緬甸滾弄水電站樞紐區可溶巖溶蝕特征研究

曾 曉 波

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650000)

緬甸滾弄水電站樞紐區可溶巖溶蝕特征研究

曾 曉 波

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650000)

緬甸滾弄水電站樞紐區分布有碳酸鹽巖、巖屑角角礫巖、鈣質砂巖等可溶巖。本文通過磨片鑒定分析了這三類巖體的巖石學特征，同時研究了可溶巖的化學特征，并結合現場勘探成果、巖體的巖石學特征及化學特征綜合分析了三類巖體各自的溶蝕發育特征，為壩基巖體的防滲研究提供依據。

可溶巖； 巖石學特征；化學特征；溶蝕特征

1 樞紐區工程地質條件概況

水電站位于緬甸撣邦境內，項目裝機1 400 MW，最大壩高104 m，采用混凝土重力壩型，初擬正常蓄水位519 m。壩址河谷較開闊，總體呈“V”字型，兩岸山體雄厚，山峰和槽谷呈NE向展布，分布高程一般1 100～1 300 m，樞紐區江水面高程445 m左右。樞紐區兩岸發育多條沖溝，溝內干涸，沖溝縱向坡降大，延伸長度小。

樞紐區地層以P1s3-1及P1s3-2的鈣質砂巖和巖屑角角礫巖等為主，上下游側尚有P1s4的碳酸鹽巖分布，碳酸鹽巖與壩址的碎屑巖地層呈斷層接觸。壩址河谷地段地層巖性分布見圖1。

圖1 工程區構造綱要簡圖

區域地質構造背景復雜，第四系活動斷裂發育，工程區相應的地震基本烈度為Ⅷ度，屬較不穩定地區。

樞紐區地層巖性雖以巖屑角角礫巖及砂巖為主，但壩址附近及外圍地區碳酸鹽巖分布面廣，加之巖屑角角礫巖亦屬可溶巖，巖體透水性極強，巖溶現象較為發育。

2 樞紐區可溶巖巖石學特征

樞紐區可溶巖主要有碳酸鹽巖、巖屑角礫巖以及鈣質砂巖等。通過薄片鑒定對其巖石學特征進行了研究。

2.1 碳酸鹽巖

樞紐區碳酸鹽巖主要為微晶灰巖、白云質微晶灰巖及細晶白云巖。

(1)微晶灰巖：薄片鑒定顯示樞紐區微晶灰巖中方解石含量95%～98%，黏土質物質含量1%～3%，并含有1%～2%的鐵礦；主要生物為介形蟲、瓣鰓腹足以及腕足。構造-巖溶縫成網狀分布，有三條微縫合線，鐵泥質殘存。鏡下照片見圖2。

(2)白云質微晶灰巖：巖石由少量顆粒及微晶方解石組成。方解石重結晶極弱，基本保持原始的微晶狀，僅在少量生物屑中被亮晶方解石充填，后期次生裂隙中有亮晶方解石穿切。白云石分布于微晶方解石中，含量約占15%。硅質含量小于0.5%。鏡下照片見圖3。

(3)細晶白云巖：薄片鑒定顯示樞紐區細晶白云巖中白云石含量90%以上，方解石含量約5%，黏土質物質含量2%，含有1%的鐵礦，晶粒大小約0.4 mm，白云石重結晶強，晶間有泥質殘存，有受巖溶-去白云石化的方解石脈充填于縫中，不少微縫中有泥質。鏡下照片見圖4。

2.2 巖屑角礫巖

樞紐區巖屑角礫巖分為以下兩類：

圖2 微晶灰巖 圖3 白云質微晶灰巖

圖4 細晶白云巖

(1)鈣質巖屑角礫巖：陸源碎屑成分為細砂石英、大量白云巖及灰巖礫石，鈣質膠結占60%，碎屑外有氧化圈，為氧化環境下產物。巖石膠結較緊，未見孔縫。粒度較細，薄片中看以砂級大小為主，有白云巖、微晶灰巖，生物成分主要為介形蟲、瓣鰓腹足以及腕足，含少量石英砂，巖屑有氧化邊，為氧化環境。部分樣品有微縫合線，壓實作用較強，有微壓溶作用。鏡下照片見圖5。

(2)白云質巖屑角礫巖：結構較特殊，巖屑成分主要為白云石，少見方解石(沿溶縫分布)和石英(細分散狀)，可能為盆地沉積的砂屑白云巖。鏡下照片見圖6。

2.3 鈣質砂巖

樞紐區鈣質砂巖主要有以下兩類：

(1)紫紅色鈣質巖屑石英砂巖：單晶石英碎屑顆粒含量76%～80%，多晶石英約4%，斜長石含量2%，還含有2%～4%的變質巖碎屑，6%～12%的灰巖碎屑，以及少量的云母、鐵礦、電氣石。充填物主要為6%～8%方解石，以及少量鐵質充填。膠結類型為接觸-孔隙膠結，粒度主要為小于1 mm。有重結晶和交代碎屑。鏡下照片見圖7。

(2)含礫粉砂-粗粒不等粒鐵鈣質巖屑石英砂巖：石英碎屑含量為77%，還有2%石英巖碎屑以及16%灰巖碎屑，以及少量云母和鐵礦，膠結類型為接觸-孔隙膠結，粒度主要為小于0.02～10 mm，分選較差。陸源石英、長石等較小，而灰巖巖屑有大有小(大者達10 mm)，分選差，填隙物為含鐵方解石，巖石顯紅色。有部分巖溶方解石斑塊約1 mm，由重結晶方解石組成。鏡下照片見圖8。

分析表明：工程樞紐區出露的微晶灰巖、白云質微晶灰巖，方解石含量較高，含量生物粒屑，并且有明顯的網狀構造-巖溶線分布，巖性上屬于最易溶蝕的巖性，并且構造作用明顯，巖溶發育最明顯；細晶白云巖白云石含量較高達到90%以上，而且有去白云石化方解石脈充填，且構造相對發育，為巖溶較易發育的巖層；角礫巖角礫中含有較大量的灰巖、白云巖碎屑，充填物中方解石含量較高，分選較差，鈣質角礫巖為明顯的氧化環境產物，因此角礫巖中溶蝕相對也較發育；砂巖中石英含量較高，膠結較緊密，且有方解石和鐵質充填，未見裂隙，受巖溶作用影響較小。

圖5 鈣質巖屑角礫巖 圖6 白云質巖屑角礫巖

圖7 鈣質巖屑石英砂巖 圖8 含礫粉砂-粗砂不等粒鐵鈣質巖屑石英砂巖

3 樞紐區可溶巖巖石化學特征

樞紐區可溶巖的巖石化學特征主要著重研究巖石中CaO、MgO以及酸性不溶物的組成。由于野外調查中發現巖石中普遍出現鐵質浸染，孔隙中也多充填紫紅色鐵質次生泥，因此也針對巖石中的Fe2O3進行補充分析研究(見表1)。

表1 樞紐區可溶巖的巖石化學成分分析

由表1可知研究區內CaO、MgO含量普遍較高，即使是非碳酸鹽巖的鈣質砂巖CaO含量也達到了16.8%。而巖樣1、3、4、12，CaO含量很高，CaO/MgO值也很高，超過了50，為明顯的灰巖特征，白云質含量較少，可溶性較高。研究區內的角礫巖CaO含量較高，達到了30%以上，CaO/MgO值為2～4，也顯示了碳酸鹽巖的特征，進一步論證了礫石成分主要為可溶巖。細晶白云巖，MgO含量較高，CaO/MgO值為1.59，顯示了明顯的白云質特征。

實驗表明：在含CO2的水溶液中，若令方解石的溶解度為1，隨著巖石中CaO和MgO比值的增加，相對溶解度也增加。當CaO和MgO比值在1.2∶2.2之間(相當于白云巖)時，相對溶解度變化最大，介于0.35～0.82；當CaO和MgO比值在2.2～10.0之間(相當于白云質灰巖)時，相對溶解度介于0.80～0.99之間；當CaO和MgO比值大于10(相當于石灰巖)時，相對溶解度趨近1。由圖9可知研究區內巖石的CaO和MgO比值普遍較大，而區內碳酸鹽巖CaO和MgO比值普遍大于10，只有細晶白云巖比值較小。而鈣質砂巖、角礫巖CaO和MgO比值也多在1.2～2.2之間。

圖9 不同巖性CaO/MgO變化曲線

巖石中如礦物成分不均一，將影響巖溶作用，特別是一些不可溶解的雜質，如SiO2、Fe2O3、A12O3、R2O3等，在巖溶發育過程中，充填于巖石裂隙中，使地下水通過團難。它不但使巖溶發育程度減弱，并對巖溶地貌產生影響。

由圖10可知：研究區內不同巖體的酸性不溶物含量隨巖性變化較大，區內大多數巖石酸性不溶物含量較低，普遍小于10%，部分樣品小于1%，而巖樣8鈣質砂巖含量較高，達到60%以上，由圖11可知，巖樣8鈣質砂巖鐵質含量較高達到1.6%以上，易風化蝕變成為紫紅色次生泥。角礫巖，和部分碳酸鹽巖Fe2O3含量也相對較高，大于0.3%。

圖10 不同巖性酸性不溶物變化曲線 圖11 不同巖性Fe2O3變化曲線

結合酸性不溶物以及鐵質含量分析認為鈣質砂巖溶解度較低，鈣質角礫巖也不易溶解，而其對白云質巖屑角礫巖、灰巖的溶解性影響都不大。

對研究區內不同類型巖石化學分析結果表明：區內碳酸鹽巖CaO含量普遍較高，CaO和MgO比值也較高，酸性不溶物以及鐵質含量較低，溶解性較好；角礫巖中CaO含量較高，CaO和MgO比值偏高，酸性不溶物以及鐵質含量較低，相對溶解性較好。這與角礫巖中含有大量的灰巖、白云巖碎屑以及方解石充填物有關，角礫巖中巖溶相對較發育；樞紐區內砂巖雖然CaO含量相對較高，然而其酸性不溶物以及鐵質含量較高、且結構較緊密，不易被溶蝕。

4 樞紐區溶蝕發育特征

4.1 碳酸鹽巖

碳酸巖地區，兩岸地形陡峻，喀斯特作用明顯。淺表部總體溶蝕強烈，地表碳酸鹽巖多呈石筍和溶槽、溶溝及溶洞(見圖12)。

圖12 碳酸鹽巖地層淺表部溶洞地貌

根據對壩址上游及下游碳酸鹽巖區域平洞統計資料(見圖13、14)顯示：碳酸鹽巖地層整體溶蝕強烈，溶蝕率多在5%～10%之間，局部高達40%～50%。溶蝕強烈地段多發育有構造裂隙及溶裂隙，局部與地表相連，地表水形成下滲通道，巖體溶蝕強烈。根據平洞揭露，溶蝕受構造影響較為強烈，局部發育的裂隙及溶洞被方解石及斷層泥充填，部分形成的空腔也是斷層作用的結果(見圖15)。

圖13 PD132平硐溶蝕統計柱狀圖

圖14 PD111平硐溶蝕統計柱狀圖

圖15 PD132平硐由斷層影響形成的溶腔

在鉆孔資料統計中，左岸鉆孔線巖溶率，強風化約100%，弱風化約38.5%，微新巖體13.3%，全孔平均約32.9%；右岸鉆孔中線巖溶率強風化約70%，弱風化32.2%，微新巖體約45.4%，平均45%。鉆孔統計中，未發現規模較大的溶洞或溶腔，且溶蝕作用多沿節理裂隙分布，碳酸鹽巖地層鉆孔在微新巖體中，線巖溶率仍然在13%～45%，存在深部巖溶問題。

綜合分析，樞紐區碳酸鹽巖淺表部巖體巖溶發育強烈，中下部巖體巖溶發育程度中等，巖溶發育程度隨深度加深逐漸遞減，但存在一定的深部巖溶問題。巖體溶蝕受巖性、構造影響較為明顯。

4.2 巖屑角角礫巖

巖屑角角礫巖主要分布于樞紐區的右岸和河床部位。角礫巖中的充填物、基質及角礫鈣質含量高，存在巖溶問題，但由于巖性的不均一性，規模性巖溶作用一般不太發育。

樞紐區右岸分布有F3斷層，沿沖溝發育，且沖溝切割較深，沖溝兩側地形完整性差。沖溝溝內及右側附近的巖屑角角礫巖巖溶作用十分強烈。附近平硐PD130勘探資料顯示，該洞主洞內在洞深0～40 m洞段規模較大的溶洞或溶蝕裂隙有6處，洞壁鈣質淋漓作用明顯，部分有洞穴堆積或次生夾泥(見圖16)；洞深40～44 m段溶蝕中等發育，多處見小規模的溶蝕裂隙并具次生夾泥；44 m以后溶蝕作用逐漸減弱。縱向上，在該附近區域布置的鉆孔ZK162內，孔深18～23.5 m處發育有垂直深度約5 m的溶蝕裂隙(或溶洞)。由此可以說明，沖溝及其右側臨溝地段角礫巖內中、上部巖體巖溶極為發育，巖溶作用與沖溝及其斷層的影響有直接關系。

圖16 壩址右岸PD130洞內左壁發育的溶洞

沖溝下游山坡巖屑角角礫巖內同樣也具巖溶作用，但溶蝕作用較輕微，從圖16可以看出巖屑角角礫巖的溶蝕率一般小于1%，溶蝕規模較小；局部溶蝕規模相對較大，大于5%。據平硐資料分析，PD122在30～40 m段之所以溶蝕強烈是由于其位于卸荷帶內，構造裂隙發育，巖溶順裂隙而發育，局部發育成有近2 m寬的順裂隙溶洞，順裂隙溶蝕寬度20～30 cm，可見深度5 m，屬構造型溶蝕見圖17,平硐溶蝕統計見圖18。

圖17 壩址右岸PD122溶蝕裂隙(34～36 m段)

圖18 PD122平硐溶蝕統計柱狀圖

通過對樞紐區該地層鉆孔及平洞資料綜合分析表明：角礫巖中巖溶相對碳酸鹽巖輕微，規模多較小。局部地段受構造、地形等因素的影響，發育規模較大，且多發生于卸荷帶內，卸荷帶以里巖溶一般不發育，多屬構造型巖溶，在微新巖體中，巖體溶蝕輕微發育，基本不存在深部巖溶問題。

4.3 鈣質砂巖

砂巖多分布于樞紐區左岸，巖溶總體不發育，平硐或鉆孔內偶見少量的溶蝕裂隙，一般順層分布，溶蝕程度微弱。部分順構造發育溶蝕規模較大，如PD121平硐內F15斷裂及以里的構造性裂隙，沿構造裂隙張開現象強烈，鈣化及方解石充填現象十分突出(見圖19)。

5 結 論

(1)微晶灰巖、白云質微晶灰巖，方解石含量較高，含量生物粒屑，并且有明顯的網狀構造-巖溶線分布，巖性上屬于最易溶蝕的巖性，并且構造作用明顯，巖溶發育最明顯；細晶白云巖白云石含量較高，達到90%以上，而且有去白云石化方解石脈充填，且構造相對發育，為巖溶較易發育的巖層；角礫巖角礫中含有較大量的灰巖、白云巖碎屑，充填物中方解石含量較高，角礫巖中溶蝕相對也較發育；砂巖中石英含量較高，膠結較緊密，且有方解石和鐵質充填，未見裂隙，受巖溶作用影響較小。

圖19 壩址左岸平硐PD123構造性溶蝕裂隙

(2)區內碳酸鹽巖CaO含量普遍較高，CaO和MgO比值也較高，酸性不溶物以及鐵質含量較低，溶解性較好；角礫巖中CaO含量較高，CaO和MgO比值偏高，酸性不溶物以及鐵質含量較低，相對溶解性較好，巖溶相對較發育；鈣質砂巖雖然CaO含量相對較高，然而其酸性不溶物以及鐵質含量較高、且結構較緊密，不易被溶蝕。

(3)樞紐區碳酸鹽巖淺表部巖體巖溶發育強烈，中下部巖體巖溶發育程度中等，巖溶發育程度隨深度加深逐漸遞減，但存在一定的深部巖溶問題。巖體溶蝕受巖性、構造影響較為明顯；角礫巖中巖溶相對碳酸鹽巖輕微，規模多較小。局部地段受構造、地形等因素的影響，發育規模較大，多屬構造型巖溶。角礫巖地層中基本不存在深部巖溶問題；鈣質砂巖巖溶總體不發育，平硐或鉆孔內偶見少量的溶蝕裂隙，一般順層分布，溶蝕程度微弱。

[1] 何樹明,曾曉波.緬甸滾弄水電站可行性研究報告(工程地質)[R].中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，2011.

[2] 許模,張強,等.緬甸滾弄水電站壩段喀斯特作用及其對工程影響評價專題研究報告[R].成都理工大學.2009.

[3] 王大純,張人權.水文地質學基礎[M].地質出版社，2006.

2016-04-22

曾曉波(1980- )，男，湖北安陸人，高級工程師,從事水電工程地質勘察工作。

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