蘆山抽水蓄能電站庫區復雜堆積體成因研究

關鍵詞：復雜堆積體；堆積體成因；堆積體物質結構特征；多期次崩塌；地質災害勘察；蘆山抽水蓄能電站中圖法分類號：TV223；TV743 文獻標志碼：A DOI：10.16232/j. cnki.1001-4179.2025.06.015

0 引言

堆積體的成因不同會導致其結構特征和失穩模式存在差異，進而影響穩定性判別。堆積體邊坡的穩定性主要受其成分和坡體結構影響，而這些特征與原斜坡的坡體特性密切相關[。因此，研究堆積體的成因機制對查明其成分與結構特征至關重要。張世殊等[2]對卡瓦白慶抽蓄電站水庫右側岸坡第四系堆積體的成因進行了分析，研究表明第一段沖溝內松散堆積物倒三角錐地貌明顯為崩積成因，第二段與第三段谷底堆積物前緣有大量孤塊碎石且有冰川刻痕，物質組成為冰磧物，可見不同成因堆積體結構特征有差異，且可根據堆積體物質結構和周圍地質災害情況反推成因[3]。李廣平等[4]將馬河堆積體分為三層地質結構（ 30～40m 松散覆蓋層、 .10～15m 中一強風化層、40～50m 以下較完整地基巖），判定為崩塌成因。馬俊學等[5]等根據沉積特征，分析疊溪古滑坡堰塞湖下游區5處堆積體成因，判定為潰項堆積。

堆積體的物質組成、結構是影響其穩定的主要因素[6-8]，下臥基巖面形狀、傾角等都會影響堆積體邊坡的變形破壞特征[9]。例如，陳紅旗等[10]認為隨著堆積體內軟弱地質界面分布特征不同，堆積體具有整體穩定、分段穩定和局部穩定等特征；徐迎迎[\"分析了堆積體的變形發育過程，分析驗證堆積體內不存在連續的塑性貫通區，因此在評價斜坡穩定性時主要考慮基覆界面位置的軟弱層影響。

堆積體往往是風化作用協同構造運動共同作用的結果。風化作用影響巖塊內在結構，而巖塊結構控制著危巖體的變形、破壞特征和運動距離，從而對堆積體的結構產生影響[12-13]。馮倩倩等[14]將雁門鄉雁洛村大型堆積體演化過程分為早更新世寬谷期黃土堆積階段，中、晚更新世峽谷期谷坡卸荷變形階段，峽谷區滑坡形成階段，全新世堆積體復活變形階段等4個階段；雷清雄等[15]認為小金縣三關橋村崩塌堆積體形成可分為應力重分布卸荷回彈階段一裂隙發展巖體碎裂階段一地震作用下地形導致加速度放大階段一裂隙擴張連通階段一巖體脫離物源，最終形成崩塌堆積體；柏威偉[1]分析了某水庫堆積體的成因機制及地貌演化過程，認為其是斜坡表層巖體在兩組陡傾節理和順坡向兩組結構面不利組合作用下產生崩塌變形破壞的結果；Dong等[17]對中國西南地區某水電站的堆積體邊坡進行考察，提出其因切割、風化使基巖上部坍塌，碎屑滑落堆積，后經雨水滲透等造成固結壓實變形。

綜合前人研究，探明堆積體的成因是堆積體勘察內容中不可或缺的一環，對于準確判別堆積體穩定性具有重要意義。蘆山抽水蓄能電站地處四川盆地和青藏高原的過渡地帶，該地區新構造運動活躍，地勢險峻，巖性多樣，分布有大量成因各異、規模不同的堆積體。該抽水蓄能電站下庫庫區有一成因不明的大型堆積體，在水電站蓄水運行過程中可能對庫區安全產生威脅[18-20]。本文采用無人機航測與現場踏勘相結合的勘探辦法，利用鉆探探明堆積體的物質組成和結構，結合現今地形地貌，推測堆積體的成因及整體地貌的形成演化過程。研究成果對水電站選址的可靠性和建設的安全性具有重要參考價值。

1 研究區地質概況

該抽水蓄能電站下庫的庫區由環形山體圍成，西川河總體流向SE，下游主壩壩址區兩岸呈“V”形峽谷，河流切割形成陡崖，地形坡度 40^°～60^° ，局部陡崖坡度可達 70^° 以上，相對高差約 600m 。堆積體出露的基巖主要是中生界白堊系上統灌口組（ 泥質粉砂巖，下第三系古一始新統名山群（ E_1-2mn ），覆蓋層為第四系松散堆積物。地層由老至新的分布及概況如下：

（1）基巖。 ① 白堊系上統灌口組 ，分布于下水庫主壩壩址區附近，厚度約 215m 。主要由泥質粉砂巖構成，中厚層狀結構為主。 ② 下第三系古一始新統名山群（ E_1-2mn ），出露于下庫主壩及下游一帶，主要由棕紅色礫巖構成，從河床到山頂都有分布，且逐漸變薄，厚層一巨厚層狀。

（2）第四系覆蓋層 （Q⁴） 。 ① 第四系全新統沖洪積堆積層 （Q₄^pl+al ），主要沿西川河河床分布，厚度因地形變化而差異較大，以含漂砂卵礫石層為主，局部砂卵礫石集中分布。 ② 第四系全新統崩坡積堆積層（ ，主要分布在下庫左岸，主要由裸露基巖風化崩落塊、碎石堆積而成，填充少量粉黏粒，零星分布于裸露巖層陡坎底部，厚度差異較大，分布范圍較廣，總體呈現從堆積體下部到上部由厚變薄的趨勢。左岸堆積體勘探揭示最大厚度約 40～50m 。 ③ 第四系全新統洪積堆積層（ Q₄^pl ），主要分布于下水庫左右兩岸兩沖溝溝口段，塊碎石土為主，厚約 1～3m 。

研究區西北側，距研究區約 2.6km 處發育有區域性斷層，大川一雙石斷裂。該斷裂屬于龍門山斷裂帶前山斷裂的西南段，總體走向約 N40^°E ，傾向NW，長約 140km 。下水庫庫區及兩壩址區無區域性斷裂通過，見圖1。根據地質地表測繪調查，研究區斷層不發育，主要發育有4組優勢結構面，見表1。

2 堆積體坡體結構及組成特征

2.1 堆積體邊界、規模及形態特征

通過現場調查結合LiDAR影像特征，確定堆積體邊界見圖2。堆積體位于下水庫左岸黃木坡一魯班巖之間凹槽內，沿NNE方向呈長條形展布，下游以NNE一SSW向近直立狀的陡崖為界，高度 200～300 m ，上游基本以NNE一SSW向沖溝為界，前緣以西川河為界。堆積體分布高程約 790.00～1450.00m ，順河向長約 530m ，順坡向長約 2 619m ，鉆孔揭示厚度30～50m ，體積約3192萬 m³ 。堆積體上游發育有2條規模較大的沖溝，一條與堆積體北側陡坎相連，組成堆積體的上游邊界；另一條與其呈“Y”字分布，位于坡體中部地勢較為平坦處，溝內遍布有大粒徑碎塊石，粒徑20～120cm 。

堆積體下游側的邊界為一緩坡平臺，鄰側有一陡崖，交界處則為堆積體的下游側邊界，高程在 800～ 1260m 。陡崖上出露有下第三系古一始新統名山群的黃褐色泥巖、粉砂巖夾礫巖，至今仍可見塊碎石崩落。由勘探結果可知，近陡崖處的覆蓋層明顯增厚，具有顯著的成層性。堆積體的上游以堆積體的西北側沖溝連接北側陡坎為邊界，高程 800～1100m ，地勢整體較陡。

2.2 堆積體物質組成與結構特征

據現場地表調查，在堆積體前緣和中部分布大量粒徑巨大的塊石、孤石，表面風化嚴重，大多被植被覆蓋或包裹（圖3（a）、（b））。塊石、孤石多屬紅色、磚紅色、紅褐色、灰色礫巖，與下游側陡崖上部產出的古近紀名山組 （E_1-2mn） ）一致。堆積體中部塊石、孤石的含量一般約 20%～30% ，局部可達 40% 以上，碎石土（礫石土）中礫石含量一般約 50%～70% ，主要來源于礫巖風化、崩解產物。塊石、孤石大多無明顯架空，被小粒徑碎石土充填，結構相對較緊密，一般呈中密狀，形成的自然坡度約 20^°～40^°"（圖3（c））。堆積體中部發育數條小型沖溝，沖溝溝床多分布粒徑 30～50cm （個別可達 2m 以上）的孤石、漂石，主要成分以紅色、灰色礫巖為主（圖3（d））。堆積體前緣地形相對較緩，自然坡度約 20^°～30^°"，植被茂盛，分布多種農林作物。堆積體前緣主要由碎石土（礫石土）構成，礫石粒徑一般約 2～8cm ，含量一般在 30%～40% 之間，礫石土多呈稍密一中密狀（圖3（e））。

表1工程區主要優勢結構面分組及特征

堆積體中未見保留原始層面產出形態的假基巖，未見大段保留原始結構、解體不充分的巖體出露，說明堆積體物質主要來源于解體充分的物理地質作用。根據堆積體的物質組成，推測其主要來源于下游陡崖上部產出的古近紀名山組（ E_1-2mn ），屬名山組厚層礫巖崩積過程的產物。

2.3 軟弱地質界面（殘坡積層）發育特征

據堆積體中部的沖溝切割揭露和鉆孔揭露情況，堆積體中發育兩類物理力學性質與堆積體主要構成物質差異較大的軟弱層帶（殘坡積層），一類發育于堆積體下部基覆界面部位，一類發育于堆積體內部（圖4）。

如圖4（a）所示，堆積體中部沖溝充分揭露了堆積 體與下伏基巖發育特征，基覆界面下伏基巖層面產狀 約 N65^°E/SE∠35^° ，由白堊紀灌口組上段 （K₂g²） 的砂巖、粉砂巖、泥巖構成，上覆堆積體主要由紅褐色礫巖孤石和礫石土構成。基覆界面部位主要由含礫石（含量 20%～30% ）的砂質、粉砂質黏土構成，主要來源于下伏基巖原地風化產物，未見明顯定向排列特征和明顯擠壓剪切錯動跡象，因此推測基覆界面部位產出的含礫石砂質、粉砂質黏土應屬早期地表原地風化、殘積的產物。

圖4（b），（c）顯示了鉆孔揭示的基覆界面部位產出的殘坡積層發育特征。該殘坡積層由含礫石、碎石的砂質、粉砂質黏土構成，厚度一般約 0.5～2.0m ，局部可達 3m ，軟弱地質界面遇水有較為明顯的泥化現象，內部存在明顯擠壓、剪切錯動跡象。圖4（d），（e）展示的是堆積體內部發育的殘坡積層，主要由礫石質、砂質、粉砂質黏土構成，厚度約 0.5～2.0m ，遇水后崩解、軟化現象較為明顯，軟弱地質界面內亦未見明顯擠壓剪切錯動跡象。

類似的發育于基覆界線部位的殘坡積層在多個鉆孔中被揭露。圖5顯示，ZK3、ZK4、ZK5、ZK7、ZK11等多個鉆孔揭示了在基覆界面部位發育由褐色、紅色含礫石粉砂質、砂質黏土構成的殘坡積層，礫石含量約20%～40% ，粒徑一般 1～5cm ，厚度一般在 1～5m 之間，礫石等粗顆粒無定向排列特性，無明顯擠壓剪切錯動跡象。

圖6表明，多個鉆孔（ZK2、ZK4、ZK7、ZK10、ZK11、ZK12）揭露了發育于堆積體內部的殘坡積層。

ZK12鉆孔內部軟弱層帶（25.0＼～28.2m）紅褐色殘積粉砂質黏土夾碎石（e）ZK12中揭露的堆積體內部軟弱層帶（e）Weak layerbelt within the accumulation body exposed in ZK這些殘坡積層多由含礫石砂質、粉砂質黏土構成，礫石含量約 30%～50% ，粒徑一般 1～4cm ，厚度約 0.5～ 5.0m ，礫石屬礫巖風化崩解后的產物，無定向排列性，殘坡積層無擠壓剪切錯動跡象。對比發育基覆界面部位的殘坡積層，這些發育于堆積體內部的殘坡積層礫石含量明顯偏高，黏粒含量明顯偏小，結構更為松散，遇水后更易崩解。根據出露于各鉆孔內的殘坡積層發育深度、平面坐標，這些軟弱地質界面大多延伸性較低，并未在堆積體內形成貫通性軟弱層帶，大多呈透鏡體狀產出。

根據對上述兩類發育于堆積體內的殘坡積層的調查研究成果，可以得到對其發育特征的以下基本認識：（1）兩類殘坡積層都是由含礫石砂質、粉砂質黏土構成，厚度約 0.5～5.0m ，礫石粒徑一般約1＼～5cm，含量一般在 20%～50% 之間，礫石均是礫巖風化崩解后的產物。

（2）兩類殘坡積層中均未見明顯擠壓、剪切錯動跡象，粗顆粒物質亦無定向排列現象，因此這兩類殘坡積層在其形成演化過程中并未遭受過剪切破壞，推測其應屬堆積體不同歷史時期地表坡面的風化、殘積產物。

（3）發育于堆積體基覆界面部位的殘坡積層在大部分鉆孔內都有揭露，具有較好的延伸性，發育特征、物質組成較為穩定，因此推測其應廣泛發育于堆積體的基覆界面部位，但這些殘坡積層（軟弱地質界面）大多呈透鏡體狀展布，延伸性較差，堆積體內部并未形成由殘坡積層貫通而成的軟弱地質界面。

（4）由以上3點結論可以推斷，堆積體內部存在的與基覆界面相同物質的、不連續的殘坡積層，是由于堆積體在長期的、多期次的崩塌過程中，在崩塌間歇期由風化和搬運共同作用形成的殘坡積物所構成，這是堆積體經歷漫長且多期次的崩塌所形成的重要證據。

3 堆積體形成及演化機制分析

3.1 成因分析

如圖7所示，堆積體下游邊界為一高約 300～400 m的近直立陡崖，發育有4組優勢結構面，延伸長度大，在數米至數百米之間。3組為陡傾角節理裂隙，1組為礫巖層面。在上述三陡一緩4組結構面的切割作用下，陡崖坡面廣泛發育各種類型危巖體，具備形成崩塌堆積體的地形條件。

（1）物質組成。從堆積體物質組成看，其主要由礫巖塊石、孤石及其風化崩解厚度碎石土（礫石土）構成，無論是塊石、孤石的顏色、巖性還是結構特征都與堆積體下游側陡崖上部出露的古近紀名山組（ E_1-2 mn）基本一致，與堆積體下伏基巖 的成分有明顯區別，因此堆積體的主體物質應來源于堆積體下游側陡崖上部巖體。

（2）堆積體結構特征。堆積體內發育的兩類軟弱地質界面都屬于原地表風化、殘積產物，不具備滑帶的物質組成和結構特征。此外，在堆積體內部未見解體不充分的假基巖出露，也未見大段仍保留原巖結構的巖體出露，因此可以排除該堆積體屬于滑坡產物的可能性。由堆積體DEM圖像（圖8）可以看出，堆積體在下游陡崖的坡腳處形成了具有一定天然休止角的巖堆，且堆積體靠近下游陡崖側高程大于上游側高程。結合前文對堆積體物質成分、結構特征的分析可知，堆積體符合崩塌堆積的特征，且堆積體的物質組成與其下游側的陡崖存在巖性構成上的同源性，其主要來源于陡崖出露的古近紀名山組（ E_1-2mn 紅褐色、灰色礫巖；堆積體是下游側陡崖巖體在三陡一緩4組結構面切割形成的危巖體崩塌堆積的產物；因堆積體規模大、下部大量崩塌塊石、孤石已經風化成碎石王（礫石土），推測堆積體應經歷了漫長的崩塌堆積過程。

3.2 地質地貌演化過程分析

堆積體內部不同深度發育多條延伸性較差、性狀相似、呈透鏡體狀展布的殘坡積層。這說明在堆積體形成演化過程中，下游側的崩塌堆積行為并不是持續的單一過程，在長期的崩塌堆積過程中，堆積體不同位置曾多次出現較長時間的崩塌停歇，致使當時的堆積體表層物質接受風化侵蝕作用，從而在現今堆積體中留下了多條殘坡積層（主要為含礫石粉質黏土）。因此堆積體并不是一次性的持續崩塌堆積作用的產物，在其形成過程中，不同部位曾多次出現崩塌停滯現象。

根據堆積體地貌形態，大致可以看出堆積體至少經歷了2個期次的崩塌堆積過程（圖9）。在堆積體臨近下游陡崖表層分布有一序列呈串珠狀形態的崩塌堆積而成的“倒石堆”，在陡崖坡腳形成一延伸長度近3km的崩積裙，主要由大粒徑的礫巖塊石、孤石構成，塊石、孤石中多見局部架空現象。根據該崩積裙的結構特征，可以推測其形成時間應相對較晚。

除上述崩積裙所在部位，以及沖溝切割部位，堆積體表面地形較緩，坡度一般在 20^°～30^° 之間，植被茂盛，表面覆蓋的塊石、孤石大多風化較嚴重，有些甚至風化、崩解成碎石土（礫石土），土體結構較為密實，一般呈中密一密實狀，少見塊石、孤石等的架空現象，說明這部分堆積體應早于上述崩積裙的形成時間，在該部分物質堆積后應存在一個相對較長的崩塌停滯期，致使堆積體原破面持續風化夷平，這是導致現今堆積體坡面平緩的重要原因。

采用圖解形式，演示陡崖崩積物崩塌一運移一沉積過程。堆積體橫剖面示意見圖10。為反演堆積體形成演化過程，根據各個鉆孔揭露的基覆界面空間三維坐標和現今的地貌形態，重構了堆積體形成之前的地貌形態。堆積體形成之前，該地區是一侵蝕而成的狹長槽狀地貌形態，在靠近下游側陡崖部位，發育一線狀溝谷地貌，應是流水侵蝕作用形成的沖溝。研究區的地貌演化至少經歷了2次崩塌一運移一沉積過程，才形成現今的堆積體地貌。整體地貌演化過程見圖11。

（1）研究區的原始地形如圖11（a）所示。

（2）如圖11（b）所示，由于陡崖的基巖為粉砂巖、砂巖和礫巖互層，在巖石硬度較低的地方首先發生侵蝕，并在原地表上產生薄層的堆積物，堆積物風化、侵蝕形成基覆界面。河道內也有少量陡崖崩落的危巖堆積。

（3）如圖11（c）所示，由于硬度較低的砂巖、粉砂巖被侵蝕形成凹腔，造成硬度較高的礫巖懸空，在重力作用下結構面逐漸發育，發生崩塌。原本位于陡崖下方的河流被堆積物堰塞，改道移向堆積體的上游側

（4）如圖11（d）所示，第一次崩塌的堆積物經由侵蝕作用和搬運作用逐漸被夷平、風化，并在局部形成透鏡體狀的殘坡積物。經過第一次侵蝕的砂巖、粉砂巖成為第二次崩塌發生時雨水入滲的通道，接受進一步的侵蝕，與此同時礫巖內部的裂隙逐漸發育貫通，形成第二次崩塌的破壞面。礫巖中的破壞面貫通，巖體崩落，第二次崩塌完成。

（5）如圖11（e）所示，堆積體經過進一步的侵蝕、搬運、堆積、沉積，形成現今的堆積體地貌。

綜上所述： ① 堆積體內部的軟弱地質界面發育規律復雜，多個鉆孔揭露了堆積體內部和基覆界面處的軟弱層帶，本研究以鉆孔資料為依據，重點探究了堆積體的物質組成和結構特征，對堆積體內部殘坡積層的發育分布情況進行還原，得出堆積體產生于長期、多期次崩塌的結論，在現今地貌之上劃分出了不同期次崩塌的堆積區域，并通過圖解將堆積體形成過程進行了闡述和還原。 ② 結合堆積體的DEM圖像和現今地貌，對上游沖溝在堆積體前緣不自然的彎曲形態做出解釋，由于下游陡崖危巖體長期、多期次的崩塌堰塞，導致原本發育在下游側的沖溝向上游側偏移，并在下游陡崖坡腳處形成了“串珠”式的崩積群，造就了如今的地貌形態。

4結論

（1）由堆積體的物質組成和結構特征、結合堆積體基覆界面的發育特征，可推斷：該堆積體為崩塌成因，其物質來源與下游陡崖上部產出的古近紀名山組0 （E_1-2mn） 一致，屬于名山組厚層礫巖崩積過程的產物。

（2）現場大量鉆孔的勘探結果表明，基覆界面巖性為塊碎石夾黃褐色粉質黏土層，基覆界面以上的地層也存在物質成分類似的、小規模、不連續、呈透鏡體狀的塊碎石夾黃褐色粉質黏土層，是下游陡崖發生過多次崩塌的有力證據，結合堆積體整體的地貌形態，可推斷其經歷過至少2次大規模的崩塌堆積

（3）堆積體下游側原本發育有一沖溝，在下游陡崖危巖體長期崩塌堰塞、掩埋等地質作用下，導致該沖溝向上游側偏移，從而形成如今發育于堆積體上游側邊界部位的沖溝。

（4）堆積體確定為多期次崩塌成因，堆積體內含有不連續的崩積物殘坡積層，不含有連續的軟弱地質界面，故在考慮堆積體穩定性時，僅以基覆界面作為唯一的軟弱地質界面，進行參數選取和堆積體穩定性的計算。

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（編輯：劉媛）

Abstract：Theformationreasonsofaccumulationbodiesarediferent，withdiversestructuresandphysicalandmechanicalproperties，whichbringaboutchalengesonthestability evaluationofdeposits.Aslopeaccumulationbodywithunknowncauses inthe lowerreservoir areaofLushanPumped Storage Power Station may poseathreat totheconstructionsafetyandlong-termoperation safetyofthehydropowerstationInordertonsuretheaccuracyofthestabilityevaluationoftheacumulationbody，basedonthe detailedfieldinvestigationinludingtheUAVtiltpotogaphy，LiDARerialpotogaphy，drilingandthrtechnicalast accumulationbodywas investigated，andtheformationcausesoftheaccumulationbodyandtheevolutionof geomorpholgyformation were analyzed in -depth. The results show that： ① The main material of the accumulation body originates from the steep cliff on the downstream side of the accumulation body. ② The accumulation body contains soft and weak interlayers of varying depths anddiscontinuities，anditisassumedthattheacumulationbodyisformed bymultiplecollapsesof thedownstreamclffs. ③ Itis speculatedthatatleasttwophasesoflarge-scalelandslidesocurredinthestudyarea，andthepresentlandformsaregradually formed after a long period of surface modification. ④ Based on the in - depth argument on the causes of the accumulation body，it isconfirmedthatthethereisathroughandweakinterfaceatthebase-coverinterfaceoftheaccumulationbodyandthedepthof theweakinterlayerinsidetheaccumulationbodyisdferentanddiscontiuous.Therefore，thestructureandstrengthofthebasecoverintefaceoftheaccumulationbodyshouldbeanalyzedasthemaininfluencingfactors inexploringthestabilityof heaccumulationbody.Theresultscan provideareference basis for the studyongenesis mechanismsof similarcomplexaccumulation bodies.

Key words：complexaccumulationbody；genesisofaccumulation body；material structural characteristicsofaccumulatior body；multi- phase collapse；geohazard investigation；Lushan Pumped Storage Power Station