新疆莫勒切河新建38團石門水庫場地區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分析研究

李 輝，周臨校

（新疆兵團勘測設計院集團股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆莫勒切河新建38團石門水庫為碾壓瀝青混凝土心墻壩，最大壩高79.8m，壩頂高程2396.8m，壩頂長度530.6m，水庫正常蓄水位高程2394m，對應總庫容6671×104m3。建筑物主要由攔河大壩、上游圍堰、導流洞、溢洪道、泄洪排砂洞、發(fā)電洞和地面廠房組成。石門水庫工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，工程擋水大壩建筑物等級2 級，次要建筑物3 級，臨時建筑物為4級。石門水庫地面以下分布巨厚中更新統(tǒng)冰水沉積(Q2fgl)卵礫石層，采用全墻防滲，最大深度121m,防滲體總高度約200m。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

位于昆侖山北坡，塔里木盆地南緣，區(qū)域地貌形態(tài)受阿爾金斷裂和江尕勒薩依斷裂控制，南側(cè)為昆侖山和阿爾金山斷塊隆起，為侵蝕構(gòu)造形成的中高山區(qū)，北側(cè)為低中山區(qū)、塔里木盆地。區(qū)域位于塔里木地臺與東昆侖褶皺系兩個一級構(gòu)造單元的結(jié)合部位，工程區(qū)位于塔里木地臺（一級）的塔里木臺坳（二級）東南斷階（三級）的且末—若羌斷陷（Ⅸ55-2）南緣。且末—若羌斷陷北側(cè)以古老的基底斷裂為界與一級構(gòu)造單元塔里木地臺下的四級構(gòu)造單元北民豐—羅布莊凸起（Ⅸ55-1）相接，南側(cè)以阿爾金斷裂為界與一級構(gòu)造單元東昆侖褶皺系下的二級構(gòu)造單元阿爾喀山復背斜（Ⅳ33）相鄰。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

2 區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運動背景及主要分布的斷裂活動性分析研究

區(qū)域內(nèi)北部平原區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，新構(gòu)造運動不活躍。南部山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，新構(gòu)造運動較為強烈，地質(zhì)構(gòu)造主要為北東向的阿爾金構(gòu)造體系和東西向的木孜塔格-鯨魚湖斷裂系，區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育的斷裂見表1。

表1 區(qū)域內(nèi)主要斷裂一覽表

（1）車爾臣河隱伏斷裂（F1）。車爾臣河隱伏斷裂在地貌上呈盆內(nèi)洼地，控制車爾臣河下游河谷。衛(wèi)片的線性影像清晰。在車爾臣河下游谷地，河流沿著一個深達2～3m，底部平坦寬闊的槽地內(nèi)流淌，槽內(nèi)階地不發(fā)育，河床限于槽底迂回，槽兩岸高度一致，兩側(cè)地形平坦。很顯然這樣的洼地是構(gòu)造成因，河谷受斷層構(gòu)造控制。車爾臣河隱伏斷裂從中-晚更新世以來逐漸停止活動，研究認為與區(qū)域地應力局部調(diào)整有關(guān)。區(qū)域新構(gòu)造運動的早期，該地域主要處于壓性環(huán)境，隨著塔里木地臺的逆時針轉(zhuǎn)動，東昆侖褶皺系與塔里木地臺的北部邊界（阿爾金斷裂）逐漸變?yōu)楸睎|走向，造成地應力沿邊界更多地分解出平行斷層的左行走滑分量，能透過邊界的擠壓分量越來越少，所以盆地邊緣地帶的車爾臣河隱伏斷裂的活動性也隨之結(jié)束。從現(xiàn)代地震活動監(jiān)測資料分析，車爾臣河隱伏斷裂帶幾乎無地震發(fā)生，也說明其在晚第四紀以來已基本停止活動。

（2）江尕勒薩依斷裂帶（F2）。該斷裂帶總體走向為北東向，由一組斷層組成，包括江尕勒薩依斷層、南柯亞克斷層、皮羌勒克斷層和瓦石峽斷層等，斷層普遍存在擠壓破碎帶，牽引小褶皺和側(cè)枝羽狀小斷層，斷層的力學性質(zhì)及組構(gòu)特點顯示具有左行走滑逆沖運動特征。江尕勒薩依斷裂是阿爾金山北緣與盆地沉積的分界斷層，斷裂地貌明顯，錯斷山前第四系的沖洪積臺地，多條斷層面發(fā)育在中—新生代地層中，形成明顯的斷層溝槽。1933 年9 月26 日，在且末縣江尕勒薩依附近發(fā)生6級地震，造成江尕勒薩依河谷岸崖坍塌，體積數(shù)百立方米，表明該斷裂為全新世以來活動斷裂。

（3）阿爾金斷裂（F3）。總體呈北東方向延伸，全長1600km，由一系列羽列、雁列分布的斷裂組合而成，是阿爾金構(gòu)造體系的主體。該斷裂在平面上呈舒緩波狀，為壓性左行走滑斷裂，斷層面傾角平均70°以上，東、西兩段向南東傾斜，中段向北傾斜，區(qū)域內(nèi)出露阿爾金斷裂帶的西南段，該斷裂距石門壩址約17km。阿爾金斷裂是全新世活動斷裂，現(xiàn)代活動十分活躍，許多河道經(jīng)過斷層處都表現(xiàn)出程度不等的左行彎曲變形的S 形，國家地震局測試了大量被錯動河流沉積物的年齡，并求得阿爾金斷層的新生代左行走滑位移為75km，其左旋水平運動速率在7～12mm/a。在斷裂考察中，發(fā)現(xiàn)震級達7.5級以上的古地震破裂帶多達12條。1924年7月3日和12日，在民豐東南，該斷裂帶上發(fā)生過7.3 級地震。該斷裂在庫魯闊勒盆地北部可見古地震形變帶，形變帶表現(xiàn)為向盆地內(nèi)擠起砂礫石壟脊，壟脊高1.5～3m，寬度在50～80m，延伸方向約50°～60°。

（4）阿爾喀斷裂帶（F4）。阿爾喀斷裂位于工程區(qū)南部山區(qū)，東昆侖山西段的北緣。這條斷裂向東延伸在布喀達坂峰西部鯨魚湖附近與南支相匯，在滿達里克附近與阿爾金斷裂斜交，被阿爾金斷裂截斷。該斷裂走向近東西向，破碎帶寬度約8m，充填壓碎巖和糜棱巖。它控制著東昆侖山脈西段的主脊，斷裂南北兩側(cè)地形地貌差異巨大，斷裂北側(cè)是高原夷平面，南側(cè)則為高山，山勢突起，相對高差達2500～3000m，據(jù)此判斷，阿爾喀斷裂有可能為全新世活動斷裂。

（5）木孜塔格—鯨魚湖斷裂（F5）。該斷裂位工程區(qū)南部高山區(qū)，近東西走向，總長度超過2000km，距工程區(qū)約110km。東昆侖斷裂是古生代末期區(qū)域兩大板塊的縫合線構(gòu)造，斷層發(fā)育，結(jié)構(gòu)復雜，寬度變化很大，斷裂規(guī)模巨大。該斷裂帶近百年來發(fā)生了6 次大于7級的地震，沿斷裂帶先后形成近千公里的地震地表破碎帶。斷裂帶上還分布著豐富的古地震形變遺跡。2001 年在東昆侖山口西新青交界處，又一次發(fā)生了半個世紀以來我國境內(nèi)發(fā)生最大的一次8.1級地震，沿東昆侖山南麓形成了長達450km 的地震破碎帶，這次地震破裂的最大左旋水平位移6.4m，表明該斷裂為全新世活動斷裂。在工程區(qū)，分布為斷裂的西段，其活動性相對較弱，對工程影響較小。

（6）腦齊—喀帕斷裂（F6）。該斷裂自莫勒切河上游腦齊北側(cè)通過，向東延伸至喀帕，衛(wèi)星影像清晰，走向北東70°～75°，南傾，傾角70°延伸長度35km。該斷裂經(jīng)過莫勒切河河谷處，河谷兩岸階地下部中更新統(tǒng)卵礫石層及上部上更新統(tǒng)卵礫石層連續(xù)分布，階面在斷裂通過部位沒有明顯的落差變動,說明斷裂強烈位移變動的時期在河谷高階地形成以前，晚更新世以來沒有活動。

3 場地地層巖組特征及力學性質(zhì)

石門水庫場地廣泛分布的地層為石炭系下統(tǒng)托庫孜達坂群（C1Tk）變質(zhì)砂巖，局部分布華力西期侵入花崗巖。石炭系下統(tǒng)托庫孜達坂群（C1Tk）變質(zhì)砂巖呈深灰色，厚層狀，含少量蕨類植物化石，變余不等粒砂狀結(jié)構(gòu)，變質(zhì)作用主要為板巖化,板理較為發(fā)育，巖體抗風化相對稍弱，強風化層內(nèi)巖石易呈片狀、板狀剝落。巖層產(chǎn)狀45°～55°SE∠60°。強風化層厚6.0～9.0m，弱風化層厚13.8～22.0m。強風化巖體縱波波速（Vp）2000～2873m/s,橫波波速（Vs）1069～1588m/s，動彈性模量12.7GPa，動泊松比0.29；弱風化巖體縱波波速（Vp）2700～4100m/s,橫波波速（Vs）1492～2278m/s，動彈性模量22.7GPa，動泊松比0.27；微風化至新鮮巖體縱波波速（Vp）,3500～5200m/s,橫波波速（Vs）1993～3041m/s，動彈性模量41.2GPa，動泊松比0.25。壩址區(qū)巖體物理力學指標見表2。

表2 巖體物理力學性質(zhì)

4 石門水庫地震及抗震動參數(shù)的確定

區(qū)域內(nèi)地震震中主要集中在阿爾金地震構(gòu)造帶和木孜塔格－鯨魚湖地震構(gòu)造帶，是我國主要的地震活動區(qū)之一。阿爾金斷裂是青藏高原的北部邊界，其與北側(cè)的塔里木之間的差異性抬升與左旋水平錯動位移巨大，地震活動頻繁，古地震破壞形跡豐富。區(qū)域地處阿爾金地震帶的中段，其北部延伸到塔里盆地，東部地區(qū)小部分涉及到巴顏喀拉山地震帶，根據(jù)歷史地震記載，工程區(qū)300km范圍內(nèi)，自公元1924年至今共記錄到4.7 級以上地震17 次，其中7.0～7.9 級地震2 次，5.0～5.9級地震6次，4.7～4.9級地震9次。區(qū)域地震主要分布南部地區(qū)，北部、西北部的塔里木盆地地區(qū)地震相對較少，地震主要沿區(qū)域性深大斷裂分布，地震活動明顯受控于區(qū)域活動構(gòu)造。

根據(jù)新疆地震局對石門水庫所做的地震危險性分析，區(qū)域內(nèi)最早、最大的破壞性地震為1924年7月3日和1924年7月12日民豐東南滿達里克附近兩次級地震，是區(qū)域內(nèi)有史以來最大的雙主震地震，對場地的最大影響烈度為Ⅷ度。區(qū)域內(nèi)劃分為5個潛在震源區(qū)，石門水庫位于8.0級潛在震源區(qū)。

近場區(qū)30km 范圍內(nèi)有記錄以來發(fā)生2.0～2.9 地震4 次，3.0～3.9 地震8 次，4.0～4.9 地震5 次，7.0～7.9 地震2次，近場區(qū)內(nèi)最大的地震為1924年7月3日和1924年7月12 日民豐東南滿達里克附近兩次級地震，距場區(qū)25～26km。說明場區(qū)地震活動較強。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，工程區(qū)地震動峰值加速度0.2g，地震動反應譜特征周期0.40s（相應地震基本烈度Ⅷ度）。根據(jù)新疆防御自然災害研究所《莫勒切河山區(qū)水利樞紐工程場地地震安全性評價報告》（2006.07）及《兵團南疆新建38團莫河山區(qū)水利樞紐工程場地地震安全性評價補充報告》（2011 年9月）分析結(jié)果：壩區(qū)50年超越概率63%、10%、2%及100年超越概率2%的基巖及覆蓋層峰值加速度見表3，相對應的場地基本烈度（50年超越概率10%）Ⅷ度。

5 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分析評價

區(qū)域位于兩大一級構(gòu)造單元塔里木地臺與東昆侖褶皺系結(jié)合部位，處于塔里木地臺下的四級構(gòu)造單元且末—若羌斷陷的南緣。區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應力場主應力方向為北北東向擠壓應力。據(jù)本次調(diào)查及區(qū)域資料分析，區(qū)域內(nèi)分布的活動性斷裂主要有阿爾金斷裂、木孜塔格—鯨魚湖斷裂、江尕勒薩依斷裂、阿爾喀斷裂。其中江尕勒薩依斷裂、阿爾喀斷裂均有中強震歷史，其規(guī)模、活動性具備發(fā)生6級地震的條件；木孜塔格—鯨魚湖斷裂、阿爾金斷裂均為全新世活動斷裂，據(jù)歷史地震監(jiān)測，沿木孜塔格—鯨魚湖斷裂帶和阿爾金斷裂帶地震活動頻繁，均有7級以上地震的歷史，屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差區(qū)域。

近場區(qū)30km 范圍內(nèi)分布的活動性斷裂有阿爾金斷裂,為區(qū)內(nèi)重要地震構(gòu)造，有現(xiàn)代強震歷史，在工程區(qū)歷史記載的兩次7級以上地震，震中西距工程區(qū)約25～26km 處，在阿爾金活動斷裂帶上發(fā)現(xiàn)許多古地震破壞現(xiàn)象，結(jié)合本區(qū)域處在青藏高原邊緣地帶，地殼構(gòu)造運動劇烈，區(qū)域地應力集中，今后存在發(fā)生7級以上地震的可能。阿爾金活動斷裂距距石門水庫壩址區(qū)約17km。近場區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性主要受阿爾金斷裂的影響。

石門壩址場地5km 范圍內(nèi)通過地質(zhì)測繪調(diào)查結(jié)果，斷裂構(gòu)造多以層間錯動為主，規(guī)模較小，河谷兩岸Ⅳ級階地中更新統(tǒng)卵礫石層連續(xù)分布，未見有構(gòu)造錯動的行跡。距歷史地震資料，場地內(nèi)無強震震中位置分布，說明場地地震構(gòu)造穩(wěn)定性主要受外圍強震的影響，庫壩區(qū)處于相對穩(wěn)定區(qū)域。

6 結(jié)語

新疆昆侖山北麓地域遼闊，大多數(shù)區(qū)域處于無人區(qū)，自然條件惡劣，隨著水利工程的開發(fā)程度加快，高壩大庫的建設對該區(qū)域斷裂新構(gòu)造運動中的活動性、區(qū)域地震活動性研究深度提出更高的要求，本次石門水庫工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究工作實踐豐富了中昆侖段水利工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定研究的實踐經(jīng)驗，尤其是深厚覆蓋層抗震動參數(shù)的研究，填補了該區(qū)域覆蓋層抗震動參數(shù)的空白，為后續(xù)該區(qū)域水利工程建設奠定了基礎(chǔ)。