青川縣東陽水庫壩址區(qū)斷層構(gòu)造勘察研究

陳 林

(四川沃土項(xiàng)目投資管理有限公司，成都，611732)

1 工程概況

四川省青川縣東陽水庫位于清水河支流東陽溝上，是一座以防洪、灌溉、供水為主，兼顧生態(tài)環(huán)境用水的小(1)型水庫。水庫正常蓄水位為932.00m，正常庫容為532萬m3，設(shè)計(jì)洪水位為936.29m，校核洪水位為937.91m，總庫容717萬m3，死水位為911.00m，死庫容108萬m3，興利庫容424萬m3。大壩初擬為膠凝砂礫石壩，壩頂高程939.50m，壩頂長度135.50m，壩頂寬度6.00m，最大壩高66.50m。

2 區(qū)域構(gòu)造

工程區(qū)在構(gòu)造部位上位于龍門山斷裂帶北東段的后山斷裂平武-青川斷裂NW側(cè)。平武-青川斷裂西起平武，向東經(jīng)青川至勉縣，呈北東東向展布，長約250km，斷裂南西段在地貌上線性特征逐漸降低，并分成2～3條次級分支斷層，在平武一帶消失。斷層兩側(cè)地層差異明顯，北西側(cè)為深變質(zhì)的前寒武系碧口群、震旦系木座組、水晶組和淺變質(zhì)的志留系茂縣群，南東側(cè)主要為志留系黃坪組，局部有前寒武紀(jì)地層出露。兩側(cè)地層和構(gòu)造線的延伸方向基本一致[1]。東陽水庫位于青川斷裂帶青川以南的東南段，由于斷裂在青川以南斷錯(cuò)地貌不甚發(fā)育，斷層位置較為模糊，前人的研究也鮮有涉及。

水庫大壩距平武-青川斷裂直線距離約600m，大壩設(shè)計(jì)時(shí)，區(qū)域的穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，對工程的后期有重要的影響[2]，因此對于青川斷裂帶青川以南段落的斷錯(cuò)地貌調(diào)查，壩址區(qū)附近斷層位置確定及活動性鑒定是本工程地質(zhì)工作的重點(diǎn)。

3 綜合勘察方法及成果

結(jié)合本工程勘察重點(diǎn)及難點(diǎn)，本次采用逐步深入的綜合勘察方法?；舅悸窞橄韧ㄟ^地表工程地質(zhì)測繪初步確定斷層的宏觀位置；再通過物探方法對斷層位置及規(guī)模進(jìn)行驗(yàn)證；最后利用鉆探、槽探取芯，對各層巖性進(jìn)行分析，對斷層位置及其活動性進(jìn)行準(zhǔn)確直觀判斷。

3.1 工程地質(zhì)測繪

在近場區(qū)，青川縣城東任家溝一帶，青川斷裂仍發(fā)育在前泥盆系與志留系之間[3]。由于該處前泥盆系巖性以白云巖為主，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，而志留系主要為云母片巖，抗風(fēng)化能力弱，因此斷層在地貌上表現(xiàn)清楚。青川縣城附近，斷層構(gòu)成了右階斜列的階區(qū)。青川以西段發(fā)育清楚的斷面和槽地。在九林子?xùn)|新開挖的基巖剖面上，見泥盆系中發(fā)育多條斷層，雖然單條斷層帶規(guī)模不大，但它們所組成的斷層帶寬度超過20m。再向西南，從寨溪河到蒿溪，沿?cái)鄬庸鹊睾筒鄣厥职l(fā)育，其中槽地所在位置地貌上大多相當(dāng)于河流Ⅳ～Ⅴ級階地的位置。如走馬嶺(見圖1)相當(dāng)于Ⅳ級階地的臺地拔河約70m，斷層通過該臺地時(shí)，地貌上形成清楚的槽地。蒿溪(見圖2)一帶相當(dāng)于Ⅴ級階地的洪積臺地拔河約100m，斷層通過該臺地時(shí)，地貌上形成清楚的斷層槽，寬約40m～50m。在青溪鎮(zhèn)以東，斷層又出現(xiàn)階區(qū)，階區(qū)以西的段落地貌上同樣表現(xiàn)為線性的斷層谷地。根據(jù)野外所見剖面及斷層槽地，確定青川斷裂帶主斷層的影響寬度30m～60m，局部觀察點(diǎn)斷層附近地貌上發(fā)育有斷層谷地和槽地。

圖1 走馬嶺斷層槽地

圖2 蒿溪Ⅳ級臺地上的斷層槽地

在壩址區(qū)附近，除青川斷裂帶主斷裂以外，還出露有其分支斷裂。在壩址上游調(diào)查有F1斷裂(見圖3)，斷裂為基巖斷面，破碎帶寬約40m，主要表現(xiàn)為巖體的擠壓變形帶，帶內(nèi)的基巖揉皺強(qiáng)烈，近直立，發(fā)育有擠壓透鏡體，而斷層兩側(cè)未見有地貌響應(yīng)，且衛(wèi)星影像上也未見有線性特征，認(rèn)為該斷裂F1應(yīng)為前第四活動斷裂，因此，不考慮該斷裂F1對壩址的影響。

壩址下游有F2、F3斷層發(fā)育，其中F2在東陽溝左岸有地貌顯示，主要表現(xiàn)為線性槽谷；F3通過處溝口兩側(cè)均有地貌顯示(見圖3)，主要表現(xiàn)為連續(xù)性較好的線性槽谷，延伸長度約6km。斷裂兩盤第四紀(jì)覆蓋層厚度明顯變化，斷層破碎帶為擠壓揉皺強(qiáng)烈的斷層碎裂巖，斷層帶附近的河流階地地層也有一定的變形表現(xiàn)。

圖3 壩址上游F1斷裂影響帶

圖4 壩址下游F3斷裂通過處斷層地貌

通過工程地質(zhì)測繪，初步確定壩址區(qū)附近斷裂有：①青川斷裂帶，為主斷裂，位于壩址區(qū)下游；②F1斷裂，為次生斷裂，位于壩址區(qū)上游；③F2斷裂，為次生斷裂，位于壩址區(qū)下游；④F3斷裂，為次生斷裂，位于壩址區(qū)下游。

3.2 物探測線

為了更加準(zhǔn)確地定位壩址區(qū)附近斷裂的空間展布位置和特征，在目標(biāo)F2斷裂和青川斷裂附近各布設(shè)了一條高密度電法測線和兩條淺層地震反射波勘探測線對斷裂加以控制，即三鍋水廠測線L1及聚源山莊測線L2(詳見圖5)。鑒于目標(biāo)斷層傾角較大，基巖埋深較淺，為了能準(zhǔn)確控制斷層的位置，在電法異常點(diǎn)位置附近進(jìn)行了淺層地震反射波勘探，道間距分別選擇了1m和3m。

圖5 東陽水庫壩址區(qū)附近斷裂分布

3.2.1 三鍋水廠測線(L1)

從三鍋水廠1線高密度電法反演剖面圖顯示(見圖6)，在地表0～10m為視電阻率高值區(qū)，結(jié)合地表調(diào)查和鉆探結(jié)果，表層0～10m為礫石層的高阻電性特征反映。在剖面中間段120m～130m段10m深度的水平位置上出現(xiàn)了電阻率的不連續(xù)，電阻率等值線出現(xiàn)了錯(cuò)斷。推測斷裂可能從此范圍內(nèi)通過，從電阻率剖面顯示斷裂兩側(cè)電阻率差異明顯，斷層傾角較大，探明的斷裂應(yīng)為場區(qū)附近通過的斷裂F2。

圖6 三鍋水廠1線高密度電法反演剖面

從三鍋水廠2線反射波勘探深度剖面圖顯示(見圖7)，來自礫石層底界面的反射同相軸在測線覆蓋的范圍內(nèi)都具有可靠的追蹤對比，反射能量較強(qiáng)且較均勻，連續(xù)性也很好，在測線126m附近出現(xiàn)了同相軸較為明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象。因此，推測斷層在此附近通過，探明的斷裂應(yīng)為場區(qū)附近通過的斷裂F2。

從三鍋水廠3線反射波勘探深度剖面圖顯示(見圖8)，來自礫石層底界面的反射同相軸在測線覆蓋的范圍內(nèi)都具有可靠的追蹤對比，反射能量較強(qiáng)且較均勻，連續(xù)性也很好，在測線129m附近出現(xiàn)了同相軸較為明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象。因此，推測斷層在此附近通過。通過對比分析，在斷裂附近礫石層的反射能量較弱，結(jié)合鉆探結(jié)果，認(rèn)為斷裂錯(cuò)斷了礫石層，探明的斷裂應(yīng)為場區(qū)附近通過的斷裂F2。

3.2.2 聚源山莊測線(L2)

從聚源山莊1線高密度電法反演剖面圖顯示(見圖9)，在測線0～160m段地表約0～15m深度范圍內(nèi)和160m～295m段深度約0～10m段視電阻率相對較高，結(jié)合地表調(diào)查，認(rèn)為視電阻率較高為礫石層的高阻電性特征反映。在剖面160m附近，深度約20m～25m，橫向上平上出現(xiàn)了電阻率的不連續(xù)，電阻率等值線出現(xiàn)了錯(cuò)斷。推測斷裂可能從此范圍內(nèi)通過，從電阻率剖面顯示斷裂兩側(cè)電阻率差異明顯，斷層傾角較大，探明的斷裂應(yīng)為青川斷裂。

圖9 聚緣山莊1線高密度電法反演剖面

從聚源山莊2線反射波勘探深度剖面圖顯示(見圖10)，來自礫石層底界面的反射同相軸在測線覆蓋的范圍內(nèi)都具有可靠的追蹤對比，反射能量較強(qiáng)且較均勻，連續(xù)性也很好，在測線164m附近出現(xiàn)了同相軸較為明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象。因此，推測斷層在此附近通過，探明的斷裂應(yīng)為青川斷裂。

圖10 聚源山莊2線反射波勘探深度剖面剖面

從聚源山莊3線反射波勘探深度剖面圖顯示(見圖11)，來自礫石層底界面的反射同相軸在測線覆蓋的范圍內(nèi)都具有可靠的追蹤對比，反射能量較強(qiáng)且較均勻，連續(xù)性也很好，在測線113m附近出現(xiàn)了同相軸較為明顯的錯(cuò)斷現(xiàn)象。因此，推測斷層在此附近通過，探明的斷裂應(yīng)為青川斷裂。

圖11 聚緣山莊3線反射波勘探深度剖面剖面

3.3 槽探、鉆探

為鑒定青川斷裂的活動性，本次在青川斷裂通過的九林子附近進(jìn)行了探槽開挖，并取樣進(jìn)行了年代測定，九林子探槽布置見圖5，探槽剖面見圖12。

圖注：U1灰黑色粘土層，含腐殖質(zhì)，頂部20cm為耕植土；U2褐黃色粘土層，含礫石，礫石礫徑0.5cm～3cm；U3褐黃色粘土層，含礫石，礫石礫徑0.5cm～3cm；U4灰黑色粘土層，腐殖質(zhì)較多，局部見有碳屑，含礫石，礫石礫徑0.2cm～3cm，靠近斷層附近，有10cm～13cm礫石；AnD①褐黃色變質(zhì)巖；AnD②灰褐色斷層破碎帶。

探槽開挖處發(fā)育有斷層槽谷，寬約40m，兩側(cè)基巖出露，槽谷內(nèi)沉積有全新世坡積層，探槽剖面揭示出斷層斷錯(cuò)全新世地層，并形成斷塞塘，有灰黑色、灰白色斷塞塘沉積。C14測年①顯示該地層的年齡為1900±30BP，而上覆灰褐色、灰黑色粘土地層未見有斷錯(cuò)，兩個(gè)地層的C14分別為1250±30BP和720±30BP，顯示青川斷裂帶在1900±30BP～1250±30BP發(fā)生過一次地震事件，表明青川斷裂帶為全新世活動斷裂。

為進(jìn)一步確定壩址區(qū)附近F2和F3斷裂的位置，并鑒定其活動性，本次跨F2和F3斷裂布設(shè)了一個(gè)鉆探聯(lián)合剖面(見圖13-圖15)。

圖13 鉆探聯(lián)合剖面布置

圖14 F3處zk03巖芯

圖15 鉆探聯(lián)合剖面

鉆探結(jié)果表明，壩址下游發(fā)育的F2和F3斷裂，跨斷層均顯示兩側(cè)有一定的基巖高差，斷層兩盤第四紀(jì)覆蓋層厚度明顯變化，并在鉆孔zk03、zk06揭露出斷層破碎帶，主要表現(xiàn)為擠壓揉皺強(qiáng)烈的斷層碎裂巖，其中zk03沖溝兩側(cè)斷層地貌較為清晰，主要表現(xiàn)為斷層槽谷發(fā)育，斷層帶附近的河流階地地層也有一定的變形表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為T1階地礫石層定向排列。綜合以上探測結(jié)果表明壩址下游的F2、F3斷裂為青川斷裂的羽列分支，為全新世活動斷裂。

4 結(jié)論及建議

綜合勘察結(jié)果分析表明，東陽水庫壩址位于青川斷裂影響范圍內(nèi)，該斷裂為全新世活動斷裂，距離壩址大于600m；壩址上游的F1斷裂為前第四紀(jì)活動斷裂，距離壩址大于600m，基本可不考慮該斷裂對壩址的影響；壩址下游的F2、F3斷裂為青川斷裂的羽列分支，為全新世活動斷裂，距離壩址分別為440m和215m，其未來的地震活動將對場地產(chǎn)生較大影響。

“5.12”地震時(shí)，災(zāi)區(qū)沒有一座水電工程震毀，震損嚴(yán)重和較重的工程均處于震中附近，烈度Ⅸ、Ⅹ度影響區(qū)，主要有映秀灣、太平驛、漁子溪、耿達(dá)、福堂、紫坪鋪等工程，其中映秀灣水電站廠址距龍門山斷裂帶中央斷裂僅400m，對電站廠區(qū)地震影響烈度為Ⅺ度，因此造成的震損嚴(yán)重。處于Ⅸ、Ⅷ度影響區(qū)的工程，主體工程震損輕微，但個(gè)別建筑物也受到了嚴(yán)重或較嚴(yán)重破壞，如沙牌的地面壓力管道和廠房，碧口的壩頂啟閉機(jī)房等[4]。本工程位于地震烈度Ⅷ度影響區(qū)，類比可知，大壩主體遭受地震嚴(yán)重震損的概率較低。

本工程大壩為膠凝砂礫石壩，屬混凝土壩。在“5.12”地震中受影響的同類型高壩中主要有寶珠寺混凝土重力壩及沙牌碾壓混凝土拱壩。青川發(fā)生的6.4級最大余震距寶珠寺壩址僅20km，震后河床壩段永久橫縫有擠壓現(xiàn)象，壩頂路面、防浪墻及欄桿在橫縫處出現(xiàn)裂縫，總體上大壩主體未見明顯震害[5]。沙牌壩址距汶川大地震震中36km，距龍門山后山斷裂8km，震后大壩主體完好，壩肩抗力體穩(wěn)定，僅見局部淺表塌滑[6]。類比可知，混凝土壩在地震中震損輕微，主體結(jié)構(gòu)基本完好。

針對以上勘察結(jié)果及結(jié)論分析，提出以下建議：

(1)為保證壩體抗震安全，建議上、下游面板與膠凝砂礫石層間結(jié)合處設(shè)置錨筋，并對結(jié)構(gòu)上游防滲層、壩頂、廊道等部位加強(qiáng)配筋。

(2)大壩兩岸基巖邊坡較陡，建議加固處理。

(3)根據(jù)現(xiàn)行《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51247-2018)規(guī)定，壩址區(qū)屬危險(xiǎn)地段，建議進(jìn)行大壩地震安全性的深入分析和專門論證，分析建筑物可能的破壞模式及洪水影響，制定應(yīng)急預(yù)案。

(4)東陽水庫最大蓄水深度超過50m，且有活動斷裂從大壩下游通過，因此水庫誘發(fā)地震是必須考慮的危險(xiǎn)因素，建議進(jìn)行專門的水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性綜合分析。