西南地區(qū)典型危巖體形成機理分析研究

■房艷國 吳世澤 李茂華 朱建

（長江三峽勘測研究院有限公司（武漢）湖北武漢 430074）

西南地區(qū)典型危巖體形成機理分析研究

■房艷國 吳世澤 李茂華 朱建

（長江三峽勘測研究院有限公司（武漢）湖北武漢 430074）

我國西南地區(qū)河谷深切，河岸危巖體分布較多，其成因多與構(gòu)造、地震及河流剝蝕密切聯(lián)系；早谷田危巖體位于烏東德水電庫區(qū)左岸，總方量約1.24億m3，現(xiàn)狀穩(wěn)定；危巖體所處岸坡為順向坡，地層巖性為震旦系燈影組中厚層-塊狀白云巖夾多層粘土巖、頁巖，具上硬下軟的不利岸坡穩(wěn)定巖質(zhì)組合；早谷田危巖體的形成，總體上經(jīng)歷了構(gòu)造形成裂隙-河流下切岸剪作用-表層滑動推擠-卸荷傾倒變形四個階。

烏東德庫區(qū)危巖體形成機理

1 危巖體概況

烏東德水電站位于云南省祿勸縣與四川省會東縣金沙江分界的烏東德河段，是金沙江下游開發(fā)4個大型水電站的最上一級電站。正常蓄水位975m，壩高為265m，庫容約73億m3[1]。早谷田危巖體位于庫區(qū)金沙江左岸、會理縣新發(fā)鄉(xiāng)魯車村早谷田一帶，下距壩址46.1km。危巖體后緣北西側(cè)以走向46°拉裂縫為界，東側(cè)以陡崖為界，前緣至金沙江，平面面積約0.98km2，體積約12400×104m3，分布高程882m～1750m。

2 地質(zhì)背景

2.1 地形地貌

危巖體區(qū)上游志力新村～金臺子金沙江流向自南向北，金臺子～魯車渡金沙江流向為自西向東，略向北凸，金沙江水面高程約882m，兩岸山頂高程1700m～1900m，地形陡峭，左岸岸坡地形坡度30°～60°，右岸坡度45°～60°。危巖體前緣金沙江江面寬約110m～220m，坡腳為30°的崩塌塊石堆積的斜坡，其上為數(shù)個孤峰形成的陡壁，危巖體西側(cè)為拉裂錯落陡坎，坎高30m～50m，后緣及東側(cè)為陡崖。

2.2 地層巖性

危巖體主要由震旦系燈影組（Z2d）白云巖及碎屑巖等[2]組成，后緣巖層傾向200°～210°，傾角35°～44°；前緣巖層產(chǎn)狀變緩，巖層傾角為10°左右，岸坡結(jié)構(gòu)為順向坡；金沙江右岸巖層近水平，為平疊坡。燈影組（Z2d）分為上、下段，其中上段（Z2d2）分布于危巖體上部、皇帝老包～下壩及金沙江右岸陡崖一帶，厚約350m，為灰白色、肉紅色厚層～巨厚層白云巖；下段（Z2d1）分布于危巖體下部及右岸坡腳一帶，厚約82m～106m，為灰白色、肉紅色中厚層白云巖夾少量薄層白云巖、頁巖。下伏地層為觀音崖組（Z2g），厚約124m，為灰白色白云巖、灰?guī)r、紫紅色砂巖及頁巖互層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)基本構(gòu)造格架是以南北向斷裂為主體，自西向東主要有磨盤山-綠汁江、湯朗-易門、會東-皎西斷裂帶等，近東西向斷裂主要有通安～落雪斷裂帶，北東向斷裂以糖房-瓦廠田、菜家坪子斷裂規(guī)模相對較大，其余斷裂規(guī)模較小。南北向斷裂多切割或限制近東西向斷裂，但也有相互切割等復(fù)雜構(gòu)造結(jié)構(gòu)。

2.4 地震活動特征

早谷田危巖體位于“川滇菱形塊體”內(nèi)，塊體內(nèi)斷裂活動性相對較弱，距危巖體較近的斷裂主要有磨盤山-綠汁江斷裂、湯朗-易門斷裂兩條晚更新世活動斷裂。磨盤山-綠汁江斷裂最大地震為1955年魚鲊6.75級地震[3]，最近一次為2008年8月30日6.1級地震，兩次地震對危巖體影響烈度均小于6度；湯朗-易門斷裂帶曾發(fā)生多次大于4.7級地震，震中均位于金沙江南岸臥章山一帶，距危巖體67km，影響烈度小于6度。早谷田危巖體北側(cè)糖房-瓦廠田斷裂，歷史上無破壞性地震記載，在2012年發(fā)生一次4.1級地震，儀器記錄小震活動稀少，屬地震活動弱的地區(qū)。

3 危巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)及邊界條件

3.1 基本介質(zhì)特征

危巖體所在岸坡以后緣北北東向裂縫為界，裂縫北西側(cè)為傾向南的順向坡，坡角與巖層傾角基本一致，傾角為35~40°；裂縫南東側(cè)為傾向南東的斜向坡，坡角為35~50°。危巖體前緣陡崖下面為崩塌塊石形成的金沙江岸坡，岸坡坡角15°~25°。危巖體東西兩側(cè)為深切的季節(jié)性沖溝，南邊為金沙江,是危巖體區(qū)下切最深的河谷。

危巖體以震旦系燈影組淺灰-深灰色中厚層-塊狀白云巖為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，薄層硅條帶及條帶狀硅條帶，中部有灰綠色白云質(zhì)粘土巖，偶夾少量泥質(zhì)頁巖。不利穩(wěn)定的粘土巖、頁巖分布有多層，岸坡具上硬下軟易形成危巖體的不利巖組結(jié)構(gòu)。

3.2 危巖體裂縫特征

危巖體內(nèi)裂縫發(fā)育，走向以45°為主，次為北西300~312°。北東向裂縫多近平行展布，規(guī)模較大，其中延伸最長者達600 m，最大張開寬3m；北西向裂縫受北東向裂縫控制，規(guī)模相對較小，最長者有300 m，最大張開寬約1.0 m。裂縫兩側(cè)壁面多呈鋸齒狀，其中北東向裂縫為北東寬南西窄,具典型的卸荷拉張性質(zhì);北西向裂縫呈弧形者較多，極少數(shù)為擠壓性質(zhì)。

危巖體內(nèi)裂縫的形成與發(fā)展經(jīng)歷了漫長的年代，是構(gòu)造、河流下切、侵蝕、風(fēng)蝕、地震、卸荷等多種綜合作用形成的。從周邊斷層和平硐中裂縫內(nèi)充填的方解石脈測年結(jié)果表明，裂縫形成于喜山期。結(jié)合本區(qū)河谷地貌、階地形成的過程分析，自喜山運動奠定本區(qū)構(gòu)造格加架以后，所形成的北東、北西向裂縫，是經(jīng)受了輕微的構(gòu)造變動的影響。危巖體內(nèi)現(xiàn)存的裂縫是追蹤前述構(gòu)造裂隙和斷層發(fā)育起來的，同時也經(jīng)歷了滑動拉張、卸荷變形等過程。

3.3 危巖體邊界條件

危巖體總體上以東側(cè)沖溝、西邊沖溝和裂縫L34為邊界，其邊界條件較清楚。其地形起伏變化大，自北向南，上部地形由陡變緩，其高程由于1900m到江邊為900m,1000 m高差,分4段,即高程1900~1700m之間為高200m的陡崖,高程1700~1530m為陡緩過度地段,高程1530~1310m為寬約220m緩坡,高程1310~900m為高約410m的陡坡;從西到東，地勢為中間低，兩邊高，具典型的滑坡物質(zhì)滑走后殘留下的圈椅狀地貌特征。其地表物質(zhì)為零星崩坍和傾倒變形留下的大塊石和厚度較大的堆積物。地層巖性為震旦系白云巖、砂巖、頁巖夾薄層灰?guī)r，傾向南，傾角自北向南逐漸由陡變緩。

從裂縫的分布、規(guī)模、性狀看，地表幾何邊界已查清，地下邊界以厚度較大的泥巖為主要邊界，即藍色、灰綠色白云質(zhì)水云母黏土巖，風(fēng)化后呈褐黃色，在危巖體內(nèi)在已有的鉆孔和平洞勘探資料中未揭示該層。除上述白云質(zhì)水云母黏土巖外，下伏有震旦系觀音崖組多層薄層泥巖、頁巖分布，底界面由多個軟弱層組成，其形態(tài)近似為雙曲線一支的形態(tài)。

4 危巖體成因分析

在勘探平洞和鉆孔中暫未揭示到裂縫中充填有粉細沙的現(xiàn)象，平硐中觀察裂縫呈鋸齒狀，具有構(gòu)造運動、卸荷拉張、自重壓縮滑移形成裂縫的幾何特征。以下從構(gòu)造、河流下切、溶蝕作用等方面分析其成因。

4.1 構(gòu)造與地震因素

前已述及，湯朗-易門斷層在危巖體東西兩側(cè)呈斜列展布，沿湯朗-易門斷層形成北窄南寬的近南北向山嶺，兩側(cè)溝谷追蹤斷層和結(jié)構(gòu)面下切較深，東側(cè)沖溝形成時代較早，保留了大量堰塞湖沉積的粉細砂，在勘探平洞和鉆孔中暫未揭示到該層粉細砂，表明北東向裂隙下切深度有限。

斷裂活動影響有兩種情況，其一，危巖體所處在位置為湯朗-易門斷裂帶附近，斷裂活動(如走滑、逆沖等）導(dǎo)致巖體破碎、巖層掀斜變形；其二，受湯朗-易門斷裂帶地震的影響。前者對危巖體的破壞是長時間的積累，斷裂活動導(dǎo)致巖體破碎，在巖體中形成較多的構(gòu)造裂隙。地震與巖體的變形破壞有著非常密切的關(guān)系，據(jù)歷史地震記錄該斷裂所發(fā)生的中強地震均在南側(cè)臥章山一帶，單次地震對危巖體的形成發(fā)展直接影響不明顯，但地震動對斷裂帶上的巖體振動破壞具有地震效應(yīng)積累作用，地震次數(shù)越多，對斷裂帶上的巖體破壞作用就越大，巖體受地震波振動后卸荷拉張強烈，單次地震在危巖體一帶產(chǎn)生地表破裂形成拉張裂縫的可能性小。

遠震影響:研究區(qū)位于川滇菱形塊體內(nèi)部，除了湯朗-易門斷裂帶上發(fā)生地震對巖體的破壞外，還有遠震對研究區(qū)巖體整體穩(wěn)定、軟巖的振動變形也起著十分重要的作用，根據(jù)多次地震現(xiàn)場調(diào)查，地震震動對峽谷陡崖上巖體破壞最為突出，滑坡、傾倒或滾石十分普遍。

4.2 河流下切岸剪作用

早谷田危巖體處在湯朗-易門斷層與通安落雪斷層夾持的斷塊內(nèi)，新構(gòu)造運動以來，川滇菱形塊體總體以上升為主，受構(gòu)造影響，巖體破碎，河流在下切過程中，巖體完整性差的地段被逐漸解體，小巖塊被水沖走，較完整的巖體則形成較高的陡崖，巖體東側(cè)有北北東向結(jié)構(gòu)面和近南北向的沖溝為邊界，南邊以金沙江為邊界，兩面臨空，在重力作用下，產(chǎn)生拉張卸荷，追蹤構(gòu)造裂隙形成切層裂縫，其裂縫在平面上北東寬，向南西呈收斂狀；縱向為上寬下窄，裂面呈波狀，巖體北邊部分形成較早的裂縫已充填粉紅色、灰色碎石和砂土，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好，后期無變形拉裂跡象，探洞揭示，自北向南裂縫有逐漸變寬的特征。

4.3 溶蝕作用

從裂面上附集的鈣華厚度和分布位置看，裂縫形成歷史較長，地下流水較豐富，隨著時間的推移，裂縫內(nèi)充填物被水流帶走，形成空腔；從裂縫面上殘留的溶溝、溶槽看，地表水追蹤裂隙溶蝕，導(dǎo)致斜列展布的裂隙，由短小裂隙貫通變?yōu)殚L裂縫，表層由窄擴寬，部分體較小的楔形巖塊在自重作用下掉，常常卡在地表以下1～3m部位，最終使裂縫成為上寬下窄的喇叭形，這種破壞主要分布在最北邊的長大裂縫部位，向南裂縫內(nèi)很少見到溶蝕現(xiàn)象。

5 結(jié)論

綜上所述，早谷田危巖體的形成，總體上經(jīng)歷了四個階:構(gòu)造形成裂隙-河流下切岸剪作用-表層滑動推擠-卸荷傾倒變形。

（1）構(gòu)造形成北東向裂隙--受湯朗-易門兩條分支斷層影響，在兩分支斷層之間形成一系列北東向斜列展布的裂隙，將巖體切割成條塊狀（圖5-1）。

（2）河流下切岸剪作用--川滇菱形塊體整體上升，金沙江水流漩渦掏蝕加速表層巖體崩解，使原裂縫表層塌陷、崩解擴寬形成現(xiàn)存裂縫特征（圖5-2）。

（3）表層滑動推擠--南和南東方向局部崩塌，導(dǎo)致表層三疊系軟巖快速滑移，塊體下滑推擠使條狀塊體間形成短小次級裂縫，使其巖體更加破碎（圖5-3）。

（4）卸荷傾倒變形--金沙江及早谷田沖溝下切形成南及南東兩面臨空，卸荷使原來構(gòu)造裂隙不斷擴展、直至貫通，使不連續(xù)的短小裂隙互相貫通形成長大裂縫（圖5-4）。

[1]陳又華 人民長江,馬鹿塘地震成因研究.

[2]1:20萬會理幅地質(zhì)圖及地質(zhì)調(diào)查報告書.

TU94+3.2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-66-2

房艷國（1981～），男，工程師，研究方向為地震地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察等。