曹娥江大閘樞紐工程場地地震安全性研究

李健民

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院 杭州 310002）

1 工程概述

曹娥江大閘樞紐工程位于浙江省紹興市，錢塘江下游右岸主要支流曹娥江河口，距紹興市約30km，是國內(nèi)建設(shè)的第一河口大閘。本工程為大（1）型水閘，I 等工程，防洪擋潮設(shè)計標(biāo)準為100年一遇，設(shè)計泄洪流量為11030m3/s。工程建設(shè)任務(wù)為防潮（洪）、治澇、水資源開發(fā)利用，兼顧改善水環(huán)境和航運等綜合利用。本工程為必須進行專門地震安全性評價的重大工程。

本工程地震安全性評價主要工作內(nèi)容包括：區(qū)域構(gòu)造和地震活動性研究、近場區(qū)斷裂和地震活動性研究、場地地震動參數(shù)的確定等。

2 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)和地震活動性研究

2.1 大地構(gòu)造背景

本區(qū)大地構(gòu)造格局以江山－紹興斷裂為界分為兩個部分，斷裂帶東南為華夏古陸；斷裂帶西北為揚子準地臺（見圖1）。

2.2 區(qū)域新構(gòu)造運動

本區(qū)新構(gòu)造運動主要表現(xiàn)為差異升降運動。以桐柏山、大別山北緣到杭州灣南岸一線為界，南側(cè)是上升山地，北側(cè)為沉降平原、盆地和海灣。在大地貌上，從閩北—浙南—浙北形成明顯的多級地貌斷階帶。浙南多山地，浙北則表現(xiàn)為一系列盆地和大型沉積平原，第四紀河湖相沉積達200～300m，南北形成鮮明的地貌對比。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置

2.3 區(qū)域主要斷裂構(gòu)造

區(qū)域主要有17 條斷裂，走向分為北東、北西和近東西向三組。其中11 條為活動斷裂，其活動時代多為晚更新世，無全新世活動斷裂。區(qū)域內(nèi)發(fā)生的中等地震大多受這些斷裂控制。主要的發(fā)震斷裂有：

F1：茅山活動斷裂，N20～30°E，NW∠60～70°，正斷層，長度大于200km，該斷裂為晚更新世（Q3）以來活動斷裂，沿斷裂發(fā)生1974、1979年的ML5.5、ML6.0 級地震。

F3：湖州—臨安活動斷裂，N25～30°E，SE∠80°，逆沖斷層，長度大于170km，在晚更新世中晚期有過較強烈活動。沿斷裂帶有ML4～4.5 級地震發(fā)生。

F4：馬金—烏鎮(zhèn)活動斷裂，N40～45°E，SE∠70°，逆斷層，長度大于150km，為前第四紀斷裂，沿斷裂有ML5 級左右地震發(fā)生。

F5：蕭山—球川活動斷裂，N50°E，NW∠65°，正斷層，長度大于200km，斷裂最新活動年代為晚更新世。沿斷裂有ML4.0～4.8 級地震發(fā)生。

F8：鎮(zhèn)?！獪刂莼顒訑嗔眩琋20～30°E，NW ∠80°，長度大于450km，屬晚更新世活動斷裂，沿斷裂有晚第三紀玄武巖噴發(fā)，并有ML4.0、ML5.5 級地震發(fā)生。

研究區(qū)位于下?lián)P子—南黃海地震帶的南部、東南沿海地震帶的北部，屬于地殼相對穩(wěn)定、斷裂差異活動不強的弱活動區(qū)。大致以溧陽－湖州－杭州－鎮(zhèn)海一線為界，其以北地區(qū)構(gòu)造活動較強，有中等地震發(fā)生，主要在茅山斷裂帶附近；其以南活動性很弱，主要表現(xiàn)為中小地震活動，無ML6.0 級地震?；顒訑嗔褞缀谓Y(jié)構(gòu)復(fù)雜部位和多組斷裂交匯區(qū)是發(fā)生中等地震的地區(qū)，如1523年鎮(zhèn)海ML5.5 級地震。

2.4 區(qū)域地震活動性研究

根據(jù) 1970年以來區(qū)域臺網(wǎng)記錄的地震資料，截止到2002年12月底，研究區(qū)域共發(fā)生震級ML≥1.0 級地震2143 次，其中ML≥5.0 級地震5 次，分別為：長江口1971年ML5.3 級地震，常熟1990年ML5.5 級地震，江蘇溧陽1974年和1979年的三次地震，其震級分別為ML5.8、ML6.3和ML5.2。

研究區(qū)域現(xiàn)今地震（1970年以來儀器記錄）與歷史地震（包括現(xiàn)代級地震）的震中分布見圖2、圖3。地震活動在空間分布上有明顯的繼承性，破壞性地震基本分布在北緯30°以北，在28°線上僅有2 次，尤其在31°線以北更集中，ML6 級地震均發(fā)生在31°線以北地區(qū)。

圖2 研究區(qū)現(xiàn)今地震震中分布圖

圖3 研究區(qū)歷史地震震中分布圖

研究區(qū)域地震分布重復(fù)性的特點也有明顯表現(xiàn)，如果把兩次地震震中位置不超過30km 作為級以上地震在原地重復(fù)發(fā)生的判據(jù)，則本區(qū)級以上破壞性地震具有重復(fù)性的有17 次，占總數(shù)的46%，地震重復(fù)發(fā)生的地區(qū)為溧陽、長江口、蘇州及杭州地區(qū)。

地震活動在時間分布上也是不均勻的，研究區(qū)域與下?lián)P子—南黃海地震帶的地震活動性在時間分布上是大體同步的。研究區(qū)域第一活躍期歷時188年，經(jīng)歷158年相對平靜期，從1839年又進入第二活躍期，至今已歷時164年。從總的活動趨勢分析，目前地震活動正處在第二活動期的第三活躍幕階段，若與第一活動期的時間長度188年作類比，還要經(jīng)過數(shù)十年才能進入相對平靜期。因此，在未來數(shù)十年時間里，研究區(qū)域內(nèi)存在發(fā)生ML6 級左右較強破壞性地震的可能性。

3 近場區(qū)重要斷裂和地震活動性研究

3.1 近場區(qū)主要斷裂

近場區(qū)共有9 條斷裂，分別為北西走向的斜橋—泗門斷裂（F14－1）、鹽官—馬渚斷裂（F14－2）、頭蓬—馬渚南斷裂（F14－3），北東走向的蕭山—球川斷裂（F5）、擔(dān)山—蓋山斷裂（F6）、黃灣—長川壩南斷裂（f1）、長川壩—紹興斷裂（f2）和近東西走向的昌化—普陀斷裂（F13）。其中的北東走向長川壩—紹興斷裂（f2）在閘址區(qū)附近通過。

F14－1：斜橋—泗門斷裂，總體走向315°，在杭州灣以北為正斷層，傾向北東，傾角42～50°；在杭州灣以南為逆斷層，傾向南西，傾角35°左右。斷層泥樣品經(jīng)熱釋光實驗測定，最新活動年代為（64.57±5.49）×103年，即在晚更新中期有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為11.7km。

F14－2：鹽官—馬渚斷裂，總體走向315°，傾向南西，傾角70°，為逆斷層，最新活動年代為（71.47±6.07）×103年，即在晚更新中期有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為3.7km。

F14－3：頭蓬—馬渚南斷裂，總體走向305°，傾向南西，傾角60°。該斷裂在晚更新世早期有過活動，距曹娥江大閘的最近距離為4.8km。

F5：蕭山—球川斷裂，走向北東，傾向北西，傾角 65°左右，正斷層，最新活動年代為（70.12±5.98）×103年，即在晚更新世有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為26.7km。

F6：擔(dān)山—蓋山斷裂，走向65°，傾向北西，傾角 45～85°，正斷層，最新活動年代為（984.59±83.63）×103年，即在中更新世（Q2）前有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為16.7km。

F7：馬渚—泗門斷裂，走向20°，傾向北西，傾角 60～70°，正斷層，最新活動年代為（141.09±11.99）×103年，即在中更新世末期有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為32.5km。

f1：黃灣—長川壩南斷裂，走向近東西，傾向北，傾角60°左右，正斷層，在晚更新世早期有過活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為14.1km。

F13：昌化—普陀斷裂，走向近東西，傾向北，傾角70～80°，逆走滑斷層，最新活動年代為（12.79±0.95）×104年，即在中更新世末期有過1 次較強活動。該斷裂距曹娥江大閘的最近距離為10.4km。

3.2 長川壩—紹興斷裂研究

曹娥江大閘樞紐工程場地周邊為錢塘江堆積平原，均為第四系沉積物覆蓋。為確定長川壩—紹興斷裂及其活動特征，利用水域淺層人工地震勘探方法，布置水域反射法淺層人工地震勘探測線3 條和陸域反射法淺層人工地震勘探測線2條進行控制。

通過對曹娥江大閘工程場地及周邊陸域和水域淺層人工地震測線的研究，在閘址西側(cè)有一條北東走向斷裂通過（即長川壩—紹興斷裂f2），走向約45°，傾向北西，傾角陡，寬約20～30m，垂直錯距約4～6m，上覆第四系地層未見錯動，即斷層的最新活動年代為晚更新世（Q3）前，為不活動斷裂。在紹興漓渚鐵礦南采石場該斷層上所采集斷層泥的熱釋光樣品測年結(jié)果為（256.09±21.77）×103年，即該斷裂的最新活動年代為中更新世。

根據(jù)曹娥江大閘軸線的測線地震時間剖面和地質(zhì)解釋剖面，閘址基巖埋深90～98m，全線基巖面反射信號沒出現(xiàn)任何中斷、錯斷或反射能量減弱等異常，形態(tài)平整，不存在斷裂構(gòu)造，東側(cè)略淺于西側(cè)。

3.3 近場區(qū)地震活動性研究

據(jù)文獻記載，從公元929年至2002年6月底，近場區(qū)曾發(fā)生ML3 級以上有感地震15 次，其中ML4 級地震4 次，級地震2 次，最大地震為1678年5月26日和1867年9月海鹽和海寧鹽官的級地震，海寧鹽官地震距大閘約30km，海鹽地震距大閘約35km。

自 1970年以來，地震儀器記錄到近場區(qū)ML1.0 級地震2 次，其中ML2.0 級地震1 次。據(jù)歷史記載，對場地影響最大的地震是1668年7月25日郯城級地震，）對工程場址的影響烈度為Ⅵ度。1678年海鹽和1867年海寧2 次級地震對工程場址的影響烈度為Ⅳ—Ⅴ度。其余地震對工程場址的影響烈度均小于Ⅳ度。

綜上所述，近場區(qū)存在發(fā)生ML5 級左右地震的活動背景。

4 場地地震動參數(shù)的確定

歷史地震的震害調(diào)查和強震觀測結(jié)果表明，土層對地震地面運動有重要的影響。由于工程附近地勢平緩，場地土層的力學(xué)性質(zhì)在橫向的變化遠較沿深度的變化小，故以一維波動處理本工程計算土層地震反應(yīng)的問題。

計算孔選用閘址區(qū)ZK1和ZK2，其工程地質(zhì)勘探資料見表1、表2。計算可知：本工程場地50年超越概率為10%水準下的地震基本震烈度為VI 度；50年超越概率為3%水準下的地震烈度為Ⅶ度。其抗震設(shè)防水準下的抗震驗算參數(shù)見表3。

表1 ZK1地質(zhì)勘探資料

表2 ZK2地質(zhì)勘探資料

表3 結(jié)構(gòu)抗震驗算參數(shù)建議值

5 結(jié)語

（1）通過對本工程區(qū)域和近場區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造、重要斷裂及其活動性的研究，在未來數(shù)十年時間里，研究區(qū)域內(nèi)存在發(fā)生ML6 級左右較強破壞性地震的可能性，近場區(qū)存在發(fā)生ML5級左右地震的活動背景。

（2）本工程場地50年超越概率為10%水準下的地震基本震烈度為VI 度，50年超越概率為3%水準下的地震烈度為Ⅶ度。

1 浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.浙江省區(qū)域地質(zhì)志.地質(zhì)出版社，1989.

2 國家地震局震害防御司.中國歷史強震目錄.地震出版社，1995.

3 國家地震局震害防御司.中國近代地震目錄.中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

4 胡聿賢.地震工程學(xué).地震出版社，1988.

5 浙江省水利水電勘測設(shè)計院.浙江省曹娥江大閘樞紐工程初步設(shè)計報告，2004.