芒林水庫(kù)大理巖透鏡體巖溶滲漏探討

唐運(yùn)剛

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650021)

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

芒林水庫(kù)位于云南省瑞麗市西南部南宛河支流南惹河上游的普然河上,屬于中型水庫(kù)工程,以農(nóng)田灌溉為主,兼顧瑞麗市、姐相鄉(xiāng)、弄島鎮(zhèn)城鎮(zhèn)供水及農(nóng)村人畜供水,并承擔(dān)水庫(kù)下游南惹河兩岸防洪任務(wù)。設(shè)計(jì)壩高27.5 m,壩型為均質(zhì)土壩,水庫(kù)正常蓄水位783.85 m,總庫(kù)容2 238.9萬(wàn)m3,壩軸線長(zhǎng)154 m,導(dǎo)流及輸水隧洞布置于左岸長(zhǎng)約232 m,溢洪道布置于右岸啞口長(zhǎng)約510 m。

1.2 地質(zhì)概況

測(cè)區(qū)地處云南高原西部、橫斷山脈的南延部分,山脈、水系呈北東向延伸,與構(gòu)造線方向一致。水庫(kù)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦,平均海拔高程750 m。北西側(cè)分水嶺海拔高程1 150～1 827 m,山前為波狀起伏的殘丘,相對(duì)高差50～100 m。根據(jù)地貌成因及形態(tài)特征,將測(cè)區(qū)劃分為侵蝕堆積類(lèi)型和構(gòu)造剝蝕類(lèi)型。測(cè)區(qū)出露地層較單一,主要為下古生界寒武系變質(zhì)巖(主要巖性為片麻巖、變質(zhì)砂巖、板巖)和新生界上第三系微膠結(jié)的含礫砂土夾砂土、卵礫石質(zhì)砂土及泥巖;第四系松散堆積層廣泛出露于瑞麗江兩岸及地表各處。測(cè)區(qū)處于青、藏、滇、緬、印尼“歹”字形構(gòu)造西支中段,屬滇西褶皺帶芒市褶皺束南段,構(gòu)造形跡呈北東向,以復(fù)式褶皺群為主,發(fā)育的主要大斷裂為位于水庫(kù)南東側(cè)約8 km龍陵—瑞麗大斷裂,主要褶皺為王子樹(shù)—南京里倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜(圖1)。區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型較齊全,按照地下水的巖石類(lèi)型、水理性質(zhì)及賦存條件,分為松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖類(lèi)裂隙孔隙水、基巖裂隙水三種類(lèi)型[1]。水庫(kù)地震動(dòng)峰值加速度為0.2g,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差,地震動(dòng)特征周期值為0.45 s(寒武系大理巖)、0.65 s(上第三系巖土),相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度[2]。

圖1 芒林水庫(kù)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Sketch map of Wanglin reservoir1.新生界;2.二疊系;3.三疊系;4.寒武系;5.燕山期花崗巖;6.地質(zhì)界線;7.逆斷層及其編號(hào);8.正斷層;9.隱伏層;10.背斜及其編號(hào);11.國(guó)界線。

2 大理巖特性及分布

圖2 庫(kù)區(qū)大理巖分布示意圖Fig.2 Distribution schematic diagram of marble in reservoir area

1.砂質(zhì)粘土、砂壤土夾砂卵礫石、碎石土;2.半膠結(jié)之含礫砂土夾砂土、粘土;3.混合巖化片麻巖夾變質(zhì)砂巖、板巖等,上部夾大理巖透鏡體;4.正常接觸地質(zhì)界線;5.不整合地質(zhì)界線;6.背斜軸;7.片理、片麻理產(chǎn)狀;8.巖層產(chǎn)狀;9.擬建芒林水庫(kù);10.泉水及其流量(L/s);11.河流及流向;12.地下水流向;13.國(guó)界線;14.鄉(xiāng)村道路、公路;15.村莊;16.大理巖分布區(qū);17.地質(zhì)剖面線。

2.1 大理巖特性

大理巖是由沉積巖中碳酸鹽類(lèi)巖石經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或大理巖接觸變質(zhì)作用形成的一種變質(zhì)巖。主要礦物為重結(jié)晶的方解石、白云石,方解石和白云石的含量一般>50%。此外含有硅灰石、滑石、透閃石、透輝石、斜長(zhǎng)石、石英、方鎂石等。具粒狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀(有時(shí)為條帶狀)構(gòu)造。肉眼可辨認(rèn),遇稀鹽酸產(chǎn)生氣泡。一般為白色,若含不同雜質(zhì),則夾有條紋或呈不同顏色。巖塊抗壓強(qiáng)度隨顆粒膠結(jié)和大小而異,一般為49.0～117.7 MPa,可作為建筑物地基。因易溶解于水,故有各種喀斯特現(xiàn)象,會(huì)引起水庫(kù)滲漏、崩塌等,需加以注意和工程處理。

因原巖不同,可形成不同類(lèi)型的大理巖,如純鈣鎂碳酸鹽巖變質(zhì)后可形成方解石大理巖、白云石大理巖;硅質(zhì)灰?guī)r變質(zhì)后可形成石英大理巖、硅灰石大理巖;炭質(zhì)灰?guī)r變質(zhì)后可形成石墨大理巖等。還可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、顏色進(jìn)一步劃分,如白色大理巖、灰色大理巖、粉紅色大理巖、細(xì)粒大理巖、粗粒大理巖、條帶狀大理巖等[1,3-4]。

2.2 分布特征

區(qū)內(nèi)寒武系為本區(qū)基底地層,寒武系大理巖呈透鏡狀出露,根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪,鉆孔、平硐、坑槽勘探,主要分布在庫(kù)區(qū)右岸及壩址附近(見(jiàn)圖2),東西向長(zhǎng)約2.1 km,南北寬約0.5 km,呈不規(guī)則的透鏡狀,分布面積約1.05 km2。地表可見(jiàn)零星露頭,上部為第三系覆蓋,根據(jù)鉆孔及坑探揭露,在壩址區(qū)及近壩右岸山坡大理巖埋深大約3～10 m。因大理巖為碳酸鹽類(lèi)巖石經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或大理巖接觸變質(zhì)作用形成的一種變質(zhì)巖,局部存在溶孔、小溶洞等弱巖溶,對(duì)大壩及庫(kù)岸滲漏問(wèn)題存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 巖礦鑒定及野外觀察

經(jīng)取樣4組進(jìn)行巖礦鑒定及化學(xué)分析,方解石和白云石含量約50%～75%,大理巖易溶性氧化鈣(CaO)含量低(<35%)。據(jù)野外天然露頭及采石場(chǎng)斷面上觀察,結(jié)合樞紐區(qū)鉆孔巖心、平硐鑒定,大理巖巖溶不發(fā)育,未見(jiàn)大的溶蝕裂隙、管道等巖溶形態(tài),僅局部偶見(jiàn)寬度<2 mm的溶隙,但延伸僅數(shù)米。巖石中主要有4組構(gòu)造裂隙,口寬2～5 mm,少量鈣、泥質(zhì)充填,向深部逐漸閉合,含(透)水性較弱。

3 庫(kù)、壩區(qū)滲漏評(píng)價(jià)

3.1 庫(kù)區(qū)滲漏分析

庫(kù)盆及鄰谷間主要由上第三系微膠結(jié)之含礫砂土夾砂土、卵礫石質(zhì)砂土及粘土組成,上第三系(N)微膠結(jié)之巖層粘粒含量較高,總體透水性弱。在庫(kù)盆內(nèi)兩岸沖溝正常高水位附近常見(jiàn)有泉水出露及沼澤地分布。庫(kù)區(qū)北部南宛河河床海拔高程820～830 m,高于水庫(kù)正常蓄水位20～30 m,且山體寬厚(>1 000 m),無(wú)低鄰谷。西部南姑河及南部南張河河床海拔高程與庫(kù)區(qū)河床海拔高程相當(dāng),山體寬厚(>1 000 m),無(wú)低鄰谷。僅東面勐福河河床海拔高程776 m,比水庫(kù)正常蓄水位低8～10 m,為相對(duì)低鄰谷,但該鄰谷河間地塊較寬(>800 m),庫(kù)內(nèi)有較多的散流狀地下水出露,其出露高程在水庫(kù)正常高水位附近,向南惹河排泄,常年不干,為地下水補(bǔ)給河水,故其間的地下水分水嶺海拔高程高于正常蓄水位,不存在滲漏條件。故庫(kù)區(qū)兩岸山體總體上較寬厚,庫(kù)盆及周邊地層透水性弱,為相對(duì)隔水層,地下水分水嶺高程高于水庫(kù)正常蓄水位,地表水、地下水均補(bǔ)給河水,河床為當(dāng)?shù)氐叵滤畹团判够鶞?zhǔn)面,水庫(kù)不存在庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題,總體蓄水條件較好[1,3-4]。

3.2 大理巖分布區(qū)滲漏分析

庫(kù)區(qū)基底的下古生界寒武系(∈？)變質(zhì)巖夾大理巖透鏡體,強(qiáng)風(fēng)化帶巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,含(透)水性中等,但向深部透水性逐漸減弱,變成弱含(透)水層組。在庫(kù)首南惹河兩岸近壩的庫(kù)岸坡及河右岸壩址上游約2 000 m的芒林采石場(chǎng)一帶,有寒武系大理巖透鏡體零星出露,大理巖埋深大約3～10 m(圖3)。在采石場(chǎng)南東約300 m的水庫(kù)沖溝內(nèi)就有泉群出露,流量0.4～0.5 L/s,其高程略高于水庫(kù)正常蓄水位,據(jù)此,也可進(jìn)一步說(shuō)明大理巖巖溶不發(fā)育,通過(guò)大理巖產(chǎn)生管道式永久性滲漏的可能性不大[4-6]。

圖3 庫(kù)區(qū)右岸大理巖地質(zhì)剖面示意圖Fig.3 Schematic diagram of geological profile marble at right bank of the reservoir area1.殘坡積砂壤土混碎石;2.洪沖積砂卵礫石;3.上第三系砂質(zhì)粘土混碎塊石、含礫砂土;4.寒武系大理巖;5.砂質(zhì)粘土混碎塊石;6.大理巖;鉆孔,左為RQD(%),右為滲透系數(shù)(K)或透水率(q),下為孔深;9.實(shí)、推測(cè)第四系與基巖界線;10.實(shí)測(cè)、推測(cè)不整合地質(zhì)界線;11.強(qiáng)風(fēng)化下限;12.巖層產(chǎn)狀 走向,傾向∠傾角;13.地下水位線;14.鉆孔水位探槽及編號(hào);16.探坑及編號(hào)。

4 結(jié)論

芒林水庫(kù)壩址及近壩右岸出露大理巖,大理巖遇稀鹽酸產(chǎn)生氣泡,因易溶解于水會(huì)引起水庫(kù)滲漏、崩塌等,需加以注意和工程處理。根據(jù)區(qū)內(nèi)大理巖特性、分布特征等方面進(jìn)行分析,并取樣進(jìn)行巖礦鑒定確定其化學(xué)成分,區(qū)內(nèi)大理巖主要礦物為方解石和白云石，含量約50%～75%。結(jié)合樞紐區(qū)鉆孔巖心鑒定,大理巖巖溶不發(fā)育,未見(jiàn)大的溶蝕裂隙、管道等巖溶形態(tài)。并確定區(qū)內(nèi)大理巖為透鏡狀出露,大理巖透鏡體邊緣地帶都出露泉水點(diǎn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)巖溶通道,一般發(fā)育溶蝕裂隙,管道式巖溶不發(fā)育,不會(huì)產(chǎn)生巖溶滲漏問(wèn)題。為工程順利開(kāi)展提供了有力的技術(shù)支撐。芒林水庫(kù)自2012年蓄水以來(lái),工程運(yùn)行一切正常。

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