雅拉河隱伏斷裂活動性研究

2012-12-19 03:38:48谷江波曹建平張運達周四春

水電站設計 2012年4期

谷江波，曹建平，張運達，周四春

(1.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072；2.成都理工大學，四川成都 610059)

1 前言

雅拉河斷裂北西起于乾寧—丹巴公路二道班，向南東經埡日阿措、新店子、中谷、熱水塘、王母、雅拉鄉至康定跑馬山以南消匿，全長約73km，斷裂走向N30°～40°W。該斷裂為鮮水河斷裂帶的一條分支斷裂，與主干斷裂近于平行展布。

活動性的斷裂帶是未來地震的震源，也是崩塌、滑坡等地質災害的發源地。例如，1973年爐霍7.6級地震時, 沿鮮水河斷裂產生長達90km的地面破裂帶, 并出現3.6m的左旋位錯[1]。隱伏斷裂的活動性研究是一個比較復雜的問題，目前還缺乏十分有效的解決方法。

雅拉河斷裂是一條經過綜合地球物理探測手段驗證的隱伏斷裂構造，沿著雅拉河展布，對雅拉河隱伏斷裂的活動特性，特別是晚更新世以來的活動性進行研究是水電建設的重要課題。因為處于隱伏斷裂活動帶的河段不能建壩，更不能布置重要水工建筑物，它嚴重影響全流域梯級布置方案的選取，故研究隱伏斷裂帶的存在與性質，對水電規劃樞紐建筑物的布置具有十分重要的意義。由于雅拉河斷裂空間展布范圍大，而展布范圍地表基本上被堆積物覆蓋，斷裂帶露頭甚少，要確定這條隱伏斷裂的活動性存在著很大的困難。因此，需采用綜合分析的手段對其活動性開展研究。本文僅對位于四川康定雅拉河河段的雅拉河隱伏斷裂進行研究。

2 活動地貌特征

雅拉河Ⅰ～Ⅲ級階地普遍發育，屬于多級河流階地可以間接反映新構造間歇性抬升運動的地貌特征；而在江達溝口雅拉河呈一拐彎狀，可見水系扭曲也是新構造運動的表現。另外雅拉河上游規劃河段右岸沖溝水流均向雅拉河下游彎折(見圖1)，水系的同步轉彎、匯流和分叉點的大體線狀分布，也常與新構造運動有關[2]。

圖1 雅拉河斷裂帶空間展布位置示意

據野外調查研究，雅拉河斷裂新活動在地貌上的表現主要有斷層陡坎、邊坡脊、斷錯洪積扇及倒石錐等現象，在平面上具有斷續延伸的特點，具存在由北西向南東新活動形跡逐漸減弱的趨勢。

3 覆蓋層斷面活動特征

在康定王母村，一條沖溝由東至西注入雅拉河，形成有兩級沖洪積臺地。王母村位于一級沖洪積臺地上。雅拉河斷裂從二級沖洪積臺地上通過時，形成有斷層斷坎。此處斷裂分為兩支：主干斷裂形成的反向斷層陡坎高約4～5m，坡度僅10°～20°，具明顯的后退特征；次級斷裂為一正向斷層陡坎，高約0.4m，基本上未受外動力作用改造，似一次地震地表破裂[2]。在兩條斷層陡坎之間為斷塞塘，現今仍然富水。

探槽橫跨次級斷裂，呈N80°E方向，長約2.5m，深0.5～1m。揭示出的地層層序由老而新為：①灰綠色塊碎石層：以塊碎石為主，中粗砂充填塊碎石間隙，不具層理，為Ⅱ級沖洪積扇頂部沉積；②灰綠色黏土層：具水平層理，層厚20～30cm，厚度較穩定；③灰黑色黏土層：具水平層理，向西尖滅；④褐黃色塊碎石夾細砂層：呈由東向西逐漸尖滅態勢，無層理，估計為斷坎坡面沉積物；⑤表層腐殖土層：呈灰黑色，夾雜植物根系，另夾數條黑色泥炭層，底部14C年齡值為A.D.1 380±60a。探槽僅揭示出一次地震事件，地震斷層已將①～⑤層全部錯斷而達地表，顯然應是一次距今時代最近的地震，大致與⑤層底14C年齡相當，即為A.D.1 380±60a。探槽斷面素描見圖2。

4 平硐斷面活動性特征

在木格措電站廠房附近通過的雅拉河斷裂帶內的分支斷裂在CPD01平硐內有良好的揭露。斷裂發育于硐身樁號：0+15～0+050m段的中三疊紀雜谷腦組(T2z)淺變質砂板巖地層內，主要由兩條主斷裂組成，另發育有一些小的破裂面。主斷裂的破碎帶寬度為9m和4.5m，主要由構造角礫巖、碎裂巖、碎裂石英脈體和斷層泥等組成，顯壓性特征。斷面產狀為SN/W∠70°，發育有厚度不等的斷層泥。斷層泥厚度分別為5cm、3cm、3cm和10cm，累計厚度21cm。在其中的兩條斷面上可以見到傾伏角為10°和35°的斷層擦痕，表明了斷裂左旋剪切運動性質。斷面上斷層泥的TL年齡值為220 300±16 700a和302 800±22 700a，表明斷裂的最新一期活動時間在中更新世。平硐下游側壁取樣素描見圖3。

圖2 探槽斷面素描

5 物化探探測資料活動性分析

5.1 射氣測量

巖石中都有背景級含量的U，射氣(氡氣)則是U的氣態衰變產物。它能夠通過地下水或沿著基巖的斷裂構造等結構面從地下深處運移到地表，所以在斷裂帶的上方常常存在著氡異常。隱伏斷裂的活動性強弱可以通過斷裂上方的射氣異常襯度(異常值與背景值的比值)大小體現出來。這是因為活動性強的地層往往形成較新鮮的破碎帶，使得巖石中的氡更容易析出，存在較強的氡氣源，致使地表射氣異常明顯；而在活動性較弱的斷裂帶，早期的破碎帶已經膠結，氡的析出率相對較弱，地表的射氣異常襯度也較小。另外，伴隨斷裂的劇烈活動，往往在斷裂

圖3 雅拉河右岸CPD01平硐下游側壁取樣素描

形成的通道中存在較強的上升氣流，它對來自深部的氡及其母體的攜帶量要高于穩定斷裂，所以在活動斷裂上方，氡的遷移量也較大，表現為較高的射氣異常襯度。因此，通過探測地表氡異常，并與以往不同類型斷層的地氣測量數據進行比較，可以對雅拉河斷裂的活動性作初步的判斷。

竹瓦鋪—彭縣隱伏斷裂帶位于郫縣和彭州境內。據四川區調隊有關資料，該斷裂埋深在500m左右，是龍門山山前推覆構造帶的組成部分，在“5·12”地震前活動性不強。表1列出了該斷裂與雅拉河斷裂上探測的射氣測量結果。考慮到射氣是受多種影響因素的物理參數，為減少有關影響，增加可比性，表1列出了兩個地區斷裂上方測量的異常地段的“異常值”與“異常襯度”。

表1 不同隱伏斷層上射氣測量數據

比較竹瓦鋪—彭縣斷裂和雅拉河斷裂的射氣測量結果，前者的射氣異常襯度在2～8范圍內，而雅拉河斷裂上的射氣異常襯度普遍高于前者，多條測線的最大異常襯度超過17，是前者最大異常襯度的兩倍以上。這體現出雅拉河斷裂的活動性較強。

5.2 地氣測量

地球內部普遍存在著一種垂直上升的氣流，這些氣流在向地表遷移的過程中，會攜帶走遷移路徑上以納米顆粒尺寸形式存在的固體顆粒，形成含有多種元素的地氣流。斷裂的存在，會為地氣的遷移提供便利。因此，在斷裂的上方，地氣量將大于其他地區，地氣中很多元素的含量會明顯高于背景值。研究表明，在斷裂上方，稀土、Zn、Pb等元素會出現異常。為此，通過捕獲測點上的地氣物質，分析其中以10-9～10-12含量級的前述元素，提取多元素異常，就可以為斷裂活動性提供依據。

通過比較以下隱伏斷裂：竹瓦鋪—彭縣斷裂、彭縣—江油大斷裂的分支隱伏斷裂以及四川宣漢氣田環狀隱伏斷裂(數據均為“5·12”地震前所測，在“5·12”地震前活動性均不強)，可以為雅拉河斷裂的活動性推測提供參考。表2列出了不同地區隱伏斷裂地氣測量元素襯度對比。可以看到：對于活動性不強的比較斷裂上，La、Sm、Zn、Au的異常襯度普遍較弱，一般在2～4之間，最大不超過8；而在雅拉河斷裂上，多條測線上的多個元素的異常襯度大于3，最大襯度值幾乎都超過了比較斷裂，其中以Zn的異常最明顯，最大襯度值達到了42.9，說明雅拉河斷裂上方Zn的遷移量遠高于背景區域。綜合分析，雅拉河斷裂上方地氣中多種元素(包括造巖元素和重金屬元素)的異常明顯，這很可能是該斷裂活動性強的表現。