西南某水電站壩區(qū)巖體深部差異風化成因及分布規(guī)律分析

白 樂，彭社琴，趙其華

西南某水電站壩區(qū)巖體深部差異風化成因及分布規(guī)律分析

白 樂，彭社琴，趙其華

（成都理工大學地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

在野外調(diào)查和室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上，對西南某水電站壩區(qū)典型深部差異風化成因和分布規(guī)律進行了分析，指出其發(fā)育分布均位于微風化和新鮮巖體內(nèi)部，主要受巖性和斷裂控制，成因與河谷及岸坡形成演化密切相關(guān)。深部差異風化不會直接影響巖體的穩(wěn)定性，但將促使淺表生改造進一步發(fā)展，導致巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生松動、變形、破壞、失穩(wěn)，最終導致邊坡的變形、破壞。

深部差異風化；成因機制；分布規(guī)律；斷裂控制

差異風化［1］是自然界一種普遍的現(xiàn)象。主要由于礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和節(jié)理狀況不同的巖石常常共生在一起，不同巖石抗風化的能力不同，風化剝蝕速度和程度也不同，從而在巖石表面形成凸凹不平的現(xiàn)象。大量工作者從巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、地貌學、外力地質(zhì)作用、環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生與防治等方面進行了多方位、多角度的研究。本文在前人的基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)玄武巖巖性和構(gòu)造改造［2］（斷裂）方面，分析深部差異風化的成因和分布規(guī)律，并指出它對邊坡穩(wěn)定性研究的意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

某水電站位于青藏高原東南緣，屬中山峽谷地貌，地勢北高南低，向東側(cè)傾斜。金沙江總體由南向北流，左岸為大涼山山脈東南坡，整體上呈向金沙江傾斜的斜坡地形；右岸為藥山山脈西坡，主要為陡坡與緩坡相間的地形。

1.2 地層巖性

研究區(qū)主要出露二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β），峨眉山組玄武巖包括隱晶質(zhì)玄武巖、斜斑玄武巖、杏仁玄武巖、角礫熔巖等。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

某水電站壩址位于聯(lián)合鄉(xiāng)背斜東翼，大跨山向斜西翼。壩區(qū)巖層呈單斜構(gòu)造，褶皺軸向為NE（E）－SW（W）方向，巖層產(chǎn)狀 N30°－50°E，SE∠15°～25°。這種構(gòu)造位置基本奠定了壩區(qū)的構(gòu)造輪廓。壩區(qū)出現(xiàn)的主要構(gòu)造行跡有：層間錯動帶、層內(nèi)錯動帶、斷層和大量的構(gòu)造裂隙。例如 C5，C3，C3－1，LS323，LS326，LS334，LS412，LS411，F(xiàn)17，f114等。

2 深部差異風化的特征

深部差異風化是指出現(xiàn)于微新巖體中風化程度局部加強的現(xiàn)象。深部差異風化不同于一般意義上的風化，其發(fā)育分布位置均位于微新巖體內(nèi)部，其成因也與一般意義上的風化有所區(qū)別，與河谷及岸坡形成演化具有密切關(guān)系。研究區(qū)的差異風化主要有2種類型：一種是斷裂附近出現(xiàn)的差異風化；另一種是不同巖性接觸帶出現(xiàn)的差異風化，尤其是不同噴發(fā)間斷的巖性接觸帶。壩區(qū)的深部差異風化主要受斷裂控制［3］。斷裂控制的差異風化不同于斷裂破碎帶及其影響帶附近的風化加劇現(xiàn)象。

深部差異風化中的風化加劇現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：巖石表面和節(jié)理面大部分變色，巖體結(jié)構(gòu)主要為次塊狀結(jié)構(gòu)，風化沿較大裂隙較發(fā)育，裂隙發(fā)育規(guī)模較大，裂面基本閉合，少量充填巖屑及方解石脈，普遍存在中度－嚴重銹染，錘擊聲清脆，主要屬于弱下風化段，少量存在弱上風化，周圍巖體微新，完整性較好。差異風化主要沿陡緩傾角形成格狀、沿近乎平行于裂隙的、緩傾角錯動帶與堅硬巖互層的差異風化形式。

斷裂控制的差異風化主要特點：巖體結(jié)構(gòu)為碎裂－鑲嵌結(jié)構(gòu)，充填巖屑及次生泥，屬巖屑夾泥型，滴水－滲水，膠結(jié)較差，中密，起伏粗糙，錘擊聲沉悶，強風化－弱上風化，以強風化為主，弱上風化較少，它的風化集中在斷裂帶的周圍。

3 差異風化成因分析

對研究區(qū)勘Ⅸ2線－勘Ⅱ3線間微新巖體內(nèi)部風化加劇現(xiàn)象進行統(tǒng)計，共在19個勘探平硐內(nèi)發(fā)現(xiàn)差異風化現(xiàn)象，其中左岸13個平硐，右岸6個平硐。

3.1 受斷裂控制的差異風化

受斷裂控制的差異風化在研究區(qū)內(nèi)最為發(fā)育，共14處，約占壩區(qū)74%，其中左岸11處，右岸3處，此類差異風化以裂隙式和夾層狀風化為其主要特征，主要是沿斷層、裂隙、緩傾角層間錯動帶及層內(nèi)錯動帶等軟弱結(jié)構(gòu)面（帶）進行并擴展的。見表1，誘發(fā)此類差異風化的陡傾斷裂與緩傾角層間層內(nèi)錯動帶，多為研究區(qū)內(nèi)岸坡巖體穩(wěn)定性控制性邊界，其空間延伸均較長大，性狀較差。典型斷裂控制的差異風化見圖1。

圖1 PD235－0＋118 m處下游壁差異風化Fig.1 The differential weathering existing in adit235 depth 118 m on the downstream cave wall

對比差異風化集中出露高程與研究區(qū)河谷演化過程，其發(fā)育分布與Ⅲ、Ⅱ級階地拔河高度基本一致，表明在Ⅲ、Ⅱ級階地形成過程中，受淺生改造作用，緩傾角錯動帶正向滑動，導致岸坡巖體松弛、破裂，構(gòu)成外營力侵入的良好通道，導致差異風化形成。

3.2 巖性分界面上的差異風化

現(xiàn)場調(diào)查此類差異風化共5處，其中左岸1處，右岸4處。發(fā)育位置較深，水平埋深約120～150 m左右，均在巖性接觸帶一側(cè)15～30cm范圍內(nèi)，受巖性接觸帶控制雖在研究區(qū)內(nèi)揭露較少，但其成因也具有顯著的工程意義。統(tǒng)計分析表明該類差異風化現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在角礫熔巖巖體內(nèi)部，這與角礫熔巖建造過程中內(nèi)部礦物成分有關(guān)。典型巖性接觸帶控制的差異風化見圖2。

圖2 PD1612－0＋126 m上游壁差異風化Fig.2 The differential weathering existing in adit1612 depth 126 m on the upstream cave dwelling wall

研究區(qū)內(nèi)角礫熔巖內(nèi)主要礦物為斜長石、輝石、少量的黑云母與角閃石。無論是肉眼觀察還是鏡下鑒定，都可以明顯地分為2部分，一部分為呈褐紅色－褐黃色的角礫，另一部分為呈灰綠－黑灰色的膠結(jié)物。在角礫熔巖形成時，角礫和熔漿之間發(fā)生了強烈的相互作用，二者均發(fā)生了強烈變化。熔巖膠結(jié)物的變化表現(xiàn)為強烈的熱液蝕變、斑晶的破碎、基質(zhì)成分的同化混染；角礫的變化主要表現(xiàn)為，逐漸破碎變小、熔蝕變圓和燒烤變紅［4］。在巖性接觸帶附近，風化加強，雜色角礫熔巖可見呈團塊狀，土黃色的差異風化現(xiàn)象，并多見烘烤邊。

表1 壩區(qū)斷裂控制的差異風化Table 1 The differential weathering controlled by fracture in some power station dam area

4 深部差異風化和淺部風化分布規(guī)律

4.1 深部差異風化分布規(guī)律

（1）按巖性層分布規(guī)律：差異風化主要發(fā)育在P2β3層中，且集中于 P2β33－2小層，其次在 P2β4層中比較發(fā)育。

（2）不同高程：集中分布于620～780 m高程之間。左岸中、高高程上差異風化延伸長度較長，從十幾米到幾十米，最長可達54 m。在低高程尤其是在620 m高程，延伸長度較短。

（3）不同勘探線：Ⅱ3線－Ⅸ2線均有分布，左岸大體以F14為上游邊界，下游邊界為勘Ⅹ線；右岸上游邊界為F16，下游邊界為勘Ⅹ線。集中分布于勘I4線。

（4）左右岸：左岸的差異風化普遍強于右岸，且左岸分布集中，右岸隨機性比較大。

（5）斷裂控制的差異風化：主要集中在斷裂帶與錯動帶兩側(cè)或一側(cè)5～30 cm范圍內(nèi)，巖體風化加劇，巖體結(jié)構(gòu)為鑲嵌－次塊狀結(jié)構(gòu)，中度－強烈銹染，地下水較為活躍，一般表現(xiàn)為滲水－滴水，多為弱上風化，少量為弱下風化，超出此范圍，巖體則轉(zhuǎn)變?yōu)樾迈r完整。

4.2 淺部風化規(guī)律

（1）隨高程降低，風化的水平深度逐漸減小。左岸680～780 m高程，弱上風化帶底界15～40 m，弱下風化帶底界20～60 m；右岸680～780 m高程，弱上風化帶底界5～40 m，弱下風化帶底界30～50 m；780 m高程以上，弱上風化帶底界20～40 m，弱下風化帶底界40～80 m；

（2）左岸的風化深度普遍大于右岸。左岸弱上風化帶底界10～40 m，弱下風化帶底界30～60 m；右岸弱上風化帶5～40 m，弱下風化帶底界10～60m；

（3）受構(gòu)造影響，例如大的層間層內(nèi)錯動帶、斷層，個別平硐風化會出現(xiàn)異常，風化深度甚至大于更高高程的平硐。

4.3 斷裂控制差異風化分布規(guī)律

（1）剖面上，一般位于距岸坡100 m以內(nèi)，少部分位于40～80 m之間；

（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以上出露點均位于距岸坡100m以內(nèi)，而高程620m附近出露點則位于距岸坡40～80m之間；

（4）除2處差異風化只受斷層影響外，其余12處均與層間、層內(nèi)錯動帶有關(guān)。

斷裂帶與錯動帶兩側(cè)或一側(cè)5～30 cm范圍內(nèi)，巖體風化加劇，巖體結(jié)構(gòu)為鑲嵌－次塊狀結(jié)構(gòu)，中度－強烈銹染，地下水較為活躍，一般表現(xiàn)為滲水－滴水，多為弱上風化，少量為弱下風化，超出此范圍，巖體則轉(zhuǎn)變?yōu)樾迈r完整。

5 結(jié) 語

通過對差異風化成因和分布規(guī)律的分析，深部差異風化不會直接影響巖體的穩(wěn)定性，它在高程、水平埋深、延伸長度等方面較之淺部風化有很大的隨機性，但與淺部風化尤其是構(gòu)造改造作用相互配合共同作用于壩區(qū)邊坡，促使淺表生改造［3］進一步發(fā)展，導致巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生松動、變形、破壞、失穩(wěn)，使這些軟弱面成為控制壩區(qū)邊坡穩(wěn)定性的重要的力學邊界。因此，差異風化在壩區(qū)巖體穩(wěn)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義。

［1］ 地質(zhì)部地質(zhì)辭典辦公室.地質(zhì)辭典（一）普通地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)分冊（上冊）［M］.北京：地質(zhì)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］ 王蘭生.地殼淺表圈層與人類工程［M］.北京：地質(zhì)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］ 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)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］ 王獎?wù)椋S瑞秋，許模.金沙江下游白鶴灘水電站巖體結(jié)構(gòu)的建造特征［J］.地球科學進展，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］ 聶德新，韓愛果，巨廣宏.巖體風化的綜合分帶研究.工程地質(zhì)學報［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 樂（1985-），女，河南省靈寶人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害評價與預(yù)測方向的研究，（電話）15882486651（電子信箱）76916968＠qq.com。

（編輯：曾小漢）