藏東南地區(qū)土石壩防滲土料賦存條件研究

鄒子南，任志剛

藏東南地區(qū)土石壩防滲土料賦存條件研究

鄒子南，任志剛

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072）

防滲土料是土石壩筑壩重要材料。受區(qū)域地層巖性控制，以物理風化作用為主的藏東南地區(qū)土石壩防滲土料匱乏且分散，經(jīng)大范圍地質(zhì)普查、系統(tǒng)地表地質(zhì)調(diào)查和勘探試驗，藏東南可供開采利用的料源主要有：堰塞堵江形成的河湖相沉積層；風積堆積的粉土層；雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)砂板巖和千枚巖地層區(qū)的碎石土層等三類。但受物質(zhì)組成、層次結(jié)構(gòu)、顆粒級配和含水量等因素影響，其質(zhì)量不能完全滿足質(zhì)量技術(shù)指標的要求，不能直接上壩使用，需要人工改良和摻合利用。且由于受埋藏條件、分布高程和地理位置等因素影響，開采運輸條件總體較差，運距往往偏遠。

防滲土料；賦存條件；土石壩；藏東南

藏東南地區(qū)主要包括雅魯藏布江大拐彎流域和察隅流域，其中雅魯藏布江大拐彎流域主要包括雅魯藏布江中下游干流和尼洋河、帕隆藏布、易貢藏布等主要支流，該流域蘊藏著巨大水資源，經(jīng)科學、合理規(guī)劃，可進行灌溉、航運和水電開發(fā)等綜合利用。該地區(qū)位于喜馬拉雅山脈、念青唐古拉山脈和橫斷山脈交匯部，海拔高，降雨量總體偏少，風沙較大，主要以亞寒帶氣候為主，巖石化學風化作用總體較弱[1-2]；巖石堅硬，抗風化能力總體較強；構(gòu)造背景復雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，地震頻發(fā)且震級高，地震動峰值加速度高。雅魯藏布江干流大拐彎入口以上河段和支流尼洋河下游、帕隆藏布中游等河段河谷開闊，河床覆蓋層深厚，壩基持力層主要以河湖相沉積的粗-細顆粒土層為主[3]，不具備修建重力壩和拱壩的地形地質(zhì)條件，只適宜修建土石壩。

土石壩填筑需要大量防滲土料，因此在區(qū)內(nèi)尋找可供開采利用的防滲土料是關(guān)鍵。目前藏東南地區(qū)針對第四系覆蓋層研究主要集中于河床深厚覆蓋層工程地質(zhì)特性、冰川與暴雨型泥石流分布發(fā)育特征、覆蓋層高陡邊坡穩(wěn)定性和第四系覆蓋層形成年代與變形特征等領域。對于土石壩筑壩所需巨量防滲土料料源的賦存條件，目前尚無學者進行過系統(tǒng)深入研究。近年來經(jīng)大范圍地質(zhì)普查、系統(tǒng)地表地質(zhì)調(diào)查和勘查試驗，初步查明了藏東南地區(qū)土石壩防滲土料的賦存條件。

圖1 藏東南地區(qū)構(gòu)造-地層綜合分區(qū)示意圖

1 環(huán)境地質(zhì)條件

藏東南地區(qū)在地層區(qū)劃上屬于岡底斯-喜馬拉雅地層大區(qū)[4]（圖1），出露地層由老至新依次有前寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和第四系，除侏羅系和第四系外，各時代地層均有不同程度的變質(zhì)。根據(jù)地層、巖石類型和巖相組合特征，由北向南可依次分為岡底斯-騰沖地層區(qū)、雅魯藏布江地層區(qū)和喜馬拉雅地層區(qū)[5]。

岡底斯-騰沖地層區(qū)位于雅魯藏布江結(jié)合帶與班公湖-怒江結(jié)合帶之間，主要由中-上元古界念青唐古拉巖群（Pt2-3）、古生界石炭系諾錯組（C1）和燕山晚期-喜馬拉雅期侵入巖組成，巖性主要為片麻巖、片巖、混合巖和花崗巖和閃長巖等，少量大理巖和石英巖等。

雅魯藏布江地層區(qū)主要由三疊系郎杰學蛇綠混雜巖群（T3）和白堊系羅布莎蛇綠混雜巖群（K）組成，其中郎杰學蛇綠混雜巖群為一套綠片巖和各類石英片巖組合，混雜巖帶的基本成分包括各類巖片（塊）和基質(zhì)，主要由超鎂鐵巖、變輝長巖、變輝綠巖、石英巖、絹云石英片巖、絹云石英巖、二云石英片巖和綠片巖等組成，局部地段有來自兩側(cè)的元古界南迦巴瓦巖群和念青唐古拉巖群的外來巖塊卷入；羅布莎蛇綠混雜巖主要巖性為變玄武巖（）、變基性雜巖（）、變輝綠巖（）和超基性巖（）、蛇紋巖（）和千枚巖、砂板巖等。

喜馬拉雅地層區(qū)位于雅魯藏布江地層區(qū)以南，出露地層主要為中-上元古界南迦巴瓦巖群（Pt2-3）和上元古界-古生界肉切村群（Pt3），其中南迦巴瓦巖群主要由直白巖組（Pt2-3）、派鄉(xiāng)巖組（Pt2-3）和多雄拉巖組（Pt2-3）組成，巖性主要為一套片麻巖、石英巖、混合巖、混合片麻巖和少量大理巖等組成；肉切村群僅在米林以西的雅魯藏布江結(jié)合帶南側(cè)呈NE向條帶狀展布，巖性主要為片巖、砂板巖、千枚巖和少量大理巖等。

藏東南地區(qū)被四大山脈圍繞，東邊為橫斷山脈，南邊為喜馬拉雅山的東段，北邊為唐古拉山，西邊為岡底斯山脈[6]，地形總體呈北高南低走勢，平均海拔高程約3 100m，南迦巴瓦峰為區(qū)內(nèi)最高山峰，海拔7 782m，墨脫以南的巴昔卡為區(qū)內(nèi)最低處，海拔155m；該地區(qū)氣候垂直分帶明顯，總體上以亞寒帶氣候為主，其中墨脫及其以南等地以亞熱帶氣候為主。

除墨脫及其以南地區(qū)和海拔相對較低的峽谷與部分林區(qū)以外，藏東南地區(qū)總體上具有高寒、干燥、降雨量偏少、風沙較大等氣候特點，年平均降雨量約為650mm，年平均氣溫約為8.7℃，風沙活動總體較為旺盛，地表細顆粒物易于搬運，堆積區(qū)不固定，廣泛分布于山地之間的盆地、河谷區(qū)的河漫灘、河岸階地及山口處的沖洪積扇與山坡上[7]。

2 覆蓋層總體發(fā)育特征

根據(jù)區(qū)域地層巖性分布、區(qū)域地形地貌特征、水文氣象條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象分布發(fā)育特征、冰川泥石流發(fā)育特征、雅魯藏布江干流及主要支流河谷形態(tài)，結(jié)合衛(wèi)星遙感解譯資料，通過對朗縣、米林、林芝、波密、墨脫、察隅等藏東南地區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查研究，藏東南地區(qū)覆蓋層分布總體較廣，部分地段厚度較大，成因類型多樣，主要有沖洪積堆積、泥石流堆積、冰磧堆積、河湖相沉積、風積堆積、崩坡積堆積和滑坡堆積等。

沖洪積堆積物主要分布于雅魯藏布江干流、主要支流和一些較大支溝溝口，物質(zhì)組成以含漂砂卵礫石層為主，細顆粒特別是粉黏粒含量極低。

泥石流堆積物主要分布于一些較大支溝溝口，物質(zhì)組成以孤塊碎礫石砂土為主，細顆粒特別是粉黏粒含量極低。

冰磧堆積物主要為早期古冰川泥石流堆積物，物質(zhì)組成以孤塊碎礫石土為主，土層雖總體膠結(jié)較好，但超徑石偏多、細顆粒偏低。

河湖相沉積層主要為早期雅魯藏布江干流和主要支流堵江堰塞后在靜水或相對緩慢流水沉積而成，堵江事件主要受冰川躍動和冰川泥石流暴發(fā)影響，總體上，河湖相沉積層以含礫砂層、粉土層、黏性土層和砂卵礫石層為主，細顆粒含量高。

風積堆積物主要覆蓋于藏東南地區(qū)局部緩坡和臺地上，大部以砂為主，部分為粉土。

崩坡積堆積物主要分布于陡坡坡腳和河谷兩岸緩坡地帶，物質(zhì)組成主要以孤塊碎礫石土層為主，孤塊石含量高，土主要為砂土，黏粒含量總體較低。

滑坡堆積物主要分布于河谷兩岸和局部陡坡地帶，以基巖滑坡為主，少量為覆蓋層滑坡，基巖滑坡巖層解體情況總體較差，覆蓋層滑坡以孤塊碎石土層為主，孤塊石含量高，土主要為砂土，黏粒含量總體較低。

3 主要料源特性及評價

藏東南地區(qū)巖性主要以花崗巖類、閃長巖類、片麻巖、混合巖類、蛇綠混雜巖等為主，主要礦物成分為石英、長石、角閃石等，次要礦物主要為云母等[8]，巖石抗風化能力較強；加之氣候條件決定了該地區(qū)巖石化學風化作用較弱。總體上，藏東南地區(qū)巖石風化成土進程較慢，風化成土過程中，大多難以形成粉質(zhì)黏土、黏土等顆粒細、黏粒含量高的土層，防滲土料較為匱乏。

根據(jù)區(qū)域地層巖性出露情況和不同成因類型覆蓋層發(fā)育特征，考慮氣候、地理等因素影響，經(jīng)作者等人多年來在藏東南地區(qū)大范圍普查和系統(tǒng)地表地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合勘探試驗成果，初步認為藏東南地區(qū)可供大規(guī)模研究利用的土石壩防滲土料料源主要集中在三大類土層中，分別為堰塞堵江形成的河湖相沉積層和風積堆積的粉土層以及雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)砂板巖和千枚巖地層區(qū)的碎石土層。

3.1 河湖相沉積層

地質(zhì)歷史時期，該地區(qū)圍繞南迦巴瓦峰（海拔7782m）、加拉白壘峰（海拔7294m）等高峰發(fā)育多期冰川躍動，大量冰川和冰磧物進入雅魯藏布江干流及主要支流，造成堵江，規(guī)模以雅魯藏布江大拐彎入口的格嘎冰川泥石流為最大[9-10]，受堰塞堵江影響，目前雅魯藏布江朗縣-大渡卡河段和尼洋河下游河段河谷兩岸仍殘留大量堰塞期沉積物，由于冰川躍動的多期次，造成雅魯藏布江大拐彎入口反復堵江、堰塞，反復潰決，從而形成一套靜水、緩慢流水和相對快速流水相互轉(zhuǎn)換的沉積物，在此統(tǒng)稱為河湖相沉積層。經(jīng)實地調(diào)查和現(xiàn)場勘探揭示，朗縣-大渡卡河段（長約260km）的河湖相沉積層分布高程約2650~3180m，其中江水面以上最大厚約270m，江水面以下最大厚約250m[3]，該套沉積層主要由含礫砂層、粉土層、黏性土層和砂卵礫石層等組成，儲量豐富，規(guī)模最大的料源地主要分布于雅魯藏布江中游米林-大拐彎入口和支流尼洋河下游多布-匯口這兩個寬谷河段的較大支溝內(nèi)和寬緩臺地上。

圖2 大拐彎入口處河湖相地層的多層結(jié)構(gòu)

圖3 尼洋河下游河湖相地層的多層結(jié)構(gòu)

圖4 尼洋河下游雅江左岸的硬塊狀黏性土

圖5 尼洋河下游雅江左岸的軟塑狀黏性土

圖6 尼洋河下游左岸的風積粉土層臺地

圖7 尼洋河下游左岸的風積粉土層

河湖相沉積層地形較開闊、平緩，料源地較集中，但由于河湖轉(zhuǎn)換頻繁，水動力環(huán)境變化快，并有側(cè)向巨粒類土混雜，土層相變大，層次多，存在多層結(jié)構(gòu)（圖2、圖3），物質(zhì)組成不均一，砂層、砂礫石層和卵礫石層等無用夾層多，粉土層和黏性土層多具水平層理[11]，由多層組成，單層厚度總體較小，粉土層和黏性土層滲透性能基本滿足防滲要求[12]，但顆粒偏細，天然含水量差異大，以軟塑-硬塊狀為主（圖4、圖5），土體力學特征差，同時無用夾層多，剝采比大，開采難度大。總體上，河湖相沉積層中的粉土層和黏性土層不能直接上壩使用，該成因的覆蓋層場地類別以Ⅲ類為主，部分Ⅱ類[13]。

圖8 尼洋河下游左岸風積粉土層顆分曲線

3.2 風積粉土層

藏東南地區(qū)風積堆積物主要分布于山口附近的斜坡上、河谷區(qū)的河漫灘、河岸階地和兩側(cè)緩坡臺地上，總體上以砂為主。其中，有一類風積層是在堰塞湖潰決后，沉積的細顆粒土層經(jīng)再次搬運堆積而成，這類土層大多為質(zhì)地較純、無層理、厚度較為穩(wěn)定的粉土，該類粉土層有別于我國北方一帶的黃土[14]，經(jīng)作者等人現(xiàn)場實地調(diào)查，規(guī)模較大的風積粉土層主要分布于支流尼洋河下游多布-尼洋河口河段的兩岸較大支溝內(nèi)和部分緩坡平臺上。

風積粉土層地形總體較開闊、平緩，層次結(jié)構(gòu)單一，質(zhì)地較純，開采條件較好（圖5），但顆粒級配不連續(xù)，以粉粒為主（圖6、7），基本不含大于5mm的粗顆粒，黏粒含量偏低，約10%（顆分曲線見圖8），滲透系數(shù)較小，初步分析以微透水等級為主，滲透性能基本滿足防滲土料的要求[15]，但土層物理力學性質(zhì)偏差，抗剪強度低，不能完全滿足防滲土料質(zhì)量技術(shù)指標，不能直接上壩使用，需要通過摻礫[15]、反濾等措施進行改良。總體上，風積粉土層料源場地類別以Ⅱ類為主，部分Ⅲ類[13]。

3.3 砂板巖和千枚巖地層區(qū)碎石土層

在藏東南地區(qū)，砂板巖和千枚巖地層主要分布于加查-朗縣一線以南的雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)[16]（圖9），由多套上三疊統(tǒng)地層組成，經(jīng)作者等人現(xiàn)場實地調(diào)查，在這些上三疊統(tǒng)地層中分布有少量滑坡、崩坡積、洪積和泥石流等不同成因類型的第四系堆積物，總體而言是作為防滲土料研究利用相對較理想的料源，但受基巖滑坡巖層解體差異、崩坡積孤塊石堆積相對集中、洪積和泥石流多期次暴發(fā)等因素影響（圖10、11、12），堆積物層次結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成差異大，部分堆積物超徑石偏多，黏粒含量偏低，需人工改良和摻合后方可上壩使用。總體上，雅魯藏布江結(jié)合帶砂板巖和千枚巖地層區(qū)內(nèi)的堆積物料源場地類別以Ⅱ類為主，部分Ⅰ類和Ⅲ類[13]。

由于藏東南地區(qū)的砂板巖和千枚巖地層區(qū)多位于喜馬拉雅東端的岡底斯-喜馬拉雅造山系內(nèi)，地表海拔高程多在3 500m以上，料源較為分散，單個料源儲量相對有限，且開采運輸條件較差，運距較遠。

圖9 朗縣及其附近構(gòu)造單元劃分示意圖

圖10 朗縣以南結(jié)合帶內(nèi)的滑坡堆積物

圖11 朗縣以南結(jié)合帶內(nèi)的崩坡積堆積物

圖12 朗縣以南結(jié)合帶內(nèi)的洪積堆積物

4 結(jié)論與建議

1）物理風化為主的藏東南地區(qū)，區(qū)域地層巖性出露情況在很大程度上決定了覆蓋層的物質(zhì)組成、層次結(jié)構(gòu)和顆粒級配特征；藏東南地區(qū)出露巖性以片麻巖、片巖、混合巖、花崗巖、閃長巖等為主的，巖石抗風化能力總體較強，巖石風化成土進程較慢，風化成土過程中，大多難以形成粉質(zhì)黏土、黏土等顆粒細、黏粒含量高的土層，總體上，藏東南地區(qū)土石壩防滲土料料源匱乏。

2）藏東南地區(qū)可供大規(guī)模研究利用的土石壩防滲土料料源主要集中在河湖相沉積層和風積粉土層及雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)砂板巖和千枚巖地層區(qū)的碎石土層等三大類。其中河湖相沉積層相變大，層次多，存在多層結(jié)構(gòu)，無用夾層多，天然含水量差異大，剝采比大，開采難度大；風積粉土層顆粒級配不連續(xù)，以粉粒為主，滲透系數(shù)較小，抗剪強度低，需要通過摻礫、反濾等措施進行改良；雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi)砂板巖和千枚巖地層區(qū)的碎石土層受基巖滑坡巖層解體差異、崩坡積孤塊石堆積相對集中、洪積和泥石流多期次暴發(fā)等因素影響，層次結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成差異較大，部分堆積物超徑石偏多，黏粒含量偏低，需人工改良和摻合后方可上壩使用[13]。

3）藏東南地區(qū)單一成因土層難以滿足防滲土料質(zhì)量技術(shù)指標，應根據(jù)各類土層工程地質(zhì)特征和物理力學特性，經(jīng)人工改良和摻合后綜合研究利用。如改變摻入料級配、精細化摻合比、加大擊實功能或其他措施進行深入研究。

4）藏東南地區(qū)基礎地質(zhì)資料總體較薄弱，防滲土料料源匱乏，且分散，為尋找到儲量豐富、質(zhì)量基本滿足規(guī)范規(guī)程要求和開采運輸條件相對較好的料源，建議適當擴大防滲土料的普查范圍；同時，根據(jù)研究區(qū)防滲土料儲量、質(zhì)量和開采運輸?shù)葪l件，考慮研究多種壩型方案。

5）鑒于藏東南地區(qū)區(qū)域地層巖性分布情況，不同成因類型土層可能均具有分散性[17]，建議進行防滲土料分散性試驗[18]。

6）藏東南地區(qū)湖相黏性土層和千枚巖地層區(qū)的碎石土層有機質(zhì)含量可能偏高，建議進行土層有機質(zhì)含量測試，土石壩有機質(zhì)含量（按質(zhì)量計）大于5%的土料和心墻、斜墻有機質(zhì)含量（按質(zhì)量計）大于2%的土料均不能上壩使用。

7）土石壩一般壩體規(guī)模較大，防滲土料需求量較大，不同壩段對防滲土料技術(shù)質(zhì)量指標要求可以有所差異，在藏東南地區(qū)填筑土石壩時，可考慮將技術(shù)質(zhì)量指標相對較好的土料用于關(guān)鍵壩段和主堆區(qū)；將技術(shù)質(zhì)量指標相對偏差的土料用于次要壩段和次堆區(qū)，但應進行專門性研究。

8）藏東南地區(qū)為藏族、珞巴族、門巴族等少數(shù)民族聚居區(qū)，地處祖國西南邊陲，多地涉及自然保護區(qū)、國家森林公園、國家濕地公園等環(huán)境敏感對象，在進行防滲土料料源選擇時應充分考慮環(huán)境敏感對象和當?shù)氐拿耧L、民俗、宗教信仰等問題。

9）根據(jù)區(qū)域地層巖性分布[4]，結(jié)合日喀則地區(qū)、拉薩市、山南地區(qū)等地局部地表地質(zhì)調(diào)查，作者大膽推測以火成巖及其變質(zhì)巖為主的西藏地區(qū)，可供大規(guī)模研究利用的土石壩防滲土料料源很有可能主要集中在上述三類土層中，即靜水、緩慢流水環(huán)境中沉積的河湖相沉積層，細顆粒土層經(jīng)二次搬運后堆積而成的風積粉土層，以及作為被動陸緣的班公湖-怒江結(jié)合帶、雅魯藏布江結(jié)合帶等結(jié)合帶內(nèi)砂板巖、千枚巖和泥質(zhì)巖等巖石強度相對偏低的巖層內(nèi)集中分布的碎石土層。此認識有待更大范圍調(diào)查和深入研究后證實。

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A Study of Occurrence Conditions of Impervious Soil Material for Earth Rock Dam, Southeast Tibet

ZOU Zi-nan REN Zhi-gang

（Chengdu Engineering Corporation Limited, PowerChina Chengdu 610072）

Impervious earth material is an important material for earth rock dam construction. The southeastern Tibet region is characterized by strong physical weathering. A systematic geological survey and exploration indicate that controlled by regional stratigraphic lithology, impervious soil material is scarce and dispersed in the southeastern Tibet region. The main impervious soil material resources available for exploitation are: fluvial facies and lacustrine deposits formed in barrier lake, eolian silty soil and gravel soil derived from sandstone, slate and phyllite in the Yarlung Zangbo Suture Zone. But affected by factors such as material composition, hierarchical structure, particle size distribution and water content, they can not fully meet the requirements of quality and technical indicators for earth rock dam construction. Moreover, because affected by the geographical distribution and burial conditions and other factors, mining and transportation conditions are generally poor.

impervious soil material; occurrence condition; earth rock dam; southeast Tibet

2018-01-21

鄒子南（1976-），男，云南大理人，高級工程師，從事工程地質(zhì)勘察工作

P619.22

A

1006-0995（2018）04-0584-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.012