長(zhǎng)江三峽工程的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及地球動(dòng)力學(xué)演變分析

胡東生

湖南師范大學(xué)資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410081

長(zhǎng)江三峽工程的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及地球動(dòng)力學(xué)演變分析

胡東生

湖南師范大學(xué)資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410081

根據(jù)衛(wèi)星遙感影像特征和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與地球應(yīng)力分析的綜合材料， 運(yùn)用遙感地質(zhì)學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)及地質(zhì)環(huán)境演變的分析方法， 對(duì)長(zhǎng)江三峽工程的背景構(gòu)造（區(qū)域構(gòu)造）-巖塊構(gòu)造（體域構(gòu)造）-壩區(qū)構(gòu)造（局域構(gòu)造）進(jìn)行了多層次的系統(tǒng)研究， 查清了地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境演變過程及其變化規(guī)律， 發(fā)現(xiàn)了多級(jí)構(gòu)造序次及多級(jí)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)之間的相互轉(zhuǎn)變關(guān)系， 提出區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)與庫(kù)區(qū)荷載應(yīng)力場(chǎng)和周邊采礦卸載應(yīng)力場(chǎng)的共振效應(yīng)，是對(duì)工程安全運(yùn)行和長(zhǎng)周期工程壽命的最大潛在威脅， 為大型工程優(yōu)化管理和工程災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防及國(guó)家建設(shè)合理決策等方面提供科學(xué)依據(jù)。

三峽工程地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境； 構(gòu)造域（區(qū)域-塊體-壩區(qū)）控制及轉(zhuǎn)化； 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)共振效應(yīng)； 工程管理和災(zāi)害預(yù)防及決策

中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程（三斗坪壩址）， 壩高185 m，控制流域面積180×106km2（上游100×106km2、下游80×106km2）， 正常蓄水位175 m， 總庫(kù)容39.3×109m3，是當(dāng)今世界引人矚目的人類大型工程之一， 也是我國(guó)歷史上首次由全國(guó)最高權(quán)力機(jī)構(gòu)（全國(guó)人民代表大會(huì)）審議通過的國(guó)家大型重點(diǎn)工程。從中國(guó)民主先驅(qū)孫中山“建國(guó)方略——實(shí)業(yè)計(jì)劃”（1919年）提出設(shè)想延伸到新中國(guó)“全國(guó)人大”（1992年）審議通過直至攔江大壩建成正式蓄水（2003年）一直達(dá)到設(shè)計(jì)最高水位175 m （2010年）整整經(jīng)歷了90余年， 在這個(gè)漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期“設(shè)想了70年， 調(diào)查了50年， 勘測(cè)了40年， 爭(zhēng)論了30年， 建設(shè)了10年， 考驗(yàn)了10年， 也質(zhì)疑了10年”， 足見長(zhǎng)江三峽工程的宏偉龐大和錯(cuò)綜復(fù)雜與重要戰(zhàn)略地位。

長(zhǎng)江三峽工程令世人無限贊嘆感慨的同時(shí)， 這個(gè)國(guó)之重器的安全運(yùn)行和工程效應(yīng)等問題一直是全體國(guó)人心頭之上的懸天之劍。在最近數(shù)年的國(guó)際沖突危機(jī)和地區(qū)突發(fā)事件中也屢屢被提到受人掣肘的位置， 蓄水之后地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)險(xiǎn)象環(huán)生， 工程安全隸屬千年大計(jì)， 系之國(guó)家命脈。在現(xiàn)代先進(jìn)工程技術(shù)條件之下， 影響大壩工程安全的主要控制因素依然是地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境， 現(xiàn)代地球科學(xué)理論認(rèn)為， 地質(zhì)過程在漫長(zhǎng)的演化中存在漸變與突變的雙重性質(zhì)特征， 漸變現(xiàn)象和突變現(xiàn)象在其歷史發(fā)展過程中都能夠形成致災(zāi)能力， 而且這兩種地質(zhì)現(xiàn)象也是能夠相互轉(zhuǎn)變的， 漸變現(xiàn)象積累到運(yùn)動(dòng)臨界點(diǎn)可以誘發(fā)突變過程， 突變現(xiàn)象暴發(fā)后能量消減轉(zhuǎn)入較為平靜的漸變過程。

本文基于地球衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)分析與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果等方面的綜合研究， 討論長(zhǎng)江三峽工程的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及地球動(dòng)力學(xué)演化等問題， 為工程健康安全運(yùn)行和避免重大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及良性工程效應(yīng)轉(zhuǎn)化提供新的科學(xué)基礎(chǔ)依據(jù)（圖1）。

圖1　長(zhǎng)江三峽工程的地球衛(wèi)星遙感影像（2009-03-14）Fig. 1 Earth satellite remote sensing image of the Yangtze Gorges engineering （2009-03-14）

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演變

根據(jù)中國(guó)大地構(gòu)造位置（劉光鼎， 2007）的分布狀態(tài)及演化關(guān)系， 長(zhǎng)江三峽工程的區(qū)域構(gòu)造環(huán)境處于大巴山構(gòu)造弧—方斗山構(gòu)造弧—黃陵構(gòu)造結(jié)等相互聯(lián)合的特殊部位， 這個(gè)區(qū)域是中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境最為復(fù)雜的地區(qū)之一， 其范圍涉及到四川盆地東部—陜南川北山地—渝東鄂西山地及其發(fā)育其中的川江（長(zhǎng)江在四川盆地之間的江段）—峽江（長(zhǎng)江在川渝鄂峽谷之間的江段）等水系流網(wǎng)。

本地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造環(huán)境呈現(xiàn)為發(fā)育歷史悠久和分布范圍廣大的復(fù)雜的聯(lián)合構(gòu)造型式（李四光， 1996），其構(gòu)造變形形跡展布跡象表明具有復(fù)雜多重地質(zhì)邊界的“弧形聯(lián)合構(gòu)造”的特征（樂光禹等， 1986）， 從區(qū)域地質(zhì)演化歷史判明該地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)具有流變學(xué)“立交橋”式三維空間格架（張國(guó)偉等， 1996； 吳樹仁等，2006）， 也被地球物理探測(cè)（重力、電測(cè)等）資料證實(shí)，基底構(gòu)造呈南北向展布， 淺層構(gòu)造呈東西向展布， 組成了獨(dú)立發(fā)育及發(fā)展演化的巖石圈地體構(gòu)造式樣（中科院地質(zhì)所， 1974； 常印佛等， 1996）。

圖2　長(zhǎng)江三峽工程區(qū)域地質(zhì)及衛(wèi)星遙感影像Fig. 2 Regional geology and earth satellite remote sensing image of the Yangtze Gorges EngineeringA-區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的地球衛(wèi)星遙感影像（2001年8月）； B-區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分布圖A-satellite remote sensing image （August， 2001） of region structure environment； B-distribution curve of geological structure of the region

這個(gè)地體的基底是在太古代—元古代古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（晉寧期）形成的古地臺(tái)—陸核（中國(guó)科學(xué)院院地質(zhì)研究所， 1974）， 其后經(jīng)歷了古生代（加里東期—華力西期）—中生代（燕山期）—新生代（喜馬拉雅山期）的多期地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 由地槽轉(zhuǎn)化到準(zhǔn)地臺(tái)并出現(xiàn)陸緣活化等（熊成云等， 2004）長(zhǎng)期演化形成了復(fù)雜的構(gòu)造域， 隸屬于中國(guó)大陸江南地體構(gòu)造（常印佛等， 1996）的一部分。

1.1 區(qū)域構(gòu)造格架

根據(jù)地球衛(wèi)星遙感影像解譯和綜合地質(zhì)調(diào)查資料的分析成果， 這一地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造型式的基本格架由4部分組成： （1）北東部陜南川北弧形構(gòu)造帶； （2）南西部渝東鄂西弧形構(gòu)造帶； （3）西部四川盆地東部線形構(gòu)造帶； （4）東部鄂西環(huán)形構(gòu)造結(jié)。區(qū)域構(gòu)造的這4部分構(gòu)造組分的物質(zhì)組成不一和孕育時(shí)間各異及走向有別， 但在多重地質(zhì)邊界條件下出現(xiàn)相互影響的構(gòu)造域及其應(yīng)力場(chǎng)， 組成一個(gè)具有成因聯(lián)系的統(tǒng)一的復(fù)雜聯(lián)合構(gòu)造體系（圖2）。

（1）北東部陜南川北弧形構(gòu)造帶

由大巴山斷裂褶皺帶組成， 西接米倉(cāng)山斷裂褶皺帶， 東連神農(nóng)架斷塊及黃陵廟斷塊， 北以漢水為界與秦嶺山地毗鄰， 南與四川盆地接壤。呈現(xiàn)為向南西方向突出的弧形構(gòu)造形跡， 地層建造為寒武紀(jì)及前寒武紀(jì)高變質(zhì)流變變形巖系， 褶皺緊閉， 斷裂發(fā)育， 巖漿活動(dòng)劇烈， 出現(xiàn)多重弧形褶皺-斷裂組合的構(gòu)造系統(tǒng)。

（2）南西部渝東鄂西弧形構(gòu)造帶

由方斗山斷裂褶皺帶組成， 南接大婁山， 北連黃陵廟斷塊， 東以澧水為界與武陵山毗鄰， 西沿峽江為界與渝東山地接壤。呈現(xiàn)為向北西方向突出的弧形構(gòu)造形跡， 地層建造為古生代中變質(zhì)塑變變形巖系， 褶皺發(fā)育， 斷裂次之， 無大規(guī)模巖漿活動(dòng)，出現(xiàn)多重箱狀褶曲伴生線性斷裂的構(gòu)造系統(tǒng)。

（3）西部四川盆地東部線形構(gòu)造帶

由華鎣山—明月山斷裂褶皺帶組成， 向北延展到宣漢盆地， 往南延伸至瀘州長(zhǎng)江谷地。呈現(xiàn)為北北東—北東向的線性構(gòu)造形跡， 地層建造為中生代低變質(zhì)塑變變形巖系-未變質(zhì)脆性變形巖系。線性構(gòu)造形跡在內(nèi)側(cè)（東側(cè)）由北北東方向轉(zhuǎn)向北東方向， 表現(xiàn)為多重梳狀褶曲及線性斷裂的構(gòu)造系統(tǒng)； 在外側(cè)（西側(cè)）其延展方向?yàn)楸北睎|向， 表現(xiàn)為階梯狀的斷陷構(gòu)造系統(tǒng)， 其斷陷中心沿渠江谷地展布。

（4）東部鄂西環(huán)形構(gòu)造結(jié)

由神農(nóng)架斷塊和黃陵廟斷塊組成， 神農(nóng)架斷塊為近東西（S75°—80°W）向展布， 黃陵廟斷塊為近南北（S5°—10°W）向展布， 二者相交為75°～80°， 總體呈現(xiàn)為向南西（S55°W）方向開口的喇叭狀。地層建造為寒武紀(jì)包絡(luò)的前震旦紀(jì)高變質(zhì)流變變形巖系，呈圈閉狀的多重環(huán)形構(gòu)造型式， 黃陵廟斷塊其中心發(fā)育重熔性侵入巖體及混合巖體（中國(guó)科學(xué)院院地質(zhì)研究所， 1974； 常印佛等， 1996； 熊成云等， 2004），褶皺緊閉破裂繁密； 神農(nóng)架斷塊主要由碎屑-碳酸鹽巖系組成夾雜多期火山巖系（蔡雄威， 2006； 甘金水， 1996； 秦正永等， 1988； 胡寧， 1997）， 褶皺舒緩破裂發(fā)育。神農(nóng)架斷塊與黃陵廟斷塊在寒武紀(jì)以前為同一個(gè)較大的地質(zhì)塊體其總軸方向?yàn)槟衔飨蛘共?，在寒武紀(jì)末期沿中軸（S55°W）分裂成為兩個(gè)單獨(dú)的構(gòu)造塊體。

1.2 區(qū)域構(gòu)造演化

（1）區(qū)域地層構(gòu)造層

根據(jù)中國(guó)大地構(gòu)造位置（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 1974）、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（常印佛等， 1996）與遙感地質(zhì)解譯的成果， 本地區(qū)地質(zhì)歷史演化（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 1972）過程中發(fā)育4個(gè)完善的構(gòu)造層， 由早期到晚期依次展布如下。

I期構(gòu)造層： 包括Ar-Pt及AnZ-Z地層（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 1972）， 主要受晉寧運(yùn)動(dòng)的影響是中國(guó)古陸的形成發(fā)育時(shí)期（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 1974；常印佛等， 1996）， 出現(xiàn)了以神農(nóng)架—黃陵廟為中心的江南古陸， 是一套元古代—太古代的陸緣-淺海建造， 其北部較新、南部較老， 北部神農(nóng)架地塊較完整， 南部黃陵廟地塊殘存古老陸核（太古代）的碎片， 經(jīng)歷晉寧構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及古構(gòu)造變動(dòng)形成黃陵廟（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 1974； 熊成云等， 2004）二元結(jié)構(gòu)的變質(zhì)核雜巖系和神農(nóng)架穹隆構(gòu)造碳酸鹽沉積及火山巖（蔡雄威， 2006； 甘金水， 1996； 秦正永等，1988； 胡寧， 1997）淺變質(zhì)巖系。

II期構(gòu)造層： 包括∈-O-S-D-C-P地層（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 1972）， 早古生代以海浸-海退地層旋回為主，晚古生代以海陸交互相地層為主， 其間經(jīng)歷加里東—華力西等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境由地槽向準(zhǔn)地臺(tái)轉(zhuǎn)化（熊成云等， 2004）。

III期構(gòu)造層： 包括T-J-K地層（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，1972）， 這一時(shí)期結(jié)束中國(guó)南海北陸的局面， 使中國(guó)南北陸地連成一片， 主要地層逐漸由海相、海陸交互相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴嘟ㄔ欤?受燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)生陸緣活化（熊成云等， 2004）現(xiàn)象， 最終完成中國(guó)大陸的造貌運(yùn)動(dòng)。

IV期構(gòu)造層： 包括R-Q地層（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，1972）， 這一期間表現(xiàn)為區(qū)域地層地質(zhì)景觀的侵蝕作用強(qiáng)化， 僅在山間峽谷和河流谷地及低洼盆地有堆積作用的發(fā)生， 受喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 本區(qū)域內(nèi)處于隆升作用持續(xù)發(fā)展過程之中（向芳等，2009）。

（2）區(qū)域構(gòu)造旋回程式：

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造層的形成受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造演化周期的控制， 在其地質(zhì)演化歷史中表現(xiàn)為構(gòu)造旋回的發(fā)展程式： I期構(gòu)造層主要表現(xiàn)古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 以晉寧構(gòu)造旋回為代表， 奠定了這一地區(qū)地殼地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本格架過程； II期構(gòu)造層主要表現(xiàn)加里東—華力西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 以加里東—華力西構(gòu)造旋回為代表， 呈現(xiàn)了這一地區(qū)地殼物質(zhì)轉(zhuǎn)換及地體加積發(fā)展的演化過程； III期構(gòu)造層主要表現(xiàn)燕山運(yùn)動(dòng)的影響， 以燕山構(gòu)造旋回為代表， 反映了這一地區(qū)大地構(gòu)造疊加及多重地質(zhì)邊界的相互影響過程； IV期構(gòu)造層主要表現(xiàn)喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 以喜山（喜馬拉雅）構(gòu)造旋回為代表， 表現(xiàn)了這一地區(qū)新構(gòu)造時(shí)期的動(dòng)態(tài)變化及演化趨向過程。

（3）區(qū)域構(gòu)造演化過程：

太古代—元古代遭受晉寧構(gòu)造旋回的影響。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（熊成云等， 2004； 孫煥章， 1985； 羅志立等， 1980）資料表明， 本區(qū)最早的地層年齡為3 290 Ma， 為一套中基性-中酸性的火山巖建造， 表明早期地體巖石建造是以地幔上涌巖漿增積作用為主， 是構(gòu)成早期陸核的主體， 組成了華夏古海洋中南方古島弧的一部分。繼之隨著全球氣候的變化發(fā)生“雪球地球”事件（Holffrman et al.， 1998）的影響，根據(jù)同時(shí)期地層沉積δ13C和δ18O的測(cè)定（陳孝紅等， 2003）中國(guó)南方發(fā)生冰期活動(dòng)， 出現(xiàn)冷干的氣候環(huán)境， 后來氣候回春經(jīng)歷晉寧運(yùn)動(dòng)末期華夏古海洋板塊出現(xiàn)東西向?qū)_， 南方古陸發(fā)生裂解并形成近南北向展布的古構(gòu)造格架。

古生代遭受加里東—華力西構(gòu)造旋回的影響。晉寧運(yùn)動(dòng)在元古代末期結(jié)束了中國(guó)大陸的泛地槽環(huán)境， 從古生代初期開始發(fā)生轉(zhuǎn)化到準(zhǔn)地臺(tái)環(huán)境。早古生代經(jīng)歷了華夏淺海的多次的海浸-海退的影響（汪嘯風(fēng)等， 1999； 丁道桂等， 2007）， 晚古生代華夏陸地不斷擴(kuò)大并有局部海浸發(fā)生（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，1972； 丁道桂等， 2007）， 受加里東—華力西運(yùn)動(dòng)的影響江南陸殼抬升線性構(gòu)造發(fā)育， 區(qū)域構(gòu)造主軸線沿南西方向展布。

中生代遭受燕山構(gòu)造旋回的影響。古生代加里東—華里西構(gòu)造旋回結(jié)束后， 研究區(qū)尚處于陸塊及邊緣海相間展布的環(huán)境。受燕山運(yùn)動(dòng)的影響（熊成云等， 2004； 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院， 1972）， 中生代早期南方邊緣海（古特提斯海）逐漸退出， 中生代后期南方大陸脫離海水的影響廣泛發(fā)育陸相沉積， 構(gòu)造變形強(qiáng)烈， 區(qū)域構(gòu)造主軸線轉(zhuǎn)向近東西向展布。

新生代遭受喜山構(gòu)造旋回的影響。研究區(qū)新生代總體處于抬升剝蝕的變形階段（向芳等， 2009）， 其構(gòu)造變形的主軸方向繼承燕山運(yùn)動(dòng)的影響保持東西向展布（馬宗晉等， 2006）。

1.3 區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)

基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查與遙感影像解譯和區(qū)域構(gòu)造分析的成果一致表明， 本研究區(qū)大地構(gòu)造演化過程中出現(xiàn)幾次重大的轉(zhuǎn)換時(shí)期， 不同的轉(zhuǎn)換時(shí)期發(fā)育不同規(guī)模的構(gòu)造旋回， 即從晉寧構(gòu)造旋回—加里東—華里西構(gòu)造旋回—燕山構(gòu)造旋回—喜山構(gòu)造旋回等逐次發(fā)生轉(zhuǎn)化， 每一個(gè)構(gòu)造時(shí)期都有不同的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

在太古代—元古代陸核島弧形成時(shí)期， 這一時(shí)期地殼處于膨脹階段海洋發(fā)育， 受地球運(yùn)動(dòng)軌道及地球自轉(zhuǎn)離心力的驅(qū)動(dòng)海洋板塊發(fā)生東西向匯聚運(yùn)動(dòng)， 形成南北向的島弧帶及地幔柱增生體組成的陸核地帶（謝竇克等， 1997）， 奠定了華夏古海洋中漂移的揚(yáng)子陸核的基礎(chǔ)； 繼后區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生使得陸核增生和擴(kuò)大形成南方古陸， 當(dāng)時(shí)南方古陸整體的長(zhǎng)軸方向可能沿著近東西向展布， 至?xí)x寧運(yùn)動(dòng)末期南方古陸發(fā)生裂解在區(qū)內(nèi)形成神農(nóng)架—黃陵廟古陸碎塊， 其長(zhǎng)軸方向呈北西方向展布。

在古生代隨著太平洋板塊和歐洲板塊對(duì)華夏陸塊的相向運(yùn)動(dòng)， 華夏地槽回返和地殼抬升等活動(dòng)加劇， 構(gòu)造垂直振蕩也比較頻繁導(dǎo)致形成神農(nóng)架—黃陵廟古陸的分解（加里東運(yùn)動(dòng)）； 由于地質(zhì)邊界條件的改變， 至古生代末期沿南西方向發(fā)生大規(guī)模擠壓作用， 形成古生代地層的強(qiáng)烈褶皺（華力西運(yùn)動(dòng)）及古地塊的裂解出現(xiàn)神農(nóng)架斷塊與黃陵廟斷塊。構(gòu)造驅(qū)動(dòng)力主要來自華南地塊和康滇地軸對(duì)中央地塊的相向（北西—南東向）擠壓， 在全球構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)上來源于太平洋（菲律賓）板塊斜向（北西向）對(duì)中國(guó)大陸的對(duì)沖和擠壓作用。

在中生代隨著古特提斯海由北向南的退縮， 龍門山以西的華西地塊也露出水面， 研究區(qū)陸相沉積盆地發(fā)育， 并出現(xiàn)完善的盆-山構(gòu)造系統(tǒng)， 以四川盆地為中心， 其北西方向?yàn)辇堥T山隆起帶， 其北東方向?yàn)榍貛X隆起帶， 其南東方向?yàn)檠┓迳铰∑饚В?至中生代末期經(jīng)歷燕山運(yùn)動(dòng)最后完成區(qū)內(nèi)復(fù)雜的三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造體系（圖3）。三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造體系的地質(zhì)構(gòu)造邊界由龍門山—秦嶺—雪峰山等古生代隆起帶所構(gòu)成， 在應(yīng)力傳遞過程中由于三個(gè)主應(yīng)力方向的相互匹配和適應(yīng)調(diào)整， 北西方向邊界由早期的龍門山一帶適應(yīng)性調(diào)整到晚期的川中盆地南江—蓬溪—內(nèi)江—宜賓等一線其應(yīng)力方向基本保持不變， 北東方向秦嶺一帶以其南部大巴山古生代褶皺帶一線為邊界， 南東方向雪峰山一帶以川東渝北山地古生代褶皺帶為邊界， 后二者應(yīng)力作用方向基本未有改變。這個(gè)三角弧形聯(lián)合構(gòu)造的中和線以宣漢盆地（白堊紀(jì)）為中心， 其北西方向（秦嶺與川中）和南西方向（雪峰山與川中）呈閉合的中和線特征， 其近東西方向（秦嶺與雪峰山）呈半封閉和半開放的狹窄的帶狀特征， 由其中心向東依次發(fā)育宣漢盆地（白堊紀(jì)）—平皋盆地（晚侏羅紀(jì)）—秭歸盆地（早侏羅紀(jì)）。北東方向（秦嶺）與南東方向（雪峰山）主應(yīng)力聯(lián)合的中和線呈為宣漢盆地（白堊紀(jì)）—平皋盆地（晚侏羅紀(jì)）—秭歸盆地（早侏羅紀(jì)）帶狀特征， 顯然與黃陵廟斷塊作為二者主應(yīng)力所夾持的砥柱作用有關(guān)，而且說明三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造的發(fā)育是由邊部向中心逐步發(fā)展的。

在新生代區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有繼承早期構(gòu)造（燕山運(yùn)動(dòng)）特點(diǎn)之外， 遭受喜山運(yùn)動(dòng)的影響研究區(qū)呈現(xiàn)緩慢抬升現(xiàn)象整體處于侵蝕剝蝕階段（向芳等，2009）。根據(jù)地球定位系統(tǒng)（GPS）（李延興等， 2003）和衛(wèi)星重力場(chǎng)（黃培華等， 1982）的分析資料， 研究區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要受到西部和東部?jī)煞N不同的作用力的影響， 西部受到青藏板塊向東擴(kuò)展滑脫作用力的影響在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為南東方向分布， 東部受到太平洋板塊向西俯沖作用力的影響在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為近北西方向分布。

圖3　長(zhǎng)江三峽工程區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及構(gòu)造期次演化Fig. 3 The regional structural stress fields and structural sequence evolvement in the Yangtze Gorges Engineering

2 工程塊體地質(zhì)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)

三峽工程處于黃陵廟斷塊的南部， 黃陵廟斷塊在區(qū)域構(gòu)造位置中屬于次一級(jí)構(gòu)造單元（圖4）， 是一種相對(duì)獨(dú)立的工程塊體范圍——體域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)范圍。黃陵廟斷塊在中國(guó)大地構(gòu)造單元中一般習(xí)慣稱為“黃陵穹窿”或“黃陵背斜”， 總體呈圈閉的橢圓狀， 長(zhǎng)軸為南北向展布約123 km， 短軸為東西向展布約75 km。其核部地層為震旦紀(jì)及前震旦紀(jì)（元古代—太古代）的變質(zhì)核雜巖系， 其翼部地層為早古生代（∈-O-S）復(fù)理石式巖系， 其外圍局部有晚古生代（D-C-P）海陸交互相地層分布和中生代—新生代陸相地層的零星分布， 呈現(xiàn)為翼部較窄陡、核部較寬平的拱箱狀的褶皺構(gòu)造， 故亦稱黃陵穹窿或黃陵背斜。

圖4　黃陵斷塊區(qū)域演化（遙感影像-構(gòu)造解譯）Fig. 4 Regional evolution of the Huangling break mass （ the geological investigation-remote sensing image-structure translation）A-美國(guó)landsat-7TM遙感影像（N-49-30-2000）； B-黃陵斷塊構(gòu)造遙感解釋譯A-remote sensing image （N-49-30-2000） of U.S. Landsat-7TM； B-remote sensing expounding for the fault block structure of Huangling

近年來對(duì)于這一特殊構(gòu)造單元的形成時(shí)代爭(zhēng)議較多， 從晚元古代（熊成云等， 2004）， 到古生代—中生代（張或丹， 1986）， 直至新生代（葛肖虹等，2010）的論述都有， 主要是對(duì)黃陵廟斷塊的發(fā)育、定型及發(fā)展、改造的階段性的定位認(rèn)識(shí)不同。從另一個(gè)意義而言也說明了黃陵廟斷塊作為相對(duì)獨(dú)立的次一級(jí)的構(gòu)造單元的重要性， 而且對(duì)其所包容的大型工程的穩(wěn)定及安全性而言這一構(gòu)造單元的構(gòu)造型式和運(yùn)動(dòng)圖像是至關(guān)重要的（梅應(yīng)堂，1992）。區(qū)域構(gòu)造演化程式的分析表明， 黃陵廟斷塊的發(fā)育階段在晉寧構(gòu)造旋回時(shí)期是江南古陸的一部分， 其定型階段在加里東—華力西構(gòu)造旋回時(shí)期是由較完整的神農(nóng)架—黃陵廟古陸塊體分裂而來成為獨(dú)立的一個(gè)微地塊（加里東構(gòu)造旋回）并形成較完善的穹隆狀背斜（華力西構(gòu)造旋回）構(gòu)造單元， 其發(fā)展階段在燕山構(gòu)造旋回時(shí)期作為川東—渝北—鄂西三角弧形聯(lián)合構(gòu)造的砥柱發(fā)生進(jìn)一步的變形， 并且卷入到了淮陽山字形構(gòu)造的西翼反射弧及砥柱結(jié)構(gòu)之中， 其改造階段則處于喜山構(gòu)造旋回時(shí)期發(fā)育侵蝕及次生堆積是構(gòu)造強(qiáng)烈變形的地帶。

由于黃陵廟斷塊的長(zhǎng)期發(fā)育和復(fù)雜演化其構(gòu)造變形非常劇烈， 其外圍由多重圈閉的橢環(huán)狀壓性斷裂構(gòu)造所組成， 西部邊界由北北東向的直線性斷裂穿過并與秭歸向斜構(gòu)造相分隔， 其內(nèi)緣發(fā)育圈閉（半圈閉）的圓環(huán)狀張性斷裂構(gòu)造， 在中央地段以梅坪地區(qū)為砥柱形成一個(gè)完善的旋扭構(gòu)造并在其南部發(fā)育幾個(gè)小型圓環(huán)構(gòu)造， 三峽工程正處于其南緣小型圓環(huán)構(gòu)造的邊緣地帶。

根據(jù)巖石變形力學(xué)（Somerton， 1970）和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)（Sitter， 1964）的綜合分析， 黃陵廟斷塊屬于穹窿式背斜構(gòu)造型式， 在起初形成時(shí)期產(chǎn)生了外圍及兩翼壓性封閉狀橢環(huán)性斷裂， 由于其核部較平緩寬闊并以圈閉（半圈閉）狀的張性圓環(huán)性斷裂為界， 這條圈閉（半圈閉）狀的張性圓環(huán)性斷裂是穹窿式背斜由兩翼向核部的轉(zhuǎn)換邊界， 受到巖塊結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布狀態(tài)的影響其兩翼擠壓而其核部拉張， 其核部巖塊在內(nèi)部調(diào)整及其后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下發(fā)育旋扭構(gòu)造； 依據(jù)旋扭構(gòu)造的旋臂（4條）呈現(xiàn)張扭性結(jié)構(gòu)的特征表示核部巖塊運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。在核部巖塊旋轉(zhuǎn)（逆時(shí)針）的過程中， 由于巖塊的早期破碎使得其內(nèi)部產(chǎn)生多個(gè)質(zhì)量中心， 形成了以梅坪地區(qū)為中心砥柱形成較大規(guī)模的旋扭構(gòu)造（圖4）， 并在其南部形成多個(gè)（至少約有6個(gè)）較小的旋扭構(gòu)造（圓環(huán)形構(gòu)造）。

3 壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造破裂網(wǎng)絡(luò)

壩區(qū)工程構(gòu)筑部位是與地球物質(zhì)相連接的復(fù)合體， 在地質(zhì)構(gòu)造級(jí)別中隸屬于局域構(gòu)造范圍。三峽工程壩區(qū)處于長(zhǎng)江峽江西陵峽地段“V”型江段是一個(gè)小型構(gòu)造侵蝕盆地， 屬于黃陵廟斷塊的中南部， 其大壩上下游及主庫(kù)區(qū)的基巖巖石為混合巖化斜長(zhǎng)花崗巖（熊成云等， 2004）。在大壩工程地基揭露開挖地表以下70～80 m深度仍發(fā)育緊閉狀的巖石構(gòu)造裂隙（肖詩(shī)榮， 2002）， 這種巖體淺層構(gòu)造裂隙的形成主要遭受黃陵廟地塊及內(nèi)部巖塊調(diào)整的應(yīng)力過程的影響。

在以往的地質(zhì)工程實(shí)踐中，三峽工程壩體地段的主流認(rèn)識(shí)認(rèn)為尚處于巖體（黃陵背斜）整塊穩(wěn)定結(jié)構(gòu)上， 對(duì)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分析也是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上，并構(gòu)建出來多種巖塊穩(wěn)定假說（李細(xì)光等，2006）以“雙力偶”、“純剪切”、“壓力影”模型等為主； 對(duì)壩區(qū)斷裂（楊森楠等， 1996）的分析也是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的， 并且認(rèn)為處于張性應(yīng)力場(chǎng)的影響之中（李細(xì)光等， 2006）。

根據(jù)地球衛(wèi)星遙感影像的多時(shí)相多層次篩選分析， 選定法國(guó)Spot-5衛(wèi)星遙感影像的進(jìn)行精細(xì)解譯， 發(fā)現(xiàn) 長(zhǎng)江三峽壩區(qū)地段巖塊的斷裂構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)由圓環(huán)狀斷裂和交叉狀斷裂所組成， 主要成分有直線型的壓扭及扭性破裂面、弧形及圓環(huán)形的旋扭及壓扭性破裂面、鋸齒及折線狀的張扭及張性拉伸破裂面（圖5）。根據(jù)壩區(qū)地段斷裂構(gòu)造巖中發(fā)育的同期石英-方解石巖脈的包體測(cè)溫分析， 巖脈溫度數(shù)值為99～200℃（李江風(fēng)等， 1998）， 在自然地質(zhì)作用過程中屬于低溫環(huán)境， 表明壩區(qū)斷裂構(gòu)造是在低溫地質(zhì)條件下形成的， 工程地基揭露也證實(shí)壩區(qū)斷裂構(gòu)造多數(shù)為巖石淺層構(gòu)造（圖5）。從工程巖體整體結(jié)構(gòu)分析而言， 壩區(qū)巖塊地段不是孤立的巖塊運(yùn)動(dòng)， 應(yīng)屬于黃陵廟斷塊中央塊體運(yùn)動(dòng)的一部分， 亦即黃陵背斜核部巖塊運(yùn)動(dòng)的一部分。

根據(jù)遙感地質(zhì)分析資料和應(yīng)力連續(xù)介質(zhì)傳遞原理的綜合研究， 黃陵廟斷塊的中央巖塊在穹隆式背斜的隆升斷裂和內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整過程中， 最先圍繞著中心較大巖塊以梅坪地區(qū)為樞紐（砥柱）形成逆時(shí)針張扭型旋轉(zhuǎn)構(gòu)造， 在其南部由于地質(zhì)邊界條件的改變出現(xiàn)多個(gè)較小的巖塊相繼發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)形成環(huán)狀構(gòu)造， 壩區(qū)地段南岸存在2個(gè)環(huán)狀構(gòu)造、北岸存在2～3個(gè)環(huán)狀構(gòu)造， 由于后期構(gòu)造的改造均被交叉斷裂所切割使得巖塊支離破碎， 而且廣泛發(fā)育共軛狀剪切破裂裂隙（索書田等， 2000）， 并經(jīng)長(zhǎng)期流水侵蝕作用最終形成不規(guī)則菱形盆地。這些大小不同的旋轉(zhuǎn)構(gòu)造在形成發(fā)展和活動(dòng)過程中， 具有聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)及應(yīng)力連續(xù)傳遞的特點(diǎn)， 由黃陵背斜長(zhǎng)軸呈南北向展布標(biāo)示其形成時(shí)則遭受東西向主應(yīng)力作用， 在其內(nèi)部巖塊調(diào)整時(shí)外圍應(yīng)力出現(xiàn)松弛并發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 這種次級(jí)應(yīng)力作用是由區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)所派生的， 巖塊調(diào)整形成的旋轉(zhuǎn)構(gòu)造系列受到梁彎曲應(yīng)力分布中和面的控制僅發(fā)育在巖層上部和淺部， 結(jié)合工程開挖地基的裂隙分布資料推測(cè)其影響深度可能要達(dá)到100～200 m。

圖5　三峽大壩庫(kù)區(qū)遙感影像構(gòu)造解譯Fig. 5 The remote sensing image structural explain translation in the reservoir area of Yangtze Gorges EngineeringA-三峽大壩庫(kù)區(qū)法國(guó)SP-5遙感影像（2007-02-25）； B-三峽大壩庫(kù)區(qū)構(gòu)造遙感解譯圖A-SP-5 remote sensing image（2007-02-25） of France in the Gorges Dig Dam reservoir area；B-remote sensing solution of the reservoir area structure in Gorges Dig Dam

現(xiàn)代應(yīng)力的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)（杜瑞林等， 2004； 李延興等， 2004）分析表明， 三峽工程庫(kù)區(qū)及黃陵廟斷塊的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向（北東東—南西西）延展。利用衛(wèi)星熱紅外技術(shù)提取的地殼熱應(yīng)力（強(qiáng)祖基等， 2009）狀態(tài)表明， 在四川盆地及外圍地帶存在環(huán)狀應(yīng)力場(chǎng)及雙核熱旋扭運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)， 根據(jù)其結(jié)構(gòu)方式內(nèi)旋為順時(shí)針、外旋為逆時(shí)針其整體作用方式為左旋運(yùn)動(dòng)。依照地殼熱應(yīng)力環(huán)狀旋扭場(chǎng)的分布其長(zhǎng)軸方向?yàn)楸睎|方向， 意味著其主應(yīng)力方向應(yīng)為北西—南東方向展布， 即地塊驅(qū)動(dòng)力來源為青藏高原—西伯利亞板塊（北西向）與太平洋（菲律賓）板塊（南東向）的對(duì)沖擠壓作用， 依據(jù)應(yīng)力分解在黃陵廟斷塊一帶則發(fā)育近南北向的左旋扭動(dòng)（半弧形）運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種地殼應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)果， 長(zhǎng)江三峽工程庫(kù)區(qū)及黃陵廟斷塊所處的大地構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為北西—南東向、其區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為近南北向展布的左旋扭動(dòng)（半弧形）作用， 其工程壩區(qū)則處于近北北東—南南西方向展布的剪切作用之下。

4 大地構(gòu)造環(huán)境演變過程

大地構(gòu)造演化歷史及地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析的研究成果說明， 長(zhǎng)江三峽工程所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境是非常復(fù)雜的， 根據(jù)地質(zhì)歷史構(gòu)造演化序次及其發(fā)展過程階段性可以將其劃分為如下程式： 一級(jí)構(gòu)造域（背景構(gòu)造即區(qū)域構(gòu)造）， 二級(jí)構(gòu)造域（塊體構(gòu)造即體域構(gòu)造）， 三級(jí)構(gòu)造域（壩區(qū)構(gòu)造即局域構(gòu)造）； 在大地構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演變過程中這些級(jí)別不同的構(gòu)造域是逐次轉(zhuǎn)變、逐次控制和逐次影響的。

一級(jí)構(gòu)造域： 即背景構(gòu)造域（亦稱區(qū)域構(gòu)造域），表現(xiàn)為川陜渝鄂三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造， 其發(fā)育、形成及演化歷史悠久， 從太古代—元古代的古地塊形成（晉寧運(yùn)動(dòng)）到古生代的地槽回返轉(zhuǎn)向準(zhǔn)地臺(tái)形成南西方向的褶皺系（加里東運(yùn)動(dòng)—華力西運(yùn)動(dòng)）直至中生代的陸緣活化形成復(fù)雜的三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造系（燕山運(yùn)動(dòng)）， 最后在新生代新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期（喜山運(yùn)動(dòng)）處于改造及剝蝕狀態(tài)。

二級(jí)構(gòu)造域： 即塊體構(gòu)造域或斷塊構(gòu)造域（亦稱體域構(gòu)造域）， 亦即黃陵廟斷塊構(gòu)造， 其構(gòu)造基本型式則表現(xiàn)為復(fù)雜的構(gòu)造結(jié)， 由古老的地塊（太古代—元古代）經(jīng)歷了長(zhǎng)期的構(gòu)造變形承擔(dān)著區(qū)域構(gòu)造域的變動(dòng)樞紐（古生代）和雙重砥柱（中生代）的作用， 并具有相對(duì)清晰獨(dú)立的地質(zhì)邊界， 其邊部及翼部為緊閉的橢圓弧形斷裂構(gòu)造， 其中部及核部為多重旋扭構(gòu)造， 其運(yùn)動(dòng)方式和活動(dòng)規(guī)律對(duì)大壩工程結(jié)構(gòu)影響非常大。

三級(jí)構(gòu)造域： 即壩區(qū)構(gòu)造域（亦稱局域構(gòu)造域），是黃陵廟斷塊的中部及核部多重旋扭構(gòu)造的一部分，是中生代（燕山運(yùn)動(dòng)）以來形成及發(fā)育的， 工程壩區(qū)及庫(kù)區(qū)的北岸由2～3個(gè)環(huán)狀構(gòu)造組成、南岸由2個(gè)環(huán)狀構(gòu)造組成， 其間又有交叉構(gòu)造（斷裂及裂隙）的發(fā)育， 它們的形成和活動(dòng)受斷塊中心梅坪旋扭構(gòu)造的控制， 在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（喜山運(yùn)動(dòng)）中處于活躍時(shí)期，它在現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)中積累和發(fā)展是極其重要的。特別引起注意的是， 長(zhǎng)江三峽壩基方向正處于一組北北東向斷裂的延伸方向， 它的活動(dòng)性對(duì)大壩的安全性的影響是非常重要的。

在地球構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)（謝富仁等， 2003）的分布狀態(tài)上， 不同級(jí)次的構(gòu)造域處于逐次控制及影響的相互關(guān)系之中。一級(jí)構(gòu)造域川陜渝鄂三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造反映中國(guó)大陸中央地帶的受力狀態(tài)， 主應(yīng)力分別為龍門山、秦嶺、雪峰山等一線的相向擠壓作用，其驅(qū)動(dòng)力方向來自印度板塊、西伯利亞板塊、太平洋板塊對(duì)中國(guó)大陸的“品”字型受力結(jié)構(gòu)。二級(jí)構(gòu)造域黃陵廟斷塊構(gòu)造是一級(jí)構(gòu)造域應(yīng)力場(chǎng)的派生構(gòu)造， 是川陜渝鄂三角狀弧形聯(lián)合構(gòu)造中的構(gòu)造結(jié)及砥柱構(gòu)造， 即具有區(qū)域構(gòu)造的特征又有斷塊構(gòu)造的特點(diǎn)， 其外圍及翼部構(gòu)造受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的影響， 而中央及核部構(gòu)造則受派生應(yīng)力場(chǎng)的影響， 這兩者之間處于再次或依次驅(qū)動(dòng)的關(guān)系。三級(jí)構(gòu)造域壩區(qū)環(huán)狀及交叉構(gòu)造是黃陵廟斷塊中央及核部構(gòu)造的一部分， 其實(shí)質(zhì)由黃陵斷塊內(nèi)部的應(yīng)力松弛及張力驅(qū)動(dòng)之下引發(fā)的巖塊調(diào)整而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)應(yīng)力作用， 是由梅坪旋扭構(gòu)造為中心的左旋應(yīng)力作用下產(chǎn)生的多重轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)造， 具有聯(lián)動(dòng)和消減的相關(guān)成因聯(lián)系。

上述三個(gè)級(jí)次的構(gòu)造域代表三次逐次控制的應(yīng)力驅(qū)動(dòng)關(guān)系， 也是全球應(yīng)力場(chǎng)在構(gòu)造地質(zhì)邊界條件下發(fā)生逐次轉(zhuǎn)變的過程。根據(jù)第四紀(jì)以來（近300 Ma）的地極遷移路線編制的全球切變應(yīng)力網(wǎng)絡(luò)（阿德里安·夏德格， 1977）， 中國(guó)大陸的主應(yīng)力方向處于近東西向或北西—南東向延伸， 這種關(guān)系也在四川龍門山汶川大地震（2008-05-12 M8.0級(jí)）的震前地殼熱應(yīng)力傳遞過程（強(qiáng)祖基等， 2009）中得到證實(shí)。長(zhǎng)江三峽工程的構(gòu)造域在現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)作用的表現(xiàn)及變化是值得進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控的。

5 討論與結(jié)語

長(zhǎng)江三峽工程大壩蓄水以后庫(kù)區(qū)地球質(zhì)量大幅增加可以產(chǎn)生人工附加應(yīng)力場(chǎng)， 它對(duì)一級(jí)構(gòu)造域即區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響作用甚微， 但對(duì)二級(jí)構(gòu)造域即黃陵廟斷塊應(yīng)力場(chǎng)的影響是明顯的也許長(zhǎng)期作用將改變巖塊質(zhì)量中心的變化， 特別注意地對(duì)三級(jí)構(gòu)造域即壩區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響是強(qiáng)烈的有可能誘發(fā)或強(qiáng)化巖塊旋轉(zhuǎn)應(yīng)力作用。壩區(qū)多重環(huán)狀構(gòu)造的活動(dòng)受中心巖塊梅坪旋扭構(gòu)造的聯(lián)動(dòng)控制， 意味著人工附加應(yīng)力場(chǎng)只有長(zhǎng)期積累（數(shù)十年至幾百年）才能夠引起壩區(qū)構(gòu)造的顯著活動(dòng)。同時(shí)長(zhǎng)江三峽工程周邊地區(qū)采礦誘發(fā)地震（胡毓良等， 1998）的發(fā)生比較頻繁而且都是超淺源地震（震中深度約為1 km以下）， 這是又一個(gè)人工附加應(yīng)力場(chǎng)并且是更加危險(xiǎn)的人類構(gòu)造應(yīng)力作用。這些人工附加應(yīng)力場(chǎng)及其活動(dòng)性對(duì)工程蓄水和壩區(qū)安全及穩(wěn)定運(yùn)行是最大的潛在威脅。

根據(jù)全球地震斷裂面解（阿德里安·夏德格，1977）的統(tǒng)計(jì)資料， 中國(guó)大陸發(fā)生的淺源（＜140 km）地震中， 壓力地震為23.9％， 張力地震為6.5％， 不規(guī)則（扭力）地震為69.6％； 其發(fā)生的深源（＞140 km）地震中， 壓力地震為33.3％， 張力地震為33.3％， 不規(guī)則（扭力）地震為33.3％。中國(guó)大陸尚未發(fā)生震源深度超過140 km的地震， 屬于大陸板塊的板內(nèi)地震活動(dòng)（鄧啟東等， 2003）， 以不規(guī)則（扭力）及壓力地震為主， 這與中國(guó)大陸所處的全球應(yīng)力場(chǎng)的分布狀態(tài)是相一致的。按這種觀測(cè)及結(jié)果分析目前長(zhǎng)江三峽工程的應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)， 庫(kù)區(qū)荷重人工附加應(yīng)力場(chǎng)隸屬于壓力應(yīng)力場(chǎng)對(duì)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)具有疊加作用， 周邊采礦卸載人工附加應(yīng)力場(chǎng)隸屬于張力應(yīng)力場(chǎng)對(duì)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)具有誘變及激發(fā)作用， 由于與區(qū)域主應(yīng)力的方向不一致， 并不存在簡(jiǎn)單的物理消減關(guān)系。如果這三個(gè)應(yīng)力場(chǎng)——區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)、庫(kù)區(qū)荷重人工附加應(yīng)力場(chǎng)、周邊采礦卸載人工附加應(yīng)力場(chǎng)， 同步活動(dòng)可以產(chǎn)生共振效應(yīng)便能夠形成較大的地震活動(dòng)和劇烈的破壞作用。根據(jù)過去區(qū)域地震活動(dòng)＜M6.5級(jí)（孫葉等， 1996； 李坪等， 2004）和破壞烈度為VI度（李興唐， 1991）的背景分析， 應(yīng)力場(chǎng)共振效應(yīng)誘發(fā)的地震活動(dòng)及發(fā)展趨向可能得到較大的增強(qiáng)， 經(jīng)初步計(jì)算其震級(jí)可能達(dá)到7～8級(jí)和其破壞烈度可能達(dá)到X～XII度， 這是工程管理及國(guó)家決策等部門不能不慎重考慮的問題。

值得注意的是壩區(qū)應(yīng)力的積累及發(fā)展引起的地質(zhì)災(zāi)害鏈效應(yīng)的影響， 尤其是庫(kù)區(qū)荷重人工附加應(yīng)力場(chǎng)和周邊采礦卸載人工附加應(yīng)力場(chǎng)的激變影響，二者既可以單獨(dú)嬗變， 也可以聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。任何一種災(zāi)害事件都有可能激發(fā)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的臨界閥值而產(chǎn)生共振效應(yīng)， 對(duì)這種事件的防御和避險(xiǎn)不能存在僥幸和輕視， 應(yīng)極力消除激發(fā)和嬗變的地質(zhì)邊界條件，清除庫(kù)區(qū)表層作用的影響徹底杜絕滑坡、崩岸、泥石流等事件， 消除外圍人工作用的影響防止開礦采空塌陷事件的發(fā)生等， 研發(fā)局部消減巖石應(yīng)力高（應(yīng)力集中）的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。三管齊下從表層作用-淺部作用-基巖作用及其相互影響進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)化，削弱及消除區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)共振效應(yīng)產(chǎn)生的激發(fā)因素， 將工程安全風(fēng)險(xiǎn)降至最低范疇讓其永續(xù)為人類造福。

利用遙感地質(zhì)學(xué)原理及其地球動(dòng)力學(xué)分析對(duì)大型工程進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的系統(tǒng)研究， 隸屬于跨學(xué)科的新興邊緣科學(xué)研究， 也是科技界長(zhǎng)期開拓探索和為國(guó)家建設(shè)服務(wù)的有力舉措， 這個(gè)路程還非常漫長(zhǎng)尚有無數(shù)艱難險(xiǎn)阻等待克服， 科技工作者擔(dān)負(fù)國(guó)家振興責(zé)任和抱定世上無難事只要肯登攀的決心，也將繼續(xù)針對(duì)國(guó)家大型重點(diǎn)工程做出進(jìn)一步的追蹤關(guān)注和深入研究。

Acknowledgements:

This study was supported by the State Key laboratoty of Continental Dynamics of Northwest University （No. DL2006001）， and Key Subject Building Project of Hunan Province （No. ZRDL01101）.

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An Analysis of the Geodynamical Evolution and Geological Structural Environment in the Yangtze Gorges Project

HU Dong-sheng
College of Resources Environment Sciences， Hunan Normal University， Changsha， Hunan 841001

Based on comprehensive data composed of remote sensing images， regional geological survey and earth stress analysis and using the analytical method of remote sensing geology， earth dynamics and geological environment evolution， the authors carried out multilayered systematic research on background structures（regional structures） - rock mass structures （partial structures） - dam area structures （local structures） of the Yangtze Gorges project， ascertained the evolution process of geological structural environment and its variation regularity， discovered the mutual transition relationship between multi-level structural sequence and multi-level structural stress field， and pointed out that the resonance effect caused by regional stress field， reservoir load stress field and peripheral mining uninstall stress field seems to be the greatest latent throat to engineering safe running and long-periodic engineering life-span. The results obtained by the authors provide a scientific basis for such aspects as large-scale engineering optimized management， engineering disaster risk prevention and rational policy-making for national construction.

geological structural environment of Three Gorges； structural field （region-block body-dam area）control and transform process； resonance effect of the structural stress field； engineering management and disaster prevention and policy-making

P642.2； P553

A

10.3975/cagsb.2016.05.10

本文由西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（編號(hào)： DL2006001）和湖南省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)： ZRDL01101）聯(lián)合資助。

2016-03-25； 改回日期： 2016-05-20。責(zé)任編輯： 魏樂軍。

胡東生， 男， 1951年生。教授。從事地球資源環(huán)境與遙感地質(zhì)學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)及全球變化研究。通訊地址： 410081， 湖南師范大學(xué)資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院。E-mail： hudsh@hunnu.edu.cn。