砂卵礫石層異常定向排列成因探討

李萬逵，陳 曉

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊 830000)

砂卵礫石層異常定向排列成因探討

李萬逵，陳 曉

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊 830000)

砂卵礫石在自然界中是一種極為常見的地質體，砂卵礫石層的定向排列則在普通地質和工程地質勘察分析工作中有著重要的作用，在斷層帶上呈定向排列時被認為是該斷層活動的重要標志之一。當不同的地質體接觸面上有呈定向排列的砂卵礫石層時需要認真分析，通過幾個工程實例對此進行了較為詳細的分析和研究。

砂卵礫石;定向;排列

0 引言

砂卵礫石在自然界中是一種常見的地質體，一般是新生界第四系(Q)的流水沉積物，主要分布在河流的河床和兩岸階地上，分布在較高河流階地上的砂卵礫石層一般時代都較老，由于是流水沉積地質體，正常狀態下其層理一般都近水平向分布，卵礫石的扁平方向略傾向上游側，據此可判斷古河道的河流流向。當河流的流水量變化較大、上游的物質來源有較大的變化時，砂卵礫石層內也會形成交錯層理、透鏡體等不規則地質體。在砂卵礫石層沉積的初期，當基底的地形有突變時，砂卵礫石層也會隨著發生一定的彎曲現象，當基底被填平、基底的地形突變消失時，砂卵礫石層又會逐漸呈近水平狀的正常形態分布。

當砂卵礫石層形成后或在形成過程中，基底產生變形，砂卵礫石層也會隨著基底產生變形，隆起，形成松散地層中的褶皺構造［1］，形成砂卵礫石層的異常定向排列現象;當有斷層錯動砂卵礫石層時，可能將砂卵礫石層錯斷，也可能使砂卵礫石層沿斷層錯動的方向發生彎曲，形成砂卵礫石層的牽引變形、巖塊或礫卵石旋轉、扁平面或長軸順力的牽引或作用方向排列等異常定向排列現象［2］。工程地質、地震地質和其它相關的地質工作［3］中也常用砂卵礫石層的異常定向排列現象判斷斷層的活動性和活動時代。

基底的構造隆起或斷層的錯動［4］可使砂卵礫石層產生異常定向排列現象，但砂卵礫石層有異常定向排列現象，并不一定是基底的構造隆起或斷層錯動的結果。本文對卵礫石層的異常定向排列進行了分類，并通過幾個工程實例說明以上的分析和論述。

1 砂卵礫石層定向排列的分類

依據砂卵礫石層定向排列的基本形式，可分為正常定向排列和異常定向排列兩大類。砂卵礫石層在沉積過程中未受基底地形起伏和流水變化的影響，形成后也未受外動力地質作用的擾動，為正常定向排列，反之為異常定向排列。

正常定向排列的砂卵礫石層，其工程地質特性相對較為簡單，而異常定向排列的砂卵礫石層其工程地質特性相對較為復雜。

異常定向排列的砂卵礫石層依據其是否為外動力地質作用的產物，可分為外動力地質作用下的異常定向排列和非外動力地質作用下的異常定向排列兩大類。外動力地質作用下的異常定向排列多與地質構造和新構造運動有關，與工程關系密切。

非外動力地質作用下的異常定向排列常見的有兩種，一種是砂卵礫石層在沉積過程中受基底地形起伏的影響形成的定向排列;另一種為流水變化的影響而形成的交錯層理，其為典型的非外動力地質作用下的異常定向排列現象。

2 砂卵礫石層異常定向排列的幾個工程實例

2.1 大西溝水庫右岸砂卵礫石層的異常定向排列現象

大西溝水庫位于烏魯木齊河上游，后峽下游河段處，距烏魯木齊市以南約68 km。地理坐標：東經87°12'～87°15'、北緯 43°17'～43°20'。

該工程水庫庫容6 985萬m3，擬建壩高92.2 m，校核洪水位1 988 m。導流兼泄洪洞、灌溉洞、溢洪道均布置在右岸。工程區地震烈度為Ⅶ度，2008年8月開始動工修建。

2008年10月下旬，在導流兼泄洪洞出口開挖過程中，明渠右坡出現砂層和砂礫石層的彎曲現象和異常定向排列現象(見照片1)，現場施工地質人員立即從宏觀和現場情況兩方面進行了詳細的勘察、分析和研究。

從現場的地形地貌特征分析，沒有明顯的陡坎、沖溝、連續的負地形存在，明渠右岸為30°～40°、傾向河谷平順連續的自然斜坡，對自然岸坡無任何影響，因此，從地形地貌特征表明，該斷層規模較小，無活動跡象。

從區域地質構造方面分析，該小斷層不是區域性大斷裂的平行斷裂，也不是區域性大斷裂的分支斷裂，也無跡象表明是壩址區某一條較大斷層的分支或者平行斷層。因此，從區域地質構造條件分析，該斷層不具備活動斷層的條件。

照片1 大西溝水庫導流兼泄洪洞出口明渠右坡砂礫石層的異常定向排列現象(鏡向：東，攝影：李萬逵)Fig.1 Abnormal directional alignment of spillway tunnel of Daxigou Resenvoir

大西溝水庫原有的地震烈度為Ⅶ度，在工程的勘察設計過程中又對該方面進行了專項研究工作，確認為Ⅶ度，該方面的資料表明，工程區存在活動斷裂的可能性極小。

從現場開挖的剖面分析，該斷層在基巖面以上1.0～1.5 m范圍內的砂層和砂礫石有彎曲和定向的跡象，但再向上的砂層和砂礫石卻是連續的，層理是完整的，沒有受到動力變形的擾動，在地面傾向河谷的岸坡也是平整的，沒有任何起伏的跡象，也就是說，已有基巖面以上部分砂層的彎曲和砂礫石的異常定向排列不能證明是斷層的活動所形成的。

該斷層在基巖面以下3～4 m范圍內的斷層帶寬度在3～5 cm之間，沒有看到強烈的斷層泥、糜棱巖和其它強烈的構造巖。在基巖面3～4 m以下，斷層的寬度僅有2～3 mm的裂縫，對于活動斷裂而言，無論如何，構造巖是相當強烈的，而該斷層不具備該方面的構造巖和構造特征。

經過對區域和現場的各種信息的分析和有關該方面專家的分析評定，在導流兼泄洪洞出口開挖過程出現的砂層和砂礫石層的異常定向排列現象不是活動斷層所形成的。

該剖面上雖有砂礫石層的彎曲和異常定向排列現象，但其“上不通天，下不入地”，即向上沒有連續通向地表，向下結構面也未向地下深部延伸，僅分布在小范圍內，所以該剖面上砂卵礫石層的異常定向排列現象是由于基底的起伏，在沉積過程中形成的。為非外動力地質作用形成的異常定向排列。

2.2 阿爾塔什水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現象

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆莎車縣城南西約130 km(公路距離)的葉爾羌河中游河段上，地理坐標：東經 76°27'25″，北緯 37°57'20″。最大壩高 165m，水庫總庫容為29.26億m3，控制灌溉面積49萬hm2。電站裝機容量660 MW，年發電量23.6億kW·h，屬大(Ⅰ)型一等工程。工程區地震烈度為Ⅷ度區。

2008年11月上旬展開可行性研究階段的地質勘察工作，2009年5月進行了阿爾塔什斷裂的活動性的專題研究工作。在工作過程中發現，在壩址下游約6 km處葉爾羌河左岸(北岸)Ⅱ級階地前緣陡坎天然剖面上有砂卵礫石層的異常定向排列現象(見照片2)，現場工程地質人員和相關技術專家對砂卵礫石層的異常定向排列現象進行了詳細的工程地質勘察、分析和研究工作。

照片2 阿爾塔什水利樞紐壩址下游左岸砂卵礫石層異常定向排列現象(鏡向：北，攝影：李萬逵)Fig.2 Abnormal directional alignment of Aertashi damsite of hydroproject

該砂卵礫石層的異常定向排列現象出露地點非常敏感，在該點的南則約500 m的葉爾羌河右岸(南岸)，就是阿爾塔什大斷裂東支的出露點，這對其成因的研究顯得尤為重要。

在該點，有異常定向排列的砂卵礫石層上覆淺紫紅色土層，厚1.5～2 m。異常定向排列的砂卵礫石層出露垂直厚度為2.0～2.5 m，巖性差異接觸面上下游出露寬度約2.5 m。淺紫紅色土層和砂卵礫石層均為第四系全新統沖積物。

該天然剖面清晰地顯示，上游側的淺紫紅色土層和接觸面下游側的有異常定向排列的砂卵礫石層接觸面很清晰，沒有強烈的相互混雜現象，沒有強烈的構造擠壓作用的痕跡，兩種不同的巖性具有明顯的“冷接觸”的特征，為非動力接觸。在地表天然剖面上顯示的各種信息表明，上下游兩種不同的巖性是沉積接觸關系，在其下游側的有異常定向排列的砂卵礫石層沉積之前，其下部的淺紫紅色土層接受了侵蝕切割作用，使得當時的地面地形起伏較大，從而使其后期沉積的砂卵礫石層因地基地形的起伏而產生了異常定向排列。在該點向地面以下開挖深度為2.5m時，地層已連續，事實證明，在對地表天然剖面上顯示的信息分析是正確的，為非外動力地質作用形成的異常定向排列。

2.3 吉音水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現象

吉音水利樞紐工程位于新疆和田地區于田縣境內的克里雅河干流上，地理坐標為東徑 81°32'，北緯36°12'。工程區距于田縣城約 120 km，距和田市303 km。

水庫總庫容0.85億 m3，控制灌溉面積4.7萬hm2，攔河壩最大壩高125 m，電站裝機3×8.0 MW，年發電量1.09億kW·h，2009年10月動工修建。

吉音水利樞紐工程在項目建議書階段的工程地質勘察工作中發現，在上壩址下游4 km處，河流右岸Ⅲ級階地前緣陡坎天然剖面上有砂卵礫石層的定向排列現象(如照片3)。

剖面上基巖為侏羅紀的紫紅色砂巖，其上為第四系上更新統沖積(Q3al)砂卵礫石層。在對該天然剖面上顯示的地質信息進行分析時發現，在其上游側侏羅紀的紫紅色砂巖和第四系上更新統沖積(Q3al)砂卵礫石層的分界面處，有卵礫石長軸方向傾向下游側呈定向排列的砂卵礫石層存在。在其下游側第四系上更新統沖積(Q3al)砂卵礫石層和侏羅紀的紫紅色砂巖的分界面處，也有卵礫石長軸方向傾向上游側、呈定向排列的砂卵礫石層存在。有異常層理的砂卵礫石層和其上部的砂卵礫石層是連續沉積的，上游界面處和下游界面處卵礫石長軸傾斜方向相反。第四系上更新統沖積砂卵礫石呈明顯地楔形體嵌入狀堆積在基巖的切槽內，兩種不同巖性的分界面附近沒有明顯的外動力作用的跡象，河流右岸的地層也是連續的，河流兩岸地貌無明顯的連續負地形存在。經分析認為該剖面顯示的砂卵礫石層的異常定向排列現象是沉積過程中形成的。后期的勘探工作表明，該處是在侏羅紀紫紅色砂巖中的古河槽。

照片3 玉龍水利樞紐上壩址右岸砂礫石層異常定向排列現象(鏡向：西，攝影：員繼軍)Fig.3 Abnormal directional alignment of Yulong damsite of hydroproject

2.4 和田玉龍水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現象

玉龍水利樞紐地理坐標：東徑79°52'16″，北緯36°30'46″，總庫容約 5.0 ×108m3，最大壩高 230 m，電站總裝機容量400 MW。2009年12月新疆水利水電勘測設計院對其進行項目建議書階段的野外勘察工作時，發現上壩址右岸的砂礫石層有異常定向排列現象，如照片4所示。有異常層理的砂礫石層為第四系全新統河流沖積物(Q4al)。

異常定向排列的砂礫石層厚度(可見)5～6 m，無膠結，有少量固結現象，上下游長約100 m，傾斜處產狀：85°SE∠15°，向下游逐漸變為正常的水平狀態，異常定向排列的砂礫石層僅在小范圍內存在。

因該層異常定向排列的砂礫石層的上游和下游附近均無斷裂構造存在，而且只在小范圍內存在，據此分析，該層異常定向排列的砂礫石層現象屬于非外動力地質作用的產物，而是由沉積作用形成的異常定向排列。

照片4 玉龍水利樞紐上壩址右岸砂礫石層異常定向排列現象(鏡向：西，攝影：李萬逵)Fig.4 Abnormal directional alignment of Yulong damsite of hydroproject

3 結論

砂卵礫石層的層理、定向排列、異常定向排列現象對研究地質構造和新構造運動具有極為重要的作用，當不同的地質體接觸面上有呈定向排列的砂卵礫石層時需要認真的分析。

在遇到砂卵礫石層的異常定向排列現象時，應能從點到面、從面到點，也就是從現場到區域，從區域到現場的綜合性分析、評價和論證，才有可能得出正確的結論。

無論是從現場到區域，或從區域到現場的綜合性分析和論證砂卵礫石層的異常定向排列現象時，應能充分利用動力學的原理。如果砂卵礫石層的異常定向排列現象確屬新構造運動的結果，則會留下動力作用的痕跡，從力學的原理著手，便于得出正確的結論。

［1］李萬逵.松散地層中的褶皺構造及其對水工建筑物的影響［J］.新疆水利水電，1993(1)：11.

［2］彭敦復.新疆水利水電工程活斷層處理的工程實踐［M］.烏魯木齊：新疆人民出版社，2005：169.

［3］張森奇，李永國，尚小剛.等.黃河源區新構造運動對生態環境惡化的影響［J］.地質通報，2006(2)：215.

［4］GB50287—2006，水力發電工程地質勘察規范［S］.

Discussion on Abnormal Directional Alignment of Sand Gravel

LI Wankui，CHEN Xiao
(Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute，Urumqi，Xinjiang830091)

Sand gravel is the very normal geological body，directional alignment of sand gravel layer is very useful in the normal geology and the engineering geological investigation.Directional alignment of fault zone is considered to be the one important indicator of fault activity，when different geological contact surface has orientational sand gravel layer need earnest analysis.The paper analyzes it for reference.

sand gravel;orientation;alignment

P619.22+8;P642.1

A

1671－1211(2011)04－0345－04

2010－10－28;改回日期：2011－03－21

李萬逵 (1954－)，男，高級工程師，注冊土木工程師及監理工程師，水利水電專業，從事水文工程地質工作。E－mail：jfour1128@sina.com

潘 瀟)