吉音水利枢纽近场区活动断裂研究

员继军

摘 要：该文论述了吉音水利枢纽工程近场区的地质构造条件，为坝址的选择提供了关键性的地质依据。

关键词：活断层 构造单元 吉林水利枢纽

中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-05

1 工程概述

吉音水利枢纽工程位于新疆和田地区于田县境内的克里雅河干流上，吉音水利枢纽工程总库容0.82亿m3。拦河坝最大坝高124.5 m，电站装机24 mW，年发电量1.041亿kW.h。工程建成后，可满足克里雅河灌区灌溉面积70.73万亩的用水要求，将下游防洪堤防洪标准由3年一遇提高到20年一遇。工程规模属中型Ⅱ等工程。吉音水利枢纽在规划之处选择了三个坝址，分别为上、中、下坝址。在可研阶段为了查明工程区近场区的断裂构造，与新疆地震局的同志共同对近场区的构造进行了分析研究，现将主要结论分述如下。

2 区域大地构造环境

2.1 构造单元划分

在大地构造上，按板块构造观点，区域北部属一级大地构造单元塔里木—华北板块，南部为华南板块，两者之间以康西瓦深大断裂为界，塔里木—华北板块在本区域内涉及塔里木地块和塔里木陆块南缘活动带两个二级大地构造单元，塔里木地块可分为塔里木中间地块和铁克里克陆缘地块两个三级构造单元。测区在大地构造上位于三级构造单元—塔里木中间地块中于田坳陷的南缘，其南部为北昆仑山强烈隆起区，两构造单元之间以柯岗断裂为界。区内新构造活动强烈，断裂发育，与山体走向一致，大都呈近NEE向延伸，主要集中在两构造单元之间的边界附近。塔里木地块近场区南部的北昆仑强烈隆起，以喀拉塔什山为中心的强烈隆起。新生代晚期以来，受印度板块向北推挤的影响，喜马拉雅运动使昆仑山山体向塔里木盆地挤压，形成于田坳陷，西昆仑山急剧块断上升，形成了现今的地貌景观。场地位于两构造单元的分界附近。

图1 大地构造单元划分图

2.2 区域深大断裂

区域深大断裂有多条，主要分布在昆仑山区，深断裂呈NWW或近EW，可分为超岩石圈断裂、岩石圈断裂和壳断裂三种（图2，表2）。超岩石圈断裂为古板块边界构造，具有缝合线的岩性建造特征，岩石圈断裂为一级构造单元界线，壳断裂为二级构造单元界线。区域深大断裂都具有长期发展演化的历史。

2.3 新构造运动分区

据地貌和新构造特征，划分新构造单元，区域内涉及一级新构造单元3个：塔里木断陷盆地、昆仑山隆起区、喀喇昆仑强烈隆起区进一步划分为6个二级新构造单元（图3，表2）。

Ⅰ塔里木断陷盆地：塔里木断陷盆地受周边柯坪、却勒塔格、北轮台、兴地、塔里木南缘及阿尔金山山前断裂活动所控，是一个相当巨大的断陷。断陷边缘新构造垂直差异活动的显著，和田河上游和田一带断陷幅度达l0 km。车尔臣河下游断陷幅度为5 km。随着印度洋板块对欧亚板块的强烈碰撞使塔里木断陷盆地曾西高东低的特点，整体抬升600～1000 m。塔里木断陷盆地内不同部位的新构造活动也有差异，至少可进一步划分出5个二级新构造单元，区域内涉及其中3个二级新构造单元。

图2 深断裂分布示意图

1.超岩石圈断裂；2.岩石圈断裂；3.壳断裂；4.场地；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奥玉哈尔德隆起或巴楚隆起，但它在上新世以前为拗陷，早更新世以后隆起，致使罗斯塔格和麻扎塔格古近系裸露，现海拔l560～1635 m，隆起约800 m。西部隆起幅度大于东部，且有自东南向西北的倾斜表现。隆起周边第四系厚20～40 m。

Ⅰ2莎车强烈断陷：在中新世晚期从海相沉积环境渐变为陆相沉积环境。上新世时期断陷4～5 km，早更新世时断陷200～3400 m，中更新世以来断陷50～900 m，全新世断陷5～10 m。中更新世以来断陷中心向东南迁移。

Ⅰ3若羌断陷：若羌断陷位于车尔臣河断裂与阿尔金山北缘断裂之间为两条断裂控制的阶梯状断陷，本区域涉及该断陷的西部。新构造时期，最大断陷幅度达5 km，早更新世时断陷500～1000 m，中更新世以来断陷300～500 m。中更新世以后，随着阿尔金山的断块隆起在且末东及若羌西形成早更新世后新背斜隆起，如江尕勒萨依背斜隆起，最大隆起幅度达500 m。

Ⅱ昆仑山隆起区

Ⅱ1西昆仑北麓新隆起：西昆仑北麓新隆起位于喀什、莎车、皮山及和田一线以西的丘陵地区，即铁克力克断裂以北、米牙断裂以东的西昆仑北麓。其新隆起特征与南、北天山山麓新隆起相似，一般经历过2个形成阶段：先坳后隆，新构造时期坳陷最大幅度达10 km，一般在5～9 km。上新世—早更新世时期坳陷最大幅度达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、新生界构成3～4排逆断裂一背斜隆起带。第四纪时隆起幅度为200～400 m，如桑珠、皮亚曼等背斜隆起。

Ⅱ2北昆仑山强烈隆起：位于康西瓦断裂以北，相当于西昆仑北坡以慕士塔格为中心的强烈隆起，估计渐—中新世隆起幅度达5800 m。此隆起与其他隆起不同之处在于新构造时期有多次火山喷发活动。

Ⅱ3昆仑山强烈断块隆起：位于区域的南部，属于青藏高原的北部边缘地带。强烈隆起的昆仑群山，延绵分布着几座7000 m以上的高峰，构成青藏高原的北部屏障。在海拔4400～5600 m的阿尔喀山，发育的现代冰川地貌是在新近纪岩溶地貌的基础上再刻蚀的。岩溶地貌系青藏地区曾经海拔1000 m时处于亚热带环境形成的，据此估算，昆仑山自上新世以来隆起幅度达3400～4600 m。昆仑山强烈断块隆起东部的库木库里断陷为不对称断陷，断陷中心随着昆仑山强烈断块隆起而不断北移，断陷幅度为2～3 km。

图3 区域新构造图

1. 活动断层；2.隐伏断层；3.逆断层；4.走滑断层；5.新生界盆地边界；6.夷平面线及高程；7.一级新构造单元界线；8.二级新构造单元界线；9.构造单元编号；10.场地；11..M=6.0～6.9；12.M=5.0～5.9；13.M=4.7～4.9

Ⅲ 喀喇昆仑强烈隆起区：

喀喇昆仑强烈隆起沿喀喇昆仑山分布，为渐—中新世以来隆起。估计晚更新世以来隆起幅度达3.6 km。

3 近场区断裂构造

3.1 近场区断裂构造分布

近场区内出露的断裂以NEE或NE走向为主，分别为柯岗断裂，普鲁断裂和吾格也克河断裂。

其中规模较大的区域性活动断裂为柯岗断裂，普鲁断裂为柯岗断裂的分支断裂，也是距离场区较近的断裂，普鲁断裂从场区内的下坝址穿过，是对场地影响较大的断层（见下图4）。以下分别进行叙述。

图4 近场区地质构造图

（1）柯岗断裂（F4）

位于近场区中部，距场地较近，约2.2 km。该断裂是铁克力克断隆与西昆仑褶皱系之间的分界断裂。断裂西起库地以东，向东经奎勒达坂、托满、皮西南、达里亚南延出本区范围，由多条断裂构成，区域内长约600 km，在平面上总体呈向南弯曲的弧形。断面倾向：西段向北，东段向南，倾角60 ～70 °。沿断裂见有基性、超基性岩出露，表明该断裂为切割莫霍面的逆断裂。近场区内出露的断层为该断裂东段部分。东段在航卫片中线性影像特征清晰，在地貌上为盆地与山体的界线，断层两盘地形对照明显，高差达500 m，断错了近纬向断裂和中上更新统，沿断裂断错冲沟和水系，其最新活动的左行走滑位移60 m，并且部分段落有地震地表形变带展布，沿断裂仍有小地震活动，为一条全新世以来的活动断裂。因此从该断裂发展规模和活动特点上看，该断裂具备发生7级地震构造的条件。

（2）普鲁断裂（F12）

该断裂西起苦代勒，向北东经普鲁村，一直延伸至克里雅河与普鲁河两河汇合口东岸附近，全长约为17km，为柯岗断裂的分支断裂，距中、上坝址2.6～4.1 km。断裂西端与柯岗断裂相交，后合为一支，断层总体走向40 ～50 °，断面倾向SE，倾角60 ～70 °左右，为一条左旋走滑为主的逆断层。断裂主体位于普鲁河右岸，呈左阶斜列沿河流Ⅲ级阶地后缘展布，其线性影像十分清晰。沿断裂断错年轻的冲沟和水系，形成长约4.5 km左右的地表形变带，带内发育有顺坡向或反向的断层陡坎、挤压鼓包和沟槽及断头沟等等。其中挤压鼓包和沟槽呈斜列，窜珠状分布，经测量挤压鼓包走向为80 °，沟槽走向为60 °。（见下图5）

图5 普鲁村以西普鲁断裂卫星影像图

在普鲁村以南的普鲁河右岸，沿断裂由西向东测量了4条具有明显左旋走滑位移的冲沟，经测量冲沟水平位移15～40 m，由此可得冲沟平均左旋水平位移约为27 m，推测该位移量应为晚第四纪以来断层多次活动水平位移的叠加。根据各冲沟断错折点分布特征及对普鲁河两岸Ⅱ、Ⅲ级阶地表面的粉土层热释光测年（2.70±0.27ka～4.71±0.40ka）计算，可初步推算出该断层全新世中晚期以来的水平滑动速率为0.6～1.1 mm/a左右。

另外在普鲁河与克里雅河两河汇合口以北约500 m处发现该断层的天然露头剖面（见图6）。由图所见，断层带内砾石成定向排列，断面陡倾，局部呈ES倾，断层走向为40 °～50 °。断层两盘岩性差异明显，北盘为一套灰黑色砂页岩，断面附近岩层破碎，片理化发育，岩层产状为：220 °∠60 °；南盘为一套略向南倾的土黄色砂卵砾石层（层④），砾石层内部结构致密，已胶结，岩层层理清晰，倾角约为3 °～8 °，估计年代为下更新统至中更新统堆积，但是为获取该套砾石层的沉积年代，在砾石层透镜体中所取的土黄色砂土，热释光样测年结果为距今约66.02±5.61 ka，显示为一套上更新统早中期的卵砾石层；但是根据区域对比及（王永等，2004）所做的工作，应该为下更新统砾石层，可能年代超出了热释光法的测年范围，所以针对该地层的热释光测年结果可能不能代表该地层的实际堆积年代。断层顶部被层③覆盖，层③为一套灰色砂卵砾石，无胶结，呈水平层理，未见有断错迹象，说明断层在断错层④后，未见有明显活动或活动程度减弱。层③顶部为一套全新统灰黑色卵砾石层（层②），层内无胶结，有一定层理，砾石较松散，分选性较差，砾径较大。层②顶部为一套厚约8～10 m全新统风成粉土层。为确定断层的活动时代，分别在层③和层②底部及与层④的类似层位的砂透镜体中取热释光样TL01、TL02和TL03，测得年代值分别为51.12±4.34 ka；18.53±1.57ka、66.02±5.61ka。其中TL01、TL02的测年结果与区域对比得到的相应堆积物的年代吻合，TL03样的测年结果可能不代表对应地层的堆积年代，对应地层的沉积年代应为早更新世—中更新世。综合分析，该剖面显示该普鲁断裂自晚更新世中期以来已停止活动。所以，可将普鲁断层划分为东西两段，以普鲁村为界，普鲁村以西，断层晚第四纪以来活动强烈，具有全新世以来活动迹象，其水平滑动速率约为0.6～1.1 mm/a；普鲁村以东，断层活动程度减弱，断层连续性较差，且未见有晚更新世晚期以来活动的迹象，说明该断层由西向东其活动程度减弱，断裂的最新活动主要发生在普鲁村以西。但是考虑到断裂之间的成因联系，根据《水利水电工程地质勘察规范》总体上看，应作为活断层对待。地震活动性研究表明，沿该普鲁断裂没有大于5级地震发生，也没有小震密集或成带分布现象。

图6 于田县羊场以北克里雅河左岸普鲁断裂剖面图

①全新统风成粉土；②全新统卵砾石层（分选性较差，砾径较大，松散）；③上更新统卵砾石层（较松散，无胶结）；④中更新统卵砾石层（土黄色，有一定程度胶结）；⑤灰黑色砂页岩；⑥灰绿色灰岩；TL：热释光样品

（3）吾格也克河断层（F13）

在吾格也克河Ⅲ、Ⅳ级阶地面上发育一条北东东向的线性谷地，谷地西起达里亚河与吾格也克河两河交汇口以南，向东沿吾格也克河左岸延伸，总体走向为NEE，全长约20 km。该断裂在区域上为山前高台地与西昆仑山体的分界线，在卫星影像上具有较好的连续性。向东与柯岗断裂的东段相交，初步推断该断裂应为柯岗断裂的分支断层。线性谷地在吾格也克河III、IV级阶地上可大致划分为5～6段，单段长约2.5 km，宽约15～30 m，其特征与断层谷地相似，沿谷地追索，仅在西端与达里亚河的交汇部位见基岩断层露头，但在谷地东西两端，与吾格也克河及达里亚河的交汇部位阶地砾石层均未见错动迹象。

图7 吾格也克河线性谷地卫星影像图

为进一步确定该谷底是否为断层谷地，沿吾格也克河上游左岸距上坝址约500 m处跨谷底开挖探槽，探槽长30 m，宽2～3 m，深3 m，走向近NS，基本与谷底走向垂直。由于克里雅河流域内普遍发育晚第四纪黄土层，所开挖地段黄土层厚约20 m，故探槽内均为风成黄土，物质单一，且无层理，这对有效识别断层带来一定难度。根据所开挖探槽剖面，并未发现有明显的断层迹象，但在探槽南段东西两壁分别见有4条清晰的裂隙，裂隙由地表一直贯穿至探槽底部，裂隙走向为NE80 °，为确定黄土沉积年代，在探槽底部取深约40cm处黄土，做热释光样，测得黄土层形成年龄约为2.32±0.19 ka左右，这表明该处黄土堆积速率较快，如果谷底为断层谷地，则其最新活动时代很新，应在谷地两侧的高阶地上存在类似的断层地貌，如果活动时代较早，那么快速的黄土堆积应使断层谷地模糊不清，而且在探槽中未见明显的断层迹象，所以不能肯定该谷地为断层直接错断地表所至，很可能是外营力（主要是侵蚀）作用所形成。由于处于地貌和构造分界带附近，可作为推测断层，但不存在活动断层。

3.2 近场区现代构造活动运动特征

近场区位于塔里木盆地与西昆仑东段隆起区的交界，新构造运动以来，受印度板块的碰撞，青藏高原的挤压，这使得西昆仑山体快速隆升，并向盆地内逆冲，直接造成山体隆起倾斜，山势由南向北呈阶梯状下降。近场区内地形切割强烈、河流阶地发育，反映了该区构造活动以相对升降运动为主（见下图8）。克里雅河发育于场区中部，由南向北汇人塔里木盆地。现将各级阶地的特征简述如下：

图8 克里雅河阶地剖面图

Ⅵ～Ⅹ级阶地发育，砾石层厚20～40 m。阶地堆积物中夹有两层玄武岩，单层厚度一般8～14 m。下层玄武岩与其底部砂砾石层接触面有烘烤现象。阶地面上覆盖有较厚的粉土状粉砂，多构成山丘的顶面。

Ⅴ级阶地较发育，阶地面宽广，砾石层厚10～15 m。主要由河床相砂砾石组成，砾石分选、磨圆较差，成分复杂。

Ⅳ级阶地不大发育，阶地面较窄，砾石层厚5～l0 m。主要由河床相砂砾石组成，砾石分选、磨圆较差，成分复杂。

Ⅲ级阶地较发育，砾石层厚12～15 m。主要由河床相砂砾石组成，砾石分选、磨圆较差，成分复杂。阶地面上覆盖有粉土状粉沙，厚约3 m，与之间可见一些嵌入式阶地发育，断续分布，高差较小，一般为12 m。

Ⅱ级阶地发育好，较连续，阶地面窄，砾石层厚8～10 m。主要由河床相砂砾石组成，上部可见二元结构。砾石磨圆中等，分选差，砾径一般10～45cm，最大可见近1 m的漂石。

Ⅰ级阶地不大发育，断续分布，砾石层厚2～3 m。阶地面堆积大的砾石，砾石成分复杂，磨圆度较好，分选差.阶地由河床相砂砾石组成，河漫滩相不发育。

从克里雅河阶地的发育特点看：阶地堆积物厚度较大，多数在10 m以上，最厚35 m；阶地面宽窄变化较大，一般为10～180 m；高阶地面（Ⅴ）最宽为230 m；阶地上被几十米厚的粉土覆盖，西昆仑山新生代构造活动强烈，是阶地发育的主要原因，同时也反映近场区现代构造运动具有间歇性、持续性和差异性的特点。由此可知近场区范围内，地壳运动总体处于上升阶段，地壳抬升速率处于8～10 mm/a之间。

4 区域地震活动性及地震动参数

地震是新构造运动的表现形式，地震发生的位置、强度、频度与新构造运动特征有着密切的联系。

区域属新疆地震区西昆仑地震带和阿尔金地震带的交界部位，从区域活动构造与地震活动分析，地震主要集中在阿尔金断裂地震构造带和西昆仑地震构造带上。阿尔金断裂带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，水平活动速率为7～12 mm/年。这条断裂上地震频繁，古地震破裂遗迹相当丰富。最近的大地震是1924年发生在满达里克西部的2次7级地震及2008年3月21日发生在于田县普鲁村南43km的7.3级地震，近些年又记录到多次5～6级的中等地震。西昆仑地震构造带分布于西昆仑山、帕米尔高原东北部及边缘地带，总体呈北西向展布，东起于田向西北经塔什库尔干、疏附向西延入塔吉克斯坦境内。西昆仑地震带可分为西、中、东三段，区域位于东段，东段是柯柯亚—于田的一段。总体走向NW—EW向，该段地震活动强度不大，低于西段，强震和中强地震活动的频度高于中段，曾发生1996年喀喇昆仑山口7.1级地震1次，2008年3月21日发生在昆仑山的7.3级地震1次，6.0～6.9级地震9次（区域内7次），地震活动主要沿近EW或NWW向以走滑及逆冲为主的断裂发生，主要断裂有康西瓦断裂、柯岗断裂、喀喇昆仑断裂、铁克力克断裂等。

阿尔金和西昆仑地震构造带，充分体现了青藏高原地壳变形强烈，是我国主要的地震活动区。

⑴ 区域中强地震活动时空分布特征

区域内M≥4.7地震的发生与近东西向构造活动有密切联系。地震多发生在活动断裂附近，如1920年策勒南6级地震的发生与康西瓦断裂活动有关，2008年3月21日发生在于田县普鲁村南43 km发生的7.3级地震与康西瓦活动有关；1975年4月28日和田东南6.1级地震、1975年6月4日和田南6.1级地震发生在柯岗断裂附近。

根据区域M≥4.7地震震中分布图，区内地震活动强度不高，且频度较低，地震主要分布测区西部的喀喇昆仑山前地带。工程区30km范围内无M≥4.7地震震中分布，据历史地震资料和现代地震记录，区域内发生的1次M≥7级地震震中区最近的是2008年3月21日于田7.3级地震，距坝址43km；区域内发生的4次M≥6级地震震中距离53～159 km。因此，场区破坏性地震基本属于主震—余

震型。

1970～2008年5月，区域台网共记录到M≥4.7级地震59次，其中7.0～7.9级地震1次，6.0～6.9级地震4次，5.0～5.9级地震23次，区域有记载的最早破坏性地震为1920年策勒6.25级地震，最大地震为2008年3月21日于田7.3级地震，主震及M≥4.7级余震共计15次。根据区域M≥4.7级地震目录绘制的区域震中分布图可见，区域M≥4.7地震强度虽然不高，但频度较高，地震主要分布在区域西部的喀喇昆仑山前地带。震中明显受区域活动断裂控制，地震基本呈面状分布，局部呈片状、团块状分布，主要集中在区域西部，中小地震活动很频繁，且M≥3.5级地震震源深度基本在50 km以内，且大多分布在10～40 km。

从区域地震活动时间分布特征看：1980年前区域应变能量以突跳方式释放；特别是2008年3月21日于田7.3级地震是区域能量的一次大释放。区域内6级地震发生的时间间隔分别为28年（1920—1948年）、27年（1948～1975年）、37天（1975年4月至6月），平均时间为18.4年。最近一次6级地震（1975年和田南6.1级地震）距近已近32年，此外2008年3月21日于田7.3级地震可能预示着新的活动时期的开展，因此区域未来有发生6级地震的背景（表4）。

（2）破坏性地震的影响及地震动参数

工程区附近中强地震主要与近东西向活动断裂密切相关，据最新《吉音水利枢纽工程场地地震安全性评价补充工作报告》，外围地震对坝址区影响最大烈度为Ⅷ度，既2008年3月21日于田7.3级地震（见表4）。

根据新疆防御自然灾害研究所《吉音水利枢纽工程场地地震安全性评价补充工作报告》，对场地影响较大的潜在震源有：场地西南端43 km处为普鲁7.5级潜在震源区、场地东端65 km及南端75 km处为阿尔金断裂西南段7.5级潜在震源区、场地西端100 km处为恰哈南7.5级潜在震源区。

据补充地震评价报告，坝址区50年超越概率10%、5%及100年超越概率2%的基岩水平向峰值加速度分别为153.4 gal、204.6 gal、339.6 gal。

据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）的相关规定，确定吉音水利枢纽工程场地的设计地震动参数。吉音水利枢纽坝体大部置于砂卵砾石层上，须根据土层反应分析得到的地表加速度结果确定设计地震加速度值。

据补充地震评价报告，吉音水利枢纽工程场地50年超越概率10%、5%及100年超越概率2%的水平向设计地震加速度值分别为237.0 gal、316.0 gal、545.1 gal。

吉音水利枢纽工程场地土层反应分析结果表明：50年超越概率10%水平向峰值加速值为237.0gal、即加速度值位于0.2～0.3 g范围内，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）附录D，工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度。

5 区域构造稳定性评价

根据工程区附近分布的三条断裂它们的活动性、活动幅度和活动强度分析，上、下坝址分布的吾格也克河断层（F13）及F14断层晚更新世以来无活动迹象，工程区域内柯岗断裂距上坝址2 km，普鲁断裂距上坝址区4.5 km，均为活动断层，为发震构造。坝址区附近其他大的断裂构造不发育，地震活动强度不高，工程区30 km范围内无M≥4.7地震震中分布，区域地震活动主要集中在阿尔金断裂构造带和西昆仑地震构造带上，坝址区为中强震的影响区，区域构造稳定性较差，但具备修建水库大坝的区域构造稳定

条件。

参考文献

[1] 吉音水利枢纽工程地质勘察报告.

[2] 吉音水利枢纽工程地震安评报告.