西南某水电站坝区岩体深部差异风化成因及分布规律分析

白 乐，彭社琴，赵其华

西南某水电站坝区岩体深部差异风化成因及分布规律分析

白 乐，彭社琴，赵其华

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

在野外调查和室内分析的基础上，对西南某水电站坝区典型深部差异风化成因和分布规律进行了分析，指出其发育分布均位于微风化和新鲜岩体内部，主要受岩性和断裂控制，成因与河谷及岸坡形成演化密切相关。深部差异风化不会直接影响岩体的稳定性，但将促使浅表生改造进一步发展，导致岩体沿软弱结构面发生松动、变形、破坏、失稳，最终导致边坡的变形、破坏。

深部差异风化；成因机制；分布规律；断裂控制

差异风化［1］是自然界一种普遍的现象。主要由于矿物成分、结构、构造和节理状况不同的岩石常常共生在一起，不同岩石抗风化的能力不同，风化剥蚀速度和程度也不同，从而在岩石表面形成凸凹不平的现象。大量工作者从岩石性质、岩体结构和构造、地貌学、外力地质作用、环境地质灾害的产生与防治等方面进行了多方位、多角度的研究。本文在前人的基础上结合研究区玄武岩岩性和构造改造［2］（断裂）方面，分析深部差异风化的成因和分布规律，并指出它对边坡稳定性研究的意义。

1 研究区地质概况

1.1 地形地貌

某水电站位于青藏高原东南缘，属中山峡谷地貌，地势北高南低，向东侧倾斜。金沙江总体由南向北流，左岸为大凉山山脉东南坡，整体上呈向金沙江倾斜的斜坡地形；右岸为药山山脉西坡，主要为陡坡与缓坡相间的地形。

1.2 地层岩性

研究区主要出露二叠系上统峨眉山组玄武岩（P2β），峨眉山组玄武岩包括隐晶质玄武岩、斜斑玄武岩、杏仁玄武岩、角砾熔岩等。

1.3 地质构造

某水电站坝址位于联合乡背斜东翼，大跨山向斜西翼。坝区岩层呈单斜构造，褶皱轴向为NE（E）－SW（W）方向，岩层产状 N30°－50°E，SE∠15°～25°。这种构造位置基本奠定了坝区的构造轮廓。坝区出现的主要构造行迹有：层间错动带、层内错动带、断层和大量的构造裂隙。例如 C5，C3，C3－1，LS323，LS326，LS334，LS412，LS411，F17，f114等。

2 深部差异风化的特征

深部差异风化是指出现于微新岩体中风化程度局部加强的现象。深部差异风化不同于一般意义上的风化，其发育分布位置均位于微新岩体内部，其成因也与一般意义上的风化有所区别，与河谷及岸坡形成演化具有密切关系。研究区的差异风化主要有2种类型：一种是断裂附近出现的差异风化；另一种是不同岩性接触带出现的差异风化，尤其是不同喷发间断的岩性接触带。坝区的深部差异风化主要受断裂控制［3］。断裂控制的差异风化不同于断裂破碎带及其影响带附近的风化加剧现象。

深部差异风化中的风化加剧现象主要表现为：岩石表面和节理面大部分变色，岩体结构主要为次块状结构，风化沿较大裂隙较发育，裂隙发育规模较大，裂面基本闭合，少量充填岩屑及方解石脉，普遍存在中度－严重锈染，锤击声清脆，主要属于弱下风化段，少量存在弱上风化，周围岩体微新，完整性较好。差异风化主要沿陡缓倾角形成格状、沿近乎平行于裂隙的、缓倾角错动带与坚硬岩互层的差异风化形式。

断裂控制的差异风化主要特点：岩体结构为碎裂－镶嵌结构，充填岩屑及次生泥，属岩屑夹泥型，滴水－渗水，胶结较差，中密，起伏粗糙，锤击声沉闷，强风化－弱上风化，以强风化为主，弱上风化较少，它的风化集中在断裂带的周围。

3 差异风化成因分析

对研究区勘Ⅸ2线－勘Ⅱ3线间微新岩体内部风化加剧现象进行统计，共在19个勘探平硐内发现差异风化现象，其中左岸13个平硐，右岸6个平硐。

3.1 受断裂控制的差异风化

受断裂控制的差异风化在研究区内最为发育，共14处，约占坝区74%，其中左岸11处，右岸3处，此类差异风化以裂隙式和夹层状风化为其主要特征，主要是沿断层、裂隙、缓倾角层间错动带及层内错动带等软弱结构面（带）进行并扩展的。见表1，诱发此类差异风化的陡倾断裂与缓倾角层间层内错动带，多为研究区内岸坡岩体稳定性控制性边界，其空间延伸均较长大，性状较差。典型断裂控制的差异风化见图1。

图1 PD235－0＋118 m处下游壁差异风化Fig.1 The differential weathering existing in adit235 depth 118 m on the downstream cave wall

对比差异风化集中出露高程与研究区河谷演化过程，其发育分布与Ⅲ、Ⅱ级阶地拔河高度基本一致，表明在Ⅲ、Ⅱ级阶地形成过程中，受浅生改造作用，缓倾角错动带正向滑动，导致岸坡岩体松弛、破裂，构成外营力侵入的良好通道，导致差异风化形成。

3.2 岩性分界面上的差异风化

现场调查此类差异风化共5处，其中左岸1处，右岸4处。发育位置较深，水平埋深约120～150 m左右，均在岩性接触带一侧15～30cm范围内，受岩性接触带控制虽在研究区内揭露较少，但其成因也具有显著的工程意义。统计分析表明该类差异风化现象，主要出现在角砾熔岩岩体内部，这与角砾熔岩建造过程中内部矿物成分有关。典型岩性接触带控制的差异风化见图2。

图2 PD1612－0＋126 m上游壁差异风化Fig.2 The differential weathering existing in adit1612 depth 126 m on the upstream cave dwelling wall

研究区内角砾熔岩内主要矿物为斜长石、辉石、少量的黑云母与角闪石。无论是肉眼观察还是镜下鉴定，都可以明显地分为2部分，一部分为呈褐红色－褐黄色的角砾，另一部分为呈灰绿－黑灰色的胶结物。在角砾熔岩形成时，角砾和熔浆之间发生了强烈的相互作用，二者均发生了强烈变化。熔岩胶结物的变化表现为强烈的热液蚀变、斑晶的破碎、基质成分的同化混染；角砾的变化主要表现为，逐渐破碎变小、熔蚀变圆和烧烤变红［4］。在岩性接触带附近，风化加强，杂色角砾熔岩可见呈团块状，土黄色的差异风化现象，并多见烘烤边。

表1 坝区断裂控制的差异风化Table 1 The differential weathering controlled by fracture in some power station dam area

4 深部差异风化和浅部风化分布规律

4.1 深部差异风化分布规律

（1）按岩性层分布规律：差异风化主要发育在P2β3层中，且集中于 P2β33－2小层，其次在 P2β4层中比较发育。

（2）不同高程：集中分布于620～780 m高程之间。左岸中、高高程上差异风化延伸长度较长，从十几米到几十米，最长可达54 m。在低高程尤其是在620 m高程，延伸长度较短。

（3）不同勘探线：Ⅱ3线－Ⅸ2线均有分布，左岸大体以F14为上游边界，下游边界为勘Ⅹ线；右岸上游边界为F16，下游边界为勘Ⅹ线。集中分布于勘I4线。

（4）左右岸：左岸的差异风化普遍强于右岸，且左岸分布集中，右岸随机性比较大。

（5）断裂控制的差异风化：主要集中在断裂带与错动带两侧或一侧5～30 cm范围内，岩体风化加剧，岩体结构为镶嵌－次块状结构，中度－强烈锈染，地下水较为活跃，一般表现为渗水－滴水，多为弱上风化，少量为弱下风化，超出此范围，岩体则转变为新鲜完整。

4.2 浅部风化规律

（1）随高程降低，风化的水平深度逐渐减小。左岸680～780 m高程，弱上风化带底界15～40 m，弱下风化带底界20～60 m；右岸680～780 m高程，弱上风化带底界5～40 m，弱下风化带底界30～50 m；780 m高程以上，弱上风化带底界20～40 m，弱下风化带底界40～80 m；

（2）左岸的风化深度普遍大于右岸。左岸弱上风化带底界10～40 m，弱下风化带底界30～60 m；右岸弱上风化带5～40 m，弱下风化带底界10～60m；

（3）受构造影响，例如大的层间层内错动带、断层，个别平硐风化会出现异常，风化深度甚至大于更高高程的平硐。

4.3 断裂控制差异风化分布规律

（1）剖面上，一般位于距岸坡100 m以内，少部分位于40～80 m之间；

（2）高程上，大部分位于680 m之上，且集中分布于680～780 m，少部分位于680 m之下，且集中位于620 m附近；

（3）高程680m以上出露点均位于距岸坡100m以内，而高程620m附近出露点则位于距岸坡40～80m之间；

（4）除2处差异风化只受断层影响外，其余12处均与层间、层内错动带有关。

断裂带与错动带两侧或一侧5～30 cm范围内，岩体风化加剧，岩体结构为镶嵌－次块状结构，中度－强烈锈染，地下水较为活跃，一般表现为渗水－滴水，多为弱上风化，少量为弱下风化，超出此范围，岩体则转变为新鲜完整。

5 结 语

通过对差异风化成因和分布规律的分析，深部差异风化不会直接影响岩体的稳定性，它在高程、水平埋深、延伸长度等方面较之浅部风化有很大的随机性，但与浅部风化尤其是构造改造作用相互配合共同作用于坝区边坡，促使浅表生改造［3］进一步发展，导致岩体沿软弱结构面发生松动、变形、破坏、失稳，使这些软弱面成为控制坝区边坡稳定性的重要的力学边界。因此，差异风化在坝区岩体稳定性的研究中占有十分重要的地位，其研究具有重大的工程意义。

［1］ 地质部地质辞典办公室.地质辞典（一）普通地质、构造地质分册（上册）［M］.北京：地质出版社，1983.（Office of the Geological Department.Geology Dictionary Vol.1，General Geology，Structure Geology［M］.Beijing：Geological Publishing House，1983.（in Chinese））

［2］ 王兰生.地壳浅表圈层与人类工程［M］.北京：地质出版社，2004.（WANG Lan-sheng.Epigenetic Sphere of Earth Crust and Human Being Project［M］.Beijing：Geological Publishing House，2004.（in Chinese））

［3］ 张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京：地质出版社，1994.（ZHANG Zhuo-yuan，WANG Shitian，WANG Lan-sheng.Fundamentals of Engineering Geological Analysis［M］.Beijing：Geological Publishing House，1994.（in Chinese））

［4］ 王奖臻，黄瑞秋，许模.金沙江下游白鹤滩水电站岩体结构的建造特征［J］.地球科学进展，2004，19（Supp.1）：66－69.（WANG Jiang-zhen，HUANG Rui-qiu，XU Mo.Characteristics of basalt of baihetan hydropower plant，jinsha-river，southwest china［J］.Advance in Earth Sciences.2004，19（Suppl）：66－69.（in Chinese））

［5］ 聂德新，韩爱果，巨广宏.岩体风化的综合分带研究.工程地质学报［J］.2002，10（1）：20－25.（NIE De-xin，HAN Ai-guo，JU Guang-hong.Study on integrated zoning of weathering degree of rockmass［J］.Journal of Engineering Geology，2002，10（1）：20－25.（in Chinese） ）

Cause of Deep Rock Mass Difference Weathering Formation and Distribution Law Analysis in Dam Site Area of Some Hydraulic Power Station in Southwest China

BAI Le，PENG She-qin，ZHAO Qi-hua
（State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironmental Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

On the basis of the field investigation and the indoor analysis，the cause of typically deep differential weathering formation and distribution law existing in some power station dam area of southwest China is analysed.Its developing distribution is located in the inside of the lightly weathered，fresh rock，mainly controlled by lithology and fracture，and its causes are also closely related to the formation and evolution of the river valley and bank slope.Deep differential weathering would not directly affect the stability of the rock，but it contributes the further development of epigenetic reformation of rock mass，resulting in the loosening，deformation，destruction，instability along the weak structural face of the rock.

deep differential weathering；genetic mechanism；distribution law；fracture control

P642

A

1001－5485（2010）02－0046－04

2009-02-18；

2009-03-05

白 乐（1985-），女，河南省灵宝人，硕士研究生，主要从事地质灾害评价与预测方向的研究，（电话）15882486651（电子信箱）76916968＠qq.com。

（编辑：曾小汉）