西藏扎拉水電站鬧中斷裂活動速率研究

關鍵詞：活動斷裂；GPS地形變監測；無人機航測；蠕滑速率；扎拉水電站中圖法分類號：TV221.2 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki. slsdkb.2025.08.004文章編號：1006-0081（2025）08-0023-08

0 引言

地震引發的斷裂帶活動過程主要分為以下幾個階段： ① 同震的位錯； ② 震后完全松弛的蠕滑狀態，其滑動速率與地質學及遠場的GPS平均速率相當； ③ 隨時間呈對數函數緩慢減小的過程； ④ 再次進入震間的重新閉鎖狀態。在水利水電工程建設中，斷裂活動造成的巖土體破裂、錯動，易引起水電站地下建筑物的變形破壞，危及工程施工和運行安全。因此，開展斷裂活動性研究，確定斷裂帶滑動速率，對確定建筑物抗斷設計參數、確保建筑物施工和運行安全意義重大。

目前國內外研究分析斷裂的活動速率通常采用兩類方法： ① 基于地質的手段，即實地踏勘、階地坎測量、探槽調查、測年等[1-3]； ② 基于大地測量的觀測，即利用GNSS、GPS、無人機、遙感、InSAR等獲取相關數據并進行處理和反演[4-7]。采用第一類方法能夠直觀地觀測斷裂的活動特征，并快速做出定性判斷，但不能獲取長期、連續的數據，且受場地自然條件和工作環境限制，在高海拔地區進行實地考察往往比較困難，制約了工作的開展。采用第二類方法可以快速獲取大范圍、高精度、較長時期的斷裂活動數據，但數據的可靠性易受植被覆蓋、地形限制等因素影響，需采用地質方法加以驗證。通過綜合運用兩類方法對斷裂的活動性進行分析，可以更加準確地確定斷裂活動速率、單次地震最大錯動量、工程期累積錯動量等活動強度參數[8-11]，從而為跨斷裂帶建筑物的結構設計和圍巖地質缺陷處理提供依據。

為了查明鬧中斷裂的活動速率，本文綜合采取高分7號衛星影像解譯、無人機航測、GPS地形變監測、場點考察、相關斷裂活動性類比等方法。無人機航測技術的應用提高了高原惡劣環境下的工作效率和準確度，GPS地形變監測為斷裂活動性研究采集了連續的動態數據，多種方法得出的結論相互驗證，提高了鬧中斷裂活動特征研究成果的可靠性和準確度。

1 工程概況

西藏扎拉水電站為Ⅱ等大（2）型工程，采用混合式開發，擋水建筑物為混凝土重力壩，最大壩高 70m 。引水發電建筑物主要由引水隧洞和地面電站廠房組成[12]，引水線路長約 5.5km 。工程區地質條件極為復雜，斷裂構造發育，展布區域性斷裂4條，鬧中斷裂為引水隧洞穿過的規模最大的斷裂，見圖1。

圖1引水隧洞場址區地質簡圖

Fig.1Geological map of diversion tunnel site area

勘探揭示，線路穿越處鬧中斷裂的破碎帶寬度390.6m ，物質成分為碎裂片狀巖、碎粉巖和碎裂巖，寬度分別為267.1，32.9，90.6m；斷裂東盤為二疊系板巖，西盤為三疊系變質流紋斑巖。鬧中斷裂工程地質剖面見圖2。

圖2鬧中斷裂工程地質剖面

Fig.2Engineering geologyprofile of Naozhong fault

隧洞穿越處鬧中斷裂處開挖洞徑 7.8m ，洞身理深 115～220m 。該處鬧中斷裂寬度大、破碎帶物質組成及結構復雜，斷裂活動性影響隧洞工程的抗震安全和長期運行[13-14]，開展斷裂活動性研究對確定引水隧洞抗斷設計參數意義重大。

2 區域構造背景

2.1 地形與地層

研究區位于青藏高原東南部，地形上屬于羌塘—昌都面狀隆起區內橫斷山北段之山原峽谷地帶，為高山深割切地區。新生代以來，該區以大面積抬升為主，局部發育線狀盆地，區內山脊海拔高程最高可達5000～6 740m ，主要盆地面為海拔 4 000m 左右。近場區顯示出盆嶺相間或塹壘相間的地貌特征。

近場區出露的地層主要有新生界（古近系、新近系、第四系更新統、全新統）、中生界（三疊系下統、侏羅系、白堊系）古生界（奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系）等。第四系地層分布不連續，但類型較多且復雜，有沖積、洪積堆積、坡積（殘積、崩積）堆積、泥石流堆積、滑坡堆積等，主要分布于河谷階地、支流及山麓地帶。此外，近場內出露有燕山晚期侵入巖體，主要為花崗巖、花崗閃長巖、花崗斑巖等酸性巖體，喜山早期的侵入巖體主要為花崗斑巖、二長斑巖等酸性巖體。

2.2 主要斷裂構造

近場區主要構造為北西西一近南北向的褶皺和逆走滑斷裂，這些構造形成于不同時期，現代活動十分強烈，構造形跡排列總體為向北東凸出的弧形構造帶。近場區斷裂構造發育，走向主要為北西一北北西一南北。

鬧中斷裂（ F_1-6 ）是扎拉水電站項目的重要研究對象，該斷裂總體走向北北東一北東，陡傾角，大壩和引水隧洞進口位于鬧中斷裂東側，地面廠房和引水隧洞出口位于斷裂西側，引水隧洞布置無法避開鬧中斷裂，在鬧中溝處橫穿該斷裂。鬧中斷裂與區內巴塘斷裂、瀾滄江斷裂、怒江斷裂、金沙江斷裂等多條斷裂密切相關（圖3），北東端與巴塘斷裂相接，南西端與怒江斷裂相接。

圖3鬧中斷裂與區內其他斷裂相對位置Fig.3Relativeposition of Naozhong faultandother faults

3鬧中斷裂空間展布與活動性

為了查明鬧中斷裂的空間展布和活動性特征，利用獲取的高分7號衛星影像提取的數據，結合無人機航測影像解譯，對研究區及附近區域開展活動斷裂解譯研究。以地貌、水系、色調、地層、植被等作為解譯的標志，提取斷裂在三維可視化遙感影像上的線性特征和相對位移，進而得出斷裂構造的分布特征[15]。基于解譯結果，選取了珠拉村場點、覺拉場點、碧土鄉東場點3處場點開展現場考察，場點地表被錯段（圖4）進一步驗證確定了鬧中斷裂的延伸和活動特征。

根據巖迫村場點鬧中斷裂切過T4等河流階地處剖面物質光釋光測年結果，斷裂在距今（ （43.61± 2.35）ka 以來有過活動。結合河流T4，T6，T9階地的年齡測試結果（各階地形成年代分別為距今 6.20ka 、10.34ka.15.60ka） ，可確信鬧中斷裂為全新世活動斷裂。

綜合衛星影像解譯和野外場點考察得出，鬧中斷裂在研究區展布于瀾滄江斷裂與怒江斷裂之間，斷裂北東端以右旋左階方式與巴塘斷裂相接，南西端與怒江斷裂相接。近場區域鬧中斷裂從據水村東側向NE方向延伸，穿過珠拉村，延伸到巖迫村，在這附近穿越河流上游，再向NE方向延伸，穿過碧土鄉東側的山脊，到達山埡口附近，繼續向NE延伸，直到鹽井鄉附近，全長約 50km ，以右旋走滑運動為主，為全新世活動斷裂。

4鬧中斷裂活動速率分析

4.1 巴塘斷裂及鄰區斷裂活動速率類比

利用震間的GPS數據來分析斷裂帶的現今變形特征時，可以確定遠場的斷裂帶穩定的滑動速率，也可以確定近場的隨時間衰減的滑動速率[16]，但求得的速率往往有差別，因此，利用實測剖面方法來分析鬧中斷裂帶的運動特征最為有效。但是，由于鬧中斷裂處于滇藏交界區域，為中國GPS監測能力較弱的地區，目前的觀測基礎不足以確定鬧中斷裂現今的運動速率。巴塘斷裂走向NE-SW，為右旋走滑斷裂，鬧中斷裂北東端以右旋左階方式與巴塘斷裂相接，兩者聯系緊密且活動性特征極為相似，研究認為，鬧中斷裂為巴塘斷裂的西南延伸部分。因此，以巴塘斷裂及西南延伸部分為研究目標，利用王敏等[17]發表的中國大陸長期速度場結果構建GPS實測剖面（圖5），進而分析鬧中斷裂帶的運動特征。

圖4鬧中斷裂錯斷地表處典型實測剖面 Fig.4Typical measured section at the surface brokenbyNaozhong fault

從GPS速度場看，研究區內各GPS測站測得速度呈現從北向南由近東西向向南東向偏轉的運動特征。根據平行斷裂帶方向的剖面實測數據（圖6），巴塘斷裂遠場的點位站速度差為 5～6mm/a （黃色矩形框），反映巴塘斷裂及鄰近斷裂累加的滑動速率結果，表現為右旋走滑的變形特征;巴塘斷裂近場（紅色矩形框）的點位速度差為 1～2mm/a ，可能表現為震間閉鎖的狀態。巴塘斷裂向南延伸為鬧中斷裂，則鬧中斷裂遠場的點位站速度差為 5～6mm/a （黃色矩形框），更多的是整個構造帶累加的滑動速率結果，表現為右旋走滑的變形特征;鬧中斷裂近場（紅色矩形框）只有1個GPS點位，因此無法給出其滑動速率結果。根據垂直斷裂帶方向的剖面（見圖 6（c）～（d） ），無論是巴塘斷裂還是鬧中斷裂，擠壓（拉張）速率均為 1～2mm/a （紅色矩形框），擠壓（拉張）變形特征不顯著。

圖5研究區GPS速度場

Fig.5GPS velocity field in the study area

綜上所述，巴塘斷裂、鬧中斷裂及周邊的其他斷裂形成的整個構造帶滑動速率 5～6mm/a ，表現為右旋走滑的特征；巴塘斷裂現今的滑動速率約 1～2mm/a ，震間閉鎖特征顯著。若類比巴塘斷裂的運動特征，并考慮到構造繼承性運動特征，鬧中斷裂的滑動速率約1～2mm/a 。

4.2新建GPS地形變分析

考慮到區域的GPS監測能力較弱，研究團隊在鬧中斷裂帶兩側新建了4個GPS連續測站（點號分別為GPS1、GPS2、GPS3和GPS4，見圖5），以分析震間期鬧中斷裂的滑動速率。除GPS1站點因儀器損壞、修復后于2022年底開始采集數據外，其他站點均于2021年10月開始連續觀測，且一直處于正常觀測中。

由于觀測墩完全穩定記錄有效數據的時間約0.5a，因此GPS連續測站的前0.5a數據不能真實反映實際的地殼變形信息，并且GPS數據存在年周期的特征，僅根據1～2a時間的數據給出的年均速度值的可靠性偏低。去除前0.5a的數據，從目前積累的單點時序結果分析（圖7），GPS2，GPS3和GPS4三個點位整體的運動方向較一致，呈現出東南方向運動特征，與區域內已有測站的運動方向基本一致。

圖6巴塘斷裂、鬧中斷裂GPS速度剖面

Fig.6GPS velocityprofilesofBatangand Naozhongfault

以GPS3和GPS4兩個點位作為一組觀測數據，將上述兩個點位的測站速率沿鬧中斷裂進行投影（圖8），得到平行斷裂帶的測站速率分別為 V_GPS3=2.30 mm/a，V_GPS4=-2.00mm/a 。因此，基于上述兩個點位的鬧中斷裂滑動速率 V_GPS=4.3mm/a ，考慮計算誤差后其滑動速率約為 2～4mm/a ，結果小于整個構造帶的滑動速率 （5～6mm）a， ，說明鬧中斷裂存在著一定的應變積累，但應變積累水平并不高。

由于GPS1點位采集的數據僅積累1a，所以無法給出鬧中斷裂西南段可靠的速率，但從GPS2、GPS3點位的初步分析結果看，速率值較接近，且運動方向也較為一致。因此，GPS1站速度值應與GPS4站的速度值相當，方向也應大致相同。隨著數據資料的逐步積累，解算精度將進一步提高，后續會提供更為可靠的鬧中斷裂分段滑動速率成果。

圖9鬧中斷裂珠拉村一巖迫村斷錯基巖 Fig.9Naozhong faultfractured bedrock in ZhulaVillage-Yanpo Village

圖8新建GPS測站速度場

Fig.8Speed field of new GPS measurement stations

4.3場點考察顯示的位移及活動速率

4.3.1珠拉村—巖迫村、鹽井鄉場點

鬧中斷裂從珠拉村、巖迫村通過，順鬧中斷裂走向，斷面兩側的印支期 γF₅¹ 花崗閃長巖巖體和三疊系中統忙懷組 T₂m 地層邊界被右旋斷錯約 5.3km （圖9）。

鬧中斷裂延伸至鹽井鄉附近，鬧中斷裂兩側的多個地層被錯斷（圖10）， K₁j 地層邊界線被右旋斷錯5.5km，J₂h 地層被右旋斷錯 6.5km，T₂m 地層邊緣被右旋斷錯 5.5km ，上述地層的同步右旋斷錯和斷錯量應為鬧中斷裂長期活動形成的斷錯量。

對較大尺度的山脊、沖溝變形進行詳細分析，由于河流的水動力作用較強，所得保留斷錯量不一定非常準確。在鹽井鄉西側的沖溝L2與鬧中斷裂幾乎垂直相交（圖11），在 12.5m 分辨率的P-SAR數字高程模型數據上，可見沖溝部分溝段垂直鬧中斷裂發育，在斷裂通過區段順斷裂發育，因此以斷裂可能右旋斷錯了沖溝的延伸線L2和 L2^′ 為標志，得到鬧中斷裂右旋斷錯量約 4.5km 。另外，河流發育V形谷，谷頂海拔約4500m ，而谷底海拔僅 3000m 左右，高差達 1500m;V 形谷的谷頂邊緣呈線性延伸，但是跨鬧中斷裂兩側的谷頂延伸線L1和 Ll^′ 明顯被右旋斷錯，斷錯量約4.8km （圖11）。上述大尺度的沖溝、地形斷錯分析表明：鬧中斷裂以右旋斷錯為主，并長期活動，斷錯量約4.5～4.8km 。

圖10鬧中斷裂鹽井鄉斷錯基巖 Fig.10Displaced bedrock by Naozhong fault in Yanjing Township

圖11鬧中斷裂斷錯山脊、沖溝 Fig.11Displaced ridges and gullies by Naozhong fault

進一步分析區域構造事件的發生年代，紅河斷裂從左旋轉為右旋運動的轉化年代在距今 5Ma 左右;東構造結附近走滑和正斷裂的發育起始時間在距今 8～ 4Ma ，并適應東構造結附近的順時針旋轉；理塘斷裂起始運動的時間在距今 7～5Ma ；鮮水河斷裂開始活動發生在距今 12～10Ma ，向南擴展至小江斷裂的時間在距今 ?5Ma 左右。上述分析表明鬧中斷裂所在區域在 5Ma 左右發生了比較明顯的構造轉變，鬧中斷裂右旋的 5.3～6.5km 斷錯量極可能發生在該構造運動期間，據此得到鬧中斷裂長期活動速率約為 1.06～1.3 mm/a 。

4.3.2碧土鄉一鹽井鄉山埡口及附近場點

在碧土鄉一鹽井鄉山埡口場點，鬧中斷裂兩側發育三級冰磧物，冰磧物上均可見明顯的斷層陡坎。基于高分7號衛星影像制作了米級精度的數字高程模型數據，數據生成的坡向圖也指示了斷裂的展布位置，經現場驗證，陡坎為斷裂錯斷形成。

基于高分7號衛星遙感影像獲取的數字高程三維模型（圖12），清晰地揭示了斷層陡坎的線性延伸，DEM數據上可見斷裂兩側的山脊線L3和L4明顯被右旋斷錯，L1和L5沖溝同樣被右旋斷錯。顯示最新冰川冰磷物的終外側和內側的延伸線與鬧中斷裂斜交，鬧中斷裂橫切冰磧體，終磷壟被右旋斷錯約3.9m ，在冰磷壟的外側可見斷層陡坎線性延伸，東南盤高、西北盤下降，斷裂總體表現為右旋為主、兼正斷活動的特征（圖13）。

圖12鬧中斷裂分水嶺三維DEM Fig.12Three-dimensional DEMof Naozhong faultwatershed

圖13鬧中斷裂分水嶺冰磧物斷錯 ig.13Displaced watershed moraine fault by Naozhong fault

通過無人機高精度航拍獲取的斷裂沿線地形地貌正射影像發現，在該場點西南、距離碧土鄉東北約10km 的山埡口發育沖溝1、沖溝2等兩條沖溝，鬧中斷裂從沖溝通過處的錯斷地貌較為明顯。

沖溝1流向近東西，沖溝從現代冰川開始發育，橫穿鬧中斷裂（圖14），沖溝兩岸發育高出沖溝 1.5m 左右的T1臺地，沖溝左岸、臺地前緣斷裂通過處見沖溝壁被右旋斷錯，斷錯量約 1.7m ，沖溝右岸T1臺地前緣右旋斷錯，斷錯量約 3.6m 。右岸斷錯量較左岸大，可能是由于右岸處于沖溝流水較難侵蝕的保護角內，保存了完整的斷錯量，但左岸時代較老的斷錯被溝水侵蝕，僅保存較新的斷錯，較小錯斷量（ 極可能為單次地震的同震位錯量。

圖14鬧中斷裂沖溝1斷錯

Fig.14Displaced gully1byNaozhong fault

沖溝2距離沖溝1約 200m ，流向近東西，橫穿鬧中斷裂（圖15），沖溝兩岸分別發育高出沖溝約1.5，3.0m 的T1，T2臺地，可見T1，T2臺地前緣不同位置處的右旋斷錯分別為 11.0，3.7，1.5，10.0m_? 沖溝2的斷錯特征說明，鬧中斷裂具有長期活動性，且最小斷錯量 1.5m 可能為最新一次地震的同震地表位錯量。該沖溝海拔高度約 4 200m ，在末次冰期時應為冰雪覆蓋，T2臺地可能為末次冰期冰雪融化沖蝕而成，如果用末次冰期的年齡估算斷錯量，獲得鬧中斷裂右旋活動速率約 1mm/a 。因該處海拔較高，冰雪融化形成沖溝的年齡可能更新，可用河流最發育的T4階地年齡為6200a左右，代表流域內冰雪大面積融化下切的年代，那么鬧中斷裂的右旋活動速率約 1.8mm/a 。

4.4蠕滑速率確定

根據新建的GPS地形變監測數據，鬧中斷裂右旋活動速率約為 2～4mm/a ，結果小于整個構造帶的滑動速率 （5～6mm/a ），說明鬧中斷裂存在著一定的應變積累，但應變積累水平并不高。新建的4個GPS站點距離鬧中斷裂有一定距離，鬧中斷裂實際的滑動速率應該相對較小。參考區域內鮮水河斷裂蠕滑速率約為GPS觀測獲得的滑動速率的 1/10 GPS站點距鮮水河斷裂 10km ，則基于新建GPS測站的活動速率結果，鬧中斷裂的右旋蠕滑速率為 0.2～0.4mm/a 。由于新建GPS監測數據積累的時間太短，速度場結果的可靠性偏低。

圖15鬧中斷裂沖溝2斷錯

Fig.15Displaced gully 2 byNaozhong fault

國內對昌馬斷裂帶蠕滑速率的研究結果表明：走滑斷裂的黏滑量遠大于蠕滑量，蠕滑量占比大多在22%～45% 8]。在美國，根據Wallace[19]的研究結果：震級為5級時，蠕滑量占比為小于 50% ；震級為5.0～6.0 級時，蠕滑量占比為 30%～50% ；震級為6.0～7.9級時，蠕滑量占比為 10%～30% 。鬧中斷裂可能最大震級為6.8～7.3級，其活動性特征和斷裂帶物質與昌馬斷裂相似，可將兩者進行類比。此外，根據黏滑與蠕滑作用形成的沖溝變形形態分析，當蠕滑量占一定比例時，沖溝往往形成牽引變形，并且隨著累計位移的變大，蠕滑量也變大。鬧中斷裂通過的沖溝延伸順直，形態顯示斷裂蠕滑量很小，故蠕滑量占比在22%～45% 的下限附近取值，按 24% 考慮。這也與美國學者Wallace的研究結果“震級為 6.0～7.9 級時蠕滑量占比為 10%～30% ”相符。

根據珠拉村一巖迫村、鹽井鄉場點考察研究結果，鬧中斷裂長期活動速率約為 1.06～1.30mm/a ，根據碧土鄉一鹽井鄉山埡口及附近場點考察研究結果，鬧中斷裂右旋活動速率約 1.80mm/a ，經綜合分析，鬧中斷裂長期活動速率約為 1.06～1.80mm/a 。依據國內外斷裂蠕滑速率研究成果，蠕滑量占比按 24% 考慮，那么鬧中斷裂右旋蠕滑速率為 0.12～0.43mm/a 0

5結論

（1）綜合衛星影像解譯和野外場點考察得出：鬧中斷裂在研究區內展布于瀾滄江斷裂與怒江斷裂之間，斷裂北東端以右旋左階方式與巴塘斷裂相接，南西端與怒江斷裂相接。近場區域鬧中斷裂從據水村東側向NE方向延伸，穿過珠拉村、巖迫村、河流上游、碧土鄉東側，直到鹽井鄉附近，全長約 50km 。鬧中斷裂橫穿引水隧洞，影響隧洞運行安全。

（2）鬧中斷裂以右旋走滑運動為主，屬于全新世活動斷裂，具有長期活動性，活動過程主要包括蠕滑和黏滑。基于 2017～2021 年GNSS速度場結果、GPS監測數據以來的觀測結果、地震地質調查獲得的活動速率，參考鬧中斷裂兩側新建的4個GPS連續測站的初步觀測數據，結合國內外對斷層蠕滑速率的相關研究成果，分析鬧中斷裂蠕滑速率為 0.12～0.43mm/a ，可作為引水隧洞抗斷設計參考依據。

（3）該研究綜合采用了高分7號衛星影像解譯、無人機航測影像解譯，GPS地形變監測、場點考察、相關斷裂活動性類比等多種研究方法。無人機航測技術的應用提高了高原惡劣環境下的工作效率和準確度，GPS地形變監測為斷裂活動性研究采集了連續的動態數據。多種方法得出的結論相互驗證，提高了鬧中斷裂活動特征研究成果的可靠性和準確度。

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（編輯：高小雲）

Research on activity rate of Naozhong fault of Xizang Zhala Hydropower Station

SUN Tao1，2，LUO Hewen12，LI Xudong^，HUANG Zhenwei1.2 （1.ChangjiangGeotechicalEngneringCo，d.，Wuhan4oo，hia；2.ChangjiangSurey，laing，Designdeh Co.，Ltd.，Wuhan4301，China；3.Xizang Datang ZhalaHydropouerDevelopment Co.，Ltd.Changdu854413，Cina）

Abstract：In order to determineanti-fracture design parameters and ensure thesafety of constructionandoperationof buildings of Xizang Zhala Hydropower Station，onthebasisofmasteringthedataof spatial distributionandactivityprofile of Naozhongfault，we conducted in-depth research on the activityof Naozhong fault in the area by means of UAV aerial survey，engineering geological analogy，GPS terain deformationmonitoring，sitesurveyandother comprehensivemeans. The resultsshowed thatthe Naozhong fault extends from the east sideof Jushui Village towards theNEdirection，crosses the water diversion tunnel，and reaches near Yanjing township，with a total length of about 50km . The fault zone was mainly characterized by right-handed strike slip movement and belongs to the Holocene active fault with long-term activity. The activity process mainly includes creep and stick slip，with creep rates of O.12 to 0.43mm/a .The application of UAVaerial surveytechnology had improved the eficiencyandaccuracy of work in harsh high-altitude environments. The conclusions drawn from various research methods were mutuallyverified，which enhancedthereliabilityand accuracy of research results.The research results can provide a reference fortheanti -fracture design of water diversion tunnels.

Key Words：activity fault；GPS terrin deformation monitoring；UAVaerial survey；creeprate； Zhala Hydropower Station