构造体系复合区域岩体渗透性规律认识

张定彪，苏正猛，张学辉，王 菁

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

构造体系复合也称构造复合，系指同一地域或场区内受到两期(次)以上的构造应力作用后，区内构造形态、构造力学、构造量级、构造主次、构造时序以及构造复合带块等形成归并、交接、包容或重叠关系。经受多期构造影响和改造区域的工程岩体，渗透性和规律性也趋于复杂化。笔者通过对省内数座渗漏病险水库统计发现，因勘察前期对工程区域构造体系复合影响认识不到位，导致工程选址或防渗设计方案失败的案例占比较高。通过区域构造形迹发育和交接关系，采用地应力(构造应力)场法进行分析，可找出构造应力集中部位，从而划分构造影响量级，结合结构面、含(透)水层介质、岩溶水文系统等诸因素在构造复合区的分布发育情况，可宏观分析判断出水库建筑物区岩体透水性及库盆封闭条件。因此，对构造体系复合特征研究在水库规划选址或建设中上具有重要意义。文章以笔者亲历的水库勘察为例，对构造复合区岩体渗透性的认识进行了总结。

1 构造体系复合的特点

云南某水库建于南岭构造带与川滇经向构造带交接区的金殿-呈贡东西向构造与南北向的白邑村-龙潭箐大断层交界处，区内构造运动频度高。受其强大的南北向构造运动影响，东西向构造形迹均不同程度受到破坏，呈不连续、分段出露于南北向构造线之间，两者多属截接或交接关系。

库盆区分布东西向和南北向两组构造线如图1所示。其中东部以南北向断层和背斜构造形迹为主，是压应力迹线；西部以东西向褶皱构造线为主，是南北向压应力形迹；NW-SW向的平推逆断层(F2)是区内最大剪应力迹线。根据应力网络和构造形迹，可以将其划分为南北向和东西向两种构造体系。南北向构造体系形成于东西向构造体系之后，并造成对东西向构造体系被改造。水库枢纽地处两种构造体系交接处，形成截接关系，地质构造与地层岩性如图2所示。在南北向偏心压力作用下，产生了倾伏背斜(An3)、向斜(Sy1)和其他断裂(有F11等)；第二次受力是东西向的压应力，在枢纽区东部产生了横向褶皱(An5、Sy4)与东西向褶皱(An3、Sy1)轴线直交；枢纽区主要受北西和南东一对最大剪应力影响，F2南西盘向南东方向推移，将背斜(An3)和向斜(Sy1)东端向南弯曲。背斜北翼显凸侧，容易形成应力集中，在南东方向的拉应力下，产生了f5张扭性断层，然后使原有的东西向断层复活(有f1、f2、f3等)；其二，在向斜东南端，F11被F12切割，断层互相交错。综上，水库工程区具有如下构造复合特征。

图1 区域地质构造示意图1.枢纽区 2.坝轴线 3.背斜及编号 4.向斜及编号 5.断层及编号

图2 枢纽区地质构造示意图1.An3背斜编号 2.Sy1向斜编号 3.F1、f1断层编号4.O1t砂页岩 5.O1h泥岩 6.O1n泥灰岩 7.S2+3灰岩 8.D2h1、D1c砂岩 9.D2h2灰岩 10.地层界限与假整合线 11.钻孔

(1)An3背斜北东翼属应力集中区。断层发育密集，形成构造破碎区域，断层规模较大，f5断层破碎带宽达10余米；张扭性断裂发育，延伸长，张开宽达10余厘米，裂隙率11-13条/m。

(3)背斜倾伏端马鞍型张扭性裂隙发育，多呈楔形并向核部尖灭形态产出，裂隙密度由外弧带向内弧带减弱。内弧带裂隙多闭合，密度3-4条/m。

(4)An3背斜南翼向北凹，主要发育东西向压性结构面，张裂隙弱发育——不发育。

(5)Sy1向斜东南扬起端断裂构造互切，构造复杂。向斜深度很深，张裂隙很发育。

(6)向斜与背斜间产生南北向横跨褶皱(Sy4，An5)。两组褶皱受挤压强烈，在隆起部位拉张裂隙较发育。

2 岩体透水性与漏水点分布

2.1 各构造部位的岩体透水性

岩体透水性通常与岩性相关，但是在构造复合区域往往受控于构造发育和影响程度。

图3 岩组透水率(q)与深度(H)关系散点图

图4 灰岩透水率(q)与深度(H)关系散点图

(2)在断层发育密集的背斜北翼，通常断层间断块岩体极为破碎，开口裂隙普遍，透水性极强(q≥100Lu)。而断层自身随断层性质而异，压性断层多为阻水断层(例如f2断层带，K=0.065m/d)；张性和张扭性断层多为导水断层(例如f5断层带，K=30.3m/d)。总之，背斜凸翼受到张性断裂结构面的影响，岩体透水性较强。

(3)背斜倾伏端外弧带，张性、张扭性断裂密集发育，岩体透水性强烈(q>100～1000Lu)；背斜核部岩石(内弧带)透水性减弱(q<100Lu)。

(4)背斜南翼凹侧，受南和北压应力作用影响，岩体透水性取决于地层岩性，坚硬～较坚硬脆性岩石易发育张裂隙，透水性相对较强(q>100Lu)，而软岩～较软岩裂隙微张～闭合，透水性较弱(<50Lu)。

(5)Sy1向斜构造带，位于核部的上覆岩层D2h2灰岩，除顶、底板接触带强岩溶区透水性较强外，通常透水性不大。但是，在下伏砂岩地层D2h1、D1c中，岩体透水性随着深度的增大而增大，并且上部砂岩多属相对隔水层。究其原因，为向斜上部岩石受压，中下部岩石受张拉，致使岩体中开口裂隙发育，透水性强。

(6)南北向横跨褶皱构造区，因两期构造力组合影响形成轴向直交的两个褶皱，轴部隆起部位产生张裂隙，所以岩石透水性较强(平均q=2555Lu)，而在凹槽区，两次受压，裂隙多闭合，通常岩体透水性相对较差(q<250Lu)。

2.2 水文地质试验成果分析

本文采用K>10m/d的漏水点(段)对岩体渗透系数进行统计，并绘制出分布曲线，如图5所示。

图5 钻孔漏水点及其频率分布图

(3)Sy1向斜内，D2h2灰岩顶部水交替循环强烈，漏水段主要集中在灰岩顶部(2～5m)岩溶发育区，透水率高达2000～18000Lu，但不是在整个灰岩岩层中分布。灰岩中下部裂隙及岩溶均不发育，属中等透水层，岩体透水率<100Lu。

(4)Sy4向斜凹槽带，岩层两次受压，开口裂隙少见，漏水段分布少。尽管呈一地下水低槽，但未必能构成地下水的集中渗漏通道。所以，在地下水低槽中，是否能够形成集中渗漏，应该对其形成条件和所处构造部位进行具体分析。

3 岩体渗透性规律

综合以上分析，该水库坝址区岩溶渗透性，在某种程度上反映了地质构造复合区域的渗透性规律，也反映出在构造复合应力集中区域岩体渗透性强烈的特征。它既有特殊性规律，也有普遍性规律。所以，分析总结有如下的认识。

(1)不管构造影响程度如何，在碎屑岩系和碳酸盐岩系假整合接触古侵蚀面附近岩体，具有强烈渗透性规律，岩溶也十分发育。且在应力集中的假整合构造破碎带内，更容易形成集中渗漏通道。

(2)构造复合应力集中区域(背斜凸翼)断层密集，但岩体透水性差别较大，张性、张扭性断层渗透性较强，压性、压扭性断层渗透性较差。

(3)通常情况下，岩体透水性随着深度的增大而降低，但是在应力集中的两构造层破碎带中，在界面以上覆盖层的岩体透水性随深度的增大而增大；在向斜槽部的一定深度范围中，如图3所示，(Sy1向斜100m深度)的岩体透水性也随着深度的增大而增大。

(4)不对称或对称性差的倾伏背斜中，凹翼透水性弱、凸翼透水性强；倾伏端内弧带透水性弱、外弧带透水性强。

(5)横跨褶皱凹部透水性较差、隆起部位透水性较强。

4 结语

(1)构造体系复合区域分布的古侵蚀面，通常会形成水库渗漏通道。

(2)在构造体系复合的应力集中部位，含水层与隔水层划分必须以岩性为基础，以构造为条件综合判定。

(3)在多期应力集中形成的向斜构造或破碎带中，岩体透水性随深度增加而增大。

(4)本文对构造复合地区岩体渗透性规律分析研究成果在其它工程实践中已经得到尝试和验证，在无勘探、试验地区，可通过地质测绘，结合构造复合特征分析，预判水库成库条件效果十分显著。不足之处是缺乏地质力学建模研究数据进一步分析验证。