鄧爭(zhēng)榮，雷世兵，何永剛，吳樹良

(1.長(zhǎng)江巖土工程總公司(武漢)，湖北 武漢 430010;2.三峽國(guó)際能源投資集團(tuán)有限公司，北京 100033)

1 工程背景

東南亞某地區(qū)主干河流May Kha江流域水資源開發(fā)利用，經(jīng)規(guī)劃及論證研究后，推薦梯級(jí)開發(fā)方案中最下一級(jí)擬建設(shè)Ⅰ等大(1)型水電站工程［1］，樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。其中，擋水、泄水建筑物布置于主河床，設(shè)計(jì)為碾壓混凝土重力壩，擬正常蓄水位高出河床枯水位150余米，壩頂高出正常蓄水位8 m，設(shè)計(jì)最大壩高200余米。

工程區(qū)域順主干河流發(fā)育有May Kha斷裂，系區(qū)域性斷裂，但非構(gòu)造分區(qū)的邊界斷裂，不具活動(dòng)性［2］。主干河流流域規(guī)劃的本梯級(jí)河段內(nèi)水電站壩址的選擇，難以徹底避開此斷裂對(duì)工程的影響。從大地構(gòu)造地質(zhì)學(xué)意義出發(fā)，該斷裂構(gòu)造形跡包括形成于中晚元古代的變質(zhì)—變形同期的韌性剪切帶構(gòu)造和形成于喜馬拉雅早中期的脆性斷裂構(gòu)造［3］。韌性剪切帶西側(cè)發(fā)育有碎裂巖帶，碎裂巖帶中發(fā)育有脆性破裂形成的斷層;其東側(cè)邊界發(fā)育有另一脆性破裂形成的斷層。

May Kha區(qū)域性斷裂構(gòu)造形跡組成骨架的韌性剪切帶，發(fā)育在中上元古界念青唐古拉巖群(Pt2－3Nq)變質(zhì)巖系內(nèi)部，寬約500～800 m，因其通過鄰近水電站工程的Chipwi市(鎮(zhèn))，將其命名為“Chipwi韌性剪切帶”。它主要為一套具有強(qiáng)烈定向組構(gòu)的粗糜棱巖帶，是在地殼中深構(gòu)造層次的高溫高壓環(huán)境中，原巖經(jīng)強(qiáng)烈的韌性變形而形成的一線狀高應(yīng)變帶，具有塑性流變及旋轉(zhuǎn)應(yīng)變特征。研究Chipwi韌性剪切帶構(gòu)造特征，對(duì)擬建水電站工程地區(qū)區(qū)域構(gòu)造的認(rèn)識(shí)具有十分重要的意義;研究其巖體工程性狀，可為水電站工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐，同時(shí)，亦可為其它工程類似研究提供參考。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

工程研究區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕中低山地貌區(qū)，山脈地勢(shì)總體上北高南低、東高西低。其東側(cè)最高山頂高程3 000～4 000 m，西側(cè)最高山頂高程2 800～3 500 m。研究區(qū)內(nèi)山嶺高聳陡峻，河流深切，溝谷縱橫發(fā)育。工程場(chǎng)址區(qū)主干河流近SN向，自北流向南，兩岸地形坡度多35°～45°，河谷呈相對(duì)較開闊的“V”字型。

2.2 地層分區(qū)及巖性

工程研究區(qū)在地層區(qū)劃上屬滇藏地層大區(qū)岡底斯—騰沖地層區(qū)之拉薩—察隅地層分區(qū)，區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖、巖漿巖廣布，未變質(zhì)的沉積巖幾乎未見，地層巖性復(fù)雜，主要出露中上元古界(Pt2－3)變質(zhì)巖地層念青唐古拉巖群，為一套以粗粒斑狀云母片麻巖及黑云母花崗片麻巖為主，并含少許角閃片巖及角閃巖透鏡體或條帶的中高級(jí)變質(zhì)巖系，系多期形成的古老結(jié)晶變質(zhì)雜巖，其變質(zhì)作用類型屬于區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用類型。

2.3 大地構(gòu)造單元

工程研究區(qū)橫跨歐亞大陸5個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元，即喜馬拉雅褶皺系(Ⅰ)、岡底斯—念青唐古拉褶皺系(Ⅱ)、唐古拉—昌都—蘭坪—思茅褶皺系(Ⅲ)、松潘—甘孜褶皺系(Ⅳ)、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅴ)。工程場(chǎng)址區(qū)處于岡底斯—念青唐古拉褶皺系(Ⅱ)伯舒拉嶺—高黎貢山褶皺帶(Ⅱ2)中的銅壁關(guān)褶皺束(Ⅱ23)。區(qū)域斷裂構(gòu)造走向多呈近SN向和NW向，以近SN向?yàn)槭滓獌?yōu)勢(shì)方向。

2.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

圖1 Chipwi韌性剪切帶分布示意圖Fig.1 Distribution of Chipwi ductile shear zone

區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為自上新世以來(lái)由西北—東南方向的快速掀斜式抬升運(yùn)動(dòng)，以大斷裂為邊界的斷塊間差異運(yùn)動(dòng)及局部快速抬升，次級(jí)板塊的側(cè)向滑移，次級(jí)板塊的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，火山活動(dòng)及斷陷和斷裂活動(dòng)等。工程近場(chǎng)區(qū)主要表現(xiàn)為間歇性快速抬升作用。

3 Chipwi韌性剪切帶構(gòu)造特征

3.1 幾何學(xué)特征

Chipwi韌性剪切帶形成于中晚元古代，變質(zhì)—變形同期，在擬建水電站工程場(chǎng)址區(qū)沿May Kha江左岸近岸斜坡展布(圖1)，寬度約500～800 m，走向NNE(8°～10°)，西側(cè)以碎裂巖帶邊界為界，東側(cè)以脆性破裂斷層F40為界，帶內(nèi)物質(zhì)組成主要為具有強(qiáng)烈定向組構(gòu)的粗糜棱巖。該韌性剪切帶西盤為中上元古界念青唐古拉巖群a巖組(Pt2－3Nqa)花崗片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖為主，變質(zhì)相主要為高綠片巖相—角閃巖相;東盤為中上元古界念青唐古拉巖群b巖組(Pt2－3Nqb)黑云石英片巖、石英片巖及花崗片麻巖夾變粒巖為主，變質(zhì)相為綠片巖相，片巖片理發(fā)育，并可見沿片理裂開現(xiàn)象。兩盤片麻理(或片理)產(chǎn)狀為走向 NNE(5°～20°)，西盤傾向近W、傾角70°～85°;東盤傾向近E、傾角65°～80°。

3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及變形特征

Chipwi韌性剪切帶內(nèi)巖石遭受高溫高壓環(huán)境下的強(qiáng)烈韌性剪切變形，形成了一系列的韌性剪切變形構(gòu)造巖，即粗糜棱巖和構(gòu)造片巖。同時(shí)，在其東、西兩側(cè)的邊界附近，可見后期的疊加在早期韌性剪切帶邊緣部位的脆性構(gòu)造巖。本韌性剪切帶的構(gòu)造變形較為發(fā)育，具有一定的代表性。帶內(nèi)主要發(fā)育灰色長(zhǎng)英質(zhì)眼球狀粗糜棱巖、糜棱巖及少量糜棱片巖［4－5］，可見粗糜棱結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)、超糜棱結(jié)構(gòu)，并可見流體作用表現(xiàn)生成的長(zhǎng)英質(zhì)條帶及透鏡狀、眼球狀、旋轉(zhuǎn)碎斑、書斜構(gòu)造等(圖2)。其典型構(gòu)造巖特征見表1。

圖2 Chipwi韌性剪切帶巖石及變形特征Fig.2 Rock deformation characteristics of Chipwi ductile shear zone

表1 Chipwi韌性剪切帶典型構(gòu)造巖特征Table1 Typical tectonites characteristics of the Chipwi ductile shear zone

韌性剪切帶中的糜棱巖葉理面上發(fā)育的線理方向，代表了巖石在發(fā)生韌性變形時(shí)礦物的拉伸變長(zhǎng)方向，也代表了帶中的物質(zhì)流動(dòng)方向或韌性剪切位移方向，因此拉伸線理可以作為確定其剪切位移的標(biāo)志［6］。Chipwi韌性剪切帶中糜棱巖的傾向大多在95°～110°之間，傾角變化范圍在70°～85°之間，多數(shù)在75°左右。在一些部位可以見到糜棱巖葉理面上發(fā)育拉伸線理，側(cè)伏角一般在S25°左右，表明其主要表現(xiàn)在SN向以水平剪切為主，伴有次要的垂直運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)剪切帶中的旋轉(zhuǎn)碎斑、書斜構(gòu)造等變形構(gòu)造的分析，認(rèn)為該韌性剪切帶具右旋正斷性質(zhì)。右旋正斷作用直接導(dǎo)致工程場(chǎng)址區(qū)左右岸面理傾向相背、左岸(東岸)變質(zhì)程度比右岸(西岸)輕的構(gòu)造格局。

從總體特征來(lái)看，Chipwi韌性剪切帶是韌性變形作用的結(jié)果，在巖石經(jīng)歷了變質(zhì)之后，發(fā)生了韌性構(gòu)造變形，在此過程中分異了大量的長(zhǎng)條狀、透鏡狀的長(zhǎng)英質(zhì)條帶(脈體)。而且?guī)?nèi)片麻理(或片理)傾向受韌性剪切變形影響，沒有東、西盤片麻理(或片理)產(chǎn)狀穩(wěn)定。在此次韌性變形之后很晚的時(shí)期(喜馬拉雅早中期)，該區(qū)域沿早期韌性剪切變形較強(qiáng)的變形帶或者韌性剪切帶邊緣，發(fā)育了脆性變形。因此，該韌性剪切帶經(jīng)歷了不同時(shí)期多期次不同性質(zhì)的構(gòu)造活動(dòng)，脆性變形疊加在韌性變形帶之上。

3.3 巖石顯微構(gòu)造特征

為了研究本韌性剪切帶的顯微構(gòu)造特征，對(duì)工程場(chǎng)址及附近的出露部位選擇代表性點(diǎn)位采取巖塊樣品，通過室內(nèi)加工后，進(jìn)行了顯微鏡下鑒定和分析。經(jīng)多個(gè)樣品鏡下鑒定，鑒定名稱絕大多數(shù)為××花崗質(zhì)粗糜棱巖或花崗質(zhì)粗糜棱巖，其代表性顯微構(gòu)造特征如下:

糜棱結(jié)構(gòu)，塊狀具半定向不規(guī)則條紋狀構(gòu)造，巖石組分仍包括碎斑和碎基兩部分，組分主要由長(zhǎng)石和石英組成。

碎斑＞60%，粒度粗細(xì)不一，粒徑介于0.2～5 mm不等，以＜2 mm為主，常呈不規(guī)則粒狀或透鏡狀，粗細(xì)混雜，呈半定向分布，粒間主要被碎基充填。碎斑組分主要由長(zhǎng)石組成，含少量石英，無(wú)序，穿插共生，長(zhǎng)石主要由鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石組成，切片較潔凈無(wú)色，但也有不同程度的泥化和絹云母化。斜長(zhǎng)石以絹云母化為主，粒度相對(duì)偏細(xì)小，偶見細(xì)密的聚片雙晶，局部被少量細(xì)粒碳酸鹽交代;鉀長(zhǎng)石碎斑與斜長(zhǎng)石相似，一般粒度稍偏大，以輕微泥化為主，不規(guī)則裂隙較發(fā)育，偶見含斜長(zhǎng)石包體及細(xì)粒石英呈穿孔狀交代或含微條紋狀結(jié)構(gòu);石英碎斑仍較少，粒度粗細(xì)不一，但較潔凈透明，波狀消光較強(qiáng)烈;局部含少量細(xì)粒不規(guī)則粒狀綠泥石充填于碎斑粒間，并含少量細(xì)粒鐵質(zhì)共生，疑由黑云母蝕變形成。

碎基較多，細(xì)—微粒不等粒不規(guī)則粒狀或糜棱帶狀，尤以后者為主，無(wú)序散布充填于碎斑粒間，糜棱質(zhì)碎基。皆呈不完全帶狀并呈半定向分布，主要由碎裂和塑性變形的石英組成，鏡下以潔凈透明為特點(diǎn)，偶含不規(guī)則粒狀長(zhǎng)石碎屑，平行糜棱片理常含少許細(xì)粒土狀或塵點(diǎn)狀鐵質(zhì)充填，后者尤多見于碎裂裂隙中，并常與綠泥石共生。

4 Chipwi韌性剪切帶巖體工程性狀

Chipwi韌性剪切帶穿越擬建水電站工程混凝土重力壩左岸壩基，帶內(nèi)巖體涉及工程的巖性為粗糜棱巖，研究其巖體工程性狀，可為水電站工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

4.1 巖體風(fēng)化

據(jù)工程場(chǎng)址區(qū)巖體風(fēng)化特點(diǎn)，強(qiáng)風(fēng)化巖體僅局部呈透鏡體，鉛直厚度不超過2 m，從工程地質(zhì)意義上出發(fā)，將巖體風(fēng)化帶劃分為全強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化三帶。Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖巖體全強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般不超過16 m;弱風(fēng)化帶厚度一般不超過9 m，且多＜5 m;以下為微風(fēng)化帶及新鮮帶。

4.2 巖體主要勘探技術(shù)指標(biāo)

Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖，全強(qiáng)風(fēng)化帶巖體鉆孔及平洞揭示呈砂土含碎粒及夾少量碎石狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD為0，鉆孔聲波縱波速值一般2 300～3 000 m/s;弱風(fēng)化帶巖體鉆孔巖芯主要呈短柱狀?yuàn)A碎塊狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD平均值多為20% ～50%，鉆孔聲波縱波速值一般3 000～4 500 m/s;微風(fēng)化帶巖體鉆孔巖芯多呈長(zhǎng)20～40 cm柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD平均值為65% ～90%，且多＞75%，鉆孔聲波縱波速值一般4 500～5 700 m/s。

4.3 巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)

4.3.1 室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)

水電站工程勘察期，對(duì)Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖采取大量鉆孔芯樣，進(jìn)行了室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，主要成果統(tǒng)計(jì)見表2。巖石飽和塊體密度平均為:弱風(fēng)化 2.64 g/cm3，微風(fēng)化 2.69 g/cm3;巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均為:弱風(fēng)化44.4 MPa(中硬巖)，微風(fēng)化124.7 MPa(堅(jiān)硬巖);巖石聲波縱波速值平均為:微風(fēng)化5 624 m/s。

4.3.2 原位巖體力學(xué)性質(zhì)

水電站工程勘察期，對(duì)Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖在勘探平洞內(nèi)選取代表性部位，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)原位巖體抗剪試驗(yàn)和變形試驗(yàn)，成果統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 粗糜棱巖室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)主要成果統(tǒng)計(jì)表Table 2 Physical mechanics characteristics of coarse mylonite

4.4 巖體結(jié)構(gòu)及基本質(zhì)量

Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖巖體結(jié)構(gòu)受巖體風(fēng)化和巖體中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面控制，據(jù)其巖體風(fēng)化狀態(tài)和結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及間距，巖體結(jié)構(gòu)分類為:全強(qiáng)風(fēng)化帶巖體屬散體結(jié)構(gòu)，破碎;弱風(fēng)化帶上部巖體主要屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，完整性差;弱風(fēng)化帶下部巖體多屬次塊狀結(jié)構(gòu)，較完整;微風(fēng)化帶或新鮮巖體主要屬塊狀結(jié)構(gòu)、次塊狀結(jié)構(gòu)，較完整。

巖體基本質(zhì)量由巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度所決定，由該韌性剪切帶粗糜棱巖巖體的巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度(Rb)、巖體完整性系數(shù)(KV)確定的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)，可得出其巖體基本質(zhì)量分級(jí)［7］(表4)。

表3 粗糜棱巖平洞現(xiàn)場(chǎng)原位巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表Table 3 Rock mechanical characteristics of coarse mylonite adit

表4 Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖巖體基本質(zhì)量分級(jí)Table 4 Basic quality classification of coarse mylonite rock mass of Chipwi ductile shear zone

4.5 巖體滲透特性

Chipwi韌性剪切帶粗糜棱巖全強(qiáng)風(fēng)化帶滲透系數(shù)(K)為量級(jí) 10－4～10－2cm/s，滲透性等級(jí)屬中等透水;弱風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶巖體據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)成果，其透水率(q)分別為10 ～100 Lu、0.1 ～10 Lu，滲透性等級(jí)分別屬中等透水、弱透水—微透水。

按本水電站混凝土重力壩大壩滲控工程防滲標(biāo)準(zhǔn):兩岸山體帷幕灌后巖體透水率q≤3 Lu;河床壩基主帷幕灌后巖體透水率q≤1 Lu。該韌性剪切帶巖體透水率q≤3 Lu的埋深13～44 m，q≤1 Lu的埋深18～84 m，靠近西側(cè)碎裂巖帶部位段埋深呈相對(duì)增大趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)Chipwi韌性剪切帶構(gòu)造特征及其巖體工程性狀研究，可以得出以下主要結(jié)論:

(1)該韌性剪切帶形成于中晚元古代，變質(zhì)—變形同期，在擬建水電站工程場(chǎng)址區(qū)沿May Kha江左岸近岸斜坡展布，寬度約500～800 m，走向NNE，西側(cè)以碎裂巖帶邊界為界，東側(cè)以脆性破裂斷層為界，帶內(nèi)物質(zhì)組成主要為具有強(qiáng)烈定向組構(gòu)的粗糜棱巖。

(2)該韌性剪切帶是區(qū)域上順主干河流不具活動(dòng)性的May Kha斷裂構(gòu)造形跡組成的骨架，經(jīng)歷了不同時(shí)期多期次不同性質(zhì)的構(gòu)造活動(dòng)。在韌性變形之后很晚的時(shí)期(喜馬拉雅早中期)，區(qū)域上沿早期韌性剪切變形較強(qiáng)的變形帶或者韌性剪切帶邊緣，發(fā)育了脆性變形疊加在韌性變形帶之上。

(3)該韌性剪切帶穿越擬建水電站工程混凝土重力壩左岸壩基，其巖體工程性狀研究結(jié)果表明，它在工程場(chǎng)址區(qū)僅僅具有構(gòu)造地質(zhì)學(xué)上的意義，工程可容易利用的微新狀巖體能滿足工程要求，對(duì)擬建水電站工程建設(shè)無(wú)不利影響，其巖體工程性狀的研究可為水電站工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

［1］ SL 252—2000，水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ GB 50287—2006，水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［3］ 朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1999.

［4］ 路鳳香，桑隆康.巖石學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2002.

［5］ 劉德民，李德威，楊巍然.定結(jié)地區(qū)韌性剪切帶變形特征與糜棱巖研究［J］.地學(xué)前緣，2003，10(2):479 －486.

［6］ 張桂林，梁金城，劉之葵，等.桂北元古代本洞花崗閃長(zhǎng)巖體中發(fā)現(xiàn)左旋—正滑型韌性剪切帶［J］.桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23(1):1－4.

［7］ GB/T50218—2014，工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［S］.