芒林水库大理岩透镜体岩溶渗漏探讨

唐运刚

(云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021)

1 研究区概况

1.1 工程概况

芒林水库位于云南省瑞丽市西南部南宛河支流南惹河上游的普然河上,属于中型水库工程,以农田灌溉为主,兼顾瑞丽市、姐相乡、弄岛镇城镇供水及农村人畜供水,并承担水库下游南惹河两岸防洪任务。设计坝高27.5 m,坝型为均质土坝,水库正常蓄水位783.85 m,总库容2 238.9万m3,坝轴线长154 m,导流及输水隧洞布置于左岸长约232 m,溢洪道布置于右岸哑口长约510 m。

1.2 地质概况

测区地处云南高原西部、横断山脉的南延部分,山脉、水系呈北东向延伸,与构造线方向一致。水库区内地势平坦,平均海拔高程750 m。北西侧分水岭海拔高程1 150～1 827 m,山前为波状起伏的残丘,相对高差50～100 m。根据地貌成因及形态特征,将测区划分为侵蚀堆积类型和构造剥蚀类型。测区出露地层较单一,主要为下古生界寒武系变质岩(主要岩性为片麻岩、变质砂岩、板岩)和新生界上第三系微胶结的含砾砂土夹砂土、卵砾石质砂土及泥岩;第四系松散堆积层广泛出露于瑞丽江两岸及地表各处。测区处于青、藏、滇、缅、印尼“歹”字形构造西支中段,属滇西褶皱带芒市褶皱束南段,构造形迹呈北东向,以复式褶皱群为主,发育的主要大断裂为位于水库南东侧约8 km龙陵—瑞丽大断裂,主要褶皱为王子树—南京里倒转复式背斜(图1)。区内地下水类型较齐全,按照地下水的岩石类型、水理性质及赋存条件,分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水三种类型[1]。水库地震动峰值加速度为0.2g,区域构造稳定性较差,地震动特征周期值为0.45 s(寒武系大理岩)、0.65 s(上第三系岩土),相应的地震基本烈度为Ⅷ度[2]。

图1 芒林水库构造纲要图Fig.1 Sketch map of Wanglin reservoir1.新生界;2.二叠系;3.三叠系;4.寒武系;5.燕山期花岗岩;6.地质界线;7.逆断层及其编号;8.正断层;9.隐伏层;10.背斜及其编号;11.国界线。

2 大理岩特性及分布

图2 库区大理岩分布示意图Fig.2 Distribution schematic diagram of marble in reservoir area

1.砂质粘土、砂壤土夹砂卵砾石、碎石土;2.半胶结之含砾砂土夹砂土、粘土;3.混合岩化片麻岩夹变质砂岩、板岩等,上部夹大理岩透镜体;4.正常接触地质界线;5.不整合地质界线;6.背斜轴;7.片理、片麻理产状;8.岩层产状;9.拟建芒林水库;10.泉水及其流量(L/s);11.河流及流向;12.地下水流向;13.国界线;14.乡村道路、公路;15.村庄;16.大理岩分布区;17.地质剖面线。

2.1 大理岩特性

大理岩是由沉积岩中碳酸盐类岩石经区域变质作用或大理岩接触变质作用形成的一种变质岩。主要矿物为重结晶的方解石、白云石,方解石和白云石的含量一般>50%。此外含有硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、斜长石、石英、方镁石等。具粒状变晶结构,块状(有时为条带状)构造。肉眼可辨认,遇稀盐酸产生气泡。一般为白色,若含不同杂质,则夹有条纹或呈不同颜色。岩块抗压强度随颗粒胶结和大小而异,一般为49.0～117.7 MPa,可作为建筑物地基。因易溶解于水,故有各种喀斯特现象,会引起水库渗漏、崩塌等,需加以注意和工程处理。

因原岩不同,可形成不同类型的大理岩,如纯钙镁碳酸盐岩变质后可形成方解石大理岩、白云石大理岩;硅质灰岩变质后可形成石英大理岩、硅灰石大理岩;炭质灰岩变质后可形成石墨大理岩等。还可根据结构构造、颜色进一步划分,如白色大理岩、灰色大理岩、粉红色大理岩、细粒大理岩、粗粒大理岩、条带状大理岩等[1,3-4]。

2.2 分布特征

区内寒武系为本区基底地层,寒武系大理岩呈透镜状出露,根据地质测绘,钻孔、平硐、坑槽勘探,主要分布在库区右岸及坝址附近(见图2),东西向长约2.1 km,南北宽约0.5 km,呈不规则的透镜状,分布面积约1.05 km2。地表可见零星露头,上部为第三系覆盖,根据钻孔及坑探揭露,在坝址区及近坝右岸山坡大理岩埋深大约3～10 m。因大理岩为碳酸盐类岩石经区域变质作用或大理岩接触变质作用形成的一种变质岩,局部存在溶孔、小溶洞等弱岩溶,对大坝及库岸渗漏问题存在一定的风险。

2.3 岩矿鉴定及野外观察

经取样4组进行岩矿鉴定及化学分析,方解石和白云石含量约50%～75%,大理岩易溶性氧化钙(CaO)含量低(<35%)。据野外天然露头及采石场断面上观察,结合枢纽区钻孔岩心、平硐鉴定,大理岩岩溶不发育,未见大的溶蚀裂隙、管道等岩溶形态,仅局部偶见宽度<2 mm的溶隙,但延伸仅数米。岩石中主要有4组构造裂隙,口宽2～5 mm,少量钙、泥质充填,向深部逐渐闭合,含(透)水性较弱。

3 库、坝区渗漏评价

3.1 库区渗漏分析

库盆及邻谷间主要由上第三系微胶结之含砾砂土夹砂土、卵砾石质砂土及粘土组成,上第三系(N)微胶结之岩层粘粒含量较高,总体透水性弱。在库盆内两岸冲沟正常高水位附近常见有泉水出露及沼泽地分布。库区北部南宛河河床海拔高程820～830 m,高于水库正常蓄水位20～30 m,且山体宽厚(>1 000 m),无低邻谷。西部南姑河及南部南张河河床海拔高程与库区河床海拔高程相当,山体宽厚(>1 000 m),无低邻谷。仅东面勐福河河床海拔高程776 m,比水库正常蓄水位低8～10 m,为相对低邻谷,但该邻谷河间地块较宽(>800 m),库内有较多的散流状地下水出露,其出露高程在水库正常高水位附近,向南惹河排泄,常年不干,为地下水补给河水,故其间的地下水分水岭海拔高程高于正常蓄水位,不存在渗漏条件。故库区两岸山体总体上较宽厚,库盆及周边地层透水性弱,为相对隔水层,地下水分水岭高程高于水库正常蓄水位,地表水、地下水均补给河水,河床为当地地下水最低排泄基准面,水库不存在库区渗漏问题,总体蓄水条件较好[1,3-4]。

3.2 大理岩分布区渗漏分析

库区基底的下古生界寒武系(∈？)变质岩夹大理岩透镜体,强风化带岩石节理裂隙发育,含(透)水性中等,但向深部透水性逐渐减弱,变成弱含(透)水层组。在库首南惹河两岸近坝的库岸坡及河右岸坝址上游约2 000 m的芒林采石场一带,有寒武系大理岩透镜体零星出露,大理岩埋深大约3～10 m(图3)。在采石场南东约300 m的水库冲沟内就有泉群出露,流量0.4～0.5 L/s,其高程略高于水库正常蓄水位,据此,也可进一步说明大理岩岩溶不发育,通过大理岩产生管道式永久性渗漏的可能性不大[4-6]。

图3 库区右岸大理岩地质剖面示意图Fig.3 Schematic diagram of geological profile marble at right bank of the reservoir area1.残坡积砂壤土混碎石;2.洪冲积砂卵砾石;3.上第三系砂质粘土混碎块石、含砾砂土;4.寒武系大理岩;5.砂质粘土混碎块石;6.大理岩;钻孔,左为RQD(%),右为渗透系数(K)或透水率(q),下为孔深;9.实、推测第四系与基岩界线;10.实测、推测不整合地质界线;11.强风化下限;12.岩层产状 走向,倾向∠倾角;13.地下水位线;14.钻孔水位探槽及编号;16.探坑及编号。

4 结论

芒林水库坝址及近坝右岸出露大理岩,大理岩遇稀盐酸产生气泡,因易溶解于水会引起水库渗漏、崩塌等,需加以注意和工程处理。根据区内大理岩特性、分布特征等方面进行分析,并取样进行岩矿鉴定确定其化学成分,区内大理岩主要矿物为方解石和白云石，含量约50%～75%。结合枢纽区钻孔岩心鉴定,大理岩岩溶不发育,未见大的溶蚀裂隙、管道等岩溶形态。并确定区内大理岩为透镜状出露,大理岩透镜体边缘地带都出露泉水点,没有发现岩溶通道,一般发育溶蚀裂隙,管道式岩溶不发育,不会产生岩溶渗漏问题。为工程顺利开展提供了有力的技术支撑。芒林水库自2012年蓄水以来,工程运行一切正常。

参考文献：

[1] 杨维,张戈,张平,等.水文学与水文地质学[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2] 中华人民共和国水利部.中小型水利水电工程地质勘察规范：SL 55-2005[S].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3] 陈南祥.工程地质及水文地质[M].第三版.北京:中国水利水电出版社,2007.

[4] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2007.

[5] 罗明明,肖天昀,陈植华,等.香溪河岩溶流域几种岩溶水系统的地质结构特征[J].水文地质工程地质,2014,41(6):13-19.

[6] 张雄云,米健.德泽水库库区渗漏分析[J].资源环境与工程,2017,31(5):581-584.