西南地区典型危岩体形成机理分析研究

2015-03-31房艳国吴世泽李茂华朱建

地球 2015年11期

关键词：北东金沙江卸荷

■房艳国吴世泽李茂华朱建

（长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）湖北武汉 430074）

西南地区典型危岩体形成机理分析研究

■房艳国吴世泽李茂华朱建

（长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）湖北武汉 430074）

我国西南地区河谷深切，河岸危岩体分布较多，其成因多与构造、地震及河流剥蚀密切联系；早谷田危岩体位于乌东德水电库区左岸，总方量约1.24亿m3，现状稳定；危岩体所处岸坡为顺向坡，地层岩性为震旦系灯影组中厚层-块状白云岩夹多层粘土岩、页岩，具上硬下软的不利岸坡稳定岩质组合；早谷田危岩体的形成，总体上经历了构造形成裂隙-河流下切岸剪作用-表层滑动推挤-卸荷倾倒变形四个阶。

乌东德库区危岩体形成机理

1 危岩体概况

乌东德水电站位于云南省禄劝县与四川省会东县金沙江分界的乌东德河段，是金沙江下游开发4个大型水电站的最上一级电站。正常蓄水位975m，坝高为265m，库容约73亿m3[1]。早谷田危岩体位于库区金沙江左岸、会理县新发乡鲁车村早谷田一带，下距坝址46.1km。危岩体后缘北西侧以走向46°拉裂缝为界，东侧以陡崖为界，前缘至金沙江，平面面积约0.98km2，体积约12400×104m3，分布高程882m～1750m。

2 地质背景

2.1 地形地貌

危岩体区上游志力新村～金台子金沙江流向自南向北，金台子～鲁车渡金沙江流向为自西向东，略向北凸，金沙江水面高程约882m，两岸山顶高程1700m～1900m，地形陡峭，左岸岸坡地形坡度30°～60°，右岸坡度45°～60°。危岩体前缘金沙江江面宽约110m～220m，坡脚为30°的崩塌块石堆积的斜坡，其上为数个孤峰形成的陡壁，危岩体西侧为拉裂错落陡坎，坎高30m～50m，后缘及东侧为陡崖。

2.2 地层岩性

危岩体主要由震旦系灯影组（Z2d）白云岩及碎屑岩等[2]组成，后缘岩层倾向200°～210°，倾角35°～44°；前缘岩层产状变缓，岩层倾角为10°左右，岸坡结构为顺向坡；金沙江右岸岩层近水平，为平叠坡。灯影组（Z2d）分为上、下段，其中上段（Z2d2）分布于危岩体上部、皇帝老包～下坝及金沙江右岸陡崖一带，厚约350m，为灰白色、肉红色厚层～巨厚层白云岩；下段（Z2d1）分布于危岩体下部及右岸坡脚一带，厚约82m～106m，为灰白色、肉红色中厚层白云岩夹少量薄层白云岩、页岩。下伏地层为观音崖组（Z2g），厚约124m，为灰白色白云岩、灰岩、紫红色砂岩及页岩互层。

2.3 地质构造

研究区基本构造格架是以南北向断裂为主体，自西向东主要有磨盘山-绿汁江、汤朗-易门、会东-皎西断裂带等，近东西向断裂主要有通安～落雪断裂带，北东向断裂以糖房-瓦厂田、菜家坪子断裂规模相对较大，其余断裂规模较小。南北向断裂多切割或限制近东西向断裂，但也有相互切割等复杂构造结构。

2.4 地震活动特征

早谷田危岩体位于“川滇菱形块体”内，块体内断裂活动性相对较弱，距危岩体较近的断裂主要有磨盘山-绿汁江断裂、汤朗-易门断裂两条晚更新世活动断裂。磨盘山-绿汁江断裂最大地震为1955年鱼鲊6.75级地震[3]，最近一次为2008年8月30日6.1级地震，两次地震对危岩体影响烈度均小于6度；汤朗-易门断裂带曾发生多次大于4.7级地震，震中均位于金沙江南岸卧章山一带，距危岩体67km，影响烈度小于6度。早谷田危岩体北侧糖房-瓦厂田断裂，历史上无破坏性地震记载，在2012年发生一次4.1级地震，仪器记录小震活动稀少，属地震活动弱的地区。

3 危岩体地质结构及边界条件

3.1 基本介质特征

危岩体所在岸坡以后缘北北东向裂缝为界，裂缝北西侧为倾向南的顺向坡，坡角与岩层倾角基本一致，倾角为35~40°；裂缝南东侧为倾向南东的斜向坡，坡角为35~50°。危岩体前缘陡崖下面为崩塌块石形成的金沙江岸坡，岸坡坡角15°~25°。危岩体东西两侧为深切的季节性冲沟，南边为金沙江,是危岩体区下切最深的河谷。

危岩体以震旦系灯影组浅灰-深灰色中厚层-块状白云岩为主，夹白云质灰岩、灰岩，薄层硅条带及条带状硅条带，中部有灰绿色白云质粘土岩，偶夹少量泥质页岩。不利稳定的粘土岩、页岩分布有多层，岸坡具上硬下软易形成危岩体的不利岩组结构。

3.2 危岩体裂缝特征

危岩体内裂缝发育，走向以45°为主，次为北西300~312°。北东向裂缝多近平行展布，规模较大，其中延伸最长者达600 m，最大张开宽3m；北西向裂缝受北东向裂缝控制，规模相对较小，最长者有300 m，最大张开宽约1.0 m。裂缝两侧壁面多呈锯齿状，其中北东向裂缝为北东宽南西窄,具典型的卸荷拉张性质;北西向裂缝呈弧形者较多，极少数为挤压性质。

危岩体内裂缝的形成与发展经历了漫长的年代，是构造、河流下切、侵蚀、风蚀、地震、卸荷等多种综合作用形成的。从周边断层和平硐中裂缝内充填的方解石脉测年结果表明，裂缝形成于喜山期。结合本区河谷地貌、阶地形成的过程分析，自喜山运动奠定本区构造格加架以后，所形成的北东、北西向裂缝，是经受了轻微的构造变动的影响。危岩体内现存的裂缝是追踪前述构造裂隙和断层发育起来的，同时也经历了滑动拉张、卸荷变形等过程。

3.3 危岩体边界条件

危岩体总体上以东侧冲沟、西边冲沟和裂缝L34为边界，其边界条件较清楚。其地形起伏变化大，自北向南，上部地形由陡变缓，其高程由于1900m到江边为900m,1000 m高差,分4段,即高程1900~1700m之间为高200m的陡崖,高程1700~1530m为陡缓过度地段,高程1530~1310m为宽约220m缓坡,高程1310~900m为高约410m的陡坡;从西到东，地势为中间低，两边高，具典型的滑坡物质滑走后残留下的圈椅状地貌特征。其地表物质为零星崩坍和倾倒变形留下的大块石和厚度较大的堆积物。地层岩性为震旦系白云岩、砂岩、页岩夹薄层灰岩，倾向南，倾角自北向南逐渐由陡变缓。

从裂缝的分布、规模、性状看，地表几何边界已查清，地下边界以厚度较大的泥岩为主要边界，即蓝色、灰绿色白云质水云母黏土岩，风化后呈褐黄色，在危岩体内在已有的钻孔和平洞勘探资料中未揭示该层。除上述白云质水云母黏土岩外，下伏有震旦系观音崖组多层薄层泥岩、页岩分布，底界面由多个软弱层组成，其形态近似为双曲线一支的形态。

4 危岩体成因分析

在勘探平洞和钻孔中暂未揭示到裂缝中充填有粉细沙的现象，平硐中观察裂缝呈锯齿状，具有构造运动、卸荷拉张、自重压缩滑移形成裂缝的几何特征。以下从构造、河流下切、溶蚀作用等方面分析其成因。

4.1 构造与地震因素

前已述及，汤朗-易门断层在危岩体东西两侧呈斜列展布，沿汤朗-易门断层形成北窄南宽的近南北向山岭，两侧沟谷追踪断层和结构面下切较深，东侧冲沟形成时代较早，保留了大量堰塞湖沉积的粉细砂，在勘探平洞和钻孔中暂未揭示到该层粉细砂，表明北东向裂隙下切深度有限。

断裂活动影响有两种情况，其一，危岩体所处在位置为汤朗-易门断裂带附近，断裂活动(如走滑、逆冲等）导致岩体破碎、岩层掀斜变形；其二，受汤朗-易门断裂带地震的影响。前者对危岩体的破坏是长时间的积累，断裂活动导致岩体破碎，在岩体中形成较多的构造裂隙。地震与岩体的变形破坏有着非常密切的关系，据历史地震记录该断裂所发生的中强地震均在南侧卧章山一带，单次地震对危岩体的形成发展直接影响不明显，但地震动对断裂带上的岩体振动破坏具有地震效应积累作用，地震次数越多，对断裂带上的岩体破坏作用就越大，岩体受地震波振动后卸荷拉张强烈，单次地震在危岩体一带产生地表破裂形成拉张裂缝的可能性小。

远震影响:研究区位于川滇菱形块体内部，除了汤朗-易门断裂带上发生地震对岩体的破坏外，还有远震对研究区岩体整体稳定、软岩的振动变形也起着十分重要的作用，根据多次地震现场调查，地震震动对峡谷陡崖上岩体破坏最为突出，滑坡、倾倒或滚石十分普遍。

4.2 河流下切岸剪作用

早谷田危岩体处在汤朗-易门断层与通安落雪断层夹持的断块内，新构造运动以来，川滇菱形块体总体以上升为主，受构造影响，岩体破碎，河流在下切过程中，岩体完整性差的地段被逐渐解体，小岩块被水冲走，较完整的岩体则形成较高的陡崖，岩体东侧有北北东向结构面和近南北向的冲沟为边界，南边以金沙江为边界，两面临空，在重力作用下，产生拉张卸荷，追踪构造裂隙形成切层裂缝，其裂缝在平面上北东宽，向南西呈收敛状；纵向为上宽下窄，裂面呈波状，岩体北边部分形成较早的裂缝已充填粉红色、灰色碎石和砂土，泥钙质胶结较好，后期无变形拉裂迹象，探洞揭示，自北向南裂缝有逐渐变宽的特征。

4.3 溶蚀作用

从裂面上附集的钙华厚度和分布位置看，裂缝形成历史较长，地下流水较丰富，随着时间的推移，裂缝内充填物被水流带走，形成空腔；从裂缝面上残留的溶沟、溶槽看，地表水追踪裂隙溶蚀，导致斜列展布的裂隙，由短小裂隙贯通变为长裂缝，表层由窄扩宽，部分体较小的楔形岩块在自重作用下掉，常常卡在地表以下1～3m部位，最终使裂缝成为上宽下窄的喇叭形，这种破坏主要分布在最北边的长大裂缝部位，向南裂缝内很少见到溶蚀现象。