毛深秋 朱維娜 趙旭陽(yáng)

區(qū)域工程地質(zhì)環(huán)境是同人類工程活動(dòng)相關(guān)的自然地質(zhì)因素的綜合，其范疇廣于傳統(tǒng)的工程地質(zhì)條件。國(guó)內(nèi)外的理論分析和工程實(shí)踐均清晰表明，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展及空間分布均受控于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境。白龍江引水工程線路長(zhǎng)約400 km，屬于長(zhǎng)距離跨流域調(diào)水工程，跨越多個(gè)地貌單元和構(gòu)造單元，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

1 大地構(gòu)造環(huán)境

工程所在區(qū)域是我國(guó)中央造山系的重要組成部分，主體屬秦祁昆造山系，東北部分屬華北陸塊，西南側(cè)為西藏-三江造山系的巴顏喀拉地塊，東南側(cè)為揚(yáng)子陸塊。按區(qū)內(nèi)構(gòu)造格局和不同時(shí)期構(gòu)造發(fā)展演化所形成的沉積-巖漿-構(gòu)造組合，將工程區(qū)劃分為西秦嶺造山帶、祁連造山帶和鄂爾多斯陸塊3個(gè)Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元、9個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元。

1.1 西秦嶺造山帶

西秦嶺造山帶為秦嶺北緣斷裂帶以南部分，經(jīng)歷了自元古代以來不同序次的構(gòu)造變形疊加改造，印支運(yùn)動(dòng)發(fā)生的大規(guī)模逆沖推覆造山作用奠定了基本構(gòu)造格局，即以三疊系為原地系統(tǒng)的南北向?qū)_式?jīng)_斷-褶皺帶。西秦嶺造山帶發(fā)育多條大型區(qū)域性斷裂帶，將造山帶進(jìn)一步分為南秦嶺增生雜巖帶、南秦嶺斷褶帶、南秦嶺裂陷盆地、中秦嶺斷褶帶和北秦嶺構(gòu)造帶。

南秦嶺增生雜巖帶、南秦嶺裂陷盆地內(nèi)部以印支期末褶皺構(gòu)造變形為主，斷層不甚發(fā)育。南秦嶺斷褶帶、中秦嶺斷褶帶內(nèi)部構(gòu)造變形極為復(fù)雜，形式多樣，褶皺、斷裂異常發(fā)育。北秦嶺構(gòu)造帶主體為秦嶺北緣斷裂帶，經(jīng)歷了多期活動(dòng)，其中發(fā)震斷層尤為發(fā)育。

1.2 祁連造山帶

祁連造山帶南以秦嶺北緣斷裂帶為界，東北以六盤山為界。帶內(nèi)大面積被中新生界地層覆蓋，主要為新近系甘肅群和第四系松散沉積物。由于區(qū)內(nèi)新生界覆蓋面積大，不同階段構(gòu)造形跡難以辨認(rèn)。

祁連造山帶以會(huì)寧-莊浪逆沖斷裂為界，分為中祁連陸塊和北祁連造山帶。中祁連地塊內(nèi)發(fā)育的主要構(gòu)造為北西西、北東向隱伏斷裂。北祁連造山帶內(nèi)發(fā)育的主要構(gòu)造為北西、北東及近南北向隱伏斷裂和白堊紀(jì)、新生代內(nèi)的開闊背、向斜。

1.3 鄂爾多斯陸塊

鄂爾多斯陸塊為六盤山及其以東部分，主要包括六盤山構(gòu)造帶和鄂爾多斯地塊。六盤山構(gòu)造帶內(nèi)構(gòu)造總體呈近南北-北北西向展布，形成了以自西向東為主導(dǎo)的中高角度多層次疊瓦狀復(fù)合逆沖推覆構(gòu)造。鄂爾多斯地塊長(zhǎng)期穩(wěn)定，內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層水平，斜坡平緩，接觸關(guān)系平合。

2 地層巖性

工程區(qū)除缺失太古界外，發(fā)育元古代以來各時(shí)代地層，沉積類型齊全。志留紀(jì)以前皆為海相沉積，泥盆紀(jì)至三疊紀(jì)海相與陸相沉積并存，三疊紀(jì)后為陸相沉積。元古界和古生界主要為火山巖類復(fù)理石建造，為碳酸鹽巖、碎屑巖、火山巖；中生界以、（含煤）碎屑巖為主；古近系、新近系分布在山間盆地和山麓地帶，以碎屑巖、泥巖為主；第四系分布較廣，包括多種成因的松散堆積物。

2.1 沉積巖及變質(zhì)巖

區(qū)內(nèi)地層出露齊全，構(gòu)造變形復(fù)雜，各種不同環(huán)境的海相和陸相地層均有出露。根據(jù)沉積組合、變質(zhì)變形特征，將工程區(qū)劃分為4個(gè)地層分區(qū)，由南西至北東分別為：南秦嶺地層分區(qū)、中北秦嶺地層分區(qū)、祁連地層分區(qū)和華北西緣地層分區(qū)。地層分區(qū)間由3個(gè)區(qū)域性斷裂分割，分別為合作-岷縣-宕昌區(qū)域性斷裂、西秦嶺北緣區(qū)域性斷裂和六盤山西麓南北向區(qū)域性斷裂。

2.1.1 南秦嶺地層分區(qū)

主要包括早古生界志留系，晚古生界泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、白堊系。志留系主要為白龍江群，巖性以細(xì)碎屑巖、板巖為主，夾碳酸鹽巖。晚古生界以碳酸鹽巖為主，夾細(xì)碎屑巖、板巖。三疊系主要為細(xì)碎屑巖、碳酸鹽巖和板巖。白堊系廣泛分布于山間斷陷、凹陷盆地，巖性為紫紅色礫巖、砂巖和泥巖，膠結(jié)較差。

三疊系及以前的地層主要有兩個(gè)特征：一是復(fù)理石建造，沉積環(huán)境為半深海、深海，巖相特征為單層薄，累積厚度大，頻繁互層；二是強(qiáng)變形，由于受到多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形作用。

2.1.2 中北秦嶺地層分區(qū)

以晚古生界泥盆系、石炭系、二疊系為主，與南秦嶺地層的沉積環(huán)境不同。南秦嶺分區(qū)基本為海相沉積，形成較穩(wěn)定的碳酸鹽臺(tái)地。中秦嶺分區(qū)為前陸盆地或殘留海盆沉積，處于一種升降變化較大的濱海-淺海-次深海的動(dòng)蕩環(huán)境之中，屬次穩(wěn)定型沉積。沉積環(huán)境不同形成了差別較大的同期異相現(xiàn)象。

在山間斷陷、凹陷盆地中廣泛分布白堊系，巖性為弱膠結(jié)泥巖、砂巖、礫巖。其中有一種特殊的磚紅色弱膠結(jié)砂巖，顆粒大小均勻，成巖差即疏松砂巖。局部出露有侏羅系煤系地層。

2.1.3 祁連地層分區(qū)

分區(qū)主要被新近系和第四系覆蓋，深切河谷地帶局部出露元古代-古生代地層。新近系為甘肅群，巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、礫巖。第四系主要為黃土。元古代、早古生代地層巖性主要為片巖、片麻巖、大理巖和一套淺變質(zhì)基性火山巖。

2.1.4 華北西緣地層分區(qū)

主要為三疊系、白堊系。三疊系主要為礫巖，夾砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，縱向上從下到上粒度變細(xì)、層厚變薄。白堊系六盤山群主要為黏土巖、碎屑巖夾有碳酸鹽巖。

2.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)極為頻繁，造山帶演化各階段均有不同規(guī)模、類型及成因的巖漿巖形成。在時(shí)間上，巖漿活動(dòng)主要集中于泥盆紀(jì)-三疊紀(jì)，其次是寒武紀(jì)-志留紀(jì)、侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)，各別分布于中晚元古代。空間上，活動(dòng)明顯受區(qū)域構(gòu)造體系控制。呈條帶狀分布區(qū)內(nèi)侵入巖以中酸性為主，部分為基性-超基性巖體。

3 地質(zhì)構(gòu)造

3.1 褶皺

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，尤其以西秦嶺區(qū)最為顯著。早古生代以前的地層受到多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加，原始褶皺遭到破壞，形態(tài)極不完整。南秦嶺斷褶帶，表現(xiàn)為北西西向的背斜，如白龍江復(fù)式背斜。南秦嶺斷陷盆地和南秦嶺增生雜巖帶在印支期發(fā)育線狀褶皺，三疊系中原始褶皺保存較好。祁連造山帶，可識(shí)別的褶皺主要為白堊系、新生界內(nèi)的開闊背向斜。鄂爾多斯地塊中褶皺構(gòu)造不發(fā)育。

發(fā)育的褶皺主要有白龍江復(fù)背斜東段、卓尼-宕昌復(fù)式向斜、六盤山復(fù)式背斜等。

3.2 斷裂

區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)頻繁，斷裂十分發(fā)育，規(guī)模不等，種類繁多，構(gòu)造單元主要受大斷裂帶所控制。主要斷裂有白龍江斷裂、光蓋山-迭山斷裂、合作-岷縣-宕昌斷裂、西秦嶺北緣斷裂、會(huì)寧-莊浪逆沖斷裂、六盤山西麓斷裂、六盤山東麓斷裂、小關(guān)山東麓斷裂、瑪曲-荷葉斷裂、哈南-青山灣-稻畦子斷裂、禮縣-羅家堡斷裂和海原斷裂帶。

4 新構(gòu)造及地震

4.1 新構(gòu)造

喜山運(yùn)動(dòng)使大部分?jǐn)嗔褬?gòu)造復(fù)活，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的形跡比較明顯，以差異升降、走滑調(diào)整為特點(diǎn)。新生代以來受喜馬拉雅隆升的影響，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方式主要表現(xiàn)為地殼的不均勻隆升與斷層的差異性升降活動(dòng)，地貌上表現(xiàn)為凹陷與隆起。地殼差異抬升，形成中高山地貌、斷陷（凹陷）盆地、多級(jí)抬升階地及重力滑塌、地震等。第四紀(jì)以來秦嶺地殼抬升的強(qiáng)烈，河流深切作用幅度超過了沉積作用，形成白龍江深切河名。其水平運(yùn)動(dòng)以左旋走滑為主。

工程區(qū)的邊界斷裂主要有瑪曲-荷葉斷裂、白龍江斷裂、光蓋山-迭山斷裂、合作-岷縣-宕昌斷裂、西秦嶺北緣斷裂、會(huì)寧-莊浪斷裂、六盤山東麓斷裂、小關(guān)山斷裂等，均為活動(dòng)性斷裂。

4.2地 震

工程區(qū)跨越龍門山地震帶、六盤山-祁連山地震帶和鄂爾多斯地震區(qū)。西秦嶺造山帶位于龍門山地震帶內(nèi)，屬南北地震帶中的一段，地震活動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈，是青藏高原北部地震亞區(qū)主要強(qiáng)震活動(dòng)帶之一。祁連造山帶和六盤山構(gòu)造帶位于六盤山-祁連山地震帶內(nèi)，內(nèi)部活動(dòng)斷裂帶多具有明顯的左旋走滑和擠壓逆沖的特征，沿這些斷裂發(fā)生過強(qiáng)烈的地震活動(dòng)。鄂爾多斯地塊位于鄂爾多斯地震區(qū)，四周為正斷-走滑斷裂系所控制，地質(zhì)構(gòu)造比較穩(wěn)定。

根據(jù)GB 18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，白龍江輸水工程50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.10g～0.20g，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.40～0.45 s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度Ⅶ～Ⅷ。

5 地形地貌

工程區(qū)橫跨黃河、長(zhǎng)江兩大流域，穿越西秦嶺、六盤山兩大分水屏障，地勢(shì)總體呈西南高東北低，海拔4 500～800 m。劃分4個(gè)地貌分區(qū)，分別為西秦嶺高山-中山區(qū)、隴中黃土丘陵低中山區(qū)，六盤山中山區(qū)和隴東黃土丘陵低山區(qū)。

西秦嶺區(qū)屬于高山、中山山地，總體地勢(shì)西高東低，西部為岷山、迭山、西傾山等海拔大于3 500 m，切割深度500～1 000 m的高山地貌景觀；東北部的大部分地區(qū)海拔1 800～3 000 m，切割深度500～1 000 m以上，屬中山地貌單元；徽縣-成縣和西和-禮縣為弱切割的紅色丘陵盆地。

隴中黃土丘陵低中山區(qū)為黃土高原，海拔1 500～2 000 m，溝谷切割深度50～300 m，山頂多渾圓、平緩，山梁呈垅崗狀、長(zhǎng)條狀展布；部分地區(qū)由于渭河的侵蝕、堆積作用形成了較為開闊的河谷盆地。

六盤山中山-低中山區(qū)呈南北向展布，主峰海拔達(dá)2 942 m，一般在1 500～2 500 m，高差200～800 m，屬中山-低中山地貌單元?？傮w地形為西高東低，北高南低。由于流水的切割侵蝕作用，形成了剝蝕丘陵地貌，陡坡懸崖較為發(fā)育。

隴東黃土丘陵中低山-低山區(qū)為黃土高原，海拔在800～1 800 m之間，為我國(guó)黃土地貌最發(fā)育的地區(qū)。由于在黃土沉積后，侵蝕切割較強(qiáng)烈，從而形成深切溝谷與連綿起伏的梁峁相間的地形特征，也就是最為典型的黃土塬梁峁。

6 水文地質(zhì)

工程區(qū)跨越4個(gè)地貌單元。沿途穿越眾多地層，巖性復(fù)雜多樣；構(gòu)造作用強(qiáng)烈，尤其西秦嶺及六盤山構(gòu)造帶，斷層及褶皺極其發(fā)育，由此決定了工程區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜多樣。

根據(jù)水文氣象特征、地形地貌單元、巖性、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況、巖體富水性以及地下水循環(huán)系統(tǒng)等因素，將線路區(qū)劃分為4個(gè)大的水文地質(zhì)單元，分別為西秦嶺、隴中、六盤山及隴東。

西秦嶺水文地質(zhì)單元地下水類型主要為碎屑巖類基巖裂隙、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、斷層帶脈狀水，零星分布河谷砂礫石層潛水。隴中水文地質(zhì)單元地下水類型為黃土層潛水、覆蓋型碎屑巖類裂隙孔隙水和河谷砂礫石層潛水。六盤山水文地質(zhì)單元地下水類型主要為裸露型碎屑巖類裂隙孔隙水、碎屑巖類基巖裂隙水和河谷砂礫石層潛水。隴東水文地質(zhì)單元黃土潛水、覆蓋型碎屑巖類裂隙孔隙水及河谷砂礫石層潛水為主。

7 物理地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)自然環(huán)境復(fù)雜，發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流、巖溶和凍土等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。由于跨越了不同和地貌單元，受到地層巖性、水文地質(zhì)條件和氣候條件等多因素的影響，不同區(qū)段的物理地質(zhì)現(xiàn)象也有很大的差異。

崩塌主要分布在河流沿岸、鐵路沿線、水庫(kù)庫(kù)岸地區(qū)，白龍江區(qū)段、岷江區(qū)段潛在崩塌體規(guī)模大，是發(fā)生崩塌的集中地區(qū)。

工程區(qū)線路所經(jīng)地區(qū)在歷史上就發(fā)生過不同程度的滑坡災(zāi)害，規(guī)模和特征具有明顯的區(qū)域性，在武山-甘谷-秦安-天水等地的渭河流域以大、中型黃土滑坡為主；舟曲-兩河口、角弓-武都以大型、巨型基巖滑坡和堆積層滑坡為主。

區(qū)內(nèi)泥石流主要分布在黃河谷地兩岸及支流渭河、涇河及祖歷河等流域以及迭部以東的白龍江中下游和西漢水流域以及隴南山區(qū)。發(fā)育特征隨著區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱、地勢(shì)起伏和巖石軟硬的不同表現(xiàn)出顯著的差異。白龍江干流及較大支流岷江、北峪河、三河、羊湯河下游、白水江的中游等為泥石流密集區(qū)。沿江兩岸平均每公里有2～3條泥石流溝，局部地段的密度更大。