南水北调西线工程区域稳定性分析与评价.doc

南水北调西线工程区域稳定性分析与评价 【摘要】 南水北调西线工程系从长江上游通天河、雅砻江、大渡河向黄河上游调水的总称， 调水主体工程规划在青海省东南部和四川省西北部。规划区地处高寒了，自然环境恶劣，经济相对落后，交通较为闭塞。西线调水工程是从长江上游调水到黄河上游的跨流域调水工程，西线调水一期工程位于青藏高原东部边缘地带，地质条件复杂，构造活动频繁，该区具有独特的地壳变形和构造应力体系，河流深切，高海拔多年冻土发育，地貌地形复杂。主要的工程地质问题为活动断裂、深埋长隧洞、冻土与冻害以及水库工程地质问题。南水北调西线工程区活动断裂不发育，地震活动水平低；地球物理资料证实，工程区具有稳定型地壳；构造稳定性分析显示，工程区不发育突发活动地段，属于构造稳定型地区。 【关键词】 南水北调西线工程；南水北调；区域稳定性；地貌；地应力；地震；断层 目录 绪论 1 第一章 自然地理特征 2 1.1 山脉及地形地势 2 1.2 地貌特征 4 1.3 土壤及植被 5 1.4 水系与湖泊 6 1.4.1 黄河 6 1.4.2 长江上游通天河、金沙江 6 1.4.3 长江支流雅砻江、大渡河 6 1.4.4 湖泊与沼泽 7 第二章 岩性特征 7 第三章 地壳稳定性 8 3.1 布格重力异常 8 3.2 航磁异常与磁性基底结构 10 3.3 地壳结构与深部构造 10 第四章 地应力分析 10 第五章 断裂及构造 17 5.1 断裂 17 5.2 构造 21 第六章 地震 21 6.1 地震分布规律 21 6.2 近区域地震活动性 22 6.3 地震烈度对线路的影响 24 6.4 工程区地震区带划分 25 6.5 工程区发震断裂 28 6.6 潜在震源区 28 6.6.1 潜在震源区划分的原则 28 6.6.2 划分潜在震源区的依据 29 6.6.3 工程区内的潜在震源区29 结语 30 参考文献 30 绪论 南水北调西线工程是从长江上游干、支流调水入黄河上游的的跨流域重大调水工程，是补充黄河水资源不足、解决我国西北地区干旱缺水状况的重大战略举措。 黄河是我国西北、华北的重要水源，黄河流域多年平均径流量580亿m，20世纪50年代年均耗用河川径流量122亿m，到90年代，年均耗用河川径流量已达307亿m（其中流域外耗用106亿m）；20世纪50年代入海水量480亿m，90年代仅120亿m。以其占全国河川径流量2的有限水资源，承担着本流域和下游引黄灌区占全国15的耕地面积和12的人口及50多座大、中城市的供水任务，同时还负有向流域外部分地区远距离调水的任务。目前，黄河供水区年耗用黄河河川径流量约307亿m，其中流域外耗用106亿m。黄河供水范围和供水人口已经超过了黄河水资源的承载能力，下游河段频繁断流就是黄河水资源供需失衡的集中表像。将黄河以南的长江水系的水通过水利工程调入黄河以及黄河以北地区，称为南水北调工程。 南水北调工程就是针对我国水资源在空间上（地区间）与时间上（年、季间）天然分布和分配的极端不均性而规划的全国水资源统一调配的基础水利工程，即在空间上从有余水的地区向缺水的地区调水，在时间上则是对水资源的调蓄，进而进行不同流域之间的水资源的人工再分配，以满足地区间经济发展对水资源的需求，克服我国水资源分布与分配的时、空不均性；同时，亦要通过水资源的再分配来解决国土整治和开发中区域水资源的供需矛盾。从地理区域的位置出发，将我国西部地区长江上游的干流和支流的多余水量调入黄河的水利工程，是从长江上游调水至黄河，即在长江上游通天河、长江支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库,坝址海拔高程29004000米，采用引水隧洞穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山调水入黄河。它是从长江上游干支流引水入黄河上游的跨流域调水的重大工程，是补充黄河水资源不足，解决我国西北地区干旱缺水，促进黄河治理开发的重大战略工程。黄河严重缺水，造成黄河下游频繁断流，供需矛盾加剧，生态环境恶化，水质污染加重，对河口地区的湿地和生物多样性构成严重威胁，同时使黄河主河槽淤积增加，平滩过流能力减少，防洪负担加重。1999年对黄河干流实行水量统一调度以来，断流的现象虽有缓解，但黄河流域属资源性缺水地区，随着经济社会的发展，西部大开发的实施，需水量不断增加，黄河流域未来缺水的形势更为严峻。据预测，黄河流域在充分考虑节水的情况下，下游流域外供水按国务院分水指标控制，正常来水年份2030年流域缺水110亿m，中等枯水年份缺水更多。缺水将成为黄河流域和相关地区经济社会可持续发展的制约因素，实施南水北调西线工程是解决缺水的根本途径。南水北调西线工程不仅十分必要，而且非常紧迫。南水北调西线工程已受到社会各界的广泛关注，西北各省区和沿黄人们热切盼望南水北调西线工程早日实施。 西线工程的调水河流要包括通天河、雅砻江、大渡河及其支流。三条河水量丰沛，人烟稀少，与黄河上游相距较近。三条引水河流径流分布的普遍规律是从河源向下游径流系数、径流模数呈递增变化，水量沿程在增加。因为各引水区的河源均为高原丘陵地貌，地势开阔、平缓，河道宽浅，多湖泊和沼泽，植被稀疏，产、汇流条件较差。由河源向下游发展，在各引水区最上部坝址附近（通天河治家，雅砻江温波，大渡河上杜柯、亚尔堂），以逐步过渡到山原地貌，岭、谷高差加大，河道及坡地平均比降加大，河谷变窄，滩地、阶地发育，植被增加，产、汇流条件得到明显改善；经各引水区主要参站（通天河直门达，雅砻江甘孜，大渡河足木足、绰斯甲）以后，各河段逐步进入峡谷地段，山高谷深，河道较窄，比降大，植被茂盛，产、汇流条件更为优越。因此，由河源向下游，径流系数是沿程增加的，加之降水量也是沿程增加的，故径流模数也是沿程加大的。其中，通天河径流量为68（歇马）277亿m（巴塘），雅砻江及其支流为11.4（阿安）205.4亿m（雅江），大渡河及其支流为4.15（克柯）166.3亿m（大金）。南水北调引水线路如下所示01。 南水北调西线引水线路 图01 第一章 自然地理特征 现代高原的自然地理特征在某种程度上反映了新生代地质构造的活动特性，尤其是夷平面、水系格局、山原形态更是新构造活动的直接反映。由于调水区处于构造三角地带，其山势、水系等地貌的形态展布均受构造格局的控制。在调水区的南西部，山体走向、水系均呈北西向，而在北部则主要为北西西向，在南东部转为近东西向。 调水区现今的地貌形态是地壳构造运动直接或间接作用的产物，也是新生代地史发展的现今表现。断层作用（包括复活或新生的）对高原地貌的控制作用特别明显，大多数山脉与大断层走向近于一致，调水区主要河流水系的流路也受断层构造的制约，主要的湖泊大都是与断层有关的构造湖泊，湖泊长轴方向与断层方向一致。断层作用使山脉、山地、河流、湖泊定向和定位，雀儿山、巴颜喀拉山、宁静山及沙鲁里山等山脉以及通天河、雅砻江、泥曲等水系均呈北西走向，与区域构造线延伸一致，形成独特的线性地貌。 1.1 山脉及地形地势 西线工程的主要引水枢纽和引水线路等布置在长江与黄河分水岭的巴颜喀拉山两侧。巴颜喀拉山位于青藏高原东部，横贯长江、黄河两大水系之间，海拔一般在35005000m之间。较高的山峰有位于黄河源附近的雅拉达泽山，海拔5214m；西（宁）玉（树）公路西侧的巴颜喀拉山主峰，海拔5267m；班玛县东北的果洛山（年保玉则），海拔5369m，山顶发育有小规模现代冰川。 巴颜喀拉山主脊总体走向为北西南东，山体具有西高东低、西窄东宽、西缓东陡等特点；其北为东昆仑山脉的布尔汉布达山和布青山，西与可可西里山相邻。玛沁县西北的阿尼玛卿山主峰玛卿岗日，海拔6282m，是黄河流域内的最高峰，分布有140平方千米的现代冰川，也是黄河冰雪径流的主要地产。受区域构造的控制，黄河南东向流至若尔盖盆地后，折向北西穿过拉加峡谷到龙羊峡水库，形成“天下黄河第一弯”。 巴颜喀拉山西南部为唐古拉山的北支和横断山脉的北支，俗称宁静山或芒康山，是长江与澜沧江水系的分水岭，山高坡陡。治多西南最高峰海拔5876m，发育有现代冰川。雀儿山沙鲁里山雄局雅砻江与金沙江之间，最高峰海拔6168m，分布有现代冰川76.45平方千米。大雪山走向北西或近南北，构成了雅砻江与大渡河分水岭，其最南端为海拔7556m的贡嘎山，发育有297.5平方千米大面积现代冰川。 青藏高原东部为呈北北东南南西向展布的龙门山，它是我国第一级、第二级地貌单元过渡带，也是青藏高原与四川盆地的界限。其一期工程如图11；12。 南水北调西线引水线路 图11 1流域界2河流3省界;4 引水路线;5城镇6引水枢纽 南水北调一期工程布置略图 图12 1.2 地貌特征 调水区地貌西北部较高,起伏小,海拔多在4200m以上,是河流发源区,河谷宽浅,心滩发育；东部和南部地势逐渐降低，但山峰林立，切割深，高差可达1000m以上，河谷深窄，水流湍急，峡谷居多。调水区平均海拔均在3500m以上，属高山或及高山区。巴颜喀拉山主脊由一系列海拔5000m以下的浑圆山体组成，多属高山区。主峰以西地势切割较浅，相对高差多在1000m之内，属中等或轻微切割高山区；主峰以东到阿坝地区高差可达1000m以上，是强烈切割高山区。其中，雅拉达泽山、巴颜喀拉山主峰和果洛山附近海拔在5000m以上，相对高差在1000m上下，为中等至强烈切割极高山区。调水区北缘的布尔汉布达山和布青山海拔多在5000m以上,高差小于1000m ,是中等切割极高山区；阿尼玛青山两侧黄河河床在30003800m之间，而山顶高程多在5000m以上，属强烈切割极高山区。调水区南部，尤其是治家以下通天河两岸和雀儿山地区，山峰多在5000m以上，而河床高程不足4000m，是典型的强烈切割极高山区；治家以上通天河两岸高差多小于1000m，属中等或轻微切割高山区。东部大渡河流域为中等强烈切割高山区。此外，西倾山一带也属中、轻切割高山区。 巴颜喀拉山以北黄河流域的地势为浅切割宽谷区，海拔35004500m，地势起伏平缓，切割轻微，相对高差小于400m；巴颜喀拉山以南的地势，雅砻江高，通天河低，大渡河更低，海拔30004000m，地形呈波状起伏，相对高差6001000m；河床高程低于相邻黄河河床高程80500m。总的来说，以巴颜喀拉山为界，北部地形高差较小，地面切割较弱，而南部的长江水系切割较强。北部黄河水系的河流、沟谷的宽缓形状，山坡坡度相对不大；南部长江水系的地形变化明显要比黄河水系的复杂，河流、沟谷的宽度小，深度大，阶地也比较发育。造成这种现象的原因除有构造因素外，还有可能与气候条件和降雨量有关。 区内盆地有第三纪构造盆地和第四纪冲积、洪积、冰水堆积盆地。较大的第三纪盆地有曲麻莱、治多、长沙贡玛和卡日曲盆地。边界常为断层构造，盆地内下部为紫红色第三系砂砾岩，上覆很薄的第四纪松散沉积物。第四纪盆地散见于全区河流宽谷段与河源区，以星宿海盆地和若尔盖盆地最大，面积可达数千平方公里，较小的有真秦、巴塘、竹庆、阿坝盆地，面积为几十至几百平方公里。 通天河调水河流地区及输水线路位于整个调水地区西部,地势最高。楚玛尔河汇口以上为高原丘陵区，海拔42006000m之间，河道宽浅，支流众多，现代冰川、沼泽广布，丘顶相对高度一般为50100m，谷宽达120㎞，河流切割作用不显著，河流比降小，河谷开阔。楚玛尔河汇口至登艾龙区汇口区间，为高原丘陵区向高山峡谷区的过渡地带，海拔在40004200m之间，河谷宽12㎞，岭、谷高差为100500m，两岸阶地、滩地均有发育。登艾龙区汇口以下，河床海拔在35004000m之间，岭、谷高差为400600m，河谷宽12㎞，两岸有阶地断续分布。通天河调水区内分布有片状多年冻土，冻土层厚达50m。雅砻江调水河流地区及输水线路的石渠、清水河一带是雅砻江河源区，区内海拔在40004500m之间，为丘陵状高原地貌。地面波状起伏，丘顶到谷底相对高差一般为2050m或100150m不等，与西侧的通天河仅以低山丘陵为界。丘陵体中分布着许多宽十几米甚至百米的浅“U”形槽状洼地，底部平缓，水草丛生，沼泽发育。河谷开阔平坦，宽度一般为12㎞，河流下蚀作用微弱，漫滩、心滩、汊流发育。温波至甘孜区间为丘状高原地貌向山地地貌过渡的山原地貌，海拔在35004000m 之间，宽谷与峡谷相间排列，漫滩阶地断续出现。该地区河流过渡特征明显，距丘原愈远，特别是靠近高山地带的山原河段，谷地深邃，谷底宽200400m，相对高差为6001000m；靠近丘原地区河段，谷底宽阔平展，谷底宽0.51.7㎞，曲流、河滩、洪积扇均较发育。道孚以上区域呈北西南东向狭长条状，长宽比达71，地势由北西向东南倾斜。靠河源地区为丘状高原地貌，地势相对平缓，河谷较开阔。其余均为山原地貌，河谷狭窄，谷宽50150m，河谷下切剧烈，两岸岭、谷高差达1000m上下。区内除河源区分布有片状多年冻土带外，其他地区多为零星岛状冻土和季节性冻土。 1.3 土壤及植被 调水区属我国三大植被土壤区之一的青藏高寒植被区，气候寒冷，植被土壤的平面分区、垂直分带性十分明显。尤其是巴颜喀拉山阻挡了南来的暖湿气流，两侧气象、水文大不相同，植被土壤差异很大。 平面上大致北以玛沁甘德特合土清水河曲麻莱治多为界，南以红原安羌壤塘色达温托邓柯称多玉树为界，分为北区、中区和南区。北区为江河源头地区，气候寒冷干燥，冬寒夏凉，常有大风，一般为高山草甸化草原（高程42004700m）和岩面裸露的高山荒漠（4700m以上），土壤主要是山地草甸和山地草原土，植物以藏蒿草、早熟禾等各种牧草为主。中区地势高差渐大，河床高程在4000m以下，且峡谷居多，盆地内小气候温暖，常有灌木和小片天然或人工林，平坦川地可种植青稞等耐寒作物，海拔4200m以上为高山草原，4800m以上寒冻风化作用强烈，多为岩屑坡，牧草稀少。南区是强烈或中等切割高山区或极高山区，最大高差可达2000m以上，植被垂直分带十分明显，海拔3500m以下山坡和河谷两侧气候温暖，生长有大片茂密的原始森林，农田可种小麦、蔬菜等喜温作物。 1.4 水系与湖泊 1.4.1 黄河 黄河发源于巴颜喀拉山北麓，南源卡日曲、中源约谷宗列曲和北源扎曲在星宿海相汇，向东流经扎陵湖、鄂陵湖至玛多县城，其间有多曲、勒拉曲等较大支流从右岸汇入，习惯上称玛多县城以上黄河为河源段，全长270㎞，平均比降不足1‰，流域面积2.28万平方千米，其内湖泊、沼泽星罗棋布，无明显河道，河谷开阔，河床平缓。玛多以下至官仓峡下口塔吉柯村称黄河最上游，全长655㎞，天然落差702m，比降1.07‰，黄河穿行于阿尼玛卿山和巴颜喀拉山之间，谷宽与峡谷相间，沿途接纳热曲、柯曲、达日河、吉迈河、西科曲和东科曲等多条支流后，水量大增，水清沙少。河段内有多处优良坝址。向东南流入若尔盖盆地，盆地内地势平坦，沼泽广布，白河、黑河汇入之后黄河从盆地西北流出。黄河从玛曲穿行504㎞长的峡谷进入龙羊峡，在多松附近进入拉加峡，该段河谷坡高峡长川少，平均比降为1.83‰，其间流域面积达4.5万平方千米，是黄河上游主要产流区，也是黄河上游有待开发的水电“富矿”带之一。 1.4.2 长江上游通天河、金沙江 长江发源于唐古拉山脉中段各拉丹冬山北麓，正源沱沱河汇集冰山雪水，同另一支流当曲汇合后至玉树巴塘曲口（直门达）段称为通天河，河道长813㎞。巴塘曲口以下至四川宜宾段称为金沙江，全长2328㎞，其间汇入了雅砻江、大渡河、岷江等重要支流。宜宾以下称为长江。 通天河流域面积为14.17万平方千米，海拔35005000m，地势自西北向东南高差增大，河流形态由宽浅变为深窄，据此可将通天河分为三段。 （1） 当曲河口以下至至楚玛尔河河口以上河段。河道长约310㎞，平均比降为0.8‰，河道宽浅，汊流众多，水流缓慢。其间，大小支流众多，极高山顶分布有现代冰川，湖泊沼泽广布，较大支流有莫曲、牙哥曲、科欠曲、北麓河、楚玛河等。 （2） 楚玛河河口至登艾龙曲河口河段。河道长约200㎞，平均比降为1.1‰，河床高程40004200m，河谷开阔，横断面呈不对称梯形或宽“U”形。较大支流右岸有聂恰曲、登艾龙曲，左岸有色吾曲。 （3） 登艾龙曲河口至巴塘河口河段。河道长约300㎞，平均比降为1.55‰，河床高程35004000m河谷深切，两岸山顶高出河床500600m，为“V”形或“U”形断面，属高山峡谷区。其间，较大支流右岸有叶曲、巴塘区，左岸有德曲、细曲等。 1.4.3 长江支流雅砻江、大渡河 雅砻江是金沙江中段左岸最大的支流，发源于巴颜喀拉山南麓，流经甘孜、雅江等地，在渡口汇入金沙江。流域面积12.8万平方千米，干流总长1637㎞。按其地貌、地形特征可分为三段。 （1） 河源至长沙干玛河段。长317㎞，平均比降4.73‰，为宽谷与盆地相间河段，4个小盆地分别是清水河、休马滩、格孟寺和直嘎寺。右岸有俄涌、翁曲，左岸有洋涌、麻木考、俄可、坑得儿等与黄河右岸支流热曲、柯曲为邻。 （2） 长沙干玛至甘孜河段。长350㎞，河床高程34003900m，平均比降为2.12‰，两岸山头高出河床6001000m，峡谷与宽谷相间排列，漫滩、阶地断续出现。右岸支流有三岔河、玉隆河等，左岸有俄莫涌、俄木其曲、定柯河等。 （3） 甘孜至渡口河段。河段长970㎞，河床高程9803400m，平均比降为2.49‰，属峡谷型河道，山高谷深，水流湍急。主要支流有鲜水河、理塘河、卧落河、安宁河等。 大渡河是长江一级支流岷江的最大支流，流域面积7.74万平方千米。大渡河分东、西两源，东源为足木足河，西源为杜柯河，以东源为主流。东源足木足河又分为玛柯河和阿柯河两源，一般以较长的玛柯河为正源。两源于双江口汇合后，向南流经金川、巴丹、泸定至乐山入岷江，岷江于宜宾汇入长江。其中，双江口至丹巴称为大金川，丹巴至乐山称为大渡河。 大渡河河源至河口，海拔从4530m降至350m，天然落差4180m，河道全长1062㎞，平均比降约为3.94‰，习惯上称泸定以上为上游，泸定至铜街子为中游，铜街子以下为下游。同西线工程有关的双江口以上河段可细分为两段 （1） 河源至哇尔依河段，全长60多㎞，河床高程37204530m，平均比降约为3.5‰，两岸山头高出河床400600m，属宽浅型河谷。 （2） 哇尔依至双江口河段，全长344㎞，河床高程22603720m，平均比降约为4.2‰，除且柯至阿给纳哇约18.5㎞河段属宽谷段外，其余河道为峡谷型河道，河谷呈“V”形，其间有右岸的杜柯河以及左岸的尼柯河、阿柯河、梭磨河等汇入。 1.4.4 湖泊与沼泽 巴颜喀拉山及邻区湖泊众多，黄河源地区更是星罗棋布。规模较大的湖泊多以构造成因为主，如扎陵湖、鄂陵湖、冬给措纳湖等。而规模较小的湖泊是构造冰川作用的产物，如星星湖、豆错、年吉措纳湖等。一般水质较差，矿化度高，含盐量大，有的成为盐湖，如哈姜、茶木错盐湖等。 地处黄河源的扎陵湖、鄂陵湖是区内（也是黄河流域）两个最大的淡水湖泊。扎陵湖东西长35㎞，南北宽21.6㎞，湖面积526.1平方千米，平均水深8.9m，蓄水量46.7亿m；鄂陵湖东西长31.6㎞，南北宽32.3㎞，湖面积610.7平方千米，平均水深为17.6m，蓄水量107亿m。近几十年来，湖泊水量、水质随气象水文变化有所波动，但仍处于正常范围。 湖泊沼泽主要集中在若尔盖盆地、黄河源头和通天河支流源头地区，以沼泽、湖泊相沉积为主，次为洪积、冲积、风积物。 第二章 岩性特征 区域上，调水区的主体地层为三叠系，二叠系主要在调水区的北东部和南西部出露。早古生代的地层多不具有稳定产状，出露在调水区两侧的断褶带内，一般作为造山带中的构造岩块出现，而且变质程度较高，区域上不具有层位对比性。 调水区整体上地势西北部高，而东南部低。起伏较大，河谷深窄，外动力地质现象发育。区内分布有构造盆地和第四纪冲、洪积及冰水堆积盆地，并在海拔42104300m以上。地层为二叠系，以砂岩、板岩及两者互层为主，抗压强度般在40100MP间，层序完整连续，厚度巨大，岩性比较单一，但岩层陡倾，摺皱发育。岩浆岩以侵人岩为主，呈岩株、岩脉状产出，岩性为花岗闪长岩、辉长岩等。工程区地层以三叠系分布最广，前三叠系仅分布在巴颜喀拉褶皱系的南北两侧边缘和与之毗邻的构造单元内，三叠系以后地层小面积零星分布，三叠系上统又是本区分布最广地层。在地域辽阔的西线工程区内，各调水线路及坝址地层却主要涉及三叠系，一期工程中更是主要涉及三叠系上统地层，岩性主要是浅变质砂、板岩及其韵律层组合夹岩浆岩带。岩层大多呈高、陡倾角, 这就意味着该地层厚度巨大。三叠系各岩组出露厚度为几百米至几千米不等，其中新都桥组 T3x d 出露最大厚度为2399. 33 m，且未见顶。受北西走向的紧闭型复式褶皱影响， 地层挤压紧密， 褶皱强烈， 岩层大多呈高、陡倾角。出露地层中又以三叠系上统地层为主。呈中厚层、厚层状的砂岩可用于块石料的开采。另外，区内发育有零星的灰岩及岩浆岩，其质地均一、坚硬，是很好的建筑材料。工程区处于长江支流的上游，侵蚀作用较强，沉积作用较弱，河床较窄，河流阶地、河漫滩不太发育，因此，砾石料相对缺乏，土料更是贫乏且质量较差。调查发现，河谷多呈V字形，河谷底宽多在100m左右，河床、河漫滩覆盖层厚度为10 30m，最厚40多m，最薄不过几米, 其砾石料储量十分有限。在较宽的河谷，河漫滩较宽，两岸山坡较缓，表层壤土厚度不大，一般1m 左右，并含有碎块石。在勘察中发现，同样是砂岩，在加塔坝址，多表现为厚层、巨厚层状，相对较为完整，坚硬；在朱安达坝址，则多表现为薄、中厚层状，其强度和完整性也不及厚层砂岩。板岩也表现得同样明显，例如，加塔坝址, 因附近未发育大的断层, 岩石较为完整；但在朱安达坝址下游果然隆洼沟，沉浆面积率无砂大孔生态混凝土的沉浆面积直接影响到将来植物根系的生长发育。 复杂的地质构造客观上不可回避，主观上可利用工程区构造极其发育，区内主要构造线方向呈北西西向，与水系走向大致平行，这是客观实际。因此，各期调水线路都不可避免地要穿过多个褶皱及多条断裂带，其中有几条断裂具有不同程度的活动性。这些构造，尤其是断裂带，会给工程的建设和运行带来不同程度的负面影响由此可见，区内简单的地层中极其发育的褶皱、断层等构成了地层岩性简单、构造复杂的地层系统。区内主要发育北西向断层， 其规模巨大，分支断层多，其他方向的断层规模较小、数量也较少，工程区被这些断层切成长菱形网格状。工程区主要区域性大断裂带15条，其中桑日麻等5条断裂活动性最强，对工程影响较大。在空间上，褶皱构造与断层构造相伴，靠近断层带褶皱的完整性多被破坏，形成褶断式的构造组合样式。褶皱构造一般为复式背斜或向斜，其中发育次级褶皱，次级褶皱中又发育次一级褶皱，层层嵌套，在板岩地层中，常发育小的揉皱。断层带一般由多条规模不等的断层组成，其延伸多为100 200 km。 第三章 地壳稳定性 3.1 布格重力异常 西线工程调水位于青藏高原东北部，以马尔康玛沁花石峡为界分为南、北两区。南部地区其布格重力异常同磁场异常一样也可分为北、中、南三个区；其间以玛多达日一线与一级重力梯度带为界，以北为北区。北区的异常等值线密集，梯级带连续性较好，总体走向呈北西西向。梯级带的北部间夹有椭圆形的重力低；该梯级带为巴颜喀拉山褶皱带的北缘与昆仑断褶带的交界处。花石峡玛沁玛曲断层位于该梯级带南缘，等值线渐变为舒缓，分布形状较为复杂，中间分布有重力高或重力低封闭曲线。调水区地壳现代结构的最重要特征表现为地壳横向结构上的平面分块性和垂直结构上的水平分层性。 西线工程区布格重力异常图 图21 工程区航磁异常图单位nT 图22 布格重力异常是地下不同密度界面的综合重力效应。从近场区布格重力异常图可以看到，布格重力异常图如上图21，反映出莫霍面起伏基本呈弧形展布。西南部地壳厚度可达70㎞ 以上，向北、北东和南东方向逐渐变薄至约50㎞，巴颜喀拉地区地壳厚度在5766 ㎞之间，变化和缓。西线工程区内布格重力异常值变化于－31049510－5 m/s2 之间，由西向东异常值基本上呈逐步增大的趋势。根据重力异常的幅值、梯度、异常形态和走向等方面的差异，工程区异常大致以东经101经线为界，可以划分成东、西两部分。东部地区，变化异常剧烈，幅值为－31045010－5 m/s2，呈近SN 向梯度带分布特征，最大梯度值可达每公里变化110－5 m/s2；由于受到近EW 向构造的影响，重力等值线大致沿北纬33方向发生定向弯曲。西部地区，异常变化平缓，局部异常发育，异常幅值为－425－49510－5 m/s2。上述重力场局部异常的空间分布特征，主要反映了地壳表、浅部构造的变化。工程区广泛出露的岩性多为变质砂岩、板岩、粉砂岩，而前古生代基底岩性多为海相碳酸岩及其变质岩，密度多为2.642.70 g/cm3。因此，局部重力异常的相对高值，就对应基底隆起；而相对低值则对应于新生代沉积盆地和花岗岩及花岗闪长岩岩体ρ 2.60 g/cm3。 3.2 航磁异常与磁性基底结构 ΔTa 航磁异常是地壳地质构造磁性变化的综合表示，引起磁异常的磁性体包括各种性质和各个时代的地质体。工程区磁场以十分平缓的磁异常为特征，异常走向以NW 向为主，强度为 50 nT如上图22，但区内分布着若干强度不大的局部异常1030 nT，多与出露的中生代花岗闪长岩和花岗岩体对应，分布于班玛等地。异常区的边缘地区一般缺乏局部异常，往往是三叠纪沉积岩厚度很大的深坳陷发育区。 西线工程区岩石的磁化率变化不大，其中砂岩、板岩、粉砂岩的磁化率都在6050010－5 IS 之间，多数在20010－5 IS左右；除砂岩、板岩外，还有少量千枚岩和灰岩出露，千枚岩的磁化率为20026010－5 IS。灰岩一般不具有磁性。全区低缓的磁场背景，一方面反了深部物质磁性弱，另一方面也说明了工程区上部地壳硅铝层厚度大，三叠系复理石相非磁性沉积层巨厚，由古生代结晶片岩、变质岩、下三叠统砂板岩和花岗岩组成的磁性基岩埋藏比较深，一般为2.05.0 km。 3.3 地壳结构与深部构造 穿过西线工程区的深地壳测深剖面有 2 条，即花石峡简阳剖面和金川唐克爆破地震二维地壳速度结构剖面，基本上给出了工程区内地壳速度结构与深部构造分布特征。工程区地壳厚度较大，平均为5968 km；地震波速平均速度高，分层多，横向变化大，上地壳和中地壳内含有低速层，下地壳为梯度层，地震波速度高，地壳属于稳定型地壳结构。工程区地壳表层的相对凸、凹较为明显；莫霍界面空间起伏基本上呈弧形展布，地壳厚度总体上由东向西增加，从59 km 增加到68 km，变化平缓，并不均匀，由北向南明显出现莫霍界面凹凸相间排列的特征，凹凸之间大致以达日班玛马尔康断裂为界。 第四章 地应力分析 蓄存在岩体内部未受扰动的应力，称之为地应力。它是岩体中存在的一种固有力学状态，是岩体区别于其他固体如土体的最基本特征。地应力主要由五个部分组成，即岩体自重、地质构造、地势、剥蚀作用和封闭应力。由于地应力的非均匀性及地质构造、地形和岩体力学特征等的影响，地应力的变化规律没有明显的确定性。 南水北调西线一期工程场区现场水压致裂地应力测试工作，得出如下初步结论1 各线路孔中最大水平主应力值最高约为25 MPa，最大水平主应力方向均为NNE 或NEE；2 各坝址孔中最大水平主应力值最高约为17 MPa，最大水平主应力方向受局部地形地势影响变化较大，但大多数孔方向仍为NNE 或NEE；3 在试验深度范围内，线路孔侧压系数随着钻孔深度的增加逐渐减小；当测试深度在200 m 以下时，侧压系数值基本维持在2 左右；4 各测孔侧压系数均大于1，表明工程场区地应力以构造应力为主导；5 在测试深度范围内，各测孔的最大、最小水平主应力随岩层深度的增加均有增大趋势；6 回归分析结果表明线路孔的最大水平主应力值随深度呈现良好的线性关系；7 由于隧洞洞室埋深较深，且穿越高应力区，存在中等强度岩爆或流变的可能性。 为了解南水北调西线工程场区的地应力情况，为坝址以及引水隧洞轴线布置提供设计依据，采用水压致裂法对5 个坝址孔和10 个线路孔进行了现场地应力试验如图31，确定了输水线路及坝址区的地应力大小和方向，并探讨了工程区地应力场的分布特征。 地应力试验钻孔布置 图31 现场试验共对5个坝址孔和10个线路孔进行了水压致裂地应力测试，各钻孔现场测试结果如表1，2 所示。由表1，2 可知，线路孔中XLZK15最大水平主应力值最高，为25.82 MPa。各线路孔的最大水平主应力均为NNE 或NEE 向。坝址孔的最大水平主应力值最高为17.63 MPa。各坝址孔的最大水平主应力方向受局部地形地貌影响变化较大，但仍以为NNE 或NEE 为主。 最大、最小水平主应力随深度的变化关系5 个坝址孔和10 个线路孔的最大水平主应力随深度的变化关系曲线如图32；33 所示。 由图32；33可知，各个钻孔的最大水平主应力随深度的增加均有增大趋势。结合钻孔的地质资料还可看出，岩体的完整性及岩体的强度对岩体的地应力量值影响较大岩体完整性好及岩体强度高的测试段，其最大水平主应力量值较大，反之则较小。最小水平主应力也具有类似的变化规律。 表1 5 个坝址孔地应力测试结果 表2 10 个线路孔地应力测试结果 5 个坝址孔最大水平主应力随深度变化曲线 图32 应力构成分析图 34，35 分别为5 个坝址孔和10 个线路孔的实测最大水平主应力与铅垂向应力比值侧压系数随深度的变化曲线。在近地表区域深度150 m 以上区域，由于受地形地貌影响较大，加上河谷底应力集中相应比较明显，坝址孔的侧压系数普遍偏大且比较分散，如图34 所示。同样地，对于线路孔，近地表区域的侧压系数普遍偏大且比较分散。但是，在深部区域内，地形地貌影响有所减弱，侧压系数随深度的增加明显减小，在200 m 以下基本维持在2 左右，如图35 所示。此外，坝址孔和线路孔的侧压系数均大于1，表明工程场区地应力以水平构造应力为主。 线路孔最大水平主应力回归分析图36 为历年来所测的10 个线路孔的最大水平主 应力值与岩层深度的回归分析结果，可表示为 式中x 为深度m，且28.07≤x≤448.58。 样本数量 n 105，拟合的相关系数为0.776 5，表明最大水平主应力随深度呈现良好的线性关系。 10 个线路孔最大水平主应力随深度变化曲线 图33 地应力场对隧洞施工影响的简要分析各线路孔最大水平主应力均为NNE或NEE向，与初步设计中引水线路的洞室走向均小角度相交，很大程度上可以避免隧洞开挖时的应力集中对洞室围岩稳定性的破坏，对将来的隧洞施工和支护比较有利。 但是，由于西线工程部分洞段将穿越高应力区，同时，隧道埋深比较大，在岩体较完整区域，发生中等强度岩爆的可能性比较大，而在相对破碎或者软弱岩体区域，发生软岩流变的可能性比较大。因此，隧道施工时必须选择合理的开挖方式，并在施工过程中采取必要的安全措施。 5 个坝址孔侧压系数与深度变化关系 图34 通过对 5 个坝址孔和10 个线路孔的水压致裂法地应力测试结果的分析，可以得到如下结论 1 在实测深度范围内，各线路孔中XLZK15的最大水平主应力量值最高，为25.82 MPa。各线路孔最大水平主应力方向均为NNE 或NEE。 2 在各坝址孔中，纪柯坝址的最大水平主应力量值最高，为17.63 MPa。各坝址孔的最大水平主应力方向受局部地形地势影响变化较大，但仍以为NNE 或NEE 为主。 3 在测试深度范围内，各测试孔的最大、最小水平主应力随岩层深度的增加均有增大趋势。并且最大、最小水平主应力量值受岩体的完整性及岩体的强度影响较大，岩体完整性好及强度高的测试段，其最大、最小水平主应力量值相应较大，反之则较小。 4 在试验深度范围内，线路孔侧压系数随着钻孔深度的增加逐渐减小；当测试深度在200 m 以下时，侧压系数值基本维持在2 左右；由于受地形地貌影响较大，加上河谷底应力集中效应比较明显，使得深度较浅的坝址孔的侧压系数普遍偏大且比较分散。 5 各测试孔侧压系数均大于1，表明线路区地应力以构造应力为主，同时表明引水隧洞线路地应力场以水平构造应力场为主导。 6 回归分析结果表明线路孔的最大水平主应力随深度呈现良好的线性关系。 7 由于线路洞室埋深较深，且穿越高应力区，存在中等强度岩爆或软岩流变的可能性。因此，隧道施工时必须选择合理的开挖方式，并在施工过程中采取必要的安全措施。 10 个线路孔侧压系数随深度变化曲线 图35 10 个线路孔最大水平主应力随深度变化的回归曲线 图36 第五章 断裂及构造 5.1 断裂 调水工程所处的巴颜喀拉区三叠系地层褶皱非常强烈，多为轴面北东倾的紧闭型复式褶皱。调水区主要断层大多形成于中生代，以北西向断层为主。第四纪早期构造运动较为强烈，北西向断层大多重新活动，活动方式以逆冲兼走滑为主。晚更新世以来，特别是全新世以来，主要是调水区南、北边界断层有大规模活动，其它断层活动性相对较弱，活动方式以水平左旋走滑为