青川县东阳水库坝址区断层构造勘察研究

陈 林

(四川沃土项目投资管理有限公司，成都，611732)

1 工程概况

四川省青川县东阳水库位于清水河支流东阳沟上，是一座以防洪、灌溉、供水为主，兼顾生态环境用水的小(1)型水库。水库正常蓄水位为932.00m，正常库容为532万m3，设计洪水位为936.29m，校核洪水位为937.91m，总库容717万m3，死水位为911.00m，死库容108万m3，兴利库容424万m3。大坝初拟为胶凝砂砾石坝，坝顶高程939.50m，坝顶长度135.50m，坝顶宽度6.00m，最大坝高66.50m。

2 区域构造

工程区在构造部位上位于龙门山断裂带北东段的后山断裂平武-青川断裂NW侧。平武-青川断裂西起平武，向东经青川至勉县，呈北东东向展布，长约250km，断裂南西段在地貌上线性特征逐渐降低，并分成2～3条次级分支断层，在平武一带消失。断层两侧地层差异明显，北西侧为深变质的前寒武系碧口群、震旦系木座组、水晶组和浅变质的志留系茂县群，南东侧主要为志留系黄坪组，局部有前寒武纪地层出露。两侧地层和构造线的延伸方向基本一致[1]。东阳水库位于青川断裂带青川以南的东南段，由于断裂在青川以南断错地貌不甚发育，断层位置较为模糊，前人的研究也鲜有涉及。

水库大坝距平武-青川断裂直线距离约600m，大坝设计时，区域的稳定性是基础，对工程的后期有重要的影响[2]，因此对于青川断裂带青川以南段落的断错地貌调查，坝址区附近断层位置确定及活动性鉴定是本工程地质工作的重点。

3 综合勘察方法及成果

结合本工程勘察重点及难点，本次采用逐步深入的综合勘察方法。基本思路为先通过地表工程地质测绘初步确定断层的宏观位置；再通过物探方法对断层位置及规模进行验证；最后利用钻探、槽探取芯，对各层岩性进行分析，对断层位置及其活动性进行准确直观判断。

3.1 工程地质测绘

在近场区，青川县城东任家沟一带，青川断裂仍发育在前泥盆系与志留系之间[3]。由于该处前泥盆系岩性以白云岩为主，抗风化能力强，而志留系主要为云母片岩，抗风化能力弱，因此断层在地貌上表现清楚。青川县城附近，断层构成了右阶斜列的阶区。青川以西段发育清楚的断面和槽地。在九林子东新开挖的基岩剖面上，见泥盆系中发育多条断层，虽然单条断层带规模不大，但它们所组成的断层带宽度超过20m。再向西南，从寨溪河到蒿溪，沿断层谷地和槽地十分发育，其中槽地所在位置地貌上大多相当于河流Ⅳ～Ⅴ级阶地的位置。如走马岭(见图1)相当于Ⅳ级阶地的台地拔河约70m，断层通过该台地时，地貌上形成清楚的槽地。蒿溪(见图2)一带相当于Ⅴ级阶地的洪积台地拔河约100m，断层通过该台地时，地貌上形成清楚的断层槽，宽约40m～50m。在青溪镇以东，断层又出现阶区，阶区以西的段落地貌上同样表现为线性的断层谷地。根据野外所见剖面及断层槽地，确定青川断裂带主断层的影响宽度30m～60m，局部观察点断层附近地貌上发育有断层谷地和槽地。

图1 走马岭断层槽地

图2 蒿溪Ⅳ级台地上的断层槽地

在坝址区附近，除青川断裂带主断裂以外，还出露有其分支断裂。在坝址上游调查有F1断裂(见图3)，断裂为基岩断面，破碎带宽约40m，主要表现为岩体的挤压变形带，带内的基岩揉皱强烈，近直立，发育有挤压透镜体，而断层两侧未见有地貌响应，且卫星影像上也未见有线性特征，认为该断裂F1应为前第四活动断裂，因此，不考虑该断裂F1对坝址的影响。

坝址下游有F2、F3断层发育，其中F2在东阳沟左岸有地貌显示，主要表现为线性槽谷；F3通过处沟口两侧均有地貌显示(见图3)，主要表现为连续性较好的线性槽谷，延伸长度约6km。断裂两盘第四纪覆盖层厚度明显变化，断层破碎带为挤压揉皱强烈的断层碎裂岩，断层带附近的河流阶地地层也有一定的变形表现。

图3 坝址上游F1断裂影响带

图4 坝址下游F3断裂通过处断层地貌

通过工程地质测绘，初步确定坝址区附近断裂有：①青川断裂带，为主断裂，位于坝址区下游；②F1断裂，为次生断裂，位于坝址区上游；③F2断裂，为次生断裂，位于坝址区下游；④F3断裂，为次生断裂，位于坝址区下游。

3.2 物探测线

为了更加准确地定位坝址区附近断裂的空间展布位置和特征，在目标F2断裂和青川断裂附近各布设了一条高密度电法测线和两条浅层地震反射波勘探测线对断裂加以控制，即三锅水厂测线L1及聚源山庄测线L2(详见图5)。鉴于目标断层倾角较大，基岩埋深较浅，为了能准确控制断层的位置，在电法异常点位置附近进行了浅层地震反射波勘探，道间距分别选择了1m和3m。

图5 东阳水库坝址区附近断裂分布

3.2.1 三锅水厂测线(L1)

从三锅水厂1线高密度电法反演剖面图显示(见图6)，在地表0～10m为视电阻率高值区，结合地表调查和钻探结果，表层0～10m为砾石层的高阻电性特征反映。在剖面中间段120m～130m段10m深度的水平位置上出现了电阻率的不连续，电阻率等值线出现了错断。推测断裂可能从此范围内通过，从电阻率剖面显示断裂两侧电阻率差异明显，断层倾角较大，探明的断裂应为场区附近通过的断裂F2。

图6 三锅水厂1线高密度电法反演剖面

从三锅水厂2线反射波勘探深度剖面图显示(见图7)，来自砾石层底界面的反射同相轴在测线覆盖的范围内都具有可靠的追踪对比，反射能量较强且较均匀，连续性也很好，在测线126m附近出现了同相轴较为明显的错断现象。因此，推测断层在此附近通过，探明的断裂应为场区附近通过的断裂F2。

从三锅水厂3线反射波勘探深度剖面图显示(见图8)，来自砾石层底界面的反射同相轴在测线覆盖的范围内都具有可靠的追踪对比，反射能量较强且较均匀，连续性也很好，在测线129m附近出现了同相轴较为明显的错断现象。因此，推测断层在此附近通过。通过对比分析，在断裂附近砾石层的反射能量较弱，结合钻探结果，认为断裂错断了砾石层，探明的断裂应为场区附近通过的断裂F2。

3.2.2 聚源山庄测线(L2)

从聚源山庄1线高密度电法反演剖面图显示(见图9)，在测线0～160m段地表约0～15m深度范围内和160m～295m段深度约0～10m段视电阻率相对较高，结合地表调查，认为视电阻率较高为砾石层的高阻电性特征反映。在剖面160m附近，深度约20m～25m，横向上平上出现了电阻率的不连续，电阻率等值线出现了错断。推测断裂可能从此范围内通过，从电阻率剖面显示断裂两侧电阻率差异明显，断层倾角较大，探明的断裂应为青川断裂。

图9 聚缘山庄1线高密度电法反演剖面

从聚源山庄2线反射波勘探深度剖面图显示(见图10)，来自砾石层底界面的反射同相轴在测线覆盖的范围内都具有可靠的追踪对比，反射能量较强且较均匀，连续性也很好，在测线164m附近出现了同相轴较为明显的错断现象。因此，推测断层在此附近通过，探明的断裂应为青川断裂。

图10 聚源山庄2线反射波勘探深度剖面剖面

从聚源山庄3线反射波勘探深度剖面图显示(见图11)，来自砾石层底界面的反射同相轴在测线覆盖的范围内都具有可靠的追踪对比，反射能量较强且较均匀，连续性也很好，在测线113m附近出现了同相轴较为明显的错断现象。因此，推测断层在此附近通过，探明的断裂应为青川断裂。

图11 聚缘山庄3线反射波勘探深度剖面剖面

3.3 槽探、钻探

为鉴定青川断裂的活动性，本次在青川断裂通过的九林子附近进行了探槽开挖，并取样进行了年代测定，九林子探槽布置见图5，探槽剖面见图12。

图注：U1灰黑色粘土层，含腐殖质，顶部20cm为耕植土；U2褐黄色粘土层，含砾石，砾石砾径0.5cm～3cm；U3褐黄色粘土层，含砾石，砾石砾径0.5cm～3cm；U4灰黑色粘土层，腐殖质较多，局部见有碳屑，含砾石，砾石砾径0.2cm～3cm，靠近断层附近，有10cm～13cm砾石；AnD①褐黄色变质岩；AnD②灰褐色断层破碎带。

探槽开挖处发育有断层槽谷，宽约40m，两侧基岩出露，槽谷内沉积有全新世坡积层，探槽剖面揭示出断层断错全新世地层，并形成断塞塘，有灰黑色、灰白色断塞塘沉积。C14测年①显示该地层的年龄为1900±30BP，而上覆灰褐色、灰黑色粘土地层未见有断错，两个地层的C14分别为1250±30BP和720±30BP，显示青川断裂带在1900±30BP～1250±30BP发生过一次地震事件，表明青川断裂带为全新世活动断裂。

为进一步确定坝址区附近F2和F3断裂的位置，并鉴定其活动性，本次跨F2和F3断裂布设了一个钻探联合剖面(见图13-图15)。

图13 钻探联合剖面布置

图14 F3处zk03岩芯

图15 钻探联合剖面

钻探结果表明，坝址下游发育的F2和F3断裂，跨断层均显示两侧有一定的基岩高差，断层两盘第四纪覆盖层厚度明显变化，并在钻孔zk03、zk06揭露出断层破碎带，主要表现为挤压揉皱强烈的断层碎裂岩，其中zk03冲沟两侧断层地貌较为清晰，主要表现为断层槽谷发育，断层带附近的河流阶地地层也有一定的变形表现，主要表现为T1阶地砾石层定向排列。综合以上探测结果表明坝址下游的F2、F3断裂为青川断裂的羽列分支，为全新世活动断裂。

4 结论及建议

综合勘察结果分析表明，东阳水库坝址位于青川断裂影响范围内，该断裂为全新世活动断裂，距离坝址大于600m；坝址上游的F1断裂为前第四纪活动断裂，距离坝址大于600m，基本可不考虑该断裂对坝址的影响；坝址下游的F2、F3断裂为青川断裂的羽列分支，为全新世活动断裂，距离坝址分别为440m和215m，其未来的地震活动将对场地产生较大影响。

“5.12”地震时，灾区没有一座水电工程震毁，震损严重和较重的工程均处于震中附近，烈度Ⅸ、Ⅹ度影响区，主要有映秀湾、太平驿、渔子溪、耿达、福堂、紫坪铺等工程，其中映秀湾水电站厂址距龙门山断裂带中央断裂仅400m，对电站厂区地震影响烈度为Ⅺ度，因此造成的震损严重。处于Ⅸ、Ⅷ度影响区的工程，主体工程震损轻微，但个别建筑物也受到了严重或较严重破坏，如沙牌的地面压力管道和厂房，碧口的坝顶启闭机房等[4]。本工程位于地震烈度Ⅷ度影响区，类比可知，大坝主体遭受地震严重震损的概率较低。

本工程大坝为胶凝砂砾石坝，属混凝土坝。在“5.12”地震中受影响的同类型高坝中主要有宝珠寺混凝土重力坝及沙牌碾压混凝土拱坝。青川发生的6.4级最大余震距宝珠寺坝址仅20km，震后河床坝段永久横缝有挤压现象，坝顶路面、防浪墙及栏杆在横缝处出现裂缝，总体上大坝主体未见明显震害[5]。沙牌坝址距汶川大地震震中36km，距龙门山后山断裂8km，震后大坝主体完好，坝肩抗力体稳定，仅见局部浅表塌滑[6]。类比可知，混凝土坝在地震中震损轻微，主体结构基本完好。

针对以上勘察结果及结论分析，提出以下建议：

(1)为保证坝体抗震安全，建议上、下游面板与胶凝砂砾石层间结合处设置锚筋，并对结构上游防渗层、坝顶、廊道等部位加强配筋。

(2)大坝两岸基岩边坡较陡，建议加固处理。

(3)根据现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247-2018)规定，坝址区属危险地段，建议进行大坝地震安全性的深入分析和专门论证，分析建筑物可能的破坏模式及洪水影响，制定应急预案。

(4)东阳水库最大蓄水深度超过50m，且有活动断裂从大坝下游通过，因此水库诱发地震是必须考虑的危险因素，建议进行专门的水库诱发地震危险性综合分析。