礫巖地層在牛牛壩水電站壩區工程地質勘察中的指導意義

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勘察中的指導意義。

關鍵詞:礫巖牛牛壩水電站工程地質勘察

中圖分類號:TV21 文獻標識碼: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、粘土物質和化學沉淀物質。

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工程地質勘察中的指導意義之前,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)礫巖和細礫(2～4mm)礫巖;②根據礫石成分的復雜性,礫巖可分為單成分礫巖和復成分礫巖;③根據礫巖在地質剖面中的位置,可分為底礫巖和層間礫巖;根據成因的不同,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;②有足以搬運碎屑的水流;③有搬運能量逐漸衰減的沉積地區。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志和劃分地層的依據;②通過礫巖有助于了解地質發展歷史,如地殼運動情況、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未膠結或中等膠結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 工程實例

牛牛壩水電站位于四川省涼山州美姑縣境內,是美姑河干流“一庫五級”(牛牛壩、瓦洛、瓦吉吉、柳洪、坪頭)開發方案的龍頭水庫電站,電站壩址位于美姑縣新橋鄉下游約4km的河段上,廠址位于美姑縣牛牛壩區政府附近,工程樞紐由擋水壩(面板堆石壩)、引水發電系統和泄水建筑物組成,設計正常蓄水位為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計工作。

3.1 壩區基本地質條件

壩區位于美姑縣新橋鎮下游約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。壩區兩岸沖溝較發育,受沖溝切割,兩岸山體完整性較差(見圖1)。

壩區出露地層巖性由老至新主要有二疊系上統峨眉山玄武巖(P2β)、樂平組(P2l)鐵鋁質粘土巖;三疊系下統飛仙關組(T1f)泥巖與粉砂巖互層,底部見數層礫巖,下統嘉陵江組(T1j)泥巖、泥灰巖夾灰巖及中統雷口坡組(T2l)灰巖、泥質灰巖夾泥灰巖,以及第四系不同成因的松散堆積物。

壩區無大的斷裂帶通過,主要構造為紀爾洛背斜及次級小斷層、小規模擠壓(錯動)帶和節理裂隙。

壩區第四系不同成因松散堆積物分布廣泛,地表覆蓋嚴重,壩區無大的滑坡、崩塌體分布,個別沖溝雨季時有小規模泥石流暴發。壩區巖性復雜,巖體風化差異明顯,局部陡坡地段巖體卸荷作用較強。

壩區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工程地質勘察中的指導意義

壩區礫巖地層分布于三疊系下統飛仙關組(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,礫石成分復雜,主要以石英質、瑪瑙質、砂巖質、灰巖質為主,少量泥巖質,含量約30％～45％,細砂質膠結,含少量鈣質。

標志層是指一層或一組具有明顯特征可作為地層對比標志的巖層。由于壩區礫巖具有巖性特征明顯、層位穩定、分布范圍廣、易于鑒別等特點,因此,壩區礫巖地層可作為一個標志層,通過對礫巖地層的調查和研究,在壩區工程地質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發展歷史和進行古地理研究。

(1)劃分地層

紀爾洛背斜長約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,玄武巖在壩區右岸分布于1780m高程以下;壩區左岸基本為玄武巖,只有在壩區上下游離壩軸線較遠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巖軟弱夾層。

由于紀爾洛背斜呈卵圓形展布,受背斜影響,巖層產狀變化大,玄武巖各巖流層的韻律特征不明顯,巖流層中的凝灰巖軟弱夾層分布不連續、層厚不穩定,因此,通過玄武巖巖流層及其間的凝灰巖夾層很難確定背斜的空間形態和巖層的層位。假整合于玄武巖之上的樂平組(P2l)鐵鋁質粘土巖,總厚度較小,巖質軟弱,地表多已強風化,后期剝蝕較為嚴重,連續性較差,不能作為標志層,通過該套地層亦不能較好的確定背斜的空間形態和巖層的層位。背斜外圍的砂泥巖地層和灰巖地層,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往往是不準確的,背斜外圍巖層產狀的變化情況與背核核部或靠近核部的巖層產狀往往不一致,因為巖層產狀還受到層厚、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志層,通過地表調查各地段裸露的礫巖地層和壩區各高程段勘探平硐揭示的礫巖地層能較好的確定紀爾洛背斜的空間形態和巖層的層位,尤其是靠近核部壩軸線附近與工程關系最為密切的背斜核部形態和核部地帶的巖層層位,因此,礫巖地層有助于壩區巖層層次的劃分。

(2)沉積間斷

壩區礫巖地層分布于三疊系下統飛仙關組(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。

(3)了解地質發展歷史和進行古地理研究

壩區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定的地層,較穩定的地層有利于巖層層次的劃分),水流較穩定,初步表明壩區礫巖是河流相的產物。同時,礫巖成分的簡單和復雜,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雜;海湖濱岸礫巖的礫石成分大都比較簡單。壩區礫巖的礫石成分復雜,主要以石英質、瑪瑙質、砂巖質、灰巖質為主,少量泥巖質,因此,可進一步表明壩區礫巖是河流相的產物。此外,壩區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律性,可以初步判斷當時的水流方向大致是由S向N。

綜上所述,壩區礫巖地層中的礫石特征顯示具有多源區徑流較遠距離搬運后沉積的成因,屬河流相的產物,礫巖形成時地勢較平坦,水流較穩定,后期除地殼快速抬升和紀爾洛背斜強烈隆起外,壩區未發生過其它大的地質構造運動。

4 結語

工程地質勘察所要研究的對象包括地形地貌、地質構造、水文地質條件、巖石的物理力學性質、自然地質現象等。不同的地質歷史演化過程形成不同的地質條件,而特殊的地質環境又造就了特殊的地質現象,因此,在工程地質勘察中應堅持以工程地質測繪為先導,善于從所研究對象的細節(或細部特征)入手,通過對特殊對象(如上述的礫巖標志層)的成因、形態、時代及空間分布規律的深入調查和研究,對查明某一地區的地質條件具有重要的意義。

參考文獻

[1] 樂昌碩.巖石學.地質出版社,1984.

[2] 徐開禮.構造地質學.地質出版社,2007.