南水北调西线工程区及邻域的活动构造

第24卷第20期岩石力学与工程学报Vol.24No.202005年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.，2005收稿日期：2005–06–13；修回日期：2005–07–22基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2004CB418400)作者简介：冉勇康(1955–)，男，博士，1979年毕业于北京大学地理系地貌专业，现任研究员、博士生导师，主要从事活动构造、古地震和工程地震方面的教学与研究工作。E-mail：[e-mail]。南水北调西线工程区及邻域的活动构造冉勇康，李建彪，闵伟，韩竹军，陈立春(中国地震局地质研究所，北京100029)摘要：南水北调西线一期工程在构造上位于青藏高原东部的巴颜喀拉地块内部，块体的四周边界以巨型走滑断裂和逆断裂为特征，构造运动非常强烈，是块体运动引发应力集中和释放能量的主要场所。但块体内部构造活动性较弱，仅发现甘德—阿坝断裂系北支断裂在阿坝盆地段的部分断裂、色达—洛若断裂和康勒断裂等晚更新世以来有过活动，且规模和运动强度远小于地块边界断裂。晚第四纪以来地块边界断裂的位移速率大多在7mm/a以上，最大达18mm/a，最小为1～2mm/a，而输水隧洞附近最主要的活断层顺河断裂的位移速率仅为0.18mm/a，相对地块边界断裂小1～2个数量级，可以认为工程场地处于构造相对稳定的地区。给出了阿坝盆地北缘断裂、顺河断裂等活断裂在工程使用期内最大设防的倾滑位移量，分别为0.67和2.62m。关键词：工程地质；南水北调西线；输水隧洞；活动构造；潜在断裂位错中图分类号：TV221.2文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)20–3664–09ACTIVETECTONICSALONGSITEANDNEIGHBORHOODOFWESTROUTEOFSOUTH-TO-NORTHWATERTRANSFERPROJECTINCHINARANYong-kang，LIJian-biao，MINWei，HANZhu-jun，CHENLi-chun(InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China)Abstract：ThefirststageprojectofthewestrouteofSouth-to-NorthWaterTransferProjectislocatedinBayankelablockinterioroftheeasternQinghai—TibetPlateau.TheboundaryofBayankelablockisallthegiantstrike-sliporthrustfaultsystems，whichhaveintenseactivity；andtheboundarybeltsaretheprimarysitesoftheaccumulationandreleaseofstressresultedfromtheblocksmovement.ThefaultactivityisweakerinBayankelablockinteriorthanthatoftheboundarybelts.PartialfaultsofGande—Abafaultsystem，Seda—Luoruofault，andKanglefault，etc.，wereactiveatonetimesinceLatePleistoceneepoch.However，theyhaveweakeractiveintensitythantheboundarybelt.TheaveragedisplacementratesoftheblockboundaryfaultsinthelateQuaternaryPeriodweregenerallymorethan7mm/a；themaximumvaluewasupto18mm/a，andtheminimumonewas1-2mm/a；however，thesliprateofthemostprimaryactivefaultattheracewayvicinityisonly0.18mm/a.Ingeneral，thecrustoftheprojectsiteisrelativestable.Themaximumdip-offsetofthefaultsneededtobeprotectedfortheprojectduringusefullifehasbeendeduced；forexample，fortheAbabasinnorthmarginalfaultandtheShunhefaultthemaximumvalueis0.67mand2.62m，respectively.Keywords：engineeringgeology；westrouteofSouth-to-NorthWaterTransferProject；diversiontunnel；activefault；potentialdislocationoffault第24卷第20期冉勇康等.南水北调西线工程区及邻域的活动构造•3665•1引言输水隧洞属于长线工程场地[1]，对该类工程场地的地震安全性问题，国家还没有专门的工作规范。根据近年国内外类似工程的地震安全性评价实例，基本上可以把输水隧洞工程场地的地震安全性分成2个部分的内容：一是场地及附近(两侧各25km)的断裂活动性评价。由于输水隧洞不可避免地要经过断裂带，评价工程场地工程使用期内断裂是否可能产生位错，导致输水隧洞的破坏是最重要的工作；二是坝址等点状场地的地震安全性评价[2]。评价断裂在工程使用期内是否会发生地表和近地表的位错是国内外地震、地质学者努力探索的问题，其核心是客观认识断裂的活动习性和强震复发历史，从而为工程安全提供抗震设防参数。上世纪晚期以来活动构造研究取得了长足的进展，从定性研究发展到定量研究阶段，为工程使用期内断裂位错的评价奠定了较好的理论基础[2～9]。如美国学者通过对阿拉斯加输油管道穿经的Denali断裂近期可能发生的最大地震位错进行了定量研究，采取了相应的设防措施，对抗御2002年Mw=7.9级地震起到了良好的效果[9]；我国在西气东输、青藏铁路等一系列重大工程中也探讨了相应的评价方法[1]。南水北调西线工程需要修建高坝和开凿超长隧洞，由于工程的重要意义和地质背景的复杂性，工程地震安全性问题也就显得异常突出。本文结合近年该区域及青藏高原东北部活动构造研究的最新成果，对在输水隧洞两侧各25km范围内的主要断裂活动进行研究，探讨工程区及附近的活动断裂及潜在的最大地震位错可能对输水隧洞造成的影响。2区域活动构造特征南水北调西线工程场地位于青藏高原东部，这里活动断裂分布密集[10]，但晚更新世以来活动的断层大部分可以归入以下8条活动断裂带(图1)：(1)喜马拉雅活动构造带(HM)，由向南凸出的LS—拉萨地块；QT—羌塘地块；BYKL—巴颜喀拉地块；QDM—柴达木地块；QL—祁连地块；CD—川滇地块；NB—北缘边界构造带；EB—东缘边界构造带；XY—西域地块区；HB—华北地块区；NH—南华地块区；小箭头—剪切运动方向；细线—晚更新世以来活动的断层；粗线—活动地块边界图1研究区活动地块与地震Fig.1ActiveblocksandearthquakeinresearchareaMs≥77＞Ms≥66＞Ms≥5输水隧洞•3666•岩石力学与工程学报2005年主中央冲断带(MCT)—主边界冲断带(MBT)—山前冲断带(RFT)所组成，全新世滑动速率为15～18mm/a[11]。(2)班公错—嘉黎断裂带(BG-JL)，右旋滑动速率为4～10mm/a左右[12，13]。(3)鲜水河—玉树—玛尼断裂带(XSH-YS-MN)，东部玉树—鲜水河段左旋滑动速率为10～12mm/a[14]；西部左旋滑动速率约为2.5～10.0mm/a[15]。(4)东昆仑断裂带(EKL)，左旋走滑兼向南逆冲，晚第四纪滑动速率为12～13mm/a[16]；2001年11月昆仑山口8.1级强烈地震在该带中部发生，形成长达350km的地表破裂带[17]。(5)西秦岭北缘—青海湖南缘—柴达木盆地北缘断裂带(NWQ-SQH-NQ)，左旋走滑兼向南逆冲，造成南祁连山系推覆于柴达木—共和盆地之上，滑动速率较小，一般为2～4mm/a[18]。(6)阿尔金—海原断裂带(ALT-HY)，左旋走滑兼逆冲挤压，左旋滑动速率约为7～9mm/a[19～22]。(7)金沙江—红河断裂带(JSJ-HH)，右旋走滑，晚第四纪滑动速率可达7～8mm/a[23，24]。(8)龙门山断裂带(LMS)，活动性不强，但其中的岷江断裂具有左旋走滑特征，速率为1～2mm/a[25]。中国地震、地质学家将这些活动断裂带所围限的块体定义为活动地(断)块[10，26](图1)。南水北调西线工程一期方案在构造上就位于鲜水河—玉树—玛尼断裂带(南界)、东昆仑断裂带(北界)、阿尔金断裂带(西界)和龙门山断裂带(东界)所围限的巴颜喀拉地块内部。前3者是青藏高原内走滑速率最高的断裂带，也是大震频繁发生的构造带；后者为强烈活动的以逆冲–推覆为特征的断裂带，也是中国大陆内的强震发生带。根据围限块体的断裂活动性、区域应力场和现代地壳运动观测资料分析，巴颜喀拉地块有向东滑移的趋势，输水线附近的主压应力轴方向为WEE[27，28]。尽管巴颜喀拉块体四周边界的新构造运动非常强烈，是块体运动引发应力集中和释放能量的主要场所，但块体内部构造活动性较弱，仅发现少数晚更新世以来活动的断裂，并且规模远小于地块边界断裂，输水隧洞附近(两侧各25km)没有记载过6级以上地震。3输水隧洞附近主要断裂的活动性在输水隧洞附近有7条规模较大或可能在晚更新世活动过的主要断裂(图2)。(1)甘德—阿坝北支断裂带甘德—阿坝断裂系是区域内规模较大的断裂系，由甘德—阿坝北支断裂和南支断裂组成。其南F7—康勒断裂(巴颜喀拉山主峰断裂)；F8—桑日麻断裂；F8–1—南木达断裂；F10–1—甘德—阿坝南支断裂；F10–2—甘德—阿坝北支断裂(f1—阿坝盆地北缘断裂；f2—阿坝盆中断裂；f3—阿坝盆地顺河断裂)；F14—鲜水河断裂；F14–1—加德—丘洛断裂图2输水隧洞经过的主要断裂Fig.2MainfaultsalongthediversiontunnelF8–1F14–1F16–1F10–2F10–2F10–1第24卷第20期冉勇康等.南水北调西线工程区及邻域的活动构造•3667•支展布于阿坝盆地西南十余公里，北支从阿坝盆地通过，北支断裂总长240km，在阿坝段分别称为阿坝盆地北缘断裂、阿坝盆中断裂和阿坝盆地南缘断裂。阿坝盆地北缘(f1)(图2)，主要由2条大致平行的断裂组成。北边的1条展布于三叠系砂板岩之中，地貌上表现不明显；南边的1条位于第四系冰洪积砂砾石与三叠系砂板岩之间，总体走向NW，是一条具有长期活动历史的断裂，控制了阿坝盆地的北边界。在方休一带断裂晚更新世末至全新世初的地层，是输水隧洞要经过的活动断层(图3)。方休探槽剖面揭露了两次位错事件：事件一断错层①，而后堆积层②；事件二则断错事件一的坎前堆积地层，之后为堆积层③及以后地层。由热释光样品(Fx–TL3，Fx–TL2，Fx–TL3)分析得到这两次事件的发生年代分别为约距今3.635×104和1.115×104a，重复间隔约为2.52×104a，最后一次事件的离逝时间为1.115×104a。层①顶部在剖面上的可见位移量大于2.2m，一次事件北东地貌上有一高约4～5m的陡坎，开挖剖面揭示的垂直位移量在1.2～1.4m左右。盆中断裂(f2)在多处断错第四系地层。在苟洼洛3条断层错断了第四纪冰洪积砂砾石层，顶部被厚约30cm的黑色腐殖土覆盖，此剖面的测年结果(图4)，以及其他剖面(表1)的结果显示，断裂的活动时代主要在晚更新世。阿坝盆地