白龍江引水工程區(qū)域地質環(huán)境

毛深秋 朱維娜 趙旭陽

區(qū)域工程地質環(huán)境是同人類工程活動相關的自然地質因素的綜合，其范疇廣于傳統(tǒng)的工程地質條件。國內外的理論分析和工程實踐均清晰表明，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的發(fā)生、發(fā)展及空間分布均受控于區(qū)域地質環(huán)境。白龍江引水工程線路長約400 km，屬于長距離跨流域調水工程，跨越多個地貌單元和構造單元，工程地質條件復雜。

1 大地構造環(huán)境

工程所在區(qū)域是我國中央造山系的重要組成部分，主體屬秦祁昆造山系，東北部分屬華北陸塊，西南側為西藏-三江造山系的巴顏喀拉地塊，東南側為揚子陸塊。按區(qū)內構造格局和不同時期構造發(fā)展演化所形成的沉積-巖漿-構造組合，將工程區(qū)劃分為西秦嶺造山帶、祁連造山帶和鄂爾多斯陸塊3個Ⅱ級構造單元、9個Ⅲ級構造單元。

1.1 西秦嶺造山帶

西秦嶺造山帶為秦嶺北緣斷裂帶以南部分，經歷了自元古代以來不同序次的構造變形疊加改造，印支運動發(fā)生的大規(guī)模逆沖推覆造山作用奠定了基本構造格局，即以三疊系為原地系統(tǒng)的南北向對沖式沖斷-褶皺帶。西秦嶺造山帶發(fā)育多條大型區(qū)域性斷裂帶，將造山帶進一步分為南秦嶺增生雜巖帶、南秦嶺斷褶帶、南秦嶺裂陷盆地、中秦嶺斷褶帶和北秦嶺構造帶。

南秦嶺增生雜巖帶、南秦嶺裂陷盆地內部以印支期末褶皺構造變形為主，斷層不甚發(fā)育。南秦嶺斷褶帶、中秦嶺斷褶帶內部構造變形極為復雜，形式多樣，褶皺、斷裂異常發(fā)育。北秦嶺構造帶主體為秦嶺北緣斷裂帶，經歷了多期活動，其中發(fā)震斷層尤為發(fā)育。

1.2 祁連造山帶

祁連造山帶南以秦嶺北緣斷裂帶為界，東北以六盤山為界。帶內大面積被中新生界地層覆蓋，主要為新近系甘肅群和第四系松散沉積物。由于區(qū)內新生界覆蓋面積大，不同階段構造形跡難以辨認。

祁連造山帶以會寧-莊浪逆沖斷裂為界，分為中祁連陸塊和北祁連造山帶。中祁連地塊內發(fā)育的主要構造為北西西、北東向隱伏斷裂。北祁連造山帶內發(fā)育的主要構造為北西、北東及近南北向隱伏斷裂和白堊紀、新生代內的開闊背、向斜。

1.3 鄂爾多斯陸塊

鄂爾多斯陸塊為六盤山及其以東部分，主要包括六盤山構造帶和鄂爾多斯地塊。六盤山構造帶內構造總體呈近南北-北北西向展布，形成了以自西向東為主導的中高角度多層次疊瓦狀復合逆沖推覆構造。鄂爾多斯地塊長期穩(wěn)定，內部構造簡單，地層水平，斜坡平緩，接觸關系平合。

2 地層巖性

工程區(qū)除缺失太古界外，發(fā)育元古代以來各時代地層，沉積類型齊全。志留紀以前皆為海相沉積，泥盆紀至三疊紀海相與陸相沉積并存，三疊紀后為陸相沉積。元古界和古生界主要為火山巖類復理石建造，為碳酸鹽巖、碎屑巖、火山巖；中生界以、（含煤）碎屑巖為主；古近系、新近系分布在山間盆地和山麓地帶，以碎屑巖、泥巖為主；第四系分布較廣，包括多種成因的松散堆積物。

2.1 沉積巖及變質巖

區(qū)內地層出露齊全，構造變形復雜，各種不同環(huán)境的海相和陸相地層均有出露。根據沉積組合、變質變形特征，將工程區(qū)劃分為4個地層分區(qū)，由南西至北東分別為：南秦嶺地層分區(qū)、中北秦嶺地層分區(qū)、祁連地層分區(qū)和華北西緣地層分區(qū)。地層分區(qū)間由3個區(qū)域性斷裂分割，分別為合作-岷縣-宕昌區(qū)域性斷裂、西秦嶺北緣區(qū)域性斷裂和六盤山西麓南北向區(qū)域性斷裂。

2.1.1 南秦嶺地層分區(qū)

主要包括早古生界志留系，晚古生界泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、白堊系。志留系主要為白龍江群，巖性以細碎屑巖、板巖為主，夾碳酸鹽巖。晚古生界以碳酸鹽巖為主，夾細碎屑巖、板巖。三疊系主要為細碎屑巖、碳酸鹽巖和板巖。白堊系廣泛分布于山間斷陷、凹陷盆地，巖性為紫紅色礫巖、砂巖和泥巖，膠結較差。

三疊系及以前的地層主要有兩個特征：一是復理石建造，沉積環(huán)境為半深海、深海，巖相特征為單層薄，累積厚度大，頻繁互層；二是強變形，由于受到多期構造運動的影響，地層經歷了強烈的構造變形作用。

2.1.2 中北秦嶺地層分區(qū)

以晚古生界泥盆系、石炭系、二疊系為主，與南秦嶺地層的沉積環(huán)境不同。南秦嶺分區(qū)基本為海相沉積，形成較穩(wěn)定的碳酸鹽臺地。中秦嶺分區(qū)為前陸盆地或殘留海盆沉積，處于一種升降變化較大的濱海-淺海-次深海的動蕩環(huán)境之中，屬次穩(wěn)定型沉積。沉積環(huán)境不同形成了差別較大的同期異相現(xiàn)象。

在山間斷陷、凹陷盆地中廣泛分布白堊系，巖性為弱膠結泥巖、砂巖、礫巖。其中有一種特殊的磚紅色弱膠結砂巖，顆粒大小均勻，成巖差即疏松砂巖。局部出露有侏羅系煤系地層。

2.1.3 祁連地層分區(qū)

分區(qū)主要被新近系和第四系覆蓋，深切河谷地帶局部出露元古代-古生代地層。新近系為甘肅群，巖性主要為泥巖、砂質泥巖、礫巖。第四系主要為黃土。元古代、早古生代地層巖性主要為片巖、片麻巖、大理巖和一套淺變質基性火山巖。

2.1.4 華北西緣地層分區(qū)

主要為三疊系、白堊系。三疊系主要為礫巖，夾砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，縱向上從下到上粒度變細、層厚變薄。白堊系六盤山群主要為黏土巖、碎屑巖夾有碳酸鹽巖。

2.2 巖漿巖

區(qū)內巖漿活動極為頻繁，造山帶演化各階段均有不同規(guī)模、類型及成因的巖漿巖形成。在時間上，巖漿活動主要集中于泥盆紀-三疊紀，其次是寒武紀-志留紀、侏羅紀-白堊紀，各別分布于中晚元古代?？臻g上，活動明顯受區(qū)域構造體系控制。呈條帶狀分布區(qū)內侵入巖以中酸性為主，部分為基性-超基性巖體。

3 地質構造

3.1 褶皺

區(qū)內褶皺構造發(fā)育，尤其以西秦嶺區(qū)最為顯著。早古生代以前的地層受到多期構造運動的疊加，原始褶皺遭到破壞，形態(tài)極不完整。南秦嶺斷褶帶，表現(xiàn)為北西西向的背斜，如白龍江復式背斜。南秦嶺斷陷盆地和南秦嶺增生雜巖帶在印支期發(fā)育線狀褶皺，三疊系中原始褶皺保存較好。祁連造山帶，可識別的褶皺主要為白堊系、新生界內的開闊背向斜。鄂爾多斯地塊中褶皺構造不發(fā)育。

發(fā)育的褶皺主要有白龍江復背斜東段、卓尼-宕昌復式向斜、六盤山復式背斜等。

3.2 斷裂

區(qū)域構造活動頻繁，斷裂十分發(fā)育，規(guī)模不等，種類繁多，構造單元主要受大斷裂帶所控制。主要斷裂有白龍江斷裂、光蓋山-迭山斷裂、合作-岷縣-宕昌斷裂、西秦嶺北緣斷裂、會寧-莊浪逆沖斷裂、六盤山西麓斷裂、六盤山東麓斷裂、小關山東麓斷裂、瑪曲-荷葉斷裂、哈南-青山灣-稻畦子斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和海原斷裂帶。

4 新構造及地震

4.1 新構造

喜山運動使大部分斷裂構造復活，新構造運動的形跡比較明顯，以差異升降、走滑調整為特點。新生代以來受喜馬拉雅隆升的影響，新構造運動方式主要表現(xiàn)為地殼的不均勻隆升與斷層的差異性升降活動，地貌上表現(xiàn)為凹陷與隆起。地殼差異抬升，形成中高山地貌、斷陷（凹陷）盆地、多級抬升階地及重力滑塌、地震等。第四紀以來秦嶺地殼抬升的強烈，河流深切作用幅度超過了沉積作用，形成白龍江深切河名。其水平運動以左旋走滑為主。

工程區(qū)的邊界斷裂主要有瑪曲-荷葉斷裂、白龍江斷裂、光蓋山-迭山斷裂、合作-岷縣-宕昌斷裂、西秦嶺北緣斷裂、會寧-莊浪斷裂、六盤山東麓斷裂、小關山斷裂等，均為活動性斷裂。

4.2地 震

工程區(qū)跨越龍門山地震帶、六盤山-祁連山地震帶和鄂爾多斯地震區(qū)。西秦嶺造山帶位于龍門山地震帶內，屬南北地震帶中的一段，地震活動相當強烈，是青藏高原北部地震亞區(qū)主要強震活動帶之一。祁連造山帶和六盤山構造帶位于六盤山-祁連山地震帶內，內部活動斷裂帶多具有明顯的左旋走滑和擠壓逆沖的特征，沿這些斷裂發(fā)生過強烈的地震活動。鄂爾多斯地塊位于鄂爾多斯地震區(qū)，四周為正斷-走滑斷裂系所控制，地質構造比較穩(wěn)定。

根據GB 18306—2015《中國地震動參數區(qū)劃圖》，白龍江輸水工程50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.10g～0.20g，地震動加速度反應譜特征周期為0.40～0.45 s，對應地震基本烈度Ⅶ～Ⅷ。

5 地形地貌

工程區(qū)橫跨黃河、長江兩大流域，穿越西秦嶺、六盤山兩大分水屏障，地勢總體呈西南高東北低，海拔4 500～800 m。劃分4個地貌分區(qū)，分別為西秦嶺高山-中山區(qū)、隴中黃土丘陵低中山區(qū)，六盤山中山區(qū)和隴東黃土丘陵低山區(qū)。

西秦嶺區(qū)屬于高山、中山山地，總體地勢西高東低，西部為岷山、迭山、西傾山等海拔大于3 500 m，切割深度500～1 000 m的高山地貌景觀；東北部的大部分地區(qū)海拔1 800～3 000 m，切割深度500～1 000 m以上，屬中山地貌單元；徽縣-成縣和西和-禮縣為弱切割的紅色丘陵盆地。

隴中黃土丘陵低中山區(qū)為黃土高原，海拔1 500～2 000 m，溝谷切割深度50～300 m，山頂多渾圓、平緩，山梁呈垅崗狀、長條狀展布；部分地區(qū)由于渭河的侵蝕、堆積作用形成了較為開闊的河谷盆地。

六盤山中山-低中山區(qū)呈南北向展布，主峰海拔達2 942 m，一般在1 500～2 500 m，高差200～800 m，屬中山-低中山地貌單元?？傮w地形為西高東低，北高南低。由于流水的切割侵蝕作用，形成了剝蝕丘陵地貌，陡坡懸崖較為發(fā)育。

隴東黃土丘陵中低山-低山區(qū)為黃土高原，海拔在800～1 800 m之間，為我國黃土地貌最發(fā)育的地區(qū)。由于在黃土沉積后，侵蝕切割較強烈，從而形成深切溝谷與連綿起伏的梁峁相間的地形特征，也就是最為典型的黃土塬梁峁。

6 水文地質

工程區(qū)跨越4個地貌單元。沿途穿越眾多地層，巖性復雜多樣；構造作用強烈，尤其西秦嶺及六盤山構造帶，斷層及褶皺極其發(fā)育，由此決定了工程區(qū)水文地質條件復雜多樣。

根據水文氣象特征、地形地貌單元、巖性、地質構造發(fā)育情況、巖體富水性以及地下水循環(huán)系統(tǒng)等因素，將線路區(qū)劃分為4個大的水文地質單元，分別為西秦嶺、隴中、六盤山及隴東。

西秦嶺水文地質單元地下水類型主要為碎屑巖類基巖裂隙、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、斷層帶脈狀水，零星分布河谷砂礫石層潛水。隴中水文地質單元地下水類型為黃土層潛水、覆蓋型碎屑巖類裂隙孔隙水和河谷砂礫石層潛水。六盤山水文地質單元地下水類型主要為裸露型碎屑巖類裂隙孔隙水、碎屑巖類基巖裂隙水和河谷砂礫石層潛水。隴東水文地質單元黃土潛水、覆蓋型碎屑巖類裂隙孔隙水及河谷砂礫石層潛水為主。

7 物理地質現(xiàn)象

工程區(qū)自然環(huán)境復雜，發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流、巖溶和凍土等特殊地質現(xiàn)象。由于跨越了不同和地貌單元，受到地層巖性、水文地質條件和氣候條件等多因素的影響，不同區(qū)段的物理地質現(xiàn)象也有很大的差異。

崩塌主要分布在河流沿岸、鐵路沿線、水庫庫岸地區(qū)，白龍江區(qū)段、岷江區(qū)段潛在崩塌體規(guī)模大，是發(fā)生崩塌的集中地區(qū)。

工程區(qū)線路所經地區(qū)在歷史上就發(fā)生過不同程度的滑坡災害，規(guī)模和特征具有明顯的區(qū)域性，在武山-甘谷-秦安-天水等地的渭河流域以大、中型黃土滑坡為主；舟曲-兩河口、角弓-武都以大型、巨型基巖滑坡和堆積層滑坡為主。

區(qū)內泥石流主要分布在黃河谷地兩岸及支流渭河、涇河及祖歷河等流域以及迭部以東的白龍江中下游和西漢水流域以及隴南山區(qū)。發(fā)育特征隨著區(qū)域構造運動的強弱、地勢起伏和巖石軟硬的不同表現(xiàn)出顯著的差異。白龍江干流及較大支流岷江、北峪河、三河、羊湯河下游、白水江的中游等為泥石流密集區(qū)。沿江兩岸平均每公里有2～3條泥石流溝，局部地段的密度更大。