水库环境工程地质探讨范文

一、地质构造

某水库在大青山隆起区，而坝址区处于大青山隆起区与上店断陷盆地的交接部位。库区断裂构造较为发育，不同时期，不同方向的断裂相互交织形成区内复杂的构造痕迹，以断裂的走向可分为：近东西向、北东向和北西向三组断裂。北东向和北西向区域断裂在库区发育，两组断裂交错，北东向断裂多切错北西向断裂，南北盘多向北东方向错开，但错距不大；该两组断裂交叉的夹角，南北向为钝角，东西向为锐角，两组断裂互相切割、互相制约，为一组共轭断裂。近东西向断裂主要分布在库区南部山区和北部陶营乡一带，离库区约25km左右。上述各组断裂主要形成嵩阳期末、王屋山期和燕山期。水库区位于大凹岭~杨圈北西西向倾伏背料的北冀，多是单斜地层，走向340°。倾向北东，倾角10~30°，其中发育有北东东向、北西西向和近东西向三组断裂，北东东向和北西西向断裂尤其发育，它们互相切割、互相制约，为一级共轭断裂。

二、环境工程地质问题及评价

1．水库渗漏（1）库区渗漏库区山体浑厚，两岸分水岭高程一般在500~1,000m，无低矮单薄分水岭。库区两岸出露岩层多为安山岩、安山玢岩，岩体呈弱风化，节理裂隙较发育，裂隙宽度0.5~1.5mm，多为半充填、充填，裂隙延伸长度一般l~3m，局部达5m以上，弱透水性。F1正断层在鸭兰沟口上游约510m处，沿近EW走向向库外伸展600m后(此处高程430m，高于库区正常蓄水位400m高程）隐伏于更新统粉质粘土之下。断层带内主要为铁硅质胶结的角砾岩为主、见糜梭岩、断层泥，见高温烧结现象，断面平直、光滑，有水平擦痕。粉质粘土厚度大，弱透水性，断层带胶结较好，不存在沿断裂带渗漏条件，F3、F4断裂可能切穿库岸山体与临近陆浑水库相连，但该断裂为压性断裂，断层带内泥、角砾岩胶结较好，致密，不存在沿断裂带渗漏条件。综合上述，库区不具备向相邻低谷渗漏及深层渗漏条件，地形地质封闭较好，库区不存在永久渗漏问题。（2）坝肩渗漏问题左岸岸坡下部呈阶梯状，岩性为壤土或粉质钻土，呈硬塑状态，弱透水性。据调查，地表所见没有发生或可能发生的滑坡体，但由于各阶梯状台地高程相差较大，坝高不同，强度是否满足设计要求应进行验算；岸坡上部较陡，基岩裸露，岩性为安山玢岩，强度高，岩体呈弱风化，裂隙发育，大多微张，且多为高角度，满足其稳定要求；岸坡下部土层表层因耕种原因，含有植物根系，结构松散，应清除，岸坡上部需要清除松动岩体。右岸岸坡陡立，基岩裸露，岩性为安山玢岩，强度高，岩体呈弱风化，裂隙发育，多微张。坝肩处f40、f43断层走向与岸坡呈高角度，规模小，对拟建坝体满足其稳定要求。但坝肩表层需进行适当清坡处理，清除松动岩体。上部为第三系砾岩，强风化，泥质胶结差，强度低，抗冲刷能力弱，库水存在岸坡稳定问题。坝址左、右岸坝肩山体相对单薄。左岸上部岩体（高程367.26m以上）渗透率大于5.0Lu。右岸山体陡立，岩体裸露，裂隙发育。高程365.8~350.4m岩体渗透率大于5.0Lu，1971年洛阳水利勘测设计院在此勘探期间，作压水试验时，山坡出现大量涌水现象，存在渗漏问题。受河流侵蚀及人类活动修路切坡影响，右岸边坡发育有强卸荷带，坡体呈悬坡，厚度为垂直地表5~10m，深度自边坡坡顶，延伸至河谷底，裂隙张开局部达1~2cm，连通性好，裂隙面普遍锈染，雨季沿裂隙见线状水流。根据挂龙夼隧洞雨后洞顶部出现渗水、漏水，判断右岸坝肩存在绕坝渗漏问题，建议进行固结、防渗处理。

2．库岸稳定水库库岸组成以硬质基岩为主，部分为第四系地层。安山岩、安山玢岩成层性差。裂隙虽发育，但延伸长度短，倾角较陡；石英斑岩等侵入岩，致密、坚硬。区内主要发育的北西西~北西向断裂几乎与库岸直交，北东向断裂虽与库岸交角较小，但其倾角陡，因此形成滑塌可能性很小。基岩边坡基本稳定。据实地调查，自谷底算起，30~50m以上坡角较缓，不大于25°，岸坡比较稳定；30~50m以下坡角较陡，多数也已长期稳定。汝河左岸古庄坡和圪陡之间，局部位置因修建公路后形成岩体卸荷，在卸荷带范围岩体质量较差，雨季该段造成多处坍塌，一般坍塌范围长10~30m左右。圪陡及上凹自然村处高程400.0~475.0m分布的地层上部为Q3的壤土、粉质粘土，厚度一般2~5m，下部为安山岩、安山玢岩。组成库岸的壤土、粉质粘土抗冲刷能力差，遇水易软化，高水位时由粉质粘土构成的库岸受波浪的影响会产生规模不大的剥落、崩塌等塌岸情况。目前圪陡及上凹自然村民房多分布在405~450m左右，水库高水位时由于受波浪的影响产生的库岸塌岸对圪陡现民房安全造成一定威胁。南河右岸寨坡村西部地形陡峻．发育北东向、北东东向、北西向三组裂隙，其中北东向产状与山坡近于平行，裂隙互相切割，裂隙面内白色高岭土充填，雨季极易发生崩塌，分布高程在450~550m之间；古装坡北部和古装坡处由于断层和裂隙的影响也有少量塌区。以上滑坡体方量小，坍塌块体－般0.3~0.5m，附近没有居民点，又远离坝址区，因此对水库的安全运行不会产生大的影响。库岸坡部分为阶地，岸坡下部岩性主要为第四系上、中更新统粘性土，强度较高，该层下部多夹卵石或碎石，大部分坡壁陡峭，且植被发育不好，在库水浸没、冲蚀、风浪和水位升降作用过程中可能产生塌岸。库区内村庄迁移和局部塌岸不会对生产生态环境产生影响。

3．库区浸没库区正常蓄水位400.0m。库岸主要由安山岩、安山玢岩组成，岩体弱透水性，两岸山体绵延浑厚。F3、F4断裂为压性断裂，断层带内泥、角砾岩胶结较好，致密，F2断层虽在坝址区靠近右岸贯穿河床，其破碎带宽度5~18m，但根据坝基河床钻孔压水试验表明，破碎带岩体透水率小于2.0Lu，弱透水性。所以不存在越流邻谷而发生浸没问题。库区库尾左岸庙岭自然村、圪陡及上凹自然村处地貌主要分布的台阶状缓坡，每级台高2.0~3.0m，总体坡度25°~35°；分布的地层上部为Q2的粉质粘土（前缘厚2.0m左右，后缘厚10~13m），下部为Pt2m的安山玢岩，粉质粘上及安山玢岩具微~弱透水性。覆盖层Q2的粉质粘土分布高程在404m以上，高于400m的水库正常蓄水位。粉质粘土及安山玢岩为相对不透水地层，根据水库浸没评价判断条件初判为不易浸没地区。库区右岸上庄、下庄自然村处Ⅰ阶地现地面高程在413~416m，地势较平缓，地层结构为上部2.0m厚Q42的壤土，下部为砂卵石地层，壤土具弱~中等透水性，砂卵石具中~强透水性，在水库正常蓄水位400m左右分布为砂卵石地层，壤土底面距正常蓄水位高差较大，判断一般不易产生浸没。Ⅰ阶地上分布的Ⅱ阶地及左岸黄庄乡所在Ⅱ阶地在416m以上，地层结构上部为Q3的粉质粘土，厚5.0~10.0m，下部为砂卵石地层，初判不易产生浸没。库区右岸红椿园自然村西侧Ⅰ阶地现地面高程在408~409m，地势较平缓，地层结构为上部0.5m厚Q42的壤土，下部为砂卵石地层厚3~8m，在水库正常蓄水位405m左右分布为砂卵石地层；壤土具弱~中等透水性，砂卵石具强透水性，一般情况下，不会发生浸没，若受库水位顶托地下水抬升至砂卵石地层顶面时可能发生浸没，但分布范围小。根据地区经验，Q42的壤土土层毛细管上升爬高一般在0.8m左右，Q3、Q2的粉质粘土土层毛细管上升爬高一般在l.0m左右。

4．水库诱发地震可能性预测（1）某水库处于构造稳定区，没有第四系断层，因此不可能诱发大的地震。（2）本区火山岩系（熊耳群）岩石脆性较大，断层裂隙发育，有些断层延伸十几公里乃至几十公里，有些地段北东向和北西向两组共轭节理每平方米可达10~30条，风化裂隙也较多见，这些工程地质条件均有利于库水渗入。第三系砾岩层厚，风化严重，底部古地形起伏不平、变化大，长期浸泡水下也会增加岩体失稳的可能性，第四系的上部多为壤土、粉质粘土，可以阻渗，但分布范围小，连续性差，河床为砂卵石则不能阻渗，库水入渗将改变下部岩体的力学性质，导致应力的重新分布。（3）根据区域应力场资料，本区位于大范围内走滑震源错断星点状分布区，以北东东~近东西向优势压应力场为主要特征，应力水平不高，预计不超过7~8MPa。另外，熊耳群火山岩系中，安山岩、英安岩和石英斑岩占绝大多数，总体上仍属坚硬完整岩石，尽管它们矿物成分上有些差异，但作为统一的水文地质结构单元，其软化系数相差不大，其中地下水多属表层风化壳水，由于风化壳厚度有限，所以埋藏浅，其接受大气降水补给，多在当地排泄，其中发育的断层有些含水或透水，但由于断层规模和充填物在空间上变化大，基本上不具备形成有统一水力联系的大规模承压水的条件，而且淹没长度不大于10km；下第三系砂质泥岩、页岩、泥灰岩地层，裂隙断层均不发育，虽风化较深，但泥质含量高，蓄水程度弱，透水性差；第四系覆盖层部分地段为中~高液限壤土、粉质粘土，有碍于库水下渗，所以，某水库可能发生的水库诱发地震只能是因应力场的调整引起的浅源弱震。库区断裂构造虽较为发育，但从地质测绘和钻探资料分析，各断层均没有错断更新世以来的地层。说明更新世以来没有明显活动；破碎带内胶结较好，弱透水性，库区岩石多为安山岩、安山玢岩，岩体裂隙发育，倾角较陡，大多为微张，连通性差，弱透水性，蓄水后的库区匮乏导致产生地震的渗漏条件、岩石圈封闭条件较好，在现今应力作用下与深部不易产生水力联系；库区除局部位置存在少见塌岸或滑坡外，岸坡稳定；库区自1960年以来发生地震震级一般都在2~3级以下，表明构造应力活动十分微弱。通过上述分析，另与处于同一地质构造单元的大（Ⅰ）型某水利枢纽主体座落在伊河断裂控制的嵩县断陷盆地内，该盆地形成于早第三纪，结束于晚第三纪，地貌以低山丘陵为主，主要分布有下第三系砾岩，砂质泥岩、页岩等地震基本烈度为6度，历史上未曾有微震活动。1958年建成蓄水后，多年运行比较，未曾发生过诱发地震。整体上认为水库蓄水后发生较大诱发地震的可能性较小。

5．淹没与淤积问题水库淤积物的来源主要是二级以上阶地上的粘性土，库区绿化率低，水土流失较严重，但其分布面积有限，另外，第三系砾岩地表多为全~强风化，抗冲刷能力差，也是库淤积物来源之一，但出露面积更小；各类火山岩系及中生代侵入的石英斑岩，地表多为弱~微风化，抗冲刷能力强，其中构造发育，山体破碎地段，有可能产生坍塌，但方量小，所以某水库不会产生严重的淤积问题。

6．泥石流问题库区范围硬质基岩分布广泛，高坡及山顶即使有农田开垦，亦为薄的基岩风化层，不存在泥石流产生的可能性。

三、结论

（1）本区位于中朝准地台（Ⅰ）的华熊台缘坳陷（Ⅱ2）内的崤山~鲁山拱褶断束（I32）三级大地构造单元内。区内的上店断陷盆地和大青山隆起区均属构造稳定区，第四纪以来构造较稳定，无活动断层，历史上没有发生过大于3级的地震，工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。库区不存在断层活动和强震活动引起诱发地震的可能。但水库蓄水后应力场调整和局部重力失衡存在诱发地震的可能，震级上限预测为3.0级，其影响烈度不超过5度。根据构造和岩体破碎条件，预测可能发生水库诱发地震的地段在王建庄~圪陡村之间。（2）库区除汝河左岸古庄坡和圪陡之间等局部位置存在少量塌方、红椿园自然村西侧Ⅰ阶地上在小范围内可能发生浸没外，其它不存在库岸稳定、渗漏、浸没、泥石流等工程地质问题，无埋藏重要矿产资源。左、右坝肩山体单薄，存在绕坝渗漏问题，建议采取处理措施。

作者：张志敏张永央曹东勇单位：河南省水利勘测有限公司