南歐江流域梯級電站地質(zhì)環(huán)境特征及主要工程地質(zhì)問題

夏雄彬，張　燚，賀湘軍，陳　礪

(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

?

南歐江流域梯級電站地質(zhì)環(huán)境特征及主要工程地質(zhì)問題

夏雄彬，張燚，賀湘軍，陳礪

(中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

對南歐江流域的地層巖性、區(qū)域構(gòu)造、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震環(huán)境等區(qū)域地質(zhì)環(huán)境因素進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查研究，針對特殊的地質(zhì)環(huán)境特征，對修建大壩涉及到的水庫滲漏、庫岸穩(wěn)定、水庫誘發(fā)地震、邊坡穩(wěn)定、圍巖穩(wěn)定、料源等可能引發(fā)的工程地質(zhì)問題進(jìn)行了詳細(xì)論述。

地質(zhì)環(huán)境特征；工程地質(zhì)問題；南歐江流域；老撾

0　引　言

南歐江是湄公河左岸老撾境內(nèi)最大支流，發(fā)源于中老邊境山脈一帶，河流自北向南流，在瑯勃拉邦省巴烏縣匯入湄公河，全流域面積25 634 km2，河段長475 km，具有典型的山區(qū)河流特性，蘊(yùn)藏著豐富的水力資源。南歐江流域按七級電站進(jìn)行開發(fā)，全梯級總裝機(jī)容量1 272 MW，多年平均發(fā)電量55.82×108kW·h。

1　區(qū)域地質(zhì)環(huán)境特征

1.1地形地貌

南歐江流域地處青藏高原東南緣，屬云南高原的南延部分，地勢由北向南傾斜，平均坡度約0.25%，形狀大致呈上窄下寬的梯形。分水嶺高程大都在1 300～1 800 m之間，由北向南逐漸降低，但降幅不大，分水嶺平均高程西部高于東部，東部高于北部，南部最低。流域內(nèi)主要發(fā)育三級夷平面，海拔分別為1 600～1 800、1 200～1 400 m和800～1 000 m。區(qū)內(nèi)河流具有典型的山區(qū)河流特性，河谷深切，河道及兩岸坡度較陡。區(qū)內(nèi)地貌受活動(dòng)斷裂控制，發(fā)育系列斷塊山、斷陷盆地和斷裂谷地。地貌形態(tài)特征主要表現(xiàn)為構(gòu)造剝蝕、侵蝕堆積和巖溶地貌。

1.2地層巖性

流域內(nèi)主要出露石炭系(C)、三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)和第四系(Q4)地層，在瑯勃拉邦至奠邊府一帶還分布有侵入和噴出的巖漿巖，巖性為花崗巖、輝綠巖及玄武巖。石炭系地層有一定程度的輕微變質(zhì)作用，巖性以板巖為主。

1.3區(qū)域構(gòu)造

南歐江流域分屬5個(gè)一級大地構(gòu)造單元：岡底斯—西印支褶皺系(Ⅰ)、昌都—思茅褶皺系(Ⅱ)、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅲ)、華南褶皺系(Ⅳ)和東印支褶皺系(Ⅴ)。一級構(gòu)造單元可進(jìn)一步劃分為若干個(gè)二級和三級構(gòu)造單元[1]。流域主要位于昌都—思茅褶皺系中的思茅—南塔褶皺帶(Ⅱ1)及東印支褶皺系中的瑯勃拉邦—黎府褶皺帶(Ⅴ1)內(nèi)。

1.4新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

流域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)總體具有以下3個(gè)特征：大面積整體間歇性掀斜抬升運(yùn)動(dòng)、斷塊之間的差異升降運(yùn)動(dòng)、斷裂活動(dòng)的繼承性和新生性[2]。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期，早已存在的主要斷裂構(gòu)造均有明顯的強(qiáng)烈活動(dòng)表現(xiàn)，形成了一系列沿?cái)嗔褞Оl(fā)育的新生帶斷陷或拉分盆地，沿一些大斷裂帶分布的一系列斷陷盆地、湖泊、斷錯(cuò)地貌等。

1.5地震環(huán)境

流域內(nèi)歷史強(qiáng)震主要分布在西北部、西南部和東部，北部相對較少。地震震中大致展布于思茅—普洱附近和會(huì)曬—瑯南塔—勐臘一帶。在越南境內(nèi)則主要展布于班烏當(dāng)、巡教一帶。在各梯級電站近場區(qū)內(nèi)歷史地震較少，無破壞性地震記錄。根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)和梯級電站近場區(qū)斷裂活動(dòng)性、地震構(gòu)造和地震活動(dòng)性進(jìn)行地震反應(yīng)分析，確定了流域內(nèi)各梯級電站壩址區(qū)不同超越概率基巖地震動(dòng)參數(shù)(見表1)。地震基本烈度為Ⅶ度[3]。

表1工程場地不同超越概率基巖地震動(dòng)參數(shù)

不同超越概率設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)水平加速度ah峰值加速度amax50年10%0.12g0.114g50年5%0.15g0.147g100年2%0.235g0.24g

2　主要環(huán)境及工程地質(zhì)問題

2.1水庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題

南歐江梯級電站庫區(qū)內(nèi)兩側(cè)無低鄰谷，庫區(qū)臨水巖層以相對隔水巖層為主，無可溶巖發(fā)育。部分庫段有斷裂構(gòu)造斜穿庫區(qū)，但斷裂具擠壓逆沖性質(zhì)，主要由劈理帶、揉皺帶及斷層泥帶組成，透水性較弱?？偟恼f來，流域內(nèi)電站庫盆封閉性較好，庫水不存在沿構(gòu)造向下游河道的滲漏問題及向庫外低鄰谷滲漏的可能性。

南歐江流域內(nèi)庫區(qū)主要為中低山峽谷地貌，分布有較多的Ⅰ、Ⅱ級殘留階地及平緩臺(tái)地。庫區(qū)江邊多見基巖出露，岸坡以縱向谷、斜向谷為主。第四系覆蓋層廣泛分布，兩岸植被覆蓋良好，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，流域庫水影響范圍內(nèi)規(guī)模較大的滑坡和松散堆積體較少，水庫庫岸穩(wěn)定條件總體較好，屬穩(wěn)定型庫岸和基本穩(wěn)定型庫岸。水庫蓄水后，在階地前緣、第四系覆蓋層和全強(qiáng)風(fēng)化巖體中會(huì)出現(xiàn)坍岸、滑坡等庫岸再造現(xiàn)象，但規(guī)?？傮w不大。

梯級電站正常蓄水位以下均無具開采價(jià)值的礦產(chǎn)分布，亦無重要古文化遺址和公路，僅在兩岸階地及較平緩山坡上分布有少量居民點(diǎn)需要搬遷。庫區(qū)當(dāng)?shù)鼐用穸喾植荚陔A地部位，階地略微向河流傾斜，排水通暢。根據(jù)老撾當(dāng)?shù)鼐用窠ㄖ锝Y(jié)構(gòu)形式及兩岸植物、作物分布特點(diǎn)，水庫蓄水后產(chǎn)生水庫浸沒的影響較小。

流域范圍水庫區(qū)未發(fā)現(xiàn)構(gòu)成水庫固體徑流物源的規(guī)模較大的滑坡和松散堆積體，固體徑流來源主要為蓄水后庫岸再造過程中的坍岸物，其方量較小，且隨時(shí)間推移逐漸減少，對水庫庫容及工程運(yùn)行基本無影響。

流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造總體較為簡單，部分梯級庫盆分布有斷裂構(gòu)造，斷層一般膠結(jié)較好，橫河展布，與庫水接觸段很短，且第四紀(jì)以來無新活動(dòng)跡象。庫區(qū)所在的區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力方向?yàn)槟夏蠔|～南東向，以水平作用為主，主要構(gòu)造呈大角度相交且陡傾。工程近場區(qū)范圍內(nèi)屬弱地震活動(dòng)地區(qū)，從構(gòu)造條件分析不具備產(chǎn)生構(gòu)造型水庫誘發(fā)地震的條件。各電站庫區(qū)分布巖性主要以軟巖為主，蓄能條件差，透水性弱，水庫封閉條件好，產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性較小。即使發(fā)生，其影響烈度也將小于場地地震基本烈度，對樞紐區(qū)水工建筑物不會(huì)產(chǎn)生影響。

2.2樞紐區(qū)主要工程地質(zhì)問題

2.2.1壩基穩(wěn)定

根據(jù)南歐江流域河流水力學(xué)特點(diǎn)，各梯級電站料源分布特點(diǎn)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件、施工條件、工程規(guī)模及投資效益等綜合因素，南歐江梯級電站擬建壩型為：中下游河段(一級～五級)采用低水頭、大流量的混凝土重力壩壩型，上游河段(六級～七級)采用當(dāng)?shù)夭牧蠅螇涡汀?/p>

南歐江一、二級電站壩基以輝綠巖為主，輝綠巖屬堅(jiān)硬巖，承載力和抗變形能力高，壩基穩(wěn)定條件較好；三級～五級電站壩基以砂質(zhì)板巖為主，屬軟巖～中硬巖，由于壩高一般在50～74 m之間，且壩基巖性單一，無軟弱夾層、大的構(gòu)造及緩傾角結(jié)構(gòu)面分布，巖體較完整，其承載力、抗變形能力均可滿足中等混凝土壩壩高建基要求[4]。河床部位的高壩段(壩高在80 m附近)建基面置于弱風(fēng)化下部～微風(fēng)化巖體上，以Ⅲ類巖體為主，局部采取適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)處理；兩岸低壩段壩基置于弱風(fēng)化中上部巖體上，局部為強(qiáng)風(fēng)化底部，為Ⅳ類巖體，采取了有效的加固處理?？傮w而言，一級～五級電站壩基穩(wěn)定條件較好，沒有較突出的地質(zhì)問題。

六級～七級電站壩址及周邊因混凝土骨料料源缺乏，采用當(dāng)?shù)夭牧蠅螇涡?，壩?0～150 m，雖屬高壩，但對壩基要求較低。壩基為板巖、砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，壩基處理工程量小，不存在壩基抗滑問題。趾板及墊層部位的下部(低高程部位)置于弱風(fēng)化巖體之上，上部(高高程部位)置于弱風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖體之上，壩基其他部位清除覆蓋層及全風(fēng)化巖體即可。

2.2.2開挖邊坡穩(wěn)定

南歐江梯級電站開挖邊坡穩(wěn)定問題較突出的主要是中上游河段的4個(gè)梯級電站(三級～七級)，其樞紐區(qū)河谷深切，兩岸地形自然坡度30°～45°，屬中陡坡，邊坡高度一般為80～150 m，分布的地層巖性為板巖、砂質(zhì)板巖、砂巖夾泥巖等，巖體軟弱，強(qiáng)度低，軟化系數(shù)小，屬軟巖～中硬巖，巖體自身抗風(fēng)化能力弱。流域位于熱帶雨林山區(qū)，一年僅分為干、濕兩季，多年平均降雨量大，一般在1 400～2 200 mm之間，氣候炎熱，干濕交替頻繁，這也加劇了巖石的風(fēng)化，以致岸坡地段巖體風(fēng)化層厚度大，且表部巖體后期次生改造作用明顯，巖體傾倒變形松弛、崩塌等現(xiàn)象多有發(fā)生。

由于開挖邊坡中上部均由覆蓋層及全強(qiáng)風(fēng)化巖體組成，巖體破碎，結(jié)構(gòu)松散，呈散體及碎裂結(jié)構(gòu)，受降雨作用影響明顯，邊坡穩(wěn)定條件差，開挖過程中易發(fā)生沿覆蓋層與基巖接觸面和全強(qiáng)風(fēng)化巖體間的圓弧型及平面型滑動(dòng)破壞。

邊坡中下部為強(qiáng)～弱微風(fēng)化巖體，不利結(jié)構(gòu)面組合切割后產(chǎn)生滑塌。同時(shí)，由于邊坡開挖高度大，巖石總體較軟弱，高邊坡中仍應(yīng)注意在岸坡重分布應(yīng)力及水的軟化作用下引起的壓縮變形對其上部邊坡穩(wěn)定的影響，其坡腳部位的支護(hù)亦尤為重要。此外，在逆層坡及軟硬相間巖體組成的邊坡中易發(fā)生傾倒變形破壞現(xiàn)象；在斜、順向坡中容易發(fā)生沿層面間軟弱結(jié)構(gòu)面的平面型滑動(dòng)破壞及潰屈變形破壞等。為避免這些巖質(zhì)邊坡的變形破壞現(xiàn)象，采取深層錨索加固支護(hù)以確保邊坡、大壩及廠房等建筑物的安全。

此外，南歐江梯級電站各場內(nèi)公路開挖邊坡較陡，主要由覆蓋層及全強(qiáng)風(fēng)化巖體組成，穩(wěn)定條件較差。其設(shè)計(jì)原則為：盡可能降低公路邊坡高度，減少開挖量及對環(huán)境的影響，部分地段允許變形。邊坡存在表層滑坡、塌滑等現(xiàn)象。對這類邊坡，主要采取及時(shí)清坡、削坡處理，完善排水設(shè)施，加強(qiáng)監(jiān)測巡視等措施。

2.2.3地下洞室圍巖穩(wěn)定

南歐江六級～七級電站為當(dāng)?shù)夭牧蠅危贾糜袑?dǎo)流洞、引水隧洞、放空洞等眾多中等～大跨度地下洞室。圍巖巖性以板巖、砂巖夾泥巖為主，強(qiáng)度較低，為軟巖～中硬巖，且主要為薄層狀結(jié)構(gòu)，巖體間順層擠壓結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶、軟弱泥化夾層及板理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松。進(jìn)出口段洞室埋深淺，風(fēng)化深，圍巖類別總體為Ⅳ類，夾部分Ⅲ類，圍巖穩(wěn)定問題十分突出。洞室開挖后，圍巖自穩(wěn)時(shí)間短，襯砌支護(hù)工程量較大。主要破壞形式是各種結(jié)構(gòu)面組合形成的不利塊體的掉塊、塌方、滑落等；在軟巖分布洞段(板巖、泥巖內(nèi)，包括斷層破碎帶、擠壓結(jié)構(gòu)面影響帶)圍巖穩(wěn)定條件尤其差，巖體遇水后易軟化、泥化、崩解，圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步降低，或因膨脹產(chǎn)生附加的圍巖壓力，使圍巖產(chǎn)生較大的塑性變形或冒頂、片幫等變形破壞，成為最主要的工程地質(zhì)問題。

2.2.4骨料料源

南歐江流域中游至上游河段四級～七級電站壩址及周圍分布的地層主要為石炭系下統(tǒng)和三疊系中、下統(tǒng)地層，巖性主要為板巖夾變質(zhì)砂巖與砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及少量灰?guī)r，可用作工程骨料的目標(biāo)層只能是其中的砂巖夾層和灰?guī)r透鏡體，兩者均呈夾層或透鏡狀，集中分布的厚度小；河兩岸零星分布于灘地，且厚度和規(guī)模均較小。天然砂礫料匱乏，無法滿足工程骨料需求。因此，由于地層巖性分布和產(chǎn)出特征造成的骨料料源稀缺是南歐江中上游梯級水電建設(shè)中存在的較為突出的工程問題。

2.2.5泥石流等地質(zhì)災(zāi)害

南歐江梯級電站工程區(qū)岸坡地形坡度中等～較陡。工程建設(shè)過程中，巖土回填和工程棄渣堆積對地質(zhì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為地形、地表徑流的改變，極易造成次生泥石流和滑坡。因此，必須確保工程部位內(nèi)外排水系統(tǒng)的順暢，攔渣壩等設(shè)施的穩(wěn)定。

3　結(jié)　語

南歐江流域地處青藏高原東南緣，以中山峽谷地貌為主。區(qū)內(nèi)是古今板塊強(qiáng)烈活動(dòng)帶，造就了區(qū)域內(nèi)較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。區(qū)內(nèi)地震基本烈度為Ⅶ度，構(gòu)造穩(wěn)定性較差。各梯級電站水庫庫盆封閉性好，不存在水庫滲漏問題；水庫誘發(fā)地震的可能性較低；水庫地質(zhì)環(huán)境問題不突出，主要存在蓄水后的庫岸再造穩(wěn)定問題，但規(guī)模一般不大。根據(jù)各壩址巖性分布特征及其地基適應(yīng)性，選擇了合適的壩型，壩基地質(zhì)條件總體較好，滿足建壩要求。

研究表明，在南歐江流域內(nèi)修建梯級電站是完全可行的，主要存在開挖邊坡穩(wěn)定性問題、地下洞室圍巖穩(wěn)定問題及骨料料源稀缺等工程地質(zhì)問題。

[1]LOVATT SMITH P F， STOKES R B， BRISTOW C， et al. Mid-Cretaceous inversion in the Northern Khorat Plateau of Lao PDR and Thailand[J]. Geological Society of London， 1996， 106(1)： 233- 247．

[2]云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 云南省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京： 地質(zhì)出版社， 1990．

[3]云南省地震局. 關(guān)于老撾6.6級地震勐臘現(xiàn)場工作情況的報(bào)告[R]. 昆明： 云南省地震局， 2007．

[4]梁培金， 張燚， 賀湘軍， 等. 老撾南歐江五級水電站可行性研究報(bào)告[R]. 昆明： 中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 2012.

(責(zé)任編輯楊健)

Study on Geological Environment Characteristics and Major Engineering Geological Problems of Nam Ou River Basin

XIA Xiongbin, ZHANG Yi, HE Xiangjun, CHEN Li

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

According to the survey of geological environment element including strata lithology, regional structure, neotectonic movement, earthquake environment and so on at the drainage basin of Nam Ou River, major engineering geological problems induced by reservoir seepage, reservoir banks’ stability, reservoir-induced earthquake, slope stability, surrounding rock stability or construction materials as the construction of power stations are studied herein．

geological environment characteristics; engineering geological problem; Nam Ou River basin; Laos

2016- 03- 08

夏雄彬(1981—)，男，湖北通山人，高級工程師，主要從事水電工程地質(zhì)勘察工作．

TV221.2

A

0559- 9342(2016)05- 0040- 03