藏东南地区土石坝防渗土料赋存条件研究

邹子南，任志刚

藏东南地区土石坝防渗土料赋存条件研究

邹子南，任志刚

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072）

防渗土料是土石坝筑坝重要材料。受区域地层岩性控制，以物理风化作用为主的藏东南地区土石坝防渗土料匮乏且分散，经大范围地质普查、系统地表地质调查和勘探试验，藏东南可供开采利用的料源主要有：堰塞堵江形成的河湖相沉积层；风积堆积的粉土层；雅鲁藏布江结合带内砂板岩和千枚岩地层区的碎石土层等三类。但受物质组成、层次结构、颗粒级配和含水量等因素影响，其质量不能完全满足质量技术指标的要求，不能直接上坝使用，需要人工改良和掺合利用。且由于受埋藏条件、分布高程和地理位置等因素影响，开采运输条件总体较差，运距往往偏远。

防渗土料；赋存条件；土石坝；藏东南

藏东南地区主要包括雅鲁藏布江大拐弯流域和察隅流域，其中雅鲁藏布江大拐弯流域主要包括雅鲁藏布江中下游干流和尼洋河、帕隆藏布、易贡藏布等主要支流，该流域蕴藏着巨大水资源，经科学、合理规划，可进行灌溉、航运和水电开发等综合利用。该地区位于喜马拉雅山脉、念青唐古拉山脉和横断山脉交汇部，海拔高，降雨量总体偏少，风沙较大，主要以亚寒带气候为主，岩石化学风化作用总体较弱[1-2]；岩石坚硬，抗风化能力总体较强；构造背景复杂，断裂构造发育，地震频发且震级高，地震动峰值加速度高。雅鲁藏布江干流大拐弯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开阔，河床覆盖层深厚，坝基持力层主要以河湖相沉积的粗-细颗粒土层为主[3]，不具备修建重力坝和拱坝的地形地质条件，只适宜修建土石坝。

土石坝填筑需要大量防渗土料，因此在区内寻找可供开采利用的防渗土料是关键。目前藏东南地区针对第四系覆盖层研究主要集中于河床深厚覆盖层工程地质特性、冰川与暴雨型泥石流分布发育特征、覆盖层高陡边坡稳定性和第四系覆盖层形成年代与变形特征等领域。对于土石坝筑坝所需巨量防渗土料料源的赋存条件，目前尚无学者进行过系统深入研究。近年来经大范围地质普查、系统地表地质调查和勘查试验，初步查明了藏东南地区土石坝防渗土料的赋存条件。

图1 藏东南地区构造-地层综合分区示意图

1 环境地质条件

藏东南地区在地层区划上属于冈底斯-喜马拉雅地层大区[4]（图1），出露地层由老至新依次有前寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和第四系，除侏罗系和第四系外，各时代地层均有不同程度的变质。根据地层、岩石类型和岩相组合特征，由北向南可依次分为冈底斯-腾冲地层区、雅鲁藏布江地层区和喜马拉雅地层区[5]。

冈底斯-腾冲地层区位于雅鲁藏布江结合带与班公湖-怒江结合带之间，主要由中-上元古界念青唐古拉岩群（Pt2-3）、古生界石炭系诺错组（C1）和燕山晚期-喜马拉雅期侵入岩组成，岩性主要为片麻岩、片岩、混合岩和花岗岩和闪长岩等，少量大理岩和石英岩等。

雅鲁藏布江地层区主要由三叠系郎杰学蛇绿混杂岩群（T3）和白垩系罗布莎蛇绿混杂岩群（K）组成，其中郎杰学蛇绿混杂岩群为一套绿片岩和各类石英片岩组合，混杂岩带的基本成分包括各类岩片（块）和基质，主要由超镁铁岩、变辉长岩、变辉绿岩、石英岩、绢云石英片岩、绢云石英岩、二云石英片岩和绿片岩等组成，局部地段有来自两侧的元古界南迦巴瓦岩群和念青唐古拉岩群的外来岩块卷入；罗布莎蛇绿混杂岩主要岩性为变玄武岩（）、变基性杂岩（）、变辉绿岩（）和超基性岩（）、蛇纹岩（）和千枚岩、砂板岩等。

喜马拉雅地层区位于雅鲁藏布江地层区以南，出露地层主要为中-上元古界南迦巴瓦岩群（Pt2-3）和上元古界-古生界肉切村群（Pt3），其中南迦巴瓦岩群主要由直白岩组（Pt2-3）、派乡岩组（Pt2-3）和多雄拉岩组（Pt2-3）组成，岩性主要为一套片麻岩、石英岩、混合岩、混合片麻岩和少量大理岩等组成；肉切村群仅在米林以西的雅鲁藏布江结合带南侧呈NE向条带状展布，岩性主要为片岩、砂板岩、千枚岩和少量大理岩等。

藏东南地区被四大山脉围绕，东边为横断山脉，南边为喜马拉雅山的东段，北边为唐古拉山，西边为冈底斯山脉[6]，地形总体呈北高南低走势，平均海拔高程约3 100m，南迦巴瓦峰为区内最高山峰，海拔7 782m，墨脱以南的巴昔卡为区内最低处，海拔155m；该地区气候垂直分带明显，总体上以亚寒带气候为主，其中墨脱及其以南等地以亚热带气候为主。

除墨脱及其以南地区和海拔相对较低的峡谷与部分林区以外，藏东南地区总体上具有高寒、干燥、降雨量偏少、风沙较大等气候特点，年平均降雨量约为650mm，年平均气温约为8.7℃，风沙活动总体较为旺盛，地表细颗粒物易于搬运，堆积区不固定，广泛分布于山地之间的盆地、河谷区的河漫滩、河岸阶地及山口处的冲洪积扇与山坡上[7]。

2 覆盖层总体发育特征

根据区域地层岩性分布、区域地形地貌特征、水文气象条件、物理地质现象分布发育特征、冰川泥石流发育特征、雅鲁藏布江干流及主要支流河谷形态，结合卫星遥感解译资料，通过对朗县、米林、林芝、波密、墨脱、察隅等藏东南地区现场地质调查研究，藏东南地区覆盖层分布总体较广，部分地段厚度较大，成因类型多样，主要有冲洪积堆积、泥石流堆积、冰碛堆积、河湖相沉积、风积堆积、崩坡积堆积和滑坡堆积等。

冲洪积堆积物主要分布于雅鲁藏布江干流、主要支流和一些较大支沟沟口，物质组成以含漂砂卵砾石层为主，细颗粒特别是粉黏粒含量极低。

泥石流堆积物主要分布于一些较大支沟沟口，物质组成以孤块碎砾石砂土为主，细颗粒特别是粉黏粒含量极低。

冰碛堆积物主要为早期古冰川泥石流堆积物，物质组成以孤块碎砾石土为主，土层虽总体胶结较好，但超径石偏多、细颗粒偏低。

河湖相沉积层主要为早期雅鲁藏布江干流和主要支流堵江堰塞后在静水或相对缓慢流水沉积而成，堵江事件主要受冰川跃动和冰川泥石流暴发影响，总体上，河湖相沉积层以含砾砂层、粉土层、黏性土层和砂卵砾石层为主，细颗粒含量高。

风积堆积物主要覆盖于藏东南地区局部缓坡和台地上，大部以砂为主，部分为粉土。

崩坡积堆积物主要分布于陡坡坡脚和河谷两岸缓坡地带，物质组成主要以孤块碎砾石土层为主，孤块石含量高，土主要为砂土，黏粒含量总体较低。

滑坡堆积物主要分布于河谷两岸和局部陡坡地带，以基岩滑坡为主，少量为覆盖层滑坡，基岩滑坡岩层解体情况总体较差，覆盖层滑坡以孤块碎石土层为主，孤块石含量高，土主要为砂土，黏粒含量总体较低。

3 主要料源特性及评价

藏东南地区岩性主要以花岗岩类、闪长岩类、片麻岩、混合岩类、蛇绿混杂岩等为主，主要矿物成分为石英、长石、角闪石等，次要矿物主要为云母等[8]，岩石抗风化能力较强；加之气候条件决定了该地区岩石化学风化作用较弱。总体上，藏东南地区岩石风化成土进程较慢，风化成土过程中，大多难以形成粉质黏土、黏土等颗粒细、黏粒含量高的土层，防渗土料较为匮乏。

根据区域地层岩性出露情况和不同成因类型覆盖层发育特征，考虑气候、地理等因素影响，经作者等人多年来在藏东南地区大范围普查和系统地表地质调查，并结合勘探试验成果，初步认为藏东南地区可供大规模研究利用的土石坝防渗土料料源主要集中在三大类土层中，分别为堰塞堵江形成的河湖相沉积层和风积堆积的粉土层以及雅鲁藏布江结合带内砂板岩和千枚岩地层区的碎石土层。

3.1 河湖相沉积层

地质历史时期，该地区围绕南迦巴瓦峰（海拔7782m）、加拉白垒峰（海拔7294m）等高峰发育多期冰川跃动，大量冰川和冰碛物进入雅鲁藏布江干流及主要支流，造成堵江，规模以雅鲁藏布江大拐弯入口的格嘎冰川泥石流为最大[9-10]，受堰塞堵江影响，目前雅鲁藏布江朗县-大渡卡河段和尼洋河下游河段河谷两岸仍残留大量堰塞期沉积物，由于冰川跃动的多期次，造成雅鲁藏布江大拐弯入口反复堵江、堰塞，反复溃决，从而形成一套静水、缓慢流水和相对快速流水相互转换的沉积物，在此统称为河湖相沉积层。经实地调查和现场勘探揭示，朗县-大渡卡河段（长约260km）的河湖相沉积层分布高程约2650~3180m，其中江水面以上最大厚约270m，江水面以下最大厚约250m[3]，该套沉积层主要由含砾砂层、粉土层、黏性土层和砂卵砾石层等组成，储量丰富，规模最大的料源地主要分布于雅鲁藏布江中游米林-大拐弯入口和支流尼洋河下游多布-汇口这两个宽谷河段的较大支沟内和宽缓台地上。

图2 大拐弯入口处河湖相地层的多层结构

图3 尼洋河下游河湖相地层的多层结构

图4 尼洋河下游雅江左岸的硬块状黏性土

图5 尼洋河下游雅江左岸的软塑状黏性土

图6 尼洋河下游左岸的风积粉土层台地

图7 尼洋河下游左岸的风积粉土层

河湖相沉积层地形较开阔、平缓，料源地较集中，但由于河湖转换频繁，水动力环境变化快，并有侧向巨粒类土混杂，土层相变大，层次多，存在多层结构（图2、图3），物质组成不均一，砂层、砂砾石层和卵砾石层等无用夹层多，粉土层和黏性土层多具水平层理[11]，由多层组成，单层厚度总体较小，粉土层和黏性土层渗透性能基本满足防渗要求[12]，但颗粒偏细，天然含水量差异大，以软塑-硬块状为主（图4、图5），土体力学特征差，同时无用夹层多，剥采比大，开采难度大。总体上，河湖相沉积层中的粉土层和黏性土层不能直接上坝使用，该成因的覆盖层场地类别以Ⅲ类为主，部分Ⅱ类[13]。

图8 尼洋河下游左岸风积粉土层颗分曲线

3.2 风积粉土层

藏东南地区风积堆积物主要分布于山口附近的斜坡上、河谷区的河漫滩、河岸阶地和两侧缓坡台地上，总体上以砂为主。其中，有一类风积层是在堰塞湖溃决后，沉积的细颗粒土层经再次搬运堆积而成，这类土层大多为质地较纯、无层理、厚度较为稳定的粉土，该类粉土层有别于我国北方一带的黄土[14]，经作者等人现场实地调查，规模较大的风积粉土层主要分布于支流尼洋河下游多布-尼洋河口河段的两岸较大支沟内和部分缓坡平台上。

风积粉土层地形总体较开阔、平缓，层次结构单一，质地较纯，开采条件较好（图5），但颗粒级配不连续，以粉粒为主（图6、7），基本不含大于5mm的粗颗粒，黏粒含量偏低，约10%（颗分曲线见图8），渗透系数较小，初步分析以微透水等级为主，渗透性能基本满足防渗土料的要求[15]，但土层物理力学性质偏差，抗剪强度低，不能完全满足防渗土料质量技术指标，不能直接上坝使用，需要通过掺砾[15]、反滤等措施进行改良。总体上，风积粉土层料源场地类别以Ⅱ类为主，部分Ⅲ类[13]。

3.3 砂板岩和千枚岩地层区碎石土层

在藏东南地区，砂板岩和千枚岩地层主要分布于加查-朗县一线以南的雅鲁藏布江结合带内[16]（图9），由多套上三叠统地层组成，经作者等人现场实地调查，在这些上三叠统地层中分布有少量滑坡、崩坡积、洪积和泥石流等不同成因类型的第四系堆积物，总体而言是作为防渗土料研究利用相对较理想的料源，但受基岩滑坡岩层解体差异、崩坡积孤块石堆积相对集中、洪积和泥石流多期次暴发等因素影响（图10、11、12），堆积物层次结构和物质组成差异大，部分堆积物超径石偏多，黏粒含量偏低，需人工改良和掺合后方可上坝使用。总体上，雅鲁藏布江结合带砂板岩和千枚岩地层区内的堆积物料源场地类别以Ⅱ类为主，部分Ⅰ类和Ⅲ类[13]。

由于藏东南地区的砂板岩和千枚岩地层区多位于喜马拉雅东端的冈底斯-喜马拉雅造山系内，地表海拔高程多在3 500m以上，料源较为分散，单个料源储量相对有限，且开采运输条件较差，运距较远。

图9 朗县及其附近构造单元划分示意图

图10 朗县以南结合带内的滑坡堆积物

图11 朗县以南结合带内的崩坡积堆积物

图12 朗县以南结合带内的洪积堆积物

4 结论与建议

1）物理风化为主的藏东南地区，区域地层岩性出露情况在很大程度上决定了覆盖层的物质组成、层次结构和颗粒级配特征；藏东南地区出露岩性以片麻岩、片岩、混合岩、花岗岩、闪长岩等为主的，岩石抗风化能力总体较强，岩石风化成土进程较慢，风化成土过程中，大多难以形成粉质黏土、黏土等颗粒细、黏粒含量高的土层，总体上，藏东南地区土石坝防渗土料料源匮乏。

2）藏东南地区可供大规模研究利用的土石坝防渗土料料源主要集中在河湖相沉积层和风积粉土层及雅鲁藏布江结合带内砂板岩和千枚岩地层区的碎石土层等三大类。其中河湖相沉积层相变大，层次多，存在多层结构，无用夹层多，天然含水量差异大，剥采比大，开采难度大；风积粉土层颗粒级配不连续，以粉粒为主，渗透系数较小，抗剪强度低，需要通过掺砾、反滤等措施进行改良；雅鲁藏布江结合带内砂板岩和千枚岩地层区的碎石土层受基岩滑坡岩层解体差异、崩坡积孤块石堆积相对集中、洪积和泥石流多期次暴发等因素影响，层次结构和物质组成差异较大，部分堆积物超径石偏多，黏粒含量偏低，需人工改良和掺合后方可上坝使用[13]。

3）藏东南地区单一成因土层难以满足防渗土料质量技术指标，应根据各类土层工程地质特征和物理力学特性，经人工改良和掺合后综合研究利用。如改变掺入料级配、精细化掺合比、加大击实功能或其他措施进行深入研究。

4）藏东南地区基础地质资料总体较薄弱，防渗土料料源匮乏，且分散，为寻找到储量丰富、质量基本满足规范规程要求和开采运输条件相对较好的料源，建议适当扩大防渗土料的普查范围；同时，根据研究区防渗土料储量、质量和开采运输等条件，考虑研究多种坝型方案。

5）鉴于藏东南地区区域地层岩性分布情况，不同成因类型土层可能均具有分散性[17]，建议进行防渗土料分散性试验[18]。

6）藏东南地区湖相黏性土层和千枚岩地层区的碎石土层有机质含量可能偏高，建议进行土层有机质含量测试，土石坝有机质含量（按质量计）大于5%的土料和心墙、斜墙有机质含量（按质量计）大于2%的土料均不能上坝使用。

7）土石坝一般坝体规模较大，防渗土料需求量较大，不同坝段对防渗土料技术质量指标要求可以有所差异，在藏东南地区填筑土石坝时，可考虑将技术质量指标相对较好的土料用于关键坝段和主堆区；将技术质量指标相对偏差的土料用于次要坝段和次堆区，但应进行专门性研究。

8）藏东南地区为藏族、珞巴族、门巴族等少数民族聚居区，地处祖国西南边陲，多地涉及自然保护区、国家森林公园、国家湿地公园等环境敏感对象，在进行防渗土料料源选择时应充分考虑环境敏感对象和当地的民风、民俗、宗教信仰等问题。

9）根据区域地层岩性分布[4]，结合日喀则地区、拉萨市、山南地区等地局部地表地质调查，作者大胆推测以火成岩及其变质岩为主的西藏地区，可供大规模研究利用的土石坝防渗土料料源很有可能主要集中在上述三类土层中，即静水、缓慢流水环境中沉积的河湖相沉积层，细颗粒土层经二次搬运后堆积而成的风积粉土层，以及作为被动陆缘的班公湖-怒江结合带、雅鲁藏布江结合带等结合带内砂板岩、千枚岩和泥质岩等岩石强度相对偏低的岩层内集中分布的碎石土层。此认识有待更大范围调查和深入研究后证实。

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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

邹子南（1976-），男，云南大理人，高级工程师，从事工程地质勘察工作

P619.22

A

1006-0995（2018）04-0584-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.012