礫巖地層在牛牛壩水電站壩區(qū)工程地質(zhì)勘察中的指導(dǎo)意義

鄒子南

摘 要:本文論述了礫巖的分類、形成條件和研究意義,以及礫巖地層在地質(zhì)勘察中的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:礫巖牛牛壩水電站工程地質(zhì)勘察

中圖分類號:TV21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(b)-0092-02

1 引言

礫巖是一種沉積巖,通常指粒徑大于2毫米的圓狀和次圓狀的礫石占巖石總量30％以上的碎屑巖。礫巖中碎屑組分主要是巖屑,只有少量礦物碎屑,填隙物為砂、粉砂、粘土物質(zhì)和化學(xué)沉淀物質(zhì)。

2 礫巖的分類、形成條件和研究意義

在談礫巖地層在牛牛壩水電站壩區(qū)工程地質(zhì)勘察中的指導(dǎo)意義之前,我們先簡單了解一下礫巖的分類、形成條件和研究意義。

礫巖的分類主要有以下四種:①根據(jù)礫石大小,礫巖分為漂礫(>256mm)礫巖、大礫(64～256mm)礫巖、卵石(4～64mm)礫巖和細(xì)礫(2～4mm)礫巖;②根據(jù)礫石成分的復(fù)雜性,礫巖可分為單成分礫巖和復(fù)成分礫巖;③根據(jù)礫巖在地質(zhì)剖面中的位置,可分為底礫巖和層間礫巖;根據(jù)成因的不同,可將礫巖分為濱岸礫巖、河成礫巖和洪積礫巖。礫巖的形成條件主要有以下三個方面:①有供給巖屑的源區(qū);②有足以搬運(yùn)碎屑的水流;③有搬運(yùn)能量逐漸衰減的沉積地區(qū)。礫巖的研究意義主要有以下五個方面:①礫巖常作為沉積間斷的標(biāo)志和劃分地層的依據(jù);②通過礫巖有助于了解地質(zhì)發(fā)展歷史,如地殼運(yùn)動情況、古氣候條件、冰川的存在等;③礫巖在古地理研究中具有重要的作用;④礫巖本身就是礦石,通過礫巖可研究利用巖礦;⑤未膠結(jié)或中等膠結(jié)的礫巖常常是含水層,也可以含氣、油,通過礫巖可研究利用地下水、氣、油資源。

3 工程實(shí)例

牛牛壩水電站位于四川省涼山州美姑縣境內(nèi),是美姑河干流“一庫五級”(牛牛壩、瓦洛、瓦吉吉、柳洪、坪頭)開發(fā)方案的龍頭水庫電站,電站壩址位于美姑縣新橋鄉(xiāng)下游約4km的河段上,廠址位于美姑縣牛牛壩區(qū)政府附近,工程樞紐由擋水壩(面板堆石壩)、引水發(fā)電系統(tǒng)和泄水建筑物組成,設(shè)計(jì)正常蓄水位為1740m高程,最大壩高162m,庫容2.21億m3。目前,該電站已完成可行性階段的勘測設(shè)計(jì)工作。

3.1 壩區(qū)基本地質(zhì)條件

壩區(qū)位于美姑縣新橋鎮(zhèn)下游約4km的三飛上溝至馬哈覺上溝的河段上,河道彎曲,總體呈向南東凸出的河彎,河彎之間為一條形山梁,枯水期河面高程1606m。壩區(qū)河谷呈不對稱的“Ⅴ”型,左岸坡高大于500m,自然坡度20～55°;右岸坡高大于400m,總體上呈下陡上緩的地形。壩區(qū)兩岸沖溝較發(fā)育,受沖溝切割,兩岸山體完整性較差(見圖1)。

壩區(qū)出露地層巖性由老至新主要有二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)、樂平組(P2l)鐵鋁質(zhì)粘土巖;三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)泥巖與粉砂巖互層,底部見數(shù)層礫巖,下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)泥巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r及中統(tǒng)雷口坡組(T2l)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r,以及第四系不同成因的松散堆積物。

壩區(qū)無大的斷裂帶通過,主要構(gòu)造為紀(jì)爾洛背斜及次級小斷層、小規(guī)模擠壓(錯動)帶和節(jié)理裂隙。

壩區(qū)第四系不同成因松散堆積物分布廣泛,地表覆蓋嚴(yán)重,壩區(qū)無大的滑坡、崩塌體分布,個別沖溝雨季時有小規(guī)模泥石流暴發(fā)。壩區(qū)巖性復(fù)雜,巖體風(fēng)化差異明顯,局部陡坡地段巖體卸荷作用較強(qiáng)。

壩區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水,地下水總體較豐沛,主要接受大氣降水補(bǔ)給,并最終向美姑河排泄。

3.2 礫巖地層在牛牛壩水電站壩區(qū)工程地質(zhì)勘察中的指導(dǎo)意義

壩區(qū)礫巖地層分布于三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)泥巖與粉砂巖互層的底部,主要有7層,單層厚度為2～3m左右,礫石呈次圓～圓狀,球度較好,長徑略定向,分布較均勻,礫徑小于10cm,以4～8cm居多,礫石成分復(fù)雜,主要以石英質(zhì)、瑪瑙質(zhì)、砂巖質(zhì)、灰?guī)r質(zhì)為主,少量泥巖質(zhì),含量約30％～45％,細(xì)砂質(zhì)膠結(jié),含少量鈣質(zhì)。

標(biāo)志層是指一層或一組具有明顯特征可作為地層對比標(biāo)志的巖層。由于壩區(qū)礫巖具有巖性特征明顯、層位穩(wěn)定、分布范圍廣、易于鑒別等特點(diǎn),因此,壩區(qū)礫巖地層可作為一個標(biāo)志層,通過對礫巖地層的調(diào)查和研究,在壩區(qū)工程地質(zhì)勘察中具重要的意義,其中最主要的意義是劃分地層,其次是判斷沉積間斷及了解地質(zhì)發(fā)展歷史和進(jìn)行古地理研究。

(1)劃分地層

紀(jì)爾洛背斜長約8km,寬約4～5km,軸向NW,向NW(右岸)傾伏,傾伏角約30°,背斜西翼緩,傾角30～45°;東翼陡,傾角50～60°。壩軸線正好處于該背斜的核部地帶,組成背斜核部地層為峨眉山玄武巖,玄武巖在壩區(qū)右岸分布于1780m高程以下;壩區(qū)左岸基本為玄武巖,只有在壩區(qū)上下游離壩軸線較遠(yuǎn)河段的低高程位置和壩軸線位置2000m高高程以上才分布有沉積巖地層。壩區(qū)玄武巖為間歇性多期噴溢的陸相基性火山巖流,總厚度大于330m,共計(jì)10個巖流層,各巖流層厚在10～70m之間,個別巖流層中夾少量凝灰?guī)r軟弱夾層。

由于紀(jì)爾洛背斜呈卵圓形展布,受背斜影響,巖層產(chǎn)狀變化大,玄武巖各巖流層的韻律特征不明顯,巖流層中的凝灰?guī)r軟弱夾層分布不連續(xù)、層厚不穩(wěn)定,因此,通過玄武巖巖流層及其間的凝灰?guī)r夾層很難確定背斜的空間形態(tài)和巖層的層位。假整合于玄武巖之上的樂平組(P2l)鐵鋁質(zhì)粘土巖,總厚度較小,巖質(zhì)軟弱,地表多已強(qiáng)風(fēng)化,后期剝蝕較為嚴(yán)重,連續(xù)性較差,不能作為標(biāo)志層,通過該套地層亦不能較好的確定背斜的空間形態(tài)和巖層的層位。背斜外圍的砂泥巖地層和灰?guī)r地層,除高高程地帶基巖露頭較好外,其余地帶地表第四系松散堆積物覆蓋嚴(yán)重,基巖露頭較差,通過太靠外圍的沉積巖地層確定的背斜空間形態(tài)往往是不準(zhǔn)確的,背斜外圍巖層產(chǎn)狀的變化情況與背核核部或靠近核部的巖層產(chǎn)狀往往不一致,因?yàn)閹r層產(chǎn)狀還受到層厚、斷裂及其它多方面因素的影響。

綜上所述,礫巖地層作為一個標(biāo)志層,通過地表調(diào)查各地段裸露的礫巖地層和壩區(qū)各高程段勘探平硐揭示的礫巖地層能較好的確定紀(jì)爾洛背斜的空間形態(tài)和巖層的層位,尤其是靠近核部壩軸線附近與工程關(guān)系最為密切的背斜核部形態(tài)和核部地帶的巖層層位,因此,礫巖地層有助于壩區(qū)巖層層次的劃分。

(2)沉積間斷

壩區(qū)礫巖地層分布于三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)泥巖與粉砂巖互層的底部,主要有7層,單層厚度為2～3m左右,表明礫巖在堆積過程中至少經(jīng)歷過7次明顯的沉積間斷過程,從各個礫巖地層中的砂泥巖巖層厚度大體一致還可初步表明,沉積間斷的時期大體相當(dāng)。

(3)了解地質(zhì)發(fā)展歷史和進(jìn)行古地理研究

壩區(qū)礫巖地層中的礫石呈次圓～圓狀,球度較好,礫石分布較均勻,礫石粒徑較集中,表明礫巖堆積期間地面較平坦(較平坦的地面有利于形成較穩(wěn)定的地層,較穩(wěn)定的地層有利于巖層層次的劃分),水流較穩(wěn)定,初步表明壩區(qū)礫巖是河流相的產(chǎn)物。同時,礫巖成分的簡單和復(fù)雜,在一定程度上可以反映其生成條件,一般而言,洪積和河成礫巖的礫石成分大都比較復(fù)雜;海湖濱岸礫巖的礫石成分大都比較簡單。壩區(qū)礫巖的礫石成分復(fù)雜,主要以石英質(zhì)、瑪瑙質(zhì)、砂巖質(zhì)、灰?guī)r質(zhì)為主,少量泥巖質(zhì),因此,可進(jìn)一步表明壩區(qū)礫巖是河流相的產(chǎn)物。此外,壩區(qū)礫巖地層中的礫石長徑略定向,礫石的長軸方向和最大扁平面具有一定規(guī)律性,可以初步判斷當(dāng)時的水流方向大致是由S向N。

綜上所述,壩區(qū)礫巖地層中的礫石特征顯示具有多源區(qū)徑流較遠(yuǎn)距離搬運(yùn)后沉積的成因,屬河流相的產(chǎn)物,礫巖形成時地勢較平坦,水流較穩(wěn)定,后期除地殼快速抬升和紀(jì)爾洛背斜強(qiáng)烈隆起外,壩區(qū)未發(fā)生過其它大的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動。

4 結(jié)語

工程地質(zhì)勘察所要研究的對象包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、自然地質(zhì)現(xiàn)象等。不同的地質(zhì)歷史演化過程形成不同的地質(zhì)條件,而特殊的地質(zhì)環(huán)境又造就了特殊的地質(zhì)現(xiàn)象,因此,在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)堅(jiān)持以工程地質(zhì)測繪為先導(dǎo),善于從所研究對象的細(xì)節(jié)(或細(xì)部特征)入手,通過對特殊對象(如上述的礫巖標(biāo)志層)的成因、形態(tài)、時代及空間分布規(guī)律的深入調(diào)查和研究,對查明某一地區(qū)的地質(zhì)條件具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 樂昌碩.巖石學(xué).地質(zhì)出版社,1984.

[2] 徐開禮.構(gòu)造地質(zhì)學(xué).地質(zhì)出版社,2007.