板涧河水库坝址安山岩喷发韵律分析

2014-01-22郅军超太原理工大学

河南水利与南水北调 2014年4期

□郅军超（太原理工大学）

板涧河水库为某引黄工程的调蓄水库，拟建坝高90m左右，为高坝。坝址区出露地层岩性为震旦系下统马家河组安山岩、震旦系中统云梦山组石英砂岩及底部砾岩，局部分布第四系松散堆积层，坝基主要为马家河组安山岩，主要为暗褐色致密状安山岩，岩性具有周期性韵律变化，从熔岩的产状来看，全系为中心式喷发，层状岩流，坝址区为位于中心式喷发期的后期，喷发能量较弱，规模小，相间周期短，间歇性层序不明显。其喷发韵律的正确划分，对准确分析坝基稳定性具有重要意义。

1 坝址工程地质特征

板涧河水库工程位于垣曲县西部黄河的一级支流板涧河中游，本段河谷呈“S”型，流向由S65°E转向N80°E。谷底高程454～460m，两岸高程多在790～1050m。河谷底宽10～120m，河谷断面呈“V”型。坝址区为剥蚀构造低山区，区域内除河谷底部及局部岸坡下部有第四纪松散堆积外，大部分基岩裸露，出露基岩为震旦系下统马家河组安山岩、震旦系中统云梦山组石英砂岩及底部砾岩，坝基主要为马家河组安山岩，该组地层主要分布于黄河以北的涧南沟北岭-阎家山-泉尔庄-同善镇-安家山-金星疙瘩。主要为暗褐色致密状安山岩，岩性具有周期性韵律变化，每一韵律以偏基性的中性熔岩开始（辉石安山岩）到中性岩（安山岩）为止，从熔岩的产状来看，全系为中心式喷发，层状岩流，以基性的中性岩-中性岩为主。

2 坝址安山岩旋回层序划分方法及分析

为查明坝址安山岩喷发韵律，准确划分其喷发层流层序，在详细的野外地质观察和分析的基础上，采用了钻探、硐探、声波、钻孔电视及取代表试验，试验室岩矿鉴定等方法。通过现场肉眼判别，并结合钻孔声波测试资料、探硐开挖揭露、钻孔电视及钻孔岩芯鉴定分析等进行综合判定。查明坝基及两岸安山岩喷发韵律及层流分布规律，目前国内外有关火成岩喷发韵律研究大多是从地层年代、区域特征等方面进行区域大旋回规律研究，从工程地质角度去研究安山岩岩体的喷发层流特征，既研究岩体介质的物理、化学改变，次级韵律，更重视相关的岩体完整性及岩体结构的差异，将能更加切合工程实际，具有针对性、客观性。

2.1 坝址区安山岩岩性特征分析

坝址安山岩主要为震旦系下统马家河组，岩性为暗褐色致密状安山岩，坝址区为位于中心式喷发期的后期，喷发能量较弱，规模小，相间周期短，间歇性层序不明显，为查明坝址安山岩喷发韵律，准确划分其喷发层流层序，笔者在详细的地表野外地质观察和分析的基础上，结合工程实际采取了钻探取芯、硐探揭露的方法通过现场肉眼判别，通过对坝址区12个钻孔岩芯鉴别对比分析，从岩芯岩性、颜色，结构构造、揭露疑似层间间隙面分析等方面地质特征分析对比，初步划分出了安山岩的层流小旋回关系，并进一步结合钻孔电视及探洞开挖揭露结合岩体结构验证并修正其层序划分，结果见表1。

分析表中小旋回划分，每一层流厚度不均，从上至下，由中性安山岩、杏仁状安山岩——偏基性安山岩辉石安山岩——中性安山岩——偏基性安山岩辉石安山岩——中性安山岩、杏仁状安山岩的韵律小旋回，岩层表层及上部，由于风化等原因，层流间间歇面特征较中下部明显，进一步揭示了坝址区安山岩喷发期，层流间歇短，喷发规模不大，喷发连续性强，安山岩结构特征较好，未发现层流间对坝基稳定影响较大的结构性软弱夹层等。

2.2 声学特征分析

表1 坝址区安山岩喷发层序划分特征表

岩体的纵波波速能够反映岩体介质的密度、岩体的破碎程度和紧密性，声波测井主要应用于岩体结构风化特征分析，是完整性定性分析的定量指标之一。笔者从安山岩岩体声学特性分析层流间间歇面纵波波速和完整岩体的差异性，从声波特征分析其量化指标，综合分析判断其层流间歇面声波值特征（选取代表性钻孔分析见表2），从而正确区分喷发层流界界线，揭示安山岩层流旋回韵律关系。

对比分析可见层流间歇面间纵波波速值普遍小于完整安山岩波速值5.00%～57%，差异性较明显，具有可辨别性，是对喷发层流界限划分较好的佐证，其中ZK-1中7#～6#之间间歇面波速出现偏大现象，结合钻孔电视高清成像揭露，为充填方解石质细脉，密实度较高所致。

表2 安山岩喷发层流间歇面声波特征分析表

2.3 综合分析结果

综合现场坝址区安山岩钻孔揭露深度内岩芯鉴别分析及声波测井纵波波速特征分析，从地层旋回韵律及工程地质岩体力学参数量化指标方面分析划分了该区域安山岩喷发韵律特征和岩性地层特征的划分，二者之间具有较好的对应关系，同时也较好地反应了层流间歇面、喷发岩体的工程地质特性，准确划分喷发层流的空间分布，为量化分析坝址区建筑物稳定性提供依据。