德干断裂系的特征、活动性与地震危险性评价

夏金梧 吴世泽 朱 萌

1 水利部长江勘测技术研究所，武汉市解放大道2689号，430011

2 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉市解放大道1863号，430010

3 长江三峡勘测研究院有限公司，武汉市东湖开发区创业广场7－3－401室，430074

1 区域地质构造背景概述

金沙江乌东德水电站地处青藏高原东南部的川滇山地区，属山原峡谷地貌。区内地层岩性由基底和盖层双层结构组成，基底为元古界碎屑岩、火山碎屑岩及碳酸盐岩浅变质岩组成的褶皱，盖层仅分布有震旦系上统、二叠系下统、二叠系上统峨嵋山玄武岩、三叠系上统～第三系。各系地层中除震旦系与中元古界明显角度不整合外，其他多为平行不整合。乌东德水电站位于扬子准地台西部所属康滇地轴（又称康滇台背斜）中南部，区域构造格架以南北向断裂为主，自西向东主要有程海断裂、磨盘山－绿汁江断裂、安宁河断裂、汤郎－易门断裂、普渡河断裂、小江断裂等，这些断裂规模大、切割深，控制本区沉积建造、岩浆活动以及构造变形的发生和发展。

区域地震活动主要受“川滇菱形块体”现代断块构造活动格局的控制。“川滇菱形块体”边界地震活动强烈，块内地震相对较弱。以坝址为中心、半径约200km 范围内，公元624年至今共发生6级及以上地震46次，其中7级及以上地震11次，最大为1833年的嵩明8级地震。强震活动主要受近南北向断裂控制，呈带状分布。沿德干断裂带东缘与北东向断裂交汇的淌塘～鹿鹤间分别于1947年、1988年发生过5.5级、5.4级地震。

2 德干断裂系特征

在乌东德水电站坝址附近，NNE－近SN 向的断裂为主断裂，该组断裂自西而东依次为青草坪断裂、马鹿塘断裂、裸佐断裂、马店断裂、鹿鹤断裂等。大比例尺遥感解译和现场调查表明，青草坪断裂和马鹿塘断裂仅被限制于三叠系地层内，未错断三叠系以上更新地层，且不控制华力西期玄武岩分布，其构造演化历史、规模、活动性等与裸佐断裂、马店断裂、鹿鹤断裂有较明显差异。在乌东德坝址区附近，以倮佐断裂为主体，由倮佐、马店、鹿鹤3条断裂斜列组合而成的这组断裂称为德干断裂系，而青草坪断裂和马鹿塘断裂并不属这一断裂系统［1］。

乌东德坝址附近以德干断裂为主体的近南北向断裂组和以通安－落雪断裂为代表的近EW 向断裂组构成本区基本构造框架。由于德干断裂系规模巨大，其断裂展布特征、活动性及地震危险性对场址区构造稳定性评价具有重大影响，一直以来是各方研究和关注的重点。

德干断裂系北起四川宁南安乐，与则木河断裂斜接，向南经拉马、倮佐、新马和淌塘、德干而止于云南禄劝团街，全长约120km（图1）。总体走向NNE，南宽北窄，略似“帚状”且局部扭曲成弧形，在扭曲处产生横向断层。菜家坪子（麻塘）断裂以北，呈左阶斜列展布，向南逐渐散开成数条支断裂，剖面结构呈叠瓦状。该断裂系形成于华力西～印支期，就深部构造而言，应属普渡河断裂的北延部分。燕山期活动较强烈，对本区中～新生代断陷盆地起明显的控制作用，断裂带错断的最新地层为中更新统，带内分布有不同时代、规模不大的超基性、基性、中基性和酸性岩体，其西有玄武岩分布。

图1 乌东德水电站近坝区主要断裂分布Fig.1 Distribution map of main faults near the dam area of the Wudongde hydropower station

2.1 倮佐断裂（F7－1）

裸佐断裂为德干断裂系中的主干断裂，其北端与NE向菜园子－麻塘深断裂交汇于糖房附近，向南经赵家村、倮佐、新马、梅子箐、五家村，在羊棚子南过金沙江，经普德米、德干，止于绿劝县团街附近，全长约120km［2］。依据断裂的结构、构造差异，其可分为南、北两段。倮佐以北为北段，由一组紧密排列的逆掩断层组成，带长22km、宽2km，总体走向NE15°，倾东，倾角40～60°。断裂错断元古界～上白垩统，在倮佐附近震旦系或二叠系逆掩于侏罗系或白垩系之上，水平断距达1 600m。倮佐以南为南段，由4条近等间距排列的逆冲断层组成，宽2～4km，走向NW330°～NE30°，断裂错断更新统地层，断裂线性地貌醒目，断裂破碎带由碎裂岩系、断层泥和挤压透镜体等组成。

该断裂在近场区延伸约32km，走向NE25°左右，大体SE 倾，局部走向NW315°～340°、NE倾，距乌东德坝址最近处约2km。沿断裂其产状、规模、组构等存在差异，根据其几何特征、结构、组成、活动历史等，可将其从北到南分为5段：葡萄村－倮佐段、倮佐－梅子箐段、梅子箐－窝塘地段、窝塘地－新村段、新村－出水坪段。

1）葡萄村－倮佐段。该段长约3.3km，发育于中元古界会理群落雪组（Pt2l）、震旦系上统观音崖组（Zbg）与白垩系上统赵家店组（K2z）之接触带上，倮佐一带白垩系上统赵家店组与二叠系中统阳新组（P2y）呈断层接触。该段断裂近南北走向，仅在葡萄村一带转为NE20°、E 倾，断裂带无分支，亦无其他断层切割错断。东盘地形陡峻，达60°～70°，西盘相对平缓，一般20°～40°。喜山期近EW 向挤压活动导致E 盘中元古界、震旦系灰岩、白云岩强烈挤压逆冲于上白垩统之上。本段由于东盘强烈逆冲而导致倮佐大山和高科大山剧烈抬升，崩坡积物覆盖严重，在工程区以北的赵家村小河沟可见其出露（图2）。此处断面E 倾，产状96°～100°∠79°，断裂带宽约18m，内部小构造特征明显揭示断裂挤压逆冲活动的存在。

图2 赵家村麻栗树倮佐断裂地质剖面Fig.2 Geological profile map of Luozuo fault in Malishu of Zhaojia village

2）倮佐－梅子箐段。该段长约5.5km，断裂走向自北向南由NW320°渐转为NW350°左右，NE倾，倾角45°～50°。断裂带较复杂，倮佐变电站以北分为两条近于平行的断层，有3条NE 向断层将其左行错断，平错距离30～130m；倮佐变电站以南又合并为一条，但规模较大，本段地表多处可见断裂出露。

在倮佐变电站可见NE盘二叠系上统玄武岩逆冲于西盘白垩系上统碎屑岩之上（图3），断裂带宽约65m，由断层角砾岩组成，断层角砾0.5～15cm，次圆状，胶结较差，白垩系砂岩角砾与玄武岩角砾混杂，带内发育3组劈理，分别揭示断裂曾经历了早期右行张性正断活动和晚期左行挤压逆冲活动。在倮佐至新马的垭口处（图4），该断裂破碎带宽达90m，东盘中元古界会理群千枚岩逆冲于西盘白垩系砂岩之上，有两条断层呈叠瓦状产出，东侧主断面E 倾，产状72°∠62°，西侧次级断面90°∠25°。断裂带中可见断层角砾岩带、挤压片理带、碎裂岩带等，其构造现象反映断裂曾经历了早期张性正断和晚期挤压逆冲两次活动。

以2016年陆上计，原油采出程度为78.1%，相应的含水率达87.7%，单井平均日产量由2000年的56吨降到2016年的23吨。中国已开发油田整体上看已进入“两高一低”的状态。剩余可采储量品质的持续降低使开发难度增大、成本趋升。

图3 倮佐乡变电站附近倮佐断裂地质剖面Fig.3 Geological profile map of Luozuo fault near transformer substation of Luozuo country

图4 倮佐－新马垭口倮佐断裂地质剖面Fig.4 Geological profile of Luozuo fault near saddle back of Luozuo－Xinma

3）梅子箐－窝塘地段。该段长约6.2km，主要展布于二叠系中统阳新组（P2y）、二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3em）灰绿色玄武岩、侏罗系下统益门组（J1y）碎屑岩及侏罗系中统牛滚凼组（J2n）碎屑岩之接触带上。总体走向NE10°～30°，平面展布变化较大，局部呈NW350°，E 倾。断裂带由2～3条分支断层组成，无其他方向断层切割错断，一般宽约200 m，在雷家湾、白泥塘一带可达1 200 m。其断裂地貌明显，东盘地形陡峻，可达45°～65°；西盘相对平缓，一般20°～40°。喜山期近EW 向挤压活动导致东盘二叠系、震旦系灰岩、白云岩强烈挤压逆冲于侏罗系之上。

4）窝塘地－新村段。该段长约3.5km，主要分布于中元古界会理群天宝山组（Pt2tb）、侏罗系下统益门组（J1y）及侏罗系中统牛滚凼组（J2n）之接触带上。总体走向0°～NE10°，较稳定，E 倾，断裂带无分支现象，亦无其他方向断层切割错断。断裂在遥感图像和地貌上均表现明显，东盘地形陡峻，西盘相对平缓。喜山期近EW 向挤压活动导致东盘中元古界变质岩强烈挤压逆冲于侏罗系之上。

5）新村－出水坪段。该段长约13.5km，主要错断中元古界会理群天宝山组（Pt2tb）、落雪组（Pt2l）、震旦系、二叠系中统阳新组（P2y）、二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3em）、三叠系及侏罗系下统益门组（J1y）等大量地层。总体走向近NE20°，平面展布变化较大，局部NW350°～NE40°，E 倾。断裂带由2～3条分支断层组成，无其他方向断层错断，展布宽达400～1 400m，在遥感图像及地貌上表现明显，东盘地形陡峻，可达40°～70°；西盘相对平缓，一般20°～40°。断裂在龙公得一带以170 m 的断距左行断错早期的近EW 向断裂。

2.2 马店断裂（F7－2）

马店断裂为德干断裂系东缘分支，北端与NE向菜园子－麻塘断裂交汇于寨排附近，往南经马店、拉马、下野租，止于干塘子，全长约20km，总体走向NE20°，NW 倾，具高倾角逆冲性质，错断最新地层为下白垩统。下野租至裤裆梁子，发育河流袭夺、断层残山和槽谷等第四系活动构造地貌。该断层破碎带具压扭结构，由碎裂岩、角砾岩和断层泥等充填组成。如会东县拉马乡公路旁所见断层剖面（表1），震旦系白云岩逆冲于二叠系玄武岩之上，断裂破碎带总宽度达250m，由6条断层组成，规模巨大。主断面产状302°∠64°，构造角砾岩带宽40 m，内部劈理、节理等次级结构面发育，均反映逆冲活动性质。往NW 方向依次出露5条次级断层，断面产状300°～315°∠70°～75°，与主断面近于一致，但较陡，单条断层宽度一般数m～20m，规模相对稍小，内部劈理发育，揉皱、牵引现象普遍，揭示了早期张性正断和晚期逆冲压扭两次活动特点。

2.3 鹿鹤断裂（F7－3）

鹿鹤断裂为德干断裂系的东缘断裂，北起下野租，南经淌塘、文家村、鹿鹤，越过金沙江后止于则黑以西，全长约40km。北段走向NNW，倾向SW 或NE，倾角70°左右；南段走向NNE，倾向SE或NW，倾角80°以上。由数条次级断层组成，呈逆冲挤压性质，宽达2.8km。沿断裂带的东西向山脊左旋断错约300 m，对应的宋家村等3条溪流也呈现120～300m 的左旋扭矩。鹿鹤村附近断裂切错二叠系灰岩，破碎带宽约100m，主要由碎裂岩组成，断层泥少见。

沿断裂其产状、规模、组构等存在一定的差异，可将其分为2 段，即黑家村－文家村段、文家村－普福段。

1）黑家村－文家村段。该段长约16km，东、西两盘分别为中元古界会理群落雪组（Pt2l）与青龙山组（Pt2ql），走 向NW340°～0°，E倾，倾角70°。断裂带较复杂，在照壁山一带以30°左右的大角度分支出两条次级断层，在拖落一带被一条NE向小断层左行错断，在遥感图像和地貌上均表现明显。落雪组挤压逆冲在青龙山组地层之上。本段残坡积覆盖严重，地表少见主断层天然露头，仅在雪山乡破房对岸小沟中出露，产状80°∠70°，在照壁山附近倮佐－淌塘公路上，其次级断层出露完好（图5）。该处所见断层发育于中元古界落雪组变质灰岩中，由两条相距约100m 的小断层组成，东侧破碎带宽约7 m，主要为碎粉岩，断面产状100°∠80°，波状起伏，其中发育3组劈理，分别反映逆冲和张性正断两次活动。次级小裂面产状100°∠33°，亦揭示张性正断活动的存在。西侧断层产状100°∠66°，断面平直，破碎带宽约10m，其中具强烈定向的碳化构造岩带宽4 m，内部透镜体发育，方解石脉压扁拉长现象明显，并发育方解石透镜体，角砾岩带宽4 m，角砾钙质胶结，胶结较好；碎裂岩带宽2 m，发育两组劈理，同样反映逆冲和张性正断两次活动。

图5 鹿鹤断层在照壁山垭口处露头Fig.5 Geological profile map of Luhe fault near saddle back of Zhaobishan

鹿鹤乡政府所在地西侧约80m 左右公路边（高程1 960m），鹿鹤断裂表现为宽近100 m 的破碎带，该断裂带露头大部被第四系残坡积物所覆盖而难以观察；在附近采石场，见到该断层的典型剖面（表1中剖面示意图），表现为一系列宽约10cm 的破碎带，断层面粗糙。从断裂带中发育的两组结构面性质及切割关系来看，鹿鹤断裂晚期至少有两次活动：早期有压扭性，倾向W、NW；后期为张性，倾向E。

鹿鹤断裂在撒营盘－则黑公路32～33km 里程碑附近（高程2 570 m）表现为南北向槽谷，槽谷宽40～50m。该点西为二叠系阳新组石灰岩，产状为230°∠30°；东为二叠系玄武岩，风化后呈土黄色粘土状。

3 断裂活动性研究

3.1 倮佐断裂

倮佐断裂规模大、断裂破碎带宽，主要由碎裂岩、断层角砾岩、断层泥组成，主断层带中多见挤压透镜体。沿线地貌显示十分醒目，但未见水系跌坎、扭折等现象。沿断裂未记录到中强地震，小于3级的地震线性排列不明显。同位素测年结果表明，该断裂在中更新世晚期有过较为明显的活动。断层泥中石英显微刻蚀形貌特征（SEM）判断，该断裂经历的活动方式既有粘滑又有稳滑运动，其最新活动年龄为Q2早期，断层主要活动期应为N2晚期～Q2早期，综合判断该断裂为中更新世断裂（表1）。

3.2 马店断裂

马店断裂为德干断裂系东缘的一条分支断裂，规模较小。断裂错断最新地层为下白垩统。在下野租至裤裆梁子一带发生河流袭夺与左旋同步转折，沿断裂带可见断层残山和槽谷等构造地貌。沿断裂未发生过中强地震，小于3级的地震罕见，且线性排列不明显。

断层泥热释光年龄为（30.52±1.52）×104a。测年结果表明，该断裂在中更新世中、晚期有过较为明显的活动。断层碎屑物中石英显微刻蚀形貌特征（SEM）反映，断裂经历的活动方式既有粘滑又有稳滑运动，其最新活动年龄为Q1晚期～Q2早期，断层主要活动期应为N2～Q2，综合判断该断裂为中更新世早期断裂。

3.3 鹿鹤断裂

鹿鹤断裂位于德干断裂带东缘，由数条次级断层组成，呈逆冲挤压性质，宽达2.8km。沿断裂带的东西向山脊左旋断错约300 m，对应的宋家村等3条溪流也呈现120～300m 的左旋扭距。鹿鹤村附近，断裂切错二叠系灰岩，破碎带宽约100m，主要由碎裂岩组成。在淌塘，断裂出露于元古代千枚岩、板岩间，局部可见断层泥。上覆的冲洪积扇在断层经过地带形成陡坎，并发育串珠状洪积扇，断层控制水系发育不明显。

近场区记录到3次破坏性地震，其中有2次表现为原地重复，即1947－06－07的淌塘5.5级地震和1988－04－15鹿鹤5.4 级地震。地震的发生受南北向区域性断层控制，但发震构造应为NE、NW 向断裂，发震部位可能位于这几组断裂的交汇处。沿鹿鹤断裂，有小于3级的地震发生且呈线状分布。

断层泥样品热释光测年结果（（17.1±1.4）×104a）表明，该断裂在中更新世晚期有过较为明显的活动。断层泥和断层碎屑物样品中石英显微刻蚀形貌特征（SEM）反映出，断层活动方式以粘滑为主兼有稳滑运动，断层主要活动期应为N2～Q1。综合判断，该断裂活动年龄为中更新世晚期。

4 断裂地震危险性评价

限于篇幅，本文仅对各研究断裂进行地震危险性的确定性评价。

地震危险性分析的确定性方法主要有基本烈度鉴定法、地震构造法和历史地震法，后两者主要是针对地震安全性评价为Ⅰ级的重要工程建设项目（如核电站）中的主要工程，而对于Ⅱ级地震安评的水电站工程主要采用基本烈度鉴定法。

基本烈度鉴定法遵循两条原则：1）历史重演原则，历史上发生过的地震，将来还可能再次发生；2）构造外推原则，在同一地质构造条件下可能发生同样强度的地震。研究表明，德干断裂系中各条主要断裂在中更新世前有过明显活动，晚更新世以来活动性不明显或明显减弱，各断裂均不属于活动断裂，更不是发震构造。但该断裂带东缘与NE向断裂交汇的淌塘－鹿鹤间分别于1947年 发 生 过5.5 级地震、1988年发 生 过5.4 级 地震。一般情况下，6级以下中强地震与断裂构造相关性较差，不能明确确定发震构造，但统计资料表明，本区相当数量的中强地震亦受到南北向区域断裂的控制，其发震部位可能与NW、NE 向活动断裂交汇有关。因此，重复发生在德干断裂带东缘附近的两次中强地震，与德干断裂也有一定关系。

表1 德干断裂系各断裂带物质测年一览表Tab.1 Geochronological study table of every fault in deccan faults

从更大的区域范围来看，德干断裂系应归入普渡河地震构造带，统一划归普渡河潜在震源区。场址地震安评报告认为，该潜在震源区主要受普渡河断裂活动影响，其震级上限为6.5级①云南省地震工程研究院.金沙江乌东德水电站工程场址地震安全性评价报告［R］.1999。

综合分析认为，在极端情况下，德干断裂系中各主要断裂的最大地震震级均在6.0级及以下，其中倮佐断层为6.0级，马店断层、鹿鹤断层等在5～5.5级之间。这一结论与场址地震安评报告中的结论基本相符。

5 结 语

1）德干断裂系主要由分布于乌东德坝址东边的倮佐断裂、马店断裂、鹿鹤断裂等一组逆冲断层组成，其主干断裂为倮佐断裂，全长约120km。断裂带总体走向NNE，南宽北窄，向北收敛，向南呈“帚状”撒开成5～6条分支断裂平行展布，展布宽约6km。

2）断层构造岩均为脆性变形所产生的碎裂岩系，构造岩一般胶结较好。断裂带内各种次级组构表明，该断裂系在新构造时期存在多次构造活动，且随时间推移其活动强度由强变弱。

3）断层物质SEM 鉴定和同位素测年表明，德干断裂系断裂活动年代为上新世晚期～早更新世或中更新世（N2～Q1、Q2），最新中更世晚期（Q23）有过明显活动，断层运动方式为粘滑兼有稳滑，晚更新世以来活动不明显。

4）综合分析认为，德干断裂系中各主要断裂的最大地震震级在6.0级，其中倮佐断裂为6.0级，马店断裂、鹿鹤断裂等在5～5.5级之间。

［1］夏金梧，周乐群，姬俊虎.乌东德水电站坝址区断裂构造研究［R］.武汉：水利部长江勘测技术研究所，2013（Xia Jinwu，Zhou Lequn，Ji Junhu.Study of Fracture Structure in the Dam Area of Wudongde Hydropower Station［R］.Wuhan：Yangtze Institute of Geotechnique ＆Survey，Ministry of Water Resources，2013）

［2］姬俊虎，夏金梧，李书.乌东德水电站场址区倮佐断裂研究［J］.绿 色大世界，2009（1）：40－43（Ji Junhu，Xia Jinwu，Li Shu.Study of Luozuo Fracture in the Dam Area of Wudongde Hydroelectric Power Station［J］.Journal of Green Great World，2009（1）：40－43）

［3］胡津贤.地震安全性评价技术教程［M］.北京：地震出版社，1999（Hu Jinxian.Tutorial of Seismic Safety Evaluation［M］.Beijing：Seismological Press，1999）