延伸到了更深的部位.

L1剖面經過了斷層F1和F2，L2剖面經過了斷層F1、F2、F3和F4(圖1).斷層穿過區域的測點(L1：測點3和5；L2：測點13、15、20和21)與其兩側測點的視電阻率和相位曲線的差異不明顯(圖3a，b)，可能表明了斷層F1、F2、F3和F4兩側的電性結構差異較小；剖面L3分別在測點13、測點26—27之間和31—32之間經過了斷層F1、F5和F8(圖1).測點13以及測點31—32與其兩側測點的視電阻率和相位曲線的差異不明顯(圖3c)，而測點26與其東南側測點的視電阻率和相位曲線存在較明顯的差異，可能表明了斷層F1和F8兩側的電性結構差異較小，而斷層F5兩側的電性結構具有明顯的差異.

2.2 最佳電性主軸

在320 Hz～2000 s頻段內，使用MT-pioneer軟件(陳小斌等，2004)中的相位張量分解技術(Caldwell et al.，2004)分別獲得了每條剖面的相位張量電性主軸方位角的統計結果.在統計前，針對每一個測點的視電阻率和相位，利用MT-pioneer軟件中的Rhoplus(Parker and Booker，1996)一維反演方法進行了擬合，然后選擇出了擬合程度差的頻點，標記為質量差的頻點.在統計中將這些質量差的頻點排除在統計范圍之外，同時增加二維性較強的頻點的權重，結果如圖4所示.

圖4揭示出，剖面L1和L2的電性主軸方位接近正南北方向，分別為2°(即北2°東)和-2°(即北2°西)，可能表明這兩條剖面反映的主要構造呈近南北走向；剖面L3的電性主軸方位分布不如剖面L1和L2的集中，大致為60°(即北60°東)或-30°(即北30°西).考慮到該剖面自北西至南東橫穿的威遠背斜的軸面走向約為北東向，因此在反演前將L3剖面按60°進行了旋轉.

圖3 三條剖面測點視電阻率和相位曲線(a)、(b)、(c)分別為L1、L2、L3剖面，藍色為ρXY，紅色為ρYX.Fig.3 Apparent resistivity and phase curves of 3 profiles(a), (b), and (c) are L1, L2, and L3 respectively. Blue: ρXY, Red: ρYX.

圖4 電性主軸方向分析結果，統計周期為320 Hz～2000 s(a) 剖面L1； (b) 剖面L2； (c) 剖面L3.Fig.4 Rose diagrams of the geoelectrical strike statistic within the frequency range from 320 Hz to 2000 s for (a) Line 1, (b) Line 2, (c) Line 3

2.3 區域二維性分析

相位張量二維偏離度S2D可以用來判定區域維性特征(Bibby et al., 2005).當S2D≤0.2時，可認為探測區域主要為一維或二維電性結構；當S2D>0.2時，則可認為探測區域以三維電性結構為主.3條剖面的二維偏離度S2D分布圖(圖5)表明，3條剖面的S2D基本上小于0.2，表明探測區域以二維電性結構為主.但是，3條剖面的S2D均在局部存在明顯大于0.2的情形.比如，剖面L1的測點2的3～1000 s、測點8的0.2～5 s和剖面L2的測點20、21和22的5～2000 s(圖5)，表明在這些測線的某些局部區域存在三維電性結構.不過，這些區域在剖面范圍內所占比例較小，即研究區的電性結構整體上表現出較強的二維特性.

圖5 三條剖面二維偏離度白色區域代表實際反演中未使用的質量差的頻點數據.Fig.5 Two-dimensional skewness for 3 MT profilesThe white-colored areas stand for the poor frequency point data which are excluded.

2.4 二維反演

通過對觀測數據的分析，我們對探測區域的電性結構及構造分布特征已經有了一個初步的認識.但是這個認識的正確性，需要通過反演獲得的更確切的電阻率-深度對應關系來進行驗證.

本文采用了MT-Pioneer軟件包中的二維非線性共軛梯度算法(Rodi and Mackie，2001)進行反演計算.由于TE模式對電性結構的二維性的要求遠遠高于TM模式(蔡軍濤和陳小斌，2010)，因此我們僅采用了TM模式來進行反演.在反演中，將視電阻率的門限誤差設為2 %，相位的門限誤差設為0.01弧度.

采用了MT-Pioneer集成的測點中心網格自動生成技術(陳小斌和趙國澤，2009)來構建光滑的橫向網格；采用分段設置遞增比例因子來構建縱向網格；以及以測點海拔數據為依據，采用自動搜索的方法生成地形部分的網格(如，陳小斌等，2019).最終，L1—L3剖面在水平方向的網格數分別為114、112和116，垂直方向的網格數分別為125、148和118.采用了電阻率為100 Ωm的均勻半空間作為初始模型.

由于二維反演結果受正則化因子的影響較大，為了獲得合適的正則化因子來保證模型的光滑度和對原始數據的良好擬合(如，Farquharson and Oldenburg，2004；葉濤等，2013；韓江濤等，2019)，在0.1～1000的范圍內，我們對3條剖面分別選取了17個正則化因子值進行了反演計算.通過分析模型對實測數據擬合的均方根誤差(RMS)和模型粗糙度(Roughness)之間的曲線(L曲線，圖6；Hansen，1992)，獲得L1—L3剖面的最優正則化因子分別為15、15和25.

圖7顯示了L1—L3剖面的視電阻率和相位實測數據與模型響應數據擬斷面的對比.從圖7可以看出，利用二維反演獲得3條剖面的理論響應與實測視電阻率和阻抗相位數據均擬合良好，表明了觀測數據對反演結果的良好約束.

圖6 模型響應對實測數據擬合的均方根誤差(RMS)和模型粗糙度(Roughness)之間的曲線(L曲線)曲線上的數值代表正則化因子的大小.Fig.6 Curves of the root mean square error (RMS) of model response fitting to measured data with model roughness (L curve)The values on the curvestand for regularization factor.

圖7 (a)L1、(b)L2和(c)L3剖面的觀測數據與反演模型響應的擬斷面Fig.7 Pseudo sections of measured data and model response for profiles (a) L1, (b) L2 and (c) L3

圖8 威遠—榮縣工業開采區電性結構及地震分布地震數據由杜廣寶等(2021)對2019年1月1日—2020年6月30日的地震重定位結果和中國地震臺網正式地震目錄中的2020年7月1日—2021年7月31日的地震組成. (a)、(b)、(c)分別為L1，L2和L3.Fig.8 Electrical structure and the distribution of earthquakes within the Weiyuan-Rongxian industrial areaEarthquake data are composed of the relocated earthquakes from January 1, 2019 to June 30, 2020 by Du et al. (2021) and the earthquakes from July 1, 2020 to July 31, 2021 listed in the official earthquake catalogue of China Seismic Networks. (a), (b) and (c) are L1, L2 and L3, respectively.

3 結果及分析

3.1 電性結構的基本特征

3條剖面的反演結果(圖8)揭示出，開采區內約5 km以淺區域的電阻率較低(10～30 Ωm)，且存在著電阻率非常低(<5 Ωm)的多個孤立的局部區域.它們主要分布在L1剖面的測點1—2、6—7和9—10，L2剖面的測點11—12、14—18和19—23，以及L3剖面的測點25—13、26—27和29—30之間的區域.

在5 km以深的層位，L1和L2剖面的成像結果(圖8a，b)揭示出，探測區域北部以測點7和19為界，其西側的電性結構由淺到深為高、低阻層分布特征，而其東側的電性結構比較均勻.高阻層由西向東(圖8a或圖8b)、由北向南(對比圖8a和圖8b)存在變薄的趨勢.在L1剖面的最西端(水平坐標0 km)，高阻層基本上延伸到了約20 km深度，而向東到測點7(水平坐標約60 km)附近，其底界面的深度已經變淺到約10 km(圖8a)；在L2剖面的西端，高阻層基本上延伸到了約15 km深度，而向東到測點19(水平坐標約60 km)附近時該深度已經變淺為約7 km(圖8b).另外，L1和L2剖面還揭示出該深度(5 km以深)的層位整體上呈現出了西傾的特征，這應該是對威遠背斜的反映(劉順，2001).L3剖面的結果(圖8c)揭示出，以水平坐標約40 km為界，電阻率結構具有明顯的差異.它(即水平坐標約40 km)的西北側為高阻體且延伸到了20 km以深的層位，而東南側電阻率明顯低于西北側，并呈現多個局部低阻體向下延伸的特征.

3.2 電性結構與斷裂

探測區域內發育著多條規模不大的活動斷裂F1—F9，它們的地表長度不超過30 km(全國活動斷層展示系統，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43ea a0bec3ea03bb00bc；四川省地質局，1980).我們的L1—L3剖面幾乎垂直于斷層的走向經過了一些斷層(圖1)，對它們具有明顯的反映(圖8).

L1剖面位于威遠背斜北側，剖面經過的斷層從西到東主要為測點3附近、SN走向的大興場斷層F1和測點5附近、NNE走向的牛頸垇斷層F2(圖1).圖8a揭示出，在L1剖面的測點2—3(水平坐標約13 km)和測點4—5(水平坐標約33 km)之間存在明顯的電性結構間斷面(高電阻率梯度帶)，推測前者為F1、后者為F2在L1剖面上的反映，即為它們從L1剖面上穿過的位置.F1很陡，從電性結構圖上難以推斷出傾向，其西側為低阻體，而東側為高阻體.F2傾向為E，與F1兩側的電性結構正好相反，即其西側為高阻體，而東側為低阻體.位于水平坐標約13和33 km處的這兩個電性間斷面向深部延伸不超過5 km深度，其下方是非常完整的高阻體，表明F2和F1的向下延伸不超過5 km深度.

L2剖面從西到東經過的斷層主要為大興場斷層(F1)、牛頸垇斷層(F2)、高橋斷層(F3)和資中斷層(F4).它們分別從L2剖面的測點13附近、測點15附近、測點21—22和測點20—21之間穿過(圖1).L2的電性結構分布圖(圖8b)揭示出，在測點12—13(水平坐標約16 km)、測點15—16(水平坐標約36 km)和測點21—22(水平坐標約72 km)之間存在明顯的電性結構間斷面，它們的下端深度基本上不超5 km且存在由西向東逐漸變淺的趨勢，因此推測F1、F2和F4分別從這三個水平坐標(即，16、36和72 km)處穿過，且斷層的下端埋深可能不超過5 km.與穿過L1剖面(圖8a)的一樣，斷層F1在L2剖面中也表現出了高傾角，且其西側為低阻、東側為高阻的特征；斷層F2在L2剖面中的傾向仍然為E，但其西側變為了低阻、東側為高阻.斷層F4的傾向東，其兩側均表現為低阻特征，且電阻率差異較小.測點20—21之間的水平坐標約67 km(圖8b)兩側的電阻率結構也具有明顯的差異，這可能是高橋斷層F3(未在圖8b中標示出來)從L2剖面中穿過的位置.不過它延伸的深度可能很淺，推測不超過2 km深度.

L3剖面沿北西-南東走向跨越威遠背斜.大興場斷層F1、長山鎮斷層F5和長巖斷層F8分別從L3剖面的測點13附近、測點26—27之間和測點31—32之間穿過(圖1).反演獲得的電性結構分布圖(圖8c)揭示出，分別在水平坐標約28 km(測點13附近)、39 km(測點26—27之間)和88 km(測點31—32之間)處存在明顯的電性結構間斷面，推測它們分別為斷層F1、F5和F8在L3剖面中的反映.斷層F1與在剖面L1和L2中一樣，具有很陡的角度，但西側為低阻區，而東側的電阻率相對較高，且其下端延伸不超過5 km深度.斷層F5的傾向SE，傾角較大，可能超過了70°；其西側為比較完整的高阻體，而東側則為相對完整的低阻體；其下端的埋深可能超過了20 km.斷層F8的傾向NW，高傾角，可能超過了70°；其西側的電阻率較高，而東側的相對較低；其下延深度可能超過了10 km.

3.3 電性結構與地震活動

地震活動與地殼電性結構具有一定的關系.Zhao等(2012)的研究表明汶川MW7.9地震發生在高阻體內的低電阻率區域.萬戰生等(2010)認為地殼內低阻層發生橫向變化的區域地震活動較強.Zhan等(2013)指出蘆山地震下部的高阻體相對連續，并沒有發現高阻體內的局部低阻區域.為進一步探究開采區地震活動性與地殼電阻率的關系，我們將2019年1月1日—2021年7月31日之間發生在距測線約5 km范圍內的地震震中投影到了剖面L2和L3的電性結構剖面(圖8)中，然后進行對比分析.

在L2剖面(圖8b)中，地震主要集中剖面東側的測點19—23之間，在測點17、18和24附近有少量地震，它們主要集中在10 km深度范圍內的高阻和低阻的過渡區.雖然在這一局部區域存在出露地表的斷層F3、F4，但是地震并不是集中在斷層附近且沿著斷層面呈線性分布.對于L3剖面(圖8c)，地震主要集中分布在測點27、28、29、30和31之下10 km以上的低阻分布區域內的高阻和低阻過渡帶，地震沒有集中在斷層F1、F5和F8附近且沿著斷層面呈線性分布.這些結果表明，研究區內的斷層并不是地震的主控因素.

4 討論

在本文的研究區內，近年來地震活動顯著增強，地震數目明顯增加(圖2).

雖然絕大多數(占圖8中地震總數的約92%)地震震級不大(基本上小于2.0級)，但是它們大多(占圖8中地震總數的約84%)發生在5 km以淺的區域，與該區域內頁巖氣埋深相當，因此明確其地下電性結構以及地震活動的主控機制非常重要.本文在研究區域內布設了3條大地電磁測深剖面，利用二維反演方法獲得了它們的電性結構分布，據此分析了研究區域的電性結構和主要斷層特征，并結合地震震中的分布特征，探討了研究區內地震活動的主控因素.

在研究區域5 km以淺的區域的電阻率較低(10～30 Ωm)，且存在著電阻率很低(<5 Ωm)的多個孤立的局部區域(圖8).這些電阻率值遠低于常見巖石、礦物在相應溫度、壓力下的電阻率.地震P和S波成像結果(杜廣寶等，2021)表明，在研究區域5 km，尤其是4 km以淺的區域，存在著明顯的低速異常區.對比分析剖面L2東部(水平坐標大于約44 km的部分)的電性結構與其鄰近的杜廣寶等(2021；其中圖12)的具有相同水平范圍的C-C′地震P、S波波速比剖面，發現電阻率低(高)的區域與波速比高(低)的區域具有良好的一致性，這表明了本文結果的可靠性.區內的頁巖氣主要儲存在5 km以淺的區域(王治平等，2021).在頁巖氣開采過程中，一般情況下會對儲層進行水力壓裂，從而導致舊裂隙的張開、新裂隙的產生以及在這些裂隙(區)充滿了電阻率低的壓裂液.因此這種低速、低阻異常結構特征可能反映了研究區內水力壓裂后的充滿了壓裂液的局部區域.

研究區域內存在多條早、中更新世活動的斷裂.雖然這些斷裂的規模不大，出露在地表的長度一般不超過30 km，但是明確它們與研究區內地震活動的關系是非常重要的.本文的探測結果揭示了這些斷層的深部結構和延伸狀態.除了長山鎮斷層F5可能延伸到了20 km深度以深外，其他斷層的延伸一般不超過5 km深度.研究區域內的地震主要發生在10 km深度范圍內的高阻和低阻的過渡區，并不集中在斷層附近且不沿著斷層呈線性分布.地震成像結果揭示出這些地震也主要分布在P和S波高、低速異常轉換帶，而與斷層帶的分布沒有明顯的關聯.這些結果可能表明了研究區域內的地震不是斷層活動引起的.同時也表明了本文的電性探測結果與地震層析成像結果是一致的.正如上面所述，在研究區域內的工業開采活動中，水力壓裂作業會導致舊裂隙的張開和新裂隙的產生，而且被壓裂層位的深度與大量地震震源深度相當，且在剖面L3附近存在水力壓裂井(圖1)，可能表明了研究區域內的地震活動性與水力壓裂作業有關.然而，在墨林場斷層F6的東北側和高橋斷層F3、資中斷層F4的南側發生了多個MS3.0以上的地震.根據它們的震源機制解，易桂喜等(2020)推測可能是威遠背斜南翼一系列傾向SE、走向NNE-NE的緩傾角逆斷層活動導致了這些地震的發生.Yang等(2020)結合地震與測地學數據對發生在威遠氣田墨林場斷層附近的2019年2月25日ML4.9地震序列的發震機制進行了分析，認為它們的發生可能是水力壓裂活動重新激活了斷層活動而造成的.因此，研究區域內近年來不斷頻發的地震可能是由注水壓裂及斷裂活動等多種因素共同造成的.

5 結論

利用MT探測了威遠—榮縣工業開采區的地殼電性結構，獲得了以下認識：

(1)開采區約5 km以淺的區域的電阻率較低(10～30 Ωm)，同時存在著電阻率非常低(< 5 Ωm)的多個孤立的局部區域，在L3剖面27—30號測點附近存在多個生產注水井，因此，電導率剖面上局部低阻區域可能主要反映了頁巖氣藏及其開采過程中注水壓裂后的電性結構.在開采區北部5 km以深的區域，測點7和19(水平坐標約60 km；圖8a，b)西側的電性結構高、低阻層分布特征，且高阻層由西向東、由北向南存在變薄的趨勢；東側的電性結構比較均勻.開采區西北部(以L3剖面中的水平坐標約40 km為界；圖8c)5 km以深的區域為延伸到了20 km以深的比較均勻的高阻體，而東南部電阻率明顯低于西北側，并呈現多個局部低阻體向下延伸的特征.

(2)三條剖面的大地電磁測深反演結果揭示出了它們經過的區域內的主要斷層.大興場斷層F1分別從L1剖面的水平坐標約13 km(圖8a)和L2剖面的水平坐標約16 km(圖8b)處穿過；傾角很大，從電性結構圖上難以推斷出傾向；斷層西側為低阻體，而東側為高阻體；下端延伸不超過5 km深度.牛頸垇斷層F2分別從L1剖面的水平坐標約33 km(圖8a)和L2剖面的水平坐標約36 km(圖8b)處穿過；傾向為E，斷層西側為高阻體，而東側為低阻體；下端延伸不超過5 km深度.資中斷層F4從L2剖面的水平坐標約72 km(圖8b)處穿過；傾向東，斷層兩側均表現為低阻特征；下端延伸不超過5 km深度.長山鎮斷層F5從L3剖面的水平坐標約39 km(圖8c)處穿過；傾向SE，傾角可能超過了70°；斷層西側為比較完整的高阻體，而東側則為相對完整的低阻體；其下端的埋深可能超過了20 km.長巖斷層F8從L3剖面的水平坐標約88 km(圖8c)處穿過；傾向NW，傾角可能超過了70°；斷層西側的電阻率較高，而東側的相對較低；其下延深度可能超過了10 km.(3)地震主要集中在10 km深度范圍內的高阻和低阻的過渡區，沒有集中在斷層附近且沿著斷層面呈線性分布，表明開采區內斷層不是地震活動的主控因素.

致謝本文的改進得益于三位匿名審稿專家提出的建設性意見和建議.本研究野外數據采集、質量控制和室內數據處理與反演方面得到了中國地震局地質研究所詹艷研究員和孫翔宇博士、應急管理部國家自然災害防治研究院陳小斌研究員的幫助；中國地震局地球物理研究所的張瑞青研究員提供了杜廣寶等(2021)論文中的地震重定位數據，李金臣副研究員提供了斷層資料.在此一并表示感謝.