大朝山水电站区域构造稳定及水库诱发地震分析

大朝山水电站区域构造稳定及水库诱发地震分析 王昆 ,杜世民 ( )国家电力公司昆明勘测设计研究院 ,云南 昆明 650051 Ξ 摘 要 : 文章对大朝山水电站的区域地质环境条件作了概述 ,分析 、论证枢纽区及库区的区域构造稳定性 ,对水库诱发地震的可能性 作了分析 、评价 。 关键词 : 区域构造 ;水库诱发 ;工程地质研究 ;大朝山水电站 () 中图分类号 : P31519 ; P548 文章编号 : 1006 - 3951 200104 - 0017 - 05 文献标识码 : B ,是本区地层和岩性建造的重要特征 。程度变质 1 区域工程地质简况 晚古生代以来 ,区内岩浆活动明显加剧 ,受构造控 本区位于横断山脉南段 ,区内地形复杂 ,水系发 明显 ,岩浆活动主要有华力西晚期 ———印支期 、燕 育 ,切割强烈 ,沟谷纵横 。山脉 、水系走向和山间盆 期和喜山期三个活动期 ,其活动强度由强变弱 ,规 地分布 均 受 构 造 控 制 。大 致 以 无 量 山 山 脉 四 麓 为 由大到小 。呈南北向展布的巨大酸性侵入岩基云 界 ,东 、西两区地貌景观回然不同 。东区山脉 、水系 ———临沧花岗岩体 ,就是华力西晚期至印支期的是呈北北西 ———南南东向延伸 ; 西区则大致呈南北 物 。向分布 。 由于在漫长的地质历史发展过程中 , 经历了 总 观 地 势 , 北 高 南 低 , 最 高 峰 大 雪 山 高 程 次构造变动 ,致使区内中生代以前地层普遍发生 3 42916 m ,一般高程在 2 000,2 800 m 。澜沧江河谷 不同程度的变质 ,并呈有规律的带状分布 ,自西往 纵贯测区中部 ,坝址处谷底高程约为 805 m ,谷峰相 分别为黄李子桥 ———曼毫变质带 、澜沧江变质带 对高差在 1 500 m 以上 ,最大达 2 640 m ,呈现强烈切 无量山变质带 。割的侵蚀 ———构造高中山峡谷地貌景观 。 新构造运动的间歇性抬升 , 导致形成多级剥夷 2 区域地质构造条件面 ,其高程分别为 2 600,2 700 m ,2 360,2 460 m , 本区的地质构造格局由经向构造体系和北北 1 960 ,2 060 m和 1 700 ,1 800 m 。其中 ,以中间两 级剥夷面的分布相对较广 。高程 1 700 m 以下 ,澜沧 向歹 字 型 构 造 体 系 复 合 构 成 。以 安 乐 ———勐 片 江下切速率加快 ,河谷明显变窄 ,多呈陡峻的“V”型 ———大井一线为界 ,西侧为经向构造体系分布区 , () 峡谷 。 侧属于歹字型构造体系 见图 1。 经向构造体系区内出露的地层有 成生于晋宁运动 。经历了多期 :元古界澜沧群变质岩系 ,零 星分布在测区西部 ;下古生界无量山群变质岩系 ,分 造运行的改造 、演化 。歹字形构造体系雏形始于布在测区东北部 ,构成无量山脉主体 ; 上古生界仅出 江运动 ,它的成生和发展受到了经向构造体系的 约 。两者 在 安 乐 、永 秀 一 带 呈 斜 接 复 合 关 系 ; 在 露二叠系砂板岩 、千枚岩 、灰岩及煤线 ,沿澜沧江河 谷呈近南北向带状分布 ;中生界三叠系缺失下统 ,中 县 ,经向构造体系的北东向明显限制了歹字形构 统忙杯组和上统小定西组的酸 ———基性火山岩系广 体系向南东方向发展 。 泛分布于澜沧江河谷 ; 株罗系和白垩系红层则广泛 211 经向构造体系 分布在澜沧江河谷以东地区 ,西部仅零星出露侏罗 经向构造体系展布在测区的中部和西部 , 属 系 ;新生界地层主要分布于勐统 、景东 、云县 、临沧等 西经向构造体系成分 ,主体由澜沧江褶断带和云 新生代断陷盆地中 。 ———临沧花岗岩体组成 。 () 1褶皱 : 区内褶皱强烈 ,褶皱有以三叠系地区内岩浆的多期强烈活动和部分地层发生不同 Ξ 收稿日期 : 2001 - 09 - 20 () 作者简介 : 王 昆 1966 - ,男 ,云南曲靖人 ,高级工程师 ,主要从事水电工程地质和岩土工程工作 。 等 。 212 歹字型构造体系 歹字形构造体系分布在安乐 ———勐片街 ———大 井以东地区 ,属青藏滇缅印尼歹字型构造体系中部 东支成分 ,由大致平行的北西向褶皱和压扭性断裂 组成 。 褶皱主要是无量山复背斜和位于其东侧的邦迈 ———勐统街复向斜 。前者范围基本上与无量山山脉 相吻合 ,褶皱地层为下古生界无量山群 ; 后者位于无 量山复背斜东侧 ,中 、新生代地层卷入了褶皱 。 主要断裂自西向东有 : 安乐 ———大井断裂 、无量 山断裂和川河断裂 。断裂均呈北北西向展布 , 断裂 面倾向东 ,挤压强烈 ,破碎带宽 100 ,300 m ,右旋压 扭 ,挽近期活动明显 。 3 工程区地震基本烈度及地震动参数 311 地震危险区划分 根据本地区地震构造条件 、深部构造条件 、地震 活动标志和未来百年地震活动趋势分析结果 ,对工 程有影响的地震危险区主要有澜沧 715 级地震危 区 、耿马 7 级地震危险区 、云县 7 级地震危险区 、景 ()东 6 级地震危险区和大寨 6 级地震危险区 见图 2 图 1 大朝山水电站区域构造纲要图 澜沧江复背斜位于测区中部 ,轴迹与澜沧江河谷 近于一致 。在褶皱核部由二叠系地层构成 , 出露在 澜沧江河谷 ,翼部由三叠系中 、上统及侏罗系 、白垩 系地层构成 。背斜由于受到与轴向大致平行的区域 性的澜沧断裂和忙亚断裂的切割 ,核部破坏严重 ,地 层缺失较多 ,两翼出露地层也不尽一致 。 次级褶皱 图 2 大朝山水电站坝区外围地震危险区分布图 自西向东有马房向斜 、高山村向斜 、张 导山向斜 、保甸街向斜 ,龙虎山向斜和郭家山向斜 ; 31111 澜沧 715 级地震危险区 工程区内还有褶皱范围更为狭小的王家地向斜 、堂 该区展布于黑河断裂带和澜沧江 ———勐遮断裂 尚村向斜和大扁山向斜 。 带分布范围 ,距坝址约 110 km 。地震活动水平高 ,勐 () 2断层 : 区内不同序次 、不同级别的断层较发 海在 1941 年和 1950 年曾两次发生 7 级地震 ,1988 年 育 。规模较大的区域性断裂 ,破碎带宽几十米至二 11 月 ,耿马 、澜沧又分别发生 712 级和 716 级地震 百米 ,力学性质几经转化 ,沿断裂多有岩浆岩侵入和 31112 耿马 7 级地震危险区温泉分布 ,现有不同程度的活动性 。主要断裂自 危险区主要沿南汀河断裂西支展布 , 分布范围识 ,并据此确定了工程区地震基本烈度 。 () ,距坝址约 60 km 。大致与孟定 ———勐简盆地吻合 1根 据 地 震 活 动 性 分 析 , 坝 址 所 在 的 澜 沧 该区 地 震 强 度 大 , 频 率 高 。在 耿 马 富 等 寨 , 除———萨尔温江地震带在今后百年中可能出现两次 1941 年 5 月 16 日发生的 7 级地震外 ,历史上还有过 跃期 ,震级可达 7 级或更大 。 多次古地震事件在原地重复 ,总水平位移达 40 m ;在 () 2根据地震活动性的统计预测 ,未来百年中 勐撒盆地 ,有古地震变形带 ,分析至少有 2,3 次古 缺 6 级地震 14 次,15 次 ,615 级地震 6 次,9 次 地震在原地重复 ,其形变带长达 8 km ,断层崖高10, 级以上地震 4 次,6 次 。根据平稳马尔科夫过程 () 25 m ,揭露的最大垂直断距为 115 m ,震级达 715 级 。,发生 6 级以上 包括 7 级地震的概率为 100 % 算 31113 云县 7 级地震危险区() 3在第三代地震烈度区划图中 ,本区本底地 分布范 围 大 致 为 现 今 云 县 盆 地 , 距 坝 址 约 55 为 6 级 ,故有发生 6 级地震的可能 。km 。 () 4对坝区的影响主要来自外围几个地震危 该区尚未发现大于 417 级的地震记录 , 将其定区 。根据它们与坝址的距离和烈度衰减规律计算 为 7 级地震危险区的主要理由是 :澜沧 、耿马 、云县地震危险区对坝区的影响为 ? 度 () 1在地震构造上 ,盆地被南汀河断裂带东 、西 景东地震危险区对坝区的影响为 ?度 ; 大寨地震 支断裂夹持 ,第四纪活动一直强烈 ,地震地质条件与 险区距坝址最近 ,相距仅 5 km ,其影响烈度为 ?度 己发生过 7 级地震的耿马富等寨相似 。虽然只有大寨地震危险区的影响烈度为 ? 度 () 2盆地中的朱家村己发现震级为 7 级的古地 但考虑到本区本底地震为 6 级 ,大寨河断裂又是 震遗迹 ,并有 2,3 次古地震在原地重复 。根据历史 条新活动较强烈的断层 ,而所处的地震带百年内 地震记载 ,本区至少已有五百余年未发生强震 ,说明 缺强震多次 ,强震的复发期又很短 ,综合确定澜沧 本区聚集的能量可能己很大 ,未来百年有发生 7 级 大朝山水电站工程区地震基本烈度 ? 度 。 强震的可能 。 313 地震动参数 () 3云 县 盆 地 小 震 较 频 , 地 震 主 要 分 布 在 北 端考虑距工程 300 km 范围内的潜在震源区 ,重 ———南汀河断裂带的东 、西支断裂交汇处 ,应力易集 研究了工程区外围 27 个潜在震源区的影响 。经 中 。断裂南端 50 年前发生过 7 级地震 ,根据断裂带 算求得基岩水平峰加速度及速度值并作相应修正 上强震震中的迁移规律 ,断裂北端也极有可能发生 据地震危险性分析结果 , 确定工程场地 50 年 强震 。 100 年 ,300 年 、600 年及 1000 年超越概率为 10 % 31114 大寨 6 级地震危险区 基岩水平峰加速度及峰速度值 : 危险区沿大寨河断裂展布 ,距坝址最近为 5 km 。 表 1 基岩水平峰加速度及峰速度值表 国家地震局地质研究所鉴定认为 , 大寨河断裂 超越概率 年 100 年 300 年 600 年 1000 年 50 ()10 % 是一条新活动较强的断裂带 ,最新活动年龄为 6195基岩水平峰 1087 01121 01196 01273 01337 0万年 ,其地震地质条件与南汀河断裂北东段有类似 () 加速率 g之处 ,虽然历史上无大震记载 ,但考虑到本区本底地 峰速度 111212 141370 211769 241973 281734 ()cm/ s 震已是 6 级 ,历史地震网络结构分析也有可能发生 5 级,519 级地震 ,故将本区的震级定为 6 级 。 为进 一步研究大寨河断裂的地震活动和校验工 4 水库诱发地震分析 程区的地震烈度 ,目前己在距坝址 5 km 的大朝山西 411 水库诱震条件分析() 镇 位于大寨河断裂的边缘设立地震台进行监测 。 库区为高中山峡谷地貌 ,大坝建成后将形成 31115 景东 6 级地震危险区 3 该区 1520 年 在 景 东 县 城 发 生 5175 级 地 震 ;约 9115 km ,宽 250,450 m ,库容 914 亿 m的峡谷 1965,1988 年间 , 在景东县城周围又记录到 214 级库 。水库大致沿澜沧江断裂带展布 ,库盆岩性主 为二叠系变质岩和中生界火山岩 ,澜沧江 、忙亚和 ,314 级地震 12 次 ,小震频度较高 。 312 地震基本烈度的确定鱼河三 条 主 要 断 裂 均 为 压 性 兼 压 扭 性 的 走 滑 型 根据对区域地震活动性 、未来百年活动趋势 、地 裂 ,糜棱岩化 、片理化强烈 ,有多期岩浆侵入或喷发 震危险区和宏观影响场的分析 ,可得到以下四点认 但新第三纪以来 ,活动不明显 ,无新生代盆地分布 ,勐片河至曼等坝址至岔河口段更小 。但从局部看 根据库区地质构造 、岩体介质等基本地质条件以及 段 ,又基本具备了断层交汇 ,应力集中和下渗条件较库水深度 ,现以岔河口为界 ,分两段阐述水库的诱发 τ地震条件 。 好诱发因素 ,经计算其剩余抗剪强度为 ??0 ,是 41111 坝址至岔河口库段 库诱发地震的相对危险区 。 该库段长 17 km ,蓄水后库水深 60,100 m 。在 412 水库诱发地震的可能性评价东西向河段 ,东端外侧 4 km 处有澜沧江断裂 ,忙亚 从水库的地震地质 、水文地质 、地震活动性 、区 断裂和拿鱼河断裂则横切河段 。库段主要为玄武岩 域构造应力及水库诱发地震统计等五个方面 ,对大 脆性岩体 ,除断裂带外 ,岩体受构造破坏程度相对较 朝山水电站的水库诱发地震问进行了综合研究 弱 ,蓄能条件较好 ,地震活动微弱也从另一侧面反映 了岩体内可能已有一定量级的能量储积 。从岩体富 结论如下 : 水程度看 ,东西向河段两端属中等富水区 ,是诱发水 () 1根据水库规模 、地质构造条件 、水文地质条 库地震因素的集中地段 。构造应力的有限元计算结 件 、地震活动性判断 ,大朝山水电站水库引起 4 级以 τ果 ,该河段剩余抗剪强度为 ??0 ,是水库诱发地震 上诱发地震的可能性很小 ; 的危险区 。因此从地震地质条件分析 ,坝址至岔河 () 2根据水库自身条件比较 ,坝址至岔河口和勐 口库段局部地段有诱发地震的可能 。 片河口至曼等是水库中的两个相对容易诱发地震的 41112 岔河口至库尾库段 危险区 。诱发地震的可能最高震级为 M ?4 级 。 该库段长 7415 km ,澜沧江蜿蜒于澜沧江断裂和 忙亚断裂带 ,两断裂相距一般 2,3 km ,其间由于受 总之 ,水库引起 4 级以上诱发地震的可能性小断裂控制 ,低序次构造较发育 ,库盆岩体破坏强烈 , 其烈度不会超过工程区的地震基本烈度 ,对工程及 有利于库水下渗 ,易产生水化学效应和孔隙水压力 区内地震地质环境无大的影响 。 效应 ; 狭长水体荷载的作用也将因两侧走滑型陡倾 角断裂的阻碍而可能传递影响至库盆深部岩体 。但 5 区域构造稳定性的综合评价 该段库盆岩性主要为二叠系浅变质的塑性岩体 ,加 根据《中国水力发电工程 ———工程地质卷》中关之构造破碎 ,蓄能条件较差 ,岩体易以蠕变形式释放 应力 ,能量不易积储 ,存在最大最小应力差较大的天 于大型 水 利 水 电 工 程 区 区 域 构 造 稳 定 性 分 级 和 评 然应力场可能性不大 ;水库蓄水后 ,水深远小于坝前 价 ,见表 2 ,大朝山水电站的区域构造稳定性属稳定 性较差 。综合分析 、对比地震基本烈度分档评价及 活断层 、水库诱发地震条件 ,大朝山水电站工程区属 基本稳定区 。 表 2 大型水利水电工程区域构造稳定性分级和评价表 分 级 稳 定 性 好 稳 定 性 较 差 稳 定 性 地震烈度 ?? ?, ? ?? ?01089 g 01090 g,01353 g 01354 g ?相应的加速度 坝址 8 km 以内有长度小于 10 km 的现 坝址 8 km 以内有长度大于 10 km 的现 8 km 以内无现代活 坝址 代活动断层 ,但不是 M ?5 级地震的发 代活动断层 ,且有 M ?5 级地震的发震 现代活动断层 动断层震构造 构造 ( 近场区 坝址周围半径 20 5 ?M < 7 级中强地震或不多 M ?7 级 的 强 烈 地 震 活 近场区有 近场区有多次 ) ,40 km 范围之内无 M地震活动 于一次的 M > 7 级强烈地震动 ?5 级地震活动 重磁异常 无区域性重磁异常 区域性重磁异常不明显 有明显的区域性重磁异常 () 1澜沧江大朝山水电站河谷为陡峻的“V”字 6 结 语 型河谷 ,表现为强烈切割的侵蚀 ———构造高中山 谷地貌景观 。澜沧江西邻怒江水系 ,河间为大雪山地质作用较强 ,除冲沟发育 、地形切割强烈外 ,局 山脉 ;东面为红河水系 ,河间为无量山山脉 。工程区,坍滑 、崩地段因岩性 、构造 、地形地貌等因素影响 ( ) 主要出露叠系 P的砂板岩 、千枚岩 、片岩和三叠系作用较强 。 () ( ) () T的中 、上统酸 、中 ———基性火山岩及侏罗 J 、白 3根据区内地质环境条件及区域构造条件 、 ( ) 垩系 K砂岩 、泥岩 ,局部有花岗岩等侵入体 。 近期活动性断层 的 分 析 、研 究 , 工 程 区 为 基 本 稳 () 2本区的地质构造格局由经向构造体系和北 区 。结合场区地震工程地质条件的研究 ,确定大 北西向歹字型构造体系复合构成 。以安乐 ———勐片 山水电站工程区地震基本烈度为 ? 度 ,600 年超 街 ———大井一线为界 ,西侧为经向构造体系分布区 , 概率为 10 % 的 基 岩 水 平 峰 加 速 度 及 峰 速 度 值 东侧属于歹字型构造体系 。区内褶皱强烈 ,褶皱有 01273 g 和 241973 cm/ s 。 () 以二叠系地层为核部 、轴向近南北的澜沧江复背斜 4从水库的地震地质 、水文地质 、地震活动性 和由侏罗系 、白垩系等地层构成的多处向斜 。澜沧 区域构造应力及水库诱发地震统计 、分析 ,大朝山 江河谷大致沿澜沧江复背斜核部发育 ,局部斜穿次 电站库区具备水库诱发地震的可能性 ,但其诱震 级褶皱 。工程区内断裂发育 高震级 ,规模较大 ,主要断裂有 M ?4 ,其烈度不会超过工程区的地震基本 度 ,对工程及区内地震地质环境无大的影响 。 澜沧江断裂 、忙亚断裂 、拿鱼河断裂 ,规模次级的有 围墙村断层 、弯腰树断层和罗家村断层 。区内物理 ()上接 2 页 大朝山电站处在西电东送的关键时期 ,有领导同志 2001 年 7 月也价体制更加 。云南省计委于 说过 ,大朝山电站是西电东送的标志性工程 ,是西部 开了云南省电价工作会 。大朝山电站今年 12 月 一台机组投产发电 ,在投产发电前 ,希望能出台合 大开发的重要项目 。 的大朝山电站经营期上网电价 。 首先影响上网 电价最大的因素是资本金内部 4 需提出的几个问题 () 益率 。大朝山电站 17 . 7 亿元的股本金在 1999 年 1电网建设跟不上云南经济发展的要求 。云 ,1999 年以前的综 合 利 率 水 平 较 高以前全部到位 南电网主网架结构较为薄弱 ,运作可靠性有待进一 最高的年利率达 15 . 3 % , 且在建设期没有回报 , 步提高 ,全省统一电网还没有形成 ,还有四个地州仍 果股本金内部收益率按 8 %计算 ,明显偏低 ,而且 然是各自独立的小电网 。云电外送 、云电东送的输 股本金回报包含了计提的公积金 ,也就是说如果 电通道 ,容量有限 ,输电能力不足 。 部收益率按 8 %确定 ,则股东方实际的内部收益 () ( 2电源点结构有待改善 。只有以礼河电厂 装 低于 8 % 。大朝山项目立项时 , 有关部门承诺股 () ) 机 320 MW、西洱河电厂 装机 250 MW等中型水电 方的内部收益率为 15 % ,当然现在要求 15 %也不 站水库具有年调节性能 ,几个大型水电站 ,如鲁布格 能 ,我们建议本着“面对现实 ,尊重历史”的原则来 (( ) ) 电厂 装机 600 MW,漫湾电厂 装机 1 250 MW,不 虑大朝山的股本金内部收益率 。 具备年调节功能 。因此 ,具有年调节性能的水电装 其次是电量 ,如果按设计电量 ,计算上网电价 机仅占全省水电装机的 14 . 6 % ,季调节性能的水电 影响太大 ,目前全国水电站的发电量平均只是设 占 36 %左 右 , 其 余 为 调 节 性 能 较 差 的 地 方 中 小 水 电量的 75 %左右 。大朝山电站的设计年发电量电 。大朝山电站投入运行后 ,也无年调节性能 ,云南 59 亿 kW〃h ,而 1994 年大朝山公司成立时 ,与云南 电力系统汛期 、枯期供电矛盾十分突出 ,澜沧江上具 力局签订的购销电 ,只是每年 50 亿 kW〃h ,我 有龙头水库的小湾电站工程确有必要尽快上马 。 () 认为 ,大朝山的经营期上网电价按 50 亿 kW〃h 电 3关于经营电价问题 。国家计委于 2001 年 4 月下发计价格„2001?701 号文“国家计委关于规范电 计算是合理的 。 价管理有关问题的通知”, 其中 规 定 发 电 项 目 经 营 总之应在大朝山发电前 ,出台一个合理的大期 ,水电按 30 年计算 。水电企业按 18 ,25 年归还 山经营期上网电价 ,有了合理的上网电价 ,投资方 大朝山公司才有合理的效益 ,有合理的效益 ,投资 贷款计算还本付息额 。经营期内资本金内部收益率 才有投资积极性 。投资方有投资积极性 ,才有利 按略高于同期国内银行 5 年期以上贷款利率计算等 云南的水电开发和澜沧江的梯级开发 。 等 ,对核算上网电价的具体办法作了适当调整 ,使电