大朝山水电站区域构造稳定及水库诱发地震分析

大朝山水电站区域构造稳定及水库诱发地震分析王昆,杜世民(国家电力公司昆明勘测设计研究院,云南昆明650051)Ξ摘要:文章对大朝山水电站的区域地质环境条件作了概述,分析、论证枢纽区及库区的区域构造稳定性,对水库诱发地震的可能性作了分析、评价。关键词:区域构造;水库诱发;工程地质研究;大朝山水电站中图分类号:P31519;P548文献标识码:B文章编号:1006-3951(2001)04-0017-051区域工程地质简况本区位于横断山脉南段,区内地形复杂,水系发育,切割强烈,沟谷纵横。山脉、水系走向和山间盆地分布均受构造控制。大致以无量山山脉四麓为界,东、西两区地貌景观回然不同。东区山脉、水系是呈北北西———南南东向延伸;西区则大致呈南北向分布。总观地势,北高南低,最高峰大雪山高程342916m,一般高程在2000～2800m。澜沧江河谷纵贯测区中部,坝址处谷底高程约为805m,谷峰相对高差在1500m以上,最大达2640m,呈现强烈切割的侵蚀———构造高中山峡谷地貌景观。新构造运动的间歇性抬升,导致形成多级剥夷面,其高程分别为2600～2700m,2360～2460m,1960～2060m和1700～1800m。其中,以中间两级剥夷面的分布相对较广。高程1700m以下,澜沧江下切速率加快,河谷明显变窄,多呈陡峻的“V”型峡谷。区内出露的地层有:元古界澜沧群变质岩系,零星分布在测区西部;下古生界无量山群变质岩系,分布在测区东北部,构成无量山脉主体;上古生界仅出露二叠系砂板岩、千枚岩、灰岩及煤线,沿澜沧江河谷呈近南北向带状分布;中生界三叠系缺失下统,中统忙杯组和上统小定西组的酸———基性火山岩系广泛分布于澜沧江河谷;株罗系和白垩系红层则广泛分布在澜沧江河谷以东地区,西部仅零星出露侏罗系;新生界地层主要分布于勐统、景东、云县、临沧等新生代断陷盆地中。区内岩浆的多期强烈活动和部分地层发生不同程度变质,是本区地层和岩性建造的重要特征。晚古生代以来,区内岩浆活动明显加剧,受构造控明显,岩浆活动主要有华力西晚期———印支期、燕期和喜山期三个活动期,其活动强度由强变弱,规由大到小。呈南北向展布的巨大酸性侵入岩基云———临沧花岗岩体,就是华力西晚期至印支期的物。由于在漫长的地质历史发展过程中,经历了次构造变动,致使区内中生代以前地层普遍发生不同程度的变质,并呈有规律的带状分布,自西往分别为黄李子桥———曼毫变质带、澜沧江变质带无量山变质带。2区域地质构造条件本区的地质构造格局由经向构造体系和北北向歹字型构造体系复合构成。以安乐———勐片———大井一线为界,西侧为经向构造体系分布区,侧属于歹字型构造体系(见图1)。经向构造体系成生于晋宁运动。经历了多期造运行的改造、演化。歹字形构造体系雏形始于江运动,它的成生和发展受到了经向构造体系的约。两者在安乐、永秀一带呈斜接复合关系;在县,经向构造体系的北东向明显限制了歹字形构体系向南东方向发展。211经向构造体系经向构造体系展布在测区的中部和西部,属西经向构造体系成分,主体由澜沧江褶断带和云———临沧花岗岩体组成。(1)褶皱:区内褶皱强烈,褶皱有以三叠系地Ξ收稿日期:2001-09-20作者简介:王昆(1966-),男,云南曲靖人,高级工程师,主要从事水电工程地质和岩土工程工作。等。212歹字型构造体系歹字形构造体系分布在安乐———勐片街———大井以东地区,属青藏滇缅印尼歹字型构造体系中部东支成分,由大致平行的北西向褶皱和压扭性断裂组成。褶皱主要是无量山复背斜和位于其东侧的邦迈———勐统街复向斜。前者范围基本上与无量山山脉相吻合,褶皱地层为下古生界无量山群;后者位于无量山复背斜东侧,中、新生代地层卷入了褶皱。主要断裂自西向东有:安乐———大井断裂、无量山断裂和川河断裂。断裂均呈北北西向展布,断裂面倾向东,挤压强烈,破碎带宽100～300m,右旋压扭,挽近期活动明显。3工程区地震基本烈度及地震动参数311地震危险区划分根据本地区地震构造条件、深部构造条件、地震活动标志和未来百年地震活动趋势分析结果,对工程有影响的地震危险区主要有澜沧715级地震危区、耿马7级地震危险区、云县7级地震危险区、景东6级地震危险区和大寨6级地震危险区(见图2)图1大朝山水电站区域构造纲要图澜沧江复背斜位于测区中部,轴迹与澜沧江河谷近于一致。在褶皱核部由二叠系地层构成,出露在澜沧江河谷,翼部由三叠系中、上统及侏罗系、白垩系地层构成。背斜由于受到与轴向大致平行的区域性的澜沧断裂和忙亚断裂的切割,核部破坏严重,地层缺失较多,两翼出露地层也不尽一致。次级褶皱自西向东有马房向斜、高山村向斜、张导山向斜、保甸街向斜,龙虎山向斜和郭家山向斜;工程区内还有褶皱范围更为狭小的王家地向斜、堂尚村向斜和大扁山向斜。(2)断层:区内不同序次、不同级别的断层较发育。规模较大的区域性断裂,破碎带宽几十米至二百米,力学性质几经转化,沿断裂多有岩浆岩侵入和温泉分布,表现有不同程度的活动性。主要断裂自图2大朝山水电站坝区外围地震危险区分布图31111澜沧715级地震危险区该区展布于黑河断裂带和澜沧江———勐遮断裂带分布范围,距坝址约110km。地震活动水平高,勐海在1941年和1950年曾两次发生7级地震,1988年11月,耿马、澜沧又分别发生712级和716级地震31112耿马7级地震危险区危险区主要沿南汀河断裂西支展布,分布范围识,并据此确定了工程区地震基本烈度。(1)根据地震活动性分析,坝址所在的澜沧———萨尔温江地震带在今后百年中可能出现两次跃期,震级可达7级或更大。(2)根据地震活动性的统计预测,未来百年中缺6级地震14次～15次,615级地震6次～9次级以上地震4次～6次。根据平稳马尔科夫过程大致与孟定———勐简盆地吻合,距坝址约60km。该区地震强度大,频率高。在耿马富等寨,除1941年5月16日发生的7级地震外,历史上还有过多次古地震事件在原地重复,总水平位移达40m;在勐撒盆地,有古地震变形带,分析至少有2～3次古地震在原地重复,其形变带长达8km,断层崖高10～25m,揭露的最大垂直断距为115m,震级达715级。31113云县7级地震危险区分布范围大致为现今云县盆地,距坝址约55km。该区尚未发现大于417级的地震记录,将其定为7级地震危险区的主要理由是:(1)在地震构造上,盆地被南汀河断裂带东、西支断裂夹持,第四纪活动一直强烈,地震地质条件与己发生过7级地震的耿马富等寨相似。(2)盆地中的朱家村己发现震级为7级的古地震遗迹,并有2～3次古地震在原地重复。根据历史地震记载,本区至少已有五百余年未发生强震,说明本区聚集的能量可能己很大,未来百年有发生7级强震的可能。(3)云县盆地小震较频,地震主要分布在北端———南汀河断裂带的东、西支断裂交汇处,应力易集中。断裂南端50年前发生过7级地震,根据断裂带上强震震中的迁移规律,断裂北端也极有可能发生强震。31114大寨6级地震危险区危险区沿大寨河断裂展布,距坝址最近为5km。国家地震局地质研究所鉴定认为,大寨河断裂是一条新活动较强的断裂带,最新活动年龄为6195万年,其地震地质条件与南汀河断裂北东段有类似之处,虽然历史上无大震记载,但考虑到本区本底地震已是6级,历史地震网络结构分析也有可能发生5级～519级地震,故将本区的震级定为6级。为进一步研究大寨河断裂的地震活动和校验工程区的地震烈度,目前己在距坝址5km的大朝山西镇(位于大寨河断裂的边缘)设立地震台进行监测。31115景东6级地震危险区该区1520年在景东县城发生5175级地震;1965～1988年间,在景东县城周围又记录到214级～314级地震12次,小震频度较高。312地震基本烈度的确定根据对区域地震活动性、未来百年活动趋势、地震危险区和宏观影响场的分析,可得到以下四点认算,发生6级以上(包括7级)地震的概率为100%(3)在第三代地震烈度区划图中,本区本底地为6级,故有发生6级地震的可能。(4)对坝区的影响主要来自外围几个地震危区。根据它们与坝址的距离和烈度衰减规律计算澜沧、耿马、云县地震危险区对坝区的影响为Ⅵ度景东地震危险区对坝区的影响为Ⅴ度;大寨地震险区距坝址最近,相距仅5km,其影响烈度为Ⅶ度虽然只有大寨地震危险区的影响烈度为Ⅶ度但考虑到本区本底地震为6级,大寨河断裂又是条新活动较强烈的断层,而所处的地震带百年内缺强震多次,强震的复发期又很短,综合确定澜沧大朝山水电站工程区地震基本烈度Ⅶ度。313地震动参数考虑距工程300km范围内的潜在震源区,重研究了工程区外围27个潜在震源区的影响。经算求得基岩水平峰加速度及速度值并作相应修正据地震危险性分析结果,确定工程场地50年100年,300年、600年及1000年超越概率为10%基岩水平峰加速度及峰速度值:表1基岩水平峰加速度及峰速度值表超越概率(10%)50年100年300年600年1000年基岩水平峰加速率(g)峰速度(cm/s)01087011210119601273013371112121413702117692419732817344水库诱发地震分析411水库诱震条件分析库区为高中山峡谷地貌,大坝建成后将形成约9115km,宽250～450m,库容914亿m3的峡谷库。水库大致沿澜沧江断裂带展布,库盆岩性主为二叠系变质岩和中生界火山岩,澜沧江、忙亚和鱼河三条主要断裂均为压性兼压扭性的走滑型裂,糜棱岩化、片理化强烈,有多期岩浆侵入或喷发但新第三纪以来,活动不明显,无新生代盆地分布根据库区地质构造、岩体介质等基本地质条件以及库水深度,现以岔河口为界,分两段阐述水库的诱发地震条件。41111坝址至岔河口库段该库段长17km,蓄水后库水深60～100m。在东西向河段,东端外侧4km处有澜沧江断裂,忙亚断裂和拿鱼河断裂则横切河段。库段主要为玄武岩脆性岩体,除断裂带外,岩体受构造破坏程度相对较弱,蓄能条件较好,地震活动微弱也从另一侧面反映了岩体内可能已有一定量级的能量储积。从岩体富水程度看,东西向河段两端属中等富水区,是诱发水库地震因素的集中地段。构造应力的有限元计算结果,该河段剩余抗剪强度为△τ≤0,是水库诱发地震的危险区。因此从地震地质条件分析,坝址至岔河口库段局部地段有诱发地震的可能。41112岔河口至库尾库段该库段长7415km,澜沧江蜿蜒于澜沧江断裂和忙亚断裂带,两断裂相距一般2～3km,其间由于受断裂控制,低序次构造较发育,库盆岩体破坏强烈,有利于库水下渗,易产生水化学效应和孔隙水压力效应;狭长水体荷载的作用也将因两侧走滑型陡倾角断裂的阻碍而可能传递影响至库盆深部岩体。但该段库盆岩性主要为二叠系浅变质的塑性岩体,加之构造破碎,蓄能条件较差,岩体易以蠕变形式释放应力,能量不易积储,存在最大最小应力差较大的天然应力场可能性不大;水库蓄水后,水深远小于坝前坝址至岔河口段更小。但从局部看,勐片河至曼等段,又基本具备了断层交汇,应力集中和下渗条件较好诱发因素,经计算其剩余抗剪强度为△τ≤0,是库诱发地震的相对危险区。412水库诱发地震的可能性评价从水库的地震地质、水文地质、地震活动性、区域构造应力及水库诱发地震统计等五个方面,对大朝山水电站的水库诱发地震问题进行了综合研究结论如下:(1)根据水库规模、地质构造条件、水文地质条件、地震活动性判断,大朝山水电站水库引起4级以上诱发地震的可能性很小;(2)根据水库自身条件比较,坝址至岔河口和勐片河口至曼等是水库中的两个相对容易诱发地震的危险区。诱发地震的可能最高震级为M≤4级。总之,水库引起4级以上诱发地震的可能性小其烈度不会超过工程区的地震基本烈度,对工程及区内地震地质环境无大的影响。5区域构造稳定性的综合评价根据《中国水力发电工程———工程地质卷》中关于大型水利水电工程区区域构造稳定性分级和评价,见表2,大朝山水电站的区域构造稳定性属稳定性较差。综合分析、对比地震基本烈度分档评价及活断层、水库诱发地震条件,大朝山水电站工程区属基本稳定区。表2大型水利水电工程区域构造稳定性分级和评价表分级稳定性好稳定性较差稳定性地震烈度≤Ⅳ