大渡河瀘定水電站工程近場區構造穩定性分析與評價

[摘要]本文主要在瀘定地區的地質背景條件（構造背景、地球物理場特征、深部構造特征）、新構造運動（新構造特征、主要斷層活動性）、近場區區域斷裂及其活動性調查分析的基礎上，用地質分析法（定性）、模糊數學綜合評判法（定量）對近場區進行了穩定性分析與評價。判定瀘定水電站近場區位處較不穩定區（Ⅲ）-較穩定區（Ⅱ類穩定區）的過渡區（Ⅱ-Ⅲ類區）；瀘定水電站近場區主要是抗震問題，基本不存在抗斷問題。

[關鍵詞]瀘定水電站；構造穩定性；新構造；模糊數學分析；石英形貌掃描（SEM）

區域構造穩定性所指的是在工程建設地區在外動力與內動力的作用之下（其中主要為后者），構造與地球表層的相對穩定程度，及它和工程建筑相互間所存在的作用[1]。

如果是從基礎理論的角度來分析，則地殼穩定性評價將會涉及下述幾個主要內容，即地面、巖土體以及構造等方面的穩定性評價[2]。此外，在開展該評價分析的過程中，隨著所分析的區域的地質背景、研究的重點和主要內容等的不同，而存在一定的差異。在本研究中，將會以大渡河瀘定水電站工程壩區作為研究對象，著重開展與之相關的外圍地殼穩定性方面的分析評估，其中，主要涉及到構造穩定性方面的評價，同時還會配合有關的介質條件，對巖土體自身的穩定性予以考慮，同時還將適當考慮與斷裂活動有關的崩塌、滑坡等多個方面的地面穩定性。對于該評價及分區的工作，將會逐步落實到近壩和壩址等不同區域的構造穩定性。

1.主要研究方法

1.1區域構造穩定性評價標志

在進行該區評估分析的過程中，將會涉及一系列的因素，它們可被歸納為七個主要的類型、共計二十種不同的標志，具體包括場地巖土類型、地質災害、地殼形變、活動斷裂、地震特征、地球物理場和地質背景條件等。

與之相關的等級劃分需要參照我國頒布的專業標準ZBDI14003-89和ZBDI4001-89和工程地質編圖，此外還需依據一系列不同比例尺的調查規范。我們可以參考以上的規范、標準來進一步劃分地殼穩定性的等級，從而劃分4個級別：不穩定級別、較不穩定級別、基本穩定級別和穩定級別。

1.2技術手段

（1）首先，需要基于以往的工作結果，充分利用重點解剖、剖面實際測量以及路線地質等，針對不同的層面來進行地貌、巖石與地（巖）層等具體展布特征的充分收集，同時，還需要獲得與地質事件演化和變形構造幾何形態等相關的詳細數據資料。

（2）其次，需要對在主干調查路線上的典型地（巖）層巖石進行全面的采集，然后制樣，進行科學分析鑒定。

（3）此外，還采用多種有效的測年手段（石英形態掃描（SEM）、斷層測年）確定活動斷層的形成時代；著重查明壩區內斷裂構造在挽近時期的活動性。

（4）區域穩定性評價數字模擬。

1.3完成工作量

2.區域地質背景

本文所研究的壩區處于松潘-甘孜造山帶和揚子準地臺西緣相互結合的區域中，所涉及的二級構造單元共計七個，具體為雅江弧形構造帶（即Ⅱ3）、鮮水河走滑構造帶（即Ⅱ2）、小金弧形構造帶（即Ⅱ1）、川西前陸盆地（即Ⅰ4）、金湯弧形構造帶（即Ⅰ3）、龍門山前陸沖斷帶（即Ⅰ2）與康滇SN向構造帶（即Ⅰ1）等。由于在該區域中存在的構造作用時間很長，而且同時發生的變質與巖漿等作用，使得其逐漸地產生了圖1所示的十分特殊的格局，其主體為“Y”字形，包括了SN向、NW向以及NE向等多種構造帶。

3.新構造運動

3.1新構造運動特征

首先，自從上新世末之后，由于在青藏高原發生了規模很大的隆升現象，導致該區域也間歇地出現了整體性的大面積急速抬升。根據有關的地殼形變分析數據可知，上述運動與之持續到現在還未停止，對應于5.5mm/a～9.5mm/a范圍的抬升速率[3]；其次，存在著以大斷裂為邊界的斷塊間的差異性升降現象，整體來看，主要是塊體的抬升程度從東南向西北逐漸地增強，具有非常顯著的階梯下降規律；除此之外，對于處在鮮水河--小江斷裂帶西部區域的川滇菱形塊體，通過分析可知，由于它受到前面所述青藏高原隆升的影響，同時還存在著較為顯著的北東、南東側向推擠作用，所以將會間斷地發生整體性的大范圍急速抬升現象與不同斷塊間存在的差異性升降現象，同時也會出現朝著東南方向進行擠出與滑移的現象[4-6]；最后，因為其位置處于青藏高原的東南方的邊緣區域上，而此處的塊體邊界斷裂現象、側向擠出和滑移等過程發生了影響及制約作用，導致其中的次級塊體出現與軸向相互垂直的轉動變形行為。

3.2主要斷層活動性

在地質調查、石英形貌掃描、斷層測年成果基礎上，本章對區內主要斷裂（帶）活動性作簡要分析（表2）。

4.定量分析—模糊數學分析

4.1區域構造穩定性定量化評價指標的選定、取值、權重分配

在確定所需的評價指標與取值，并進行權重分配時，需要充分地考慮所處地區的具體條件、參考以往的經驗，并且由專家來進行評分，在當前的研究中，所確定了的指標共計七項二十條，并且嚴格地參考定量評估分析方面的相關要求，所有指標的總體分值共計10分。

在充分地考慮了所處地區的具體情況、條件以及結合前述的取值標準之后，最終獲得了表3所示的質量矩陣。

4.2隸屬函數的確定

模糊子集R可以體現出對于各級穩定性標準而言各個評價因子所對應的隸屬度。本文參照我國現行的ZBD14003-89、ZBD14002-89與ZBD14004-89等專業標準，同時充分地依據有關的調查規范與地質編圖等方面的要求，最終獲得了表4所示的等級劃分與評價標準。

實際上，在進行穩定性定量化分析評價工作時，其標準為區間值[7-8]，在當前的研究工作中，將相鄰類別間所對應的界限值確定下來：其中，將以第1級標準值來用作所需的代表值（也就是e1），并且采用第一、第二級各自的標準值來求取均值，再以其結果來用作第二級所對應的代表值（也就是e2），其他基本的標準值將采用基本類似的方法。

此外，對于模糊子集的確定，分級代表值起到了非常重要的基礎作用。如果已經獲得了分級代表值，那么我們即可將有關隸屬度計算出來。如果某一穩定因子所對應評分的值為x，則對于不同的穩定質量級別而言該因子的隸屬度將可按如下的方法來進行計算，具體為：

我們可通過它來將穩定因子對于各個級別的穩定性標準所對應隸屬度計算出來[9]。此處，可以假設隸屬度為一個線性函數[10]。

4.3模糊矩陣的確立

我們可基于前面所述表3所得的分數與表4的標準，使用隸屬函數的計算方法，將所需的模糊子集矩陣構建出來，具體為：

4.4模糊綜合評判計算

評價集B={穩定、較穩定、較不穩定、不穩定}

指標權重構成的模糊子集W={0.15，0.10，0.20，0.2，0.15，0.10，0.10}

通過模糊綜合評判的公式可以求出評價集：

B=W〇R

在將B求出以后，可進行相應的歸一化處理，那么所得到的具有最高比例的就是對應的穩定級別。

在本研究中，將會通過2個不同的模型來展開評估分析，針對的是整體型以及主因素突出型來進行。

①首先是M（∧，∨）其判別所遵循的原則為小中取大，之所以使用該模型，是它能夠將穩定性所受到的主因素的影響凸顯出來。

②其次為M（*，+）它實際上屬于歸一加權模型，主要利用整體性的評估分析指標來展開全面的判斷。

文中的模糊數學綜合評判計算是通過Excel中的公式與函數編程來進行的，只需首先確定待評價區評價指標標志的值，將其輸入到EXCEL表格“指標標志取值”所在的列（如圖2所示），之后會自動算出所需的結果數據，包括評價指標矩陣（S）、隸屬函數矩陣（R）、評價集矩陣（B）。

利用前述2模型來歸一化處理，可以獲得表5的結果。

從表5所列結果可知（取最大值對應的評判等級），對于本文所研究的瀘定地區而言，其主因素模型評估分析屬于較不穩定區（Ⅲ）；對于整體評價模型而言，則屬于基本穩定區（Ⅱ）。

5.結論

由此可知，瀘定地區地質判定為基本穩定區（Ⅱ類穩定區），而模糊數學整體評價模型為基本穩定區（Ⅱ），主因素評價模型為較不穩定區（Ⅲ）。因此，瀘定水電站近場區位處較不穩定區（Ⅲ）-較穩定區（Ⅱ類穩定區）的過渡區（Ⅱ-Ⅲ類區）。

影響區域構造穩定性分析評價的主要因素為活動斷裂及地震，尤其是后者。

（1）鮮水河斷裂為一條全新世活動斷裂及強烈地震帶，歷史上曾多次發生過7級以上的強烈地震，如1786年發生于康定-瀘定間的73/4級強烈地震等。其強震復發間隔大致在400～500a之間。瀘定水電站距鮮水河斷裂帶水平距離約20余km，對其穩定性具一定影響。

（2）NE向龍門山斷裂是青藏高原東緣的邊界斷裂，其活動性由NE向SW方向明顯減弱，工程區位處該斷裂帶SW消失段，該地段已基本不具活動性，瀘定水電站距斷裂帶約20km，對其穩定性影響不大。

（3）南北向的大渡河斷裂帶（包括昌昌-瓜達溝斷裂及瀘定韌性剪切帶）為近場區范圍內一條規模較大的斷裂帶，距壩區約6km。由多條不連續的斷裂段組成，北段昌昌-瓜達溝斷裂為脆性斷層，斷層泥石英形貌及測年反映其主要活動時期為中更新世晚期，對工程影響不大。

（4）小金-金湯弧形構造帶（滑脫-推覆構造帶）具有長期、復雜的活動歷史，挽近時期為潛在走滑型，在1941年，滑脫-推覆構造主斷裂-捧達斷裂帶前緣、金湯北西出現過大約5級與6級的中強地震，因此存在著近代活動性。距瀘定水電站36km以上，對工程影響不大。

（5）瀘定韌性剪切帶為一規模較大的韌性剪切帶，但該斷裂為古老的韌性斷裂，后期韌-脆性、脆性疊加規模不大，澄江期韌性變形保存完好。地質觀察認為該剪切帶新活動性不明顯。斷層泥石英形貌反映其活動時期為早～中更新世，尤其是全新世以來活動性不明顯。但是，該斷裂通過下壩址，并且距上壩址約1km。因此，對區域構造穩定性具一定影響。

綜合研究表明，瀘定水電站近場區主要是抗震問題，基本不存在抗斷問題。

[參考文獻]

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