李萬(wàn)逵，陳 曉

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000)

砂卵礫石層異常定向排列成因探討

李萬(wàn)逵，陳 曉

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000)

砂卵礫石在自然界中是一種極為常見(jiàn)的地質(zhì)體，砂卵礫石層的定向排列則在普通地質(zhì)和工程地質(zhì)勘察分析工作中有著重要的作用，在斷層帶上呈定向排列時(shí)被認(rèn)為是該斷層活動(dòng)的重要標(biāo)志之一。當(dāng)不同的地質(zhì)體接觸面上有呈定向排列的砂卵礫石層時(shí)需要認(rèn)真分析，通過(guò)幾個(gè)工程實(shí)例對(duì)此進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和研究。

砂卵礫石;定向;排列

0 引言

砂卵礫石在自然界中是一種常見(jiàn)的地質(zhì)體，一般是新生界第四系(Q)的流水沉積物，主要分布在河流的河床和兩岸階地上，分布在較高河流階地上的砂卵礫石層一般時(shí)代都較老，由于是流水沉積地質(zhì)體，正常狀態(tài)下其層理一般都近水平向分布，卵礫石的扁平方向略傾向上游側(cè)，據(jù)此可判斷古河道的河流流向。當(dāng)河流的流水量變化較大、上游的物質(zhì)來(lái)源有較大的變化時(shí)，砂卵礫石層內(nèi)也會(huì)形成交錯(cuò)層理、透鏡體等不規(guī)則地質(zhì)體。在砂卵礫石層沉積的初期，當(dāng)基底的地形有突變時(shí)，砂卵礫石層也會(huì)隨著發(fā)生一定的彎曲現(xiàn)象，當(dāng)基底被填平、基底的地形突變消失時(shí)，砂卵礫石層又會(huì)逐漸呈近水平狀的正常形態(tài)分布。

當(dāng)砂卵礫石層形成后或在形成過(guò)程中，基底產(chǎn)生變形，砂卵礫石層也會(huì)隨著基底產(chǎn)生變形，隆起，形成松散地層中的褶皺構(gòu)造［1］，形成砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象;當(dāng)有斷層錯(cuò)動(dòng)砂卵礫石層時(shí)，可能將砂卵礫石層錯(cuò)斷，也可能使砂卵礫石層沿?cái)鄬渝e(cuò)動(dòng)的方向發(fā)生彎曲，形成砂卵礫石層的牽引變形、巖塊或礫卵石旋轉(zhuǎn)、扁平面或長(zhǎng)軸順力的牽引或作用方向排列等異常定向排列現(xiàn)象［2］。工程地質(zhì)、地震地質(zhì)和其它相關(guān)的地質(zhì)工作［3］中也常用砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象判斷斷層的活動(dòng)性和活動(dòng)時(shí)代。

基底的構(gòu)造隆起或斷層的錯(cuò)動(dòng)［4］可使砂卵礫石層產(chǎn)生異常定向排列現(xiàn)象，但砂卵礫石層有異常定向排列現(xiàn)象，并不一定是基底的構(gòu)造隆起或斷層錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。本文對(duì)卵礫石層的異常定向排列進(jìn)行了分類，并通過(guò)幾個(gè)工程實(shí)例說(shuō)明以上的分析和論述。

1 砂卵礫石層定向排列的分類

依據(jù)砂卵礫石層定向排列的基本形式，可分為正常定向排列和異常定向排列兩大類。砂卵礫石層在沉積過(guò)程中未受基底地形起伏和流水變化的影響，形成后也未受外動(dòng)力地質(zhì)作用的擾動(dòng)，為正常定向排列，反之為異常定向排列。

正常定向排列的砂卵礫石層，其工程地質(zhì)特性相對(duì)較為簡(jiǎn)單，而異常定向排列的砂卵礫石層其工程地質(zhì)特性相對(duì)較為復(fù)雜。

異常定向排列的砂卵礫石層依據(jù)其是否為外動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，可分為外動(dòng)力地質(zhì)作用下的異常定向排列和非外動(dòng)力地質(zhì)作用下的異常定向排列兩大類。外動(dòng)力地質(zhì)作用下的異常定向排列多與地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，與工程關(guān)系密切。

非外動(dòng)力地質(zhì)作用下的異常定向排列常見(jiàn)的有兩種，一種是砂卵礫石層在沉積過(guò)程中受基底地形起伏的影響形成的定向排列;另一種為流水變化的影響而形成的交錯(cuò)層理，其為典型的非外動(dòng)力地質(zhì)作用下的異常定向排列現(xiàn)象。

2 砂卵礫石層異常定向排列的幾個(gè)工程實(shí)例

2.1 大西溝水庫(kù)右岸砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象

大西溝水庫(kù)位于烏魯木齊河上游，后峽下游河段處，距烏魯木齊市以南約68 km。地理坐標(biāo)：東經(jīng)87°12'～87°15'、北緯 43°17'～43°20'。

該工程水庫(kù)庫(kù)容6 985萬(wàn)m3，擬建壩高92.2 m，校核洪水位1 988 m。導(dǎo)流兼泄洪洞、灌溉洞、溢洪道均布置在右岸。工程區(qū)地震烈度為Ⅶ度，2008年8月開始動(dòng)工修建。

2008年10月下旬，在導(dǎo)流兼泄洪洞出口開挖過(guò)程中，明渠右坡出現(xiàn)砂層和砂礫石層的彎曲現(xiàn)象和異常定向排列現(xiàn)象(見(jiàn)照片1)，現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)人員立即從宏觀和現(xiàn)場(chǎng)情況兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的勘察、分析和研究。

從現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌特征分析，沒(méi)有明顯的陡坎、沖溝、連續(xù)的負(fù)地形存在，明渠右岸為30°～40°、傾向河谷平順連續(xù)的自然斜坡，對(duì)自然岸坡無(wú)任何影響，因此，從地形地貌特征表明，該斷層規(guī)模較小，無(wú)活動(dòng)跡象。

從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方面分析，該小斷層不是區(qū)域性大斷裂的平行斷裂，也不是區(qū)域性大斷裂的分支斷裂，也無(wú)跡象表明是壩址區(qū)某一條較大斷層的分支或者平行斷層。因此，從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件分析，該斷層不具備活動(dòng)斷層的條件。

照片1 大西溝水庫(kù)導(dǎo)流兼泄洪洞出口明渠右坡砂礫石層的異常定向排列現(xiàn)象(鏡向：東，攝影：李萬(wàn)逵)Fig.1 Abnormal directional alignment of spillway tunnel of Daxigou Resenvoir

大西溝水庫(kù)原有的地震烈度為Ⅶ度，在工程的勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中又對(duì)該方面進(jìn)行了專項(xiàng)研究工作，確認(rèn)為Ⅶ度，該方面的資料表明，工程區(qū)存在活動(dòng)斷裂的可能性極小。

從現(xiàn)場(chǎng)開挖的剖面分析，該斷層在基巖面以上1.0～1.5 m范圍內(nèi)的砂層和砂礫石有彎曲和定向的跡象，但再向上的砂層和砂礫石卻是連續(xù)的，層理是完整的，沒(méi)有受到動(dòng)力變形的擾動(dòng)，在地面傾向河谷的岸坡也是平整的，沒(méi)有任何起伏的跡象，也就是說(shuō)，已有基巖面以上部分砂層的彎曲和砂礫石的異常定向排列不能證明是斷層的活動(dòng)所形成的。

該斷層在基巖面以下3～4 m范圍內(nèi)的斷層帶寬度在3～5 cm之間，沒(méi)有看到強(qiáng)烈的斷層泥、糜棱巖和其它強(qiáng)烈的構(gòu)造巖。在基巖面3～4 m以下，斷層的寬度僅有2～3 mm的裂縫，對(duì)于活動(dòng)斷裂而言，無(wú)論如何，構(gòu)造巖是相當(dāng)強(qiáng)烈的，而該斷層不具備該方面的構(gòu)造巖和構(gòu)造特征。

經(jīng)過(guò)對(duì)區(qū)域和現(xiàn)場(chǎng)的各種信息的分析和有關(guān)該方面專家的分析評(píng)定，在導(dǎo)流兼泄洪洞出口開挖過(guò)程出現(xiàn)的砂層和砂礫石層的異常定向排列現(xiàn)象不是活動(dòng)斷層所形成的。

該剖面上雖有砂礫石層的彎曲和異常定向排列現(xiàn)象，但其“上不通天，下不入地”，即向上沒(méi)有連續(xù)通向地表，向下結(jié)構(gòu)面也未向地下深部延伸，僅分布在小范圍內(nèi)，所以該剖面上砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象是由于基底的起伏，在沉積過(guò)程中形成的。為非外動(dòng)力地質(zhì)作用形成的異常定向排列。

2.2 阿爾塔什水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆莎車縣城南西約130 km(公路距離)的葉爾羌河中游河段上，地理坐標(biāo)：東經(jīng) 76°27'25″，北緯 37°57'20″。最大壩高 165m，水庫(kù)總庫(kù)容為29.26億m3，控制灌溉面積49萬(wàn)hm2。電站裝機(jī)容量660 MW，年發(fā)電量23.6億kW·h，屬大(Ⅰ)型一等工程。工程區(qū)地震烈度為Ⅷ度區(qū)。

2008年11月上旬展開可行性研究階段的地質(zhì)勘察工作，2009年5月進(jìn)行了阿爾塔什斷裂的活動(dòng)性的專題研究工作。在工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在壩址下游約6 km處葉爾羌河左岸(北岸)Ⅱ級(jí)階地前緣陡坎天然剖面上有砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象(見(jiàn)照片2)，現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)人員和相關(guān)技術(shù)專家對(duì)砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察、分析和研究工作。

照片2 阿爾塔什水利樞紐壩址下游左岸砂卵礫石層異常定向排列現(xiàn)象(鏡向：北，攝影：李萬(wàn)逵)Fig.2 Abnormal directional alignment of Aertashi damsite of hydroproject

該砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象出露地點(diǎn)非常敏感，在該點(diǎn)的南則約500 m的葉爾羌河右岸(南岸)，就是阿爾塔什大斷裂東支的出露點(diǎn)，這對(duì)其成因的研究顯得尤為重要。

在該點(diǎn)，有異常定向排列的砂卵礫石層上覆淺紫紅色土層，厚1.5～2 m。異常定向排列的砂卵礫石層出露垂直厚度為2.0～2.5 m，巖性差異接觸面上下游出露寬度約2.5 m。淺紫紅色土層和砂卵礫石層均為第四系全新統(tǒng)沖積物。

該天然剖面清晰地顯示，上游側(cè)的淺紫紅色土層和接觸面下游側(cè)的有異常定向排列的砂卵礫石層接觸面很清晰，沒(méi)有強(qiáng)烈的相互混雜現(xiàn)象，沒(méi)有強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用的痕跡，兩種不同的巖性具有明顯的“冷接觸”的特征，為非動(dòng)力接觸。在地表天然剖面上顯示的各種信息表明，上下游兩種不同的巖性是沉積接觸關(guān)系，在其下游側(cè)的有異常定向排列的砂卵礫石層沉積之前，其下部的淺紫紅色土層接受了侵蝕切割作用，使得當(dāng)時(shí)的地面地形起伏較大，從而使其后期沉積的砂卵礫石層因地基地形的起伏而產(chǎn)生了異常定向排列。在該點(diǎn)向地面以下開挖深度為2.5m時(shí)，地層已連續(xù)，事實(shí)證明，在對(duì)地表天然剖面上顯示的信息分析是正確的，為非外動(dòng)力地質(zhì)作用形成的異常定向排列。

2.3 吉音水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象

吉音水利樞紐工程位于新疆和田地區(qū)于田縣境內(nèi)的克里雅河干流上，地理坐標(biāo)為東徑 81°32'，北緯36°12'。工程區(qū)距于田縣城約 120 km，距和田市303 km。

水庫(kù)總庫(kù)容0.85億 m3，控制灌溉面積4.7萬(wàn)hm2，攔河壩最大壩高125 m，電站裝機(jī)3×8.0 MW，年發(fā)電量1.09億kW·h，2009年10月動(dòng)工修建。

吉音水利樞紐工程在項(xiàng)目建議書階段的工程地質(zhì)勘察工作中發(fā)現(xiàn)，在上壩址下游4 km處，河流右岸Ⅲ級(jí)階地前緣陡坎天然剖面上有砂卵礫石層的定向排列現(xiàn)象(如照片3)。

剖面上基巖為侏羅紀(jì)的紫紅色砂巖，其上為第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)砂卵礫石層。在對(duì)該天然剖面上顯示的地質(zhì)信息進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，在其上游側(cè)侏羅紀(jì)的紫紅色砂巖和第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)砂卵礫石層的分界面處，有卵礫石長(zhǎng)軸方向傾向下游側(cè)呈定向排列的砂卵礫石層存在。在其下游側(cè)第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)砂卵礫石層和侏羅紀(jì)的紫紅色砂巖的分界面處，也有卵礫石長(zhǎng)軸方向傾向上游側(cè)、呈定向排列的砂卵礫石層存在。有異常層理的砂卵礫石層和其上部的砂卵礫石層是連續(xù)沉積的，上游界面處和下游界面處卵礫石長(zhǎng)軸傾斜方向相反。第四系上更新統(tǒng)沖積砂卵礫石呈明顯地楔形體嵌入狀堆積在基巖的切槽內(nèi)，兩種不同巖性的分界面附近沒(méi)有明顯的外動(dòng)力作用的跡象，河流右岸的地層也是連續(xù)的，河流兩岸地貌無(wú)明顯的連續(xù)負(fù)地形存在。經(jīng)分析認(rèn)為該剖面顯示的砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象是沉積過(guò)程中形成的。后期的勘探工作表明，該處是在侏羅紀(jì)紫紅色砂巖中的古河槽。

照片3 玉龍水利樞紐上壩址右岸砂礫石層異常定向排列現(xiàn)象(鏡向：西，攝影：?jiǎn)T繼軍)Fig.3 Abnormal directional alignment of Yulong damsite of hydroproject

2.4 和田玉龍水利樞紐左岸砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象

玉龍水利樞紐地理坐標(biāo)：東徑79°52'16″，北緯36°30'46″，總庫(kù)容約 5.0 ×108m3，最大壩高 230 m，電站總裝機(jī)容量400 MW。2009年12月新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)其進(jìn)行項(xiàng)目建議書階段的野外勘察工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)上壩址右岸的砂礫石層有異常定向排列現(xiàn)象，如照片4所示。有異常層理的砂礫石層為第四系全新統(tǒng)河流沖積物(Q4al)。

異常定向排列的砂礫石層厚度(可見(jiàn))5～6 m，無(wú)膠結(jié)，有少量固結(jié)現(xiàn)象，上下游長(zhǎng)約100 m，傾斜處產(chǎn)狀：85°SE∠15°，向下游逐漸變?yōu)檎５乃綘顟B(tài)，異常定向排列的砂礫石層僅在小范圍內(nèi)存在。

因該層異常定向排列的砂礫石層的上游和下游附近均無(wú)斷裂構(gòu)造存在，而且只在小范圍內(nèi)存在，據(jù)此分析，該層異常定向排列的砂礫石層現(xiàn)象屬于非外動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，而是由沉積作用形成的異常定向排列。

照片4 玉龍水利樞紐上壩址右岸砂礫石層異常定向排列現(xiàn)象(鏡向：西，攝影：李萬(wàn)逵)Fig.4 Abnormal directional alignment of Yulong damsite of hydroproject

3 結(jié)論

砂卵礫石層的層理、定向排列、異常定向排列現(xiàn)象對(duì)研究地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有極為重要的作用，當(dāng)不同的地質(zhì)體接觸面上有呈定向排列的砂卵礫石層時(shí)需要認(rèn)真的分析。

在遇到砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)能從點(diǎn)到面、從面到點(diǎn)，也就是從現(xiàn)場(chǎng)到區(qū)域，從區(qū)域到現(xiàn)場(chǎng)的綜合性分析、評(píng)價(jià)和論證，才有可能得出正確的結(jié)論。

無(wú)論是從現(xiàn)場(chǎng)到區(qū)域，或從區(qū)域到現(xiàn)場(chǎng)的綜合性分析和論證砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)能充分利用動(dòng)力學(xué)的原理。如果砂卵礫石層的異常定向排列現(xiàn)象確屬新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，則會(huì)留下動(dòng)力作用的痕跡，從力學(xué)的原理著手，便于得出正確的結(jié)論。

［1］李萬(wàn)逵.松散地層中的褶皺構(gòu)造及其對(duì)水工建筑物的影響［J］.新疆水利水電，1993(1)：11.

［2］彭敦復(fù).新疆水利水電工程活斷層處理的工程實(shí)踐［M］.烏魯木齊：新疆人民出版社，2005：169.

［3］張森奇，李永國(guó)，尚小剛.等.黃河源區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境惡化的影響［J］.地質(zhì)通報(bào)，2006(2)：215.

［4］GB50287—2006，水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

Discussion on Abnormal Directional Alignment of Sand Gravel

LI Wankui，CHEN Xiao
(Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute，Urumqi，Xinjiang830091)

Sand gravel is the very normal geological body，directional alignment of sand gravel layer is very useful in the normal geology and the engineering geological investigation.Directional alignment of fault zone is considered to be the one important indicator of fault activity，when different geological contact surface has orientational sand gravel layer need earnest analysis.The paper analyzes it for reference.

sand gravel;orientation;alignment

P619.22+8;P642.1

A

1671－1211(2011)04－0345－04

2010－10－28;改回日期：2011－03－21

李萬(wàn)逵 (1954－)，男，高級(jí)工程師，注冊(cè)土木工程師及監(jiān)理工程師，水利水電專業(yè)，從事水文工程地質(zhì)工作。E－mail：jfour1128@sina.com

潘 瀟)