雅拉河隐伏断裂活动性研究

2012-12-19谷江波曹建平张运达周四春

水电站设计 2012年4期

谷江波，曹建平，张运达，周四春

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072；2.成都理工大学，四川成都 610059)

1 前言

雅拉河断裂北西起于乾宁—丹巴公路二道班，向南东经垭日阿措、新店子、中谷、热水塘、王母、雅拉乡至康定跑马山以南消匿，全长约73km，断裂走向N30°～40°W。该断裂为鲜水河断裂带的一条分支断裂，与主干断裂近于平行展布。

活动性的断裂带是未来地震的震源，也是崩塌、滑坡等地质灾害的发源地。例如，1973年炉霍7.6级地震时, 沿鲜水河断裂产生长达90km的地面破裂带, 并出现3.6m的左旋位错[1]。隐伏断裂的活动性研究是一个比较复杂的问题，目前还缺乏十分有效的解决方法。

雅拉河断裂是一条经过综合地球物理探测手段验证的隐伏断裂构造，沿着雅拉河展布，对雅拉河隐伏断裂的活动特性，特别是晚更新世以来的活动性进行研究是水电建设的重要课题。因为处于隐伏断裂活动带的河段不能建坝，更不能布置重要水工建筑物，它严重影响全流域梯级布置方案的选取，故研究隐伏断裂带的存在与性质，对水电规划枢纽建筑物的布置具有十分重要的意义。由于雅拉河断裂空间展布范围大，而展布范围地表基本上被堆积物覆盖，断裂带露头甚少，要确定这条隐伏断裂的活动性存在着很大的困难。因此，需采用综合分析的手段对其活动性开展研究。本文仅对位于四川康定雅拉河河段的雅拉河隐伏断裂进行研究。

2 活动地貌特征

雅拉河Ⅰ～Ⅲ级阶地普遍发育，属于多级河流阶地可以间接反映新构造间歇性抬升运动的地貌特征；而在江达沟口雅拉河呈一拐弯状，可见水系扭曲也是新构造运动的表现。另外雅拉河上游规划河段右岸冲沟水流均向雅拉河下游弯折(见图1)，水系的同步转弯、汇流和分叉点的大体线状分布，也常与新构造运动有关[2]。

图1 雅拉河断裂带空间展布位置示意

据野外调查研究，雅拉河断裂新活动在地貌上的表现主要有断层陡坎、边坡脊、断错洪积扇及倒石锥等现象，在平面上具有断续延伸的特点，具存在由北西向南东新活动形迹逐渐减弱的趋势。

3 覆盖层断面活动特征

在康定王母村，一条冲沟由东至西注入雅拉河，形成有两级冲洪积台地。王母村位于一级冲洪积台地上。雅拉河断裂从二级冲洪积台地上通过时，形成有断层断坎。此处断裂分为两支：主干断裂形成的反向断层陡坎高约4～5m，坡度仅10°～20°，具明显的后退特征；次级断裂为一正向断层陡坎，高约0.4m，基本上未受外动力作用改造，似一次地震地表破裂[2]。在两条断层陡坎之间为断塞塘，现今仍然富水。

探槽横跨次级断裂，呈N80°E方向，长约2.5m，深0.5～1m。揭示出的地层层序由老而新为：①灰绿色块碎石层：以块碎石为主，中粗砂充填块碎石间隙，不具层理，为Ⅱ级冲洪积扇顶部沉积；②灰绿色黏土层：具水平层理，层厚20～30cm，厚度较稳定；③灰黑色黏土层：具水平层理，向西尖灭；④褐黄色块碎石夹细砂层：呈由东向西逐渐尖灭态势，无层理，估计为断坎坡面沉积物；⑤表层腐殖土层：呈灰黑色，夹杂植物根系，另夹数条黑色泥炭层，底部14C年龄值为A.D.1 380±60a。探槽仅揭示出一次地震事件，地震断层已将①～⑤层全部错断而达地表，显然应是一次距今时代最近的地震，大致与⑤层底14C年龄相当，即为A.D.1 380±60a。探槽断面素描见图2。

4 平硐断面活动性特征

在木格措电站厂房附近通过的雅拉河断裂带内的分支断裂在CPD01平硐内有良好的揭露。断裂发育于硐身桩号：0+15～0+050m段的中三叠纪杂谷脑组(T2z)浅变质砂板岩地层内，主要由两条主断裂组成，另发育有一些小的破裂面。主断裂的破碎带宽度为9m和4.5m，主要由构造角砾岩、碎裂岩、碎裂石英脉体和断层泥等组成，显压性特征。断面产状为SN/W∠70°，发育有厚度不等的断层泥。断层泥厚度分别为5cm、3cm、3cm和10cm，累计厚度21cm。在其中的两条断面上可以见到倾伏角为10°和35°的断层擦痕，表明了断裂左旋剪切运动性质。断面上断层泥的TL年龄值为220 300±16 700a和302 800±22 700a，表明断裂的最新一期活动时间在中更新世。平硐下游侧壁取样素描见图3。

图2 探槽断面素描

5 物化探探测资料活动性分析

5.1 射气测量

岩石中都有背景级含量的U，射气(氡气)则是U的气态衰变产物。它能够通过地下水或沿着基岩的断裂构造等结构面从地下深处运移到地表，所以在断裂带的上方常常存在着氡异常。隐伏断裂的活动性强弱可以通过断裂上方的射气异常衬度(异常值与背景值的比值)大小体现出来。这是因为活动性强的地层往往形成较新鲜的破碎带，使得岩石中的氡更容易析出，存在较强的氡气源，致使地表射气异常明显；而在活动性较弱的断裂带，早期的破碎带已经胶结，氡的析出率相对较弱，地表的射气异常衬度也较小。另外，伴随断裂的剧烈活动，往往在断裂

图3 雅拉河右岸CPD01平硐下游侧壁取样素描

形成的通道中存在较强的上升气流，它对来自深部的氡及其母体的携带量要高于稳定断裂，所以在活动断裂上方，氡的迁移量也较大，表现为较高的射气异常衬度。因此，通过探测地表氡异常，并与以往不同类型断层的地气测量数据进行比较，可以对雅拉河断裂的活动性作初步的判断。

竹瓦铺—彭县隐伏断裂带位于郫县和彭州境内。据四川区调队有关资料，该断裂埋深在500m左右，是龙门山山前推覆构造带的组成部分，在“5·12”地震前活动性不强。表1列出了该断裂与雅拉河断裂上探测的射气测量结果。考虑到射气是受多种影响因素的物理参数，为减少有关影响，增加可比性，表1列出了两个地区断裂上方测量的异常地段的“异常值”与“异常衬度”。

表1 不同隐伏断层上射气测量数据

比较竹瓦铺—彭县断裂和雅拉河断裂的射气测量结果，前者的射气异常衬度在2～8范围内，而雅拉河断裂上的射气异常衬度普遍高于前者，多条测线的最大异常衬度超过17，是前者最大异常衬度的两倍以上。这体现出雅拉河断裂的活动性较强。

5.2 地气测量

地球内部普遍存在着一种垂直上升的气流，这些气流在向地表迁移的过程中，会携带走迁移路径上以纳米颗粒尺寸形式存在的固体颗粒，形成含有多种元素的地气流。断裂的存在，会为地气的迁移提供便利。因此，在断裂的上方，地气量将大于其他地区，地气中很多元素的含量会明显高于背景值。研究表明，在断裂上方，稀土、Zn、Pb等元素会出现异常。为此，通过捕获测点上的地气物质，分析其中以10-9～10-12含量级的前述元素，提取多元素异常，就可以为断裂活动性提供依据。

通过比较以下隐伏断裂：竹瓦铺—彭县断裂、彭县—江油大断裂的分支隐伏断裂以及四川宣汉气田环状隐伏断裂(数据均为“5·12”地震前所测，在“5·12”地震前活动性均不强)，可以为雅拉河断裂的活动性推测提供参考。表2列出了不同地区隐伏断裂地气测量元素衬度对比。可以看到：对于活动性不强的比较断裂上，La、Sm、Zn、Au的异常衬度普遍较弱，一般在2～4之间，最大不超过8；而在雅拉河断裂上，多条测线上的多个元素的异常衬度大于3，最大衬度值几乎都超过了比较断裂，其中以Zn的异常最明显，最大衬度值达到了42.9，说明雅拉河断裂上方Zn的迁移量远高于背景区域。综合分析，雅拉河断裂上方地气中多种元素(包括造岩元素和重金属元素)的异常明显，这很可能是该断裂活动性强的表现。