第2章 西部水电工程滑坡发育规律

2.1 区域地质环境

2.1.1 地形地貌

我国现代地貌是晚第三纪以来新构造运动期所塑造的，这次新构造运动在中国主要表现为西部青藏高原的快速隆起和东部华北平原的强烈下陷，由此形成了西高东低的地貌格局。

按照高度的明显变化，自西向东可分为三个阶段；第一阶梯为青藏高原，海拔4000.00m以上，高原上岭谷并列，湖泊众多；第二阶梯由青藏高原以北和以东，大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山以西的高原、盆地和山岭构成，海拔一般在1000.00~2000.00m；第三阶梯为第二阶梯以东直至滨海的地区，一般海拔在500.00m以下，丘陵和平原交错分布［100］。

西部地区包括第一阶梯和第二阶梯的大部分。地貌类型主要有高原、山地和盆地三大类［100］。高原有位于第一阶梯的青藏高原（图2.1-1），位于第二阶梯的阿拉善—鄂尔多斯高原、黄土高原和云贵高原（图2.1-2）。盆地有位于第一阶梯的柴达木盆地，位于第二阶梯的准噶尔盆地、塔里木盆地、四川盆地（图2.1-3），以及河套、银川和渭河等小型断陷盆地。山系围绕盆地和高原周缘展布，除青藏高原第一阶梯内部及其周缘的巨大山系外，位于第二阶梯的山系自北向南有准噶尔盆地北缘的阿尔泰山、其南缘与塔里木盆地相隔的天山、鄂尔多斯高原北部的阴山、黄土高原与四川盆地之间的秦岭和大巴山等。

2.1.2 工程岩组类型及分布

2.1.2.1 岩体类型及工程地质特征

根据建造特征，将西部地区岩体划分为岩浆岩、沉积碎屑岩、沉积碳酸岩和变质岩等4种类型［100］，再依据岩体的岩性及其结构特征，进一步划分为11种工程地质岩组，其工程地质特征见表2.1-1。

2.1.2.2 土体类型及工程地质特征

西部地区松散沉积物分布面积广、成因类型多，岩性、厚度变化大，几乎包括所有的第四纪地层［100］。按土的粒度组成或特殊工程地质性质，区内土体主要可分为卵砾类土、砂土类、黏性土及特殊土4大类，其中，特殊土包括淤泥软土、盐渍土、胀缩土、风积砂、黄土类土及冻土等6种类型，其分布范围和主要工程地质特征见表2.1-2。

2.1.3 地质构造及地震

2.1.3.1 区域地质构造

1.西部地台区

包括华北地台和扬子地台的西部，以及塔里木地台。其中华北地台和扬子地台又划分为若干次级单元［100］。

2.西北地槽褶皱区

阿尔泰华力西褶皱系：位于新疆最北部，与阿尔泰山一致。南以额尔齐斯深断裂与准噶尔地槽褶皱系为界。呈北西向展布，其西北和东南均延伸到境外。

准噶尔华力西褶皱系：准噶尔华力西褶皱系位于新疆北部，阿尔泰山之南，准噶尔盆地和天山之北的区域，包括东、西准噶尔界山，向东和向西都延出国境准噶尔地槽是从晚元古代开始发展，加里东运动局部褶皱上升，断裂差异活动增强，中华力西结束地槽形成褶皱系。准噶尔地槽褶皱系出露的最古老地层为奥陶系。

准噶尔地块：准噶尔地块位于新疆北部，与准噶尔盆地范围相当，呈三角状夹于天山华力西褶皱系和准噶尔华力西褶皱系之间，周边多以深断裂为界。准噶尔地块几乎为全新生代地层所覆盖，中生代以前的地层极少出露［100］。

天山华力西褶皱系：天山华力西褶皱系包括天山山脉主体及甘肃北山山脉，呈近东西向展布。东与内蒙古—大兴安岭华力西褶皱系相连，向西延出国境，南以天山南缘深断裂为界，与塔里木地台相邻；北以天山北缘深断裂为界，与准噶尔华力西褶皱系和准噶尔地块分开。

天山地槽褶皱系中、新生代以不断上升为特征，在其南北两侧形成库车山前坳陷和乌鲁木齐山前坳陷。褶皱内部形成吐鲁番—哈密山前坳陷及伊犁山前坳陷。

内蒙古—大兴安岭华力西褶皱系：主体位于中国东北部，占据大兴安岭中南部和内蒙古草原，在西部仅阿拉善以北地区。南以内蒙地轴北缘深断裂和阿拉善北缘断裂与华北地台为界。区内大面积分布中新生代陆相火山—沉积岩系及华力西期花岗岩，古生代及其以前的地层零星出露。是一个被燕山运动强烈改造的晚华力西地槽褶皱系。

3.西南地槽褶皱区

昆仑华力西褶皱系：位于新疆与西藏的接壤地带及青海中部，主体部分与昆仑山脉相当。

柴达木地块：位于青海省西北部，约与柴达木盆地的范围相当，呈三角形状。盆地四周为山脉所环绕，盆地内发育众多盐湖和内陆河。

秦岭印支褶皱系：横贯于我国中部，自西而东延伸，一般以徽（县）成（县）盆地为界分为东西两段。

华南加里东褶皱系：位于扬子地台之南，丽水—海丰深断裂之西。范围包括云南东南部，广西、广东、湖南的中南部，江西中南部，福建西部至浙江西南部的广大区域，主体位于中国西南部。

巴颜喀拉—甘孜印支褶皱系：位于东昆仑深断裂和马沁—略阳深断裂之南，龙门山深断裂之西，金沙江—红河深断裂之北东，包括四川西部、青海南部和西藏北缘，总体构成一个拉长的三角形。区内三叠系地槽沉积广泛覆盖，古生界仅出露于边缘地带。

三江印支褶皱系：位于怒江以东，金沙江—红河以西的滇西、藏东地区。西端被喀喇昆仑—唐古拉燕山褶皱系超覆。本区地质构造十分复杂，深断裂极发育。最重要的有金沙江—红河深断裂、澜沧江深断裂和怒江深断裂［100］。

喀喇昆仑—唐古拉燕山褶皱系：界于金沙江—红河深断裂西段和班公湖—怒江深断裂西段之间，东南端超覆于三江印支褶皱系之上，向西经喀喇昆仑山延出国境。

冈底斯—念青唐古拉燕山褶皱系：包括班公湖—怒江深断裂和雅鲁藏布江深断裂之间的广大地区，由西向东横亘西藏中部，东端折向南，进入云南的西部边缘，并出国境伸至缅甸境内。

雅鲁藏布喜马拉雅褶皱系：位于雅鲁藏布江深断裂之南，错那—定日深断裂以北，总体呈一向南凸出的弧形。北与冈底斯—念青唐古拉燕山褶皱系相邻，南邻印度地台北缘的喜马拉雅辗掩构造带。该地槽褶皱系从晚三叠世开始强烈下陷，于晚始新世褶皱升起。

喜马拉雅辗掩构造带：指错那—定日深断裂以南的喜马拉雅山区，属印度地台北缘。北与雅鲁藏布喜马拉雅褶皱系相邻。该区以前寒武纪的变质岩系为基底，以中寒武统—中始新统作为沉积盖层［100］。

2.1.3.2 地震

西部地区地震几乎都是构造地震，地震分布受活动断裂的控制，是地震活动十分强烈的地区。在全国地震区划上，中国西部属于青藏高原地震区、新疆地震区和华北地震区西部。地震密集分布在天山、阿尔泰山、帕米尔和西昆仑等构造带，这些地区不仅在历史上发生过多次强烈的地震，至今地震活动仍然十分频繁。根据中国地震台网 （CSN）地震目录，从1970年1月1日到2014年2月28日，共发生5级以上地震1059个。5级以上地震的震源深度主要分布在40km以内，少量地震震源深度大于60km，多位于帕米尔高原与喜马拉雅构造带等印度板块与欧亚板块的碰撞俯冲带。在应力场作用下，造山带上地壳刚性较强，以脆性破裂为主，相比之下，下地壳在压力、温度的影响下易于发生塑性变形，不利于强震的发生[101]。近年来的研究表明，发生强震的构造环境与介质的横向不均匀性密切相关，中国西部的强震多发生在刚性地块和褶皱带的交接边界，即垂直差异运动强烈的压性逆断裂带和压性剪切断裂带上，如天山、昆仑山，以及龙门山和鲜水河地震带等[102、103]。

2.1.4 地质营力

2.1.4.1 区域现代构造应力场特征

根据我国现有的地应力测量和大量的震源机制解及断层运动方向的分析表明西部地区现代构造应力场有如下主要特征［100］：

中国现今地壳应力具有明显的分区性，大致以贺兰山—六盘山—龙门山—横断山一线的南北带为界，其东、西两部分的地壳应力状况特征明显不同：西部地区本世纪以来持续受到近南北方向的挤压作用，而且应力值高。

20世纪70年代开始在甘肃金川、四川渡口和云南保山、下关、墨江等地进行原地应力测量，取得的最大主压应力方向为北北西—近南北（表2.1-3）。20世纪30年代以来，区内92个破坏性地震震源机制解的P轴方位大都在北北西—北北东范围内，并以南北向占主导；滇西南的大理、楚雄等地的跨断层形变测量和地震变形带资料都表明，北东向断裂左旋扭动，北西—北西西向断裂右旋扭动，反映出它们受着南北向挤压作用的结果。

西部地区现代构造应力场在空间的各个方向上，总体上以水平挤压应力为主；而鄂尔多斯周缘等现代断陷盆地则表现为局部区域的张应力。震源机制解表明其主压应力轴的倾角总体上不超过30°，说明地壳表层现今以水平运动为主。

大量现代地应力绝对值的测量资料表明，西部地区地应力都是随着深度增加而相应增长，但各处的增长速率不均匀；主应力方向多数地区较为稳定，也有少数地区随着深度增加，其方向发生复杂的变化。

2.1.4.2 地壳水平运动

以上的区域应力场分析反映出西部现代地壳表层以水平运动为主，这一点从西部大部分活动断裂错动以水平分量占优势也可以反映出来［100］。丁国瑜等按印度板块以50mm/a的速率向北推进为前提，估算了中国西部各块体的运动速率（表2.1-4）。从表2.1-4的估计值可看出，近300万年来西藏块体向北（或北偏东）平均运动速率约为25~28mm/a。

2.1.4.3 地壳垂直运动

西部垂直运动的动力来自巨大的地壳不均衡重力作用［100］：喜马拉雅山地区地壳均衡异常值最大，达±120×10-3cm/s2；最小值是准噶尔盆地和柴达木盆地，异常值为±100×10-3cm/s2。在昆仑山脉西端北坡向塔里木盆地过渡带上梯度为最大，其值在(100~80)×10-3cm/s2。每千米达±1.6×10-3cm/s2。

垂直形变在藏南雅鲁藏布江沿岸，上升量为全国之冠，年速率达10mm左右。拉萨以南的喜马拉雅山区的年速率将会更大些。向北在狮泉河—尼玛一带，年速率降到2~4mm，形成狭窄而西倾的较弱上升地带。再北是藏北高原一般海拔在4500.00m以上，地形明显大面积上升，年速率5~6mm，与昆仑山连成一体。西藏是青藏高原的主体，素有“世界屋脊”之称，垂直形变大幅度上升，反映此现代地壳仍处于强烈活动之中。滇西南地区以北和金沙江以东的广大地区，是以下降为主，主要山脉在下降中仍显示出相对上升趋势。川西高原一般海拔在3000.00m以上，部分超过4500.00m，然后却以-1~-3mm/a速率下降。其中若尔盖草地下沉尤为突出，最大的年速率超过-6mm。

2.1.5 水文地质条件

2.1.5.1 地下水赋存条件及分布规律

根据地下水的含水介质及空隙性质的差异，西部地区地下水类型可分为：松散沉积物孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水、多年冻土冻结层上水4种［100］。

1.松散沉积物孔隙水

松散沉积物孔隙水主要分布在冲积成因的成都平原和断陷盆地（河套平原、渭河盆地、银川盆地、吐鲁番—哈密盆地和伊犁盆地等），大型内陆盆地的山前地带以及黄土高原地区。堆积平原的第四系松散沉积一般厚度大，含水层岩性以砂、砂砾石及砂砾卵石为主，蕴藏潜水和承压水，潜水分布广泛而稳定，承压水亦分布较广：断陷盆地经河流冲刷而逐步堆积形成的松散沉积物，出现规模较小，沉积厚度不等，一般含水层岩性分选较好，含水岩层厚度由数米至数十米，大多数盆地的含水层分上下两层结构，即上部为潜水，下为承压水，承压水头一般是数米，个别达数十米。孔隙水分布广泛，且水量较丰富；准噶尔、塔里木、柴达木等内陆盆地，边缘地域辽阔，冲洪积物沉积巨厚，地下水储存条件较为复杂，一般水位埋藏较深，富水程度较强，水质良好，但部分地区由于特殊的地质构造及地貌条件制约，使得潜水水位埋藏变浅，富水程度较弱。

2.基岩裂隙水

基岩裂隙水主要包括丘陵高原碎屑岩裂隙水、山地变质岩裂隙水和熔岩裂隙水等。碎屑岩裂隙水广泛分布于天山南麓、昆仑山北麓、阿尔泰山，准噶尔盆地山前丘陵地区、鄂尔多斯高原、陕北高原、祁连山—秦岭山地，陕北高原的西部地区、藏东、川西山地和四川盆地边缘及桂西，黔北山地等高山丘陵地区。含水层一般为不同地质时代的砂岩、泥岩、页岩夹砂岩等，总体上砂岩及砂砾岩地区，裂隙发育程度高，富水程度相对丰富，水质良好，部分泥岩、页岩及砂岩页岩互层地区富水程度较差，含水微弱，仅局部地带水量较大。对于山地变质岩裂隙水，西北的山地褶皱断裂和构造裂隙极为发育，泉水流量较大。秦岭变质岩分布地带，褶皱断裂发育，但多为泥质岩层，富水程度不高。内蒙古高原一些地区，由于玄武岩喷发前古地形存在沟谷或洼地，从而沿古沟谷分布地段形成富水带，有时砂质泥岩与玄武岩常常形成层间孔隙裂隙水，一般富水程度较好。

3.碳酸盐岩裂隙溶洞水

碳酸盐岩在西南分布极广，广西、贵州、云南及四川东部、南部等地碳酸盐岩层分布广阔、厚度大、岩性纯，广泛发育着地下河系，地下河的长度有时达数千米。裂隙溶洞水赋存丰富，流量多达4000t/h，泉流量最大的也超过4000t/h，分布不均匀，不仅在区域分布不均匀，且不同时间的水位和水量变化都很大，大区域范围的水质变化很小，且矿化度较低。

4.多年冻土冻结层上水

西部地区的阿尔泰山区及青藏高原地区，冻土分布面积大。前者冻土厚度20~60m，主要为冻结层上水，埋藏较浅，水量不大。而在青藏高原和天山、祁连山的局部山区，冻土层厚度一般几十米到百余米，厚度大小随地形的起伏变化，并在水平方向的变化较大，冻结层上水分布普遍，水质良好，但水量较小。

2.1.5.2 地下水补、径、排条件

西部地区地下水的补、径、排条件受气候水文、地质构造、地形地貌条件等诸多因素影响，不同水文地质单元地下水的补、径、排条件差异明显［100］。

大型内陆盆地其地下水的补给主要决定其周围山地的河流密度、山前降雨量及冰雪消融量，总体以冰雪消融水补给为主，一般来说补给量较大，地下水渗透率小，主要以蒸发的形式排泄；山间断陷盆地谷地地下水补给主要受周围山地地表水和地下水的补给，其次为降水补给，以昆仑山—秦岭为界，补给量南北差异较大，盆地的排泄除少数有河流外泄外，大部分靠自身蒸发消耗。

对于基岩裂隙水，以昆仑—秦岭为界，南北差异明显。北部地下水以降雨入渗补给为主，部分山地有冰雪融水补给，随着山势增高，补给量随之增加，地下水排泄以泉及蒸发为主，径流量总体而言较小；南部地下水受降雨补给为主，普遍补给量大，径流较强烈，通过泉水和向山区河流的泄流等形式排泄，排泄量大。

岩溶裂隙溶洞水主要分布在西南地区，由于该区地表径流异常丰富，降雨量集中，因而岩溶裂隙溶洞水的补给条件好，补给量大。特别在岩溶发育程度较高的地区，由于径流量很大，地下水往往汇集于岩溶形成的地下河。以泄流形式注入地表水体，部分地区以泉的形式排泄，总体来说排泄量较大。

2.1.5.3 地下水化学特征

受气温、降水、地貌、水文等诸多因素的影响，西部地区不同单元浅层地下水的水质存在显著的差异，从东南向北及西北呈现着逐渐变化的特征［100］。

昆仑山—秦岭一线以南的西南湿润地带，大多数地区的地下水矿化度值小于1.0g/L，其中大部分地区是0.2~0.5g/L，水化学类型为重碳酸盐型；此线以北的干旱、半干旱地区的地下水矿化度较复杂，从内蒙古至西北干旱区，地下水矿化度普遍高于1.0g/L，并呈现由内陆盆地边缘向中部逐渐递变的规律，由低矿化重碳酸盐型淡水过渡为成因、成分复杂的硫酸盐型咸水带，呈现着水平分带的特点。基岩山地中的准平原化的低山、残山地带、极端荒漠化地区，由于没有外来水源，年降水量近10~50mm，地下水矿化度高达5~30g/L，局部有盐沼出现，水化学类型的演变从山区向平原为重碳酸盐型-硫酸盐型-氯化物型逐渐过渡。青藏高原的多年冻土区冻结层上水，水质良好，多为重碳酸盐型，矿化度一般小于1.0g/L，冻结层下水，一般除第三纪砂岩外，水质良好。第四纪湖相沉积物中水的矿化度较高，多为咸水湖。

此外，局部地区受构造或岩性关系影响，在地下水中往往形成某些离子特殊组合的富集，如氯、铁、锰离子等。

2.1.6 人类活动

近年来，人类工程活动的规模和强度不断扩大，对自然环境的改造力度日趋剧烈。随着人民生活水平不断提高，水电建设步伐加快，对土地和山体的切割、挖掘日益加重。库区移民城镇建设的特点是缺少较为平坦的建筑场地，移民搬迁、城镇扩建所需建筑场地多以削坡扩基、填土而得，对斜坡的天然状态改变较大，给斜坡的稳定带来不利的影响。数量巨大的移民迁建和道路工程，需要大量相对平坦的场地，因此，在库区移民迁建过程中，大挖大填、剧烈改变天然斜坡的形态的现象到处可见，斜坡形态与结构的改变使斜坡内的天然应力状态发生变化，成为水电滑坡的诱发因素之一。

此外，水库蓄水后，改变了原有边坡的水文地质条件，降低了边坡的稳定性，使原来较为稳定的古滑坡体复活。黄河上游的积石峡库段分布7个对积石峡水电站影响较大的滑坡，7处滑坡累计方量达18986万m3，最大木厂村滑坡，方量为4497万m3，其次是马儿坡山东滑坡，方量为4233万m3，其余也都在千万立方米以上，这些巨型滑坡滑入水库之后，可以使整个电站停止运行，而且也影响上游及下游的水电站。