缅甸滚弄水电站枢纽区可溶岩溶蚀特征研究

曾 晓 波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000)

缅甸滚弄水电站枢纽区可溶岩溶蚀特征研究

曾 晓 波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000)

缅甸滚弄水电站枢纽区分布有碳酸盐岩、岩屑角角砾岩、钙质砂岩等可溶岩。本文通过磨片鉴定分析了这三类岩体的岩石学特征，同时研究了可溶岩的化学特征，并结合现场勘探成果、岩体的岩石学特征及化学特征综合分析了三类岩体各自的溶蚀发育特征，为坝基岩体的防渗研究提供依据。

可溶岩； 岩石学特征；化学特征；溶蚀特征

1 枢纽区工程地质条件概况

水电站位于缅甸掸邦境内，项目装机1 400 MW，最大坝高104 m，采用混凝土重力坝型，初拟正常蓄水位519 m。坝址河谷较开阔，总体呈“V”字型，两岸山体雄厚，山峰和槽谷呈NE向展布，分布高程一般1 100～1 300 m，枢纽区江水面高程445 m左右。枢纽区两岸发育多条冲沟，沟内干涸，冲沟纵向坡降大，延伸长度小。

枢纽区地层以P1s3-1及P1s3-2的钙质砂岩和岩屑角角砾岩等为主，上下游侧尚有P1s4的碳酸盐岩分布，碳酸盐岩与坝址的碎屑岩地层呈断层接触。坝址河谷地段地层岩性分布见图1。

图1 工程区构造纲要简图

区域地质构造背景复杂，第四系活动断裂发育，工程区相应的地震基本烈度为Ⅷ度，属较不稳定地区。

枢纽区地层岩性虽以岩屑角角砾岩及砂岩为主，但坝址附近及外围地区碳酸盐岩分布面广，加之岩屑角角砾岩亦属可溶岩，岩体透水性极强，岩溶现象较为发育。

2 枢纽区可溶岩岩石学特征

枢纽区可溶岩主要有碳酸盐岩、岩屑角砾岩以及钙质砂岩等。通过薄片鉴定对其岩石学特征进行了研究。

2.1 碳酸盐岩

枢纽区碳酸盐岩主要为微晶灰岩、白云质微晶灰岩及细晶白云岩。

(1)微晶灰岩：薄片鉴定显示枢纽区微晶灰岩中方解石含量95%～98%，黏土质物质含量1%～3%，并含有1%～2%的铁矿；主要生物为介形虫、瓣鳃腹足以及腕足。构造-岩溶缝成网状分布，有三条微缝合线，铁泥质残存。镜下照片见图2。

(2)白云质微晶灰岩：岩石由少量颗粒及微晶方解石组成。方解石重结晶极弱，基本保持原始的微晶状，仅在少量生物屑中被亮晶方解石充填，后期次生裂隙中有亮晶方解石穿切。白云石分布于微晶方解石中，含量约占15%。硅质含量小于0.5%。镜下照片见图3。

(3)细晶白云岩：薄片鉴定显示枢纽区细晶白云岩中白云石含量90%以上，方解石含量约5%，黏土质物质含量2%，含有1%的铁矿，晶粒大小约0.4 mm，白云石重结晶强，晶间有泥质残存，有受岩溶-去白云石化的方解石脉充填于缝中，不少微缝中有泥质。镜下照片见图4。

2.2 岩屑角砾岩

枢纽区岩屑角砾岩分为以下两类：

图2 微晶灰岩 图3 白云质微晶灰岩

图4 细晶白云岩

(1)钙质岩屑角砾岩：陆源碎屑成分为细砂石英、大量白云岩及灰岩砾石，钙质胶结占60%，碎屑外有氧化圈，为氧化环境下产物。岩石胶结较紧，未见孔缝。粒度较细，薄片中看以砂级大小为主，有白云岩、微晶灰岩，生物成分主要为介形虫、瓣鳃腹足以及腕足，含少量石英砂，岩屑有氧化边，为氧化环境。部分样品有微缝合线，压实作用较强，有微压溶作用。镜下照片见图5。

(2)白云质岩屑角砾岩：结构较特殊，岩屑成分主要为白云石，少见方解石(沿溶缝分布)和石英(细分散状)，可能为盆地沉积的砂屑白云岩。镜下照片见图6。

2.3 钙质砂岩

枢纽区钙质砂岩主要有以下两类：

(1)紫红色钙质岩屑石英砂岩：单晶石英碎屑颗粒含量76%～80%，多晶石英约4%，斜长石含量2%，还含有2%～4%的变质岩碎屑，6%～12%的灰岩碎屑，以及少量的云母、铁矿、电气石。充填物主要为6%～8%方解石，以及少量铁质充填。胶结类型为接触-孔隙胶结，粒度主要为小于1 mm。有重结晶和交代碎屑。镜下照片见图7。

(2)含砾粉砂-粗粒不等粒铁钙质岩屑石英砂岩：石英碎屑含量为77%，还有2%石英岩碎屑以及16%灰岩碎屑，以及少量云母和铁矿，胶结类型为接触-孔隙胶结，粒度主要为小于0.02～10 mm，分选较差。陆源石英、长石等较小，而灰岩岩屑有大有小(大者达10 mm)，分选差，填隙物为含铁方解石，岩石显红色。有部分岩溶方解石斑块约1 mm，由重结晶方解石组成。镜下照片见图8。

分析表明：工程枢纽区出露的微晶灰岩、白云质微晶灰岩，方解石含量较高，含量生物粒屑，并且有明显的网状构造-岩溶线分布，岩性上属于最易溶蚀的岩性，并且构造作用明显，岩溶发育最明显；细晶白云岩白云石含量较高达到90%以上，而且有去白云石化方解石脉充填，且构造相对发育，为岩溶较易发育的岩层；角砾岩角砾中含有较大量的灰岩、白云岩碎屑，充填物中方解石含量较高，分选较差，钙质角砾岩为明显的氧化环境产物，因此角砾岩中溶蚀相对也较发育；砂岩中石英含量较高，胶结较紧密，且有方解石和铁质充填，未见裂隙，受岩溶作用影响较小。

图5 钙质岩屑角砾岩 图6 白云质岩屑角砾岩

图7 钙质岩屑石英砂岩 图8 含砾粉砂-粗砂不等粒铁钙质岩屑石英砂岩

3 枢纽区可溶岩岩石化学特征

枢纽区可溶岩的岩石化学特征主要着重研究岩石中CaO、MgO以及酸性不溶物的组成。由于野外调查中发现岩石中普遍出现铁质浸染，孔隙中也多充填紫红色铁质次生泥，因此也针对岩石中的Fe2O3进行补充分析研究(见表1)。

表1 枢纽区可溶岩的岩石化学成分分析

由表1可知研究区内CaO、MgO含量普遍较高，即使是非碳酸盐岩的钙质砂岩CaO含量也达到了16.8%。而岩样1、3、4、12，CaO含量很高，CaO/MgO值也很高，超过了50，为明显的灰岩特征，白云质含量较少，可溶性较高。研究区内的角砾岩CaO含量较高，达到了30%以上，CaO/MgO值为2～4，也显示了碳酸盐岩的特征，进一步论证了砾石成分主要为可溶岩。细晶白云岩，MgO含量较高，CaO/MgO值为1.59，显示了明显的白云质特征。

实验表明：在含CO2的水溶液中，若令方解石的溶解度为1，随着岩石中CaO和MgO比值的增加，相对溶解度也增加。当CaO和MgO比值在1.2∶2.2之间(相当于白云岩)时，相对溶解度变化最大，介于0.35～0.82；当CaO和MgO比值在2.2～10.0之间(相当于白云质灰岩)时，相对溶解度介于0.80～0.99之间；当CaO和MgO比值大于10(相当于石灰岩)时，相对溶解度趋近1。由图9可知研究区内岩石的CaO和MgO比值普遍较大，而区内碳酸盐岩CaO和MgO比值普遍大于10，只有细晶白云岩比值较小。而钙质砂岩、角砾岩CaO和MgO比值也多在1.2～2.2之间。

图9 不同岩性CaO/MgO变化曲线

岩石中如矿物成分不均一，将影响岩溶作用，特别是一些不可溶解的杂质，如SiO2、Fe2O3、A12O3、R2O3等，在岩溶发育过程中，充填于岩石裂隙中，使地下水通过团难。它不但使岩溶发育程度减弱，并对岩溶地貌产生影响。

由图10可知：研究区内不同岩体的酸性不溶物含量随岩性变化较大，区内大多数岩石酸性不溶物含量较低，普遍小于10%，部分样品小于1%，而岩样8钙质砂岩含量较高，达到60%以上，由图11可知，岩样8钙质砂岩铁质含量较高达到1.6%以上，易风化蚀变成为紫红色次生泥。角砾岩，和部分碳酸盐岩Fe2O3含量也相对较高，大于0.3%。

图10 不同岩性酸性不溶物变化曲线 图11 不同岩性Fe2O3变化曲线

结合酸性不溶物以及铁质含量分析认为钙质砂岩溶解度较低，钙质角砾岩也不易溶解，而其对白云质岩屑角砾岩、灰岩的溶解性影响都不大。

对研究区内不同类型岩石化学分析结果表明：区内碳酸盐岩CaO含量普遍较高，CaO和MgO比值也较高，酸性不溶物以及铁质含量较低，溶解性较好；角砾岩中CaO含量较高，CaO和MgO比值偏高，酸性不溶物以及铁质含量较低，相对溶解性较好。这与角砾岩中含有大量的灰岩、白云岩碎屑以及方解石充填物有关，角砾岩中岩溶相对较发育；枢纽区内砂岩虽然CaO含量相对较高，然而其酸性不溶物以及铁质含量较高、且结构较紧密，不易被溶蚀。

4 枢纽区溶蚀发育特征

4.1 碳酸盐岩

碳酸岩地区，两岸地形陡峻，喀斯特作用明显。浅表部总体溶蚀强烈，地表碳酸盐岩多呈石笋和溶槽、溶沟及溶洞(见图12)。

图12 碳酸盐岩地层浅表部溶洞地貌

根据对坝址上游及下游碳酸盐岩区域平洞统计资料(见图13、14)显示：碳酸盐岩地层整体溶蚀强烈，溶蚀率多在5%～10%之间，局部高达40%～50%。溶蚀强烈地段多发育有构造裂隙及溶裂隙，局部与地表相连，地表水形成下渗通道，岩体溶蚀强烈。根据平洞揭露，溶蚀受构造影响较为强烈，局部发育的裂隙及溶洞被方解石及断层泥充填，部分形成的空腔也是断层作用的结果(见图15)。

图13 PD132平硐溶蚀统计柱状图

图14 PD111平硐溶蚀统计柱状图

图15 PD132平硐由断层影响形成的溶腔

在钻孔资料统计中，左岸钻孔线岩溶率，强风化约100%，弱风化约38.5%，微新岩体13.3%，全孔平均约32.9%；右岸钻孔中线岩溶率强风化约70%，弱风化32.2%，微新岩体约45.4%，平均45%。钻孔统计中，未发现规模较大的溶洞或溶腔，且溶蚀作用多沿节理裂隙分布，碳酸盐岩地层钻孔在微新岩体中，线岩溶率仍然在13%～45%，存在深部岩溶问题。

综合分析，枢纽区碳酸盐岩浅表部岩体岩溶发育强烈，中下部岩体岩溶发育程度中等，岩溶发育程度随深度加深逐渐递减，但存在一定的深部岩溶问题。岩体溶蚀受岩性、构造影响较为明显。

4.2 岩屑角角砾岩

岩屑角角砾岩主要分布于枢纽区的右岸和河床部位。角砾岩中的充填物、基质及角砾钙质含量高，存在岩溶问题，但由于岩性的不均一性，规模性岩溶作用一般不太发育。

枢纽区右岸分布有F3断层，沿冲沟发育，且冲沟切割较深，冲沟两侧地形完整性差。冲沟沟内及右侧附近的岩屑角角砾岩岩溶作用十分强烈。附近平硐PD130勘探资料显示，该洞主洞内在洞深0～40 m洞段规模较大的溶洞或溶蚀裂隙有6处，洞壁钙质淋漓作用明显，部分有洞穴堆积或次生夹泥(见图16)；洞深40～44 m段溶蚀中等发育，多处见小规模的溶蚀裂隙并具次生夹泥；44 m以后溶蚀作用逐渐减弱。纵向上，在该附近区域布置的钻孔ZK162内，孔深18～23.5 m处发育有垂直深度约5 m的溶蚀裂隙(或溶洞)。由此可以说明，冲沟及其右侧临沟地段角砾岩内中、上部岩体岩溶极为发育，岩溶作用与冲沟及其断层的影响有直接关系。

图16 坝址右岸PD130洞内左壁发育的溶洞

冲沟下游山坡岩屑角角砾岩内同样也具岩溶作用，但溶蚀作用较轻微，从图16可以看出岩屑角角砾岩的溶蚀率一般小于1%，溶蚀规模较小；局部溶蚀规模相对较大，大于5%。据平硐资料分析，PD122在30～40 m段之所以溶蚀强烈是由于其位于卸荷带内，构造裂隙发育，岩溶顺裂隙而发育，局部发育成有近2 m宽的顺裂隙溶洞，顺裂隙溶蚀宽度20～30 cm，可见深度5 m，属构造型溶蚀见图17,平硐溶蚀统计见图18。

图17 坝址右岸PD122溶蚀裂隙(34～36 m段)

图18 PD122平硐溶蚀统计柱状图

通过对枢纽区该地层钻孔及平洞资料综合分析表明：角砾岩中岩溶相对碳酸盐岩轻微，规模多较小。局部地段受构造、地形等因素的影响，发育规模较大，且多发生于卸荷带内，卸荷带以里岩溶一般不发育，多属构造型岩溶，在微新岩体中，岩体溶蚀轻微发育，基本不存在深部岩溶问题。

4.3 钙质砂岩

砂岩多分布于枢纽区左岸，岩溶总体不发育，平硐或钻孔内偶见少量的溶蚀裂隙，一般顺层分布，溶蚀程度微弱。部分顺构造发育溶蚀规模较大，如PD121平硐内F15断裂及以里的构造性裂隙，沿构造裂隙张开现象强烈，钙化及方解石充填现象十分突出(见图19)。

5 结 论

(1)微晶灰岩、白云质微晶灰岩，方解石含量较高，含量生物粒屑，并且有明显的网状构造-岩溶线分布，岩性上属于最易溶蚀的岩性，并且构造作用明显，岩溶发育最明显；细晶白云岩白云石含量较高，达到90%以上，而且有去白云石化方解石脉充填，且构造相对发育，为岩溶较易发育的岩层；角砾岩角砾中含有较大量的灰岩、白云岩碎屑，充填物中方解石含量较高，角砾岩中溶蚀相对也较发育；砂岩中石英含量较高，胶结较紧密，且有方解石和铁质充填，未见裂隙，受岩溶作用影响较小。

图19 坝址左岸平硐PD123构造性溶蚀裂隙

(2)区内碳酸盐岩CaO含量普遍较高，CaO和MgO比值也较高，酸性不溶物以及铁质含量较低，溶解性较好；角砾岩中CaO含量较高，CaO和MgO比值偏高，酸性不溶物以及铁质含量较低，相对溶解性较好，岩溶相对较发育；钙质砂岩虽然CaO含量相对较高，然而其酸性不溶物以及铁质含量较高、且结构较紧密，不易被溶蚀。

(3)枢纽区碳酸盐岩浅表部岩体岩溶发育强烈，中下部岩体岩溶发育程度中等，岩溶发育程度随深度加深逐渐递减，但存在一定的深部岩溶问题。岩体溶蚀受岩性、构造影响较为明显；角砾岩中岩溶相对碳酸盐岩轻微，规模多较小。局部地段受构造、地形等因素的影响，发育规模较大，多属构造型岩溶。角砾岩地层中基本不存在深部岩溶问题；钙质砂岩岩溶总体不发育，平硐或钻孔内偶见少量的溶蚀裂隙，一般顺层分布，溶蚀程度微弱。

[1] 何树明,曾晓波.缅甸滚弄水电站可行性研究报告(工程地质)[R].中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，2011.

[2] 许模,张强,等.缅甸滚弄水电站坝段喀斯特作用及其对工程影响评价专题研究报告[R].成都理工大学.2009.

[3] 王大纯,张人权.水文地质学基础[M].地质出版社，2006.

2016-04-22

曾晓波(1980- )，男，湖北安陆人，高级工程师,从事水电工程地质勘察工作。

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1003-9805(2017)02-0098-06