毛深秋 朱维娜 赵旭阳

区域工程地质环境是同人类工程活动相关的自然地质因素的综合，其范畴广于传统的工程地质条件。国内外的理论分析和工程实践均清晰表明，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的发生、发展及空间分布均受控于区域地质环境。白龙江引水工程线路长约400 km，属于长距离跨流域调水工程，跨越多个地貌单元和构造单元，工程地质条件复杂。

1 大地构造环境

工程所在区域是我国中央造山系的重要组成部分，主体属秦祁昆造山系，东北部分属华北陆块，西南侧为西藏-三江造山系的巴颜喀拉地块，东南侧为扬子陆块。按区内构造格局和不同时期构造发展演化所形成的沉积-岩浆-构造组合，将工程区划分为西秦岭造山带、祁连造山带和鄂尔多斯陆块3个Ⅱ级构造单元、9个Ⅲ级构造单元。

1.1 西秦岭造山带

西秦岭造山带为秦岭北缘断裂带以南部分，经历了自元古代以来不同序次的构造变形叠加改造，印支运动发生的大规模逆冲推覆造山作用奠定了基本构造格局，即以三叠系为原地系统的南北向对冲式冲断-褶皱带。西秦岭造山带发育多条大型区域性断裂带，将造山带进一步分为南秦岭增生杂岩带、南秦岭断褶带、南秦岭裂陷盆地、中秦岭断褶带和北秦岭构造带。

南秦岭增生杂岩带、南秦岭裂陷盆地内部以印支期末褶皱构造变形为主，断层不甚发育。南秦岭断褶带、中秦岭断褶带内部构造变形极为复杂，形式多样，褶皱、断裂异常发育。北秦岭构造带主体为秦岭北缘断裂带，经历了多期活动，其中发震断层尤为发育。

1.2 祁连造山带

祁连造山带南以秦岭北缘断裂带为界，东北以六盘山为界。带内大面积被中新生界地层覆盖，主要为新近系甘肃群和第四系松散沉积物。由于区内新生界覆盖面积大，不同阶段构造形迹难以辨认。

祁连造山带以会宁-庄浪逆冲断裂为界，分为中祁连陆块和北祁连造山带。中祁连地块内发育的主要构造为北西西、北东向隐伏断裂。北祁连造山带内发育的主要构造为北西、北东及近南北向隐伏断裂和白垩纪、新生代内的开阔背、向斜。

1.3 鄂尔多斯陆块

鄂尔多斯陆块为六盘山及其以东部分，主要包括六盘山构造带和鄂尔多斯地块。六盘山构造带内构造总体呈近南北-北北西向展布，形成了以自西向东为主导的中高角度多层次叠瓦状复合逆冲推覆构造。鄂尔多斯地块长期稳定，内部构造简单，地层水平，斜坡平缓，接触关系平合。

2 地层岩性

工程区除缺失太古界外，发育元古代以来各时代地层，沉积类型齐全。志留纪以前皆为海相沉积，泥盆纪至三叠纪海相与陆相沉积并存，三叠纪后为陆相沉积。元古界和古生界主要为火山岩类复理石建造，为碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩；中生界以、（含煤）碎屑岩为主；古近系、新近系分布在山间盆地和山麓地带，以碎屑岩、泥岩为主；第四系分布较广，包括多种成因的松散堆积物。

2.1 沉积岩及变质岩

区内地层出露齐全，构造变形复杂，各种不同环境的海相和陆相地层均有出露。根据沉积组合、变质变形特征，将工程区划分为4个地层分区，由南西至北东分别为：南秦岭地层分区、中北秦岭地层分区、祁连地层分区和华北西缘地层分区。地层分区间由3个区域性断裂分割，分别为合作-岷县-宕昌区域性断裂、西秦岭北缘区域性断裂和六盘山西麓南北向区域性断裂。

2.1.1 南秦岭地层分区

主要包括早古生界志留系，晚古生界泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、白垩系。志留系主要为白龙江群，岩性以细碎屑岩、板岩为主，夹碳酸盐岩。晚古生界以碳酸盐岩为主，夹细碎屑岩、板岩。三叠系主要为细碎屑岩、碳酸盐岩和板岩。白垩系广泛分布于山间断陷、凹陷盆地，岩性为紫红色砾岩、砂岩和泥岩，胶结较差。

三叠系及以前的地层主要有两个特征：一是复理石建造，沉积环境为半深海、深海，岩相特征为单层薄，累积厚度大，频繁互层；二是强变形，由于受到多期构造运动的影响，地层经历了强烈的构造变形作用。

2.1.2 中北秦岭地层分区

以晚古生界泥盆系、石炭系、二叠系为主，与南秦岭地层的沉积环境不同。南秦岭分区基本为海相沉积，形成较稳定的碳酸盐台地。中秦岭分区为前陆盆地或残留海盆沉积，处于一种升降变化较大的滨海-浅海-次深海的动荡环境之中，属次稳定型沉积。沉积环境不同形成了差别较大的同期异相现象。

在山间断陷、凹陷盆地中广泛分布白垩系，岩性为弱胶结泥岩、砂岩、砾岩。其中有一种特殊的砖红色弱胶结砂岩，颗粒大小均匀，成岩差即疏松砂岩。局部出露有侏罗系煤系地层。

2.1.3 祁连地层分区

分区主要被新近系和第四系覆盖，深切河谷地带局部出露元古代-古生代地层。新近系为甘肃群，岩性主要为泥岩、砂质泥岩、砾岩。第四系主要为黄土。元古代、早古生代地层岩性主要为片岩、片麻岩、大理岩和一套浅变质基性火山岩。

2.1.4 华北西缘地层分区

主要为三叠系、白垩系。三叠系主要为砾岩，夹砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，纵向上从下到上粒度变细、层厚变薄。白垩系六盘山群主要为黏土岩、碎屑岩夹有碳酸盐岩。

2.2 岩浆岩

区内岩浆活动极为频繁，造山带演化各阶段均有不同规模、类型及成因的岩浆岩形成。在时间上，岩浆活动主要集中于泥盆纪-三叠纪，其次是寒武纪-志留纪、侏罗纪-白垩纪，各别分布于中晚元古代。空间上，活动明显受区域构造体系控制。呈条带状分布区内侵入岩以中酸性为主，部分为基性-超基性岩体。

3 地质构造

3.1 褶皱

区内褶皱构造发育，尤其以西秦岭区最为显著。早古生代以前的地层受到多期构造运动的叠加，原始褶皱遭到破坏，形态极不完整。南秦岭断褶带，表现为北西西向的背斜，如白龙江复式背斜。南秦岭断陷盆地和南秦岭增生杂岩带在印支期发育线状褶皱，三叠系中原始褶皱保存较好。祁连造山带，可识别的褶皱主要为白垩系、新生界内的开阔背向斜。鄂尔多斯地块中褶皱构造不发育。

发育的褶皱主要有白龙江复背斜东段、卓尼-宕昌复式向斜、六盘山复式背斜等。

3.2 断裂

区域构造活动频繁，断裂十分发育，规模不等，种类繁多，构造单元主要受大断裂带所控制。主要断裂有白龙江断裂、光盖山-迭山断裂、合作-岷县-宕昌断裂、西秦岭北缘断裂、会宁-庄浪逆冲断裂、六盘山西麓断裂、六盘山东麓断裂、小关山东麓断裂、玛曲-荷叶断裂、哈南-青山湾-稻畦子断裂、礼县-罗家堡断裂和海原断裂带。

4 新构造及地震

4.1 新构造

喜山运动使大部分断裂构造复活，新构造运动的形迹比较明显，以差异升降、走滑调整为特点。新生代以来受喜马拉雅隆升的影响，新构造运动方式主要表现为地壳的不均匀隆升与断层的差异性升降活动，地貌上表现为凹陷与隆起。地壳差异抬升，形成中高山地貌、断陷（凹陷）盆地、多级抬升阶地及重力滑塌、地震等。第四纪以来秦岭地壳抬升的强烈，河流深切作用幅度超过了沉积作用，形成白龙江深切河名。其水平运动以左旋走滑为主。

工程区的边界断裂主要有玛曲-荷叶断裂、白龙江断裂、光盖山-迭山断裂、合作-岷县-宕昌断裂、西秦岭北缘断裂、会宁-庄浪断裂、六盘山东麓断裂、小关山断裂等，均为活动性断裂。

4.2地 震

工程区跨越龙门山地震带、六盘山-祁连山地震带和鄂尔多斯地震区。西秦岭造山带位于龙门山地震带内，属南北地震带中的一段，地震活动相当强烈，是青藏高原北部地震亚区主要强震活动带之一。祁连造山带和六盘山构造带位于六盘山-祁连山地震带内，内部活动断裂带多具有明显的左旋走滑和挤压逆冲的特征，沿这些断裂发生过强烈的地震活动。鄂尔多斯地块位于鄂尔多斯地震区，四周为正断-走滑断裂系所控制，地质构造比较稳定。

根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，白龙江输水工程50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.10g～0.20g，地震动加速度反应谱特征周期为0.40～0.45 s，对应地震基本烈度Ⅶ～Ⅷ。

5 地形地貌

工程区横跨黄河、长江两大流域，穿越西秦岭、六盘山两大分水屏障，地势总体呈西南高东北低，海拔4 500～800 m。划分4个地貌分区，分别为西秦岭高山-中山区、陇中黄土丘陵低中山区，六盘山中山区和陇东黄土丘陵低山区。

西秦岭区属于高山、中山山地，总体地势西高东低，西部为岷山、迭山、西倾山等海拔大于3 500 m，切割深度500～1 000 m的高山地貌景观；东北部的大部分地区海拔1 800～3 000 m，切割深度500～1 000 m以上，属中山地貌单元；徽县-成县和西和-礼县为弱切割的红色丘陵盆地。

陇中黄土丘陵低中山区为黄土高原，海拔1 500～2 000 m，沟谷切割深度50～300 m，山顶多浑圆、平缓，山梁呈垅岗状、长条状展布；部分地区由于渭河的侵蚀、堆积作用形成了较为开阔的河谷盆地。

六盘山中山-低中山区呈南北向展布，主峰海拔达2 942 m，一般在1 500～2 500 m，高差200～800 m，属中山-低中山地貌单元。总体地形为西高东低，北高南低。由于流水的切割侵蚀作用，形成了剥蚀丘陵地貌，陡坡悬崖较为发育。

陇东黄土丘陵中低山-低山区为黄土高原，海拔在800～1 800 m之间，为我国黄土地貌最发育的地区。由于在黄土沉积后，侵蚀切割较强烈，从而形成深切沟谷与连绵起伏的梁峁相间的地形特征，也就是最为典型的黄土塬梁峁。

6 水文地质

工程区跨越4个地貌单元。沿途穿越众多地层，岩性复杂多样；构造作用强烈，尤其西秦岭及六盘山构造带，断层及褶皱极其发育，由此决定了工程区水文地质条件复杂多样。

根据水文气象特征、地形地貌单元、岩性、地质构造发育情况、岩体富水性以及地下水循环系统等因素，将线路区划分为4个大的水文地质单元，分别为西秦岭、陇中、六盘山及陇东。

西秦岭水文地质单元地下水类型主要为碎屑岩类基岩裂隙、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、断层带脉状水，零星分布河谷砂砾石层潜水。陇中水文地质单元地下水类型为黄土层潜水、覆盖型碎屑岩类裂隙孔隙水和河谷砂砾石层潜水。六盘山水文地质单元地下水类型主要为裸露型碎屑岩类裂隙孔隙水、碎屑岩类基岩裂隙水和河谷砂砾石层潜水。陇东水文地质单元黄土潜水、覆盖型碎屑岩类裂隙孔隙水及河谷砂砾石层潜水为主。

7 物理地质现象

工程区自然环境复杂，发育有滑坡、崩塌、泥石流、岩溶和冻土等特殊地质现象。由于跨越了不同和地貌单元，受到地层岩性、水文地质条件和气候条件等多因素的影响，不同区段的物理地质现象也有很大的差异。

崩塌主要分布在河流沿岸、铁路沿线、水库库岸地区，白龙江区段、岷江区段潜在崩塌体规模大，是发生崩塌的集中地区。

工程区线路所经地区在历史上就发生过不同程度的滑坡灾害，规模和特征具有明显的区域性，在武山-甘谷-秦安-天水等地的渭河流域以大、中型黄土滑坡为主；舟曲-两河口、角弓-武都以大型、巨型基岩滑坡和堆积层滑坡为主。

区内泥石流主要分布在黄河谷地两岸及支流渭河、泾河及祖历河等流域以及迭部以东的白龙江中下游和西汉水流域以及陇南山区。发育特征随着区域构造运动的强弱、地势起伏和岩石软硬的不同表现出显著的差异。白龙江干流及较大支流岷江、北峪河、三河、羊汤河下游、白水江的中游等为泥石流密集区。沿江两岸平均每公里有2～3条泥石流沟，局部地段的密度更大。