枢纽区出露的基岩为上三叠统须家河组第三段。据盆-山耦合演化史可知,须家河组是四川盆地的主要含煤地层,由陆相沉积与过渡相沉积交替组成,属晚三叠世诺利-瑞替克期沉积,在龙门山地区一般厚300～500m。在盆地西部灌县一带诺利-瑞替克期存在一个NE向延伸的深坳陷,沉积厚度可达4000m以上,自然为该区煤系地层的形成提供了一个理想的古地理环境。
煤系地层厚度总体是西厚东薄、西粗东细;纵向上的第一段到第三段,大致从碳酸盐岩—砂页岩—砾岩由细到粗变化,并且岩性呈过渡关系。从沉积相上来看,空间所展布的早期海湾相灰岩、泥页岩组成的底积层、较粗的长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩夹很薄的泥页岩组成的前积层以及含煤的泥、粉砂岩组成的顶积层,显示出海湾型三角洲的特点。而从枢纽区内砂岩的矿物成分变化来看,显示出来自北西物源区的碎屑物质对残留海盆的充填。须家河组第三段主要为河道与平原沼泽交替环境,因此,形成本区最好的可采工业煤层。
图2-3 右坝肩开挖后条形山脊地形地貌
枢纽区须家河组第三段呈NE-SW向展布,为灰-深灰色中厚层状中-细粒岩屑石英砂岩、碳酸盐岩岩屑砂岩与瓦灰色、灰黑色薄-中层状粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质页岩夹煤层等组成15个韵律层。其中与水工建筑物关系密切的有9个 韵律层,每个韵律层大体由底部含煤含砾的中粒砂岩开始往上逐渐递变为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和碳质页岩,各韵律层按不同岩性分成若干小层,岩层厚度空间变化较大(表2-3)。每个韵律层底部为含砾中砂岩,向上递变为细砂岩、粉砂岩,顶部为炭质页岩与煤层。表现出上下粗细交替,具有明显的韵律性。横向变化大,标志层不太明显,属复理式建造沉积。该套地层形成于辫状河、平原沼泽,局部为河口砂坝环境,属三角洲平原亚亮轮相。
表2-3 工程边坡地层层序及其岩性特征
续表
根据前人资料、实测剖面和试验结果,并查阅国内外相关文献资料后,得知紫坪铺枢纽区须家河组第三段具有如下特点:①砂岩颜色为深灰色或暗灰色。砂岩含砾或形成含砾砂岩透镜体,沉积构造相当发育,如大型斜层理、平行层理、砂球构造、块状构造等较常见。砂岩底部冲刷形成炭屑层(厚达50cm),或含植物碎片层或大型植物茎干(排列无定向性)。野外调研发现,在一些地段可见厚度达几十米的砂岩透镜体,由于相变的影响,导致砂岩层的厚度横向变化较大。②粉砂岩和泥岩多为瓦灰色,从与灰黑色敬仿信炭质页岩、煤层构成剖面上看,较为明显的软弱层至煤系地层,见微细水平层理,构成工程区主要的含煤层。③煤系地层中含丰富的植物化石,既有植物叶片,也有植物茎干,相对保存得较为完整。④由于砂岩、页岩的差异风化作用,明显呈现出特殊脊、槽相间的正、负地貌景观。⑤枢纽区地层岩性横向变化大,标志层不太明显。中-细砂岩占总厚度的49.2%,粉砂岩占37%,泥质粉砂岩、炭质页岩与煤层占13.8%。以上各岩性在枢纽区开挖边坡中所占比例为4:3:1。⑥中-细砂岩湿抗压强度在60～80MPa之间,局部大配含煤含砾,中厚层状或厚层块状,岩石较致密坚硬,为枢纽区强度最高岩石。粉砂岩湿抗压强度为15～45MPa不等,含有煤块煤屑,中厚层状,岩石较致密,强度中等。泥质粉砂岩含有煤块煤屑,薄层至中厚层状,岩性较软弱,遇水具崩解特性。炭质页岩与煤层其岩性软弱,压缩变形量大,易于塑性变形。不同规模的层间剪切错动带(从老到新依次编号为L1～L15)则为强度低、完整性最差的岩体。因此,煤层的分布与发育是控制相应边坡稳定、煤槽顶板稳定与煤洞整体稳定的主导因素。而第四系松散堆积物则分布较广,主要成因类型有冲积和崩坡积。
河床冲积层 ：堆积于现代河床,钻孔揭露厚度一般10～16m,个别(如ZK30钻孔)达23.3m,由漂卵砾石组成,结构较松散,在坝轴线上游还夹有透镜状的砂层。颗粒分析试验漂卵石含量约占56%,砾石含量约占28%,粒径小于2mm的含量不足16%,在颗粒累积曲线上明显呈上陡下缓型,属架空结构类。
阶地冲积层 ：分布于右岸Ⅰ级阶地,由漂卵砾石夹砂层透镜体组成,颗粒大小组成总体上与河床冲积层相似。勘探揭露分布有两层规模较大的砂层透镜体:砂层①位于坝轴线上游,埋深0～8.93m,高程758.35～764.22m,长245m,宽95m,厚0.25～4.4m,平面呈椭圆形,为粉质土砂,平均粒径0.14mm,相对密度平均值0.55。砂层②分布于坝轴线下游,埋深3.55～18.81m,高程752.76～755.87m,长度大于155m,宽35m,厚0.9～2.7m。为粉质土砂和微含粉质土砂。平均粒径0.32mm,相对密度平均值0.36。
残坡积堆积层(Qdl):分布于两岸谷坡上,以右岸条形山脊分布为广,厚15～25m,由含漂卵砾石的块碎石土组成,粗颗粒粒径大小悬殊,土为中液限的黏质土,含水量大,强度低,在雨季易形成不同规模的滑塌体。
图2-4 枢纽区条形山脊沙金坝向斜构造格架图
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