大桥水库主要工程地质问题分析评价大桥水库主要工程地质问题分析评价辜明清四川省水利水电勘测设计研究院勘察分院四川郫县 611731摘要：大桥水库工程地质条件复杂。

本文根据勘察、施工及运行资料，对大桥水库主要工程地质问题分析评价（区域稳定评价，水库诱发地震，副坝昔格达岩组建坝条件，“三洞”进口边坡稳定分析评价和引水隧洞围岩分类及稳定评价）为在高烈度地震区和复杂地质条件环境修建水利水电工程提供借鉴和有益的启迪无疑具有现实意义。

关键词：区域稳定、水库诱发地震、昔格达岩组、边坡稳定、围岩分类1、工程概况大桥水库工程位于四川省凉山州冕宁县境内，是安宁河流域水资源总体规划确定的第一期开发的骨干工程和龙头水库。

主要水工建筑物有：主坝、副坝、溢洪道、导流、放空隧洞、发电引水隧洞、调压井、压力管道和发电厂房。

水库正常蓄水位2020m，总库容6.58×108m3，主坝最大坝高93m，副坝最大坝高29.4m，电站装机4×2.25MW。

大桥水库于1993年11月15日开工兴建，1999年6月19日水库下闸蓄水，2000年6月28日通水发电。

2、工程区地质概况工程区内出露的岩石以印支期中酸性混染岩为主，少量华力西期辉长岩和下更新统昔格达组（Q1x）的半胶结的砂岩、泥岩。

工程区处于川滇经向构造带之安宁河断裂带北段，主、副坝、发电引水隧洞及厂房均位于安宁河断裂带之东、西支两条断裂之间。

两条断裂相距8-10km，主坝距东、西两条断裂垂直最近距离分别为1.6km和0.5km。

西支断裂被水库库水淹浸长度为5.0km，东支断裂在苗冲河支库尾段淹浸长度约2.2km（见图1）。

地震地质研究表明：第四纪以来，东、西两条断裂活动强度表现出明显的差异，西支断裂活动微弱，很少有地震活动；东支断裂在活动时空，强度上具有明显的分段性。

西昌——冕宁段为活动强烈地段；冕宁——紫马垮段（工程区所处地段）为中、强活动段；紫马垮——田湾段全新世以来活动强度较南段弱。

本工程地震基本烈度经四川省地震局复核，国家地震局审定为8度，工程设防烈度经水规总院审查批准为8.5度。

3、主要工程地质问题分析评价3.1 区域稳定评价3.1.1 断裂构造格架及安宁河断裂带的活动特征3.1.1.1 断裂构造格架特征本区处于川滇经向构造带之安宁河断裂带的北段，西部以锦屏山断裂为界，与金河弧形构造带相邻，东部与凉山坳褶断带相接。

自前震旦纪晋宁运动以来，本区经历了多次构造运动，成生和发展了以南北向构造为主体，并兼有北西向，北东向构造。

它们互相穿插交切，共同组成了以断裂构造及其所分割的断块构造为基本牲的构造格架（见图2）。

3.1.1.2 安宁河断裂带的活动特征安宁河断裂带主要由东、西支两条断裂组成。

第四纪以来，东西两支断裂活动强度表现出明显的差异，西支断裂活动微弱，很少有地震活动。

东支断裂活动具明显的分段性。

①西昌——冕宁段为活动强烈地段。

该段南起西昌西宁，北至冕宁马尿河附近，全长65Km。

段内断错地貌及晚更新世晚期以来的沉积物中断层发育。

历史地震记载，1536年段内新华曾发生一次7.5级地震，之后450余年间先后发生过6次4.7级以上地震，其中最大的一次是1952年石龙6.7级地震，说明强震活动与断裂在全新世以来的强烈活动是一致的。

1967～1984年6期地形变形观测资料表明，年平均上升速率约为2mm，其中礼州——松林间为最大上升区，年平均速率为+2（±0.39）mm，而冕宁——泸沽一带为1.64（±0.48）mm，西昌——会理一段无明显变化。

②冕宁——紫马垮段。

该段南起冕宁，北至紫马垮以北，全长40Km。

根据断层的几何形态、组合形式及活动性差异将本段分成小盐井、野鸡洞、紫马垮三个活动亚段。

段与段之间地面活动断层有明显的间距，紫马垮与野鸡洞段相隔10Km，野鸡洞与小盐井段相隔5Km。

各段内断层崖都呈规律性的组合排列，紫马垮和小盐井呈右阶羽列，野鸡洞呈左阶羽列。

这种组合型式的差异和空间的不连续性表明它们是不同的时期，不同破坏机制和不同运动方式下形成的。

垂直位移由南向北逐渐变大，由小盐井的10.02m至野鸡洞为17m，紫马垮达20m，水平位错则相反，由北而南有不断增大的趋势，小盐井达30m，野鸡洞为10m，紫马垮无明显水平位移。

古地震强度野鸡洞最大为7级，其余两段为6～6.5级。

根据各段内最新断裂破碎带物质的年龄测定资料，紫马震，小盐井两段的新断裂是最晚更新世早期的产物，而野鸡洞则是全新世中后期形成的。

③紫马垮——田湾段，该段北起田湾，南至麂子坪，全长45Km。

该断层在晚更新世中期曾有过明显的活动，并以蠕滑为主。

沿断裂带内中小地震频率高，较大的是1951年新民5.1级和1989年石灰窑5.3级地震，表明段内断裂在全新世以来活动强度较其南段弱。

3.1.3 地震危险区的划分四川省地震局根据地震危险区划分原则和方法，结合未来百年内区内地震危险性统计和预测结果，对工程区外围沿主要活动断裂圈定了四个地震危险区（见表2）。

表2 地震危险区一览表3.1.4 地震危险性分析及区域构造稳定性评价工程区位于上述四个地震危险区的长轴方向上，按西南地区地震衰减规律，未来100年内对工程区最大影响烈度为Ⅷ度，经国家地震局审定[震发防（1990）548号文]大桥水库工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

四川省地震局按已划出的潜在震源区及其震级上限，经计算给出了50年超越概率63%、10%、3%三种概率水平下的地震烈度和基岩水平峰值加速度（见表3）表3 坝址给定超越概率的地震烈度和基岩水平峰值加速度表根据区域深部构造背景，全新世以来断层活动程度及地震危险性分析成果，工程区处于石棉一冕宁次稳定区内。

坝址区内岩性单一，主要为印支期中酸性混染岩，发育不同方向的断层规模小，最长不超过2.8km，且断层活动主要是中更新世到晚更新世中。

早期，晚更新世以来已停止活动，故工程区内断裂不具备发生中、强地震的条件，在该区内修建100m左右抗震性能高的当地材料坝是可行的。

3.2 水库诱发地震评价3.2.1 大桥水库诱发地震的地质条件水库区处于大桥断陷盆地中，库水迳流来源于安宁河上游支流北径河和主流苗冲河，坝址以上控制流域面积796Km2。

根据库容和回水长度的不同，特将北径河库段划为主库段，把苗冲河库段划为支库段。

当正常蓄水位为2020m高程时，水库回水面积23.50km2，回水长度北径河主库10.5km，苗冲河支库6.05km，总库容6.58×108m3，死库容0.59×108m3。

大桥桥头至两河汇口约540m的北径河段为主库的库首段，两岸谷坡陡峻，基岩大部裸露，由辉长岩和中酸性混染岩组成，河谷呈“V”型，为峡谷地貌景观。

水库区内安宁河西支断裂（F3）呈南北向纵贯主库区，淹没长度5.0km，东支断裂（F6）在苗冲河支库尾段通过，淹没长度约2.2km。

北径河主库地形上为山间盆地，河谷开阔，最宽达3km。

库盆基岩主要为燕山期钾长花岗岩，北山关一带水库周边及库底为厚25～150m的冰水、冰三层覆盖，大桥桥头至黄坡山一带库岸为昔格达组地层。

苗冲河支库呈北东向展布，呈条带状，正常蓄水位处水面宽度，索桥至脚底段为1.0～1.3km，脚底以上至库尾段为100～300m。

右岸主要由澄江期花岗岩组成，左岸由白果湾群地层组成，索桥至马尔堡子段两岸库岸均由昔格达组地层组成。

东支断裂（F6）由野海子经苗冲河左岸向南延伸，其西侧的F8断层以北20°～30°东方向的马尔堡子和小盐井间与F6斜接。

上述条件表明：组成库盆、库底岩石为坚硬的花岗岩类，东支断裂在库区段第四系以来活动性较强，因此，从岩性条件和地震活动性均有利于水库诱发地震大桥水库库区内，库水覆盖的岩性以带节理裂隙发育的岩浆岩为主，同时在蓄水以后也淹没了安宁河东，西支断裂带的一部分。

因此，可以认为在水库蓄水后，库水的渗透情况较好，在被淹没的安宁河东，西支断裂部位，水的渗透情况会更好。

为将来水库蓄水后诱发水库地震提供良好的先决条件。

因此，从水库规模、库区构造，岩性及水文地质条件地震活动性分析认为大桥水库具备发生水库诱发地震的地质背景。

3.2.2 水库诱发地震预测分析评价库容V=6.58×108m3计算得E=3.023 Ms=5.0根据我国浅源地震震中烈度Ⅰ0与震级M的关系Ⅰ0=0.668.098.00.568.098.0==--M因此，大桥水库诱发地震震级为5级，震中烈度为6度。

3.2.2.2.2 模式识别方法用享明方法分析该水库蓄水后诱发震级Ms＜5.0；用k-近邻法对大桥水库的识别结果，为可能诱发3.0≤Ms＜5.0级的水库地震，用费歇线性分类器识别结果为大桥水库蓄水后诱发地震最大震级Ms＜5.0级。

3.2.2.2.3 灰色局势决策法对大桥水库进行决策评价表明：水库蓄水后可能诱发O≤Ms＜5.0级的水库地震。

综上所述：库坝区构造应力场的光弹模拟试验及有限元计算得出，在北西西向构造应力作用下，安宁河断裂呈出现与该断裂现今构造运动一致的特征，即以左旋走滑为主兼具倾滑的错动特征，给出了在该应力场作用下最大剪应力分布。

有限元计算还给出了考虑水的软化作用（岩石弹性模量降低20%）情况下，库区及邻区的应力场分布，由此推断，从大桥到安宁河西支断裂与野鸡洞断裂交汇处，是可能发生水库地震的地段。

从地质类比出发，讨论了大桥水库地震的可能性，划出了三个可能发生水库地震的地段，即安宁河东、西支断裂与库水直接接触段及其邻区和拟建坝址至大桥段。

采用模式模式识别法，灰色局势决策法和用水库要素综合参数估计了大桥水库水库诱发地震的震级，并根据我国浅源地震震级和震中烈度的转换关系得到相应的震中烈度，结果是震级M≤5，震中烈度和对坝址影响的烈度均为Ⅵ度，低于坝区的地震基本烈度。

3.2.3 水库诱发地震的地震监测资料分析评价根据四川省地震局水库地震研究所1999年4月20日提交的《大桥水利水电枢纽水库诱发地震监测研究报告》大桥水库遥测地震监测预测台网于1993年4月～6月开展勘选测试，7月提交了六个子台和三个中断站的定址报告，1996年4月1日正式投入测试。

大桥地震监测台网四年的本底地震观测资料分析研究认为：安宁河东支段裂的淹没段（马尔堡子——大干河地段）为可能诱发上限震级为5.5级诱震区，安宁河西支断裂的淹没段（甘家坟山——大桥地段）为可能诱发地震上限震级为4.5级的诱震区。

按震级（M）与震中烈度（Ⅰ0度）关系式M=0.66Ⅰ0+0.98计算；4级地震的震中烈度可达4.6度，4.7级地震的震中烈度可达5.6度，5级地震的震中烈度可达6度，5.5级地震的震中烈度可达7度，6级地震的震中烈度可达7.6度。

因此，大桥水库地区未来发生的水库诱发地震最高烈度为Ⅶ度。