渭南市抽黃供水北灣調蓄池工程深部地層的成因時代判別

成小勇

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

0 前言

渭南市北灣調蓄池工程位于蒲城縣龍陽鎮北灣村的洛河岸邊，根據區域資料及前期勘察調繪，工程區第四系覆蓋層深厚。為研究、計算池堤(大壩)填筑過程及后期的沉降變形問題，需要探明深層巖土的時代成因、地質條件等。本次勘探于池堤軸線部位布設三個120 m深的鉆孔，以查明池堤地基深層巖土的工程地質特性。工程區前期各勘察階段鉆孔最大深度僅40 m，本次深度達120 m，首先要解決的就是地層時代的認定劃分，因為全新統與晚更新統地層在前期勘察已有定論，本次重點是晚更新統以下的地層劃分及判定。本文結合工作實際操作的過程，就該工程深部地層的成因時代認定劃分進行分析判定。

1 工程概況及地質條件

北灣調蓄池工程位于渭南市蒲城縣龍陽鎮北灣坡下村的洛河右岸邊，總蓄水量944萬m3，由池堤(壩)、進水箱涵、放水洞、泵站等組成。均質土堤(壩)長1630 m，最大堤(壩)高24 m，建筑物級別為2級。工程區行政管轄以洛河為界，左岸歸大荔縣管轄，右岸屬蒲城縣，河流在此由西南流向轉為東南流向，東雷二期抽黃工程的洛河渡槽橫跨于兩岸階地前緣的突出點上，調蓄池則位于這個轉折點下游側。

工程區洛河兩岸發育不對稱的堆積階地，左岸為三級階地，缺失一、二級階地，高漫灘疊置于三級階地上。地層巖性有黃土、黃土狀土及古土壤，下部為一套沖、湖積成因的壤土、砂及礫石層，著名的大荔人頭骨化石則發現于下部的砂礫石層中。右岸為二級階地上疊一級階地，地層巖性有黃土、壤土、砂及礫石層。調蓄池的池堤(大壩)位于右岸一級階地上，兩端堤肩與二級階地相接，形成池盆。工程區位置見圖1。

圖1 工程區位置圖

2 判別地層成因時代的必要性

各個地質年代形成的地層，都包含著大量的信息。如根據地層中所含礦物、化石等，可推演出當時的氣候環境、動植物演化等，反之，根據地層形成的年代、成因，可追溯生物演化事件、氣候變遷的歷史事件等。當然，對于地質學中工程地質這一分支學科來說，主要研究工程活動與地質環境之間的相互作用，查明地層工程地質特性，為確定保證建筑物穩定與正常使用的防護措施提供依據。

通過前人的多年研究、積累，對各個時代的地層，已有一些統一的認識，如晚更新統及以前的地層不產生液化、濕陷性黃土一般僅限于中更新統上部及以上的地層、老地層在密實度和承載性上一般高于新地層等，因此，確定地層、劃分成因時代是做好地質工作的基礎，是重要的工作內容。

3 地層成因時代的判定方法及過程

由于前期勘探鉆孔最深只有40 m，全部在全新統(Q4)及晚更新統(Q3)地層中，并未涉及更早期地層，本次鉆孔深度達120 m，進入更早期地層。在勘探過程中發現工程區還存在兩個時代的細砂層直接接觸沉積的現象，且顏色、顆粒組成及礦物成分上極為相似，難以區分。在對池堤(大壩)深層巖土的時代及成因劃分中，運用區域地質資料、地貌層序、包含化石、巖芯鑒定、原位及室內試驗等方法進行綜合評判，最終確認勘探范圍內的深部地層為中更新統河、湖相沉積地層。

3.1 區域地質資料

根據《陜西省關中盆地第四紀地質圖》(比例1∶20萬)，工程區沿洛河兩岸主要為第四系松散沉積物，局部出露有上第三系(N22)物質，見圖2。經實地踏勘，區域地質圖所示位置并未發現有第三系地層出露，再在區域地質圖上查閱工程區東、西兩個方向的剖面圖發現，第三系沉積物均位于地層底部，所示范圍無在地表出露的可能。又根據陜西省地質礦產局的《陜西省地質圖》，第三系地層出露點應在工程區上游的大荔縣境內，離工程區尚有一定距離，說明區域資料在局部亦存在不準確的現象。

圖2 工程區區域地質圖

《陜西省關中盆地第四紀地質圖》上的Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ剖面所示，工程區第四系松散堆積物厚度大于300 m，而120 m的深度應在中更新統的河、湖相沉積層中。

3.2 古生物化石

古生物化石是古代生物保存在地層中的遺體或遺跡，經過億萬年的演變，形成化石埋藏于地層中，通過某些特定化石可以確定所在地層的年代。

二級階地(Q3)上部為風積黃土，下部為一套沖積成因地層，包括壤土、砂壤土、細砂、礫石等，地層中發現最多的是蝸牛殼和殼蚌兩類具代表性的化石。蝸牛殼主要存在于二級階地上更新統(Q3)上部細砂層中，數量很多，完整蝸牛殼直徑2 cm左右，石化程度差，白色，暗淡無光澤，手捏即碎。殼蚌化石只存在于上更新統(Q3)下部的細砂和礫石層中，數量較多，完整化石直徑一般5 cm～8 cm，乳白色絲絹光澤，石化程度高，質重。在全新統地層中，蝸牛殼分布較少，無殼蚌化石，在最終認定的中更新統(Q2)地層中，蝸牛殼僅偶爾見到，且呈碎片狀，殼蚌化石亦完全沒有，因此蝸牛殼和殼蚌化石可認為是晚更新統沖積相標志層。

3.3 地層層序

地質學基本規律：在層狀巖層的正常序列中，先形成的巖層位于下面，后形成的巖層位于上面。這一原理稱地層層序律，也稱疊覆原理。根據巖層的上下疊置關系，可以判定巖層形成時間的早晚。

工程區第四紀以來無強烈的地質構造運動，第四系地層沉積韻律由上往下為由新到老。就工程區的地形地貌來說，洛河三級階地發育于右岸，而左岸未見到三級階地，結合區域資料，表明二級階地疊置于三級階地之上，一級階地又疊置于二級階地上，河漫灘則內疊于一級階地上。按地層層序，全新統沖積地層沉積于河漫灘和一級階地上部，其下為上更新統沖積地層，再下為中更新統河、湖相沉積地層。階地、地層疊置情況見圖3。

圖3 工程區地層結構示意圖

3.4 巖芯鑒定

由鉆孔中提取上來的巖芯包含著所在地層的詳細信息，如顏色、層理、顆粒組成、包含物、密實或堅硬程度等，巖芯鑒定是對所在地層肉眼可見的、最直觀的了解。

鉆孔中提取上來的巖芯全新統的砂壤土較疏松，具針管狀孔隙；上更新統壤土則切面光滑、可塑狀、較致密，偶見針狀孔隙；至中更新統地層后，同樣是壤土，巖芯為長柱狀，雖在地下水位以下呈飽和狀，但多為硬塑狀，干后堅硬，巖芯斷口具鋒刃感，最主要的是夾有多層藍灰色的湖積相沉積層。在靜水環境下，隨著物質不斷積累、礦物結合等因素，使湖泥呈藍灰色或青灰色，藍灰色巖芯就是湖積相的特征之一。而根據區域資料，包括工程區在內的周邊大面積區域，在中更新世時為沖、湖積相沉積，通過鉆孔巖芯鑒定，表明鉆孔深度內的下部地層為沖、湖積成因地層。

3.5 原位試驗及室內試驗數據分析

工程地質勘察中對較深地層認定劃分時，原位試驗和室內試驗數據是不可或缺的重要支撐。對于粗粒土，通過標貫、動探試驗確定密實程度，來判斷或復核地層的新老關系，動探、標貫統計成果見表1。對于細粒土，通過顆粒分析、干密度、孔隙比等室內試驗指標分析地層的沉積環境和密實程度，從而推斷或復核地層間的相互關系，室內試驗數據統計成果見表2。

表1 粗粒土動探、標貫測試成果統計表

表2 細粒土試驗成果匯總表

從統計的動力觸探和標準貫入錘擊數可以看出，全新統砂礫石層錘擊數平均值僅為11.6擊，剛達到中密程度。上更新統砂礫石錘擊數平均值為40.0擊，已達到密實狀態；而中更新統砂礫石層則達到了54.5擊，較上更新統砂礫石在密實程度上又有了明顯提升。根據顆粒分析試驗，各層細砂在顆粒組成上很相似，按粒徑無法判斷沉積時代，因此再按密實程度來分析，上更新統細砂層錘擊數平均值為50.1擊，中更新統細砂層錘擊數平均值為51.3擊，均為密實狀態，二者差異不明顯。分析認為，細砂層粒徑分布范圍較窄，顆粒之間的相互填充、相互咬合及聯鎖機制較差，因此密實狀態變化不明顯。

細粒土全新統為砂壤土，上更新統及中更新統主要為壤土，根據鉆孔原狀樣品的室內試驗成果統計，從干密度、孔隙比等可以看出，所取樣品中全新統干密度最小、孔隙比最大，而上更新統和中更新統地層密實程度則都有一個明顯的抬升，但中更新統地層中，下部較上部密實程度雖有所增加，但增加的程度明顯小于不同時代間的增量。從試驗數據來看，其與新老地層間的邏輯關系是相符的，也間接說明了地層劃分是正確的。

4 結論

1)工程地質主要研究工程活動與地質環境之間的相互作用，確定地層，劃分成因時代，是做好地質工作的基礎，是重要的工作內容。

2)以區域地質資料為指導，化石標志層結合地形地貌進行層序推導，巖芯鑒定直觀判斷其成因和時代，分析試驗數據、復核各地層間的邏輯關系，綜合判定地層成因時代。

3)經綜合判定、相互印證，確定出涉及地層的成因時代，認定鉆孔所及的深部地層為中更新統沖、湖積成因地層。

4)對區域資料要相信但不能迷信，防止出現誤判，如區域地質圖上工程區有第三系巖層出露，實際在工程區并沒有出露，且埋藏較深。地層層序推導過程應注意不同階地間的疊置方式和邏輯關系。不同時代的地層，試驗數據應該是不同的，如果不符合邏輯關系，但又沒有一個合理的解釋，就該重新審視地層劃分的準確性了。