四川威远—荣县工业开采区地壳电性结构研究

郭颖星，朱涛

中国地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

四川威远—荣县工业开采区位于青藏高原东缘的四川盆地川中构造区(四川省地质局，1980)，其基底由前震旦纪深变质岩系和浅变质岩系组成，沉积盖层由震旦系至白垩系组成(谷志东等，2012).在开采区的北部，由于加里东期及印支期等叠合古隆起在燕山—喜山期进一步加强与改造，形成现今威远大型穹隆背斜构造(张天操和王岩，2017).该背斜定型于喜马拉雅期(包茨等，1985)，为断层传播背斜(刘顺，2001).其长度约100 km，轴向NE-NEE，轴面的走向NE，北西翼较缓，地层倾角1～5°，南东翼略陡，地层倾角8～12°(刘顺，2001；刘树根等，2008；许海龙，2012；李英强，2018；易桂喜等，2020)(图1).工业开采区内主要出露有砂岩、灰岩、泥岩等强度较弱的岩石(马丽芳，2002)，其含气页岩层中含有石英、长石、云母等碎屑矿物以及黏土矿物和碳酸盐矿物(张天操和王岩, 2017).开采区内天然裂隙较发育，且以微细裂隙为主(马新华等，2020；欧阳明华等，2020).区内主要发育了早中更新世活动的长山镇断层、东兴场断层、墨林场断层、牛颈垇断层、黄桷坡断层、长岩断层等以逆冲型为主的断层(全国活动断层展示系统，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d 8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc；四川省地质局，1980；图1).

由于背斜构造容易形成巨型背斜油气圈闭(Hennings et al., 2000)，所以在威远—荣县一带发育了四川盆地第二大气田——威远气田，气藏储集区可能以威远背斜褶皱构造及其相伴生的破裂及裂隙为主.威远—荣县地区属于历史弱震区(易桂喜等，2020).然而，近几年来，该地区的地震活动显著增强(图2)，且2010—2020年之间发生的1.0级及以上的地震中，约80%的地震的震源深度不超过5 km(据中国台网正式地震目录：https:∥data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_zhengshi).研究区内的页岩气埋深一般小于5 km(王治平等，2021)，且存在多个生产注水压裂井(图1).压裂作业可能会产生微裂缝，导致微小地震发生(Ellsworth, 2013).如果压裂井附近存在断层，还可能诱发较大的地震(王向腾等，2016；Rubinstein and Mahani, 2015；Yang et al.，2020)，并对震源附近的基础设施造成一定的破坏(Atkinson et al., 2015).

图1 威远—荣县开采区MT测点、井位及断层分布图井位数据来自Yang等(2020).F1：大兴场断层，F2: 牛颈垇断层，F3：高桥断层，F4：资中断层，F5: 长山镇断层，F6: 墨林场断层，F7:东兴场断层，F8: 长岩断层，F9: 黄桷坡断层.断层数据选自全国活动断层展示系统(http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc)以及区域地质报告(四川省地质局，1980)；L1—L3为剖面.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.

关于这一区域的地震成因，前人做过一些研究工作.陈朝伟等(2019)对长宁—威远地区水力压裂引起的断层滑移进行了研究，得出了断层滑动可能优先于水力压裂发生的可能性.易桂喜等(2020)获得了该区域26个MS≥3.0地震的震源机制解以及发震构造的几何结构特征和区域构造应力场特征，认为该区域的地震活动可能由一系列倾向SE、走向NNE-NE的缓倾角逆断层的活动所导致.曾求等(2020)利用地震背景噪声成像方法获得了威远地区三维S波速度模型，认为2016年1月7日威远ML3.9地震与页岩气田钻井有一定联系.通过对发生在威远气田墨林场断层附近的2019年2月25日ML4.9地震序列的研究，Yang等(2020)认为这些地震的发生可能是水力压裂活动通过孔隙弹性应力传递机制重新激活了断层活动所致.杜广宝等(2021)认为威远及邻区的地震活动与断层分布无明显关联，但与速度结构变化具有相关性：在5 km以浅，地震主要分布在S波高速异常区；在7～10 km深度，地震主要发生在P和S波的高、低速异常转换带.这些研究对于认识威远—荣县一带地震活动及其成因具有重要的帮助，为研究区油气资源的开发提供了一定的指导依据.

图2 2010—2020年之间在开采区发生的1.0级及以上的地震数目(据中国地震台网正式地震目录：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是探测地球深部结构的一种重要的地球物理方法.它对岩体电导率反映非常敏感(孙翔宇等，2020)，尤其对于具有低阻高导特征的流体或熔融区域.在开采区，由于水力压裂作业，会导致旧裂隙的开裂和新裂隙的产生，且这些裂隙中可能充满了流体，因此MT可发挥重要作用.同时，多个地震发生区域的MT探测结果揭示出地震及余震分布与电阻率结构密切相关(如，Zhan et al., 2013; Aizawa et al., 2017；Sun et al.，2019；崔腾发等，2020；孙翔宇等，2020；李大虎等，2021；詹艳等，2021).到目前为止，对威远—荣县工业开采区电性结构的探测和研究很少.鉴于此，我们在开采区内布设了3条MT测线，利用二维反演方法获得了它们的电阻率分布，据此分析了开采区的电性结构特征，推断了主要断裂带的位置和形态，探讨了地震活动的成因.

1 探测区域的地质背景

如引言所述，本文的探测区位于四川盆地中部的威远大型穹隆背斜构造区，发育着四川盆地第二大的威远气田，同时也发育了多条早中更新世活动的、地表长度不超过30 km的压性/压扭性逆断裂(图1)：大兴场断层(F1)、牛颈垇断层(F2)、长山镇断层(F5)、墨林场断层(F6)、东兴场断层(F7)、长岩断层(F8)和黄桷坡断层(F9)(全国活动断层展示系统，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43eaa0bec3ea03bb00bc；四川省地质局，1980).其中，大兴场断裂(F1)呈近NS走向，倾向E，倾角陡立，地表总长度约7 km；牛颈垇断层(F2)位于威远背斜北翼，近SN走向，倾向E，倾角20～40°，地表长度约17 km；高桥断层(F3)和资中断层(F4)不是第四纪活动断裂，但都是压扭性逆断层.前者(F3)为N10°E走向，倾向W，倾角16～40°，地表长度约10 km；后者(F4)为N10°E走向，倾向E，倾角10～30°，地表长度约14 km；长山镇断层(F5)位于威远背斜西南端部的北侧，近NE走向，倾向SE，倾角30～50°，地表长度约30 km.与大兴场断裂(F1)一样，长山镇断层与威远背斜构造在成因上密切相关；墨林场断层(F6)靠近威远背斜西南端的南侧，走向N30°W，倾向SW，倾角40～45°，地表长度约19 km；东兴场断层(F7)位于F2的南侧，近EW走向，倾向S，倾角50～60°，地表长度约16 km；长岩断层(F8)及黄桷坡断层(F9)位于研究区东南部，前者(F8)走向N50°E，倾向NW，倾角30～80°，地表长度约9 km，后者(F9)走向N60°W，倾向SW，倾角20～35°，地表长度约13 km.

2 大地电磁数据采集、处理和反演

2.1 野外数据采集和特征

在研究区内布设了3条MT剖面(图1)，其中L1、L2剖面位于威远背斜北侧，呈EW向展布.L1主要经过了近NS走向的大兴场断层(F1)和牛颈垇断层(F2)，共10个测点，点距约10 km，长度约88 km；L2主要经过了近NS走向的大兴场断层(F1)、牛颈垇断层(F2)、高桥断层(F3)和资中断层(F4)，共14个测点，点距约5～10 km，长度约88 km.L3剖面为NW-SE走向，经过了轴面走向NE的威远背斜和大兴场断层F1，共11个测点，点距约5～18 km，长度约100 km.

野外数据采集使用了加拿大凤凰公司制造的具有GPS同步功能的MTU-5A大地电磁测量系统完成.每个测点的采集时间至少为55 h.最高有效频率为320 Hz，大部分测点的最低有效频率达到了2000 s.由于观测区域的电磁干扰强，为了保证数据观测质量，采用了远参考道的观测方式(Gamble et al.，1979).所采集到的原始数据使用SSMT2000和MTeditor进行数据预处理、编辑和生成功率谱edi文件.同时采用了带远参考的Robust技术(Egbert and Booker, 1986；Egbert，1997)来提高数据质量.

图3为所有测点的视电阻率和阻抗相位曲线图.可以看出，视电阻率和相位曲线的极值和拐点对应良好，说明二者具有良好的一致性；研究区域的视电阻率基本上位于101～102Ωm之间，表明研究区视电阻率总体上较低.剖面L1和L2的视电阻率曲线(图3a，b)揭示出，从320～1 Hz的视电阻率接近10 Ωm，然后随着周期增加到2000 s，视电阻率则逐渐增大到100 Ωm，表明了在探测区域的北部，电阻率随着深度的加深而逐渐增大.也就是说，在探测区域的北部，具有浅低(阻)深高(阻)的电性结构特征.剖面L3(图3c)揭示出，在测点26号之前，呈现出了与剖面L1和L2相同的视电阻率和频率的关系(即在西北部具有浅低(阻)深高(阻)的电性结构特征)，但是在该测点之后，视电阻率随着频率的变化而变化的幅度很小，基本上在10 Ωm左右，这表明探测区域更深的部位，西北部和东南部的电性结构存在差异(即横向非均匀性)，以及东南部的电性结构相对均匀且高导层(区)延伸到了更深的部位.

L1剖面经过了断层F1和F2，L2剖面经过了断层F1、F2、F3和F4(图1).断层穿过区域的测点(L1：测点3和5；L2：测点13、15、20和21)与其两侧测点的视电阻率和相位曲线的差异不明显(图3a，b)，可能表明了断层F1、F2、F3和F4两侧的电性结构差异较小；剖面L3分别在测点13、测点26—27之间和31—32之间经过了断层F1、F5和F8(图1).测点13以及测点31—32与其两侧测点的视电阻率和相位曲线的差异不明显(图3c)，而测点26与其东南侧测点的视电阻率和相位曲线存在较明显的差异，可能表明了断层F1和F8两侧的电性结构差异较小，而断层F5两侧的电性结构具有明显的差异.

2.2 最佳电性主轴

在320 Hz～2000 s频段内，使用MT-pioneer软件(陈小斌等，2004)中的相位张量分解技术(Caldwell et al.，2004)分别获得了每条剖面的相位张量电性主轴方位角的统计结果.在统计前，针对每一个测点的视电阻率和相位，利用MT-pioneer软件中的Rhoplus(Parker and Booker，1996)一维反演方法进行了拟合，然后选择出了拟合程度差的频点，标记为质量差的频点.在统计中将这些质量差的频点排除在统计范围之外，同时增加二维性较强的频点的权重，结果如图4所示.

图4揭示出，剖面L1和L2的电性主轴方位接近正南北方向，分别为2°(即北2°东)和-2°(即北2°西)，可能表明这两条剖面反映的主要构造呈近南北走向；剖面L3的电性主轴方位分布不如剖面L1和L2的集中，大致为60°(即北60°东)或-30°(即北30°西).考虑到该剖面自北西至南东横穿的威远背斜的轴面走向约为北东向，因此在反演前将L3剖面按60°进行了旋转.

图3 三条剖面测点视电阻率和相位曲线(a)、(b)、(c)分别为L1、L2、L3剖面，蓝色为ρXY，红色为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.

图4 电性主轴方向分析结果，统计周期为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 区域二维性分析

相位张量二维偏离度S2D可以用来判定区域维性特征(Bibby et al., 2005).当S2D≤0.2时，可认为探测区域主要为一维或二维电性结构；当S2D>0.2时，则可认为探测区域以三维电性结构为主.3条剖面的二维偏离度S2D分布图(图5)表明，3条剖面的S2D基本上小于0.2，表明探测区域以二维电性结构为主.但是，3条剖面的S2D均在局部存在明显大于0.2的情形.比如，剖面L1的测点2的3～1000 s、测点8的0.2～5 s和剖面L2的测点20、21和22的5～2000 s(图5)，表明在这些测线的某些局部区域存在三维电性结构.不过，这些区域在剖面范围内所占比例较小，即研究区的电性结构整体上表现出较强的二维特性.

图5 三条剖面二维偏离度白色区域代表实际反演中未使用的质量差的频点数据.Fig.5 Two-dimensional skewness for 3 MT profilesThe white-colored areas stand for the poor frequency point data which are excluded.

2.4 二维反演

通过对观测数据的分析，我们对探测区域的电性结构及构造分布特征已经有了一个初步的认识.但是这个认识的正确性，需要通过反演获得的更确切的电阻率-深度对应关系来进行验证.

本文采用了MT-Pioneer软件包中的二维非线性共轭梯度算法(Rodi and Mackie，2001)进行反演计算.由于TE模式对电性结构的二维性的要求远远高于TM模式(蔡军涛和陈小斌，2010)，因此我们仅采用了TM模式来进行反演.在反演中，将视电阻率的门限误差设为2 %，相位的门限误差设为0.01弧度.

采用了MT-Pioneer集成的测点中心网格自动生成技术(陈小斌和赵国泽，2009)来构建光滑的横向网格；采用分段设置递增比例因子来构建纵向网格；以及以测点海拔数据为依据，采用自动搜索的方法生成地形部分的网格(如，陈小斌等，2019).最终，L1—L3剖面在水平方向的网格数分别为114、112和116，垂直方向的网格数分别为125、148和118.采用了电阻率为100 Ωm的均匀半空间作为初始模型.

由于二维反演结果受正则化因子的影响较大，为了获得合适的正则化因子来保证模型的光滑度和对原始数据的良好拟合(如，Farquharson and Oldenburg，2004；叶涛等，2013；韩江涛等，2019)，在0.1～1000的范围内，我们对3条剖面分别选取了17个正则化因子值进行了反演计算.通过分析模型对实测数据拟合的均方根误差(RMS)和模型粗糙度(Roughness)之间的曲线(L曲线，图6；Hansen，1992)，获得L1—L3剖面的最优正则化因子分别为15、15和25.

图7显示了L1—L3剖面的视电阻率和相位实测数据与模型响应数据拟断面的对比.从图7可以看出，利用二维反演获得3条剖面的理论响应与实测视电阻率和阻抗相位数据均拟合良好，表明了观测数据对反演结果的良好约束.

图6 模型响应对实测数据拟合的均方根误差(RMS)和模型粗糙度(Roughness)之间的曲线(L曲线)曲线上的数值代表正则化因子的大小.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.

图7 (a)L1、(b)L2和(c)L3剖面的观测数据与反演模型响应的拟断面Fig.7 Pseudo sections of measured data and model response for profiles (a) L1, (b) L2 and (c) L3

图8 威远—荣县工业开采区电性结构及地震分布地震数据由杜广宝等(2021)对2019年1月1日—2020年6月30日的地震重定位结果和中国地震台网正式地震目录中的2020年7月1日—2021年7月31日的地震组成. (a)、(b)、(c)分别为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 结果及分析

3.1 电性结构的基本特征

3条剖面的反演结果(图8)揭示出，开采区内约5 km以浅区域的电阻率较低(10～30 Ωm)，且存在着电阻率非常低(<5 Ωm)的多个孤立的局部区域.它们主要分布在L1剖面的测点1—2、6—7和9—10，L2剖面的测点11—12、14—18和19—23，以及L3剖面的测点25—13、26—27和29—30之间的区域.

在5 km以深的层位，L1和L2剖面的成像结果(图8a，b)揭示出，探测区域北部以测点7和19为界，其西侧的电性结构由浅到深为高、低阻层分布特征，而其东侧的电性结构比较均匀.高阻层由西向东(图8a或图8b)、由北向南(对比图8a和图8b)存在变薄的趋势.在L1剖面的最西端(水平坐标0 km)，高阻层基本上延伸到了约20 km深度，而向东到测点7(水平坐标约60 km)附近，其底界面的深度已经变浅到约10 km(图8a)；在L2剖面的西端，高阻层基本上延伸到了约15 km深度，而向东到测点19(水平坐标约60 km)附近时该深度已经变浅为约7 km(图8b).另外，L1和L2剖面还揭示出该深度(5 km以深)的层位整体上呈现出了西倾的特征，这应该是对威远背斜的反映(刘顺，2001).L3剖面的结果(图8c)揭示出，以水平坐标约40 km为界，电阻率结构具有明显的差异.它(即水平坐标约40 km)的西北侧为高阻体且延伸到了20 km以深的层位，而东南侧电阻率明显低于西北侧，并呈现多个局部低阻体向下延伸的特征.

3.2 电性结构与断裂

探测区域内发育着多条规模不大的活动断裂F1—F9，它们的地表长度不超过30 km(全国活动断层展示系统，http:∥www.neotectonics.cn/arcgis/apps/webappviewer/index.html?id=3c0d8234c1dc43ea a0bec3ea03bb00bc；四川省地质局，1980).我们的L1—L3剖面几乎垂直于断层的走向经过了一些断层(图1)，对它们具有明显的反映(图8).

L1剖面位于威远背斜北侧，剖面经过的断层从西到东主要为测点3附近、SN走向的大兴场断层F1和测点5附近、NNE走向的牛颈垇断层F2(图1).图8a揭示出，在L1剖面的测点2—3(水平坐标约13 km)和测点4—5(水平坐标约33 km)之间存在明显的电性结构间断面(高电阻率梯度带)，推测前者为F1、后者为F2在L1剖面上的反映，即为它们从L1剖面上穿过的位置.F1很陡，从电性结构图上难以推断出倾向，其西侧为低阻体，而东侧为高阻体.F2倾向为E，与F1两侧的电性结构正好相反，即其西侧为高阻体，而东侧为低阻体.位于水平坐标约13和33 km处的这两个电性间断面向深部延伸不超过5 km深度，其下方是非常完整的高阻体，表明F2和F1的向下延伸不超过5 km深度.

L2剖面从西到东经过的断层主要为大兴场断层(F1)、牛颈垇断层(F2)、高桥断层(F3)和资中断层(F4).它们分别从L2剖面的测点13附近、测点15附近、测点21—22和测点20—21之间穿过(图1).L2的电性结构分布图(图8b)揭示出，在测点12—13(水平坐标约16 km)、测点15—16(水平坐标约36 km)和测点21—22(水平坐标约72 km)之间存在明显的电性结构间断面，它们的下端深度基本上不超5 km且存在由西向东逐渐变浅的趋势，因此推测F1、F2和F4分别从这三个水平坐标(即，16、36和72 km)处穿过，且断层的下端埋深可能不超过5 km.与穿过L1剖面(图8a)的一样，断层F1在L2剖面中也表现出了高倾角，且其西侧为低阻、东侧为高阻的特征；断层F2在L2剖面中的倾向仍然为E，但其西侧变为了低阻、东侧为高阻.断层F4的倾向东，其两侧均表现为低阻特征，且电阻率差异较小.测点20—21之间的水平坐标约67 km(图8b)两侧的电阻率结构也具有明显的差异，这可能是高桥断层F3(未在图8b中标示出来)从L2剖面中穿过的位置.不过它延伸的深度可能很浅，推测不超过2 km深度.

L3剖面沿北西-南东走向跨越威远背斜.大兴场断层F1、长山镇断层F5和长岩断层F8分别从L3剖面的测点13附近、测点26—27之间和测点31—32之间穿过(图1).反演获得的电性结构分布图(图8c)揭示出，分别在水平坐标约28 km(测点13附近)、39 km(测点26—27之间)和88 km(测点31—32之间)处存在明显的电性结构间断面，推测它们分别为断层F1、F5和F8在L3剖面中的反映.断层F1与在剖面L1和L2中一样，具有很陡的角度，但西侧为低阻区，而东侧的电阻率相对较高，且其下端延伸不超过5 km深度.断层F5的倾向SE，倾角较大，可能超过了70°；其西侧为比较完整的高阻体，而东侧则为相对完整的低阻体；其下端的埋深可能超过了20 km.断层F8的倾向NW，高倾角，可能超过了70°；其西侧的电阻率较高，而东侧的相对较低；其下延深度可能超过了10 km.

3.3 电性结构与地震活动

地震活动与地壳电性结构具有一定的关系.Zhao等(2012)的研究表明汶川MW7.9地震发生在高阻体内的低电阻率区域.万战生等(2010)认为地壳内低阻层发生横向变化的区域地震活动较强.Zhan等(2013)指出芦山地震下部的高阻体相对连续，并没有发现高阻体内的局部低阻区域.为进一步探究开采区地震活动性与地壳电阻率的关系，我们将2019年1月1日—2021年7月31日之间发生在距测线约5 km范围内的地震震中投影到了剖面L2和L3的电性结构剖面(图8)中，然后进行对比分析.

在L2剖面(图8b)中，地震主要集中剖面东侧的测点19—23之间，在测点17、18和24附近有少量地震，它们主要集中在10 km深度范围内的高阻和低阻的过渡区.虽然在这一局部区域存在出露地表的断层F3、F4，但是地震并不是集中在断层附近且沿着断层面呈线性分布.对于L3剖面(图8c)，地震主要集中分布在测点27、28、29、30和31之下10 km以上的低阻分布区域内的高阻和低阻过渡带，地震没有集中在断层F1、F5和F8附近且沿着断层面呈线性分布.这些结果表明，研究区内的断层并不是地震的主控因素.

4 讨论

在本文的研究区内，近年来地震活动显著增强，地震数目明显增加(图2).

虽然绝大多数(占图8中地震总数的约92%)地震震级不大(基本上小于2.0级)，但是它们大多(占图8中地震总数的约84%)发生在5 km以浅的区域，与该区域内页岩气埋深相当，因此明确其地下电性结构以及地震活动的主控机制非常重要.本文在研究区域内布设了3条大地电磁测深剖面，利用二维反演方法获得了它们的电性结构分布，据此分析了研究区域的电性结构和主要断层特征，并结合地震震中的分布特征，探讨了研究区内地震活动的主控因素.

在研究区域5 km以浅的区域的电阻率较低(10～30 Ωm)，且存在着电阻率很低(<5 Ωm)的多个孤立的局部区域(图8).这些电阻率值远低于常见岩石、矿物在相应温度、压力下的电阻率.地震P和S波成像结果(杜广宝等，2021)表明，在研究区域5 km，尤其是4 km以浅的区域，存在着明显的低速异常区.对比分析剖面L2东部(水平坐标大于约44 km的部分)的电性结构与其邻近的杜广宝等(2021；其中图12)的具有相同水平范围的C-C′地震P、S波波速比剖面，发现电阻率低(高)的区域与波速比高(低)的区域具有良好的一致性，这表明了本文结果的可靠性.区内的页岩气主要储存在5 km以浅的区域(王治平等，2021).在页岩气开采过程中，一般情况下会对储层进行水力压裂，从而导致旧裂隙的张开、新裂隙的产生以及在这些裂隙(区)充满了电阻率低的压裂液.因此这种低速、低阻异常结构特征可能反映了研究区内水力压裂后的充满了压裂液的局部区域.

研究区域内存在多条早、中更新世活动的断裂.虽然这些断裂的规模不大，出露在地表的长度一般不超过30 km，但是明确它们与研究区内地震活动的关系是非常重要的.本文的探测结果揭示了这些断层的深部结构和延伸状态.除了长山镇断层F5可能延伸到了20 km深度以深外，其他断层的延伸一般不超过5 km深度.研究区域内的地震主要发生在10 km深度范围内的高阻和低阻的过渡区，并不集中在断层附近且不沿着断层呈线性分布.地震成像结果揭示出这些地震也主要分布在P和S波高、低速异常转换带，而与断层带的分布没有明显的关联.这些结果可能表明了研究区域内的地震不是断层活动引起的.同时也表明了本文的电性探测结果与地震层析成像结果是一致的.正如上面所述，在研究区域内的工业开采活动中，水力压裂作业会导致旧裂隙的张开和新裂隙的产生，而且被压裂层位的深度与大量地震震源深度相当，且在剖面L3附近存在水力压裂井(图1)，可能表明了研究区域内的地震活动性与水力压裂作业有关.然而，在墨林场断层F6的东北侧和高桥断层F3、资中断层F4的南侧发生了多个MS3.0以上的地震.根据它们的震源机制解，易桂喜等(2020)推测可能是威远背斜南翼一系列倾向SE、走向NNE-NE的缓倾角逆断层活动导致了这些地震的发生.Yang等(2020)结合地震与测地学数据对发生在威远气田墨林场断层附近的2019年2月25日ML4.9地震序列的发震机制进行了分析，认为它们的发生可能是水力压裂活动重新激活了断层活动而造成的.因此，研究区域内近年来不断频发的地震可能是由注水压裂及断裂活动等多种因素共同造成的.

5 结论

利用MT探测了威远—荣县工业开采区的地壳电性结构，获得了以下认识：

(1)开采区约5 km以浅的区域的电阻率较低(10～30 Ωm)，同时存在着电阻率非常低(< 5 Ωm)的多个孤立的局部区域，在L3剖面27—30号测点附近存在多个生产注水井，因此，电导率剖面上局部低阻区域可能主要反映了页岩气藏及其开采过程中注水压裂后的电性结构.在开采区北部5 km以深的区域，测点7和19(水平坐标约60 km；图8a，b)西侧的电性结构高、低阻层分布特征，且高阻层由西向东、由北向南存在变薄的趋势；东侧的电性结构比较均匀.开采区西北部(以L3剖面中的水平坐标约40 km为界；图8c)5 km以深的区域为延伸到了20 km以深的比较均匀的高阻体，而东南部电阻率明显低于西北侧，并呈现多个局部低阻体向下延伸的特征.

(2)三条剖面的大地电磁测深反演结果揭示出了它们经过的区域内的主要断层.大兴场断层F1分别从L1剖面的水平坐标约13 km(图8a)和L2剖面的水平坐标约16 km(图8b)处穿过；倾角很大，从电性结构图上难以推断出倾向；断层西侧为低阻体，而东侧为高阻体；下端延伸不超过5 km深度.牛颈垇断层F2分别从L1剖面的水平坐标约33 km(图8a)和L2剖面的水平坐标约36 km(图8b)处穿过；倾向为E，断层西侧为高阻体，而东侧为低阻体；下端延伸不超过5 km深度.资中断层F4从L2剖面的水平坐标约72 km(图8b)处穿过；倾向东，断层两侧均表现为低阻特征；下端延伸不超过5 km深度.长山镇断层F5从L3剖面的水平坐标约39 km(图8c)处穿过；倾向SE，倾角可能超过了70°；断层西侧为比较完整的高阻体，而东侧则为相对完整的低阻体；其下端的埋深可能超过了20 km.长岩断层F8从L3剖面的水平坐标约88 km(图8c)处穿过；倾向NW，倾角可能超过了70°；断层西侧的电阻率较高，而东侧的相对较低；其下延深度可能超过了10 km.(3)地震主要集中在10 km深度范围内的高阻和低阻的过渡区，没有集中在断层附近且沿着断层面呈线性分布，表明开采区内断层不是地震活动的主控因素.

致谢本文的改进得益于三位匿名审稿专家提出的建设性意见和建议.本研究野外数据采集、质量控制和室内数据处理与反演方面得到了中国地震局地质研究所詹艳研究员和孙翔宇博士、应急管理部国家自然灾害防治研究院陈小斌研究员的帮助；中国地震局地球物理研究所的张瑞青研究员提供了杜广宝等(2021)论文中的地震重定位数据，李金臣副研究员提供了断层资料.在此一并表示感谢.