渭南市抽黄供水北湾调蓄池工程深部地层的成因时代判别

成小勇

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 咸阳 712000)

0 前言

渭南市北湾调蓄池工程位于蒲城县龙阳镇北湾村的洛河岸边，根据区域资料及前期勘察调绘，工程区第四系覆盖层深厚。为研究、计算池堤(大坝)填筑过程及后期的沉降变形问题，需要探明深层岩土的时代成因、地质条件等。本次勘探于池堤轴线部位布设三个120 m深的钻孔，以查明池堤地基深层岩土的工程地质特性。工程区前期各勘察阶段钻孔最大深度仅40 m，本次深度达120 m，首先要解决的就是地层时代的认定划分，因为全新统与晚更新统地层在前期勘察已有定论，本次重点是晚更新统以下的地层划分及判定。本文结合工作实际操作的过程，就该工程深部地层的成因时代认定划分进行分析判定。

1 工程概况及地质条件

北湾调蓄池工程位于渭南市蒲城县龙阳镇北湾坡下村的洛河右岸边，总蓄水量944万m3，由池堤(坝)、进水箱涵、放水洞、泵站等组成。均质土堤(坝)长1630 m，最大堤(坝)高24 m，建筑物级别为2级。工程区行政管辖以洛河为界，左岸归大荔县管辖，右岸属蒲城县，河流在此由西南流向转为东南流向，东雷二期抽黄工程的洛河渡槽横跨于两岸阶地前缘的突出点上，调蓄池则位于这个转折点下游侧。

工程区洛河两岸发育不对称的堆积阶地，左岸为三级阶地，缺失一、二级阶地，高漫滩叠置于三级阶地上。地层岩性有黄土、黄土状土及古土壤，下部为一套冲、湖积成因的壤土、砂及砾石层，著名的大荔人头骨化石则发现于下部的砂砾石层中。右岸为二级阶地上叠一级阶地，地层岩性有黄土、壤土、砂及砾石层。调蓄池的池堤(大坝)位于右岸一级阶地上，两端堤肩与二级阶地相接，形成池盆。工程区位置见图1。

图1 工程区位置图

2 判别地层成因时代的必要性

各个地质年代形成的地层，都包含着大量的信息。如根据地层中所含矿物、化石等，可推演出当时的气候环境、动植物演化等，反之，根据地层形成的年代、成因，可追溯生物演化事件、气候变迁的历史事件等。当然，对于地质学中工程地质这一分支学科来说，主要研究工程活动与地质环境之间的相互作用，查明地层工程地质特性，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。

通过前人的多年研究、积累，对各个时代的地层，已有一些统一的认识，如晚更新统及以前的地层不产生液化、湿陷性黄土一般仅限于中更新统上部及以上的地层、老地层在密实度和承载性上一般高于新地层等，因此，确定地层、划分成因时代是做好地质工作的基础，是重要的工作内容。

3 地层成因时代的判定方法及过程

由于前期勘探钻孔最深只有40 m，全部在全新统(Q4)及晚更新统(Q3)地层中，并未涉及更早期地层，本次钻孔深度达120 m，进入更早期地层。在勘探过程中发现工程区还存在两个时代的细砂层直接接触沉积的现象，且颜色、颗粒组成及矿物成分上极为相似，难以区分。在对池堤(大坝)深层岩土的时代及成因划分中，运用区域地质资料、地貌层序、包含化石、岩芯鉴定、原位及室内试验等方法进行综合评判，最终确认勘探范围内的深部地层为中更新统河、湖相沉积地层。

3.1 区域地质资料

根据《陕西省关中盆地第四纪地质图》(比例1∶20万)，工程区沿洛河两岸主要为第四系松散沉积物，局部出露有上第三系(N22)物质，见图2。经实地踏勘，区域地质图所示位置并未发现有第三系地层出露，再在区域地质图上查阅工程区东、西两个方向的剖面图发现，第三系沉积物均位于地层底部，所示范围无在地表出露的可能。又根据陕西省地质矿产局的《陕西省地质图》，第三系地层出露点应在工程区上游的大荔县境内，离工程区尚有一定距离，说明区域资料在局部亦存在不准确的现象。

图2 工程区区域地质图

《陕西省关中盆地第四纪地质图》上的Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ剖面所示，工程区第四系松散堆积物厚度大于300 m，而120 m的深度应在中更新统的河、湖相沉积层中。

3.2 古生物化石

古生物化石是古代生物保存在地层中的遗体或遗迹，经过亿万年的演变，形成化石埋藏于地层中，通过某些特定化石可以确定所在地层的年代。

二级阶地(Q3)上部为风积黄土，下部为一套冲积成因地层，包括壤土、砂壤土、细砂、砾石等，地层中发现最多的是蜗牛壳和壳蚌两类具代表性的化石。蜗牛壳主要存在于二级阶地上更新统(Q3)上部细砂层中，数量很多，完整蜗牛壳直径2 cm左右，石化程度差，白色，暗淡无光泽，手捏即碎。壳蚌化石只存在于上更新统(Q3)下部的细砂和砾石层中，数量较多，完整化石直径一般5 cm～8 cm，乳白色丝绢光泽，石化程度高，质重。在全新统地层中，蜗牛壳分布较少，无壳蚌化石，在最终认定的中更新统(Q2)地层中，蜗牛壳仅偶尔见到，且呈碎片状，壳蚌化石亦完全没有，因此蜗牛壳和壳蚌化石可认为是晚更新统冲积相标志层。

3.3 地层层序

地质学基本规律：在层状岩层的正常序列中，先形成的岩层位于下面，后形成的岩层位于上面。这一原理称地层层序律，也称叠覆原理。根据岩层的上下叠置关系，可以判定岩层形成时间的早晚。

工程区第四纪以来无强烈的地质构造运动，第四系地层沉积韵律由上往下为由新到老。就工程区的地形地貌来说，洛河三级阶地发育于右岸，而左岸未见到三级阶地，结合区域资料，表明二级阶地叠置于三级阶地之上，一级阶地又叠置于二级阶地上，河漫滩则内叠于一级阶地上。按地层层序，全新统冲积地层沉积于河漫滩和一级阶地上部，其下为上更新统冲积地层，再下为中更新统河、湖相沉积地层。阶地、地层叠置情况见图3。

图3 工程区地层结构示意图

3.4 岩芯鉴定

由钻孔中提取上来的岩芯包含着所在地层的详细信息，如颜色、层理、颗粒组成、包含物、密实或坚硬程度等，岩芯鉴定是对所在地层肉眼可见的、最直观的了解。

钻孔中提取上来的岩芯全新统的砂壤土较疏松，具针管状孔隙；上更新统壤土则切面光滑、可塑状、较致密，偶见针状孔隙；至中更新统地层后，同样是壤土，岩芯为长柱状，虽在地下水位以下呈饱和状，但多为硬塑状，干后坚硬，岩芯断口具锋刃感，最主要的是夹有多层蓝灰色的湖积相沉积层。在静水环境下，随着物质不断积累、矿物结合等因素，使湖泥呈蓝灰色或青灰色，蓝灰色岩芯就是湖积相的特征之一。而根据区域资料，包括工程区在内的周边大面积区域，在中更新世时为冲、湖积相沉积，通过钻孔岩芯鉴定，表明钻孔深度内的下部地层为冲、湖积成因地层。

3.5 原位试验及室内试验数据分析

工程地质勘察中对较深地层认定划分时，原位试验和室内试验数据是不可或缺的重要支撑。对于粗粒土，通过标贯、动探试验确定密实程度，来判断或复核地层的新老关系，动探、标贯统计成果见表1。对于细粒土，通过颗粒分析、干密度、孔隙比等室内试验指标分析地层的沉积环境和密实程度，从而推断或复核地层间的相互关系，室内试验数据统计成果见表2。

表1 粗粒土动探、标贯测试成果统计表

表2 细粒土试验成果汇总表

从统计的动力触探和标准贯入锤击数可以看出，全新统砂砾石层锤击数平均值仅为11.6击，刚达到中密程度。上更新统砂砾石锤击数平均值为40.0击，已达到密实状态；而中更新统砂砾石层则达到了54.5击，较上更新统砂砾石在密实程度上又有了明显提升。根据颗粒分析试验，各层细砂在颗粒组成上很相似，按粒径无法判断沉积时代，因此再按密实程度来分析，上更新统细砂层锤击数平均值为50.1击，中更新统细砂层锤击数平均值为51.3击，均为密实状态，二者差异不明显。分析认为，细砂层粒径分布范围较窄，颗粒之间的相互填充、相互咬合及联锁机制较差，因此密实状态变化不明显。

细粒土全新统为砂壤土，上更新统及中更新统主要为壤土，根据钻孔原状样品的室内试验成果统计，从干密度、孔隙比等可以看出，所取样品中全新统干密度最小、孔隙比最大，而上更新统和中更新统地层密实程度则都有一个明显的抬升，但中更新统地层中，下部较上部密实程度虽有所增加，但增加的程度明显小于不同时代间的增量。从试验数据来看，其与新老地层间的逻辑关系是相符的，也间接说明了地层划分是正确的。

4 结论

1)工程地质主要研究工程活动与地质环境之间的相互作用，确定地层，划分成因时代，是做好地质工作的基础，是重要的工作内容。

2)以区域地质资料为指导，化石标志层结合地形地貌进行层序推导，岩芯鉴定直观判断其成因和时代，分析试验数据、复核各地层间的逻辑关系，综合判定地层成因时代。

3)经综合判定、相互印证，确定出涉及地层的成因时代，认定钻孔所及的深部地层为中更新统冲、湖积成因地层。

4)对区域资料要相信但不能迷信，防止出现误判，如区域地质图上工程区有第三系岩层出露，实际在工程区并没有出露，且埋藏较深。地层层序推导过程应注意不同阶地间的叠置方式和逻辑关系。不同时代的地层，试验数据应该是不同的，如果不符合逻辑关系，但又没有一个合理的解释，就该重新审视地层划分的准确性了。