砾岩地层在牛牛坝水电站坝区工程地质勘察中的指导意义

邹子南

摘 要:本文论述了砾岩的分类、形成条件和研究意义,以及砾岩地层在地质勘察中的指导意义。

关键词:砾岩牛牛坝水电站工程地质勘察

中图分类号:TV21 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0092-02

1 引言

砾岩是一种沉积岩,通常指粒径大于2毫米的圆状和次圆状的砾石占岩石总量30％以上的碎屑岩。砾岩中碎屑组分主要是岩屑,只有少量矿物碎屑,填隙物为砂、粉砂、粘土物质和化学沉淀物质。

2 砾岩的分类、形成条件和研究意义

在谈砾岩地层在牛牛坝水电站坝区工程地质勘察中的指导意义之前,我们先简单了解一下砾岩的分类、形成条件和研究意义。

砾岩的分类主要有以下四种:①根据砾石大小,砾岩分为漂砾(>256mm)砾岩、大砾(64～256mm)砾岩、卵石(4～64mm)砾岩和细砾(2～4mm)砾岩;②根据砾石成分的复杂性,砾岩可分为单成分砾岩和复成分砾岩;③根据砾岩在地质剖面中的位置,可分为底砾岩和层间砾岩;根据成因的不同,可将砾岩分为滨岸砾岩、河成砾岩和洪积砾岩。砾岩的形成条件主要有以下三个方面:①有供给岩屑的源区;②有足以搬运碎屑的水流;③有搬运能量逐渐衰减的沉积地区。砾岩的研究意义主要有以下五个方面:①砾岩常作为沉积间断的标志和划分地层的依据;②通过砾岩有助于了解地质发展历史,如地壳运动情况、古气候条件、冰川的存在等;③砾岩在古地理研究中具有重要的作用;④砾岩本身就是矿石,通过砾岩可研究利用岩矿;⑤未胶结或中等胶结的砾岩常常是含水层,也可以含气、油,通过砾岩可研究利用地下水、气、油资源。

3 工程实例

牛牛坝水电站位于四川省凉山州美姑县境内,是美姑河干流“一库五级”(牛牛坝、瓦洛、瓦吉吉、柳洪、坪头)开发方案的龙头水库电站,电站坝址位于美姑县新桥乡下游约4km的河段上,厂址位于美姑县牛牛坝区政府附近,工程枢纽由挡水坝(面板堆石坝)、引水发电系统和泄水建筑物组成,设计正常蓄水位为1740m高程,最大坝高162m,库容2.21亿m3。目前,该电站已完成可行性阶段的勘测设计工作。

3.1 坝区基本地质条件

坝区位于美姑县新桥镇下游约4km的三飞上沟至马哈觉上沟的河段上,河道弯曲,总体呈向南东凸出的河弯,河弯之间为一条形山梁,枯水期河面高程1606m。坝区河谷呈不对称的“Ⅴ”型,左岸坡高大于500m,自然坡度20～55°;右岸坡高大于400m,总体上呈下陡上缓的地形。坝区两岸冲沟较发育,受冲沟切割,两岸山体完整性较差(见图1)。

坝区出露地层岩性由老至新主要有二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)、乐平组(P2l)铁铝质粘土岩;三叠系下统飞仙关组(T1f)泥岩与粉砂岩互层,底部见数层砾岩,下统嘉陵江组(T1j)泥岩、泥灰岩夹灰岩及中统雷口坡组(T2l)灰岩、泥质灰岩夹泥灰岩,以及第四系不同成因的松散堆积物。

坝区无大的断裂带通过,主要构造为纪尔洛背斜及次级小断层、小规模挤压(错动)带和节理裂隙。

坝区第四系不同成因松散堆积物分布广泛,地表覆盖严重,坝区无大的滑坡、崩塌体分布,个别冲沟雨季时有小规模泥石流暴发。坝区岩性复杂,岩体风化差异明显,局部陡坡地段岩体卸荷作用较强。

坝区地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水,地下水总体较丰沛,主要接受大气降水补给,并最终向美姑河排泄。

3.2 砾岩地层在牛牛坝水电站坝区工程地质勘察中的指导意义

坝区砾岩地层分布于三叠系下统飞仙关组(T1f)泥岩与粉砂岩互层的底部,主要有7层,单层厚度为2～3m左右,砾石呈次圆～圆状,球度较好,长径略定向,分布较均匀,砾径小于10cm,以4～8cm居多,砾石成分复杂,主要以石英质、玛瑙质、砂岩质、灰岩质为主,少量泥岩质,含量约30％～45％,细砂质胶结,含少量钙质。

标志层是指一层或一组具有明显特征可作为地层对比标志的岩层。由于坝区砾岩具有岩性特征明显、层位稳定、分布范围广、易于鉴别等特点,因此,坝区砾岩地层可作为一个标志层,通过对砾岩地层的调查和研究,在坝区工程地质勘察中具重要的意义,其中最主要的意义是划分地层,其次是判断沉积间断及了解地质发展历史和进行古地理研究。

(1)划分地层

纪尔洛背斜长约8km,宽约4～5km,轴向NW,向NW(右岸)倾伏,倾伏角约30°,背斜西翼缓,倾角30～45°;东翼陡,倾角50～60°。坝轴线正好处于该背斜的核部地带,组成背斜核部地层为峨眉山玄武岩,玄武岩在坝区右岸分布于1780m高程以下;坝区左岸基本为玄武岩,只有在坝区上下游离坝轴线较远河段的低高程位置和坝轴线位置2000m高高程以上才分布有沉积岩地层。坝区玄武岩为间歇性多期喷溢的陆相基性火山岩流,总厚度大于330m,共计10个岩流层,各岩流层厚在10～70m之间,个别岩流层中夹少量凝灰岩软弱夹层。

由于纪尔洛背斜呈卵圆形展布,受背斜影响,岩层产状变化大,玄武岩各岩流层的韵律特征不明显,岩流层中的凝灰岩软弱夹层分布不连续、层厚不稳定,因此,通过玄武岩巖流层及其间的凝灰岩夹层很难确定背斜的空间形态和岩层的层位。假整合于玄武岩之上的乐平组(P2l)铁铝质粘土岩,总厚度较小,岩质软弱,地表多已强风化,后期剥蚀较为严重,连续性较差,不能作为标志层,通过该套地层亦不能较好的确定背斜的空间形态和岩层的层位。背斜外围的砂泥岩地层和灰岩地层,除高高程地带基岩露头较好外,其余地带地表第四系松散堆积物覆盖严重,基岩露头较差,通过太靠外围的沉积岩地层确定的背斜空间形态往往是不准确的,背斜外围岩层产状的变化情况与背核核部或靠近核部的岩层产状往往不一致,因为岩层产状还受到层厚、断裂及其它多方面因素的影响。

综上所述,砾岩地层作为一个标志层,通过地表调查各地段裸露的砾岩地层和坝区各高程段勘探平硐揭示的砾岩地层能较好的确定纪尔洛背斜的空间形态和岩层的层位,尤其是靠近核部坝轴线附近与工程关系最为密切的背斜核部形态和核部地带的岩层层位,因此,砾岩地层有助于坝区岩层层次的划分。

(2)沉积间断

坝区砾岩地层分布于三叠系下统飞仙关组(T1f)泥岩与粉砂岩互层的底部,主要有7层,单层厚度为2～3m左右,表明砾岩在堆积过程中至少经历过7次明显的沉积间断过程,从各个砾岩地层中的砂泥岩岩层厚度大体一致还可初步表明,沉积间断的时期大体相当。

(3)了解地质发展历史和进行古地理研究

坝区砾岩地层中的砾石呈次圆～圆状,球度较好,砾石分布较均匀,砾石粒径较集中,表明砾岩堆积期间地面较平坦(较平坦的地面有利于形成较稳定的地层,较稳定的地层有利于岩层层次的划分),水流较稳定,初步表明坝区砾岩是河流相的产物。同时,砾岩成分的简单和复杂,在一定程度上可以反映其生成条件,一般而言,洪积和河成砾岩的砾石成分大都比较复杂;海湖滨岸砾岩的砾石成分大都比较简单。坝区砾岩的砾石成分复杂,主要以石英质、玛瑙质、砂岩质、灰岩质为主,少量泥岩质,因此,可进一步表明坝区砾岩是河流相的产物。此外,坝区砾岩地层中的砾石长径略定向,砾石的长轴方向和最大扁平面具有一定规律性,可以初步判断当时的水流方向大致是由S向N。

综上所述,坝区砾岩地层中的砾石特征显示具有多源区径流较远距离搬运后沉积的成因,属河流相的产物,砾岩形成时地势较平坦,水流较稳定,后期除地壳快速抬升和纪尔洛背斜强烈隆起外,坝区未发生过其它大的地质构造运动。

4 结语

工程地质勘察所要研究的对象包括地形地貌、地质构造、水文地质条件、岩石的物理力学性质、自然地质现象等。不同的地质历史演化过程形成不同的地质条件,而特殊的地质环境又造就了特殊的地质现象,因此,在工程地质勘察中应坚持以工程地质测绘为先导,善于从所研究对象的细节(或细部特征)入手,通过对特殊对象(如上述的砾岩标志层)的成因、形态、时代及空间分布规律的深入调查和研究,对查明某一地区的地质条件具有重要的意义。

参考文献

[1] 乐昌硕.岩石学.地质出版社,1984.

[2] 徐开礼.构造地质学.地质出版社,2007.