吉音水利樞紐近場區活動斷裂研究

員繼軍

摘 要：該文論述了吉音水利樞紐工程近場區的地質構造條件，為壩址的選擇提供了關鍵性的地質依據。

關鍵詞：活斷層 構造單元 吉林水利樞紐

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-05

1 工程概述

吉音水利樞紐工程位于新疆和田地區于田縣境內的克里雅河干流上，吉音水利樞紐工程總庫容0.82億m3。攔河壩最大壩高124.5 m，電站裝機24 mW，年發電量1.041億kW.h。工程建成后，可滿足克里雅河灌區灌溉面積70.73萬畝的用水要求，將下游防洪堤防洪標準由3年一遇提高到20年一遇。工程規模屬中型Ⅱ等工程。吉音水利樞紐在規劃之處選擇了三個壩址，分別為上、中、下壩址。在可研階段為了查明工程區近場區的斷裂構造，與新疆地震局的同志共同對近場區的構造進行了分析研究，現將主要結論分述如下。

2 區域大地構造環境

2.1 構造單元劃分

在大地構造上，按板塊構造觀點，區域北部屬一級大地構造單元塔里木—華北板塊，南部為華南板塊，兩者之間以康西瓦深大斷裂為界，塔里木—華北板塊在本區域內涉及塔里木地塊和塔里木陸塊南緣活動帶兩個二級大地構造單元，塔里木地塊可分為塔里木中間地塊和鐵克里克陸緣地塊兩個三級構造單元。測區在大地構造上位于三級構造單元—塔里木中間地塊中于田坳陷的南緣，其南部為北昆侖山強烈隆起區，兩構造單元之間以柯崗斷裂為界。區內新構造活動強烈，斷裂發育，與山體走向一致，大都呈近NEE向延伸，主要集中在兩構造單元之間的邊界附近。塔里木地塊近場區南部的北昆侖強烈隆起，以喀拉塔什山為中心的強烈隆起。新生代晚期以來，受印度板塊向北推擠的影響，喜馬拉雅運動使昆侖山山體向塔里木盆地擠壓，形成于田坳陷，西昆侖山急劇塊斷上升，形成了現今的地貌景觀。場地位于兩構造單元的分界附近。

圖1 大地構造單元劃分圖

2.2 區域深大斷裂

區域深大斷裂有多條，主要分布在昆侖山區，深斷裂呈NWW或近EW，可分為超巖石圈斷裂、巖石圈斷裂和殼斷裂三種（圖2，表2）。超巖石圈斷裂為古板塊邊界構造，具有縫合線的巖性建造特征，巖石圈斷裂為一級構造單元界線，殼斷裂為二級構造單元界線。區域深大斷裂都具有長期發展演化的歷史。

2.3 新構造運動分區

據地貌和新構造特征，劃分新構造單元，區域內涉及一級新構造單元3個：塔里木斷陷盆地、昆侖山隆起區、喀喇昆侖強烈隆起區進一步劃分為6個二級新構造單元（圖3，表2）。

Ⅰ塔里木斷陷盆地：塔里木斷陷盆地受周邊柯坪、卻勒塔格、北輪臺、興地、塔里木南緣及阿爾金山山前斷裂活動所控，是一個相當巨大的斷陷。斷陷邊緣新構造垂直差異活動的顯著，和田河上游和田一帶斷陷幅度達l0 km。車爾臣河下游斷陷幅度為5 km。隨著印度洋板塊對歐亞板塊的強烈碰撞使塔里木斷陷盆地曾西高東低的特點，整體抬升600～1000 m。塔里木斷陷盆地內不同部位的新構造活動也有差異，至少可進一步劃分出5個二級新構造單元，區域內涉及其中3個二級新構造單元。

圖2 深斷裂分布示意圖

1.超巖石圈斷裂；2.巖石圈斷裂；3.殼斷裂；4.場地；5.6.M=6.0～6.9；6.M=5.0～5.9；7.M=4.7～4.9

Ⅰ1塔里木中央隆起：塔里木中央隆起包含奧玉哈爾德隆起或巴楚隆起，但它在上新世以前為拗陷，早更新世以后隆起，致使羅斯塔格和麻扎塔格古近系裸露，現海拔l560～1635 m，隆起約800 m。西部隆起幅度大于東部，且有自東南向西北的傾斜表現。隆起周邊第四系厚20～40 m。

Ⅰ2莎車強烈斷陷：在中新世晚期從海相沉積環境漸變為陸相沉積環境。上新世時期斷陷4～5 km，早更新世時斷陷200～3400 m，中更新世以來斷陷50～900 m，全新世斷陷5～10 m。中更新世以來斷陷中心向東南遷移。

Ⅰ3若羌斷陷：若羌斷陷位于車爾臣河斷裂與阿爾金山北緣斷裂之間為兩條斷裂控制的階梯狀斷陷，本區域涉及該斷陷的西部。新構造時期，最大斷陷幅度達5 km，早更新世時斷陷500～1000 m，中更新世以來斷陷300～500 m。中更新世以后，隨著阿爾金山的斷塊隆起在且末東及若羌西形成早更新世后新背斜隆起，如江尕勒薩依背斜隆起，最大隆起幅度達500 m。

Ⅱ昆侖山隆起區

Ⅱ1西昆侖北麓新隆起：西昆侖北麓新隆起位于喀什、莎車、皮山及和田一線以西的丘陵地區，即鐵克力克斷裂以北、米牙斷裂以東的西昆侖北麓。其新隆起特征與南、北天山山麓新隆起相似，一般經歷過2個形成階段：先坳后隆，新構造時期坳陷最大幅度達10 km，一般在5～9 km。上新世—早更新世時期坳陷最大幅度達3.4 km，早更新世以后在英吉沙南、墨玉西南和洛浦南面由中、新生界構成3～4排逆斷裂一背斜隆起帶。第四紀時隆起幅度為200～400 m，如桑珠、皮亞曼等背斜隆起。

Ⅱ2北昆侖山強烈隆起：位于康西瓦斷裂以北，相當于西昆侖北坡以慕士塔格為中心的強烈隆起，估計漸—中新世隆起幅度達5800 m。此隆起與其他隆起不同之處在于新構造時期有多次火山噴發活動。

Ⅱ3昆侖山強烈斷塊隆起：位于區域的南部，屬于青藏高原的北部邊緣地帶。強烈隆起的昆侖群山，延綿分布著幾座7000 m以上的高峰，構成青藏高原的北部屏障。在海拔4400～5600 m的阿爾喀山，發育的現代冰川地貌是在新近紀巖溶地貌的基礎上再刻蝕的。巖溶地貌系青藏地區曾經海拔1000 m時處于亞熱帶環境形成的，據此估算，昆侖山自上新世以來隆起幅度達3400～4600 m。昆侖山強烈斷塊隆起東部的庫木庫里斷陷為不對稱斷陷，斷陷中心隨著昆侖山強烈斷塊隆起而不斷北移，斷陷幅度為2～3 km。

圖3 區域新構造圖

1. 活動斷層；2.隱伏斷層；3.逆斷層；4.走滑斷層；5.新生界盆地邊界；6.夷平面線及高程；7.一級新構造單元界線；8.二級新構造單元界線；9.構造單元編號；10.場地；11..M=6.0～6.9；12.M=5.0～5.9；13.M=4.7～4.9

Ⅲ 喀喇昆侖強烈隆起區：

喀喇昆侖強烈隆起沿喀喇昆侖山分布，為漸—中新世以來隆起。估計晚更新世以來隆起幅度達3.6 km。

3 近場區斷裂構造

3.1 近場區斷裂構造分布

近場區內出露的斷裂以NEE或NE走向為主，分別為柯崗斷裂，普魯斷裂和吾格也克河斷裂。

其中規模較大的區域性活動斷裂為柯崗斷裂，普魯斷裂為柯崗斷裂的分支斷裂，也是距離場區較近的斷裂，普魯斷裂從場區內的下壩址穿過，是對場地影響較大的斷層（見下圖4）。以下分別進行敘述。

圖4 近場區地質構造圖

（1）柯崗斷裂（F4）

位于近場區中部，距場地較近，約2.2 km。該斷裂是鐵克力克斷隆與西昆侖褶皺系之間的分界斷裂。斷裂西起庫地以東，向東經奎勒達坂、托滿、皮西南、達里亞南延出本區范圍，由多條斷裂構成，區域內長約600 km，在平面上總體呈向南彎曲的弧形。斷面傾向：西段向北，東段向南，傾角60 ～70 °。沿斷裂見有基性、超基性巖出露，表明該斷裂為切割莫霍面的逆斷裂。近場區內出露的斷層為該斷裂東段部分。東段在航衛片中線性影像特征清晰，在地貌上為盆地與山體的界線，斷層兩盤地形對照明顯，高差達500 m，斷錯了近緯向斷裂和中上更新統，沿斷裂斷錯沖溝和水系，其最新活動的左行走滑位移60 m，并且部分段落有地震地表形變帶展布，沿斷裂仍有小地震活動，為一條全新世以來的活動斷裂。因此從該斷裂發展規模和活動特點上看，該斷裂具備發生7級地震構造的條件。

（2）普魯斷裂（F12）

該斷裂西起苦代勒，向北東經普魯村，一直延伸至克里雅河與普魯河兩河匯合口東岸附近，全長約為17km，為柯崗斷裂的分支斷裂，距中、上壩址2.6～4.1 km。斷裂西端與柯崗斷裂相交，后合為一支，斷層總體走向40 ～50 °，斷面傾向SE，傾角60 ～70 °左右，為一條左旋走滑為主的逆斷層。斷裂主體位于普魯河右岸，呈左階斜列沿河流Ⅲ級階地后緣展布，其線性影像十分清晰。沿斷裂斷錯年輕的沖溝和水系，形成長約4.5 km左右的地表形變帶，帶內發育有順坡向或反向的斷層陡坎、擠壓鼓包和溝槽及斷頭溝等等。其中擠壓鼓包和溝槽呈斜列，竄珠狀分布，經測量擠壓鼓包走向為80 °，溝槽走向為60 °。（見下圖5）

圖5 普魯村以西普魯斷裂衛星影像圖

在普魯村以南的普魯河右岸，沿斷裂由西向東測量了4條具有明顯左旋走滑位移的沖溝，經測量沖溝水平位移15～40 m，由此可得沖溝平均左旋水平位移約為27 m，推測該位移量應為晚第四紀以來斷層多次活動水平位移的疊加。根據各沖溝斷錯折點分布特征及對普魯河兩岸Ⅱ、Ⅲ級階地表面的粉土層熱釋光測年（2.70±0.27ka～4.71±0.40ka）計算，可初步推算出該斷層全新世中晚期以來的水平滑動速率為0.6～1.1 mm/a左右。

另外在普魯河與克里雅河兩河匯合口以北約500 m處發現該斷層的天然露頭剖面（見圖6）。由圖所見，斷層帶內礫石成定向排列，斷面陡傾，局部呈ES傾，斷層走向為40 °～50 °。斷層兩盤巖性差異明顯，北盤為一套灰黑色砂頁巖，斷面附近巖層破碎，片理化發育，巖層產狀為：220 °∠60 °；南盤為一套略向南傾的土黃色砂卵礫石層（層④），礫石層內部結構致密，已膠結，巖層層理清晰，傾角約為3 °～8 °，估計年代為下更新統至中更新統堆積，但是為獲取該套礫石層的沉積年代，在礫石層透鏡體中所取的土黃色砂土，熱釋光樣測年結果為距今約66.02±5.61 ka，顯示為一套上更新統早中期的卵礫石層；但是根據區域對比及（王永等，2004）所做的工作，應該為下更新統礫石層，可能年代超出了熱釋光法的測年范圍，所以針對該地層的熱釋光測年結果可能不能代表該地層的實際堆積年代。斷層頂部被層③覆蓋，層③為一套灰色砂卵礫石，無膠結，呈水平層理，未見有斷錯跡象，說明斷層在斷錯層④后，未見有明顯活動或活動程度減弱。層③頂部為一套全新統灰黑色卵礫石層（層②），層內無膠結，有一定層理，礫石較松散，分選性較差，礫徑較大。層②頂部為一套厚約8～10 m全新統風成粉土層。為確定斷層的活動時代，分別在層③和層②底部及與層④的類似層位的砂透鏡體中取熱釋光樣TL01、TL02和TL03，測得年代值分別為51.12±4.34 ka；18.53±1.57ka、66.02±5.61ka。其中TL01、TL02的測年結果與區域對比得到的相應堆積物的年代吻合，TL03樣的測年結果可能不代表對應地層的堆積年代，對應地層的沉積年代應為早更新世—中更新世。綜合分析，該剖面顯示該普魯斷裂自晚更新世中期以來已停止活動。所以，可將普魯斷層劃分為東西兩段，以普魯村為界，普魯村以西，斷層晚第四紀以來活動強烈，具有全新世以來活動跡象，其水平滑動速率約為0.6～1.1 mm/a；普魯村以東，斷層活動程度減弱，斷層連續性較差，且未見有晚更新世晚期以來活動的跡象，說明該斷層由西向東其活動程度減弱，斷裂的最新活動主要發生在普魯村以西。但是考慮到斷裂之間的成因聯系，根據《水利水電工程地質勘察規范》總體上看，應作為活斷層對待。地震活動性研究表明，沿該普魯斷裂沒有大于5級地震發生，也沒有小震密集或成帶分布現象。

圖6 于田縣羊場以北克里雅河左岸普魯斷裂剖面圖

①全新統風成粉土；②全新統卵礫石層（分選性較差，礫徑較大，松散）；③上更新統卵礫石層（較松散，無膠結）；④中更新統卵礫石層（土黃色，有一定程度膠結）；⑤灰黑色砂頁巖；⑥灰綠色灰巖；TL：熱釋光樣品

（3）吾格也克河斷層（F13）

在吾格也克河Ⅲ、Ⅳ級階地面上發育一條北東東向的線性谷地，谷地西起達里亞河與吾格也克河兩河交匯口以南，向東沿吾格也克河左岸延伸，總體走向為NEE，全長約20 km。該斷裂在區域上為山前高臺地與西昆侖山體的分界線，在衛星影像上具有較好的連續性。向東與柯崗斷裂的東段相交，初步推斷該斷裂應為柯崗斷裂的分支斷層。線性谷地在吾格也克河III、IV級階地上可大致劃分為5～6段，單段長約2.5 km，寬約15～30 m，其特征與斷層谷地相似，沿谷地追索，僅在西端與達里亞河的交匯部位見基巖斷層露頭，但在谷地東西兩端，與吾格也克河及達里亞河的交匯部位階地礫石層均未見錯動跡象。

圖7 吾格也克河線性谷地衛星影像圖

為進一步確定該谷底是否為斷層谷地，沿吾格也克河上游左岸距上壩址約500 m處跨谷底開挖探槽，探槽長30 m，寬2～3 m，深3 m，走向近NS，基本與谷底走向垂直。由于克里雅河流域內普遍發育晚第四紀黃土層，所開挖地段黃土層厚約20 m，故探槽內均為風成黃土，物質單一，且無層理，這對有效識別斷層帶來一定難度。根據所開挖探槽剖面，并未發現有明顯的斷層跡象，但在探槽南段東西兩壁分別見有4條清晰的裂隙，裂隙由地表一直貫穿至探槽底部，裂隙走向為NE80 °，為確定黃土沉積年代，在探槽底部取深約40cm處黃土，做熱釋光樣，測得黃土層形成年齡約為2.32±0.19 ka左右，這表明該處黃土堆積速率較快，如果谷底為斷層谷地，則其最新活動時代很新，應在谷地兩側的高階地上存在類似的斷層地貌，如果活動時代較早，那么快速的黃土堆積應使斷層谷地模糊不清，而且在探槽中未見明顯的斷層跡象，所以不能肯定該谷地為斷層直接錯斷地表所至，很可能是外營力（主要是侵蝕）作用所形成。由于處于地貌和構造分界帶附近，可作為推測斷層，但不存在活動斷層。

3.2 近場區現代構造活動運動特征

近場區位于塔里木盆地與西昆侖東段隆起區的交界，新構造運動以來，受印度板塊的碰撞，青藏高原的擠壓，這使得西昆侖山體快速隆升，并向盆地內逆沖，直接造成山體隆起傾斜，山勢由南向北呈階梯狀下降。近場區內地形切割強烈、河流階地發育，反映了該區構造活動以相對升降運動為主（見下圖8）。克里雅河發育于場區中部，由南向北匯人塔里木盆地。現將各級階地的特征簡述如下：

圖8 克里雅河階地剖面圖

Ⅵ～Ⅹ級階地發育，礫石層厚20～40 m。階地堆積物中夾有兩層玄武巖，單層厚度一般8～14 m。下層玄武巖與其底部砂礫石層接觸面有烘烤現象。階地面上覆蓋有較厚的粉土狀粉砂，多構成山丘的頂面。

Ⅴ級階地較發育，階地面寬廣，礫石層厚10～15 m。主要由河床相砂礫石組成，礫石分選、磨圓較差，成分復雜。

Ⅳ級階地不大發育，階地面較窄，礫石層厚5～l0 m。主要由河床相砂礫石組成，礫石分選、磨圓較差，成分復雜。

Ⅲ級階地較發育，礫石層厚12～15 m。主要由河床相砂礫石組成，礫石分選、磨圓較差，成分復雜。階地面上覆蓋有粉土狀粉沙，厚約3 m，與之間可見一些嵌入式階地發育，斷續分布，高差較小，一般為12 m。

Ⅱ級階地發育好，較連續，階地面窄，礫石層厚8～10 m。主要由河床相砂礫石組成，上部可見二元結構。礫石磨圓中等，分選差，礫徑一般10～45cm，最大可見近1 m的漂石。

Ⅰ級階地不大發育，斷續分布，礫石層厚2～3 m。階地面堆積大的礫石，礫石成分復雜，磨圓度較好，分選差.階地由河床相砂礫石組成，河漫灘相不發育。

從克里雅河階地的發育特點看：階地堆積物厚度較大，多數在10 m以上，最厚35 m；階地面寬窄變化較大，一般為10～180 m；高階地面（Ⅴ）最寬為230 m；階地上被幾十米厚的粉土覆蓋，西昆侖山新生代構造活動強烈，是階地發育的主要原因，同時也反映近場區現代構造運動具有間歇性、持續性和差異性的特點。由此可知近場區范圍內，地殼運動總體處于上升階段，地殼抬升速率處于8～10 mm/a之間。

4 區域地震活動性及地震動參數

地震是新構造運動的表現形式，地震發生的位置、強度、頻度與新構造運動特征有著密切的聯系。

區域屬新疆地震區西昆侖地震帶和阿爾金地震帶的交界部位，從區域活動構造與地震活動分析，地震主要集中在阿爾金斷裂地震構造帶和西昆侖地震構造帶上。阿爾金斷裂帶是青藏高原的北部邊界，其與北側的塔里木之間的差異性抬升與左旋水平錯動位移巨大，水平活動速率為7～12 mm/年。這條斷裂上地震頻繁，古地震破裂遺跡相當豐富。最近的大地震是1924年發生在滿達里克西部的2次7級地震及2008年3月21日發生在于田縣普魯村南43km的7.3級地震，近些年又記錄到多次5～6級的中等地震。西昆侖地震構造帶分布于西昆侖山、帕米爾高原東北部及邊緣地帶，總體呈北西向展布，東起于田向西北經塔什庫爾干、疏附向西延入塔吉克斯坦境內。西昆侖地震帶可分為西、中、東三段，區域位于東段，東段是柯柯亞—于田的一段。總體走向NW—EW向，該段地震活動強度不大，低于西段，強震和中強地震活動的頻度高于中段，曾發生1996年喀喇昆侖山口7.1級地震1次，2008年3月21日發生在昆侖山的7.3級地震1次，6.0～6.9級地震9次（區域內7次），地震活動主要沿近EW或NWW向以走滑及逆沖為主的斷裂發生，主要斷裂有康西瓦斷裂、柯崗斷裂、喀喇昆侖斷裂、鐵克力克斷裂等。

阿爾金和西昆侖地震構造帶，充分體現了青藏高原地殼變形強烈，是我國主要的地震活動區。

⑴ 區域中強地震活動時空分布特征

區域內M≥4.7地震的發生與近東西向構造活動有密切聯系。地震多發生在活動斷裂附近，如1920年策勒南6級地震的發生與康西瓦斷裂活動有關，2008年3月21日發生在于田縣普魯村南43 km發生的7.3級地震與康西瓦活動有關；1975年4月28日和田東南6.1級地震、1975年6月4日和田南6.1級地震發生在柯崗斷裂附近。

根據區域M≥4.7地震震中分布圖，區內地震活動強度不高，且頻度較低，地震主要分布測區西部的喀喇昆侖山前地帶。工程區30km范圍內無M≥4.7地震震中分布，據歷史地震資料和現代地震記錄，區域內發生的1次M≥7級地震震中區最近的是2008年3月21日于田7.3級地震，距壩址43km；區域內發生的4次M≥6級地震震中距離53～159 km。因此，場區破壞性地震基本屬于主震—余

震型。

1970～2008年5月，區域臺網共記錄到M≥4.7級地震59次，其中7.0～7.9級地震1次，6.0～6.9級地震4次，5.0～5.9級地震23次，區域有記載的最早破壞性地震為1920年策勒6.25級地震，最大地震為2008年3月21日于田7.3級地震，主震及M≥4.7級余震共計15次。根據區域M≥4.7級地震目錄繪制的區域震中分布圖可見，區域M≥4.7地震強度雖然不高，但頻度較高，地震主要分布在區域西部的喀喇昆侖山前地帶。震中明顯受區域活動斷裂控制，地震基本呈面狀分布，局部呈片狀、團塊狀分布，主要集中在區域西部，中小地震活動很頻繁，且M≥3.5級地震震源深度基本在50 km以內，且大多分布在10～40 km。

從區域地震活動時間分布特征看：1980年前區域應變能量以突跳方式釋放；特別是2008年3月21日于田7.3級地震是區域能量的一次大釋放。區域內6級地震發生的時間間隔分別為28年（1920—1948年）、27年（1948～1975年）、37天（1975年4月至6月），平均時間為18.4年。最近一次6級地震（1975年和田南6.1級地震）距近已近32年，此外2008年3月21日于田7.3級地震可能預示著新的活動時期的開展，因此區域未來有發生6級地震的背景（表4）。

（2）破壞性地震的影響及地震動參數

工程區附近中強地震主要與近東西向活動斷裂密切相關，據最新《吉音水利樞紐工程場地地震安全性評價補充工作報告》，外圍地震對壩址區影響最大烈度為Ⅷ度，既2008年3月21日于田7.3級地震（見表4）。

根據新疆防御自然災害研究所《吉音水利樞紐工程場地地震安全性評價補充工作報告》，對場地影響較大的潛在震源有：場地西南端43 km處為普魯7.5級潛在震源區、場地東端65 km及南端75 km處為阿爾金斷裂西南段7.5級潛在震源區、場地西端100 km處為恰哈南7.5級潛在震源區。

據補充地震評價報告，壩址區50年超越概率10%、5%及100年超越概率2%的基巖水平向峰值加速度分別為153.4 gal、204.6 gal、339.6 gal。

據《水工建筑物抗震設計規范》（SL203-97）的相關規定，確定吉音水利樞紐工程場地的設計地震動參數。吉音水利樞紐壩體大部置于砂卵礫石層上，須根據土層反應分析得到的地表加速度結果確定設計地震加速度值。

據補充地震評價報告，吉音水利樞紐工程場地50年超越概率10%、5%及100年超越概率2%的水平向設計地震加速度值分別為237.0 gal、316.0 gal、545.1 gal。

吉音水利樞紐工程場地土層反應分析結果表明：50年超越概率10%水平向峰值加速值為237.0gal、即加速度值位于0.2～0.3 g范圍內，根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）附錄D，工程場地的地震基本烈度為Ⅷ度。

5 區域構造穩定性評價

根據工程區附近分布的三條斷裂它們的活動性、活動幅度和活動強度分析，上、下壩址分布的吾格也克河斷層（F13）及F14斷層晚更新世以來無活動跡象，工程區域內柯崗斷裂距上壩址2 km，普魯斷裂距上壩址區4.5 km，均為活動斷層，為發震構造。壩址區附近其他大的斷裂構造不發育，地震活動強度不高，工程區30 km范圍內無M≥4.7地震震中分布，區域地震活動主要集中在阿爾金斷裂構造帶和西昆侖地震構造帶上，壩址區為中強震的影響區，區域構造穩定性較差，但具備修建水庫大壩的區域構造穩定

條件。

參考文獻

[1] 吉音水利樞紐工程地質勘察報告.

[2] 吉音水利樞紐工程地震安評報告.