曹娥江大闸枢纽工程场地地震安全性研究

李健民

（浙江省水利水电勘测设计院 杭州 310002）

1 工程概述

曹娥江大闸枢纽工程位于浙江省绍兴市，钱塘江下游右岸主要支流曹娥江河口，距绍兴市约30km，是国内建设的第一河口大闸。本工程为大（1）型水闸，I 等工程，防洪挡潮设计标准为100年一遇，设计泄洪流量为11030m3/s。工程建设任务为防潮（洪）、治涝、水资源开发利用，兼顾改善水环境和航运等综合利用。本工程为必须进行专门地震安全性评价的重大工程。

本工程地震安全性评价主要工作内容包括：区域构造和地震活动性研究、近场区断裂和地震活动性研究、场地地震动参数的确定等。

2 区域构造地质和地震活动性研究

2.1 大地构造背景

本区大地构造格局以江山－绍兴断裂为界分为两个部分，断裂带东南为华夏古陆；断裂带西北为扬子准地台（见图1）。

2.2 区域新构造运动

本区新构造运动主要表现为差异升降运动。以桐柏山、大别山北缘到杭州湾南岸一线为界，南侧是上升山地，北侧为沉降平原、盆地和海湾。在大地貌上，从闽北—浙南—浙北形成明显的多级地貌断阶带。浙南多山地，浙北则表现为一系列盆地和大型沉积平原，第四纪河湖相沉积达200～300m，南北形成鲜明的地貌对比。

图1 研究区大地构造位置

2.3 区域主要断裂构造

区域主要有17 条断裂，走向分为北东、北西和近东西向三组。其中11 条为活动断裂，其活动时代多为晚更新世，无全新世活动断裂。区域内发生的中等地震大多受这些断裂控制。主要的发震断裂有：

F1：茅山活动断裂，N20～30°E，NW∠60～70°，正断层，长度大于200km，该断裂为晚更新世（Q3）以来活动断裂，沿断裂发生1974、1979年的ML5.5、ML6.0 级地震。

F3：湖州—临安活动断裂，N25～30°E，SE∠80°，逆冲断层，长度大于170km，在晚更新世中晚期有过较强烈活动。沿断裂带有ML4～4.5 级地震发生。

F4：马金—乌镇活动断裂，N40～45°E，SE∠70°，逆断层，长度大于150km，为前第四纪断裂，沿断裂有ML5 级左右地震发生。

F5：萧山—球川活动断裂，N50°E，NW∠65°，正断层，长度大于200km，断裂最新活动年代为晚更新世。沿断裂有ML4.0～4.8 级地震发生。

F8：镇海—温州活动断裂，N20～30°E，NW ∠80°，长度大于450km，属晚更新世活动断裂，沿断裂有晚第三纪玄武岩喷发，并有ML4.0、ML5.5 级地震发生。

研究区位于下扬子—南黄海地震带的南部、东南沿海地震带的北部，属于地壳相对稳定、断裂差异活动不强的弱活动区。大致以溧阳－湖州－杭州－镇海一线为界，其以北地区构造活动较强，有中等地震发生，主要在茅山断裂带附近；其以南活动性很弱，主要表现为中小地震活动，无ML6.0 级地震。活动断裂几何结构复杂部位和多组断裂交汇区是发生中等地震的地区，如1523年镇海ML5.5 级地震。

2.4 区域地震活动性研究

根据 1970年以来区域台网记录的地震资料，截止到2002年12月底，研究区域共发生震级ML≥1.0 级地震2143 次，其中ML≥5.0 级地震5 次，分别为：长江口1971年ML5.3 级地震，常熟1990年ML5.5 级地震，江苏溧阳1974年和1979年的三次地震，其震级分别为ML5.8、ML6.3和ML5.2。

研究区域现今地震（1970年以来仪器记录）与历史地震（包括现代级地震）的震中分布见图2、图3。地震活动在空间分布上有明显的继承性，破坏性地震基本分布在北纬30°以北，在28°线上仅有2 次，尤其在31°线以北更集中，ML6 级地震均发生在31°线以北地区。

图2 研究区现今地震震中分布图

图3 研究区历史地震震中分布图

研究区域地震分布重复性的特点也有明显表现，如果把两次地震震中位置不超过30km 作为级以上地震在原地重复发生的判据，则本区级以上破坏性地震具有重复性的有17 次，占总数的46%，地震重复发生的地区为溧阳、长江口、苏州及杭州地区。

地震活动在时间分布上也是不均匀的，研究区域与下扬子—南黄海地震带的地震活动性在时间分布上是大体同步的。研究区域第一活跃期历时188年，经历158年相对平静期，从1839年又进入第二活跃期，至今已历时164年。从总的活动趋势分析，目前地震活动正处在第二活动期的第三活跃幕阶段，若与第一活动期的时间长度188年作类比，还要经过数十年才能进入相对平静期。因此，在未来数十年时间里，研究区域内存在发生ML6 级左右较强破坏性地震的可能性。

3 近场区重要断裂和地震活动性研究

3.1 近场区主要断裂

近场区共有9 条断裂，分别为北西走向的斜桥—泗门断裂（F14－1）、盐官—马渚断裂（F14－2）、头蓬—马渚南断裂（F14－3），北东走向的萧山—球川断裂（F5）、担山—盖山断裂（F6）、黄湾—长川坝南断裂（f1）、长川坝—绍兴断裂（f2）和近东西走向的昌化—普陀断裂（F13）。其中的北东走向长川坝—绍兴断裂（f2）在闸址区附近通过。

F14－1：斜桥—泗门断裂，总体走向315°，在杭州湾以北为正断层，倾向北东，倾角42～50°；在杭州湾以南为逆断层，倾向南西，倾角35°左右。断层泥样品经热释光实验测定，最新活动年代为（64.57±5.49）×103年，即在晚更新中期有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为11.7km。

F14－2：盐官—马渚断裂，总体走向315°，倾向南西，倾角70°，为逆断层，最新活动年代为（71.47±6.07）×103年，即在晚更新中期有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为3.7km。

F14－3：头蓬—马渚南断裂，总体走向305°，倾向南西，倾角60°。该断裂在晚更新世早期有过活动，距曹娥江大闸的最近距离为4.8km。

F5：萧山—球川断裂，走向北东，倾向北西，倾角 65°左右，正断层，最新活动年代为（70.12±5.98）×103年，即在晚更新世有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为26.7km。

F6：担山—盖山断裂，走向65°，倾向北西，倾角 45～85°，正断层，最新活动年代为（984.59±83.63）×103年，即在中更新世（Q2）前有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为16.7km。

F7：马渚—泗门断裂，走向20°，倾向北西，倾角 60～70°，正断层，最新活动年代为（141.09±11.99）×103年，即在中更新世末期有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为32.5km。

f1：黄湾—长川坝南断裂，走向近东西，倾向北，倾角60°左右，正断层，在晚更新世早期有过活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为14.1km。

F13：昌化—普陀断裂，走向近东西，倾向北，倾角70～80°，逆走滑断层，最新活动年代为（12.79±0.95）×104年，即在中更新世末期有过1 次较强活动。该断裂距曹娥江大闸的最近距离为10.4km。

3.2 长川坝—绍兴断裂研究

曹娥江大闸枢纽工程场地周边为钱塘江堆积平原，均为第四系沉积物覆盖。为确定长川坝—绍兴断裂及其活动特征，利用水域浅层人工地震勘探方法，布置水域反射法浅层人工地震勘探测线3 条和陆域反射法浅层人工地震勘探测线2条进行控制。

通过对曹娥江大闸工程场地及周边陆域和水域浅层人工地震测线的研究，在闸址西侧有一条北东走向断裂通过（即长川坝—绍兴断裂f2），走向约45°，倾向北西，倾角陡，宽约20～30m，垂直错距约4～6m，上覆第四系地层未见错动，即断层的最新活动年代为晚更新世（Q3）前，为不活动断裂。在绍兴漓渚铁矿南采石场该断层上所采集断层泥的热释光样品测年结果为（256.09±21.77）×103年，即该断裂的最新活动年代为中更新世。

根据曹娥江大闸轴线的测线地震时间剖面和地质解释剖面，闸址基岩埋深90～98m，全线基岩面反射信号没出现任何中断、错断或反射能量减弱等异常，形态平整，不存在断裂构造，东侧略浅于西侧。

3.3 近场区地震活动性研究

据文献记载，从公元929年至2002年6月底，近场区曾发生ML3 级以上有感地震15 次，其中ML4 级地震4 次，级地震2 次，最大地震为1678年5月26日和1867年9月海盐和海宁盐官的级地震，海宁盐官地震距大闸约30km，海盐地震距大闸约35km。

自 1970年以来，地震仪器记录到近场区ML1.0 级地震2 次，其中ML2.0 级地震1 次。据历史记载，对场地影响最大的地震是1668年7月25日郯城级地震，）对工程场址的影响烈度为Ⅵ度。1678年海盐和1867年海宁2 次级地震对工程场址的影响烈度为Ⅳ—Ⅴ度。其余地震对工程场址的影响烈度均小于Ⅳ度。

综上所述，近场区存在发生ML5 级左右地震的活动背景。

4 场地地震动参数的确定

历史地震的震害调查和强震观测结果表明，土层对地震地面运动有重要的影响。由于工程附近地势平缓，场地土层的力学性质在横向的变化远较沿深度的变化小，故以一维波动处理本工程计算土层地震反应的问题。

计算孔选用闸址区ZK1和ZK2，其工程地质勘探资料见表1、表2。计算可知：本工程场地50年超越概率为10%水准下的地震基本震烈度为VI 度；50年超越概率为3%水准下的地震烈度为Ⅶ度。其抗震设防水准下的抗震验算参数见表3。

表1 ZK1地质勘探资料

表2 ZK2地质勘探资料

表3 结构抗震验算参数建议值

5 结语

（1）通过对本工程区域和近场区主要地质构造、重要断裂及其活动性的研究，在未来数十年时间里，研究区域内存在发生ML6 级左右较强破坏性地震的可能性，近场区存在发生ML5级左右地震的活动背景。

（2）本工程场地50年超越概率为10%水准下的地震基本震烈度为VI 度，50年超越概率为3%水准下的地震烈度为Ⅶ度。

1 浙江省地质矿产局.浙江省区域地质志.地质出版社，1989.

2 国家地震局震害防御司.中国历史强震目录.地震出版社，1995.

3 国家地震局震害防御司.中国近代地震目录.中国科学技术出版社，1999.

4 胡聿贤.地震工程学.地震出版社，1988.

5 浙江省水利水电勘测设计院.浙江省曹娥江大闸枢纽工程初步设计报告，2004.