新疆莫勒切河新建38团石门水库场地区域构造稳定性分析研究

李 辉，周临校

（新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆莫勒切河新建38团石门水库为碾压沥青混凝土心墙坝，最大坝高79.8m，坝顶高程2396.8m，坝顶长度530.6m，水库正常蓄水位高程2394m，对应总库容6671×104m3。建筑物主要由拦河大坝、上游围堰、导流洞、溢洪道、泄洪排砂洞、发电洞和地面厂房组成。石门水库工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，工程挡水大坝建筑物等级2 级，次要建筑物3 级，临时建筑物为4级。石门水库地面以下分布巨厚中更新统冰水沉积(Q2fgl)卵砾石层，采用全墙防渗，最大深度121m,防渗体总高度约200m。

1 区域地质构造背景

位于昆仑山北坡，塔里木盆地南缘，区域地貌形态受阿尔金断裂和江尕勒萨依断裂控制，南侧为昆仑山和阿尔金山断块隆起，为侵蚀构造形成的中高山区，北侧为低中山区、塔里木盆地。区域位于塔里木地台与东昆仑褶皱系两个一级构造单元的结合部位，工程区位于塔里木地台（一级）的塔里木台坳（二级）东南断阶（三级）的且末—若羌断陷（Ⅸ55-2）南缘。且末—若羌断陷北侧以古老的基底断裂为界与一级构造单元塔里木地台下的四级构造单元北民丰—罗布庄凸起（Ⅸ55-1）相接，南侧以阿尔金断裂为界与一级构造单元东昆仑褶皱系下的二级构造单元阿尔喀山复背斜（Ⅳ33）相邻。

图1 区域地质构造图

2 区域内新构造运动背景及主要分布的断裂活动性分析研究

区域内北部平原区地质构造简单，新构造运动不活跃。南部山区地质构造复杂，新构造运动较为强烈，地质构造主要为北东向的阿尔金构造体系和东西向的木孜塔格-鲸鱼湖断裂系，区域内主要发育的断裂见表1。

表1 区域内主要断裂一览表

（1）车尔臣河隐伏断裂（F1）。车尔臣河隐伏断裂在地貌上呈盆内洼地，控制车尔臣河下游河谷。卫片的线性影像清晰。在车尔臣河下游谷地，河流沿着一个深达2～3m，底部平坦宽阔的槽地内流淌，槽内阶地不发育，河床限于槽底迂回，槽两岸高度一致，两侧地形平坦。很显然这样的洼地是构造成因，河谷受断层构造控制。车尔臣河隐伏断裂从中-晚更新世以来逐渐停止活动，研究认为与区域地应力局部调整有关。区域新构造运动的早期，该地域主要处于压性环境，随着塔里木地台的逆时针转动，东昆仑褶皱系与塔里木地台的北部边界（阿尔金断裂）逐渐变为北东走向，造成地应力沿边界更多地分解出平行断层的左行走滑分量，能透过边界的挤压分量越来越少，所以盆地边缘地带的车尔臣河隐伏断裂的活动性也随之结束。从现代地震活动监测资料分析，车尔臣河隐伏断裂带几乎无地震发生，也说明其在晚第四纪以来已基本停止活动。

（2）江尕勒萨依断裂带（F2）。该断裂带总体走向为北东向，由一组断层组成，包括江尕勒萨依断层、南柯亚克断层、皮羌勒克断层和瓦石峡断层等，断层普遍存在挤压破碎带，牵引小褶皱和侧枝羽状小断层，断层的力学性质及组构特点显示具有左行走滑逆冲运动特征。江尕勒萨依断裂是阿尔金山北缘与盆地沉积的分界断层，断裂地貌明显，错断山前第四系的冲洪积台地，多条断层面发育在中—新生代地层中，形成明显的断层沟槽。1933 年9 月26 日，在且末县江尕勒萨依附近发生6级地震，造成江尕勒萨依河谷岸崖坍塌，体积数百立方米，表明该断裂为全新世以来活动断裂。

（3）阿尔金断裂（F3）。总体呈北东方向延伸，全长1600km，由一系列羽列、雁列分布的断裂组合而成，是阿尔金构造体系的主体。该断裂在平面上呈舒缓波状，为压性左行走滑断裂，断层面倾角平均70°以上，东、西两段向南东倾斜，中段向北倾斜，区域内出露阿尔金断裂带的西南段，该断裂距石门坝址约17km。阿尔金断裂是全新世活动断裂，现代活动十分活跃，许多河道经过断层处都表现出程度不等的左行弯曲变形的S 形，国家地震局测试了大量被错动河流沉积物的年龄，并求得阿尔金断层的新生代左行走滑位移为75km，其左旋水平运动速率在7～12mm/a。在断裂考察中，发现震级达7.5级以上的古地震破裂带多达12条。1924年7月3日和12日，在民丰东南，该断裂带上发生过7.3 级地震。该断裂在库鲁阔勒盆地北部可见古地震形变带，形变带表现为向盆地内挤起砂砾石垄脊，垄脊高1.5～3m，宽度在50～80m，延伸方向约50°～60°。

（4）阿尔喀断裂带（F4）。阿尔喀断裂位于工程区南部山区，东昆仑山西段的北缘。这条断裂向东延伸在布喀达坂峰西部鲸鱼湖附近与南支相汇，在满达里克附近与阿尔金断裂斜交，被阿尔金断裂截断。该断裂走向近东西向，破碎带宽度约8m，充填压碎岩和糜棱岩。它控制着东昆仑山脉西段的主脊，断裂南北两侧地形地貌差异巨大，断裂北侧是高原夷平面，南侧则为高山，山势突起，相对高差达2500～3000m，据此判断，阿尔喀断裂有可能为全新世活动断裂。

（5）木孜塔格—鲸鱼湖断裂（F5）。该断裂位工程区南部高山区，近东西走向，总长度超过2000km，距工程区约110km。东昆仑断裂是古生代末期区域两大板块的缝合线构造，断层发育，结构复杂，宽度变化很大，断裂规模巨大。该断裂带近百年来发生了6 次大于7级的地震，沿断裂带先后形成近千公里的地震地表破碎带。断裂带上还分布着丰富的古地震形变遗迹。2001 年在东昆仑山口西新青交界处，又一次发生了半个世纪以来我国境内发生最大的一次8.1级地震，沿东昆仑山南麓形成了长达450km 的地震破碎带，这次地震破裂的最大左旋水平位移6.4m，表明该断裂为全新世活动断裂。在工程区，分布为断裂的西段，其活动性相对较弱，对工程影响较小。

（6）脑齐—喀帕断裂（F6）。该断裂自莫勒切河上游脑齐北侧通过，向东延伸至喀帕，卫星影像清晰，走向北东70°～75°，南倾，倾角70°延伸长度35km。该断裂经过莫勒切河河谷处，河谷两岸阶地下部中更新统卵砾石层及上部上更新统卵砾石层连续分布，阶面在断裂通过部位没有明显的落差变动,说明断裂强烈位移变动的时期在河谷高阶地形成以前，晚更新世以来没有活动。

3 场地地层岩组特征及力学性质

石门水库场地广泛分布的地层为石炭系下统托库孜达坂群（C1Tk）变质砂岩，局部分布华力西期侵入花岗岩。石炭系下统托库孜达坂群（C1Tk）变质砂岩呈深灰色，厚层状，含少量蕨类植物化石，变余不等粒砂状结构，变质作用主要为板岩化,板理较为发育，岩体抗风化相对稍弱，强风化层内岩石易呈片状、板状剥落。岩层产状45°～55°SE∠60°。强风化层厚6.0～9.0m，弱风化层厚13.8～22.0m。强风化岩体纵波波速（Vp）2000～2873m/s,横波波速（Vs）1069～1588m/s，动弹性模量12.7GPa，动泊松比0.29；弱风化岩体纵波波速（Vp）2700～4100m/s,横波波速（Vs）1492～2278m/s，动弹性模量22.7GPa，动泊松比0.27；微风化至新鲜岩体纵波波速（Vp）,3500～5200m/s,横波波速（Vs）1993～3041m/s，动弹性模量41.2GPa，动泊松比0.25。坝址区岩体物理力学指标见表2。

表2 岩体物理力学性质

4 石门水库地震及抗震动参数的确定

区域内地震震中主要集中在阿尔金地震构造带和木孜塔格－鲸鱼湖地震构造带，是我国主要的地震活动区之一。阿尔金断裂是青藏高原的北部边界，其与北侧的塔里木之间的差异性抬升与左旋水平错动位移巨大，地震活动频繁，古地震破坏形迹丰富。区域地处阿尔金地震带的中段，其北部延伸到塔里盆地，东部地区小部分涉及到巴颜喀拉山地震带，根据历史地震记载，工程区300km范围内，自公元1924年至今共记录到4.7 级以上地震17 次，其中7.0～7.9 级地震2 次，5.0～5.9级地震6次，4.7～4.9级地震9次。区域地震主要分布南部地区，北部、西北部的塔里木盆地地区地震相对较少，地震主要沿区域性深大断裂分布，地震活动明显受控于区域活动构造。

根据新疆地震局对石门水库所做的地震危险性分析，区域内最早、最大的破坏性地震为1924年7月3日和1924年7月12日民丰东南满达里克附近两次级地震，是区域内有史以来最大的双主震地震，对场地的最大影响烈度为Ⅷ度。区域内划分为5个潜在震源区，石门水库位于8.0级潜在震源区。

近场区30km 范围内有记录以来发生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，近场区内最大的地震为1924年7月3日和1924年7月12 日民丰东南满达里克附近两次级地震，距场区25～26km。说明场区地震活动较强。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区地震动峰值加速度0.2g，地震动反应谱特征周期0.40s（相应地震基本烈度Ⅷ度）。根据新疆防御自然灾害研究所《莫勒切河山区水利枢纽工程场地地震安全性评价报告》（2006.07）及《兵团南疆新建38团莫河山区水利枢纽工程场地地震安全性评价补充报告》（2011 年9月）分析结果：坝区50年超越概率63%、10%、2%及100年超越概率2%的基岩及覆盖层峰值加速度见表3，相对应的场地基本烈度（50年超越概率10%）Ⅷ度。

5 区域构造稳定性分析评价

区域位于两大一级构造单元塔里木地台与东昆仑褶皱系结合部位，处于塔里木地台下的四级构造单元且末—若羌断陷的南缘。区域现代构造应力场主应力方向为北北东向挤压应力。据本次调查及区域资料分析，区域内分布的活动性断裂主要有阿尔金断裂、木孜塔格—鲸鱼湖断裂、江尕勒萨依断裂、阿尔喀断裂。其中江尕勒萨依断裂、阿尔喀断裂均有中强震历史，其规模、活动性具备发生6级地震的条件；木孜塔格—鲸鱼湖断裂、阿尔金断裂均为全新世活动断裂，据历史地震监测，沿木孜塔格—鲸鱼湖断裂带和阿尔金断裂带地震活动频繁，均有7级以上地震的历史，属区域构造稳定性差区域。

近场区30km 范围内分布的活动性断裂有阿尔金断裂,为区内重要地震构造，有现代强震历史，在工程区历史记载的两次7级以上地震，震中西距工程区约25～26km 处，在阿尔金活动断裂带上发现许多古地震破坏现象，结合本区域处在青藏高原边缘地带，地壳构造运动剧烈，区域地应力集中，今后存在发生7级以上地震的可能。阿尔金活动断裂距距石门水库坝址区约17km。近场区区域构造稳定性主要受阿尔金断裂的影响。

石门坝址场地5km 范围内通过地质测绘调查结果，断裂构造多以层间错动为主，规模较小，河谷两岸Ⅳ级阶地中更新统卵砾石层连续分布，未见有构造错动的行迹。距历史地震资料，场地内无强震震中位置分布，说明场地地震构造稳定性主要受外围强震的影响，库坝区处于相对稳定区域。

6 结语

新疆昆仑山北麓地域辽阔，大多数区域处于无人区，自然条件恶劣，随着水利工程的开发程度加快，高坝大库的建设对该区域断裂新构造运动中的活动性、区域地震活动性研究深度提出更高的要求，本次石门水库工程区域构造稳定性研究工作实践丰富了中昆仑段水利工程区域构造稳定研究的实践经验，尤其是深厚覆盖层抗震动参数的研究，填补了该区域覆盖层抗震动参数的空白，为后续该区域水利工程建设奠定了基础。